JP2023504141A - 骨髄破壊的傷害に曝露された患者を処置する際にアンジオクライン因子を含む医薬組成物を使用するための方法 - Google Patents

骨髄破壊的傷害に曝露された患者を処置する際にアンジオクライン因子を含む医薬組成物を使用するための方法 Download PDF

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Abstract

記載された発明は、骨髄(BM)炎症及びHSC機能障害を駆動する際の重要な構成要素として、血管周囲ニッチ内の内皮細胞を同定する。内皮内のERK-MAPK及びNF-κBシグナル伝達経路間のクロストークが、慢性炎症の転帰を調節する上で重要な役割を果たすことを、本発明者らは示す。成体マウスの内皮内の選択的なMAPK経路の活性化の持続は、生着能力及び骨髄バイアス産物の喪失を含む炎症誘導性HSC機能障害をもたらす。内皮MAPK活性化によって引き起こされるHSC欠陥は、内皮NF-κBシグナル伝達を同時に阻害する際に完全に解消される。記載された発明は、骨髄抑制損傷後のBM炎症を抑制し且つ造血回復を高めるニッチ由来因子として幹細胞成長因子アルファ(SCGF)を同定する。【選択図】なし

Description

関連出願との相互参照
本出願は、「Endothelial MPAK Activation Disrupts Hematopoiesis by Inducing NF-kB-dependent Inflammatory Stress」と題された米国仮出願第62/941,190号(2019年11月27日出願)及び「Methods for Use of a Pharmaceutical Composition Comprising an Angiocrine Factor in Treating a Patient Exposed to a Myeloablative Insult」と題された米国仮出願第62/980,108号(2020年2月21日出願)の優先権の利益を主張し、これらの内容は、全体が参照によりその本明細書に組み込まれる。
政府資金の記載
本発明は、National Institutes of Healthによって授与された契約HL133021及び1R01CA204308の下で政府の支援で行われた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
配列表
本出願は、ASCII形式で電子的に提出されている配列表を含有し、それにより、全体が参照により本明細書に組み込まれる。2020年11月25日に作成された該ASCIIコピーは、128533-02520_SL.txtという名称であり、サイズが13,431バイトである。
発明の分野
記載された発明は、骨髄抑制損傷後の造血回復に関する。
造血
多能性自己再生造血幹細胞(HSC)は、移植後に成人の血液系を再生する。本明細書で使用される「造血」という用語は、造血幹細胞(HSC)から、成熟した機能的な細胞型の血液系列に分化させることにより、血液の細胞成分が生物の寿命全体にわたって継続的に補充されるプロセスを指す。造血系列は、骨髄性アーム及びリンパ性アームの2つの主要な分岐に分けられる。骨髄系共通前駆細胞(CMP)は、骨髄アームを生じさせ、これは、全ての骨髄細胞を生じさせ得る。リンパ系共通前駆細胞(CLP)は、リンパ系アームを生じさせ、これは、全てのリンパ系細胞を生じさせ得る。
造血幹細胞(HSC)は、骨髄に存在し、血液及び免疫系の全ての細胞を形成する能力を有する多能性幹細胞である。それは、自己複製し、複数の系列の子孫に分化する能力を有する。ヒトHSC活性はCD34Thy-1-集団にある。[Weiskopf,K.et al.,“Myeloid cell origins,differentiation,and clinical implications,”Microbiol.Spectr.(2016)4(5):10.1128/microbiolspec.MCHD-0031-2016]。CD90+CD45RA-集団は、真正のヒトの長期HSCを含有するが、CD90-CD45RA-集団は、中間の下流多能性前駆細胞(MPP)を表す。[同上]。ヒト骨髄のlin-CD34+CD38+集団は、自己複製する能力を制限しており、骨髄バイアス分化の割合が高いことを示す[同上、Manz,MG,et al,“Prospective isolation of human clonogenic common myeloid progenitors.”Proc.Natl Acad.Sci.USA(2002)99(18):11872-77を引用]。CD45RA及びIL-3Rαの発現により、この集団がさらに細分化され、IL-3RαloCD45RA-、IL-3RαloCD45RA+、及びIL-3Rα-CD45RA-細胞の3つの異なる亜集団が得られた。In vitroで、IL-3RαloCD45RA-集団は、混合コロニーを含む骨髄系列の全範囲を生じさせ、これにより、この集団がヒトの一般的な骨髄前駆細胞(CMP)を提示することが示唆された[同上、Manz,MG,et al,“Prospective isolation of human clonogenic common myeloid progenitors.”Proc.Natl Acad.Sci.USA(2002)99(18):11872-77を引用]。一方、IL-3RαloCD45RA+集団は、顆粒球及びマクロファージ系列の細胞のみを生じ、IL-3Rα-CD45RA-集団は、主に、赤血球及び巨核球系列の細胞を生じさせ、それにより、それぞれ、これらの集団がそれぞれ顆粒白血球/マクロファージ系列制限前駆細胞(GMP)及び巨核球/赤血球系列制限前駆細胞(MEP)を表すことを示した[同上、Manz,MG,et al,“Prospective isolation of human clonogenic common myeloid progenitors.”Proc.Natl Acad.Sci.USA(2002)99(18):11872-77を引用]。
ヒトMEP集団内で、分画研究は、分化単能ヒト赤血球前駆細胞(EP)をCD71中間体(int)/+CD105+として定義するのに役立ち、純化するために選別される時、巨核球の可能性がなく、in vitroで赤血球のみを生じさせた[同上、Mori,Y.et al.,“Prospective isolation of human erythroid lineage-committed progenitors,”Proc.Natl Acad.Sci.USA(2015)112(31):9638-43を引用]。さらに、赤血球バイアスMEP(E-MEP)は、MEPとEPとの間の中間であったCD71+CD105-として同定された[同上]。原始赤血球前駆細胞(バースト形成単位赤血球またはBFU-E)及び後期コロニー形成単位赤血球(CFU-E)を含む、ヒト赤血球形成の下流段階も純粋に単離されている。これらの集団は、主に、それぞれ、IL-3R-CD34+CD36-及びIL-3R-CD34-CD36+として区別された[同上、Li,J.et al,“Isolation and transcriptome analyses of human erythroid progrenitors:BFU-E and CFU-E.”Blood(2014)124(24):3636-45を引用]。
幹細胞ニッチ
体の組織及び臓器の効果的な機能は、適切な細胞数を維持し(恒常性)、損傷後に損傷した細胞を置き換える(修復)生来の再生プロセスに依存する。全てではないが多くの場合、再生能力は、幹細胞及び前駆細胞の専用集団の存在及び機能性によって決定され、これらは、細胞は、必要に応じて、置換細胞を生成するために、外因性の手がかりに応答する。(Wagers,A.J.The stem cell niche in regenerative medicine.Cell stem cell 10,362-369,doi:10.1016/j.stem.2012.02.018(2012))。これらの細胞は、「幹細胞ニッチ」と呼ばれる特殊な環境に存在し、これは、細胞置換及び修理のための生理学的手がかりへの適切な応答性を確保するために、周囲とのコミュニケーションを維持しながら損傷または喪失からこれらの細胞を保護するのに十分な空間的、時間的、及び構造的境界を提供する。(Wagers,A.J.The stem cell niche in regenerative medicine.Cell stem cell 10,362-369,doi:10.1016/j.stem.2012.02.018(2012))。
幹細胞ニッチは、生殖細胞系、骨髄系、消化器系、及び呼吸器系、骨格筋、皮膚、毛包、乳腺、ならびに中枢及び末梢神経系を含む多くの組織で同定及び特性決定されている。(Wagers,A.J.The stem cell niche in regenerative medicine.Cell stem cell 10,362-369,doi:10.1016/j.stem.2012.02.018(2012))。
幹細胞ニッチ環境は、それらの機能及び維持に重要な細胞及び環境構成要素で構成される。細胞間相互作用は、構造的サポートを提供し、接着性相互作用を調節し、幹細胞機能を制御する可溶性シグナルを生じる。環境構成要素は、物理的な力、例えば、圧力、構造、及び化学的シグナル、及び温度、ならびに生理学的パラメーター、例えば、細胞外マトリックス(ECM)との相互作用を含む(同上)。
幹細胞ニッチにおける異種細胞間相互作用は、厳密な調節、及び、多くの場合、細胞間接触に依存する複雑な双方向のシグナル伝達を示す。幹細胞ニッチは、組織特異的及び一般的な細胞集団を含み、これらのそれぞれは、特殊な役割を有する。(Lane,S.W.,Williams,D.A.& Watt,F.M.Modulating the stem cell niche for tissue regeneration.Nature biotechnology 32,795-803,doi:10.1038/nbt.2978(2014))。
造血微小環境は、成体の骨の骨髄空間に局在し、骨芽細胞、血管、及び神経細胞、巨核球、マクロファージ、ならびに免疫細胞などの造血幹細胞(HSC)ニッチを明確に定義する幅広い種々の細胞型を含む。Wnt、SCF、Notch、及びケモカインなどの分泌型及び膜結合型因子は、幹細胞の表面受容体に直接結合して、細胞の運命、自己複製、及び極性を調節する。(Lane,S.W.,Williams,D.A.& Watt,F.M.Modulating the stem cell niche for tissue regeneration.Nature biotechnology 32,795-803,doi:10.1038/nbt.2978(2014))。
血管系及び神経系との多くの幹細胞型の密接な関連は、代謝の手がかり及びサーカディアンリズムによる幹細胞応答の調節を可能にし、導管を提供し、これを通して、炎症細胞及び免疫細胞ならびに体液性因子は、ニッチに送達することができる。(Wagers,A.J.The stem cell niche in regenerative medicine.Cell stem cell 10,362-369,doi:10.1016/j.stem.2012.02.018(2012))。免疫細胞は、炎症及び組織損傷時にニッチを動的に調節し、これは、「免疫特権」(脳及び眼を含む特定の解剖学的部位に配置された組織移植片が、長期間生存し得るという観察結果を指す)の存在、ならびに、この特権からの回避によって厳密に調節される。(Lane,S.W.,Williams,D.A.& Watt,F.M Modulating the stem cell niche for tissue regeneration.Nature biotechnology 32,795-803,doi:10.1038/nbt.2978(2014))。
細胞外マトリックス(ECM)タンパク質及びECMとの幹細胞の相互作用は、基質の剛性に部分的に基づいて、保持の手がかり及び機械的シグナルを提供し、これは、幹細胞に、外部の物理的力に応答させる。ECMタンパク質は、ニッチの配向及び構造の維持に重要であり、幹細胞に発現されたインテグリンとのリガンドの相互作用を通じて有益なシグナルを提供する。(Lane,S.W.,Williams,D.A.& Watt,F.M.Modulating the stem cell niche for tissue regeneration.Nature biotechnology 32,795-803,doi:10.1038/nbt.2978(2014))。加えて、ECMは、ニッチ内で局所的及び体系的に生成された因子の両方に結合することにより、成長因子、ケモカイン、及び他の幹細胞調節分子を分離または濃縮し得る。(Wagers,A.J.The stem cell niche in regenerative medicine.Cell stem cell 10,362-369,doi:10.1016/j.stem.2012.02.018(2012))。
トポグラフィー、剛性/弾性、剪断力、温度、酸素圧、及び血流などの物理的パラメーターは、幹細胞の維持及び分化を導く。さらに、多くの幹細胞ニッチは、環境特性を変化させており、幹細胞集団の長期の静止状態及び自己複製を維持する厳格な代謝調節を必要とする。(Lane,S.W.,Williams,D.A.& Watt,F.M.Modulating the stem cell niche for tissue regeneration.Nature biotechnology 32,795-803,doi:10.1038/nbt.2978(2014))。
特定の幹細胞ニッチを構成する特定の構成成分は、異なる生理学的状況下で様々な組織では変化し得るが、全ての場合において、これらの細胞及び無細胞構成要素によって提供されたシグナルは、静止または増殖、自己複製または分化、移動または保持、及び細胞死または生存の選択を含む運命決定を知らせるために、幹細胞により取り込まれるように見える。(Wagers,A.J.The stem cell niche in regenerative medicine.Cell stem cell 10,362-369,doi:10.1016/j.stem.2012.02.018(2012))。
造血幹細胞ニッチ
造血系は、酸素輸送、免疫、及び組織リモデリングなどの機能を実行する、毎日1,000億を超える成熟血液細胞をヒト身体に供給する。造血系は、酸素輸送及び免疫防御などの独自の機能を有する高度に特殊化された細胞の様々な集団で構成される。成人ヒトは、1日当たり約4~5×1011の造血細胞を生成すると推定される。多くの血球タイプを継続的に生成すると、高度に調節された、さらに高い応答性の系が必要とされる。哺乳類の造血組織内では、まれな造血幹細胞(HSC)が、階層の上位に位置する。(Pinho,S.,Frenette,P.S.Haematopoietic stem cell activity and interactions with the niche.Nat Rev Mol Cell Biol 20,303-320(2019)doi:10.1038/s41580-019-0103-9)。
HSCニッチの発生
発生中、造血を確立するために、HSCは、ニッチ間行き来する。未成熟前駆細胞が発生中の胚に酸素を供給する赤血球を生成する時、胚の約7.0日目(E7.0)に、卵黄嚢中で原始造血が生じる。移植時の造血系を完全に再構成することができることが既知の最初の決定的なHSCの存在は、マウス及びヒトの大動脈-性腺-中腎に見られる。しかし、E9.0~E10.0の卵黄嚢細胞が、成体マウスではなく新生児に移植する時、最終的なHSCに成熟し得ることを、いくつかの研究は示唆している。さらに、胎盤は、発達中のHSCの重要な貯蔵庫を表す。血管系が発達すると、HSCは、E12.0またはその近くの胎児の肝臓に移動し、増殖して分化する。胎児の肝臓HSCは、対応する骨髄とは対照的に活発に循環しており、照射を受けたレシピエントに移植する時、成人の骨髄HSCに勝る可能性もある。胎児肝臓でのHSC増殖中に、軟骨細胞及び骨芽細胞が間葉凝縮内で生成され、軟骨及び骨が生成される。骨格のリモデリングは、骨の血管新生と関連しており、HSCのホーミング及びE17.5による胎児骨髄のコロニー形成を可能にする。このプロセスは、骨髄間質細胞によるCXCL12産生によって媒介され、これは、CXCR4を発現するHSC及び骨髄内皮に発現される特定の接着分子を引き付ける。(Boulais,P.E.,& Frenette,P.S.(2015).Making sense of hematopoietic stem cell niches.Blood,125(17),2621-2629.doi:10.1182/blood-2014-09-570192)。
HSCニッチ及び骨髄微小環境
成人の骨では、HSCは、本質的に、代謝休眠または静止の段階で細胞周期のG0期に保たれ、これは、細胞複製に関連する損傷を制限することにより、その機能を維持する。しかし、静止状態のHSCは、細胞周期に入って増殖することにより、広範囲のニッチまたは全身性シグナルに迅速に応答し得る。従って、これらの有益な手がかりは、HSCの分化を調整し、生物のニーズに合わせて血液産生を調整するために不可欠である。HSCは、また、末梢組織の免疫監視を確実にし、離れたBM部位を生着させるために、集結シグナルを受けるとBMニッチを離れ、血流に入ることもできる。従って、HSCは、静止/増殖及び固定/集結の間のスイッチの動的な調節により、細胞周期及び輸送活性を含む生物の多くの態様についてBMニッチ由来の短期及び長期の有益な手がかりに決定的に依存する。
常在ニッチ細胞。HSC幹細胞ニッチは、様々な種類の細胞を含有し、それぞれが、別個の機能で、例えば、骨芽細胞、血管、及び神経細胞、巨核球、マクロファージ、及び免疫細胞は、それぞれ、重要な役割を有し、個別のHSCニッチを定義すると考えることができる。それは、さらに、他の特定のニッチ、例えば、骨芽細胞及び血管周囲のニッチを含む。これらの2つのニッチが異なる特異的役割を有するかどうか、または、HSCの調整された規制があるかどうかの研究は対立するが、それ故、機能が重複する。例えば、NG2+細動脈周囲細胞は、長期HSC内の静止状態を調節し、この静止状態は、HSC機能に不可欠であるように見える。骨内膜マクロファージなどの他の細胞は、ニッチ内にHSCを保持し、これらの細胞が失われると、支持的な微小環境からのHSCの集結が引き起こされる。(Lane,S.W.,Williams,D.A.& Watt,F.M.Modulating the stem cell niche for tissue regeneration.Nature biotechnology 32,795-803,doi:10.1038/nbt.2978(2014))。
直接細胞接触。直接的な細胞接触は、細胞間接着分子及び膜結合リガンドを有する受容体など、様々な受容体で媒介することができる。例えば、骨髄では、類洞細胞により発現されるNotchリガンドは、骨髄破壊的損傷からの回復中のHSCの自己複製に不可欠である。(Lane,S.W.,Williams,D.A.& Watt,F.M.Modulating the stem cell niche for tissue regeneration.Nature biotechnology 32,795-803,doi:10.1038/nbt.2978(2014))。
分泌因子。幹細胞及びニッチ細胞の間の間接的なコミュニケーションは、分泌された因子により媒介される。例えば、顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)または顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)などのサイトカインを使用することによる、ニッチからのHSCの集結は、血液悪性腫瘍、骨髄不全、及びまれな遺伝性障害の処置をサポートするために幅広く使用される。HSCの増殖及びHSC-ニッチ接着の放出を促進することを含むこれらの要素は、様々な方法で作用する。(Lane,S.W.,Williams,D.A.& Watt,F.M.Modulating the stem cell niche for tissue regeneration.Nature biotechnology 32,795-803,doi:10.1038/nbt.2978(2014))。具体的には、分泌因子様幹細胞因子(SCF)、トランスフォーミング成長因子ベータ1(TGF-b1)、血小板第4因子(PF4またはCXCL4)、アンジオポエチン1(ANGPT1)、及びトロンボポエチン(TPO)は、全てのHSC静止の重要な執行者である。必須のケモカイン間質由来因子1(SDF1aまたはCXCL12)及びそのC-X-Cケモカイン受容体型4(CXCR4)と共に、血管細胞接着タンパク質1(VCAM-1)などの接着分子、様々なセレクチン、及び細胞外マトリックス(ECM)タンパク質様フィブロネクチンまたはヒアルロン酸は全て、HSCホーミング及びニッチでの固定の必須の調節因子である。
静止状態でそのままであるか、または活発に増殖している状態に入るかの判定は、細胞の内因性及び外因性の両方の機序を介した多くの要因により制御される。外因性の可溶性因子;炎症性サイトカイン、例えば、インターフェロン(IFN)-α及びIFN-γ;成長因子、例えば、顆粒球コロニー刺激因子(GCSF)、幹細胞因子(SCF)、及びトロンボポエチン(TPO);サイトカイン、例えば、トランスフォーミング成長因子(TGF)-β及び腫瘍壊死因子(TNF)-α;ならびに、ケモカイン、例えば、間質細胞由来因子(SDF)-1に応答して、HSCは、休眠または細胞周期のいずれかに入り得る。HSCの静止を調節する固有の要因は、細胞周期阻害剤、例えば、p21及びp57、転写因子(TF)、例えば、Gfi1、Egr1、FOXO、及びPBX1;ならびに、ユビキチンリガーゼ、例えば、c-Cbl、Itch、Fbxw7、及びA20を含む。骨髄ニッチにおけるHSCの適切な維持には、内因性因子及び外因性因子の調和が不可欠である。(Nakagawa,M.M.,Chen,H.,& Rathinam,C.V.(2018).Constitutive Activation of NF-κB Pathway in Hematopoietic Stem Cells Causes Loss of Quiescence and Deregulated Transcription Factor Networks.Frontiers in cell and developmental biology,6,143)。
骨の微小環境。骨髄は、造血細胞区画、ならびに、主に、線維芽細胞、脂肪細胞、神経、及び骨髄の血管系で構成される間質に細分化することができる。(Kopp,et.al.“The Bone Marrow Vascular Niche:Home of HSC Differentiation and Mobilization.“PHYSIOLOGY 20:349-356,2005;10.1152/physiol.00025.2005)。
動脈血管は、孔栄養を介して骨髄に入り、次に、いくつかの細動脈に分かれる。これらの血管の小さな細動脈及び毛細血管は、骨髄全体に及び、類洞間毛細血管により相互接続されている類洞を供給する。類洞は、流出する中央静脈洞の周りに放射状に分布し、これは、直径が約100mである。骨髄類洞は、独特であり、通常の静脈と比較されるべきではない。類洞壁は、内皮細胞の単層で構成されており、支持細胞がない。内皮細胞は、結合組織の被覆はないが、むしろ、実質細胞と直接接触している。周囲の造血骨髄は、類洞微小循環の再構築及びリモデリングをサポートする主要な細胞部分である。
細胞傷害剤または放射線による骨髄低細胞性の急速な誘導に、類洞及び中心静脈洞の顕著な拡張及び崩壊が続く。類洞に通常の血管壁がないことは、高レベルの透過性に反映される。骨髄微小環境は、HSC及び造血前駆細胞(HPC)を収容し、隣接する間質細胞で構成される骨の微小解剖学的環境が幹細胞をサポートし、指導する。間質環境自体が造血の質を決定し得ることが仮定されている。(Kopp,et.al.“The Bone Marrow Vascular Niche:Home of HSC Differentiation and Mobilization.“PHYSIOLOGY 20:349-356,2005;10.1152/physiol.00025.2005)。
HSC及びHPCは、骨髄にランダムに分布しないが、むしろ、骨の骨内膜の近く及び血管の周りに局在する。さらに、胚性骨髄は、骨内膜の隣に最初の造血コロニーを示す。研究者らは、骨髄における細胞発達の勾配を同定しており、未分化細胞が、骨内膜に沿って位置し、分化及び成熟が、高度に血管新生された骨髄腔への中心に向かう動きに関連している。(Kopp,et.al.“The Bone Marrow Vascular Niche:Home of HSC Differentiation and Mobilization.“PHYSIOLOGY 20:349-356,2005;10.1152/physiol.00025.2005)。
骨髄微小環境は、HSCニッチだけでなく、骨芽細胞または骨内膜ニッチも収容し、それぞれの血管ニッチは、幹細胞の局在化において果たす役割によって定義される。骨髄の骨芽細胞ニッチは、未分化状態で再増殖する細胞を維持するためのシグナルを提供する。造血組織におけるこれらの空間的差異は、収容された幹細胞自体の特性に反映または変換しない。骨髄類洞血管のような間質構造が、造血細胞が存在し成熟し得る代替の細胞足場として役立ち得ることを、さらなる研究は示した。
骨内膜ゾーン由来の別々の解剖学的及び機能的実体として、骨髄の類洞及び細動脈ネットワークを正確に概説するために、「血管ニッチ」という名称が用いられる。未成熟ではなく分化した造血細胞が、血管ニッチの骨髄微小血管系と密接に関連していることを、超微細構造研究は示す。さらに、ほぼ全ての成熟巨核球が薄壁の類洞に隣接して位置していることが見出され、巨核球全体が無傷の内皮細胞を通って移動することができることが示された。この観察は、これらの系列が、骨髄内の定義されたニッチに存在することも報告されているので、血小板新生に限定されないが、赤血球及びBリンパ球前駆細胞にも適用することができる。これらの知見は、前駆細胞-間質細胞の相互作用を示す。これは、成熟プロセスにおける重要な決定因子であり、さらに、幹細胞の維持及び分化を許容し、有益な微小解剖学的構造としての幹細胞ニッチの概念を強化するからである。さらに、骨髄内皮細胞(BMEC)は、接着特性、血管新生及び化学動態因子との相互作用、ならびにHSCの自己複製及び分化のサポートへの寄与を有することが判明し、それによって骨髄実質及び血管ニッチの相互依存性を実証した。(Crane,GM,et al.,“Adult haematopoietic stem cell niches,”Nat.Rev.Immunol.(2017)17(9):573-90;Ramalingam,P.et al.,“Regulation of the hematopoietic stem cell llifecycle by the endothelial niche,”Curr.Opin.Hematol.(2017)24(4):289-99;Yu,VW,and Scadden,DT,“Herterogeneity of the bone marrow niche,”Curr.Opin.Hematol.(2016)23(4):331-38;Kopp,et.al.“The Bone Marrow Vascular Niche:Home of HSC Differentiation and Mobilization.“PHYSIOLOGY 20:349-356,2005;10.1152/physiol.00025.2005)。
アンジオクライン因子
骨微小環境における骨組織細胞シグナル伝達に複数の役割を果たす多数のアンジオクライン成長因子がある。以下の表2は、そのようなアンジオクライン因子、及びそれらの骨の組織細胞とのクロストークについて記載する。(Sivan U,De Angelis J,Kusumbe AP.2019 Role of angiocrine signals in bone development,homeostasis and disease.Open Biol.9:190144.http://dx.doi.org/10.1098/rsob.190144)。
Figure 2023504141000001
Figure 2023504141000002
造血細胞及び内皮細胞間の結合は、内皮細胞及び造血細胞の一般的な前駆体である血管芽細胞であることが判明した。HSC/HPC及び内皮細胞の胚学的に強い相互依存性があり、これは、成体にまで及ぶ。(Kopp,et.al.“The Bone Marrow Vascular Niche:Home of HSC Differentiation and Mobilization.“PHYSIOLOGY 20:349-356,2005;10.1152/physiol.00025.2005)。
骨髄内皮細胞(BMEC)は、骨髄の血球産生能(すなわち、造血)を機械的に理解する鍵である。経内皮輸送が、炎症性サイトカインにより誘導可能な表面受容体または接着分子の発現に依存していることを、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)のような他の内皮細胞型に関する研究は示した。従って、成熟した血液細胞の放出、ならびにHSC/HPCの集結及びホーミングは、同様の機序により調節される可能性が高いと考えられた。BMECは、様々なサイトカインの産生を介して、さらには、場合により、物理的接触を介して、in vitroで造血前駆細胞の増殖及び分化をサポートすることが判明した。巨核球及びBMECを共培養すると、BMECの生存期間の延長がもたらされた。これは、おそらく、巨核球が内皮細胞生存因子VEGF-Aを分泌するからである。(Kopp,et.al.“The Bone Marrow Vascular Niche:Home of HSC Differentiation and Mobilization.“PHYSIOLOGY 20:349-356,2005;10.1152/physiol.00025.2005)。
骨髄微小環境の血管系の十分性も造血の鍵となる。実に、BMECとの血管ニッチ相互作用の機能は、HSCサポートの助けとなる細胞プラットフォームを提供することであるが、内皮細胞の適切な構造的完全性がこの発達につながる分子機序は、依然として不明である。(Kopp,et.al.“The Bone Marrow Vascular Niche:Home of HSC Differentiation and Mobilization.“PHYSIOLOGY 20:349-356,2005;10.1152/physiol.00025.2005)。
血管完全性
血管完全性は、血管恒常性に重要である。Murakami,M.,and Simons,M.J.Mol.Med.(Berl)(2009)87(6):571-82)。血管系の維持は、連続的な基礎細胞シグナル伝達を必要とする活発な生物学的プロセスである。この系の障害は、出血、浮腫、炎症、及び組織虚血などの深刻な結果をもたらす。
現在理解されているように、新しい血管形成のステップは、内皮細胞の増殖及び移動それに続く新しい血管構造への集合、管腔形成、及び最後に、新しく形成された内皮管の成熟を含む。同上。後半であるチューブの安定化及びバリア機能の回復は、新しく形成された血管の成熟にとって非常に重要である。同上。この安定化段階は、血管細胞増殖及び移動を開始するシグナル伝達経路とは異なる、別個の細胞シグナル伝達経路の活性化を必要とする。さらに、新しく形成された血管だけでなく、既存の血管も、それらの完全性及び組織の恒常性を維持するために積極的に維持される必要がある。同上。血流の機能的に意味のある改善を達成するために、単に新しい血管の成長を誘導することだけで十分ではなく、血管退行の防止及び血管成熟の促進が同様に重要であることを、様々な血管新生治療アプローチの経験は実証している。(同上、Simons,M.,Circulation(2005)111:1556-66を引用)。
様々な動物モデルでの研究、ならびにマウス及びヒトの遺伝学的研究により、胚性血管の発達中または成体の血管系における血管完全性の積極的な維持に重要な役割を果たす多くの要因が同定されている。これらの要因は、組織化された方法で血管の安定化及び維持の多くのステップにわたって協調的に作用する。血管形成のプロセス中、新生血管が構築された後、内皮細胞は、細胞間結合を発達させて効果的なバリアを確立する。これは、Ang1-Tie2及びFGF系が極めて重要な役割を果たすプロセスである(同上、Fiedler,U,Augustin,HG,Trends Immunol.(2006)27:552-58;Murakami,M.,Simons,M.;Curr.Opin.Hematol.(2008)15:215-220を引用)。付随して、間葉系前駆細胞は、TGF-βの作用により、周皮細胞または平滑筋細胞に分化するが、内皮先端細胞に由来するPDGF-BBは、周皮細胞の動員及び増殖を促進する(同上、Pepper,MS,Cytokine Growth Factor Rev.(1997)8:21-43);Betsholtz,C.Cytokine Growth Factor Rev.(2004)15:215-228;Andrrae,J.et al.,Genes Dev.(2008)22:1276-1312を引用)。このプロセス全体にわたって、インテグリンは、細胞外マトリックス(ECM)細胞のシグナル伝達を仲介し、さらに、これは、血管の安定化を指示する(同上、Hynes,RO,J.Thromb.Haemost.(2007)5(Suppl.1):32-40を引用)。
血管完全性は、血管壁の様々な構成要素の適切な機能を確保する多くの要因によって厳密に調節される。血管完全性を悪化させる初期の特質の1つは、透過性の増加であり、これは、主に、内皮接合部の安定性により制御される。血管透過性の選択的調節は、傍細胞ギャップのサイズ及び状態の調節ならびに経細胞輸送の制御により達成される。正常な血管系は、ベッド毎に変動する一定レベルの基礎透過性を示す。初期の研究は、血管床のサブセットにおける構成的に開いた接合部を明らかにした(同上、Simionescu,N.etal.,J.Cell Biol.(1978)79:27-44を引用)。通常の条件下では、能動的な透過性調節が生じる後毛細血管細静脈の内皮細胞間結合の約30%が開いており、約60Åの分子に対して透過性がある(同上)。ヒスタミンまたは5-HT(5-ヒドロキシトリプタミン)のいずれかで刺激すると、後毛細血管細静脈の細胞結合が選択的に開き、より大きな分子の通過を可能にするが、細静脈接合部からの流出は、血管周囲の空間に限定され、制限される((同上、Simionescu,N.etal.,J.Cell Biol.(1978)79:27-44)を引用(血管周囲組織に外部バリアが存在することを示唆))(同上)。
生理学的及び病理学的刺激により誘発される内皮透過性の増加は、通常、可逆的であり、血管完全性を恒久的に悪化させることない。しかし、内皮接合部構成要素への干渉は、血管完全性の深刻な機能障害につながり得る。このシナリオでは、接合部の破壊は、通常、血管壁からの最終的な内皮剥離とそれに続く血栓形成を伴う。このプロセスの一連のイベントは十分に理解されていないが、透過性誘導性刺激の持続時間が結果に影響を与え得る可能性がある。(同上)VE-カドヘリンベース接合部を再確立することにより、内皮細胞がバリア機能を迅速に回復し得る血管透過性の一時的な増加とは異なり、長期の刺激は、活性酸素種(ROS)の蓄積などのより深刻な影響につながることがある。内皮機能に多くの悪影響を与えることが既知の過剰量のROSは、そのようなシナリオを媒介し得る。実際には、ROSは、活性部位のCys残基を酸化し、それにより、チロシンリン酸化依存性シグナル伝達イベントに影響を与えることにより、タンパク質チロシンホスファターゼ(PTP)を不可逆的に不活性化し得る(同上、Tonks,NK,Nat.Rev.Mol.CVell Biol.(2006)7:833-846を引用)
内皮接合部-内皮細胞では、3タイプの細胞間接合部、すなわち、接着、密着、及びギャップ接合部のうち、接着及び密着接合部は、内皮の構造的完全性に寄与する(同上、Dejana,E.,Nat.Rev.Mol.Cell Biol.(2004)5:261-270を引用)。これら2タイプの接合部の機能的差異を正確に概説することは困難であるが、密着接合部の組み立てが、接着接合部の事前形成に依存することが示されており、接着接合部が、主に、内皮透過性の制御に重要であるが、密着接合部が、細胞の頂端面と基底外側面の間の脂質と内在性膜タンパク質の動きをブロックすることに関与することが一般に考えられる。(分子柵)(同上、Dejana,E.,Nature Rev.Mol.Cell Biol.(2004)5:261-270;Taddei,A.,et al.,Nat.Cell Biol.(2008)10:923-34を引用)。
各タイプの接合部は、異なるセットのタンパク質を有する。カドヘリンは、接着結合を構成し、トランスホモフィリック(trans-homophilic)相互作用を介してカルシウム依存的な方法で、細胞間接触を媒介する膜貫通タンパク質のファミリーである。内皮細胞では、VE-カドヘリンは、細胞接触部位に局在し、これは、接着結合の形成を調節し、接合部位をアクチン細胞骨格に結合する。
カテニン、特に、p120-カテニンへの結合によって制御される接着接合部でのVE-カドヘリンの安定性は、内皮透過性及び完全性の維持に重要である。Srcファミリーキナーゼは、VEGF誘導性内皮透過性の増加に重要な役割を果たすことが知られており、Srcを介したVE-カドヘリンリン酸化は、細胞間接触の破壊を引き起こし、VE-カドヘリンの内在化を引き起こす(同上、Weis,SM,Chesh,DA,Nature(2005)437:497-504を引用)。このプロセスは、内皮の運動性及び「活性化された」内皮細胞の血管新生表現型の確立に重要であると考えられる。従って、内皮接合部は、静止状態の単層においてさえも能動的に組み立て、分解する動的構造であり、これは、正味のVE-カドヘリン動態を制御する作用のバランスが、内皮の挙動を決定することを示唆する。
炎症及びニッチ
炎症性シグナルは、発達中の造血幹細胞(HSC)の胚性特定、感染時の緊急顆粒球形成、及び移植後の造血再生を含む様々なプロセスで重要な役割を果たす。4~8
全ての幹細胞ニッチが、動的であり、細胞ターンオーバーを示すが、『永続的な居住者』であるニッチ細胞(例えば、内皮細胞、神経細胞、及び結合組織線維芽細胞)と一時的にニッチを占める細胞(例えば、免疫細胞、及び、例えば、病原体から保護するか、または治癒を促進するために組織損傷に応答する細胞)を区別することは有用である。常在ニッチ細胞とは対照的に、自然及び適応免疫系の多くの細胞は、組織に出入りする。免疫細胞の機能は、幹細胞の機能を促進するように調節することができる。(Lane,S.W.,Williams,D.A.& Watt,F.M.Modulating the stem cell niche for tissue regeneration.Nature biotechnology 32,795-803,doi:10.1038/nbt.2978(2014))。
HSCの発達を調節する前炎症性メディエーターは、トール様受容体(TLR)、サイトカイン、及びエイコサノイドを含み、これらのそれぞれは、傷害と戦う免疫系を活性化する。傷害または病原体による組織破壊は、典型的な炎症を引き起こす前炎症性サイトカインの放出につながる。要約すると、骨髄細胞(例えば、マクロファージ及び好中球)は、トール様受容体(TLR)及びヌクレオチド結合オリゴマー化ドメイン(NOD)様受容体(NLR)を備え、これは、ダメージ関連分子パターン(DAMP)及び病原体関連分子パターン(PAMP)の認識時に、前炎症性サイトカイン及びエイコサノイドの増殖を誘導する。TLRは、マスター炎症/免疫転写因子核因子カッパB(NF-κB)を介して、遺伝子発現の誘導及び主要な前炎症性サイトカインであるインターロイキン(IL)-1β及びIL-18の細胞内蓄積を促進する。続いて、NLRによる細胞質区画内のPAMP/DAMPの認識は、カスパーゼ1媒介性タンパク質分解切断ならびに前炎症性サイトカイン及びサイトゾルホスホリパーゼA2媒介性エイコサノイド生合成の放出を促進する。次に、前炎症性サイトカイン及びエイコサノイドが免疫細胞を活性化して、感染の原因を取り除き、健康な組織を回復させる。(Espin-Palazon,R.,Weijts,B.,Mulero,V.& Traver,D.Proinflammatory Signals as Fuel for the Fire of Hematopoietic Stem Cell Emergence.Trends in cell biology 28,58-66,doi:10.1016/j.tcb.2017.08.003(2018))。
HSCは、細胞の内因性機序及び外因性機序の両方による免疫または組織の傷害を感知すると考えられる。HSCは、前炎症性サイトカイン、ケモカイン、及びPAMPSを含む、局所的に産生されたサイトカイン(ニッチ/微小環境)及び末端(損傷または感染)で産生されたサイトカインに動的に応答する。HSC及び造血幹細胞及び前駆細胞(HSPC)は、間接的に(前炎症性サイトカインもしくはDAMPを介して)または直接(PAMPを介して)免疫または組織の傷害を感知する。通常、HSCは、多くの場合、リンパ球産生及び赤血球形成を犠牲して、正常な造血を骨髄造血に偏らせることにより、前炎症性シグナルに応答し、これは、既存の細胞が感染部位に動員されているので、骨髄細胞数を満たすように生じると考えられる。(Espin-Palazon,R.,Weijts,B.,Mulero,V.& Traver,D.Proinflammatory Signals as Fuel for the Fire of Hematopoietic Stem Cell Emergence.Trends in cell biology 28,58-66,doi:10.1016/j.tcb.2017.08.003(2018)。
分化した免疫細胞と同様に、HSCは、TLRの発現を通じて傷害を認識する。HSCにおけるTLRシグナルのライゲーションは、増殖及び分化につながる。HSCによる組織または免疫傷害の細胞外因性認識モードは、前炎症性サイトカインの受容体を介したシグナル伝達を含む。(Nakagawa,M.M.,Chen,H.,& Rathinam,C.V.(2018).Constitutive Activation of NF-κB Pathway in Hematopoietic Stem Cells Causes Loss of Quiescence and Deregulated Transcription Factor Networks.Frontiers in cell and developmental biology,6,143)。
IL1、IL6、IL8、TNF、CC-ケモカインリガンド2(CCL2)、IFN-α、及びIFN-γを含む様々な前炎症性サイトカイン及びケモカインは、HSCに影響を与えることが示される。実に、in vitroでのTLR2、TLR7、及びTLR8のアゴニストの刺激は、サイトカイン産生、例えば、IL-1b、IL-6、IL-8、TNF-α、及びGM-CSF、ならびに骨髄系列の細胞分化を誘導することが示されている。ヒトCD34+HSPCをIFN-γに曝露すると、生細胞数の増加をもたらすプロアポトーシスプロセス、免疫応答、及び骨髄増殖に関与する遺伝子に劇的な転写変化を生じることが示されている。HSPCに特異的である転写変化もあれば、一般にIFN-γと共にインキュベートされた間質細胞で生じる転写変化、例えば、細胞成長及びシグナル伝達もある。対照的に、IFN-γ及びTNFによるin vitro刺激は、異種移植マウスで多系列再構成を受けるHSPCの能力を著しく損なうことを、研究は示している。(Kovtonyuk,L.V.,Fritsch,K.,Feng,X.,Manz,M.G.& Takizawa,H.Inflamm-Aging of Hematopoiesis,Hematopoietic Stem Cells,and the Bone Marrow Microenvironment.Frontiers in immunology 7,502,doi:10.3389/fimmu.2016.00502(2016))。膜固定型TNF-αは、同種及び同系のレシピエントにおける精製HSCの生着を高めることが判明している。(Espin-Palazon,R.,Weijts,B.,Mulero,V.& Traver,D.Proinflammatory Signals as Fuel for the Fire of Hematopoietic Stem Cell Emergence.Trends in cell biology 28,58-66,doi:10.1016/j.tcb.2017.08.003(2018))。
前炎症性サイトカインへのHSCの長期曝露は、自己複製及び静止の低下を引き起こす。この点に関しては、NF-κBは、HSCにより産生及び分泌される前炎症性サイトカインがNF-κB機能に依存するので、HSCの炎症制御のゲートキーパーと見なすことができる。要約すると、NF-κBタンパク質は、転写因子として機能し、自然免疫及び適応免疫のマスターレギュレーターと見なされる。哺乳類には、このファミリーの5つの主要メンバーがある:Rel A(p65)、Rel B、c-Rel、p50/p105(NF-κB1としても既知)及びp100/52(NF-κB2としても既知)。NF-κBシグナルは、様々な上流刺激に応答して活性化される。いかなる活性化シグナルもない場合、NF-κB(IκB)タンパク質の阻害剤は、不活性なNF-κBタンパク質と共に複合体を形成し、細胞質に留まる。活性化シグナルに続いて、2つのキナーゼIKK1(IKKα)、IKK2(IKKβ)、及び調節サブユニットNEMO(IKKγ)で構成されるIκBキナーゼ(IKK)複合体は、IκBをリン酸化し、これは、ユビキチン化及びそれに続くIκBの分解を引き起こす。これにより、NF-κB複合体が細胞質から核に放出され、それらは、標的遺伝子の発現を活性化する。それ故、IKK複合体は、IKK複合体の制御解除された活性化が有害な下流の結果につながり得るので、NF-κBシグナルのカスケード全体で主要な役割を果たす。IKK複合体は、2つのアミノ(N)末端調節セリン残基でIκBタンパク質をリン酸化する。標準的なNF-κBシグナル伝達経路の大部分では、IKK2が必要であり、IκBをリン酸化してNF-κBを活性化するのに十分である。(Nakagawa,M.M.,Chen,H.,& Rathinam,C.V.(2018).Constitutive Activation of NF-κB Pathway in Hematopoietic Stem Cells Causes Loss of Quiescence and Deregulated Transcription Factor Networks.Frontiers in cell and developmental biology,6,143)。
HSCニッチにおけるNF-κBとの関連で、NF-κBは、TLR及び前炎症性サイトカインの両方により伝達されるシグナルの主要な下流エフェクターである。制御されていないNF-κB活性は、TNF、IL1、IL6、及びIFN-γを含む前炎症性サイトカインの発現の増加をもたらす。NF-κBシグナル伝達の負の調節回路の欠陥は、静止状態の喪失及びHSCの早期枯渇を引き起こす。これらの研究は、HSC静止におけるNF-κB経路の重要性を強調するが、NF-κBシグナルの下流への影響及びNF-κBがHSCを制御する正確な機序は、ほとんど知られていないままである。NF-κBの構成的活性化は、骨髄性新生物を含む様々なタイプのヒト疾患で記述されている。例えば、NF-κBは、白血病幹細胞(LSC)で構成的に活性であることが示されている。(Nakagawa,M.M.,Chen,H.,& Rathinam,C.V.(2018).Constitutive Activation of NF-κB Pathway in Hematopoietic Stem Cells Causes Loss of Quiescence and Deregulated Transcription Factor Networks.Frontiers in cell and developmental biology,6,143)。
前炎症性応答を生じるための静止状態のECの活性化は、通常、転写因子核因子κB(NF-κΒ)により引き起こされ、これは、TNF-α、インターロイキン-1(IL-1)、E-セレクチン、血管細胞接着分子1(VCAM-1)、及び細胞間接着分子1(ICAM-1)を含む前炎症性遺伝子の転写を活性化するだけでなく、ECをアポトーシスに対してより感受性があるようにする(Jin,Z.,et al.,Int.J.Mol.Sci.(2019)20(1):172;Pober,JS,Sessa,WC,Nat.Rev.Immunol.(2007)7:803-815;Aoki,M.et al.,Hypertension(2001)38:48-55;Kempe,S.etal.,Nucleic Acids Res.(2005)33:5308-5319を引用)。
前炎症性免疫調節因子の役割は、成体HSC機能に限定されない。研究によると、前炎症性経路、例えば、典型的な前炎症性転写因子NF-κBは、脊椎動物及び無脊椎動物の両方で胚形成時の造血系の形成に関連することが判明している。他の免疫調節剤も、HSC仕様(同一性)、造血系形成中の出現及び維持に影響を及ぼす。例えば、免疫細胞の機能、増殖、及び分化を調節するサイトカインであるIL-3は、HSC仕様の必須の転写因子であるRunx1の下流で作用することにより、HSC仕様の部位であるマウス大動脈-性腺-中腎(AGM)領域におけるHSCの生存期間を促進することが判明している。別の例では、炎症の調節因子であるIL-1が、HSC増殖を促進することにより、HSCの発生に積極的な役割を果たす。炎症の主要な調節因子であるプロスタグランジンE2(PGE2)は、cAMP/PKA媒介性安定化リン酸化イベントを介してベータ-カテニン分解のレベルで、HSCのWntを自律的に制御することにより、HSCの出現または増殖の強力な誘導因子であることも示されている。(Espin-Palazon,R.,Weijts,B.,Mulero,V.& Traver,D.Proinflammatory Signals as Fuel for the Fire of Hematopoietic Stem Cell Emergence.Trends in cell biology 28,58-66,doi:10.1016/j.tcb.2017.08.003(2018))。
HSCの運命決定は、前炎症性サイトカインTNFα、IFNγ、及びIL-1βに関連しており、TLR4シグナル伝達に加えて、これらのサイトカインは、それぞれHSC仕様の重要な決定要因である。TNFαは、造血能を獲得し、例えば、胚外卵黄嚢及び胚性大動脈-性腺-中腎において、狭い発達ウィンドウの間に、多系列の造血幹細胞及び前駆細胞を生じさせ得る発達中の血管内皮細胞の特殊なサブセットである造血内皮細胞(HE)からHSCを特定するために、TNF受容体2(TNFR2)を介して作用する。(Griz,E.“Specification and function of hemogenic endothelium during embryogenesis,”Cell Mol.Life Sci.(2016)73:1547-67)。TNFR2の作用は、背側大動脈のHSC仕様に不可欠なNotchリガンドであるjag1aの発現に必要とされる。Jag1シグナルの発現は、HSCの運命を確立するのを助けるために、隣接する造血内皮細胞(すなわち、HSPCが由来する特殊な内皮細胞)上のNotch1a受容体にシグナル伝達する。前炎症性転写因子NF-κBは、新生HSCで活性があることが判明している。TNFR2、NF-κBメンバーp65、及びTLR4は全て、HSCで上方調節される。さらに、TLR4、IL-1β、及びTNFαは、NF-κB及びNotchの上流で作用することにより、HSC仕様に必要とされる。内皮細胞ではなくHSCが、IFNに迅速に応答することが実証された。IFN-α4及びIFN-γは、それぞれ、IFNαR1及びIFNγR1を介した脊椎動物全体のHSC仕様にも必要とされる。TNF-α及びTLR4シグナル伝達とは異なり、IFN-γは、Stat3を活性化することにより、Notchシグナル伝達及び血流の下流で作用する。IFN-γシグナル伝達は、HEで自律的に作用する。(Espin-Palazon,R.,Weijts,B.,Mulero,V.& Traver,D.Proinflammatory Signals as Fuel for the Fire of Hematopoietic Stem Cell Emergence.Trends in cell biology 28,58-66,doi:10.1016/j.tcb.2017.08.003(2018))。
造血系形成中の前炎症性サイトカインの細胞源は周知でない。(Espin-Palazon,R.,Weijts,B.,Mulero,V.& Traver,D.Proinflammatory Signals as Fuel for the Fire of Hematopoietic Stem Cell Emergence.Trends in cell biology 28,58-66,doi:10.1016/j.tcb.2017.08.003(2018))。そのようなサイトカインは、HSCの分化に影響を与えることが既知である。定常状態では、血小板バイアスHSCは、造血階層の最上位にあり、骨髄バイアスHSC及びリンパバイアスHSCを生成することができる。骨髄バイアスHSCは、平衡バイアスHSC及びリンパバイアスHSCの両方を生成し得るが、リンパバイアスHSCは、骨髄バイアス対応物を生成しない。血小板バイアスHSCは、他のHSCサブセットよりも速く血小板集団を再増殖させる可能性を有する。骨髄バイアスHSCは、骨髄にコミットされた前駆細胞を介して骨髄系細胞を優先的に生じさせる。バランスHSCは、骨髄系とリンパ系の両方に等しく貢献する。リンパ球バイアスHSCは、主に、リンパ球にコミットされた前駆細胞を介して骨髄系細胞よりもリンパ球を生成する。炎症、特に、慢性炎症は、骨髄前駆細胞及び成熟骨髄細胞を含む骨髄系列の産生を増強し、これにより、造血における骨髄バイアスがもたらされる。(Kovtonyuk,L.V.,Fritsch,K.,Feng,X.,Manz,M.G.& Takizawa,H.Inflamm-Aging of Hematopoiesis,Hematopoietic Stem Cells,and the Bone Marrow Microenvironment.Frontiers in immunology 7,502,doi:10.3389/fimmu.2016.00502(2016))。
それ故、炎症は、造血の主要な駆動力であるが、持続性炎症は、HSC自己複製能力の喪失、骨髄バイアス分化、及び白血病の素因を含む加齢関連造血障害の主要な駆動力として提案されている(Kovtonyuk,L.V.,et al.Inflamm-Aging of Hematopoiesis,Hematopoietic Stem Cells,and the Bone Marrow Microenvironment.Frontiers in immunology(2016)7,502,doi:10.3389/fimmu.2016.0050);Pietras,E.M.et al.Chronic interleukin-1 exposure drives haematopoietic stem cells towards precocious myeloid differentiation at the expense of self-renewal.Nature cell biology(2016)18,607-618,doi:10.1038/ncb3346;Lussana,F.& Rambaldi,A.Inflammation and myeloproliferative neoplasms.Journal of autoimmunity(2017)85,58-63,doi:10.1016/j.jaut.2017.06.010;Pietras,E.M.Inflammation:a key regulator of hematopoietic stem cell fate in health and disease.Blood(2017)130,1693-1698,doi:10.1182/blood-2017-06-780882)。
成長する証拠は、造血細胞及びニッチの間のクロストークが、骨髄(BM)内の慢性炎症を開始及び維持することを示すが、このプロセスにおけるそれらの正確な寄与は不明のままである。(Kovtonyuk,L.V.,et al.Inflamm-Aging of Hematopoiesis,Hematopoietic Stem Cells,and the Bone Marrow Microenvironment.Frontiers in immunology(2016)7,502,doi:10.3389/fimmu.2016.0050);Pietras,E.M.et al.Chronic interleukin-1 exposure drives haematopoietic stem cells towards precocious myeloid differentiation at the expense of self-renewal.Nature cell biology(2016)18,607-618,doi:10.1038/ncb3346;Lussana,F.& Rambaldi,A.Inflammation and myeloproliferative neoplasms.Journal of autoimmunity(2017)85,58-63,doi:10.1016/j.jaut.2017.06.010;Pietras,E.M.Inflammation:a key regulator of hematopoietic stem cell fate in health and disease.Blood(2017)130,1693-1698,doi:10.1182/blood-2017-06-780882)。
BM微小環境内では、内皮細胞(EC)は、HSC調節パラクリン因子の多様な配列の発現により示されるように、HSCを支持する血管周囲ニッチの不可欠な構成要素として確立されている(Hooper,A.T.et al.Engraftment and reconstitution of hematopoiesis is dependent on VEGFR2- mediated regeneration of sinusoidal endothelial cells.Cell stem cell(2009)4,263-274,doi:10.1016/j.stem.2009.01.006;Butler,J.M.et al.Endothelial cells are essential for the self-renewal and repopulation of Notch dependent hematopoietic stem cells.Cell stem cell(2010)6,251-264,doi:10.1016/j.stem.2010.02.001;Kobayashi,H.et al.Angiocrine factors from Akt-activated endothelial cells balance self-renewal and differentiation of haematopoietic stem cells.Nature cell biology(2010)12,1046-1056,doi:10.1038/ncb2108;Winkler,I.G.et al.Vascular niche E-selectin regulates hematopoietic stem cell dormancy,self renewal and chemoresistance.Nature medicine(2012)18,1651-1657,doi:10.1038/nm.2969;Ding,L.,et al.,Endothelial and perivascular cells maintain haematopoietic stem cells.Nature(2012)481,457-462,doi:10.1038/nature10783;Poulos,M.G.et al.Endothelial jagged-1 is necessary for homeostatic and regenerative 947 hematopoiesis.Cell reports(2013)4,1022-1034,doi:10.1016/j.celrep.2013.07.048;Greenbaum,A.et al.CXCL12 in early mesenchymal progenitors is required for haematopoietic stem-cell maintenance.Nature(2013)495,227-230,doi:10.1038/nature11926;Doan,P.L.et al.Epidermal growth factor regulates hematopoietic regeneration after radiation injury.Nature medicine(2013)19,295-304,doi:10.1038/nm.3070;Poulos,M.G.et al.Endothelial-specific inhibition of NF-kappaB enhances functional haematopoiesis.Nat Commun(2016)7,13829,doi:10.1038/ncomms13829;Kusumbe,A.P.et al.Age-dependent modulation of vascular niches for haematopoietic stem cells.Nature(2016)532,380-384,doi:10.1038/nature17638;Morrison,S.J.& Scadden,D.T.The bone marrow niche for haematopoietic stem cells.Nature(2014)505,327-334,doi:10.1038/nature12984;Rafii,S.,Butler,J.M.& Ding,B.S.Angiocrine functions of organ-specific endothelial cells.Nature(2016)529,316-325,doi:10.1038/nature17040).内皮内のシグナル伝達経路の調節はまた、ニッチ活性に直接影響を及ぼし、それによりHSC自己複製及び系列のコミットメントの決定を調節することが示されている(Kobayashi,H.et al.Angiocrine factors from Akt-activated endothelial cells balance self-renewal and differentiation of haematopoietic stem cells.Nature cell biology(2010)12,1046-1056,doi:10.1038/ncb2108(2010);Poulos,M.G.et al.Endothelial-specific inhibition of NF-kappaB enhances functional haematopoiesis.Nat Commun(2016)7,13829,doi:10.1038/ncomms13829;Kusumbe,A.P.et al.Age-dependent modulation of vascular niches for haematopoietic stem cells.Nature(2016)532,380-384,doi:10.1038/nature17638)。組織特異的なニッチ細胞として機能することに加えて、内皮は、慢性炎症の重要な決定因子であり(Rafii,S.,Butler,J.M.& Ding,B.S.Angiocrine functions of organ-specific endothelial cells.Nature(2016)529,316-325,doi:10.1038/nature 17040;Pober,J.S.& Sessa,W.C.Evolving functions of endothelial cells in inflammation.Nature reviews.Immunology(2007)7,803-815,doi:10.1038/nri2171)、IL-1及びG-CSFを含むBM内のニッチ由来の炎症シグナルの重要な源として現れ、これは、急な要求に応じて骨髄造血を促進する(Pietras,E.M.et al.Chronic interleukin-1 exposure drives haematopoietic stem cells towards precocious myeloid differentiation at the expense of self-renewal.Nature cell biology(2016)18,607-618,doi:10.1038/ncb3346;Boettcher,S.et al.Endothelial cells translate pathogen signals into G-CSF-driven emergency granulopoiesis.Blood(2014)124,1393-1403,doi:10.1182/blood-2014-04-570762)。持続的な内皮炎症は、G-CSF及びTNFαの発現を介した骨髄増殖性疾患の開始に関係している(Wang,L.et al.Notch-dependent repression of miR-155 in the bone marrow niche regulates hematopoiesis in an NF-kappaB-dependent manner.Cell stem cell(2014)15,51-65,doi:10.1016/j.stem.2014.04.021)。しかし、ニッチ活性及びHSC機能に影響を与えるBM微小環境内の慢性内皮炎症を媒介するシグナル伝達経路は、依然として、よく理解されていない。
NF-κB及びMAPKは、内皮細胞内の慢性炎症性応答を調節する主要なシグナル伝達経路である(Pober,J.S.& Sessa,W.C.Evolving functions of endothelial cells in inflammation.Nature reviews.Immunology (2007)7,803-815,doi:10.1038/nri2171)。しかし、BM内皮ニッチ内の炎症の調節及びHSC機能への付随する影響におけるそれらの役割は、依然として、調査されていない。内皮内のNF-κBシグナル伝達の抑制が、部分的に、前炎症性サイトカインを減少させることにより、骨髄抑制後の定常状態の造血及び再生を促進することを、以前の研究は示している(Poulos,M.G.et al.Endothelial-specific inhibition of NF-kappaB enhances functional haematopoiesis.Nat Commun(2016)7,13829,doi:10.1038/ncomms13829)。内皮MAPKが、LPS誘導性顆粒球形成及びアテローム性動脈硬化症に関連する慢性血管炎症を含む炎症プロセスにおいて重要な役割を果たすことを、最近の報告は示唆する(Sanchez,A.et al.Map3k8 controls granulocyte colony-stimulating factor production and neutrophil precursor proliferation in lipopolysaccharide-induced emergency granulopoiesis.Sci Rep(2017)7,5010,doi:10.1038/s41598-017-04538-3;Roth Flach,R.J.et al.Endothelial protein kinase MAP4K4 promotes vascular inflammation and atherosclerosis.Nat Commun(2015)6,8995,doi:10.1038/ncomms9995)。ex vivoニッチモデルシステムを利用して、内皮MAPK活性化が、炎症性ストレスを示唆する特徴である自己複製を犠牲にして、共培養されたHSCの骨髄バイアス分化を引き起こすことが実証されている(Kobayashi,H.et al.Angiocrine factors from Akt-activated endothelial cells balance self-renewal and differentiation of haematopoietic stem cells.Nature cell biology(2010)12,1046-1056,doi:10.1038/ncb2108)。
骨髄破壊的治療
造血系の再構成が必要な患者では、調製レジメンまたはコンディショニングレジメンは、2つの目標:宿主拒絶を防ぐのに十分な免疫切除の提供及び腫瘍細胞減少/疾患根絶の提供を達成するために、手順の一部として実施される。強度は、診断及び寛解状態などの疾患関連要因、ならびに年齢、ドナーの利用可能性、及び併発状態の存在などの患者関連要因に基づいて変動し得るので、コンディショニングレジメンには様々な変形形態がある。コンディショニングレジメンは、高用量(骨髄破壊的)、強度の低減、及び非骨髄破壊的療法に分類されている。(Gyurkocza,Boglarka,and Brenda M Sandmaier.“Conditioning regimens for hematopoietic cell transplantation:one size does not fit all.”Blood(2014)vol.124,3:344-53)。骨髄破壊的治療(MBT)は、免疫系及び造血系、ならびに体内の全ての悪性細胞を根絶するための、大量化学療法(HDC)または全身照射(TBI)を伴うHDCでの患者の処置を指す。通常、MBTを受ける患者は、骨髄移植、幹細胞移植、または造血細胞移植(本明細書では「幹細胞レスキュー」または「SCR」と呼ばれる)の調製としてそれを行っており;しかし、以下の表3に示されるように、MBTは、SCRが有益であることが示されていない様々なタイプの悪性腫瘍の処置タイプとしても使用することができる。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis (2005)19:47-79)。
Figure 2023504141000003
Figure 2023504141000004
一般に、MBTレジメンは、アルキル化剤(単剤タイプまたは複数)を含むHDCで構成され、TBIの有無にかかわらず提供される。そのようなレジメンは、骨髄造血を切除し、それにより、自家血液学的回復を可能にしないことが予想される。(Gyurkocza,Boglarka,and Brenda M Sandmaier.“Conditioning regimens for hematopoietic cell transplantation:one size does not fit all.”Blood(2014)vol.124,3:344-53)。特定のMBTレジメンの例は、以下の表4に示され、部分的には、以下で再現することができる:Atilla,E.,Ataca Atilla,P.,& Demirer,T.A Review of Myeloablative vs Reduced Intensity/Non-Myeloablative Regimens in Allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantations.Balkan medical journal,(2017)34(1),1-9。
Figure 2023504141000005
全身照射(TBI)。TBI及び高線量TBIは、その免疫抑制特性、ほとんどの白血病及びリンパ腫に対する有効性、ならびに保護部位への透過能力により、コンディショニングレジメンの一部として広く使用される。レジメンの大部分は、通常分割される(放射線の総線量が数日間にわたっていくつかのより少ない線量に分割される場合を意味する)12~16GyのTBIを、他の化学療法剤、最も一般的には、シクロホスファミドと、その抗悪性腫瘍及び免疫調節特性に基づいて組み合わせた。一般に、高線量のTBIは、再発リスクを低減するが、増加した、多くの場合、致命的な胃腸毒性、肝臓毒性、及び肺毒性、続発性悪性腫瘍、ならびに子供の成長及び発達の障害をもたらした。照射線量に加えて、線量率、分割、分割の間隔、及び放射線源(例えば、コバルト60対線形加速器)などの他の要因は、また、TBIの抗腫瘍及び毒性作用の両方に影響を与え得る。分割は、白血病細胞とは対照的に、正常組織に保持される完全な修復機序の割合が高いことによる、臓器毒性の低下をもたらしたが、抗腫瘍効果も持続した。肺シールドを伴う過分割(1日当たり複数の分割)により、間質性肺炎の発病率が4%減少し、肺シールドを伴わない単回TBIで観察された50%から減少した。現在使用されているTBIスケジュールの大部分は、分割または過分割のいずれかである。シクロホスファミドに加えて、シタラビン(AraC)、エトポシド、メルファラン、及びブスルファンなどの様々な薬剤が、コンディショニングレジメンとして高線量TBIと組み合わされている。(Gyurkocza,Boglarka,and Brenda M Sandmaier.“Conditioning regimens for hematopoietic cell transplantation:one size does not fit all.”Blood(2014)vol.124,3:344-53)。
高線量TBIの施行は、即時及び遅延毒性に関連するが、コンディショニングレジメンのどの構成要素が所与のあらゆる毒性の原因であるかを、必ずしも区別することができるわけではない。悪心、嘔吐、一過性の急性耳下腺炎、口内乾燥症、粘膜炎、及び下痢は、一般的に、観察される急性合併症である。間質性肺炎、特発性肺線維症、及び肺の肺機能の低下も、高線量のTBIに関連し得る。さらに、高線量のTBI後に、腎障害が生じ得、遅延し得る(すなわち、最大約2年)。類洞閉塞症候群(SOS;以前は肝臓の静脈閉塞症として既知)の発症は、以下に記載の化学療法ベースのレジメンでより一般的である。高線量TBIの長期的な副作用は、不妊症、白内障の形成、甲状腺機能亢進症及び甲状腺炎、ならびに続発性悪性腫瘍を含む。(Gyurkocza,Boglarka,and Brenda M Sandmaier.“Conditioning regimens for hematopoietic cell transplantation:one size does not fit all.”Blood(2014)vol.124,3:344-53)。
大量化学療法(HDC)。HDCの主要構成要素は、好ましい毒性プロファイル(用量制限毒性としての骨髄毒性)及び非分裂腫瘍または悪性細胞に対するそれらの効果による、アルキル化剤の送達である。使用することができる他の薬剤には、アントラサイクリン及びタキサンが挙げられる。特に、以前に放射線療法を受けた患者において、高用量のTBIに関連する短期及び長期の毒性を回避するために、大量化学療法ベースのレジメンは、TBIが追加の化学療法剤に置き換えられる自家及び同種異系の設定の両方で開発されている。アルカリ化剤(Alkalyating agents)は、多くの場合、免疫抑制剤と共に送達され、処置は、ブスルファン、シクロホスファミド、またはフルダラビン、メルファラン、チオテパ、エトポシド、及びトレオスルファンなど、ならびにそのような治療薬の組み合わせを含み得る。(Gyurkocza,Boglarka,and Brenda M Sandmaier.“Conditioning regimens for hematopoietic cell transplantation:one size does not fit all.”Blood(2014)vol.124,3:344-53)。
MBTの形態学的影響。MBTを受けている患者の骨髄の形態学的特徴は、細胞死及び造血再構成の重複するプロセスにより決定される。積極的な化学療法は、単独でまたはTBIと共に、数日間でほぼ全ての造血細胞及び免疫細胞の除去をもたらす。この期間の終わりに、骨髄は、非常に低細胞性であり、インタクトな間質は、フィブリノイド壊死に似た均質な過ヨウ素酸シッフ(PAS)陽性のタンパク性漏出液を含有する。ごく少ない残存形質細胞及びマクロファージが通常存在し、血管の鬱血、非特異的出血の領域、小さな非乾酪性肉芽腫、間質浮腫、好酸球増加症、軽度のレチクリン線維症、副鼻腔拡張症、骨細胞壊死、及び他の異常が見られることがある。幹細胞レスキューの有無にかかわらず、MBT後の赤血球、血小板、及び顆粒球の正常なレベルの回復に数週間の期間が必要とされるが、造血系の完全な機能的再構成が数年にわたって行われる。さらに、骨髄破壊的化学療法または骨髄移植後の、末梢血細胞数の相対的に急速な回復にもかかわらず、数ヶ月~数年間、連続する重度の細胞性及び体液性免疫不全がある。(Gyurkocza,Boglarka,and Brenda M Sandmaier.“Conditioning regimens for hematopoietic cell transplantation:one size does not fit all.”Blood vol.124,3(2014):344-53)。
骨髄から悪性前駆細胞をパージする骨髄破壊的及びコンディショニングレジメンはまた、非悪性の造血及び間質前駆細胞を除去または損傷する場合もあり、これにより、移植及び天然の幹細胞の再生能力の低下がもたらされる場合がある。この欠陥は、移植後の末梢血塗抹標本または骨髄生検の検査から、必ずしも明らかであるとは限らない。末梢血細胞数及び骨髄細胞性が移植前のレベルに達し得るものの、骨髄移植後も赤芽球及び巨核球の骨髄前駆細胞の重度の長期にわたる欠陥が、何年にわたり続き得る。骨形成系統の細胞の前駆間質区画であるコロニー形成単位-線維芽細胞(CFU-f)は、造血細胞の生存、増殖、及び分化に重要である。CFU-fの再構成は、移植前の数に達するまでに12年もかかることがあり、宿主由来のみである。
幹細胞レスキュー(SCR)療法
幹細胞レスキュー(またはレスキュー移植)は、高用量の抗がん剤または放射線療法による処置により破壊された造血幹細胞を置き換える方法である。これは通常、処置前に保存された患者自身の幹細胞を使用して行われる。幹細胞は、骨髄が回復し、健康な血球を生成するのを助ける。幹細胞のレスキューはまた、より多くのがん細胞が死滅するように、より多くの化学療法または放射線療法を与えることを可能にし得る。
通常、MBT後に、患者は、全身性悪性腫瘍、遺伝性代謝性疾患、または造血系もしくは免疫系の潜在的に致命的な疾患を治癒する目的で、骨髄または末梢血のいずれかから分離された造血幹細胞の注入を受けるであろう。骨髄不全、悪性腫瘍、ならびに先天性造血及び免疫不全状態の患者における骨髄移植の根本的理由は、罹患骨髄の除去後の骨髄再増殖のために正常な幹細胞を供給するためである。新しい骨髄の再生(「骨髄再構成」)は、幹細胞前駆細胞から、または、頻度は低いものの、残存宿主前駆細胞から、骨髄破壊的治療からの回復中に生じる。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
幹細胞レスキューの形態学的特徴。化学療法直後または移植後の期間に、通常、1~2週間の顕著な骨髄形成不全(発生の不完全、遅延、または欠陥を意味する)が続く。脂肪細胞の再生は、骨髄再生の最初の形態学的証拠を提供し、続いて、6~14日目に、徐々に成熟して拡大する未成熟な単型造血細胞の微細なクラスターの出現が続く。これらのコロニーは、単一の造血系列(「単系」)の細胞、通常は、骨髄または赤血球で構成され、おそらく骨髄移植患者のコミットされた幹細胞から生じる。再生コロニーは、骨髄移植のみを受けている患者の傍小柱であり、幹細胞移植後に間質性である傾向がある。移植後の非常に初期の造血は、通常、ポリクローナルであるが、モノクローナルであってよい。初期の赤血球生成島は、通常、赤血球異形成の特徴を示し得る大きな好塩基性正赤芽球の影響を受ける。造血再構成が続くにつれて、骨髄中の造血細胞の分布は、多くの場合、非定型であり、その結果、骨髄前駆体のクラスターは、小柱間領域に異常に局在し、赤血球前駆体は、骨内膜の近くで生じる。巨核球は、通常、最後に生着する。それらは、通常、小柱間領域の中央部分に局在しており、通常の散乱分布ではなく、クラスターで現れることがある。マクロファージ、偽ゴーシェ細胞、及び再生中の前骨髄球のシートも現れることがある。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
正常な骨髄細胞性への段階的な回復は、浮腫の解消、レチクリン線維症(レチクリン染色の増加を意味する)、及びフィブリノイド壊死(ピンク色であり、フィブリン(従ってフィブリノイド)に似ている小動脈または動脈の壁に生ずる壊死の一種を意味する)を伴い;それは、細胞壁の実際の死または壊死を表す)。骨髄は、移植後3週目までに約50%の正常細胞であり、8~12週までに正常細胞でなければならない。初期の造血から正常な骨髄細胞性への進行の経時変化は、非常に変動的であり;わずか14日で正常な細胞性を達成し得る患者もいれば、数ヶ月を要する患者もいる。しかし、28日が典型的である。生着の動態は、ドナー細胞の供給源(例えば、末梢血幹細胞、臍帯血、骨髄)、注入されたCD34+細胞の用量、外因性造血増殖因子の種類及び用量(すなわち、G-CSF、rhGM-CSF、エリスロポエチン)、ならびにHLAクロスマッチングにより決まる。骨髄の回復率は、移植された細胞のホーミング効率及びクローン原性能により、ならびに、注入された細胞が、注入前にin vitroで増殖したかどうかにより、影響を受ける。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
末梢血では、顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)及び顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)により、総白血球数、ならびに好中球、単球、及び好酸球の絶対数の増加を引き起こす。骨髄に対するそれらの影響は、好酸球過形成、及び細胞性及び骨髄:赤血球(M:E)比の増加を含む。さらに、顕著に顆粒化及び/または空胞化した好中球及び好中球前駆体が末梢血及び骨髄の両方に現れる。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79).
MBT及びSCRの血液学的影響
骨髄移植による幹細胞のレスキューは、多くの場合、固形臓器移植と比較されるが、いくつかの点で独特である。骨髄が、液体の「臓器」であるので、互換性のある臓器のサイズ、胆管、及び尿管の閉塞、及び他の外科的問題は見られない。骨髄が正常な個体によって急速に補充されるので、死体の臓器は必要とされず、生きているドナーは、永続的な臓器の機能不全を維持しない。患者は、後の輸血(自家SCR)のために自らの骨髄を提供し得る。しかし、別の個体から骨髄提供を受けている移植レシピエント(同種異系SCR)は、移植片対宿主病(GVHD)として既知の移植片拒絶反応及び移植片による宿主拒絶反応の問題に直面する。さらに、骨髄移植レシピエントは、骨髄再構成が生じるまで、非常に免疫抑制され、それらは、この期間中は日和見感染及び他の障害に極めてかかりやすい。それ故、骨髄移植によるSCRは、非常に費用のかかる仕事であり、大きな罹患率及び死亡率を有する。従って、この手順の適応は、限られており、潜在的なレシピエントは、徹底的で、潜在的に長いスクリーニングプロセスを受ける。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。以下の表は、MBT及び/またはSCRの有害な血液学的結果の概要を簡潔に示す。
Figure 2023504141000006
生着不全、急性移植片拒絶、及び移植の遅延
多くの要因が、骨髄移植によるSCR後の転帰不良(「移植片不全」)または直近に生着した骨髄組織の喪失(「移植片拒絶」)を引き起こし得る。一般に、最初の生着の不全(一次移植片不全)は、ドナー及びレシピエント間の遺伝的差異、損傷した幹細胞または不十分な数の幹細胞、不十分な免疫抑制または移植前コンディショニング、以前の複数回の血液輸血による同種免疫処置、生着材料の過剰なT細胞枯渇、宿主の骨髄における異常な微小環境、異常なドナー骨髄、薬物毒性、またはウイルス感染によるものである。生着後の移植片不全(二次移植片不全)は、薬物毒性、感染症、線維症、または細胞媒介性免疫反応の結果として生じる。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis (2005)19:47-79)。
免疫学的に媒介された骨髄急性移植片拒絶反応は、3つの状況:1)多重輸血された無形成性貧血患者、2)主要な組織適合性不一致ドナー由来の骨髄を受けた患者、及び、3)T細胞枯渇骨髄を受けた患者で特に一般的である。急性拒絶反応の発生率は、兄弟から免疫学的に操作されていないHLA適合移植を受けた患者では、わずか約1%であるが、T細胞枯渇表現型適合移植を受けた患者では、8~15%に増加する。
移植片拒絶反応は、主に、移植前のコンディショニングレジメンを生き残り、同種移植された骨髄で増殖し、次に、ドナー細胞の成長を抑制し、ドナー標的に対する細胞媒介性応答を開始する宿主Tリンパ球によって引き起こされる。拒絶のわずかに異なる機序は、異なる患者集団内で含まれる場合がある。これは、サプレッサーTリンパ球(CD3+CD8+CD57+)が、同種移植片拒絶反応を受けているHLA適合兄弟で優勢であるが、細胞傷害性Tリンパ球(CD3+CD8+CD57-)は、無関係のドナーからHLA適合同種移植片を受ける骨髄移植患者の拒絶で判明するためである。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
血小板の一次移植後の回復後の重度の血小板減少症(「二次血小板回復不全」または「SFPR」)は、重篤な合併症、不十分な臨床転帰、またはさらに死に関連する。血小板減少症は、同種異系移植を受けた患者のうち20%もの多くの患者に生じるが、自家移植では発病率がはるかに低く(8%)なる。サイトメガロウイルス感染は、いくつかの研究者群によりSFPRの発症の重大な危険因子として関係するとされている。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
形態学的には、生着不全または生着遅延患者由来の骨髄穿刺塗抹標本は、著しく低細胞性であり、間質細胞が優勢であるが、コア生検及び血餅切片は、多くの場合、組織球(結合組織に存在する定常食細胞)のびまん性増殖を示す。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
臨床的には、初期の移植片不全(移植の50日後を超えて)は、宿主Tリンパ球増加症(CD3+、CD8+、DR+)により現れるが、後期の移植片不全(移植の50日以降)は、遅発性顆粒球形成再生、不明熱、及び腹部の総合的症状の症候群と関連する。移植片拒絶反応は、多くの場合、進行性リンパ球増加症(リンパ球数の増加)及び絶対好中球数の突然の低下の後に生じる。継続的に良好な生着の場合の予後は、リンパ球増加症が生じると不良となるが、ドナーリンパ球の注入は、少ない患者で良好であった。高リスク患者の予防療法は、プレコンディショニングレジメンに全身照射、全リンパ節照射、または免疫抑制剤の増加が含まれることに向けられる。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
微小残存病変(MRD)
MRDは、寛解誘導療法(抗がん剤を用いる初期の処置を意味する)後の骨髄における白血病細胞の持続性であり、従来の形態学的評価による検出限界を下回る。これらの残存白血病細胞は、様々な形態の白血病からの「完全な」形態学的寛解を達成し、それにより、残存または再発骨髄疾患がもたらされる多くの患者において疾患再発の起こりうる原因であると考えられる。臨床的に適切なレベルのMRD検出の感度は確立されておらず、非常に少数の残存細胞を根絶する追加の治療法が、臨床及び形態学的寛解の患者の生存率を改善することも証明されていない。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
移植片対宿主病(GVHD)
GVHDは、同種骨髄移植後の罹患率及び死亡率の主な原因である。それは、組織適合性骨髄輸血の症例の約50%で生じ、HLA不適合骨髄を用いた骨髄移植のほぼ全ての症例で生じる。中等度~重度の場合、GVHDは、大きな死亡率を有する(40~80%)。GVHDは、十分に理解されない複雑な免疫学的現象であるが、それは、通常、リンパ球サブセットの不均衡、同種抗原提示、及びサイトカインに対する異常な産生または応答性の増加の環境で生じるT細胞媒介性プロセスである。GVHDの急性型及び慢性型の両方が認識される。
急性GVHD(aGVHD)は、皮膚、胃腸管、及び肝臓の「マイナー」組織適合性抗原の不一致に対するリンパ球の反応性を追跡する。GVHDの可能性の増加は、ドナー及びホスト間のHLA格差、ドナー及びホストの加齢、ドナーの同種感作、ドナー及びレシピエント間の性別の不一致、調製レジメンの強度の増加、ならびにドナーT細胞の用量に関連する。臨床症状は、軽度の皮膚発疹、胃腸(GI)障害(悪心、嘔吐、下痢)、及び肝機能検査の障害から、皮膚破壊、肝不全、血性下痢、及び重度の免疫抑制を伴う生命を脅かす疾患まで様々である。骨髄輸血患者の約5~10%が、GVHDで死亡する。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
慢性GVHD(cGVHD)は、急性プロセスに従うことも、de novo発症することもある。それは、骨髄移植レシピエントの25~65%に生じる。血小板数は、生存の予測因子であり;100,000/mL未満の血小板数は、50%を超える全体的な死亡率に関連する。cGVHDは、自己免疫現象を特徴とする免疫調節不全状態を表すと考えられ、臨床像は、皮膚、GI管、及び肝臓が関与する自己免疫疾患に似ている。循環する自己抗体が存在し、補体及び免疫グロブリンの沈着物が真皮-表皮接合部で同定されている。cGVHDのリスク要因は、以前のaGVHD、より高齢のドナーまたはレシピエントの年齢、HLAミスマッチ、無関係のドナーの使用、ウイルス感染、脾臓摘出、ドナーリンパ球注入(DLI)、及びcGVHDを処置するための末梢血幹細胞の使用を含む。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
骨髄線維症
軽度の一過性レチクリン線維症は、化学療法後では珍しくないが、重度のコラーゲン線維症は、慢性骨髄性白血病に特有である。骨髄線維症は、レチクリン線維密度の増加、重症の場合、CD61+巨核球形成の数の増加、CD68+マクロファージの増加、赤血球前駆体の数の減少、及び血小板数の増加を特徴とする。通常、移植後の骨髄線維症の初期退行があるが、それは、多くの場合、造血の再生領域で再発し、非定型の矮性巨核球の存在、重度の急性GVHD、及び輸血の独立を達成するための時間の大幅な遅延に関連する。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
治療関連の急性白血病
治療に関連する急性骨髄性白血病(t-AML)は、細胞毒性化学療法及び/または放射線療法から生じる続発性白血病の一形態である。以前の悪性腫瘍に対する大量化学療法後のt-AMLの発病率は徐々に増加しており、t-AMLは、小児及び成人の両方の集団で最も一般的な続発性悪性腫瘍の1つである。グルタチオンS-トランスフェラーゼP1、M1、及びT1の多型またはホモ接合型遺伝子欠損は、化学療法薬の解毒が不十分なために、t-AMLの発生率の増加に関与することがある。ホジキンリンパ腫、非ホジキンリンパ腫(NHL)、骨髄腫、多発性赤血球増加症、乳がん、卵巣がん、精巣がん、またはde novo急性リンパ芽球性白血病(ALL)が処置された患者は、t-AMLを発症するリスクが最も高くなり、続発性AML患者の50%超が乳がん、NHL、及びホジキンリンパ腫を有する。示されるように、t-AMLとは対照的に、治療関連ALLの発病はまれであり、MBTで使用されるような以前の薬剤の使用の適応症は限られる。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
移植後のリンパ増殖性疾患(PTLD)
PTLDは、骨髄または固形臓器移植を受けた患者の免疫抑制療法の結果として発症するリンパ系新生物である。移植後のリンパ増殖性疾患の範囲は、良性から悪性のモノクローナルまたはポリクローナルリンパ増殖までに及び、それは、固形臓器移植レシピエントの約2%、自家骨髄移植レシピエントの約1%、ならびにHLA不適合同種骨髄移植、ならびに抗CD3モノクローナルOKT3、シクロスポリンA、及びFK506などのGVHDの免疫抑制療法を受けることを含む複数の危険因子を有する患者の最大20%で生じる。エプスタイン・バールウイルスは、原発性または再活性化のいずれかで、PTLDの発症と強く関連する。免疫監視の障害、同種移植片からの慢性的な抗原刺激、及び免疫抑制療法の発がん効果は、PTLDをもたらす追加の要因である。PTLDを伴う固形臓器移植レシピエントの典型的な結節外病変とは対照的に、PTLDを伴う骨髄同種移植レシピエントは、多くの場合、結節及び結節外の両方の部位を含む広範な疾患を有する。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
有毒な脊髄症
有毒な脊髄症は、骨髄の間質及び間葉系構成要素への毒性損傷によって引き起こされるまれな骨髄病変である。持続性血球減少症は、中毒性脊髄症の臨床的特徴であり;骨髄は、浮腫、血管周囲形質細胞症、好中球顆粒球の壊死症、及び細胞破片を含む、顕著な間質損傷を伴う低細胞性である。有毒な脊髄症は、化学療法または放射線療法を受ける患者の1%未満で生ずる。(Riley,et al.,“Hematologic Aspects of Myeloablative Therapy and Bone Marrow Transplantation.“Journal of Clinical Laboratory Analysis(2005)19:47-79)。
これらの状態の、全てではないが、多くは、不十分なMBT療法を介した疾患/悪性細胞の不完全な除去、不適切な幹細胞レスキュー、MBT後に通常必要とされる免疫抑制剤の使用、または骨髄環境の損傷から生ずる。良好なSCR及び/または関連状態の阻止は、MBTを受ける患者の造血システムとの関連することがある。組織特異的微小環境内の慢性炎症が、支持ニッチ細胞がそれらの同族幹細胞を適切に育成する能力を損ない、それにより、SCR及び造血再構成を妨げると仮定されている。(Wagers,A.J.The stem cell niche in regenerative medicine.Cell stem cell(2012)10,362-369,doi:10.1016/j.stem.2012.02.018;Lane,S.W.,Williams,D.A.& Watt,F.M.Modulating the stem cell niche for tissue regeneration.Nature biotechnology(2014)32,795-803,doi:10.1038/nbt.2978;Schepers,K.,Campbell,T.B.& Passegue,E.Normal and leukemic stem cell niches:insights and therapeutic opportunities.Cell stem cell(2015)16,254-267,doi:10.1016/j.stem.2015.02.014 911)。
骨髄抑制からの回復。
免疫再構築は、未成熟から成熟した免疫機能まで発達する一般的なパターンに従う。(Carson K.et al.,Chapter 35-Reimmunization after stem cell transplantation,”in Hematopoietic Stem Cell Transplantation in Clinical Practice(2009);(Butler,J.M.et al.Endothelial cells are essential for the self-renewal and repopulation of Notch-dependent hematopoietic stem cells.Cell stem cell(2010)6,251-264,doi:10.1016/j.stem.2010.02.001;Kobayashi,H.et al.Angiocrine factors from Akt-activated endothelial cells balance self-renewal and differentiation of haematopoietic stem cells.Nature cell biology(2010)12,1046-1056,doi:10.1038/ncb2108;Winkler,I.G.et al.Vascular niche E-selectin regulates hematopoietic stem cell dormancy,self renewal and chemoresistance.Nature medicine(2012)18,1651-1657,doi:10.1038/nm.2969;Ding,L.,et al.,Endothelial and perivascular cells maintain haematopoietic stem cells.Nature(2012)481,457-462,doi:10.1038/nature10783;Poulos,M.G.et al.Endothelial jagged-1 is necessary for homeostatic and regenerative 947 hematopoiesis.Cell reports(2013)4,1022-1034,doi:10.1016/j.celrep.2013.07.048;Greenbaum,A.et al.CXCL12 in early mesenchymal progenitors is required for haematopoietic stem-cell maintenance.Nature(2013)495,227-230,doi:10.1038/nature11926;Doan,P.L.et al.Epidermal growth factor regulates hematopoietic regeneration after radiation injury.Nature medicine(2013)19,295-304,doi:10.1038/nm.3070)Immune reactivity during the first month post graft is extremely low.Id.Innate immunity is the first to regain function.Ogonek,J.et al.,“Immune reconstitution after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation”Front.Immunol.(2016)7:507.doi:10.3389/fimmu.2016.00507)。造血系列の再現は、再現可能な順序に従い、単球様細胞が末梢血中で最初に出現し、続いて顆粒球、次にNK細胞が続く。NK細胞の回復は、細胞数及び機能的成熟の両方に関して、T細胞及びB細胞よりも大幅に優先される(Grzywacz,B.et al,Natural Killer Cell differentiation by myeloid progenitors,Blood(2011)117(13):3548-58)。細胞毒性及び食作用機能は、100日目までに回復するが、Tリンパ球及びBリンパ球のより特殊な機能は、依然として、1年以上にわたって損なわれたままである場合がある。ある期間後、ほとんどの健康な骨髄レシピエントの免疫系の様々な構成要素が、同期して作用し始めるが、慢性移植片対宿主病(GvHD)の患者の免疫系は、依然として、抑制される。免疫再構築の遅延及び不完全性により、患者は、同種HCT後の高い罹患率及び死亡率に関連する感染症にかかりやすくなる。
放射線曝露後の骨髄腔の造血再生及び血管再生は、時間的に関連し、骨髄の血管再構成なしには造血再生はないことが、長い間知られている。現在、細胞毒性薬または全身照射による骨髄抑制後の造血再生は、骨髄類洞ネットワーク及び造血細胞、ならびに巨核球の成熟に相互依存していることが認識される。(Kopp,et.al.“The Bone Marrow Vascular Niche:Home of HSC Differentiation and Mobilization.“PHYSIOLOGY 20:349-356,2005;10.1152/physiol.00025.2005)。
骨髄抑制は、循環する造血細胞のアポトーシスだけでなく、骨髄血管系の破壊にもつながる。類洞の複雑なネットワークは規則的な血管壁がないので、特に、電離放射線の影響を受け、壊死、著しい拡張、ならびに血漿及び血球の漏出を伴う明白な破壊の超微細構造の兆候を示す。骨髄類洞は、隣接する造血細胞自体によりサポートされているようである。このサポートを失うことは、安定性を失うことを意味し、これにより、放射線療法または骨髄抑制化学療法後の骨髄腔内の出血がもたらされる。造血再生のプロセスでは、類洞が、再構築される。従って、造血及び血管新生のプロセスは、密接に関連する。(Kopp,et.al.“The Bone Marrow Vascular Niche:Home of HSC Differentiation and Mobilization.“PHYSIOLOGY 20:349-356,2005;10.1152/physiol.00025.2005)。
血管系は、化学療法後のHSCに保護ニッチを提供し、これにより、骨及び造血の再生が促進される。長期の静止状態のHSCは、類洞及び動脈の両方に関連する。血管ニッチは、照射後にHSC集団を再生するために不可欠である。照射後の骨髄ECの移植は、造血を促進し、放射線感受性組織を保護する。骨髄EC培養馴化培地を移植した照射マウスは、生存率の増加を示した。これにより、アンジオクライン因子が生存率を高め得るが、HSCの完全な喪失を補うことはないことが示される。NotchリガンドJAG-1の内皮特異的欠失は、HSC再生の障害を引き起こし、照射後の致死率を増加させる。Notchシグナル伝達に加えて、ECは、Fgf-2、Bmp4、Igfbp2、及びアンジオポエチン1を上方調節して、造血幹前駆細胞(HSPC)を増殖させ、これにより、これらのアンジオクライン因子が照射後のHSCの保護に有用であり得ることが示される。(Sivan U,De Angelis J,Kusumbe AP.2019 Role of angiocrine signals in bone development,homeostasis and disease.Open Biol.9:190144.http://dx.doi.org/10.1098/rsob.190144)。
記載された発明は、治療量のアンジオクライン因子を含む医薬組成物を対象に投与することを含む、骨髄破壊的傷害に曝露された対象を処置する方法を提供する。この方法は、血管完全性を維持し、骨髄細胞性を増加させ、長期生着の可能性を高め、多系列の再構成を行い、血管炎症を抑制し、HSC機能を維持するのに効果的である。
一態様によると、記載された発明は、骨髄抑制性傷害後の骨髄内皮細胞(BMEC)、造血幹細胞(HSC)、及び骨髄間質細胞を含む造血骨髄微小環境内の血管炎症を低減するための方法であって、BMEC活性の低減は定常状態の造血及びHSC機能の欠陥をもたらし、当該方法は、組み換えまたは合成アンジオクライン因子及び薬学的に許容される担体を含む医薬組成物を対象に投与することと、骨髄の造血微小環境における炎症を軽減すること、骨髄の造血微小環境において血管完全性を保持すること、造血幹細胞(HSC)、造血幹及び前駆細胞(HSPC)、多能性前駆細胞(MPP)、ならびに造血前駆細胞サブセットのうちの1つ以上を含む造血区画における細胞型の頻度及び数を増加させて、多系列の再構成を行うことのうちの1つ以上により、骨髄抑制性傷害後の造血骨髄微小環境における造血回復を増強することと、を含み、血管炎症が、血管拡張の増加、骨髄血管漏出の増加を含む血管完全性の減少、及び炎症性メディエーターのレベルの増加うちの1つ以上を含む、当該方法を提供する。
本方法の一実施形態によると、アンジオクライン因子は、Clec11a、Hapln1、Hspd1、Igfbp1、Bgn、Wnt7a、Sparc、RP53、Bmpr1a、Ighm、Thbs4、Camk2d、Sirt2、Camk2b、Slitrk5、Dctpp1、Hnrnpa2b、Erap1からなる群より選択される1つ以上の組み換えまたは合成タンパク質である。別の実施形態によると、アンジオクライン因子は、組み換えまたは合成Clec11α(幹細胞成長因子)である。別の実施形態によると、骨髄の造血微小環境における炎症は、血管炎症、BM間質細胞の炎症、及び造血細胞の炎症を含む。別の実施形態によると、HSC機能の欠陥は、HSC静止の障害及びHSCアポトーシスの増加を含む。別の実施形態によると、血管の炎症を低減することは、骨髄内のBMECにおいて下流のNFkBシグナル伝達を抑制すること、骨髄の内皮細胞において標的NFkB遺伝子を下方調節すること、またはその両方を含む。別の実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、放射線、化学療法、またはその両方への曝露を含む。別の実施形態によると、放射線は、亜致死放射線、全身照射、全リンパ節照射である。別の実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、化学療法を含む。別の実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、骨髄破壊的である。別の実施形態によると、骨髄(BM)微小環境は、BMEC、BM間質細胞、BM Lepr+細胞、及びBM骨芽細胞を含む。別の実施形態によると、BMECは、類洞及び細動脈BMECである。別の実施形態によると、BMECの免疫表現型は、CD45-Ter119-CD31+VEカドヘリン+である。別の実施形態によると、BM間質細胞の免疫表現型は、CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-である。別の実施形態によると、BM間質集団内のBM Lepr+細胞の免疫表現型は、CD45-Ter119-CD31-Lepr+である。別の実施形態によると、マウスHSCの免疫表現型は、lin-Ter119-CD11b-GR1-B220-CD3-CD41-ckit+SCA1+CD48-CD150+を含む。別の実施形態によると、ヒトHSCの免疫表現型は、CD45RA-CD38-CD34+CD90+を含む。別の実施形態によると、骨髄破壊的傷害後のBMEC活性の低減は、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥をもたらす。
別の態様によると、記載された発明は、骨髄抑制性傷害後の造血ホーミング、生着、再構成、及び骨髄の再生の改善を、それを必要とする対象において行うための方法を提供し、方法は、組み換えまたは合成アンジオクライン因子及び薬学的に許容される担体を含む医薬組成物を対象に投与することと、血液系を再生し、骨髄の造血再構成を促進するのに有効な治療量の多能性の自己再生造血幹細胞(HSC)の移植を含む幹細胞併用療法を施行することと、血液系を再生し、骨髄の造血再構成を促進するのに有効な治療量のBM内皮細胞(BMEC)の移植を含む血管内皮併用療法を施行することと、骨髄抑制性傷害後の骨髄内皮細胞(BMEC)、造血幹細胞(HSC)、及び骨髄間質細胞を含む造血骨髄微小環境内の血管炎症を低減することであって、BMEC活性の低減が、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥をもたらす、低減することと、骨髄の造血微小環境における炎症を低減すること、骨髄の造血微小環境における血管完全性を維持すること、造血幹細胞(HSC)、造血幹及び前駆細胞(HSPC)、多能性前駆細胞(MPP)、ならびに造血前駆細胞サブセットのうちの1つ以上を含む造血区画における細胞型の頻度及び数を増加させて、多系列の再構成を行うことのうちの1つ以上により、骨髄抑制性傷害後の造血骨髄微小環境における造血回復を増強することと、を含み、血管炎症が、血管拡張の増加、骨髄血管漏出の増加を含む血管完全性の減少、及び炎症性メディエーターのレベルの増加うちの1つ以上を含む。
本方法の一実施形態によると、アンジオクライン因子は、Clec11a、Hapln1、Hspd1、Igfbp1、Bgn、Wnt7a、Sparc、RP53、Bmpr1a、Ighm、Thbs4、Camk2d、Sirt2、Camk2b、Slitrk5、Dctpp1、Hnrnpa2b、Erap1からなる群より選択される1つ以上の組み換えまたは合成タンパク質である。別の実施形態によると、アンジオクライン因子は、組み換えまたは合成Clec11α(幹細胞成長因子)である。別の実施形態によると、HSC機能の欠陥は、HSC静止の障害及びHSCアポトーシスの増加を含む。
別の実施形態によると、幹細胞併用療法は、組織源から単離された単核細胞の集団から造血幹細胞を単離すること、正または負の選択により造血幹細胞の単核細胞の単離集団を濃縮すること、及び対象に造血幹細胞の濃縮された単離集団を投与すること、を含む。
別の実施形態によると、血管内皮細胞併用療法は、ヒト臍帯から内皮細胞を単離すること、正または負の選択により血管内皮細胞について単離集団を濃縮すること、及び対象に血管内皮細胞の濃縮された単離集団を投与することを含む。
別の実施形態によると、組織源は、自家である。別の実施形態によると、組織源は、同種異系である。別の実施形態によると、血管の炎症を低減することは、骨髄内のBMECにおいて下流のNFkBシグナル伝達を抑制すること、骨髄の内皮細胞において標的NFkB遺伝子を下方調節すること、またはその両方を含む。別の実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、放射線、化学療法、またはその両方への曝露を含む。別の実施形態によると、放射線は、亜致死放射線、全身照射、全リンパ節照射である。別の実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、化学療法である。別の実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、骨髄破壊的である。別の実施形態によると、骨髄(BM)微小環境は、BMEC、BM間質細胞、BM Lepr+細胞、及びBM骨芽細胞を含む。別の実施形態によると、BMECは、類洞及び細動脈BMECである。別の実施形態によると、BMECの免疫表現型は、CD45-Ter119-CD31+VEカドヘリン+である。別の実施形態によると、BM間質細胞の免疫表現型は、CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-である。別の実施形態によると、BM間質集団内のBM Lepr+細胞の免疫表現型は、CD45-Ter119-CD31-Lepr+である。別の実施形態によると、マウスHSCの免疫表現型は、lin-Ter119-CD11b-GR1-B220-CD3-CD41-ckit+SCA1+CD48-CD150+を含む。別の実施形態によると、ヒトHSCの免疫表現型は、CD45RA-CD38-CD34+CD90+を含む。別の実施形態によると、方法は、骨髄の安定した長期生着、末梢血中の骨髄性バイアスの低減、またはその両方を高める。別の実施形態によると、医薬組成物は、幹細胞併用療法の施行前、施行後、または施行と同時に、投与される。別の実施形態によると、骨髄の造血微小環境における炎症は、血管炎症、BM間質細胞の炎症、及び造血細胞の炎症を含む。
特許または出願ファイルは、カラーで実行された少なくとも1つの図面を含む。カラー図面(複数可)を有する本特許または特許出願の出版物のコピーは、要求に応じて、必要な料金の支払い時に、官庁により提供されるであろう。
CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。大腿骨当たりの総細胞数(n=5マウス/コホート)。 CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。フローサイトメトリーにより評価された106の大腿骨細胞当たりの表現型HSCの頻度(n=5マウス/コホート)。 CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。フローサイトメトリーによるBM HSC及びHSPC頻度の定量化のためのゲーティング方策を示す代表的な等高線図。 CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。フローサイトメトリーにより評価された106の大腿骨細胞当たりの表現型HSPCの頻度(n=5マウス/コホート)。 CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。メチルセルロースベースの前駆細胞アッセイ。棒グラフは、105全骨髄(WBM)当たりのCFUの数を示す(n=3マウス/コホート)。 CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。4ヶ月にわたる総CD45.2+細胞生着及びCD45.2+系列分布を評価する競合的再増殖アッセイを示す(n=10レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。競合的再増殖を評価するために、5×105ドナーWBM細胞(CD45.2)を、5×105競合WBM細胞(CD45.1)と共にプレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに移植した。 CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。4ヶ月にわたる総CD45.2+細胞生着及びCD45.2+系列分布を評価する競合的再増殖アッセイを示す(n=10レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。競合的再増殖を評価するために、5×105ドナーWBM細胞(CD45.2)を、5×105競合WBM細胞(CD45.1)と共にプレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに移植した。 CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。全骨髄制限希釈移植アッセイ後の長期の複数の系列再構成(LTMR)に陽性であったレシピエントの数を表す表である(細胞の用量当たりのn=10レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。 CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。95%の信頼区間を表す破線で示された遺伝子型のHSC頻度の推定値を表示する折れ線グラフである。Extreme Limiting Dilution Analysis(ELDA)を使用して、幹細胞の頻度及び有意性を決定した。 CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。フローサイトメトリーにより示された遺伝子型のHSCの細胞周期分析を示す(n=5マウス/コホート)。 CDH5-MAPKマウスが、HSC及び造血障害を示すことを示す。フローサイトメトリーにより示された遺伝子型のHSCアポトーシスの定量化を示す(n=5マウス/コホート)。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。両側の対応のないスチューデントのt検定を使用して、統計的有意性を決定した(*P<0.05;**P<0.01;及び***P<0.001)。 CDH5-MAPKマウスが、全身性及びBM限局性炎症を示すことを示す。CDH5-MAPKマウスの血管拡張を示す血管特異的CD144/VEカドヘリン抗体(赤)で生体内標識された大腿骨の代表的な免疫蛍光画像を示す。 CDH5-MAPKマウスが、全身性及びBM限局性炎症を示すことを示す。Evan’s Blue Dye(EBD)の血管外漏出の定量化を示す(n=5マウス/コホート)。 CDH5-MAPKマウスが、全身性及びBM限局性炎症を示すことを示す。EBDを注射されたマウスから単離された大腿骨の代表的な画像を示す。 CDH5-MAPKマウスが、全身性及びBM限局性炎症を示すことを示す。各試料の抽出されたEBDの強度を示すマイクロタイタープレートを示す。注射されていない対照を使用して、ベースラインを決定した。 CDH5-MAPKマウスが、全身性及びBM限局性炎症を示すことを示す。プロテオミクス分析により同定されたCDH5-MAPKマウス(n=7 対照及びn=8 CDH5-MAPKマウス)の血漿中で差次的に発現する242のタンパク質のヒートマップである。 CDH5-MAPKマウスが、全身性及びBM限局性炎症を示すことを示す。炎症反応がCDH5-MAPKマウスで過剰に発現されることを示す、差次的に発現されるタンパク質の創意工夫経路分析(Ingenuity Pathway Analysis)を示す。 CDH5-MAPKマウスが、全身性及びBM限局性炎症を示すことを示す。それぞれ、BMECでのMEK1DD発現が、ERK1/2及びp65リン酸化の増加をもたらすことを示す、CDH5-MAPKマウスから単離された骨髄内皮細胞(BMEC)のイムノブロット分析及び定量化を示す(遺伝子型毎にn=3の生物学的複製)。 CDH5-MAPKマウスが、全身性及びBM限局性炎症を示すことを示す。それぞれ、BMECでのMEK1DD発現が、ERK1/2及びp65リン酸化の増加をもたらすことを示す、CDH5-MAPKマウスから単離された骨髄内皮細胞(BMEC)のイムノブロット分析及び定量化を示す(遺伝子型毎にn=3の生物学的複製)。 CDH5-MAPKマウスが、全身性及びBM限局性炎症を示すことを示す。対照と比較した、CDH5-MAPKマウスに由来するBMECにおける核p65のレベルの増加を実証する代表的な免疫蛍光画像及び定量化を示す。TNFα(15分間、10ng/mL)で処理された対照BMECを、アッセイの陽性対照として使用した。棒グラフ内の各ドットは、個々の細胞当たりの核p65染色強度を表す。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。両側の対応のないスチューデントのt検定を使用して、統計的有意性を決定した(*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001)。 CDH5-MAPKマウスが、全身性及びBM限局性炎症を示すことを示す。対照と比較した、CDH5-MAPKマウスに由来するBMECにおける核p65のレベルの増加を実証する代表的な免疫蛍光画像及び定量化を示す。TNFα(15分間、10ng/mL)で処理された対照BMECを、アッセイの陽性対照として使用した。棒グラフ内の各ドットは、個々の細胞当たりの核p65染色強度を表す。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。両側の対応のないスチューデントのt検定を使用して、統計的有意性を決定した(*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001)。 内皮NF-κB阻害が内皮炎症を解消し、CDH5-MAPKマウスの血管完全性を回復することを示す。それぞれ、CDH5-MAPKマウスから単離されたBMECにおけるIkB-SSの発現が、ERK1/2またはp65リン酸化に影響を与えないことを示す、イムノブロット分析及び定量化を示す。黒の矢じりは、内因性IκBαを表すが、赤の矢じりは、IkB-SS導入遺伝子を表す。 内皮NF-κB阻害が内皮炎症を解消し、CDH5-MAPKマウスの血管完全性を回復することを示す。それぞれ、CDH5-MAPKマウスから単離されたBMECにおけるIkB-SSの発現が、ERK1/2またはp65リン酸化に影響を与えないことを示す、イムノブロット分析及び定量化を示す。黒の矢じりは、内因性IκBαを表すが、赤の矢じりは、IkB-SS導入遺伝子を表す。 内皮NF-κB阻害が内皮炎症を解消し、CDH5-MAPKマウスの血管完全性を回復することを示す。それぞれ、対照と比較した、CDH5-MAPKマウスに由来するBMECにおける核p65のレベルの増加を実証する代表的な免疫蛍光画像及び定量化を示す。CDH5-MAPKマウス(CDH5-MAPK::IkB)から単離されたBMECにおけるIkB-SSの発現は、核p65レベルを減少させることに留意すべきである。棒グラフ内の各ドットは、個々の細胞当たりの核p65染色強度を表す。 内皮NF-κB阻害が内皮炎症を解消し、CDH5-MAPKマウスの血管完全性を回復することを示す。それぞれ、対照と比較した、CDH5-MAPKマウスに由来するBMECにおける核p65のレベルの増加を実証する代表的な免疫蛍光画像及び定量化を示す。CDH5-MAPKマウス(CDH5-MAPK::IkB)から単離されたBMECにおけるIkB-SSの発現は、核p65レベルを減少させることに留意すべきである。棒グラフ内の各ドットは、個々の細胞当たりの核p65染色強度を表す。 内皮NF-κB阻害が内皮炎症を解消し、CDH5-MAPKマウスの血管完全性を回復することを示す。CDH5-MAPKマウスのBMEC内でのNF-κB依存性炎症遺伝子の発現の増加を示す、ヒートマップ(図3E)及び棒グラフ(図3F)を示す。CDH5-MAPKを、Tie2.IkB-SSマウスと交配すると(CDH5-MAPK::IkB)、NF-κB依存性標的遺伝子の発現の減少がもたらされた。ハウスキーピング遺伝子Actbの発現を正規化に使用した。樹状図は、データセット全体の教師なし階層的クラスタリングを表す(n=3マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が内皮炎症を解消し、CDH5-MAPKマウスの血管完全性を回復することを示す。CDH5-MAPKマウスのBMEC内でのNF-κB依存性炎症遺伝子の発現の増加を示す、ヒートマップ(図3E)及び棒グラフ(図3F)を示す。CDH5-MAPKを、Tie2.IkB-SSマウスと交配すると(CDH5-MAPK::IkB)、NF-κB依存性標的遺伝子の発現の減少がもたらされた。ハウスキーピング遺伝子Actbの発現を正規化に使用した。樹状図は、データセット全体の教師なし階層的クラスタリングを表す(n=3マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が内皮炎症を解消し、CDH5-MAPKマウスの血管完全性を回復することを示す。CDH5-MAPKマウスの内皮細胞内のNF-κBシグナル伝達の抑制が血管拡張を解消することを示す、血管特異的CD144/VEカドヘリン抗体(赤)で生体内標識された大腿骨の代表的な免疫蛍光画像を示す。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。多重比較及びテューキー補正のための一元ANOVAを実施し、有意性を決定した(*P<0.05;**P<0.01;1233***P<0.001)。 内皮NF-κB阻害が,CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させることを示す。大腿骨当たりの総細胞数を示す(n=7~10マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が,CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させることを示す。フローサイトメトリーにより評価された106の大腿骨細胞当たりの表現型HSCの頻度を示す(n=7~10マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が,CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させることを示す。メチルセルロースベースの前駆体アッセイの結果を示す。棒グラフは、105WBM当たりのCFUの数を示す(n=4マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が,CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させることを示す。移植4ヶ月後の総CD45.2+細胞生着及びCD45.2+系列分布を評価する競合的再増殖アッセイの結果を示す。競合的再増殖を評価するために、5×105ドナーWBM細胞(CD45.2)を5×105競合WBM細胞(CD45.1)と共にプレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに移植した。(n=9~10レシピエント/コホート;コホート当たりn=5ドナー)。 内皮NF-κB阻害が,CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させることを示す。移植4ヶ月後の総CD45.2+細胞生着及びCD45.2+系列分布を評価する競合的再増殖アッセイの結果を示す。競合的再増殖を評価するために、5×105ドナーWBM細胞(CD45.2)を5×105競合WBM細胞(CD45.1)と共にプレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに移植した。(n=9~10レシピエント/コホート;コホート当たりn=5ドナー)。 内皮NF-κB阻害が,CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させることを示す。全骨髄限界希釈移植アッセイ後の長期の多系列再構成(LTMR)に陽性であったレシピエントの数を表す表である(細胞の用量当たりのn=10レシピエント/コホート;コホート当たりのn=5ドナー)。 内皮NF-κB阻害が,CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させることを示す。限界希釈分析のLog分画プロットであり、これは、CDH5-MAPK::IkBマウスが、CDH5-MAPKマウスと比較した場合のLTMRが可能なHSCの頻度の増加を示すことを示す。破線は、95%の信頼区間を示す。Extreme Limiting Dilution Analysis(ELDA)を使用して、幹細胞の頻度及び有意性を決定した。 内皮NF-κB阻害が,CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させることを示す。大腿骨の代表的なホールマウント免疫蛍光画像及び血管特異的CD144/VEカドヘリン抗体(赤)で生体内標識されたマウスの血管からのHSC距離の定量化を示し、これは、内皮MAPK活性化が、CDH5-MAPK::IkBマウスで回復される血管ニッチとのHSCの相互作用(白)を妨害することを示す。CD48+及びLineage+細胞(青チャネル)は、血管系とのHSCの相互作用をより適切に視覚化するために示されない。黄色の矢じりは、類洞血管に極めて接近して位置する代表的なHSC(LineagenegCD48negCD150brightとして定義)を示す。黄色のアスタリスクは、巨核球を示す。棒グラフ内の各ドットは、最も近い血管からの個々のHSCの距離を表す(n=3マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が,CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させることを示す。大腿骨の代表的なホールマウント免疫蛍光画像及び血管特異的CD144/VEカドヘリン抗体(赤)で生体内標識されたマウスの血管からのHSC距離の定量化を示し、これは、内皮MAPK活性化が、CDH5-MAPK::IkBマウスで回復される血管ニッチとのHSCの相互作用(白)を妨害することを示す。CD48+及びLineage+細胞(青チャネル)は、血管系とのHSCの相互作用をより適切に視覚化するために示されない。黄色の矢じりは、類洞血管に極めて接近して位置する代表的なHSC(LineagenegCD48negCD150brightとして定義)を示す。黄色のアスタリスクは、巨核球を示す。棒グラフ内の各ドットは、最も近い血管からの個々のHSCの距離を表す(n=3マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が,CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させることを示す。照射(650Rad)後の末梢血回復の時間経過を示す(n=6~10マウス/コホート)。重要なアスタリスクの色は、示された遺伝子型のCDH5-MAPKマウスとの比較を表す。結果は、CDH5-MAPK::IkBマウスにおける骨髄保護効果を示し、Tie2.IkB-SSマウスと区別がつかない。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。有意性を決定するために、多重比較及びテューキー補正のための一元ANOVAを実施した。*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001.1。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。フローサイトメトリーで推定された、示された造血前駆細胞の大腿骨当たりの総細胞数を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。フローサイトメトリーで推定された、示された造血前駆細胞の大腿骨当たりの総細胞数を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。BM内のCD45+細胞の系列組成を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。定常状態の末梢血球数を示す(n=4~6マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。末梢血中のCD45+細胞の系列組成を示す(n=5マウス/コホート)図5F)。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。末梢血中のHSPC頻度を示す(n=5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。示された遺伝子型の脾臓の全体の画像を示す。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。示された遺伝子型における脾臓の細胞性を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。示された造血前駆細胞の脾臓当たりの総細胞数を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。示された造血前駆細胞の脾臓当たりの総細胞数を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。示された造血前駆細胞の脾臓当たりの総細胞数を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、CDH5-MAPKマウスの造血前駆細胞活性を回復させることを示す。脾臓内のCD45+細胞の系列組成を示す(n=4~5マウス/コホート)。CDH5-MAPKをTie2.IkB-SSマウスと交配すると(CDH5-MAPK::IkB)、CDH5-MAPKマウスの造血及びHSPC属性が制御レベルに回復することに留意すべきである。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。多重比較及びテューキー補正のための一元ANOVAを実施し、有意性を決定した(*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001.1)。 CDH5-MAPK及びTie2.IkB-SSマウスが、導入遺伝子の内皮特異的発現を示すことを示す。CDH5-MAPKマウスを作製するための繁殖方策を説明する概略図である。 CDH5-MAPK及びTie2.IkB-SSマウスが、導入遺伝子の内皮特異的発現を示すことを示す。実験分析前のタモキシフェンレジメンを説明する概略図である。CDH5-MAPKマウスの全骨髄細胞におけるGFP発現を示す代表的なフローサイトメトリーの等高線図。数字は、示された象限内の細胞の平均頻度を、全BM細胞のパーセンテージ±SEM(n=4-5マウス/コホート)として示す。GFP発現は、全骨髄細胞のCD45-分画内の細胞で排他的に検出され、内皮マーカーの表面発現を示すことに留意すべきである。 CDH5-MAPK及びTie2.IkB-SSマウスが、導入遺伝子の内皮特異的発現を示すことを示す。フローサイトメトリーによるホスホ-ERK1/2発現の分析では、タモキシフェン投与後のCDH5-MAPKマウスのBMECにおけるMAPK経路のin vivo活性化が確認されることを示す(n=3マウス/コホート)。 CDH5-MAPK及びTie2.IkB-SSマウスが、導入遺伝子の内皮特異的発現を示すことを示す。CDH5-MAPKマウス内のGFP-BMECと比較したGFP+BMECが、フローサイトメトリーによるホスホ-ERK1/2発現の増加を示し、これにより、in vivoでのcre-媒介性組み換えを追跡するためのGFPレポーターの忠実度が確認される。(n=3マウス/コホート)。 CDH5-MAPK及びTie2.IkB-SSマウスが、導入遺伝子の内皮特異的発現を示すことを示す。CDH5-MAPKマウス(CD45-Ter119-CD31+VEカドヘリン+として定義)のBM内の内皮細胞が、cre-媒介性組み換えを示すが、間質細胞(CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-として定義)は示さないことを示す(n=4マウス/コホート)。 CDH5-MAPK及びTie2.IkB-SSマウスが、導入遺伝子の内皮特異的発現を示すことを示す。Tie2.IkB-SSマウスモデルを説明する概略図である。 CDH5-MAPK及びTie2.IkB-SSマウスが、導入遺伝子の内皮特異的発現を示すことを示す。示された遺伝子型のFACS選別内皮細胞及びCD45+造血細胞から単離されたRNAを使用した、示された遺伝子についてのRT-PCRアンプリコンのアガロースゲル電気泳動画像を示す(n=3マウス/コホート)。IkB-SS導入遺伝子は、内皮細胞で発現され、造血細胞で検出可能な発現を示さないことに留意すべきである。また、CDH5-MAPKマウスの内皮細胞でのcre導入遺伝子の発現があり、造血細胞で検出可能な発現がないことに留意すべきである。NTCは「テンプレート対照なし」を示す。選別純度は、Cdh5(内皮細胞の場合)及びPtprc(造血細胞の場合)の発現を使用して確認された。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。フローサイトメトリーによるHypoxyprobeの定量化に基づくBM HSPCの酸素化状態の推定を示す(n=5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。CellROX Orangeのフローサイトメトリーベースの定量化によるHSPCのROSレベルの定量化を示す(n=5マウス/コホート)。CDH5-MAPK HSPCは、Tie2.IkB-SSマウスと交配することにより解決される低酸素及びROSレベルの増加を示すことに留意すべきである。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。フローサイトメトリーによるKi67-Hoechst染色に基づくHSPCの細胞周期分析を示す(n=5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。フローサイトメトリーによるSub-G0/G1期の細胞のパーセンテージの定量化によるHSPCのアポトーシスの定量化を示す(n=5マウス/コホート)。CDH5-MAPKマウスのHSPCは、内皮NF-κBシグナル伝達の抑制時に解消される、静止状態の喪失及びアポトーシスの増加を示す。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。フローサイトメトリーによる、示されたBMニッチ細胞における、それぞれ、低酸素、ROSレベル、静止及びアポトーシスの定量化を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。フローサイトメトリーによる、示されたBMニッチ細胞における、それぞれ、低酸素、ROSレベル、静止及びアポトーシスの定量化を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。フローサイトメトリーによる、示されたBMニッチ細胞における、それぞれ、低酸素、ROSレベル、静止及びアポトーシスの定量化を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。フローサイトメトリーによる、示されたBMニッチ細胞における、それぞれ、低酸素、ROSレベル、静止及びアポトーシスの定量化を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。フローサイトメトリーによる大腿骨当たりのBMEC及び間質細胞の推定を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。RT-qPCRによる、FACS選別BMニッチ細胞における、pro-HSCパラクリン因子の発現を示す(n=3マウス/コホート)。正規化に、Actbを使用した。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。フローサイトメトリーによる大腿骨当たりのBMEC及び間質細胞の推定を示す(n=4~5マウス/コホート)。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。RT-qPCRによる、FACS選別BMニッチ細胞における、pro-HSCパラクリン因子の発現を示す(n=3マウス/コホート)。正規化に、Actbを使用した。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。Vennyを使用したCDH5-MAPKマウスのBM間質細胞、造血細胞、及びECにおける、qPCRアレイデータからの一般的に上方調節されたNF-κB標的遺伝子の同定を示す。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。示された細胞型におけるIl1b及びCsf1発現のRT-qPCR確認を示す(n=3マウス/コホート)。正規化に、Actbを使用した。内皮NF-κBシグナル伝達の阻害は、CDH5-MAPKマウスの全骨髄内でのIl1b及びCsf1の発現を大幅に抑制することに注意すべきである。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。有意性を決定するために、多重比較及びテューキー補正のための一元ANOVAを実施した。*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。示された細胞型におけるIl1b及びCsf1発現のRT-qPCR確認を示す(n=3マウス/コホート)。正規化に、Actbを使用した。内皮NF-κBシグナル伝達の阻害は、CDH5-MAPKマウスの全骨髄内でのIl1b及びCsf1の発現を大幅に抑制することに注意すべきである。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。有意性を決定するために、多重比較及びテューキー補正のための一元ANOVAを実施した。*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。示された細胞型におけるIl1b及びCsf1発現のRT-qPCR確認を示す(n=3マウス/コホート)。正規化に、Actbを使用した。内皮NF-κBシグナル伝達の阻害は、CDH5-MAPKマウスの全骨髄内でのIl1b及びCsf1の発現を大幅に抑制することに注意すべきである。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。有意性を決定するために、多重比較及びテューキー補正のための一元ANOVAを実施した。*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001。 内皮NF-κB阻害が、HSPC及びBMニッチ細胞の低酸素傷害をレスキューすることを示す。示された細胞型におけるIl1b及びCsf1発現のRT-qPCR確認を示す(n=3マウス/コホート)。正規化に、Actbを使用した。内皮NF-κBシグナル伝達の阻害は、CDH5-MAPKマウスの全骨髄内でのIl1b及びCsf1の発現を大幅に抑制することに注意すべきである。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。有意性を決定するために、多重比較及びテューキー補正のための一元ANOVAを実施した。*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。106WBM当たりの表現型HSCの頻度を示す(n=9~10マウス/コホート)。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。SCGF注入がCDH5-MAPKマウスで観察された表現型HSC欠陥を回復することを示す代表的な等高線図を示す。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。メチルセルロースベースの前駆細胞アッセイの結果を示す(n=5マウス/コホート)。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。移植の4ヶ月後のCD45.2+細胞生着及びCD45.2+系列分布の合計を評価する競合的再増殖アッセイの結果を示す(n=5レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。競合的再増殖アッセイのために、5×105ドナーWBM細胞(CD45.2)を5×105競合WBM細胞(CD45.1)と共に、プレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに移植した。SCGFで処置されたCDH5-MAPKマウスに由来するドナー細胞は、骨髄性バイアスの解消及びリンパ球産物の増加を伴う生着効率の大幅な増加を示したことに留意すべきである。また、SCGFが、対照マウスの造血機能または表現型に大幅な影響を与えないことに留意すべきである。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。移植の4ヶ月後のCD45.2+細胞生着及びCD45.2+系列分布の合計を評価する競合的再増殖アッセイの結果を示す(n=5レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。競合的再増殖アッセイのために、5×105ドナーWBM細胞(CD45.2)を5×105競合WBM細胞(CD45.1)と共に、プレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに移植した。SCGFで処置されたCDH5-MAPKマウスに由来するドナー細胞は、骨髄性バイアスの解消及びリンパ球産物の増加を伴う生着効率の大幅な増加を示したことに留意すべきである。また、SCGFが、対照マウスの造血機能または表現型に大幅な影響を与えないことに留意すべきである。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。長期生着した一次レシピエント由来のWBM細胞を単離し、プレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウス(レシピエント当たり2×106ドナーWBM細胞)に移植した二次移植アッセイを示す。(n=5レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。長期生着した一次レシピエント由来のWBM細胞を単離し、プレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウス(レシピエント当たり2×106ドナーWBM細胞)に移植した二次移植アッセイを示す。(n=5レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。Evan’s Blue Dye(EBD)血管外漏出によるBM血管漏出の分析では、SCGF注入によりCDH5-MAPKマウスの血管漏出が大幅に低減することが明らかになることを示す(n=3~5マウス/コホート)。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。SCGFで処理されたCDH5-MAPKマウスにおける血管拡張の逆転を示す血管特異的VECAD抗体(赤)で生体内標識された大腿骨の代表的な免疫蛍光画像を示す。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。PBS処置対照マウスと比較した、示された遺伝子型のBM微小環境内でのNF-κB標的遺伝子の正規化された遺伝子発現を示す。正規化に、B2mを使用した(n=3マウス/コホート)。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。SCGFで処理されたCDH5-MAPKマウスに由来するBMECにおける核p65のレベルの低下を示す代表的な免疫蛍光画像及び定量化を示す。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。ペアワイズ比較には両側の対応のないスチューデントのt検定、多重比較には一元ANOVAを使用して、統計的有意性を決定した。*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001。 SCGF注入が、CDH5-MAPKマウスの造血及び血管の欠陥を解決することを示す。SCGFで処理されたCDH5-MAPKマウスに由来するBMECにおける核p65のレベルの低下を示す代表的な免疫蛍光画像及び定量化を示す。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。ペアワイズ比較には両側の対応のないスチューデントのt検定、多重比較には一元ANOVAを使用して、統計的有意性を決定した。*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001。 SCGFが骨髄抑制損傷後の造血再生を増強することを示す。650Radの照射後の結果を示し、2μgのSCGFを1日おきに対照及びCDH5-MAPKマウスに注入し、+1日目から合計7回注射し、造血回復を28日にわたって評価した。SCGF注入は、a)対照マウス(n=6~7マウス/コホート)、及び、b)CDH5-MAPKマウス(n=7~8マウス/コホート)において、示された時点での白血球、好中球、赤血球、及び血小板の回復の大幅な増加を促進した。 SCGFが骨髄抑制損傷後の造血再生を増強することを示す。650Radの照射後の結果を示し、2μgのSCGFを1日おきに対照及びCDH5-MAPKマウスに注入し、+1日目から合計7回注射し、造血回復を28日にわたって評価した。SCGF注入は、a)対照マウス(n=6~7マウス/コホート)、及び、b)CDH5-MAPKマウス(n=7~8マウス/コホート)において、示された時点での白血球、好中球、赤血球、及び血小板の回復の大幅な増加を促進した。 SCGFが骨髄抑制損傷後の造血再生を増強することを示す。照射の28日後に血管特異的CD144/VEカドヘリン抗体(赤)で生体内標識された大腿骨の代表的な免疫蛍光画像を示し、これにより、SCGF注入が、c)対照マウス、及び、d)CDH5-MAPKマウスの両方において血管回復を改善したことが示される。 SCGFが骨髄抑制損傷後の造血再生を増強することを示す。照射の28日後に血管特異的CD144/VEカドヘリン抗体(赤)で生体内標識された大腿骨の代表的な免疫蛍光画像を示し、これにより、SCGF注入が、c)対照マウス、及び、d)CDH5-MAPKマウスの両方において血管回復を改善したことが示される。 SCGFが骨髄抑制損傷後の造血再生を増強することを示す。大腿骨当たりの総細胞数を示す(n=4~7マウス/コホート)。 SCGFが骨髄抑制損傷後の造血再生を増強することを示す。フローサイトメトリーにより評価された106の大腿骨細胞当たりの表現型HSCの頻度を示す(n=4~7マウス/コホート)。 SCGFが骨髄抑制損傷後の造血再生を増強することを示す。ドナーWBM細胞の総CD45.2+細胞生着及びCD45.2+系列分布を評価する競合的再増殖アッセイを示す。照射の28日後に、PBS/SCGFで処置された対照及びCDH5-MAPKマウスからドナー細胞を単離した。2.5×106のドナーWBM細胞(CD45.2)を5×105の競合WBM細胞(CD45.1)と共に、プレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに移植した。(n=9~10レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。 SCGFが骨髄抑制損傷後の造血再生を増強することを示す。ドナーWBM細胞の総CD45.2+細胞生着及びCD45.2+系列分布を評価する競合的再増殖アッセイを示す。照射の28日後に、PBS/SCGFで処置された対照及びCDH5-MAPKマウスからドナー細胞を単離した。2.5×106のドナーWBM細胞(CD45.2)を5×105の競合WBM細胞(CD45.1)と共に、プレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに移植した。(n=9~10レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。 SCGFが骨髄抑制損傷後の造血再生を増強することを示す。長期生着した一次レシピエント由来のWBM細胞を単離し、プレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに移植した二次移植アッセイの結果を示す。二次レシピエント毎に2×106のドナーWBM細胞を移植した。(n=4~5レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。両側の対応のないスチューデントのt検定を使用して、統計的有意性を決定した(*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001)。 SCGFが骨髄抑制損傷後の造血再生を増強することを示す。長期生着した一次レシピエント由来のWBM細胞を単離し、プレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに移植した二次移植アッセイの結果を示す。二次レシピエント毎に2×106のドナーWBM細胞を移植した。(n=4~5レシピエント/コホート;n=5ドナー/コホート)。エラーバーは、試料平均±SEMを表す。両側の対応のないスチューデントのt検定を使用して、統計的有意性を決定した(*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001)。 BMニッチ細胞及びHSPCに対する炎症の影響を説明する概略図である。内皮MAPK活性化は、骨髄内のNF-kB依存性炎症性ストレス応答を引き起こし、これにより、血管ニッチ及びHSPCの機能的欠陥がもたらされる。内皮NF-kBの阻害またはSCGFの注入による炎症の抑制は、血管完全性を回復し、HSPC及びニッチの欠陥を解消し、骨髄抑制後の造血回復を増強する。 通常の生理学的条件下では、HSCは、骨芽細胞または血管のニッチに存在する。HSC娘細胞の一部は、BM内のSDF-1のレベルの変化に応じて、ニッチを離れ、動員及び循環し始める。HSCホーミングは、集結の逆であり、BM内のより高いレベルのSDF-1に応答して発生する。骨芽細胞のニッチは、HSCの維持のための静止微小環境を提供する場合がある。対照的に、血管ニッチは、集結またはホーミング中のHSC経内皮移動を促進し、HSC増殖及びさらなる分化を好むことがある。HPCを血管ニッチに動員するプロセスは、内皮由来のFGF-4及びSDF-1に依存することがある。細胞が骨芽細胞ニッチから血管ニッチに進むにつれて、より高いFGF-4及び酸素濃度勾配は、HSC/HPCの動員、増殖、及び分化に役割を果たすことがある。血小板減少症などのストレス下で、SDF-1及びVEGFは、MMP-9を活性化し、これは、膜結合キットリガンドを可溶性キットリガンド(sKitL)に変換し、順次、HSCが細胞周期に入ること、血管ニッチへの集結、及び分化を促進する。(Yin,T.,& Li,L.(2006).The stem cell niches in bone.The Journal of clinical investigation,116(5),1195-1201.doi:10.1172/JCI28568から引用)。 図12A.定常状態では、血小板バイアスHSCは、造血階層の最上位にあり、骨髄バイアスHSC及びリンパバイアスHSCを生成することができる。順次、骨髄バイアスHSCは、平衡バイアスHSC及びリンパバイアスHSCの両方を生成し得るが、リンパバイアスHSCは、骨髄バイアス対応物を生成しない。血小板バイアスHSCは、他のHSCサブセットよりも速く血小板集団を再増殖させる可能性を有する。骨髄バイアスHSCは、骨髄にコミットされた前駆細胞を介して骨髄系細胞を優先的に生じさせる。バランスHSCは、骨髄系とリンパ系の両方に等しく貢献する。リンパ球バイアスHSCは、主に、リンパ球にコミットされた前駆細胞を介して骨髄系細胞よりもリンパ球を生成する。破線は、あるHSCサブセットが別のHSCサブセットを生成する可能性を表す。実線は、分化能を表す。図12B.炎症は、骨髄前駆細胞及び成熟骨髄細胞を含む骨髄系列の産生を高め、これにより、造血における骨髄バイアスがもたらされる。図12C.老化のプロセスで、骨髄バイアスHSCが増加し、リンパ系細胞よりも多くの骨髄を生成する。赤い矢印は、支配的な分化経路を示す。破線は、潜在的な経路を表す。実線は、以前に示された分化能を表す。線の太さは、各系列のコミットメントへの相対的な貢献を反映する。(Kovtonyuk,L.V.,Fritsch,K.,Feng,X.,Manz,M.G.& Takizawa,H.Inflamm-Aging of Hematopoiesis,Hematopoietic Stem Cells,and the Bone Marrow Microenvironment.Frontiers in immunology 7,502,doi:10.3389/fimmu.2016.00502(2016)から引用)。 マイトジェン活性化プロテインキナーゼシグナル伝達経路の概略図である。MAPKシグナル伝達は、成長因子及び細胞ストレスなどの外部刺激で活性化され、MAPKキナーゼキナーゼ(MAP3K)で3層カスケードを活性化し、MAPKキナーゼ(MAP2K)を活性化し、最後にMAPKを活性化する。炎症性疾患に関与する主要なMAPK経路は、ERK(細胞外調節キナーゼ)、p38 MAPK、及びJNK(c-Jun NH2末端キナーゼ)である。p38 MAPKの下流は、MAPK活性化プロテインキナーゼ2(MAPKAPK2またはMK2)である。(Barnes,PJ(2016)“Kinases as Novel Therapeutic Targets in Asthma and Chronic Obstructive Pulmonary Disease“Pharmacological Revs.68:788-815から引用)。 核因子-κB(NF κB)シグナル伝達経路の概略図である。標準的な(古典的な)経路は、炎症性サイトカイン、例えば、腫瘍壊死因子(TNF)-α、インターロイキン(IL)-1β、及びリポ多糖(LPS)で活性化され、これにより、κBキナーゼ(NF-κB必須調節因子(NEMO)と複合体を形成しているIKKα、IKKβ)の阻害剤のリン酸化がもたらされ、これにより、κB(IκB-β)の阻害のリン酸化がもたらされ、これは、ユビキチン化され、p65及びp50を放出するプロテアソームにより分解され、核に移行する。核で、それらは、κB DNA認識配列に結合し、これにより、サイトカイン、ケモカイン、及びプロテアーゼ遺伝子の活性化がもたらされる。非標準経路は、CD40及びリンホトキシン(LT)-βで活性化され、これは、NF-κB誘導キナーゼ(NIK)を活性化し、これにより、IKKαホモ二量体の活性化がもたらされ、これは、RelB/p100をリン酸化し、これにより、核に移行するRelB/p50複合体が生成され、免疫遺伝子のスイッチを入れる。(Barnes,PJ(2016)“Kinases as Novel Therapeutic Targets in Asthma and Chronic Obstructive Pulmonary Disease“Pharmacological Revs.68:788-815から引用)。 CDH5-MAPKマウスが、同腹仔対照と比較して、免疫表現型で定義されたHSC(cKIT+LineageNegCD41-SCA1+CD150+CD48Negとして定義)、ならびに、KLS細胞(cKIT+LineageNeg SCA1+)を含む造血幹及び前駆細胞(HSPC)、多能性前駆細胞(MPP;cKIT+LineageNeg、SCA1+CD150 NegCD48Neg)及び造血前駆細胞細胞サブセット(それぞれ、cKIT+LineageNegSCA1+CD150 NegCD48+及びcKIT+LineageNeg SCA1+CD150+CD48+と定義されるHPC-1及びHPC-2)の頻度及び絶対数において大幅な低下を示したことを示す(補足図1A)。細胞周期分析は、CDH5-MAPKマウス由来のHSC及びHSPCが、同腹仔対照と比較して、静止の喪失及びアポトーシスの増加を示したことを示した(補足図1B~1F)。総合すると、これらのデータは、内皮MAPKの慢性的な活性化が、ニッチ活性に悪影響を及ぼし、これにより、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥がもたらされることを示唆する。 CDH5-MAPKマウスが、同腹仔対照と比較して、免疫表現型で定義されたHSC(cKIT+LineageNegCD41-SCA1+CD150+CD48Negとして定義)、ならびに、KLS細胞(cKIT+LineageNeg SCA1+)を含む造血幹及び前駆細胞(HSPC)、多能性前駆細胞(MPP;cKIT+LineageNeg、SCA1+CD150 NegCD48Neg)及び造血前駆細胞細胞サブセット(それぞれ、cKIT+LineageNegSCA1+CD150 NegCD48+及びcKIT+LineageNeg SCA1+CD150+CD48+と定義されるHPC-1及びHPC-2)の頻度及び絶対数において大幅な低下を示したことを示す(補足図1A)。細胞周期分析は、CDH5-MAPKマウス由来のHSC及びHSPCが、同腹仔対照と比較して、静止の喪失及びアポトーシスの増加を示したことを示した(補足図1B~1F)。総合すると、これらのデータは、内皮MAPKの慢性的な活性化が、ニッチ活性に悪影響を及ぼし、これにより、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥がもたらされることを示唆する。 CDH5-MAPKマウスが、同腹仔対照と比較して、免疫表現型で定義されたHSC(cKIT+LineageNegCD41-SCA1+CD150+CD48Negとして定義)、ならびに、KLS細胞(cKIT+LineageNeg SCA1+)を含む造血幹及び前駆細胞(HSPC)、多能性前駆細胞(MPP;cKIT+LineageNeg、SCA1+CD150 NegCD48Neg)及び造血前駆細胞細胞サブセット(それぞれ、cKIT+LineageNegSCA1+CD150 NegCD48+及びcKIT+LineageNeg SCA1+CD150+CD48+と定義されるHPC-1及びHPC-2)の頻度及び絶対数において大幅な低下を示したことを示す(補足図1A)。細胞周期分析は、CDH5-MAPKマウス由来のHSC及びHSPCが、同腹仔対照と比較して、静止の喪失及びアポトーシスの増加を示したことを示した(補足図1B~1F)。総合すると、これらのデータは、内皮MAPKの慢性的な活性化が、ニッチ活性に悪影響を及ぼし、これにより、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥がもたらされることを示唆する。 CDH5-MAPKマウスが、同腹仔対照と比較して、免疫表現型で定義されたHSC(cKIT+LineageNegCD41-SCA1+CD150+CD48Negとして定義)、ならびに、KLS細胞(cKIT+LineageNeg SCA1+)を含む造血幹及び前駆細胞(HSPC)、多能性前駆細胞(MPP;cKIT+LineageNeg、SCA1+CD150 NegCD48Neg)及び造血前駆細胞細胞サブセット(それぞれ、cKIT+LineageNegSCA1+CD150 NegCD48+及びcKIT+LineageNeg SCA1+CD150+CD48+と定義されるHPC-1及びHPC-2)の頻度及び絶対数において大幅な低下を示したことを示す(補足図1A)。細胞周期分析は、CDH5-MAPKマウス由来のHSC及びHSPCが、同腹仔対照と比較して、静止の喪失及びアポトーシスの増加を示したことを示した(補足図1B~1F)。総合すると、これらのデータは、内皮MAPKの慢性的な活性化が、ニッチ活性に悪影響を及ぼし、これにより、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥がもたらされることを示唆する。 CDH5-MAPKマウスが、同腹仔対照と比較して、免疫表現型で定義されたHSC(cKIT+LineageNegCD41-SCA1+CD150+CD48Negとして定義)、ならびに、KLS細胞(cKIT+LineageNeg SCA1+)を含む造血幹及び前駆細胞(HSPC)、多能性前駆細胞(MPP;cKIT+LineageNeg、SCA1+CD150 NegCD48Neg)及び造血前駆細胞細胞サブセット(それぞれ、cKIT+LineageNegSCA1+CD150 NegCD48+及びcKIT+LineageNeg SCA1+CD150+CD48+と定義されるHPC-1及びHPC-2)の頻度及び絶対数において大幅な低下を示したことを示す(補足図1A)。細胞周期分析は、CDH5-MAPKマウス由来のHSC及びHSPCが、同腹仔対照と比較して、静止の喪失及びアポトーシスの増加を示したことを示した(補足図1B~1F)。総合すると、これらのデータは、内皮MAPKの慢性的な活性化が、ニッチ活性に悪影響を及ぼし、これにより、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥がもたらされることを示唆する。 CDH5-MAPKマウスが、同腹仔対照と比較して、免疫表現型で定義されたHSC(cKIT+LineageNegCD41-SCA1+CD150+CD48Negとして定義)、ならびに、KLS細胞(cKIT+LineageNeg SCA1+)を含む造血幹及び前駆細胞(HSPC)、多能性前駆細胞(MPP;cKIT+LineageNeg、SCA1+CD150 NegCD48Neg)及び造血前駆細胞細胞サブセット(それぞれ、cKIT+LineageNegSCA1+CD150 NegCD48+及びcKIT+LineageNeg SCA1+CD150+CD48+と定義されるHPC-1及びHPC-2)の頻度及び絶対数において大幅な低下を示したことを示す(補足図1A)。細胞周期分析は、CDH5-MAPKマウス由来のHSC及びHSPCが、同腹仔対照と比較して、静止の喪失及びアポトーシスの増加を示したことを示した(補足図1B~1F)。総合すると、これらのデータは、内皮MAPKの慢性的な活性化が、ニッチ活性に悪影響を及ぼし、これにより、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥がもたらされることを示唆する。 CDH5-MAPK::IkBマウスの造血分析は、BM細胞性の回復ならびに表現型HSC及びHSPCの頻度を示した(補足図2A)。競合的BM移植によりアッセイされたHSC機能性は、CDH5-MAPK::IkBマウスにおける長期生着能の完全な回復及び骨髄バイアス分化の逆転を示した(補足図2B)。CDH5-MAPK::IkBマウスに由来するWBM細胞は、二次移植アッセイ中に連続再増殖180及び多系列再構成能を維持することもできた(補足図2C及び補足図2D)。CDH5-MAPKマウスは、免疫表現型で定義されたBM多能性前駆細胞(MPP)、一般的なリンパ系前駆細胞(CLP)、一般的な骨髄系前駆細胞(CMP)、顆粒球/マクロファージ前駆細胞(GMP)、巨核球/赤血球系前駆細胞(MEP)、及びB細胞前駆細胞サブセット(sIgM-B220+B細胞、Pre-Pro B細胞、Pro B細胞、及びPre B細胞)において低下を示した。これは、末梢血数の減少に機能的に反映された。(補足図2E及び補足図2F)。 CDH5-MAPK::IkBマウスの造血分析は、BM細胞性の回復ならびに表現型HSC及びHSPCの頻度を示した(補足図2A)。競合的BM移植によりアッセイされたHSC機能は、CDH5-MAPK::IkBマウスにおける長期生着能の完全な回復及び骨髄バイアス分化の逆転を示した(補足図2B)。CDH5-MAPK::IkBマウスに由来するWBM細胞は、二次移植アッセイ中に連続再増殖180及び多系列再構成能を維持することもできた(補足図2C及び補足図2D)。CDH5-MAPKマウスは、免疫表現型で定義されたBM多能性前駆細胞(MPP)、一般的なリンパ系前駆細胞(CLP)、一般的な骨髄系前駆細胞(CMP)、顆粒球/マクロファージ前駆細胞(GMP)、巨核球/赤血球系前駆細胞(MEP)、及びB細胞前駆細胞サブセット(sIgM-B220+B細胞、Pre-Pro B細胞、Pro B細胞、及びPre B細胞)において低下を示した。これは、末梢血数の減少に機能的に反映された。(補足図2E及び補足図2F)。 CDH5-MAPK::IkBマウスの造血分析は、BM細胞性の回復ならびに表現型HSC及びHSPCの頻度を示した(補足図2A)。競合的BM移植によりアッセイされたHSC機能は、CDH5-MAPK::IkBマウスにおける長期生着能の完全な回復及び骨髄バイアス分化の逆転を示した(補足図2B)。CDH5-MAPK::IkBマウスに由来するWBM細胞は、二次移植アッセイ中に連続再増殖180及び多系列再構成能を維持することもできた(補足図2C及び補足図2D)。CDH5-MAPKマウスは、免疫表現型で定義されたBM多能性前駆細胞(MPP)、一般的なリンパ系前駆細胞(CLP)、一般的な骨髄系前駆細胞(CMP)、顆粒球/マクロファージ前駆細胞(GMP)、巨核球/赤血球系前駆細胞(MEP)、及びB細胞前駆細胞サブセット(sIgM-B220+B細胞、Pre-Pro B細胞、Pro B細胞、及びPre B細胞)において低下を示した。これは、末梢血数の減少に機能的に反映された。(補足図2E及び補足図2F)。 CDH5-MAPK::IkBマウスの造血分析は、BM細胞性の回復ならびに表現型HSC及びHSPCの頻度を示した(補足図2A)。競合的BM移植によりアッセイされたHSC機能は、CDH5-MAPK::IkBマウスにおける長期生着能の完全な回復及び骨髄バイアス分化の逆転を示した(補足図2B)。CDH5-MAPK::IkBマウスに由来するWBM細胞は、二次移植アッセイ中に連続再増殖180及び多系列再構成能を維持することもできた(補足図2C及び補足図2D)。CDH5-MAPKマウスは、免疫表現型で定義されたBM多能性前駆細胞(MPP)、一般的なリンパ系前駆細胞(CLP)、一般的な骨髄系前駆細胞(CMP)、顆粒球/マクロファージ前駆細胞(GMP)、巨核球/赤血球系前駆細胞(MEP)、及びB細胞前駆細胞サブセット(sIgM-B220+B細胞、Pre-Pro B細胞、Pro B細胞、及びPre B細胞)において低下を示した。これは、末梢血数の減少に機能的に反映された。(補足図2E及び補足図2F)。 CDH5-MAPK::IkBマウスの造血分析は、BM細胞性の回復ならびに表現型HSC及びHSPCの頻度を示した(補足図2A)。競合的BM移植によりアッセイされたHSC機能は、CDH5-MAPK::IkBマウスにおける長期生着能の完全な回復及び骨髄バイアス分化の逆転を示した(補足図2B)。CDH5-MAPK::IkBマウスに由来するWBM細胞は、二次移植アッセイ中に連続再増殖180及び多系列再構成能を維持することもできた(補足図2C及び補足図2D)。CDH5-MAPKマウスは、免疫表現型で定義されたBM多能性前駆細胞(MPP)、一般的なリンパ系前駆細胞(CLP)、一般的な骨髄系前駆細胞(CMP)、顆粒球/マクロファージ前駆細胞(GMP)、巨核球/赤血球系前駆細胞(MEP)、及びB細胞前駆細胞サブセット(sIgM-B220+B細胞、Pre-Pro B細胞、Pro B細胞、及びPre B細胞)において低下を示した。これは、末梢血数の減少に機能的に反映された。(補足図2E及び補足図2F)。 CDH5-MAPK::IkBマウスの造血分析は、BM細胞性の回復ならびに表現型HSC及びHSPCの頻度を示した(補足図2A)。競合的BM移植によりアッセイされたHSC機能は、CDH5-MAPK::IkBマウスにおける長期生着能の完全な回復及び骨髄バイアス分化の逆転を示した(補足図2B)。CDH5-MAPK::IkBマウスに由来するWBM細胞は、二次移植アッセイ中に連続再増殖180及び多系列再構成能を維持することもできた(補足図2C及び補足図2D)。CDH5-MAPKマウスは、免疫表現型で定義されたBM多能性前駆細胞(MPP)、一般的なリンパ系前駆細胞(CLP)、一般的な骨髄系前駆細胞(CMP)、顆粒球/マクロファージ前駆細胞(GMP)、巨核球/赤血球系前駆細胞(MEP)、及びB細胞前駆細胞サブセット(sIgM-B220+B細胞、Pre-Pro B細胞、Pro B細胞、及びPre B細胞)において低下を示した。これは、末梢血数の減少に機能的に反映された。(補足図2E及び補足図2F)。 RT-qPCR分析では、CDH5-MAPKマウスの造血細胞(CD45+)、間質細胞(CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-)、及び未分画の全骨髄(WBM)細胞におけるNF-kB標的遺伝子の全体的な上方調節が明らかになった(補足図3A~3F)。これにより、内皮MAPKの活性化が、BM内の一般化された炎症性応答を引き起こすことが示された。 RT-qPCR分析では、CDH5-MAPKマウスの造血細胞(CD45+)、間質細胞(CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-)、及び未分画の全骨髄(WBM)細胞におけるNF-kB標的遺伝子の全体的な上方調節が明らかになった(補足図3A~3F)。これにより、内皮MAPKの活性化が、BM内の一般化された炎症性応答を引き起こすことが示された。 RT-qPCR分析では、CDH5-MAPKマウスの造血細胞(CD45+)、間質細胞(CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-)、及び未分画の全骨髄(WBM)細胞におけるNF-kB標的遺伝子の全体的な上方調節が明らかになった(補足図3A~3F)。これにより、内皮MAPKの活性化が、BM内の一般化された炎症性応答を引き起こすことが示された。 RT-qPCR分析では、CDH5-MAPKマウスの造血細胞(CD45+)、間質細胞(CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-)、及び未分画の全骨髄(WBM)細胞におけるNF-kB標的遺伝子の全体的な上方調節が明らかになった(補足図3A~3F)。これにより、内皮MAPKの活性化が、BM内の一般化された炎症性応答を引き起こすことが示された。 RT-qPCR分析では、CDH5-MAPKマウスの造血細胞(CD45+)、間質細胞(CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-)、及び未分画の全骨髄(WBM)細胞におけるNF-kB標的遺伝子の全体的な上方調節が明らかになった(補足図3A~3F)。これにより、内皮MAPKの活性化が、BM内の一般化された炎症性応答を引き起こすことが示された。 RT-qPCR分析では、CDH5-MAPKマウスの造血細胞(CD45+)、間質細胞(CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-)、及び未分画の全骨髄(WBM)細胞におけるNF-kB標的遺伝子の全体的な上方調節が明らかになった(補足図3A~3F)。これにより、内皮MAPKの活性化が、BM内の一般化された炎症性応答を引き起こすことが示された。 CDH5-MAPKマウスにおける導入遺伝子発現の忠実度は、内因性のRosa26:eGFPレポーターシステムを使用して、cre媒介性248組み換えを追跡することにより検証された。GFPの発現は、骨髄内の内皮細胞に厳密に限定され、HSC、ならびに骨髄細胞、B細胞、及びT細胞を含む分析された造血サブセットのいずれにも検出可能な発現はなかった(補足図4A及び補足図4B)。 CDH5-MAPKマウスにおける導入遺伝子発現の忠実度は、内因性のRosa26:eGFPレポーターシステムを使用して、cre媒介性248組み換えを追跡することにより検証された。GFPの発現は、骨髄内の内皮細胞に厳密に限定され、HSC、ならびに骨髄細胞、B細胞、及びT細胞を含む分析された造血サブセットのいずれにも検出可能な発現はなかった(補足図4A及び補足図4B)。 CDH5-MAPKマウスのHSPCは、静止状態の喪失及びアポトーシスの増加と共に低酸素及びROSレベルの大幅な増加を示したことを示す。 CDH5-MAPKマウスのHSPCは、静止状態の喪失及びアポトーシスの増加と共に低酸素及びROSレベルの大幅な増加を示したことを示す。 BM Lepr+細胞及び骨芽細胞のフローサイトメトリー分析は、CDH5-MAPKマウスの細胞性またはHSC調節因子の発現において大幅な変化を明らかにしなかった(補足図6A、6E、6G、及び6H)。しかし、CDH5-MAPKマウスのLepr+細胞及び骨芽細胞の両方が、他のBM細胞サブセットと同様にNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加を示し、これは、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害時に抑制された(補足図6F及び補足図6I)。 BM Lepr+細胞及び骨芽細胞のフローサイトメトリー分析は、CDH5-MAPKマウスの細胞性またはHSC調節因子の発現において大幅な変化を明らかにしなかった(補足図6A、6E、6G、及び6H)。しかし、CDH5-MAPKマウスのLepr+細胞及び骨芽細胞の両方が、他のBM細胞サブセットと同様にNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加を示し、これは、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害時に抑制された(補足図6F及び補足図6I)。 BM Lepr+細胞及び骨芽細胞のフローサイトメトリー分析は、CDH5-MAPKマウスの細胞性またはHSC調節因子の発現において大幅な変化を明らかにしなかった(補足図6A、6E、6G、及び6H)。しかし、CDH5-MAPKマウスのLepr+細胞及び骨芽細胞の両方が、他のBM細胞サブセットと同様にNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加を示し、これは、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害時に抑制された(補足図6F及び補足図6I)。 BM Lepr+細胞及び骨芽細胞のフローサイトメトリー分析は、CDH5-MAPKマウスの細胞性またはHSC調節因子の発現において大幅な変化を明らかにしなかった(補足図6A、6E、6G、及び6H)。しかし、CDH5-MAPKマウスのLepr+細胞及び骨芽細胞の両方が、他のBM細胞サブセットと同様にNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加を示し、これは、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害時に抑制された(補足図6F及び補足図6I)。 BM Lepr+細胞及び骨芽細胞のフローサイトメトリー分析は、CDH5-MAPKマウスの細胞性またはHSC調節因子の発現において大幅な変化を明らかにしなかった(補足図6A、6E、6G、及び6H)。しかし、CDH5-MAPKマウスのLepr+細胞及び骨芽細胞の両方が、他のBM細胞サブセットと同様にNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加を示し、これは、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害時に抑制された(補足図6F及び補足図6I)。 BM Lepr+細胞及び骨芽細胞のフローサイトメトリー分析は、CDH5-MAPKマウスの細胞性またはHSC調節因子の発現において大幅な変化を明らかにしなかった(補足図6A、6E、6G、及び6H)。しかし、CDH5-MAPKマウスのLepr+細胞及び骨芽細胞の両方が、他のBM細胞サブセットと同様にNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加を示し、これは、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害時に抑制された(補足図6F及び補足図6I)。 BM Lepr+細胞及び骨芽細胞のフローサイトメトリー分析は、CDH5-MAPKマウスの細胞性またはHSC調節因子の発現において大幅な変化を明らかにしなかった(補足図6A、6E、6G、及び6H)。しかし、CDH5-MAPKマウスのLepr+細胞及び骨芽細胞の両方が、他のBM細胞サブセットと同様にNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加を示し、これは、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害時に抑制された(補足図6F及び補足図6I)。 BM Lepr+細胞及び骨芽細胞のフローサイトメトリー分析は、CDH5-MAPKマウスの細胞性またはHSC調節因子の発現において大幅な変化を明らかにしなかった(補足図6A、6E、6G、及び6H)。しかし、CDH5-MAPKマウスのLepr+細胞及び骨芽細胞の両方が、他のBM細胞サブセットと同様にNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加を示し、これは、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害時に抑制された(補足図6F及び補足図6I)。 BM Lepr+細胞及び骨芽細胞のフローサイトメトリー分析は、CDH5-MAPKマウスの細胞性またはHSC調節因子の発現において大幅な変化を明らかにしなかった(補足図6A、6E、6G、及び6H)。しかし、CDH5-MAPKマウスのLepr+細胞及び骨芽細胞の両方が、他のBM細胞サブセットと同様にNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加を示し、これは、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害時に抑制された(補足図6F及び補足図6I)。 炎症時にHSC機能を調節し得る新規候補タンパク質をスクリーニングするために、同腹仔対照と比較して差次的に発現された82のタンパク質として同定されたTie2.IkB-SSマウスに由来する血漿のプロテオミクス分析(SomaLogic)を実施した。潜在的な造血促進タンパク質は、Tie2.IkB-SSマウスと比較して、CDH5-MAPKマウスでは反対の傾向を示すと仮定された。このアプローチを使用して、大幅に変化し、逆相関した18の候補因子を同定した(すなわち、CDH5-MAPKマウスでは下、Tie2.IkB-SSでは上、及び逆もまた同様)(補足図7、図7A、及び補足図7B)。これらの中で、Clec11a/幹細胞成長因子α(SCGF)は、CDH5-MAPKマウスで最も大幅に下方調節されたタンパク質であった(補足図7C)。SCGFアプタマーの特異性が確認され、CDH5-MAPKマウスで観察された血漿SCGFの減少が検証された(補足図7D)。特に、CDH5-MAPK::IkBマウスは、血漿SCGFレベルの回復を示した。これにより、さらに、SCGFが、CDH5-MAPK::IkBマウスの回復を促進する潜在的な造血促進因子であり得ることが示される。(補足図7E及び補足図7F)。 炎症時にHSC機能を調節し得る新規候補タンパク質をスクリーニングするために、同腹仔対照と比較して差次的に発現された82のタンパク質として同定されたTie2.IkB-SSマウスに由来する血漿のプロテオミクス分析(SomaLogic)を実施した。潜在的な造血促進タンパク質は、Tie2.IkB-SSマウスと比較して、CDH5-MAPKマウスでは反対の傾向を示すと仮定された。このアプローチを使用して、大幅に変化し、逆相関した18の候補因子を同定した(すなわち、CDH5-MAPKマウスでは下、Tie2.IkB-SSでは上、及び逆もまた同様)(補足図7、図7A、及び補足図7B)。これらの中で、Clec11a/幹細胞成長因子α(SCGF)は、CDH5-MAPKマウスで最も大幅に下方調節されたタンパク質であった(補足図7C)。SCGFアプタマーの特異性が確認され、CDH5-MAPKマウスで観察された血漿SCGFの減少が検証された(補足図7D)。特に、CDH5-MAPK::IkBマウスは、血漿SCGFレベルの回復を示した。これにより、さらに、SCGFが、CDH5-MAPK::IkBマウスの回復を促進する潜在的な造血促進因子であり得ることが示される。(補足図7E及び補足図7F)。 炎症時にHSC機能を調節し得る新規候補タンパク質をスクリーニングするために、同腹仔対照と比較して差次的に発現された82のタンパク質として同定されたTie2.IkB-SSマウスに由来する血漿のプロテオミクス分析(SomaLogic)を実施した。潜在的な造血促進タンパク質は、Tie2.IkB-SSマウスと比較して、CDH5-MAPKマウスでは反対の傾向を示すと仮定された。このアプローチを使用して、大幅に変化し、逆相関した18の候補因子を同定した(すなわち、CDH5-MAPKマウスでは下、Tie2.IkB-SSでは上、及び逆もまた同様)(補足図7、図7A、及び補足図7B)。これらの中で、Clec11a/幹細胞成長因子α(SCGF)は、CDH5-MAPKマウスで最も大幅に下方調節されたタンパク質であった(補足図7C)。SCGFアプタマーの特異性が確認され、CDH5-MAPKマウスで観察された血漿SCGFの減少が検証された(補足図7D)。特に、CDH5-MAPK::IkBマウスは、血漿SCGFレベルの回復を示した。これにより、さらに、SCGFが、CDH5-MAPK::IkBマウスの回復を促進する潜在的な造血促進因子であり得ることが示される。(補足図7E及び補足図7F)。 炎症時にHSC機能を調節し得る新規候補タンパク質をスクリーニングするために、同腹仔対照と比較して差次的に発現された82のタンパク質として同定されたTie2.IkB-SSマウスに由来する血漿のプロテオミクス分析(SomaLogic)を実施した。潜在的な造血促進タンパク質は、Tie2.IkB-SSマウスと比較して、CDH5-MAPKマウスでは反対の傾向を示すと仮定された。このアプローチを使用して、大幅に変化し、逆相関した18の候補因子を同定した(すなわち、CDH5-MAPKマウスでは下、Tie2.IkB-SSでは上、及び逆もまた同様)(補足図7、図7A、及び補足図7B)。これらの中で、Clec11a/幹細胞成長因子α(SCGF)は、CDH5-MAPKマウスで最も大幅に下方調節されたタンパク質であった(補足図7C)。SCGFアプタマーの特異性が確認され、CDH5-MAPKマウスで観察された血漿SCGFの減少が検証された(補足図7D)。特に、CDH5-MAPK::IkBマウスは、血漿SCGFレベルの回復を示した。これにより、さらに、SCGFが、CDH5-MAPK::IkBマウスの回復を促進する潜在的な造血促進因子であり得ることが示される。(補足図7E及び補足図7F)。 炎症時にHSC機能を調節し得る新規候補タンパク質をスクリーニングするために、同腹仔対照と比較して差次的に発現された82のタンパク質として同定されたTie2.IkB-SSマウスに由来する血漿のプロテオミクス分析(SomaLogic)を実施した。潜在的な造血促進タンパク質は、Tie2.IkB-SSマウスと比較して、CDH5-MAPKマウスでは反対の傾向を示すと仮定された。このアプローチを使用して、大幅に変化し、逆相関した18の候補因子を同定した(すなわち、CDH5-MAPKマウスでは下、Tie2.IkB-SSでは上、及び逆もまた同様)(補足図7、図7A、及び補足図7B)。これらの中で、Clec11a/幹細胞成長因子α(SCGF)は、CDH5-MAPKマウスで最も大幅に下方調節されたタンパク質であった(補足図7C)。SCGFアプタマーの特異性が確認され、CDH5-MAPKマウスで観察された血漿SCGFの減少が検証された(補足図7D)。特に、CDH5-MAPK::IkBマウスは、血漿SCGFレベルの回復を示した。これにより、さらに、SCGFが、CDH5-MAPK::IkBマウスの回復を促進する潜在的な造血促進因子であり得ることが示される。(補足図7E及び補足図7F)。 炎症時にHSC機能を調節し得る新規候補タンパク質をスクリーニングするために、同腹仔対照と比較して差次的に発現された82のタンパク質として同定されたTie2.IkB-SSマウスに由来する血漿のプロテオミクス分析(SomaLogic)を実施した。潜在的な造血促進タンパク質は、Tie2.IkB-SSマウスと比較して、CDH5-MAPKマウスでは反対の傾向を示すと仮定された。このアプローチを使用して、大幅に変化し、逆相関した18の候補因子を同定した(すなわち、CDH5-MAPKマウスでは下、Tie2.IkB-SSでは上、及び逆もまた同様)(補足図7、図7A、及び補足図7B)。これらの中で、Clec11a/幹細胞成長因子α(SCGF)は、CDH5-MAPKマウスで最も大幅に下方調節されたタンパク質であった(補足図7C)。SCGFアプタマーの特異性が確認され、CDH5-MAPKマウスで観察された血漿SCGFの減少が検証された(補足図7D)。特に、CDH5-MAPK::IkBマウスは、血漿SCGFレベルの回復を示した。これにより、さらに、SCGFが、CDH5-MAPK::IkBマウスの回復を促進する潜在的な造血促進因子であり得ることが示される。(補足図7E及び補足図7F)。 SCGFがCDH5-MAPKマウスの造血障害を回復し得るかどうかを判定するために、4μgのSCGFを、5日間連続して皮下注入し、最後の注射から24時間後に造血系の表現型及び機能属性を分析した(補足図8A)。細胞の頻度及び絶対数に、有意性は見られなかった(補足図8B)。同腹仔対照マウスへのSCGF注入は、SCGFが、定常状態の造血に影響を及ぼさないことを確認したが、CDH5-MAPKマウスへのSCGFの注入は、造血に重大な影響を及ぼしていた(補足図8C~8E)。SCGF注入は、CDH5-MAPKマウスの表現型HSC及びHSPCの頻度を大幅に増加させた(補足図8C)。SCGF注入は、また、CDH5-MAPKマウスの末梢血骨髄バイアスを解消し、血球数を回復させた(補足図8D及び補足図8E)。 SCGFがCDH5-MAPKマウスの造血障害を回復し得るかどうかを判定するために、4μgのSCGFを、5日間連続して皮下注入し、最後の注射から24時間後に造血系の表現型及び機能属性を分析した(補足図8A)。細胞の頻度及び絶対数に、有意性は見られなかった(補足図8B)。同腹仔対照マウスへのSCGF注入は、SCGFが、定常状態の造血に影響を及ぼさないことを確認したが、CDH5-MAPKマウスへのSCGFの注入は、造血に重大な影響を及ぼしていた(補足図8C~8E)。SCGF注入は、CDH5-MAPKマウスの表現型HSC及びHSPCの頻度を大幅に増加させた(補足図8C)。SCGF注入は、また、CDH5-MAPKマウスの末梢血骨髄バイアスを解消し、血球数を回復させた(補足図8D及び補足図8E)。 SCGFがCDH5-MAPKマウスの造血障害を回復し得るかどうかを判定するために、4μgのSCGFを、5日間連続して皮下注入し、最後の注射から24時間後に造血系の表現型及び機能属性を分析した(補足図8A)。細胞の頻度及び絶対数に、有意性は見られなかった(補足図8B)。同腹仔対照マウスへのSCGF注入は、SCGFが、定常状態の造血に影響を及ぼさないことを確認したが、CDH5-MAPKマウスへのSCGFの注入は、造血に重大な影響を及ぼしていた(補足図8C~8E)。SCGF注入は、CDH5-MAPKマウスの表現型HSC及びHSPCの頻度を大幅に増加させた(補足図8C)。SCGF注入は、また、CDH5-MAPKマウスの末梢血骨髄バイアスを解消し、血球数を回復させた(補足図8D及び補足図8E)。 SCGFがCDH5-MAPKマウスの造血障害を回復し得るかどうかを判定するために、4μgのSCGFを、5日間連続して皮下注入し、最後の注射から24時間後に造血系の表現型及び機能属性を分析した(補足図8A)。細胞の頻度及び絶対数に、有意性は見られなかった(補足図8B)。同腹仔対照マウスへのSCGF注入は、SCGFが、定常状態の造血に影響を及ぼさないことを確認したが、CDH5-MAPKマウスへのSCGFの注入は、造血に重大な影響を及ぼしていた(補足図8C~8E)。SCGF注入は、CDH5-MAPKマウスの表現型HSC及びHSPCの頻度を大幅に増加させた(補足図8C)。SCGF注入は、また、CDH5-MAPKマウスの末梢血骨髄バイアスを解消し、血球数を回復させた(補足図8D及び補足図8E)。 SCGFがCDH5-MAPKマウスの造血障害を回復し得るかどうかを判定するために、4μgのSCGFを、5日間連続して皮下注入し、最後の注射から24時間後に造血系の表現型及び機能属性を分析した(補足図8A)。細胞の頻度及び絶対数に、有意性は見られなかった(補足図8B)。同腹仔対照マウスへのSCGF注入は、SCGFが、定常状態の造血に影響を及ぼさないことを確認したが、CDH5-MAPKマウスへのSCGFの注入は、造血に重大な影響を及ぼしていた(補足図8C~8E)。SCGF注入は、CDH5-MAPKマウスの表現型HSC及びHSPCの頻度を大幅に増加させた(補足図8C)。SCGF注入は、また、CDH5-MAPKマウスの末梢血骨髄バイアスを解消し、血球数を回復させた(補足図8D及び補足図8E)。 SCGFが、骨形成を促進することが示されているので、CDH5-MAPKマウスで観察されたBM炎症に伴う血漿SCGFレベルの低下が骨減少症をもたらし得る可能性がある。CDH5-MAPKマウスは、実に、骨小柱の体積、骨小柱の数及び厚さの全体的な減少を示し、これにより、内皮MAPKの活性化が骨の健康に有害な影響を与えたことが示された(補足図9A~9D)。SCGFは、対照マウスの骨形成に影響を与えなかったが、CDH5-MAPKマウスの骨小柱の体積ならびに骨小柱の数及び厚さの有意な増加を引き起こし、これにより、骨形成の促進における役割が確認された(補足図9A~9D)。特に、SCGFの発現は、造血細胞及びBMECには見られず、主に、BM Lepr+及び骨芽細胞間質サブセットを含むBM間質細胞で発現された(補足図9E)。しかし、Tie2-IkB-SS、CDH5-MAPK、及びCDH5-MAPK::IkBマウスのBMからの全間質細胞、Lepr+細胞、及び骨芽細胞におけるSCGF発現の分析では、mRNA発現に大幅な変化が明らかにならなかった(補足図9F)。これにより、CDH5-MAPKマウスにおける血漿SCGFの減少が転写変化によるものではないことが示される。 SCGFが、骨形成を促進することが示されているので、CDH5-MAPKマウスで観察されたBM炎症に伴う血漿SCGFレベルの低下が骨減少症をもたらし得る可能性がある。CDH5-MAPKマウスは、実に、骨小柱の体積、骨小柱の数及び厚さの全体的な減少を示し、これにより、内皮MAPKの活性化が骨の健康に有害な影響を与えたことが示された(補足図9A~9D)。SCGFは、対照マウスの骨形成に影響を与えなかったが、CDH5-MAPKマウスの骨小柱の体積ならびに骨小柱の数及び厚さの有意な増加を引き起こし、これにより、骨形成の促進における役割が確認された(補足図9A~9D)。特に、SCGFの発現は、造血細胞及びBMECには見られず、主に、BM Lepr+及び骨芽細胞間質サブセットを含むBM間質細胞で発現された(補足図9E)。しかし、Tie2-IkB-SS、CDH5-MAPK、及びCDH5-MAPK::IkBマウスのBMからの全間質細胞、Lepr+細胞、及び骨芽細胞におけるSCGF発現の分析では、mRNA発現に大幅な変化が明らかにならなかった(補足図9F)。これにより、CDH5-MAPKマウスにおける血漿SCGFの減少が転写変化によるものではないことが示される。 SCGFが、骨形成を促進することが示されているので、CDH5-MAPKマウスで観察されたBM炎症に伴う血漿SCGFレベルの低下が骨減少症をもたらし得る可能性がある。CDH5-MAPKマウスは、実に、骨小柱の体積、骨小柱の数及び厚さの全体的な減少を示し、これにより、内皮MAPKの活性化が骨の健康に有害な影響を与えたことが示された(補足図9A~9D)。SCGFは、対照マウスの骨形成に影響を与えなかったが、CDH5-MAPKマウスの骨小柱の体積ならびに骨小柱の数及び厚さの有意な増加を引き起こし、これにより、骨形成の促進における役割が確認された(補足図9A~9D)。特に、SCGFの発現は、造血細胞及びBMECには見られず、主に、BM Lepr+及び骨芽細胞間質サブセットを含むBM間質細胞で発現された(補足図9E)。しかし、Tie2-IkB-SS、CDH5-MAPK、及びCDH5-MAPK::IkBマウスのBMからの全間質細胞、Lepr+細胞、及び骨芽細胞におけるSCGF発現の分析では、mRNA発現に大幅な変化が明らかにならなかった(補足図9F)。これにより、CDH5-MAPKマウスにおける血漿SCGFの減少が転写変化によるものではないことが示される。 SCGFが、骨形成を促進することが示されているので、CDH5-MAPKマウスで観察されたBM炎症に伴う血漿SCGFレベルの低下が骨減少症をもたらし得る可能性がある。CDH5-MAPKマウスは、実に、骨小柱の体積、骨小柱の数及び厚さの全体的な減少を示し、これにより、内皮MAPKの活性化が骨の健康に有害な影響を与えたことが示された(補足図9A~9D)。SCGFは、対照マウスの骨形成に影響を与えなかったが、CDH5-MAPKマウスの骨小柱の体積ならびに骨小柱の数及び厚さの有意な増加を引き起こし、これにより、骨形成の促進における役割が確認された(補足図9A~9D)。特に、SCGFの発現は、造血細胞及びBMECには見られず、主に、BM Lepr+及び骨芽細胞間質サブセットを含むBM間質細胞で発現された(補足図9E)。しかし、Tie2-IkB-SS、CDH5-MAPK、及びCDH5-MAPK::IkBマウスのBMからの全間質細胞、Lepr+細胞、及び骨芽細胞におけるSCGF発現の分析では、mRNA発現に大幅な変化が明らかにならなかった(補足図9F)。これにより、CDH5-MAPKマウスにおける血漿SCGFの減少が転写変化によるものではないことが示される。 SCGFが、骨形成を促進することが示されているので、CDH5-MAPKマウスで観察されたBM炎症に伴う血漿SCGFレベルの低下が骨減少症をもたらし得る可能性がある。CDH5-MAPKマウスは、実に、骨小柱の体積、骨小柱の数及び厚さの全体的な減少を示し、これにより、内皮MAPKの活性化が骨の健康に有害な影響を与えたことが示された(補足図9A~9D)。SCGFは、対照マウスの骨形成に影響を与えなかったが、CDH5-MAPKマウスの骨小柱の体積ならびに骨小柱の数及び厚さの有意な増加を引き起こし、これにより、骨形成の促進における役割が確認された(補足図9A~9D)。特に、SCGFの発現は、造血細胞及びBMECには見られず、主に、BM Lepr+及び骨芽細胞間質サブセットを含むBM間質細胞で発現された(補足図9E)。しかし、Tie2-IkB-SS、CDH5-MAPK、及びCDH5-MAPK::IkBマウスのBMからの全間質細胞、Lepr+細胞、及び骨芽細胞におけるSCGF発現の分析では、mRNA発現に大幅な変化が明らかにならなかった(補足図9F)。これにより、CDH5-MAPKマウスにおける血漿SCGFの減少が転写変化によるものではないことが示される。 SCGFが、骨形成を促進することが示されているので、CDH5-MAPKマウスで観察されたBM炎症に伴う血漿SCGFレベルの低下が骨減少症をもたらし得る可能性がある。CDH5-MAPKマウスは、実に、骨小柱の体積、骨小柱の数及び厚さの全体的な減少を示し、これにより、内皮MAPKの活性化が骨の健康に有害な影響を与えたことが示された(補足図9A~9D)。SCGFは、対照マウスの骨形成に影響を与えなかったが、CDH5-MAPKマウスの骨小柱の体積ならびに骨小柱の数及び厚さの有意な増加を引き起こし、これにより、骨形成の促進における役割が確認された(補足図9A~9D)。特に、SCGFの発現は、造血細胞及びBMECには見られず、主に、BM Lepr+及び骨芽細胞間質サブセットを含むBM間質細胞で発現された(補足図9E)。しかし、Tie2-IkB-SS、CDH5-MAPK、及びCDH5-MAPK::IkBマウスのBMからの全間質細胞、Lepr+細胞、及び骨芽細胞におけるSCGF発現の分析では、mRNA発現に大幅な変化が明らかにならなかった(補足図9F)。これにより、CDH5-MAPKマウスにおける血漿SCGFの減少が転写変化によるものではないことが示される。 野生型マウスに骨髄抑制線量の照射(650Rad)410を施行し、照射後+1日目から合計7回の注射で、1日おきに0.5μg、1μg、または2μgのいずれかのSCGFを注入し、造血回復を21日間評価した(補足図10A)。用量応答実験は、2μgのSCGFの注入が白血球、赤血球、及び血小板の大幅に増強された回復をもたらしたことを示し、これにより、SCGFが骨髄抑制ストレス後の造血回復を高めることが確認された(補足図10A)。この方策を利用して、図bの概略図は、SCGFが造血回復を改善し、対照マウス及びCDH5-MAPKマウスの両方でHSPC活性を維持し得るかどうかを試験したプロトコルを示す(補足図10B)。 野生型マウスに骨髄抑制線量の照射(650Rad)410を施行し、照射後+1日目から合計7回の注射で、1日おきに0.5μg、1μg、または2μgのいずれかのSCGFを注入し、造血回復を21日間評価した(補足図10A)。用量応答実験は、2μgのSCGFの注入が白血球、赤血球、及び血小板の大幅に増強された回復をもたらしたことを示し、これにより、SCGFが骨髄抑制ストレス後の造血回復を高めることが確認された(補足図10A)。この方策を利用して、図bの概略図は、SCGFが造血回復を改善し、対照マウス及びCDH5-MAPKマウスの両方でHSPC活性を維持し得るかどうかを試験したプロトコルを示す(補足図10B)。
定義
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈に別途明示のない限り、複数形の指示対象を含む。従って、例えば、「ペプチド」への言及は、当業者に既知の1つ以上のペプチド及びその等価物への言及である。
本明細書で使用される場合、「約」という用語は、使用されている数の数値の±20%を意味する。従って、約50%は、40%~60%の範囲(両端を含む)を意味する。
本明細書で使用される「適応免疫」という用語は、B細胞及びT細胞により媒介され、免疫記憶により特徴付けられる病原体または毒素からの宿主生物の保護を指す。適応免疫は、所与の抗原に非常に特異的であり、非常に適応性がある。
治療手段と組み合わせて使用される場合の「投与」は、直接的に標的臓器、組織、もしくは細胞の中または上に、治療薬を与えるか、もしくは適用し、または対照に治療薬を投与し、それにより、治療薬が、標的とされる臓器、組織、細胞、または対象に正の影響を与えることを意味する。従って、本明細書で使用される場合、「投与すること」という用語は、アンジオクライン因子を含む組成物と組み合わせて使用される場合、標的臓器、組織、もしくは細胞内もしくは上に組成物を提供すること、または、治療薬が標的臓器、組織、もしくは細胞に到達するように、例えば、静脈内注射により患者に全身的に組成物を提供することを含み得るが、これらに限定されない。「投与すること」は、非経口、経口、または局所投与により、吸入により、または他の既知の手法と組み合わせたそのような方法により達成されてもよい。
本明細書で使用される「アゴニスト」という用語は、受容体を活性化して完全または部分的な薬理学的応答を誘導することが可能な化学物質を指す。受容体は、内因性または外因性のアゴニスト及びアンタゴニストのいずれかにより活性化または不活性化することができ、これにより、生物学的応答の刺激または阻害がもたらされる。生理学的アゴニストは、同じ身体的応答を生じる物質であるが、同じ受容体には結合しない。特定の受容体の内因性アゴニストは、その受容体に結合して活性化する、身体により自然に生成される化合物である。スーパーアゴニストは、標的受容体の内因性アゴニストよりも大きな最大応答を生じさせることが可能な化合物であり、従って、効率は100%を超える。これは必ずしも内因性アゴニストよりも強力であることを意味するのではなく、むしろ、受容体結合後に細胞内で生成することができる最大の可能な応答の比較である。完全アゴニストは、受容体に結合して活性化し、これにより、その受容体で完全な有効性が示される。部分アゴニストもまた、所与の受容体に結合して活性化するが、完全アゴニストと比較して、受容体において部分的な有効性しか有さない。インバースアゴニストは、その受容体のアゴニストと同じ受容体結合部位に結合し、受容体の構成的活性を逆転させる薬剤である。インバースアゴニストは、受容体アゴニストとは逆の薬理効果を発揮する。不可逆的アゴニストは、受容体が恒久的に活性化されるような方法で、受容体に恒久的に結合するアゴニストの一種である。アゴニストの受容体への会合が可逆的であるが、不可逆的アゴニストの受容体への会合が不可逆的であると考えられるという点で、それは、単なるアゴニストとは異なる。これにより、化合物がアゴニスト活性の短いバーストを生じ、続いて、脱感作及び受容体の内在化が引き起こされ、これは、長期処置と共に、よりアンタゴニストのような効果を生じる。選択的アゴニストは、ある特定タイプの受容体に特異的である。本明細書で使用される「同種異系」という用語は、ドナー及びレシピエントが異なる遺伝子構成のものであるが、同じ種のものであることを意味する。T
本明細書で使用される「自家」という用語は、同じ個体に由来することを意味する。
「アミノ酸」という用語は、アミノ基及びカルボキシル基の両方を含有する有機分子を指すために使用される。天然に存在するタンパク質の構成単位として機能するものは、アルファアミノ酸であり、アミノ基及びカルボキシル基の両方が同じ炭素原子に結合している。「アミノ酸残基」または「残基」という用語は、限定されないが、天然に存在するアミノ酸及び天然に存在するアミノ酸と同じように機能し得る天然アミノ酸の既知のアナログを含む、タンパク質、ポリペプチド、またはペプチドに組み込まれるアミノ酸を指すために互換的に使用される。
本明細書で、アミノ酸に使用される略語は、従来使用される以下の略語である:A=Ala=アラニン;R=Arg=アルギニン;N=Asn=アスパラギン;D=Asp=アスパラギン酸;C=Cys=システイン;Q=G1n=グルタミン;E=Glu=グルタミン酸;G=Gly=グリシン;H=His=ヒスチジン;I=Ile=イソロイシン;L=Leu=ロイシン;K=Lys=リジン;M=Met=メチオニン;F=Phe=フェニルアラニン;P=Pro=プロリン;S=Ser=セリン;T=Thr=スレオニン;W=Trp=トリプトファン;Y=Tyr=チロシン;V=Val=バリン。アミノ酸は、L-アミノ酸またはD-アミノ酸であってよい。アミノ酸は、ペプチドの半減期を増加させるために、またはペプチドの効力を増加させるために、またはペプチドの生物学的利用能を増加させるために、変更される合成アミノ酸により置き換えられてもよい。
以下は、互いに保存的に置換されているアミノ酸のグループを表す:
アラニン(A)、セリン(S)、スレオニン(T)、
アスパラギン酸(D)、グルタミン酸(E)、
アスパラギン(N)、グルタミン(Q)、
アルギニン(R)、リジン(K)、
イソロイシン(I)、ロイシン(L)、メチオニン(M)、バリン(V)、及び
フェニルアラニン(F)、チロシン(Y)、トリプトファン(W)。
本明細書で使用される「血管新生」という用語は、新しい血管が、内皮細胞の「発芽」により既存の血管から形成され、それにより、血管樹が増殖するプロセスを指す。
本明細書で使用される「アンジオクライン因子」という用語は、臓器の恒常性を維持し、幹細胞の自己複製及び分化のバランスをとり、臓器の再生及び腫瘍成長を調整する内皮細胞により産生された血管ニッチ由来のパラクリン因子を指す。アンジオクライン因子は、分泌型及び膜結合型の抑制性及び刺激性成長因子、トロフォゲン、ケモカイン、サイトカイン、細胞外マトリックス構成要素、エクソソーム、及びパラクリンまたはジャクスタクリン様式で恒常性及び再生プロセスの調節を助ける組織特異的ECにより供給される他の細胞産物を含む。これらの要因は、適応治癒及び線維性リモデリングにも関与する。アンジオクライン因子のサブセットは、再生臓器の形状、構造、サイズ、及びパターンを決定するために、モルフォゲンとして機能し得る。ECの各組織特異的ベッドのアンジオクラインプロファイルは異なり、臓器のECに隣接して見られる細胞型の多様性を反映する。アンジオクライン因子のサブセットが、構成的に産生されるが、いくつかの血管新生因子は、他の組織特異的アンジオクライン因子の産生を調節し得る。例えば、VEGF-Aは、VEGFR-1及びVEGFR-2との相互作用を通じて、定義されたアンジオクライン因子の発現を誘導する(図1e)。同様に、(FGFR-1の活性化を介する)FGF-2及び(受容体Tie2との相互作用を介する)アンジオポエチンは、アンジオクライン因子の固有のクラスターの発現を引き起こす。TSP-1は、複雑な方法で機能し、幹細胞及び前駆細胞の分化に直接影響を与えるだけでなく、抑制性血管新生因子として機能し得る。臓器特異的ECからの文脈依存性アンジオクライン因子の産生を支配する分子プログラムは、未定義のままである。Rafii,S.,et al,“Angiocrine functions of organ-specific endothelial cells,”Nature(2016)529(7586):316-325)。
本明細書で使用される「動物」、「患者」、及び「対象」という用語は、ヒトならびに野生動物、飼育動物、及び家畜などの非ヒト脊椎動物を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、「動物」、「患者」、及び「対象」という用語は、ヒトを含む哺乳類を指すことがある。
本明細書で使用される「抗体」という用語は、抗原の抗原決定基の特徴と相補的である内部表面形状及び電荷分布を有する3次元結合空間を有するポリペプチド鎖のフォールディングから形成される少なくとも1つの結合ドメインから構成されるポリペプチドまたはポリペプチドの群を指す。
抗体分子全体の基本的な構造単位は、4つのポリペプチド鎖、2つの同一の軽(L)鎖(それぞれ、約220アミノ酸を含有)及び2つの同一の重(H)鎖(それぞれ、通常、約440アミノ酸を含有)から構成される。2本の重鎖及び2本の軽鎖は、非共有結合及び共有(ジスルフィド)結合の組み合わせにより結合している。分子は、2つの同一の半分で構成され、それぞれが、軽鎖のN末端領域及び重鎖のN末端領域で構成される同一の抗原結合部位を有する。通常、軽鎖及び重鎖の両方が協働して、抗原結合表面を形成する。ヒト抗体は、κ及びλの2種類の軽鎖を示し、免疫グロブリンの個々の分子は、一般に、一方または他方のみである。
抗体は、単独で、または既知の手法により提供される他のアミノ酸配列と組み合わせたオリゴクローナル抗体、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体、キメラ抗体、CDRグラフト化抗体、多重特異性抗体、二重特異性抗体、触媒抗体、キメラ抗体、ヒト化抗体、完全ヒト抗体、抗イディオタイプ抗体、及び可溶性または結合形態で標識することができる抗体、ならびにそれらのフラグメント、バリアントまたは誘導体であってよい。モノクローナル抗体(mAb)は、免疫されたドナー由来のマウス脾臓細胞をマウス骨髄腫細胞株と融合させて、選択培地で成長する確立されたマウスハイブリドーマクローンを得ることにより生成することができる。ハイブリドーマ細胞は、抗体分泌B細胞と骨髄腫細胞のin vitro融合から生じる不死化ハイブリッド細胞である。培養中の抗原特異的B細胞の一次活性化を指すin vitro免疫化は、マウスモノクローナル抗体を産生するもう1つの確立された手段である。末梢血リンパ球由来の免疫グロブリン重(VH)鎖及び軽(Vκ及びVλ)鎖可変遺伝子の多様なライブラリーも、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅により増幅することができる。重鎖及び軽鎖の可変ドメインがポリペプチドスペーサー(単鎖FvまたはscFv)で連結されている単一ポリペプチド鎖をコードする遺伝子は、PCRを使用して重鎖及び軽鎖のV遺伝子をランダムに組み合わせることにより作成することができる。次に、コンビナトリアルライブラリーを、ファージの先端にあるマイナーコートタンパク質に融合させることにより、糸状バクテリオファージの表面にディスプレイするためにクローニングすることができる。ガイド選択の手法は、齧歯類の免疫グロブリンV遺伝子とのヒト免疫グロブリンV遺伝子のシャッフリングに基づく。方法は、(i)目的の抗原と反応するマウスモノクローナル抗体の重鎖可変領域(VH)ドメインでヒトλ軽鎖のレパートリーをシャッフルすること;(ii)その抗原上の半ヒトFabを選択すること;(iii)選択されたλ軽鎖遺伝子を2回目のシャッフリングでヒト重鎖のライブラリーの「ドッキングドメイン」として使用して、ヒト軽鎖遺伝子を有するクローンFabフラグメントを単離すること;(v)遺伝子を含有する哺乳類細胞発現ベクターを用いたエレクトロポレーションによるマウス骨髄腫細胞をトランスフェクトすること;及び(vi)マウス骨髄腫において完全なIgG1、λ抗体分子として抗原と反応するFabのV遺伝子を発現させること、を必要とする。抗体は、いかなる種のものであってよい。抗体という用語はまた、本発明の抗体の結合フラグメントを含み;例示的なフラグメントには、Fv、Fab、Fab’、一本鎖抗体(svFC)、二量体可変領域(ダイアボディ)、及びジスルフィド安定化可変領域(dsFv)が挙げられる。構造的及び機能的ドメインは、ヌクレオチド及び/またはアミノ酸配列データを、公的または独自の配列データベースと比較することにより同定することができる。例えば、コンピューター化された比較方法は、既知の構造及び/または機能の他のタンパク質で発生する配列モチーフまたは予測されるタンパク質コンフォメーションドメインを同定するために使用することができる。既知の3次元構造にフォールディングされるタンパク質配列を同定する方法が、既知である。例えば、Bowie et al.Science 253:164(1991)(全体が参照により組み込まれる)を参照のこと。
本明細書で使用される場合、「抗原」または「免疫原」という用語は、免疫応答を誘発する物質を指すために互換的に使用される。「抗原決定基」または「エピトープ」は、分子上の抗原部位である。連続的な抗原決定基/エピトープは、本質的に線状鎖である。らせん状のポリマーまたはタンパク質などの整然とした構造では、抗原決定基/エピトープは、本質的に、互いに接近し得る分子の異なる部分のアミノ酸側鎖を含む構造内または構造の表面上の限定された領域またはパッチであるであろう。これらは、立体配座決定因子である。
「アポトーシス」または「プログラムされた細胞死」という用語は、生物に損傷を与えることのない、ブレブ形成、細胞膜への変化、例えば、膜の非対称性及び付着の喪失、細胞の収縮、核の断片化、クロマチン凝縮、ならびに染色体DNAの断片化を含む、様々な形態学的変化をもたらす一連の生化学的イベントからなる生物学的恒常性に寄与する高度に調節された活発なプロセスを指す。
アポトーシス細胞死は、多くの異なる要因により誘導され、多くのシグナル伝達経路を含み、カスパーゼプロテアーゼ(システインプロテアーゼのクラス)に依存するものもあれば、カスパーゼ非依存性のものもある。それは、細胞表面受容体、ストレスに対するミトコンドリア応答、及び細胞傷害性T細胞を含む、多くの様々な細胞刺激によって引き起こすことができ、これにより、アポトーシスシグナル伝達経路の活性化がもたらされる。
アポトーシスに関与するカスパーゼは、タンパク質分解カスケードでアポトーシスシグナルを伝達し、カスパーゼが、他のカスパーゼを切断して活性化し、次に、細胞死を引き起こす他の細胞標的を分解する。カスケードの上端にあるカスパーゼは、カスパーゼ8及びカスパーゼ9を含む。カスパーゼ8は、Fasのようなデスドメイン(DD)を有する受容体に応答して関与する最初のカスパーゼである。
TNF受容体ファミリーの受容体は、アポトーシスの誘導及び炎症性シグナル伝達に関連する。Fas受容体(CD95)は、他の細胞の表面に発現されるFasリガンドによるアポトーシスシグナル伝達を媒介する。Fas-FasL相互作用は、免疫系で重要な役割を果たし、このシステムの欠如は、自己免疫につながり、これにより、Fas媒介性アポトーシスが自己反応性リンパ球を除去することが示される。Fasシグナル伝達は、形質転換細胞及びウイルス感染細胞を除去するための免疫監視にも関与する。別の細胞上のオリゴマー化FasLへのFasの結合は、FAF、FADD、及びDAXを含むシグナル伝達アダプターと相互作用して、カスパーゼタンパク質分解カスケードを活性化するデスドメイン(DD)と呼ばれる細胞質ドメインを介してアポトーシスシグナル伝達を活性化する。カスパーゼ8及びカスパーゼ10は、最初に活性化され、次に、下流のカスパーゼ及び細胞死につながる様々な細胞基質を切断して活性化する。
ミトコンドリアは、ミトコンドリアタンパク質の細胞質への放出を介してアポトーシスシグナル伝達経路に関与する。電子輸送の重要なタンパク質であるシトクロムcは、アポトーシスシグナルに応答してミトコンドリアから放出され、ミトコンドリアから放出されるプロテアーゼであるApaf-1を活性化する。活性化されたApaf-1は、カスパーゼ9及び残りのカスパーゼ経路を活性化する。Smac/DIABLOは、ミトコンドリアから放出され、通常は、カスパーゼ9と相互作用してアポトーシスを阻害するIAPタンパク質を阻害する。Bcl-2ファミリータンパク質によるアポトーシス調節は、ファミリーメンバーがミトコンドリア膜に入る複合体を形成する時に行われ、これにより、シトクロムc及び他のタンパク質の放出が調節される。アポトーシスを引き起こすTNFファミリー受容体は、カスパーゼカスケードを直接活性化するが、ミトコンドリア媒介性アポトーシスを活性化するBcl-2ファミリーメンバーであるBidも活性化し得る。別のBcl-2ファミリーメンバーであるBaxは、この経路により活性化されて、ミトコンドリア膜に局在し、透過性を高め、これにより、シトクロムc及び他のミトコンドリアタンパク質が放出される。Bcl-2及びBcl-xLは、細孔形成を防ぎ、アポトーシスをブロックする。シトクロムcと同様に、AIF(アポトーシス誘導因子)は、ミトコンドリアに見られるタンパク質であり、これは、アポトーシス刺激によりミトコンドリアから放出される。シトクロムCは、カスパーゼ依存性アポトーシスシグナル伝達に関連するが、AIF放出は、カスパーゼ非依存性アポトーシスを刺激し、核に移動して、DNAに結合する。AIFによるDNA結合は、おそらく、ヌクレアーゼの動員を通じて、クロマチン凝縮及びDNA断片化を刺激する。
ミトコンドリアストレス経路は、ミトコンドリアからのシトクロムcの放出から始まり、次に、シトクロムcが、Apaf-1と相互作用して、これにより、カスパーゼ9の自己切断及び活性化が引き起こされる。カスパーゼ3、6、及び7は、上流のプロテアーゼにより活性化され、細胞標的を切断するように作用する下流のカスパーゼである。
細胞傷害性T細胞により放出されるグランザイムB及びパーフォリンタンパク質は、標的細胞にアポトーシスを誘導し、これにより、膜貫通孔が形成され、おそらくカスパーゼの切断を介してアポトーシスが誘導されるが、グランザイムB媒介性アポトーシスのカスパーゼ非依存性機序が示唆されている。
アポトーシスシグナル伝達経路により活性化されて、ヌクレオソームラダーを作成する複数のヌクレアーゼによる核ゲノムの断片化は、アポトーシスに特徴的な細胞応答である。アポトーシスに関与する1つのヌクレアーゼは、カスパーゼ活性化DNAse(CAD)であるDNAフラグメント化因子(DFF)である。DFF/CADは、アポトーシス中にカスパーゼプロテアーゼによる関連阻害剤ICADの切断により活性化される。DFF/CADは、トポイソメラーゼII及びヒストンH1などのクロマチン構成要素と相互作用して、クロマチン構造を凝縮し、おそらくCADをクロマチンに動員する。別のアポトーシス活性化プロテアーゼは、エンドヌクレアーゼG(EndoG)である。EndoGは、核ゲノムにコードされるが、正常細胞のミトコンドリアに局在する。EndoGは、ミトコンドリアゲノムの複製及びアポトーシスにおいて役割を果たすことがある。アポトーシスシグナル伝達は、ミトコンドリアからのEndoGの放出を引き起こす。EndoG経路が、依然として、DFFを欠く細胞で生じるので、EndoG及びDFF/CAD経路は独立している。
低酸素症、及び低酸素症とそれに続く再酸素化は、シトクロムcの放出及びアポトーシスを引き起こし得る。ほとんどの細胞型で遍在的に発現されるセリン-スレオニンキナーゼであるグリコーゲンシンターゼキナーゼ(GSK-3)は、ミトコンドリアの細胞死経路を活性化する多くの刺激により、アポトーシスを媒介または増強するように見える。Loberg,RD,et al.,J.Biol.Chem.277(44):41667-673(2002)。カスパーゼ3の活性化を誘導し、アポトーシス促進性腫瘍抑制遺伝子p53を活性化することが実証されている。また、GSK-3は、アポトーシス促進性のBcl-2ファミリーメンバーであるBaxの活性化及び転座を促進し、凝集及びミトコンドリアの局在化時に、シトクロムcの放出を誘導することも示唆されている。Aktは、GSK-3の重要な調節因子であり、GSK-3のリン酸化及び不活性化は、Aktの抗アポトーシス効果の一部を媒介することがある。
本明細書で使用される「オートクリンシグナル伝達」という用語は、細胞が、それ自体または同じタイプの他の隣接する細胞に作用するシグナル分子を分泌する、細胞シグナル伝達のタイプを指す。
本明細書で互換的に使用される「自家」または「自己」という用語は、同じ生物に由来することを意味する。
本明細書で使用される「結合」という用語及び他の文法形式は、化学物質間の永続的な引力を意味する。
抗体の「結合フラグメント」は、組み換えDNA手法により、またはインタクトな抗体の酵素的もしくは化学的切断により生成することができる。結合フラグメントは、Fab、Fab’、F(ab’)2、Fv、及び一本鎖抗体を含む。
「二重特異性」または「二官能性抗体」は、結合部位のそれぞれが同一ではない抗体である。「二重特異性」または「二官能性」抗体以外の抗体は、その結合部位のそれぞれが同一であると理解される。
本明細書で使用される「結合特異性」という用語は、特定のパートナーに結合すること、及び他の分子に結合しないことの両方を含む。機能的に重要な結合は、低~高の親和性の範囲で生じ得、設計要素は、望ましくない相互作用を抑制し得る。翻訳後修飾も、相互作用の化学的性質及び構造も変更し得る。「無差別結合」は、ある程度の構造的可塑性を伴ってもよく、これにより、異なるパートナーへの結合に重要な残基の異なるサブセットが生じ得る。「相対的結合特異性」は、生化学的システムにおいて、分子がその標的またはパートナーと差次的に相互作用し、それにより、個々の標的またはパートナーの同定に応じて、それらに明確に影響を与えるという特徴である。
本明細書で使用される「バイオマーカー」(または「バイオシグネチャー」)という用語は、ペプチド、タンパク質、核酸、抗体、遺伝子、代謝産物、または生物学的状態の指標として使用される他の任意の物質を指す。これは、客観的に測定され、正常な生物学的プロセス、病原性プロセス、または治療的介入に対する薬理学的応答の細胞または分子の指標として評価される特性である。本明細書で使用される「指標」という用語は、時間の関数としての相対的変化;または、その実在もしくは存在が目に見えるか、もしくは証拠となるシグナル、サイン、マーク、ノート、もしくは徴候を明らかにし得る一連の観察された事実から導き出された任意の物質、数、または比率を指す。提案されたバイオマーカーが検証されていると、それは、個体における疾患リスク、疾患の存在を診断するために、または、個体の疾患の処置を調整(薬物処置または投与レジームの選択)するために、使用されてもよい。潜在的な薬物療法を評価する際に、バイオマーカーは、生存または不可逆的な罹患率などの自然な評価項目の代用物として使用されてもよい。処置によりバイオマーカーが変更され、その変更が健康の改善に直接関係する場合、バイオマーカーは、臨床的利益を評価するための代用評価項目として機能し得る。臨床評価項目は、患者がどのように感じるか、機能するか、または生存するかを測定するために使用することができる変数である。代用評価項目は、臨床評価項目の代わりとなることが意図されるバイオマーカーであり、これらのバイオマーカーは、規制当局及び臨床コミュニティに受け入れられる信頼水準で臨床評価項目を予測することが実証される。
骨細胞。骨の4つの細胞型が、その形成及び維持に関与する。これらは、1)骨前駆細胞、2)骨芽細胞、3)骨細胞、及び、4)破骨細胞である。
骨前駆細胞。骨前駆細胞は、間葉系細胞から生じ、骨膜の内部及び成熟した骨の骨内膜に生じる。それらは、骨形成が始まっている胚性間葉区画の領域、及び成長中の骨の表面近くの領域に見られる。構造的に、骨前駆細胞は、それらが生じた間葉系細胞とは異なる。それらは、薄い染色の細胞質及び薄い染色の核を有する不規則な形で細長い細胞である。有糸分裂により増殖する骨前駆細胞は、主に、それらの位置及び骨芽細胞との関連により同定される。いくつかの骨前駆細胞は、骨細胞に分化する。骨芽細胞及び骨細胞は、もはや有糸分裂ではないが、骨前駆細胞の集団は、寿命全体にわたって存続することが示されている。
骨芽細胞。類骨の継ぎ目の表面(まだミネラル化されていない新しく形成された有機マトリックスの骨の表面の狭い領域)に位置する骨芽細胞は、骨前駆細胞に由来する。それらは、コラーゲンを合成し、ミネラル化を制御する未成熟な単核の骨形成細胞である。骨芽細胞は、形態学的に骨前駆細胞と区別することができ、一般に、骨前駆細胞よりも大きく、より丸みを帯びた核、より顕著な核小体、及びはるかに好塩基性である細胞質を有する。骨芽細胞は、主にI型コラーゲンで構成され、類骨として知られるタンパク質混合物を生成する。これは、ミネラル化して骨になる。骨芽細胞は、プロスタグランジン、アルカリホスファターゼ、骨のミネラル化に関与する酵素、及びマトリックスタンパク質などのホルモンも製造する。
骨細胞。骨細胞は、骨芽細胞に由来する星型の成熟した骨細胞であり、緻密骨に見られる最も豊富な細胞であるが、骨の構造を維持する。骨芽細胞のような骨細胞は、有糸分裂ができない。それらは、骨基質の日常的なターンオーバーに積極的に関与し、小腔と呼ばれる骨基質の小さな空間、空洞、隙間、またはくぼみに存在する。骨細胞は、骨基質を維持し、カルシウム恒常性を調節し、最も必要とされる場所に骨が形成されるように指示する細胞フィードバック機序の一部であると考えられる。骨は、加えられた力に耐えるために強くなることにより、それに適応し、骨細胞は、機械的変形を検出し、骨芽細胞による骨形成を媒介し得る。
破骨細胞。破骨細胞は、単球幹細胞系列に由来し、マクロファージと同様の食作用様機序を有し、ハウシップ窩と呼ばれる骨のくぼみによく見られる。それらは、骨吸収に特化した大きな多核細胞である。吸収中、破骨細胞は、骨表面の領域を密封し、次に、活性化される時、水素イオンを排出して非常に酸性の環境を作り出し、これは、ヒドロキシアパタイト成分を溶解する。破骨細胞の数及び活性は、副甲状腺ホルモン(PTH)の注射によりカルシウム吸収が刺激される時に増加するが、破骨細胞活性は、甲状腺濾胞傍細胞により産生されるホルモンであるカルシトニンの注射により抑制される。
骨基質。骨基質は、緻密骨の総重量の約90%を占め、ヒドロキシアパタイト(60%)及び繊維状I型コラーゲン(27%)に似た微結晶性リン酸カルシウムで構成される。残りの3%は、マイナーなコラーゲンタイプと、他のタンパク質、例えば、オステオカルシン、オステオネクチン、オステオポンチン、骨シアロタンパク質、ならびにプロテオグリカン、グリコサミノグリカン、及び脂質で構成される。骨の細胞外マトリックス糖タンパク質及びプロテオグリカンは、様々な成長因子及びサイトカインに結合し、骨芽細胞及び破骨細胞に作用する保存されたシグナルのリポジトリとして機能する。骨基質に見られる成長因子及びサイトカインの例には、骨形成タンパク質(BMP)、表皮成長因子(EGF)、線維芽細胞成長因子(FGF)、血小板由来成長因子(PDGF)、インスリン様成長因子1(IGF-1)、トランスフォーミング成長因子(TGF)、骨由来成長因子(BDGF)、軟骨由来成長因子(CDGF)、骨格成長因子(hSGF)、インターロイキン1(IL-1)、及びマクロファージ由来の因子が挙げられるが、これらに限定されない。細胞外マトリックス分子自体が調節の役割を果たし得、これにより、細胞への直接的な生物学的効果ならびに重要な空間及び文脈の情報の両方が提供されるという新たな理解がある。
骨膜及び骨内膜。骨膜は、骨の関節面を除いて、骨の線維性結合組織外層である。それの骨への接着は、場所及び年齢によって異なる。幼児の骨では、骨膜が簡単に剥がれる。成人の骨では、それは、特に、腱及び靭帯の挿入時に、よりしっかりと接着し、より多くの骨膜繊維が、シャーピーの穿孔繊維(骨の外周ラメラに入るコラーゲン繊維の束)として骨を貫いている。骨膜は、2つの層で構成され、この外側は、細胞はほとんど含有されず、血管及び神経が多数含有される粗い繊維状の結合組織で構成される。血管が少ないが、細胞が多い内層は、多くの弾性繊維を含有する。成長中、原始的な結合組織の骨形成層が、骨膜の内層を形成する。成人では、これは、骨に密接に適用された散在する平らな細胞の列によってのみ表される。骨膜は、骨に向かう血管及び神経、ならびに、腱及び靭帯の固定のための支持床として機能する。骨膜の一部と考えられる骨形成層は、成長及び修復のために骨芽細胞を供給することが知られており、骨形成の広がりを制御及び制限する重要な制限層として機能する。骨膜及びそれに含有される骨の両方は、結合組織区画の領域であるので、基底層状物質または基底膜で、互いにまたは他の結合組織から分離されていない。骨周囲幹細胞は、骨の再生及び修復に重要であることが示されている。(Zhang et al.,2005,J.Musculoskelet.Neuronal.Interact.5(4):360-362)。
骨内膜は、骨内の空洞(骨髄腔及び中央管)の表面と、さらには、骨髄腔の小柱の表面を覆う。成長中の骨では、それは、骨髄性細網結合組織の繊細な線条体で構成され、その下には、骨芽細胞の層がある。成人では、骨形成細胞は、平らになり、別の層として区別できない。それらは、骨折後のように、骨形成への刺激がある時に、骨形成細胞に変化することができる。
骨の構成要素。骨は、細胞及び有機及び無機物質の細胞間マトリックスで構成される。有機分画は、コラーゲン、グリコサミノグリカン、プロテオグリカン、及び糖タンパク質で構成される。骨のタンパク質マトリックスは、主に、不溶性で剛性のある繊維を形成する能力を有する繊維状タンパク質のファミリーであるコラーゲンで構成される。骨の主なコラーゲンは、I型コラーゲンである。骨の無機構成成分は、剛性に関与し、無脂肪乾燥重量の最大3分の2を占め得るが、主に、ヒドロキシアパタイトカルシウムの形態の、少量の水酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、及び硫酸マグネシウムを含む、リン酸カルシウム及び炭酸カルシウムで構成される。組成は、年齢及び複数の食事の要因により変動する。骨のミネラルは、コラーゲン繊維に強度及び剛性を加える長い微細な結晶を形成し;それが置かれるプロセスは、ミネラル化と呼ばれる。
本明細書で使用される「骨髄」という用語は、骨の空洞を満たし、白血細胞、赤血球、及び血小板を含む脂肪及び未成熟及び成熟血液細胞を含有する軟造血組織を指す。骨髄は、様々な前駆細胞及び成熟細胞型、例えば、造血細胞を含有し、これらは、広範囲の結合組織細胞の前駆細胞である、成熟血液細胞及び間葉系幹細胞(別途間質細胞とも呼ばれる)の前駆細胞であり、これらの両方が、他の細胞型に分化することが可能である。骨髄の造血幹細胞(HSC)は、2つの主要な型の細胞:骨髄系列(単球、マクロファージ、好中球、好塩基球、好酸球、赤血球、樹状細胞、及び巨核球または血小板を含む)、ならびに、リンパ系列(T細胞、B細胞、及びナチュラルキラー細胞を含む)を生じさせる。
骨リモデリング。骨は、常に、成人では、破骨細胞により分解され、骨芽細胞により再形成される。骨の剛性を維持する骨リモデリングとして既知の再生のプロセスを介して、毎年18%もの骨がリサイクルされると報告されている。この動的なプロセスのバランスは、人々が老いるにつれて変化する。若年では、それは、骨の形成に有利に働くが、老年では、再吸収に有利に働く。新しい骨物質が骨膜の内面から末梢に加えられる時、骨髄腔を形成する内部領域の空洞化がある。この骨組織の破壊は、血管を通って骨に入る破骨細胞によるものである。破骨細胞は、骨基質の無機部分及びタンパク質部分の両方を溶解させる。各破骨細胞は、多数の細胞プロセスをマトリックスに拡張し、水素イオンを周囲の物質に送り出し、それにより、それを酸性化及び可溶化する。血管は、また、生物の寿命にわたって骨髄に存在する造血細胞を移入する。
破骨細胞の数及び活性は、厳しく調節されなければならない。活性破骨細胞が多すぎる場合、骨が溶けすぎて、骨粗鬆症がもたらされるであろう。逆に、破骨細胞が十分に生成されない場合、骨髄のために骨が空洞化せず、大理石骨病(骨が硬化して高密度になる障害である石のような骨疾患(stone bone disease)として既知)がもたらされるであろう。
「骨髄移植」(BMT)または「造血幹細胞移植」(HSCT)という用語は、骨髄幹細胞がある個体(ドナー)から採取され、別の個体(レシピエント)に投与される手順を指すために互換的に使用される。幹細胞は、骨髄から直接採取することも、白血球除去により血液から採取することができる。骨髄移植は、自家(骨髄から採取され、処置前に保存された患者自身の幹細胞を使用)、同種異系(一卵性双生児ではない者から提供された幹細胞を使用)、または同系(一卵性双生児により提供された幹細胞を使用)であってよい。
本明細書で使用される「CD34」という用語は、骨髄幹細胞の表面に見られるマーカーである。
本明細書で使用される「CD45」という用語は、リンパ球共通抗原を意味する。
「Clec11a/幹細胞成長因子-α」または「SCGF」という用語は、骨の健康の重要な調節因子として機能し、原始造血前駆細胞の成長因子として示唆されている分泌型硫酸化糖タンパク質を指す。
「海綿骨組織」という用語は、骨小柱または海綿骨とも呼ばれる開いた細胞多孔性ネットワークを指し、これは、骨の内部を満たし、全体の構造を軽くする棒状及び板状要素のネットワークで構成され、血液供給が骨を取り囲むように、血管及び骨髄のための余地を与える。海綿骨は、総骨量の20%を占めるが、皮質骨の表面積のほぼ10倍である。それは、ハバース部位及びオステオンを含有せず、約30%~約90%の気孔率を有する。海綿骨では、骨髄腔は、比較的大きく、不規則に配置されており、骨物質は、細長い吻合する骨小柱及び尖った針状体の形態をとる。骨端と呼ばれる骨の頭は、海綿状の外観を有し、細長い不規則な骨梁または棒で構成され、これらは、格子状を形成するように吻合し、この隙間には骨髄が含有されるが、薄い外殻は密に見える。骨端の不規則な骨髄腔は、骨幹(diaphysis)と呼ばれる骨幹(bone shaft)の中央骨髄腔と連続的になり、その壁は、皮質骨の薄いプレートによって形成される。
「細胞周期」という用語は、G1(間期)、S(DNA合成期)、G2(間期)、及びM(有糸分裂期)の4つの段階を経る細胞の進行を指す。Nakamura-Ishizu,A.,et al.,Development(2014)141:4656-4666;Sisken,JE and Morasca,L.,J.Cell Biol.(1965)25:179-189を引用)。G1期の制限点を超えて進行する細胞は、S期に入るが、制限点を超えない細胞は分割されないままである。これらの分割されていない細胞は、細胞周期から離脱し、細胞が静止状態または休止状態と呼ばれる状態であるG0期に入り得る。(同上、Pardee,AB,Proc.Natl Acad.Sci.USA(1974)71:1286-90を引用)。G0期のそのような非周期細胞は、細胞周期に可逆的に再び入り、分割するか(同上、Cheung,TH and Rando,TA,Nat.Rev.Mol.Cell Biol.(2013)14:329-340を引用)または休止のままであり、サイクリングの可能性を失い、いくつかの場合では、老化し得る(同上、Campisi,J.Cell(2005)120:513-22を引用)。
本明細書で使用される「細胞系列」または「系列」という用語は、それが生じる細胞にまで遡る場合の、分化した細胞の発生履歴を指す。
本明細書で使用される「ケモカイン」という用語は、保存されたシステイン残基の相対位置に基づいた4つのサブファミリー(C、CC、CXC、及びCX3C)(Rossi D.et al.Annu Rev Immunol.(2000)18:217-242)に分類することができる多様な免疫及び神経機能を有する低分子量(8~11kDa)の構造的に関連するタンパク質のファミリー(Mackay C.R.Nat Immunol.,Vol.2:95-101,(2001);Youn B.et al.Immunol Rev.(2000)Vol.177:150-174)を指す。ケモカインは、血液、リンパ節、及び組織の間で白血球の移動を誘導するのに不可欠な分子である。それらは、常に1つのタイプの受容体に制限されているわけではないので、複雑なシグナル伝達ネットワークを構成する(Loetscher P.et al.J.Biol.Chem.(2001).276:2986-2991)。ケモカインは、7回膜貫通型ドメインのGタンパク質共役型受容体である表面受容体を活性化することにより細胞に影響を与える。特定のケモカインに対する白血球の応答は、ケモカイン受容体の発現により決定される。ケモカインの受容体への結合は、生物学的応答の活性化を達成するサイトカインの作用と同様に、様々なシグナル伝達カスケードを活性化する。CCR5受容体のリガンドの分泌は、活性化時に、発現及び分泌された正常なT細胞(RANTES)、マクロファージ炎症性タンパク質(MIP)-1α/及びMIP-1βを調節し(Schrum S.et al.J Immunol.(1996)157:3598-3604)、CXCケモカイン受容体3(CXCR3)のリガンド、誘導タンパク質(IP)-10(Taub D.D.et al.J Exp Med.(1993)177:1809-1814)は、望ましくない高められたTH1応答に関連付けられている。さらに、IL-2及びIFN-γの有害な前炎症性サイトカインレベルの上昇は、1型糖尿病(T1D)と相関する(Rabinovitch A.et al.Cell Biochem Biophys.(2007)48(2-3):159-63)。ケモカインは、TH1膵臓浸潤及びT細胞浸潤を特徴とする他の炎症性病変で観察されている(Bradley L.M.et al.J Immunol.(1999).162:2511-2520)。
本明細書で使用される「化学療法」という用語は、薬物を使用してがん細胞を破壊する処置を指すが、生着の成功を確実にするために、がんを有さない骨髄移植患者にも使用される。
本明細書で使用される「コンディショニング」という用語は、移植の数日前に与え、移植のために体を集合的に整える化学療法薬、及び場合により、放射線の組み合わせを指す。
本明細書で使用される「接触」という用語及びその様々な文法形式は、接触の状態もしくは状況、または即時もしくは局所的な近接の状態もしくは状況を指す。
「皮質骨組織」(緻密骨または緻密質とも呼ばれる)という用語は、いわゆる、隙間及び空間が最小のために、骨の硬い外層の組織を指す。この組織は、滑らかで白く、しっかりとした外観を骨に与える。皮質骨は、ハバース部位(血管及び結合組織が骨を通過する管)ならびにオステオン(ハバース管及びその同心円状に配置されたラメラを含む皮質骨の構造の基本単位)で構成され、従って、皮質骨では、骨が血液供給を囲んでいる。皮質骨は、気孔率約5%~約30%(両端を含む)を有し、成体の骨格の総骨量の約80%を占める。皮質骨では、空間またはチャネルが狭く、骨物質が密に詰まっている。
本明細書で使用される「サイトカイン」という用語は、細胞が分泌する小さな可溶性タンパク質物質を指し、これは、他の細胞に様々な影響を与える。サイトカインは、成長、発達、創傷治癒、及び免疫応答を含む多くの重要な生理学的機能を媒介する。それらは、細胞膜にある細胞特異的受容体に結合することにより作用する。これは、異なるシグナル伝達カスケードを細胞内で開始させ、これは、最終的には標的細胞の生化学的及び表現型の変化につながるであろう。一般的に、サイトカインは、局所的に作用する。それらは、多くのインターロイキンを包含するI型サイトカイン、ならびに、いくつかの造血成長因子;インターフェロン及びインターロイキン-10を含むII型サイトカイン;TNFα及びリンホトキシンを含む腫瘍壊死因子(TNF)関連分子;インターロイキン1(IL-1)を含む免疫グロブリンスーパーファミリーのメンバー;ならびに、様々な免疫及び炎症の機能に重要な役割を果たす分子のファミリーであるケモカインを含む。同じサイトカインは、細胞の状態に応じて細胞に異なる影響を与え得る。サイトカインは、多くの場合、他のサイトカインの発現を調節し、そのカスケードを誘発する。
本明細書で使用される「ダメージ関連分子パターン」(DAMP)という用語は、パターン認識受容体(PRR)と相互作用することにより自然免疫系を活性化する、損傷または瀕死の細胞から放出される内因性危険分子を指す。
本明細書で使用される場合、「由来する」という用語は、起源の供給源から何かを受け、それを得、またはそれを改変するための任意の方法を包含することを意味する。
本明細書で使用される場合、「検出すること」、「決定すること」という用語、及びそれらの他の文法形式は、バイオマーカーの同定または定量化、例えば、miRNAの存在またはレベル、または生物学的試料の状態の有無について実施される方法を指すために使用される。試料で検出されたバイオマーカーの発現または活性の量は、アッセイまたは方法の検出レベルがないか、またはそれ未満であり得る。
本明細書で使用される「分化」という用語は、より特殊な機能を伴う、細胞または組織の組織化または複雑さのレベルの増加を伴う発達のプロセスを指す。
本明細書で使用される「疾患」または「障害」という用語は、健康の障害または異常な機能の状態を指す。
本明細書で使用される「内因性」という用語は、天然に存在するか、内に組み込まれるか、内に収容されるか、接着するか、付着するか、または内に存在するものを指す。
本明細書で使用される「生着」という用語は、移植された(ドナー)幹細胞の正常な成長及び患者(レシピエント)の骨髄空間における血液細胞の産生が移植後に再開するプロセスを指す。
本明細書で使用される場合、「濃縮する」という用語は、例えば、細胞集団におけるその自然の頻度と比較して、細胞または細胞構成要素のサブタイプの相対頻度を増加させるために、所望の物質の割合を増加させることを指すことを意味する。正の選択、負の選択、またはその両方は、一般に、あらゆる濃縮スキームに必要であると考えられる。選択方法には、磁気分離及び蛍光活性化細胞選別(FACS)を含むが、これらに限定されない。
本明細書で使用される「赤血球形成」という用語は、造血組織における赤血球の形成を指す。胎児の初期の発達では、赤血球形成は、卵黄嚢、脾臓、及び肝臓で生じる。出生後、全ての赤血球形成は、骨髄で生じる。骨髄及び脾臓の赤血球分化系統は、多能性幹細胞に由来する初期前駆細胞の前赤芽球で開始される。成人の骨髄では、HSC由来の骨髄系共通前駆細胞(多能性幹細胞)が赤血球系列にコミットする場合、最終の赤血球形成が開始される。前赤芽球(pronormoblast)(前赤芽球(proerythroblast)または前赤芽球(ribriblast)とも呼ばれる)の出現は、最初の分化段階を示す。これに、初期、中期、及び後期の正常芽球(赤芽球)段階が続き、その時点で、核が排出され、細胞が網状赤血球になる。骨髄を出ると、網状赤血球は、血液循環に入り、完全に成熟したRBCになる。
本明細書で使用される「外因性」という用語は、天然に存在しないもの、または特定の細胞、生物、もしくは種の外部で発生または生成するものを指す。
本明細書で使用される「増殖する」という用語及びその様々な文法的形態は、分散した生細胞が、生細胞の数または量の増加をもたらす培養培地中でin vitroで増殖するプロセスを指す。
本明細書で使用される場合、「発現」という用語及びその様々な文法的形態は、ポリヌクレオチドがDNAテンプレートから(例えば、mRNAもしくは他のRNA転写物に)転写されるプロセス、及び/または、転写されたmRNAが、その後、ペプチド、ポリヌクレオチド、またはタンパク質に翻訳されるプロセスを指す。転写物及びコードされたポリペプチドは、「遺伝子産物」と総称されることがある。ポリヌクレオチドがゲノムDNAに由来する場合、発現には、真核細胞でのmRNAのスプライシングが含まれてもよい。発現は、また、ポリペプチドまたはタンパク質の翻訳後修飾を指すことがある。
本明細書で使用される「細胞外マトリックス」(または「ECM」)という用語は、細胞が特定の細胞表面受容体を介して相互作用する細胞の外部環境における足場を指す。細胞外マトリックスは、限定されないが、細胞の支持及び固定を提供すること、ある組織を別の組織から分離すること、ならびに細胞内コミュニケーションを調節すること、を含む多くの機能に役立つ。細胞外マトリックスは、繊維状タンパク質及びグリコサミノグリカン(GAG)のインターロッキングメッシュで構成される。細胞外マトリックスに見られる繊維状タンパク質の例には、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチン、及びラミニンが挙げられる。細胞外マトリックスに見られるGAGの例には、プロテオグリカン(例えば、ヘパリン硫酸)、コンドロイチン硫酸、ケラタン硫酸、及び非プロテオグリカン多糖(例えば、ヒアルロン酸)が挙げられる。「プロテオグリカン」という用語は、1つ以上のグリコサミノグリカンに結合しているコアタンパク質を含有する糖タンパク質の群を指す。
本明細書で使用される「フラグメント」または「ペプチドフラグメント」という用語は、より大きなペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質から誘導、切断、または破壊された小さな部分を指し、これは、より大きなペプチド、ポリペプチドまたはタンパク質の所望の生物学的活性を保持する。
本明細書で使用される「移植片」という用語は、ドナーからレシピエントに注入または移植された組織または臓器を指す。それは、同じ個体のある身体部位から別の身体部位に移植された自己組織(「自家移植片」)、遺伝的に同一の個体間で移植された組織、または組織移植を可能にするのに十分に免疫学的に適合性のある組織(「同系移植片」)、同じ種の遺伝的に異なるメンバー間で移植された組織(「同種異系移植片」または「同種移植片」)、及び異なる種間で移植された組織(「異種移植片」)を含むが、これらに限定されない。
本明細書で使用される「成長因子」という用語は、例えば、合成速度を増加させるか、分解速度を減少させるか、またはその両方により、細胞表面受容体に結合して細胞内シグナル伝達経路を誘発し、タンパク質及び他の高分子の蓄積を刺激する増殖、分化、または他の細胞応答をもたらす細胞外ポリペプチド分子を指す。例示的な成長因子には、線維芽細胞成長因子(FGF)、インスリン様成長因子(IGF-1)、トランスフォーミング成長因子-ベータ(TGF-β)、及び血管内皮成長因子(VEGF)が挙げられる。
線維芽細胞成長因子(FGF)。線維芽細胞成長因子(FGF)ファミリーは、現在、12を超える構造的に関連するメンバーを有する。FGF1は、酸性FGFとしても既知であり;FGF2は、場合により、塩基性FGF(bFGF)と呼ばれ;FGF7は、場合により、ケラチノサイト成長因子という名称で通っている。脊椎動物では、12を超える異なるFGF遺伝子が既知であり;それらは、様々な組織でRNAスプライシングまたは開始コドンを変動することにより、何百ものタンパク質アイソフォームを生成し得る。FGFは、線維芽細胞成長因子受容体(FGFR)と呼ばれる一連の受容体型チロシンキナーゼを活性化し得る。受容体型チロシンキナーゼは、細胞膜を通って伸びるタンパク質である。パラクリン因子に結合するタンパク質の部分は、細胞外側にあるが、休止状態のチロシンキナーゼ(すなわち、ATPを分離することにより別のタンパク質をリン酸化し得るタンパク質)は、細胞内側にある。FGF受容体がFGFに結合すると(かつFGFに結合する場合のみ)、休止状態のキナーゼが活性化され、応答細胞内の特定のタンパク質をリン酸化して、それらのタンパク質を活性化する。
FGFは、血管新生(血管形成)、中胚葉形成、及び軸索伸長を含む、いくつかの発達機能に関連する。FGFが、多くの場合、互いに代用し得るが、それらの発現パターンは、それらに別々の機能を与える。例えば、FGF2は、特に、血管新生に重要であるが、FGF8は、中脳及び四肢の発達に関与する。
インスリン様成長因子(IGF-1)。インスリンと分子構造が似ているホルモンであるIGF-1は、体のほぼ全ての細胞、特に、骨格筋、軟骨、骨、肝臓、腎臓、神経、皮膚、造血細胞、及び肺に成長促進効果を有する。それは、子供の成長に重要な役割を果たし、成人に同化作用を有し続ける。IGF-1は、主に肝臓により内分泌ホルモンとして、及び標的組織でパラクリン/オートクリン方式で産生される。生成は、成長ホルモン(GH)により刺激され、栄養不足、成長ホルモン非感受性、成長ホルモン受容体の欠如、またはチロシンタンパク質ホスファターゼ非受容体11型(ヒトのPTPN11遺伝子にコードされるSHP2としても既知)を含む下流のシグナル伝達分子の障害、及び転写因子のSTATファミリーのメンバーであるシグナル伝達兼転写活性化因子5B(STAT5B)により遅延することができる。その主な作用は、多くの組織の多くの細胞型に存在する、その特定の受容体であるインスリン様成長因子1受容体(IGF1R)への結合により媒介される。受容体型チロシンキナーゼであるIGF1Rに結合すると、細胞内シグナル伝達が開始され;IGF-1は、AKTシグナル伝達経路の最も強力な天然活性化因子、細胞の成長及び増殖の刺激因子、ならびにプログラム細胞死の強力な阻害因子のうちの1つである。IGF-1は、成長ホルモン(GH)の効果の主要なメディエーターである。成長ホルモンは、下垂体で作られ、血流に放出され、続いて、肝臓を刺激してIGF-1を産生する。次に、IGF-1は、全身の成長を刺激する。インスリン様効果に加えて、IGF-1は、また、特に、神経細胞における、細胞の成長及び発達、ならびに細胞のDNA合成を調節し得る。
IGF-1は、ケモカイン受容体CXCR4(間質細胞由来因子-1、SDF-1の受容体)の発現レベルを増加させ、SDF-1に対するMSCの遊走応答を著しく増加させることが示された(Li,Y,et al.2007 Biochem.Biophys.Res.Communic.356(3):780-784)。SDF-1に応答したIGF-1誘導性のMSC遊走の増加は、PI3キナーゼ阻害剤(LY294002及びワートマニン)で減弱されたが、マイトジェン活性化プロテイン/ERKキナーゼ阻害剤PD98059で減弱されなかった。特定の理論に制限されることなく、IGF-1がPI3/Akt依存性であるCXCR4ケモカイン受容体シグナル伝達を介してMSCの遊走応答を増加させることを、データは示す。
トランスフォーミング成長因子β(TGF-β)。TGF-βスーパーファミリーには30を超える構造的に関連するメンバーがあり、それらは、発達における最も重要な相互作用のいくつかを調節する。TGF-βスーパーファミリー遺伝子にコードされるタンパク質は、カルボキシ末端領域が成熟ペプチドを含有するように処理される。これらのペプチドは、ホモ二量体(それ自体と)またはヘテロ二量体(他のTGF-βペプチドと)に二量体化され、細胞から分泌される。TGF-βスーパーファミリーは、TGF-βファミリー、アクチビンファミリー、骨形成タンパク質(BMP)、Vg-1ファミリー、ならびにグリア由来神経栄養因子(GDNF、腎臓及び腸内ニューロンの分化に必要)を含むその他のタンパク質、ならびに哺乳類の性決定に関与するミュラー阻害因子を含む。TGF-βファミリーのメンバーであるTGF-β1、2、3、及び5は、細胞間の細胞外マトリックスの形成を調節することにおいて、及び細胞分裂を(正及び負の両方で)調節することにおいて重要である。TGF-β1は、コラーゲン及びフィブロネクチンの合成を刺激すること、ならびにマトリックスの分解を阻害することにより、細胞外マトリックス上皮細胞が作る量を増加させる。TGF-βは、上皮が、腎臓、肺、及び唾液腺の管を形成するために分岐し得る場所及び時期を制御する上で重要であり得る。
血管内皮増殖因子(VEGF)。VEGFは、増殖、遊走、浸潤、生存、及び透過性を含む内皮細胞の多くの機能を媒介する成長因子である。VEGF及びそれらの対応する受容体は、脈管形成、血管新生、またはリンパ血管系の形成のいずれかにより、最終的に血管系の発達につながる分子及び細胞イベントのカスケードにおける重要な調節因子である。VEGFは、生理学的血管新生における重要な調節因子であり、骨格の成長及び修復においても重要な役割を果たす。
VEGFの正常な機能は、胚発生中、損傷後、及び閉塞した血管を迂回するために新しい血管を作成する。確立された成熟血管系において、内皮は、必要に応じて要件に応答するために隣接する組織に通信ネットワークを提供することにより、周囲の組織の恒常性の維持において重要な役割を果たす。さらに、血管系は、周囲の組織が必要とする成長因子、ホルモン、サイトカイン、ケモカイン、及び代謝物などを提供し、分子及び細胞の動きを制限するバリアとして機能する。
本明細書で使用される「免疫再構成」または「再構成」という用語は、HSCT後に移植されたHSCから免疫系を再構築するプロセスを指す。
「免疫応答」及び「免疫媒介性」という用語は、これらの反応の結果が対象に有益であるか、または有害であるかにかかわらず、外来または自己抗原のいずれかに対する対象の免疫系の任意の機能的発現を指すために本明細書で互換的に使用される。
本明細書で使用される「免疫系」という用語は、疾患に対する身体の防御システムを指す。自然免疫系は、病原体に対する非特異的な第一線の防御を提供する。それは、物理的なバリア(例えば、皮膚)、ならびに、細胞(顆粒球、ナチュラルキラー細胞)及び体液性(補体系)の両方の防御機構を含む。自然免疫系の反応は即時であるが、適応免疫系とは異なり、病原体に対する永続的な免疫を提供しない。
本明細書で使用される「自然免疫」という用語は、本明細書では、病原体に最初に遭遇した後、適応免疫が誘導される様々な自然耐性機構、例えば、解剖学的バリア、抗菌ペプチド、補体系、ならびに非特異的病原体認識受容体を含有するマクロファージ及び好中球を指す。自然免疫は、常に全ての個体に存在し、所与の病原体への曝露を繰り返しながら増加せず、特定の病原体に応答するよりもむしろ、類似の病原体の群間を区別する。
「免疫調節」、「免疫調節薬」、及び「免疫調節」という用語は、例えば、ケモカイン、サイトカイン、及び免疫応答の他のメディエーターを発現することにより、直接的または間接的に免疫応答を増強または低下させることを可能にする物質、薬剤、または細胞を指すために本明細書では互換的に使用される。
本明細書で使用される「免疫抑制剤」という用語は、体の免疫応答を減少させる薬剤を指す。
本明細書で使用される「免疫抑制」という用語は、免疫の減少または体の免疫応答の低下の状態を指す。本明細書で使用される「免疫抑制療法」という用語は、体の免疫系の活性を低下させる処置を指す。
本明細書で使用される「炎症」という用語は、血管新生された組織が損傷に応答する生理学的プロセスを指す。例えば、FUNDAMENTAL IMMUNOLOGY,4th Ed.,William E.Paul,ed.Lippincott-Raven Publishers,Philadelphia(1999)at 1051-1053(参照により本明細書に組み込まれる)を参照のこと。炎症プロセスの間に、解毒及び修復に関与する細胞は、炎症性メディエーターにより損なわれる部位に動員される。炎症は、多くの場合、炎症部位での白血球、特に、好中球(多形核細胞)の強い浸潤を特徴とする。これらの細胞は、血管壁または無傷の組織で有毒物質を放出することにより、組織の損傷を促進する。伝統的に、炎症は、急性応答及び慢性応答に分けられている。本明細書で使用される「急性炎症」という用語は、体液、血漿タンパク質、及び好中球白血球の蓄積を特徴とする急性損傷に応答する迅速で一時的な(数分~数日)比較的均一な応答を指す。本明細書で使用される「慢性炎症」という用語は、より長期的であり、曖昧で無期限の終結を有する炎症を指す。慢性炎症は、最初の炎症剤の不完全なクリアランスによって、または同じ場所で発生する複数の急性事象の結果として、急性炎症が持続する場合に、引き継がれる。リンパ球及びマクロファージの流入ならびに線維芽細胞の成長を含む慢性炎症は、炎症活動が長期化または繰り返される部位で組織の瘢痕化をもたらすことがある。
本明細書で使用される「炎症性メディエーター」または「炎症性サイトカイン」という用語は、炎症プロセスの分子メディエーターを指す。これらの可溶性で拡散性の分子は、組織の損傷及び感染の部位ならびにより離れた部位の両方で局所的に作用する。炎症プロセスによって活性化される炎症性メディエーターもあれば、急性炎症に応答して、または他の可溶性炎症性メディエーターによって合成及び/または細胞源から放出される炎症性メディエーターもある。炎症性応答の炎症性メディエーターの例には、限定されないが、ヒスタミン、セロトニン、及び神経ペプチド、限定されないが、インターロイキン-1-ベータ(IL-1β)、インターロイキン-4(IL-4)、インターロイキン-6(IL-6)、インターロイキン-8(IL-8)、腫瘍壊死因子-アルファ(TNF-α)、インターフェロン-ガンマ(IF-γ)、及びインターロイキン-12(IL-12)を含む前炎症性サイトカインを含む、血漿プロテアーゼ、補体、キニン、凝固及び線維素溶解性タンパク質、脂質メディエーター、プロスタグランジン、ロイコトリエン、血小板活性化因子(PAF)、ペプチド及びアミンが挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書で使用される「注入」という用語及び他の文法的形態は、血液以外の流体の静脈への導入を指す。
「阻害すること」、「阻害する」、または「阻害する」という用語は、本明細書では、プロセスの量もしくは速度を低減すること、プロセスを完全に停止すること、またはその作用もしくは機能を減少、制限、もしくは遮断することを指すために使用される。阻害は、物質の量、速度、作用機能、またはプロセスの、少なくとも約5%、少なくとも約10%、少なくとも約15%、少なくとも約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、または少なくとも約99%の低減または減少を含んでもよい。
本明細書で使用される「阻害剤」という用語は、第1の分子に結合するか、それに接触するか、または別の方法で、その活性を妨害し、それにより、第1の分子の活性を減少させる第2の分子を指す。
本明細書で使用される「傷害」という用語は、物理的もしくは化学的、または内部状態であり得る外部の作用物質または力により引き起こされる身体の構造または機能への損傷または危害を指す。
「単離された」という用語は、限定されないが、核酸、ペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質などの材料を指すために本明細書で使用され、これらは、(1)天然に存在する環境で見られるように、通常は、付随するかまたは相互作用する構成成分を実質的または本質的に含まない。「実質的に含まない」または「本質的に含まない」という用語は、本明細書では、実質的もしくは有意に含まない、または約95%、96%、97%、98%、99%、または100%超含まないことを指すために使用される。分離された材料は、任意に、自然環境において材料と共に見出されない材料を含むか、あるいは、(2)材料がその自然環境にある場合、材料は、組成物への意図的なヒトの介入により合成的に(非自然に)変更されている、及び/またはその環境で見出された材料に固有ではない細胞内の場所(例えば、ゲノムもしくは細胞内小臓器)に配置されている。合成材料を生成するための変更は、自然状態の材料に対して実施されても、自然状態から除去されてもよい。
本明細書で使用される「Lineage陽性(Lin+)」という用語は、成熟細胞系列マーカーを発現する全細胞の混合物を指す。残りの細胞は、系列陰性(Lin-)であり、これは、系列抗体で染色されないことを意味する。全てのステップ及び前駆細胞の活性は、Lin-集団内で同定された。
「リンパ球共通抗原」またはCD45という用語は、全ての白血球で発現する受容体結合タンパク質チロシンホスファターゼを意味する。
「主要組織適合遺伝子複合体」及び「MHC」という用語は、本明細書では、エピトープまたは抗原として既知の分子分画を示し、他の白血球または体細胞との白血球の相互作用を媒介する細胞表面分子を指すために使用される。MHCは、大きな遺伝子群にコードされ、クラスI、クラスII、及びクラスIIIの3つのサブグループに編成することができる。ヒトでは、MHC遺伝子複合体は、HLA(「ヒト白血球抗原」)と呼ばれ、マウスでは、H-2(「組織適合性」の場合)と呼ばれる。双方の種は、3つの主要なMHCクラスI遺伝子を有し、これは、ヒトでは、HLA-A、HLA-B、及びHLA-Cと呼ばれ、マウスでは、H2-K、H2-D、及びH2-Lと呼ばれる。これらは、それぞれのMHCクラスIタンパク質のα鎖をコードする。MHCクラスI分子の他のサブユニットは、β2-ミクログロブリンである。クラスII領域は、ヒトのMHCクラスII分子HLA-DR、HLA-DP、及びHLA-DQのα鎖及びβ鎖(A及びBと指定)の遺伝子を含む。また、MHCクラスII領域には、TAP1:TAP2ペプチドトランスポーターの遺伝子、プロテアソームサブユニットをコードするPSMB(またはLMP)遺伝子、DMα及びBMβ鎖(DMA及びDMB)をコードする遺伝子、DO分子のα及びβ鎖(それぞれ、DOA及びDOB)をコードする遺伝子、ならびにタパシンをコードする遺伝子(TAPBP)がある。クラスII遺伝子は、免疫機能を持つ他の様々なタンパク質をコードする。MHCクラスII分子へのペプチド結合を触媒するHLA-DM分子のサブユニットをコードするDMA及びDMB遺伝子は、調節HLA-DO分子のサブユニットをコードするDOA及びDOB遺伝子と同様に、MHCクラスII遺伝子に関連する。Janeways Immunobiology.9th ed.,GS,Garland Science,Taylor & Francis Group,2017.pps.232-233。
本明細書で使用される「マトリックスメタロプロテイナーゼ」という用語は、細胞外マトリックス構成成分の分解及びリモデリングに関与する亜鉛依存性プロテアーゼのコレクションを指す(Guiot,J.et al.Lung(2017)195(3):273-280,Oikonomidi et al.Curr Med Chem.2009;16(10):1214-1228を引用)。例えば、MMP2遺伝子は、マトリックスメタロペプチダーゼ2を作成するための指示を提供する。この酵素は、体全体の細胞で生成され、細胞間の空間に形成されるタンパク質及び他の分子の複雑な格子である細胞外マトリックスの一部になる。MMP-2の主な既知の機能の1つは、基底膜の主要な構造成分であるIV型コラーゲンを切断することである。基底膜は、細胞外マトリックスの一部として細胞を分離及び支持する薄いシート状の構造である。
本明細書で使用される「模倣物」という用語は、親化合物または物質に化学的に類似し、親化合物または物質の少なくともある程度の所望の機能を保持する化合物または物質を指す。「模倣物」という用語は、ペプチドの機能を模倣する化学部分を含有する化学物質を指す「模倣物」と互換的に使用される。例えば、ペプチドが機能的活性を有する2つの荷電化学部分を含有する場合、模倣物は、2つの荷電化学部分を空間配向及び拘束構造に配置し、従って、荷電化学機能が、3次元空間で維持される。
本明細書で使用される「改変する」または「調節する」という用語は、特定の尺度または比率に調節、変更、適応、または調整することを意味する。本明細書において細胞型の文脈で使用される「改変された」または「調節された」という用語は、細胞型の形態または特徴を変更することを指す。
「骨髄細胞」という用語は、骨髄の造血幹細胞に由来する一般的な前駆細胞から分化した子孫である顆粒球及び単球を総称して指す。骨髄細胞のいずれかの系列へのコミットメントは、特定のコロニー刺激因子に応答した、別個の転写因子とそれに続く最終分化及び血液循環への放出により調節される。[Kawamoto,H.,Minato,N.Intl J.Biochem.Cell Biol.(2004)36(8):1374-70]。
本明細書で使用される「骨髄破壊的療法」という用語は、がん細胞を含む、骨髄で生存する細胞を死滅させるために使用される治療レジメン(例えば、大量化学療法または高線量照射)を指し、これは、骨髄中の正常な造血細胞数を低下させ、これにより、赤血球、白血球、及び血小板の低下がもたらされる。本明細書で使用される「非骨髄破壊的」という用語は、レシピエントの骨髄を破壊することなく、ドナー骨髄幹細胞の拒絶を防ぐために限られた量の化学療法が施行される移植前のコンディショニングレジメンを指す。
本明細書で使用される「骨髄抑制」という用語は、骨髄活性が減少し、これにより、赤血球、白血球、及び血小板の低下がもたらされる状態を指す。骨髄抑制が重度の場合、それは、骨髄破壊と呼ばれる。
本明細書で使用される略語「MAPK」は、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ(MAPK)シグナル伝達を指し、これは、MAPKキナーゼキナーゼ(MAP3K)で3層カスケードを活性化し、これにより、MAPAKキナーゼ(MAP2K)が活性化され、最後にMAPKが活性化される。MAPKは、細胞外刺激を広範囲の細胞応答に変換するタンパク質Ser/Thrキナーゼである。(Cargnello,M.and Roux,PP,Microbiol.Mol.Biol.Rev.(2011)75(1):50-83)。炎症性疾患に関与する主要なMAPK経路は、細胞外調節キナーゼ(ERK)、p38 MAPK、及びc-Jun NH2末端キナーゼ(JNK)である。上流のキナーゼは、TGFβ活性化キナーゼ1(TAK1)及びアポトーシスシグナル調節キナーゼ1(ASK1)を含む。p38 MAPKの下流は、MAPK活性化プロテインキナーゼ2(MAPKAPK2またはMK2)である。(Barnes,PJ(2016)Pharmacological Revs.68:788-815の図11を参照のこと)。
マイトジェン活性化プロテインキナーゼ(MAPK)の下流に、MAPK活性化プロテインキナーゼ(MAPKAPK)の様々な群が定義されている。これらの酵素は、MAPKの直接的な基質ではない標的タンパク質にシグナルを伝達し、それ故、MAPKカスケードによるリン酸化依存性シグナル伝達を多様な細胞機能に中継する役割を果たす。これらの群の1つは、MK2、MK3(3pKとも呼ばれる)、及びMK5(PRAKとも呼ばれる)の3つのMAPKAPKにより形成される。マイトジェン活性化プロテインキナーゼ活性化プロテインキナーゼ2(「MAPKAPK2」、「MAPKAP-K2」、「MK2」とも呼ばれる)は、セリン/スレオニン(Ser/Thr)プロテインキナーゼファミリーのキナーゼである。MK2は、MK3と高い相同性(約75%のアミノ酸同一性)がある。MK2及びMK3のキナーゼドメインは、カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼ(CaMK)、ホスホリラーゼbキナーゼ、及びリボソームS6キナーゼ(RSK)アイソフォームのC末端キナーゼドメイン(CTKD)に最も類似する(約35%~40%の同一性)。MK2遺伝子は、370アミノ酸(MK2A)及び400アミノ酸(MK2B)の2つの選択的スプライシングされた転写物をコードする。MK3遺伝子は、382アミノ酸の1つの転写物をコードする。MK2及びMK3タンパク質は、高度に相同であるが、MK2Aは、より短いC末端領域を有する。MK2BのC末端は、機能的な二分割核局在化配列(NLS)(Lys-Lys-Xaa-Xaa-Xaa-Xaa-Xaa-Xaa-Xaa-Xaa-Xaa-Xaa-Lys-Arg-Arg-Lys-Lys;配列番号1)を含有し、これは、より短いMK2Aアイソフォームには存在せず、これにより、選択的スプライシングがMK2アイソフォームの細胞局在を決定することが示される。MK3は、同様の核局在化配列を有する。MK2B及びMK3の両方に見られる核局在化配列は、Dドメイン(Leu-Leu-Lys-Arg-Arg-Lys-Lys;配列番号2)を包含し、これは、MK2B及びMK3のp38α及びp38βとの特異的相互作用を媒介することが示された。MK2B及びMK3は、NLS及びDドメインのN末端に位置する機能的な核外輸送シグナル(NES)も有する。MK2BのNESは、レプトマイシンBにより阻害され得るプロセスである、刺激後の核外輸送を誘発するのに十分である。MK2及びMK3の触媒ドメインのN末端の配列は、(研究が示すように、MK2の場合)in vitroでc-AblのSH3ドメインへの結合を媒介するために、プロリンが豊富で、1つ(MK3)または2つ(MK2)の推定Src相同性3(SH3)ドメイン結合部位を含む。(Cargnello,M.and Roux,PP,Microbiol.Mol.Biol.Rev.(2011)75(1):50-83)。
MK2B及びMK3は、主に静止細胞の核に位置するが、MK2Aは、細胞質に存在する。MK2B及びMK3は、双方ともに、ストレス刺激時に、染色体領域維持タンパク質(CRM1)依存性機序を介して細胞質に急速に排出される。キナーゼの活性化ループ内の、Thr334のホスホミメティック変異が、MK2Bの細胞質局在化を増強するので、MK2Bの核外輸送はキナーゼ活性化によって媒介されるように見える。理論に制限されるものではないが、MK2B及びMK3は、構成的に活性な核局在化シグナル(NLS)及びリン酸化調節核外輸送シグナル(NES)を含み得ると考えられる(同上)。
MK2及びMK3は、遍在的に発現し、心臓、肺、腎臓、生殖臓器(乳腺及び精巣)、皮膚及び骨格筋組織、ならびに白血球細胞/白血球及び樹状細胞などの免疫関連細胞で相対的発現が増加しているように見える。
MK2及びMK3キナーゼ活性の活性化。p38α及びp38βの様々な活性化因子は、MK2及びMK3の活性を強力に刺激する。p38は、4つのプロリン指向部位:Thr25、Thr222、Ser272、及びThr334でのMK2のin vitro及びin vivoリン酸化を媒介する。これらの部位のうち、Thr25のみが、MK3で保存されていない。理論に制限されるものではないが、リン酸化されたThr25の機能は不明であるが、2つのSH3ドメイン結合部位間のそれの位置は、それがタンパク質間相互作用を調節し得ることを示唆する。MK2のThr222(MK3のThr201)は、キナーゼドメインの活性化ループに位置し、MK2及びMK3キナーゼ活性に必須であることが示されている。MK2のThr334(MK3のThr313)は、触媒ドメインのC末端に位置し、キナーゼ活性に不可欠である。MK2の結晶構造は決定されており、理論に制限されるものではないが、Thr334のリン酸化がMK2の核内輸送及び核外輸送のスイッチとして機能し得ることが示唆される。Thr334のリン酸化は、また、MK2のC末端の触媒ドメインへの結合、NESの露出、及び核外輸送の促進を弱めるか、または妨げ得る。(同上)
p38が核内のMK2及びMK3を活性化することができるが、MK2及びMK3の活性化及び核外輸送が、p38の安定化及び局在化も決定するリン酸化依存性立体配座スイッチにより結合され、p38自体の細胞の位置が、MK2及びおそらくMK3により制御されることが実験的証拠により示唆されることを、研究は示している。核p38が、MK2のリン酸化及び活性化後に、MK2との複合体で細胞質に輸送されることを、さらなる研究は示している。MK2欠損細胞ではp38レベルが低く、触媒的に不活性なMK2タンパク質の発現によりp38レベルが回復することが研究により示されるので、p38及びMK2の相互作用は、p38の安定化に重要であり得る。(Menon,MB,et al.,J.Biol.Chem.(2010)285:33242-251Z)。
MK2が、mRNAの翻訳速度を増加させることにより、TNF-α、IL-1、及びIL-6を含む炎症性サイトカインの産生を増加させることを、MK2ノックアウトマウスまたはMK2欠損細胞を使用した研究は示している。MK2欠損マウスでは、TNF-αの転写、プロセシング、及びシェディングの有意な低減は、検出することができなかった。p38経路は、mRNAの安定性を調節する上で重要な役割を果たすことが既知であり、MK2は、p38がこの機能を媒介する可能性のある標的を表す。MK2欠損マウスを利用した研究は、MK2の触媒活性が、サイトカインの産生及び遊走への影響に必要であることを示し、理論に制限されるものではないが、これにより、MK2がmRNAの安定性に関与する標的をリン酸化することが示唆される。これと一致して、MK2は、異種核リボ核タンパク質(hnRNP)A0、トリステトラプロリン(TTP)、ポリ(A)結合タンパク質PABP1、及びHuR、RNA結合タンパク質のELAV(キイロショウジョウバエの胚性-致死的異常視覚)ファミリーの遍在的に発現されたメンバーを結合及び/またはリン酸化することが示されている。これらの基質は、3’非翻訳領域にAUリッチエレメントを含むmRNAと結合または共精製することが知られており、これにより、MK2がTNF-αなどのAUリッチmRNAの安定性を調節し得ることが示唆される。MK3が同様の役割を果たすかどうかは現在不明であるが、MK2欠損線維芽細胞のLPS処置は、hnRNP A0リン酸化を完全に無効にし、これにより、MK3がMK2の喪失を補うことができないことが示唆される。((Cargnello,M.and Roux,PP,Microbiol.Mol.Biol.Rev.(2011)75(1):50-83))。
MK3は、真核生物伸長因子2(eEF2)キナーゼのリン酸化にMK2と共に関与する。eEF2キナーゼは、eEF2をリン酸化及び不活性化する。eEF2活性は、翻訳中のmRNAの伸長に重要であり、Thr56でのeEF2のリン酸化により、mRNA翻訳の終結がもたらされる。Ser377でのeEF2キナーゼのMK2及びMK3のリン酸化は、これらの酵素がeEF2キナーゼ活性を調節し、それにより、mRNA翻訳伸長を調節し得ることを示唆する。(Roux,PP,Blennis,J.,Microbiol.& Molec.Biol.Revs.(2004)68(2):320-344)。
MK2及びMK3による転写調節。核MK2は、多くのMKと同様に、cAMP応答エレメント結合(CREB)、活性化転写因子1(ATF-1)、血清応答因子(SRF)、及び転写因子ER81のリン酸化に寄与する。野生型及びMK2欠損細胞を比較すると、MK2がストレスにより誘導される主要なSRFキナーゼであることが明らかになり、これにより、ストレス媒介性の即時の初期応答におけるMK2の役割が示唆される。MK2及びMK3は双方ともに、in vivoで塩基性ヘリックス-ループ-ヘリックス転写因子E47と相互作用し、in vitroでE47をリン酸化する。E47のMK2媒介性リン酸化は、E47の転写活性を抑制し、それにより、E47依存性遺伝子発現を阻害することが判明し、これにより、MK2及びMK3が組織特異的な遺伝子発現及び細胞分化を調節し得ることが示唆される(同上)。
MK2及びMK3の他の標的。いくつかの他のMK2及びMK3基質はまた、同定されており、いくつかの生物学的プロセスにおけるMK2及びMK3の多様な機能を反映する。足場タンパク質14-3-3ζは、生理学的MK2基質である。14-3-3ζが、プロテインキナーゼ、ホスファターゼ、及び転写因子を含む細胞シグナル伝達経路の多くの構成要素と相互作用することを、研究は示す。Ser58での14-3-3ζのMK2媒介性リン酸化が、結合活性を損ない、これにより、MK2が、14-3-3ζにより通常調節されるいくつかのシグナル伝達分子の調節に影響を与え得ることが示唆されることを、さらなる研究は示している。(Cargnello,M.and Roux,PP,Microbiol.Mol.Biol.Rev.(2011)75(1):50-83))。
MK2がSer77上の7つのメンバーのArp2及びArp3複合体(p16-Arc)のp16サブユニットとも相互作用してリン酸化することを、追加の研究は示している。p16-Arcは、アクチン細胞骨格の調節に役割を果たし、これにより、MK2がこのプロセスに関与し得ることが示唆される(同上)。
小さな熱ショックタンパク質HSP27(HSPB1としても既知)、リンパ球特異的タンパク質LSP-1、及びビメンチンが、MK2によりリン酸化されることを、さらなる研究は示している。HSP27としても既知のHSPB1は、大きなオリゴマーを形成し、これは、分子シャペロンとして機能し、細胞を熱ショック及び酸化ストレスから保護し得る。リン酸化されると、HSPB1は大きなオリゴマーを形成する能力を失い、アクチン重合をブロックできず、これにより、HSPB1のMK2媒介性リン酸化が、ストレス時に、他の点で不安定になるアクチンダイナミクスの調節を目的とした恒常性機能を果たすことが示唆される。MK3は、in vitro及びin vivoでHSPB1をリン酸化することも示された。(Gurgis,FMS,et al.,Molecular Pharmacol.2014)85:345-56);Guay,J.et al.,(1997)J.Cell Sci.110(pt.3):357-68)。
HSPB1が、in vitro及びin vivoでポリユビキチン鎖及び26Sプロテアソームに結合することも示された。ユビキチン-プロテアソーム経路は、主な阻害剤であるIカッパB-アルファ(IκB-アルファ)を分解することにより、転写因子NF-カッパB(NF-κB)の活性化に関与し、HSPB1の過剰発現が、NF-αカッパB(NF-κB)核再局在化、DNA結合、ならびにエトポシド、TNF-アルファ、及びインターロイキン1ベータ(IL-1β)により誘導される転写活性を増加させることが示された。さらに、HSPB1が、ストレス条件下で、ユビキチン化タンパク質、例えば、リン酸化IカッパB-アルファ(IκB-アルファ)分解を好むこと、及び、HSPB1のこの機能が、NF-カッパB(NF-κB)活性の増強を通じてその抗アポトーシス特性を説明することを、以前の研究は示唆している(Parcellier,A.et al.,(2003)Mol Cell Biol,23(16):5790-5802)。
NF-κBシグナル伝達経路。
本明細書で使用される略語「NFκB」は、前炎症性転写因子であるものを指す。それは、サイトカイン、ケモカイン、プロテアーゼ、及びアポトーシス阻害剤を含む複数の炎症遺伝子のスイッチをオンにし、炎症性応答の増幅がもたらされる(Barnes,PJ,(2016)Pharmacol.Rev.68:788-815)。NF-κBの活性化に関与する分子経路は、いくつかのキナーゼを含む。炎症性刺激及び感染がNF-κBシグナル伝達を活性化する典型的な(標準的な)経路は、IKK(κBキナーゼの阻害剤)複合体を含み、これは、2つの触媒サブユニット、IKK-α及びIKK-β、ならびに調節サブユニットIKK-γ(またはNFκB必須モジュレーターで構成される。(同上。Hayden,MS and Ghosh,S(2012)Genes Dev.26:203-234を引用)。IKK複合体は、Nf-κB結合IκB(プロテアソームによる分解のためにそれらを標的とし、それにより、p65及びp50サブユニットで構成されるNf-κB二量体を放出する)をリン酸化し、これは、核に移行し、それらは、プロモーター領域o炎症性及び免疫遺伝子のκB認識部位に結合し、これにより、転写活性化がもたらされる(図12)。この応答は、主に、IκBリン酸化を実行する触媒サブユニットIKK-β(IKK2としても既知)に依存する。非標準(代替)経路は、TNFファミリーの特定のメンバー、例えば、リンホトキシンβに応答して、IKK-αホモ二量体をリン酸化してRelBを放出させ、p100~p52を処理する上流キナーゼNF-κB誘導性キナーゼ(NIK)を含む(同上、Sun,SC.(2012)Immunol.Rev.246:125-140を引用)。この経路は、様々な遺伝子セットのスイッチをオンにし、標準的な経路とは異なる免疫機能を媒介し得る。ドミナントネガティブIKK-βは、NF-κBの前炎症性機能のほとんどを阻害するが、IKK-αを阻害することは、限られた刺激に応答して、及びBリンパ球などの特定の細胞でのみ役割を果たす。非標準的な経路は、免疫系の発達及び適応免疫応答に関与する。樹状細胞及びマクロファージなどの抗原提示細胞で発現されるコアクチベーター分子CD40は、リンパ球で発現されたCD40Lと相互作用する時、非標準経路を活性化する(同上、Lombardi,V et al.(2010)Int.Arch.Allergy Immnol.151:179-89を引用)。
本明細書で使用される「NOD様受容体」またはNLRという用語は、他の様々なドメインに関連するヌクレオチドオリゴマー化ドメイン(NOD)を含有するタンパク質の大きなファミリーを指し、この一般的な機能が、微生物及び細胞ストレスの検出である。NODサブファミリーは、カスパーゼ活性化及び動員(CARD)ドメインを含有するNLRタンパク質のサブグループであり、これは、下流のシグナル伝達の活性化に使用される。
「核酸」という用語は、本明細書では、一本鎖または二本鎖形態のデオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチドポリマーを指すために使用され、別途限定されない限り、天然に存在するヌクレオチドと同様の様式で一本鎖核酸(例えば、ペプチド核酸)にハイブリダイズするという点で天然ヌクレオチドの本質的な性質を有する既知のアナログを包含する。
「ヌクレオチド」という用語は、本明細書では、複素環式塩基、糖、及び1つ以上のリン酸基からなる化学化合物を指すために使用される。最も一般的なヌクレオチドでは、塩基は、プリンまたはピリミジンの誘導体であり、糖は、ペントースデオキシリボースまたはリボースである。ヌクレオチドは、核酸を形成するために一体となった3つ以上の結合を有する核酸のモノマーである。ヌクレオチドは、RNA、DNA、ならびに、限定されないが、CoA、FAD、DMN、NAD、及びNADPを含むいくつかの補因子の構造単位である。プリンは、アデニン(A)、及びグアニン(G)を含み、ピリミジンは、シトシン(C)、チミン(T)、及びウラシル(U)を含む。
本明細書で使用される「骨形成」という用語は、骨または骨性組織が形成されるプロセスを指す。骨組織は、明確な構造である骨に通常組織化された結合組織の剛性のある形態である。骨形成には2つの主要なモードがあり、これらの両方は、骨組織への既存の間葉組織の転換を含む。間葉組織の骨への直接変換は、膜内骨化と呼ばれる。本プロセスは、主に、頭蓋骨の骨で生じる。他の場合では、間葉細胞は、軟骨に分化し、これは、後に骨に置き換わる。軟骨中間体が形成され、骨細胞に置き換わるプロセスは、軟骨内骨化と呼ばれる。
膜内骨化は、肩甲骨、頭蓋骨、及び亀の甲羅の扁平骨が形成される特徴的な方法である。膜内骨化では、骨は、線維性結合組織のシートを発達させる。頭蓋骨の膜内骨化中に、神経堤由来の間葉系細胞は増殖し、凝縮して緻密な小結節になる。これらの細胞のうち毛管に進展するものもあれば、形を変化させ骨芽細胞になり、骨前駆細胞になることがコミットされるものもある。骨芽細胞は、カルシウム塩に結合できるコラーゲン-プロテオグリカンマトリックスを分泌する。この結合により、プレボネ(prebone)(類骨)マトリックスは、石灰化するようになる。ほとんどの場合、骨芽細胞は、分泌する類骨基質の層で石灰化の領域から分離される。時折、骨芽細胞は、石灰化したマトリックスに閉じ込められ、骨細胞になる。石灰化が進む時、骨化が始まった領域から骨の棘が放射状に広がり、石灰化した棘の全領域が、骨膜を形成する緻密な間葉細胞に囲まれ、骨膜の内面の細胞も骨芽細胞になり、既存の針骨のものと平行した類骨基質を沈着させる。このように、骨の多くの層が形成される。
膜内骨化は、間葉帯への毛細血管の侵入、ならびに間葉細胞の成熟骨芽細胞への出現及び分化を特徴とし、これは、骨基質を構成的に沈着させ、骨の棘状突起の形成をもたらし、これは、成長及び発達して、最終的に他の棘状突起と融合して小柱を形成する。小柱のサイズ及び数が増えるにつれて、それらは相互接続されて織骨(骨細胞の割合が高い無秩序な弱い構造)を形成し、最終的にはより組織化された、より強い、層状の骨に置き換わる。
膜内骨化の分子機序は、骨形成タンパク質(BMP)及びCBFA1と呼ばれる転写因子の活性化を含む。頭の表皮由来の骨形成タンパク質、例えば、BMP2、BMP4、及びBMP7は、神経堤由来の間葉系細胞が直接骨細胞になるように指示すると考えられる。BMPは、間葉系細胞のCbfa1遺伝子を活性化する。CBFA1転写因子は、間葉系細胞を骨芽細胞に変換することが知られている。マウスCBFA1のmRNAは、主に骨を形成する間葉凝縮に限定されており、骨芽細胞系列に限定されることを、研究は示している。CBFA1は、オステオカルシン、オステオポンチン、及び他の骨特異的な細胞外マトリックスタンパク質の遺伝子を活性化することが知られている。
軟骨内骨化(endochondral Ossification)(軟骨内骨化(Intracartilaginous Ossification))。凝集した間葉系細胞からの軟骨組織のin vivo形成を含む軟骨内骨化、及びその後の、骨による軟骨組織の置換は、5つの段階に分けることができる。脊柱、骨盤、及び四肢の骨格構成要素は、最初に軟骨で形成され、後で骨になる。
まず、間葉系細胞は、軟骨細胞になることがコミットされる。このコミットメントは、近くの中胚葉細胞に2つの転写因子、Pax1及びScleraxisを発現させるパラクリン因子により引き起こされる。これらの転写因子は、軟骨特異的遺伝子を活性化することが知られている。例えば、Scleraxisは、硬節からの間充織、骨への軟骨前駆体を形成する顔面間葉、及び四肢の間葉で発現される。
軟骨内骨化の第2段階では、コミットされた間葉細胞が凝縮して緻密な小結節になり、軟骨細胞(主にコラーゲン及びプロテオグリカンからなる軟骨基質を生成及び維持する軟骨細胞)に分化する。N-カドヘリンが、これらの凝縮の開始に重要であり、N-CAMが、それらを維持するために重要であることを、研究は示している。ヒトでは、DNA結合タンパク質をコードするSOX9遺伝子は、軟骨前凝縮で発現される。
軟骨内骨化の第3段階では、軟骨細胞が急速に増殖して骨のモデルを形成する。それらが分裂するにつれて、軟骨細胞は、軟骨特異的な細胞外マトリックスを分泌する。
第4段階では、軟骨細胞は、分裂を停止し、体積を劇的に増加させて、肥大型軟骨細胞になる。これらの大きな軟骨細胞は、(コラーゲンX及びより多くのフィブロネクチンを追加することにより)生成するマトリックスを変化させて、炭酸カルシウムでミネラル化されるようにする。
第5段階は、血管による軟骨モデルへの侵入を含む。肥大型軟骨細胞は、アポトーシスによって死滅し、この空間が骨髄になる。軟骨細胞が死滅する時、軟骨モデルを取り囲んでいた細胞のグループが、骨芽細胞に分化し、これにより、部分的に分解された軟骨上に骨基質が形成し始める。最終的に、全ての軟骨が、骨に置き換えられる。従って、軟骨組織は、続く骨のモデルとして機能する。
軟骨細胞の骨細胞による置換は、細胞外マトリックスのミネラル化に依存している。好気性呼吸から嫌気性呼吸への最初の切り替えを含む多くのイベントは、軟骨細胞の肥大及びミネラル化につながる。これにより、細胞代謝及びミトコンドリアのエネルギーポテンシャルが変化する。肥大軟骨細胞は、細胞外マトリックスに多数の小さな膜結合小胞を分泌する。これらの小胞は、カルシウムイオン及びリン酸イオンの生成に活性があり、軟骨基質内でミネラル化プロセスを開始する酵素を含有する。肥大型軟骨細胞、それらの代謝及びミトコンドリア膜は変化し、次に、アポトーシスにより死滅する。
多くの哺乳類(ヒトを含む)の長骨では、軟骨内骨化は、骨の中心から両方向に外側に広がる。骨化前線が軟骨モデルの端に近づくにつれて、骨化前線の近くの軟骨細胞が肥大する前に増殖し、骨の軟骨端を押し出す。長骨の端の軟骨領域は、骨端成長板と呼ばれる。これらのプレートは、3つの領域:軟骨細胞増殖の領域、成熟軟骨細胞の領域、及び肥大型軟骨細胞の領域を含有する。内側の軟骨肥大及び骨化前線がさらに外側に伸びるにつれて、骨端成長板に残っている軟骨が増殖する。骨端成長板が軟骨細胞を生成できる限り、骨は、成長し続ける。
本明細書で使用される「骨減少症」という用語は、骨粗鬆症よりも重症度が低い骨量の減少を指す。それは、骨密度測定で、-1~-2.5のTスコアとして定義される。
本明細書で使用される「骨粗鬆症」という用語は、骨密度の低下を指し、骨は、より多孔性で壊れやすくなり、骨折のリスクが高まる。これは、-2.5以下のTスコアとして定義される。
本明細書で使用される「臓器」という用語は、細胞及び組織からなり、生物においていくつかの特定の機能を実施する分化した構造を指す。
本明細書で使用される場合、「パラクリンシグナル伝達」という用語は、隣接する細胞に作用する分泌されたシグナル分子を介した短距離の細胞間コミュニケーションを指す。
本明細書で使用される「病原体関連分子パターン」(PAMP)という用語は、自然免疫系の細胞により認識される病原体のグループに特異的に関連する分子を指す。
「ポリペプチド」及び「タンパク質」という用語は、本明細書では、それらの最も広い意味で、サブユニットアミノ酸、アミノ酸アナログ、またはペプチド模倣物の配列を指すために使用される。記載された場合を除き、サブユニットは、ペプチド結合で連結されている。これらの用語は、1つ以上のアミノ酸残基が対応する天然に存在するアミノ酸の人工化学アナログであるアミノ酸ポリマー、ならびに天然に存在するアミノ酸ポリマーにも適用される。これらの用語はまた、限定されないが、グリコシル化、脂質付着、硫酸化、グルタミン酸残基のガンマカルボキシル化、ヒドロキシル化、及びADPリボシル化を含む改変を含んでいる。よく知られているように、及び上記のように、ポリペプチドが完全に線状ではない場合があることは、理解されるであろう。例えば、ポリペプチドは、一般に、翻訳後イベントの結果として、自然なプロセシングによるものであれ、自然には起こらないヒトの操作でもたらされるイベントによるものであれ、ユビキチン化の結果として分岐されても、または、分岐の有無にかかわらず環状であってもよい。環状、分岐、及び分岐環状ポリペプチドは、完全に合成方法で合成されてもよい。
「医薬組成物」という用語は、本明細書では、標的の状態または疾患を予防するか、強度を低減させるか、治癒するか、または他の方法で処置するために用いられる組成物を指すために使用される。「製剤」及び「組成物」という用語は、本明細書では、全ての活性及び不活性成分を含む、記載された本発明の製品を指すために互換的に使用される。
「薬学的に許容される」という用語は、製剤または組成物の他の成分と適合性があり(通常の使用条件下で、組成物の有効性を実質的に低減する相互作用がないような方法で、互いに組み合わせることができることを意味する)、且つ、そのレシピエントに有害ではない担体、希釈剤、または賦形剤を指すために使用される。担体は、処置される対象への投与に適するようにするために、十分に高い純度及び十分に低い毒性のものでなければならない。担体は、さらに、活性剤の安定性及び生物学的利用能を維持しなければならない。例えば、「薬学的に許容される」という用語は、連邦もしくは州政府の規制機関により承認されているか、または、使用のために米国薬局方もしくは他の一般的に認められている薬局方に記載されることを意味し得る。
本明細書で使用される「前駆細胞」という用語は、成長因子が加えられた培養皿中で骨髄細胞の懸濁液を成長させることにより単離され得る骨髄中の未成熟細胞を指す。前駆細胞は、血液細胞に成熟する前駆細胞に成熟する。前駆細胞は、コロニー形成単位(CFU)またはコロニー形成細胞(CFC)と呼ばれる。前駆細胞の特定の系列は、限定されないが、CFU-E(赤血球)、CFU-GM(顆粒球/マクロファージ)、及びCFU-GEMM(多能性造血前駆細胞)などの接尾辞で示される。
本明細書で使用される「精製」という用語及びその様々な文法形式は、外来の、無関係な、または好ましくない要素を分離または除去するプロセスを指す。
本明細書で使用される「静止」という用語は、多くの場合、組織に存在する幹細胞を特性決定し、恒常性の間に組織を補充し得る休眠予備として、それらを機能させることを可能にする特性である。静止は、造血幹細胞(HSC)の基本的な特徴であると考えられ、これは、多系列の分化及び自己複製の可能性を有し、血液系列内の全ての細胞型を生じさせることができる(Nakamura-Ischizu,A.et al.,Development(2014)141:4656-66,Pietras,EM.et al.,J.Cell Biol.(2011)195:709-720を引用)。静止状態のHSCの細胞周期の正確な調節は、幹細胞の消耗を最小限に抑えた成熟造血細胞の効果的な産生に必要とされる(同上、Orford,KW and Scadden,DT,Nature Rev.Genet.(2008)9:115-128を引用)。増殖中の細胞が、遺伝子変異の影響をより受けやすく、ターンオーバーが最大(ヘイフリック限界として知られる限界)に達すると、老化するので、(同上、Hayflick,L.and Moorhead,PS,Expl Cell Res.,(1961)25:585-621を引用)、静止は、おそらく、悪性形質転換及び機能不全からHSCを保護する(同上、Wang,JCY andDick,JE,Trends Cell Biol.(2005)15:494-501を引用)。炎症または失血などの様々なストレスに応答して誘導される細胞内因性及び外因性シグナルの両方により、静止状態のHSCが細胞周期に再び入り、増殖及び分化することが可能になる(同上、Morrison,SJ and Weissman,IL Immunity(1994)1:661-673;Suda,T.et al.,Proc.Nat.Acad.Sci.USA(1983)80:6689-93を引用)。
「参照配列」という用語は、配列比較の基準として使用される配列を指す。参照配列は、指定された配列のサブセットまたは全体であってよい。
本明細書で使用される「再発」という用語は、寛解期後の疾患の再出現を指す。
本明細書で使用される「寛解」という用語は、疾患及びその症状の減少または消失を指す。
本明細書で使用される「スプライス部位バリアント」という用語は、タンパク質コード配列の変化をもたらし得るエクソン及びイントロン(スプライス部位)の境界で生じるDNA配列の遺伝的変化を指す。
本明細書で使用される「定常状態」という用語は、損失率が利得率と等しい動的平衡状態を指す。
本明細書で使用される「幹細胞」という用語は、複数の別個の細胞表現型への最終分化を受け得る娘細胞を生成し得る自己複製能力を有する高い増殖能を有する未分化細胞を指す。幹細胞は、2つの特徴で他の細胞型と区別される。まず、それらは、場合により、長期間の不活動後に、細胞分裂により自己を再生することが可能な未分化細胞である。次に、特定の生理学的または実験的条件下で、それらは、特別な機能を備えた組織または臓器に特異的な細胞になるように誘導することができる。腸及び骨髄などの一部の臓器では、幹細胞が定期的に分裂して、摩耗または損傷した組織を修復及び置き換える。しかし、膵臓及び心臓などの他の臓器では、幹細胞は、特別な条件下でのみ分裂する。
成体(体性)幹細胞は、組織または臓器の分化した細胞の中に見られる未分化の細胞である。in vivoでのそれらの主要な役割は、それらが見出される組織を維持及び修復することである。成体幹細胞は、脳、骨髄、末梢血、血管、骨格筋、皮膚、歯、胃腸管、肝臓、卵巣上皮、及び精巣を含む、多くの臓器及び組織で同定されている。成体幹細胞は、幹細胞ニッチとして既知の各組織の特定の領域に存在すると考えられ、それらは、より多くの細胞が組織を維持する通常の必要性により、または病気もしくは組織損傷により活性化されるまで、長期間静止(非分裂)したままであってよい。
骨髄幹細胞。本明細書で使用される「骨髄幹細胞」という用語は、骨髄に由来する幹細胞を指し、HSC及びMSCを含む。骨髄の単核分画は、間質細胞、造血前駆体、及び内皮前駆体を含有する。
末梢血幹細胞。本明細書で使用される「末梢血幹細胞」という用語は、末梢血に由来する幹細胞を指す。末梢血は、組織または臓器の分化細胞の中に見られる未分化細胞である成体(体細胞)幹細胞を収容する。末梢血幹細胞の例には、造血幹細胞、及び間葉系幹細胞が挙げられるが、これらに限定されない[Dzierzak E.et al.,“Of lineage and legacy:the development of mammalian hematopoietic stem cells”,Nature Immunol.,Vol.9(2):129-136,(2008)]。
造血幹細胞。本明細書で使用される場合、「造血幹細胞」(骨髄及びリンパ系細胞(CFU-M、L)のコロニー形成ユニット、またはCD34+細胞としても既知)という用語は、生涯にわたり血液細胞の継続的な産生に関与している造血臓器内のまれな多能性細胞である[Li Y.et al.,“Inflammatory signaling regulates embryonic hematopoietic stem and progenitor cell production”,Genes Dev.,Vol.28(23):2596-2612,(2014)]。HSCは、赤血球、好中球、好塩基球、好酸球、血小板、肥満細胞、単球、組織マクロファージ、破骨細胞、ならびに、T及びBリンパ球を含む、様々な細胞型を生成し得る。造血幹細胞の調節は、自己複製、生存及び増殖、系列の関与及び分化を含む複雑なプロセスであり、内因性細胞プログラミングならびに微小環境間質との接着相互作用及びサイトカインの作用などの外部刺激を含む多様な機序により調整される。
造血幹細胞を特定の経路に沿って分化させる際には、種々のパラクリン因子(サイトカイン)が重要である。サイトカインは、いくつかの細胞型で作成することができるが、造血部位の間質(間葉系)細胞の細胞外マトリックスにより収集及び濃縮される。例えば、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)及び多系列成長因子IL-3は、双方ともに、骨髄間質のヘパラン硫酸グリコサミノグリカンに結合する。次に、細胞外マトリックスは、これらの因子を受容体に結合するのに十分に高い濃度で幹細胞に提示する[Alvarez S.et al.,“GM-CSF and IL-3 activities in schistosomal liver granulomas are controlled by stroma-associated heparan sulfate proteoglycans”,J Leukoc Biol.,Vol.59(3):435-441,(1996)]。
間葉系幹細胞。間葉系幹細胞(MSC)(骨髄間葉系幹細胞または骨格幹細胞としても既知)は、様々な組織に見られる非血液の成人幹細胞である。それらは、以下を特徴とする:紡錘形の形態学的、細胞表面上の特定のマーカーの発現、ならびに適切な条件下で、最低3つの系列(骨形成、軟骨形成、及び脂肪生成)に沿って分化する能力[Najar M.et al.,“Mesenchymal stromal cells and immunomodulation:A gathering of regulatory immune cells”,Cytotherapy,Vol.18(2):160-171,(2016)]。in vivoでMSCを明確に描写する単一のマーカーは、MSC表現型に関するコンセンサスがないので同定されていないが、MSCは細胞表面マーカーCD105、CD166、CD90、及びCD44に対して陽性であり、MSCは、代表的な造血抗原、例えば、CD45、CD34、及びCD14に陰性であることが一般的である。MSCの分化の可能性については、骨髄由来のMSCの集団が、骨、軟骨、腱、筋肉、脂肪組織、及び間質をサポートする造血を含む、in vitro及びin vivoの両方で最終分化した間葉系表現型に発達する能力を有することが研究で報告されている。トランスジェニック及びノックアウトマウス及びヒト筋骨格障害を使用した研究では、胚発生及び成体恒常性の間に、MSCが複数の系列に分化することが報告されている。[Najar M.et al.,“Mesenchymal stromal cells and immunomodulation:A gathering of regulatory immune cells”,Cytotherapy,Vol.18(2):160-171,(2016)]。
In vivoプロセスを再現する適切な条件下でのMSCのin vitro分化の分析は、幹細胞のコミットメントに不可欠な様々な要因の同定につながっている。それらの中で、分泌された分子及びそれらの受容体(例えば、トランスフォーミング成長因子-(β)、細胞外マトリックス分子(例えば、コラーゲン及びプロテオグリカン)、アクチン細胞骨格、ならびに細胞内転写因子(例えば、Cbfal/Runx2、PPARy、Sox9、及びMEF2)は、多能性MSCの特定の系列へのコミットメントを引き起こすこと、ならびに、それらの分化した表現型を維持することに重要な役割を果たすことが示されている[Davis L.A.et al.,“Mesodermal fate decisions of a stem cell:the Wnt switch”,Cell Mol Life Sci.,Vol.65(17):2568-2574,(2008)]。
本明細書で使用される「幹細胞ニッチ」という用語は、成体幹細胞が存在する各組織の特定の領域を指し、それらは、より多くの細胞が組織を維持する通常の必要性により、または病気もしくは組織損傷により活性化されるまで、長期間静止(非分裂)したままであってよい。幹細胞ニッチの細胞は、幹細胞と相互作用して、幹細胞を維持するか、または幹細胞の分化を促進する。
本明細書で使用される「幹細胞レスキュー」または「レスキュー移植」という用語は、高用量の抗がん剤または放射線療法による処置により破壊された造血幹細胞を置き換える方法を指す。これは通常、処置前に保存された患者自身の幹細胞を使用して行われる。幹細胞は、骨髄が回復し、健康な血球を生成するのを助ける。幹細胞レスキューは、より多くのがん細胞が死滅するように、より多くの化学療法または放射線療法が投与されることを可能にし得る。
本明細書で使用される場合、特定の状態の処置について「必要とする対象」という表現は、その状態を有する対象、その状態を有すると診断された対象、またはその状態を発症するリスクがある対象である。いくつかの実施形態によると、そのような処置を「必要とする対象」という表現は、また、別途文脈及び使用法の表現により示されない限り、(i)記載の発明の組成物を投与されることになる患者;(ii)記載の発明の組成物を受けている患者;または、(iii)記載の発明の組成物を少なくとも1つ受けた患者を指すために使用される。
本明細書で使用される「懸濁液」という用語は、細かく分割された種が別の種と組み合わされ、前者が細かく分割されて混合されるので、急速に沈降しない分散液(混合物)を指す。
本明細書で使用される「標的」という用語は、例えば、限定されないが、タンパク質、細胞、臓器、または核酸などの生物学的実体を指し、その活性は、外部刺激によって改変され得る。刺激の性質に応じて、標的に直接的な変化がなくても、または標的の立体配座変化が誘導されてもよい。
本明細書で使用される場合、「治療薬」または「活性薬」という用語は、意図された治療効果に関与する記載された発明の組成物の成分、構成成分、または構成要素を指す。
本明細書で使用される「治療構成成分」という用語は、あるパーセンテージの集団における特定の疾患症状の進行を排除、低減、または防止する治療上有効な投薬量(すなわち、投与の用量及び頻度)を指す。
本明細書で使用される「治療効果」という用語は、処置の結果を指し、その結果は、望ましく且つ有益であると判断される。治療効果は、直接的または間接的に、疾患の症状の阻止、軽減、または排除を含んでもよい。治療効果は、直接的または間接的に、疾患症状の進行の阻止、軽減、または排除も含んでもよい。
本明細書で使用される場合、「組織」という用語は、類似の細胞及びそれらを取り巻く細胞間物質の集合を指す。例えば、結合組織は、様々な種類の多数の細胞を含む繊維状及び粉砕された物質で形成された体の支持またはフレームワーク組織である。それは、間葉に由来し、これもまた、中胚葉に由来する。結合組織の種類は、疎性(areolar)または疎性(loose);脂肪;センス、規則的または不規則的な、白い繊維;弾性;粘液性;リンパ組織;軟骨;及び骨を含むが、これらに限定されない。
本明細書で使用される「トール様受容体」という用語は、マクロファージ、樹状細胞、ならびに、病原体及びそれらの産物を認識する他のいくつかの細胞上の先天性受容体を指す。認識は、受容体を有する細胞を刺激して、免疫応答の開始を助けるサイトカインを産生する。
本明細書で使用される「移植」という用語及びその様々な文法的形態は、組織または臓器が、ヒトの体のある領域から別の領域へ、またはあるヒト(ドナー)から別のヒト(レシピエント)へ移動される外科処置を指す。
本明細書で使用される「処置する」、「処置される」、または「処置すること」という用語は、治療的処置及び/または予防的(prophylactic)もしくは予防的(preventative)手段の両方を指し、目的は、望ましくない生理学的状態、障害もしくは疾患を予防もしくは減速(軽減)すること、または有益なもしくは所望の臨床結果を得ることである。本発明の目的のために、有益なまたは所望の臨床結果は、症状の軽減;状態、障害、または疾患の程度の減少;状態、障害、または疾患の状態の安定化(すなわち、悪化しないこと);状態、障害、または疾患の発症の遅延または進行の遅延;状態、障害、または疾患状態の改善;及び検出可能または検出不可能にかかわらない、寛解(部分的もしくは全体的にかかわらず)、または状態、障害、もしくは疾患の改善もしくは好転を含むが、これに限定されない。処置は、過剰なレベルの副作用なしに臨床的に有意な応答を誘発することを含む。処置は、処置を受けていない場合に予想される生存期間と比較して生存期間を延長することも含む。
本明細書で使用される「脈管形成」という用語は、新しい血管形成のプロセスを指す。
「体積/体積パーセント」という用語は、溶液中の物質の濃度の尺度である。これは、溶質の体積対溶液の総体積×100の割合として表される。純粋な液体溶液を混合することにより溶液を調製する時はいつでも、体積パーセント(vol/vol%またはv/v%)が使用されるべきである。
略語「WBM」は、全骨髄を表す。
「重量パーセントによる重量」または重量/重量%という用語は、本明細書では、溶質の重量対溶液の総重量の割合を指すために使用される。
本明細書で使用される場合、「野生型」、「天然に存在する」という用語、またはそれらの文法的同等物は、天然に見出され、対立遺伝子変異を含むアミノ酸配列またはヌクレオチド配列、つまり、通常は意図的に改変されていないアミノ酸配列またはヌクレオチド配列を指すことを意味する。従って、「天然に存在しない」、「合成の」、「組み換え」という用語、またはそれらの文法的同等物は、天然に見出されないアミノ酸配列またはヌクレオチド配列、つまり、通常は意図的に改変されているアミノ酸配列またはヌクレオチド配列を指すために互換的に使用される。組み換え核酸が作製され、宿主細胞または生物に再導入されると、それは非組み換え的に、すなわち、in vitro操作ではなく、宿主細胞のin vivo細胞機序を使用して複製することになると理解される。但し、そのような核酸は、一度組み換え的に産生されると、その後、非組み換え的に複製されるが、依然として、記載の発明のための組み換え体と考えられる。
方法
一態様によると、記載の発明は、骨髄内の内皮細胞特異的NF-κBを阻害することを含む、骨髄抑制性傷害後のBMの造血再構成を改善するための方法を提供する。
いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、亜致死放射線、化学療法、またはその両方を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、亜致死照射を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、全身照射を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、全リンパ節照射を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、放射線への曝露を含む。いくつかの実施形態によると、放射線は、反対のコバルト60供給源などの任意の適切な供給源から誘導することができる。
いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、骨髄破壊的である。
いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、物質1キログラム当たりに吸収された約1ジュールのエネルギー(Gy)~約30Gyを含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、約1Gy、約2Gy、約3Gy、約4Gy、約5Gy、約6Gy、約7Gy、約8Gy、約9Gy、約10Gy、約11Gy、約12Gy、約13Gy、約14Gy、約15Gy、約16Gy、約17Gy、約18Gy、約19Gy、約20Gy、約21Gy、約22Gy、約23Gy、約24Gy、約25Gy、約26Gy、約27Gy、約28Gy、約29Gy、約30Gyを含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、約1Gy~約16Gyを含む。
いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、単一線量の全身照射を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、分割線量の全身照射を含む。いくつかの実施形態によると、照射を含む骨髄抑制性傷害は、1日、2日、3日、4日、5日、6日、7日、8日、9日、10日、11日、12日、13日、または14日にわたってもたらされる。いくつかの実施形態によると、照射を含む骨髄抑制性傷害は、2日~約6日にわたってもたらされる。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、放射線の最終送達後に生じる。
骨髄抑制性傷害が照射を含む場合のいくつかの実施形態によると、照射線量は、約1Gy~約16Gyである。骨髄抑制性傷害が照射を含む場合のいくつかの実施形態によると、総照射線量は、約1Gy~約16Gyである。骨髄抑制性傷害が照射を含む場合のいくつかの実施形態によると、総照射線量は、約2日~約6日にわたって提供される約1Gy~約16Gyである。いくつかの実施形態によると、照射は、さらに肺シールドを含む。
いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、化学療法を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、大量化学療法を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、アルキル化剤を用いる化学療法を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、アルキル化剤を用いる大量化学療法を含む。
いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害の後、対象の骨髄は、HSCニッチにおける炎症を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、骨髄破壊を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制性傷害は、自家血液学的回復の不能をもたらす。
いくつかの実施形態によると、BM内の内皮細胞におけるNF-κB阻害は、骨髄(BM)における下流のNF-κBシグナル伝達を抑制するのに効果的である。いくつかの実施形態によると、BM内の内皮細胞におけるNF-κB阻害は、BM内の標的NFκB遺伝子を下方調節するのに効果的である。いくつかの実施形態によると、BM内の内皮細胞におけるNF-κB阻害は、BMにおける下流のNF-κBシグナル伝達を抑制し、BM内の内皮細胞における標的NFκB遺伝子を下方調節するのに効果的である。いくつかの実施形態によると、BM内の内皮細胞におけるNF-κB阻害は、造血区画を保護し、骨髄抑制損傷後の回復を高める。
いくつかの実施形態によると、骨髄中の造血細胞集団は、骨髄内皮細胞(BMEC)、造血幹細胞(HSC)、及び間質細胞(MSC)を含む。
いくつかの実施形態によると、BMECは、骨髄(BM)間質細胞、BM Lepr+細胞、及びBM骨芽細胞を含む。いくつかの実施形態によると、BMECの免疫表現型は、CD45-Ter119-CD31+VEカドヘリン+である。いくつかの実施形態によると、BM間質細胞は、BM Lepr+及びBM骨芽細胞間質サブセットを含む。いくつかの実施形態によると、BM間質細胞の免疫表現型は、CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-である。いくつかの実施形態によると、BM間質集団内のBM Lepr+細胞の免疫表現型は、CD45-Ter119-CD31-Lepr+である。いくつかの実施形態によると、BM骨芽細胞の免疫表現型は、CD45-Ter119-CD31-SCA1-CD51+である。
いくつかの実施形態によると、造血幹細胞及び前駆細胞(HSPC)は、造血幹細胞(HSC)及び造血前駆細胞(HPC)を含む。いくつかの実施形態によると、HSCの免疫表現型は、Lineage-CD48-CD150ブライトを含む。いくつかの実施形態によると、HSCの免疫表現型は、Lineage-(Ter119/CD11b/GR1/B220/CD3)-CD41-cKIT+SCA1+CD48-CD150+である。
いくつかの実施形態によると、KLS HSPCの免疫表現型は、Lin-cKIT+SCA1+である。いくつかの実施形態によると、KLSコンパートメントは、HSCが豊富である。
いくつかの実施形態によると、成熟造血幹細胞系列のマーカーは、B220、CD4、CD8、Gr-1、Mac-1、及びTer-119を含む。
いくつかの実施形態によると、BMECは、BM内の炎症性ストレスの間、BM機能及び造血に影響を与える。いくつかの実施形態によると、内皮MAPKは、成人の内皮において構成的に活性化することができる。いくつかの実施形態によると、BM内皮ニッチ活性は、内皮MAPKの慢性的活性化により低減する。いくつかの実施形態によると、低減したBM内皮ニッチ活性は、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥をもたらす。
いくつかの実施形態によると、内皮MAPKの慢性的活性化は、内皮ネットワークを破壊する炎症性ストレス反応をもたらす。いくつかの実施形態によると、炎症性ストレス反応は、血管拡張の増加、BM血管漏出の増加を含む血管完全性の減少、ならびにsICAM、VCAM、及びIL1bを含む炎症性メディエーターのレベルの増加のうちの1つ以上を含む。いくつかの実施形態によると、内皮MAPKの慢性的活性化は、標準的なNF-κBシグナル伝達の下流の活性化を介して炎症をもたらす。いくつかの実施形態によると、標準的なNF-κBシグナル伝達の下流の活性化は、総iκBαレベルの有意な変化を伴わない内皮内のp65リン酸化の増加、MEK1DD駆動型ERK1/2リン酸化の増加、またはレベルの増加を含む、前炎症性サイトカイン及びケモカインIL-1a、IL-1b、Cxcl1、Cxcl3、Ccl12、及びCcl22を含むNF-κBシグナル伝達標的の発現のレベルの増加のうちの1つ以上を含む。
いくつかの実施形態によると、内皮MAPKの構成的活性化は、同腹仔対照と比較して、骨髄細胞性を減少させ、KLS細胞、多能性前駆細胞(MPP)、及び造血前駆細胞サブセット(HPC-1及びHPC-2)を含む造血幹細胞(HSC)、造血幹細胞及び前駆細胞(HSPC)の頻度及び絶対数を減少させる。いくつかの実施形態によると、MMPの免疫表現型は、cKIT+Lin-SCA1+CD150-CD48-である。いくつかの実施形態によると、HPC-1の免疫表現型は、cKIT+Lin-SCA1+CD150-CD48+である。いくつかの実施形態によると、HPC-2の免疫表現型は、cKIT+Lin-SCA1+CD150+CD48+である
いくつかの実施形態によると、構成的に活性化された内皮MAPKを含むBM内皮細胞は、対照と比較して減少した長期HSC生着能を含む。いくつかの実施形態によると、構成的に活性化された内皮MAPKを有する動物由来のHSC及びHSPCは、同腹仔対照と比較して、静止状態の喪失及びアポトーシスの増加を含む。
いくつかの実施形態によると、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害は、慢性的にMAPK活性化された内皮におけるBM血管完全性を回復するのに効果的である。いくつかの実施形態によると、IkB-SSの発現の増加は、慢性的に活性化されたMAPK内皮におけるp65核転座を抑制する。
いくつかの実施形態によると、IkBSSにより抑制された慢性的に活性化されたMAPK上皮におけるBM内皮ニッチの完全性の回復は、HSC及び造血系の機能的回復に影響を与える。いくつかの実施形態によると、HSCの機能的回復は、BM細胞性の回復を含む。いくつかの実施形態によると、HSCの機能的回復は、BM細胞性及び表現型HSC及びHSPCの頻度の回復を含む。いくつかの実施形態によると、長期の生着能の回復ならびに骨髄バイアス分化の逆転を含むHSCの機能的回復。いくつかの実施形態によると、HSCの機能的回復は、BM細胞性ならび表現型HSC及びHSPCの頻度の回復、長期生着能の回復、及び骨髄バイアス分化の逆転を含む。
いくつかの実施形態によると、亜致死骨髄抑制損傷とそれに続く下流のNF-κB活性化を含む内皮による骨髄抑制後の造血再構成は、造血回復を遅らせる。いくつかの実施形態によると、造血回復の分析は、末梢血分析によるものである。いくつかの実施形態によると、NF-κBの内皮特異的阻害は、造血区画を保護し、骨髄抑制損傷後の回復を高める。いくつかの実施形態によると、NFκBの内皮特異的阻害は、IkBSSによるものである。いくつかの実施形態によると、分析は、末梢血分析によるものである。
いくつかの実施形態によると、BM及びHSC内の血管ニッチは、定常状態の末梢血産物を維持する系列にコミットされた造血前駆細胞を維持することにおいて役割を果たす。
いくつかの実施形態によると、BM及び脾臓において下流のNF-κBシグナル伝達の活性化を伴う慢性的に活性化された内皮MAPKを有する対象は、免疫表現型的に定義されたBM多能性前駆細胞(MPP)、リンパ球系共通前駆細胞(CLP)、骨髄系共通前駆細胞(CMP)、顆粒球/マクロファージ前駆細胞(GMP)、巨核球/赤血球前駆細胞(MEP)、及びB細胞前駆細胞サブセットの減少;ならびにCD45+BM細胞内のCD11b+GR1+細胞の割合の増加を示す。いくつかの実施形態によると、B細胞前駆細胞サブセットは、SIgM-B220+B細胞、Pre-Pro B細胞、Pro B細胞、及びPre B細胞を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄内の内皮NFκBシグナル伝達のIkB抑制は、BM及び末梢血の造血障害を回復し、すなわち、免疫表現型的に定義されたBM多能性前駆細胞(MPP)、リンパ球系共通前駆細胞(CLP)、骨髄系共通前駆細胞(CMP)、顆粒球/マクロファージ前駆細胞(GMP)、巨核球/赤血球前駆細胞(MEP)、及びB細胞前駆細胞サブセットを増加させ、CD45+BM細胞内のCD11b+GR1+細胞の割合を低減させる。
いくつかの実施形態によると、下流の内皮NF-κB活性化は、BM微小環境内で一般化された炎症性ストレス応答を誘導する。いくつかの実施形態によると、下流の内皮NF-κB活性化は、骨髄内で慢性的に活性化された内皮MAPKを有する対象において、BM微小環境内で一般化された炎症性ストレス応答を誘導する。いくつかの実施形態によると、一般化された炎症性ストレス応答は、造血細胞(CD45+)、間質細胞(CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-)、及び未分画全骨髄細胞における標的NFκB遺伝子の上方調節を含む。いくつかの実施形態によると、一般化された炎症性ストレス応答は、静止状態が喪失し且つHPSCのアポトーシスが増加した状態の、細胞周期が喪失し且つBM間質細胞のアポトーシスが増加した状態の、BM間質細胞の数が減少した状態の、静止状態が喪失し且つBM内皮細胞の数が増加した状態の、低酸素症及びROSレベルの増加のうちの1つ以上を含む。いくつかの実施形態によると、内皮NF-κBシグナル伝達の抑制は、炎症により誘導された、内皮及びBM間質サブセットを含むHSPC及びBMニッチ細胞の欠陥を回復させる。
いくつかの実施形態によると、内皮MAPK活性化とそれに続く下流の内皮NF-κB活性化は、Lepr+細胞及び骨芽細胞においてNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加を引き起こした。いくつかの実施形態によると、Lepr+細胞及び骨芽細胞におけるNF-κB調節標的遺伝子の発現の増加は、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害により抑制された。いくつかの実施形態によると、内皮MAPK活性化時のBM内皮、造血、及び間質区画内で発現の増加を示した前炎症性遺伝子は、Il1b、Csf1、Cdkn1a、及びcsf2を含む。Il1b及びcsf1は、HSC機能に直接影響を与え、リンパ球形成を犠牲にして骨髄バイアス分化を促進することが報告されている。慢性的なHl1曝露は、HSCサイクリング及び消耗の増加を引き起こすことが示されている。
いくつかの実施形態によると、内皮MAPK活性化とそれに続く下流の内皮NF-κB活性化は、HSPCサイクリングの増加、HSPC再増殖能力の障害、及び骨髄性バイアス分化を含むHSPCの造血障害を引き起こす。いくつかの実施形態によると、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害は、内皮細胞、間質細胞、及び造血細胞内のIllbの発現を減少させ、内皮Il1b発現の減少は、炎症の大幅な下方調節、ならびに間質細胞及び造血細胞におけるCsf1発現の減少と相関していた。
いくつかの実施形態によると、HSC機能を調節し、炎症後の回復を高める候補タンパク質は、Clec11α、Hapln1、Hspd1、Igfbp1、Bgn、Wnt7a、Sparc、RP53、Bmpr1a、Ighm、Thbs4、Camk2d、Sirt2、Camk2b、Slitrk5、Dctpp1、Hnrnpa2b、Erap1のうちの1つ以上を含む。
11Aを含有するC型レクチンドメインにコードされるタンパク質(CLEC11A)は、分泌された硫酸化糖タンパク質であり、原始造血前駆細胞の成長因子として機能し、選択的スプライシングバリアントが記載されている。
Hapln1(ヒアルロン酸及びプロテオグリカン結合タンパク質1)は、細胞外軟骨基質中のヒアルロン酸でプロテオグリカンモノマーの凝集体を安定化する。
熱ショックタンパク質ファミリーD(SP60)メンバー1 Hspd1は、ミトコンドリアタンパク質の移入及び高分子集合体に関与するシャペロニンであり;Hsp10と共に、それは、移入タンパク質の正しいフォールディングを容易にする。それはまた、ミスフォールディングを防ぎ、ミトコンドリア基質中、ストレス条件下で生成されたアンフォールドポリペプチドのリフォールド及び適切なアセンブリを促進し得る。
インスリン様成長因子結合タンパク質1(IGFBP-1)は、IGF結合タンパク質であり;IGF結合タンパク質は、IGFの半減期を延長し、細胞培養に対するIGFの成長促進効果を阻害または刺激することが示されている。それらは、細胞表面受容体とのIGFの相互作用を変化させ、細胞遊走を促進する。
骨/軟骨プロテオグリカン-1(Bgn)としても既知のビグリカンは、コラーゲン線維のアセンブリに関与していることがある。
Wnt-7a遺伝子は、WNT遺伝子ファミリーのメンバーであり、これは、分泌されたシグナル伝達タンパク質をコードする構造的に関連する遺伝子で構成される。これらのタンパク質は、発がんに、ならびに、細胞の運命の調節及び胚発生時のパターン形成を含むいくつかの発生プロセスに関与している。タンパク質Wntファミリーメンバー7A(Wnt7a)は、Wnt-7a遺伝子の遺伝子産物である。これは、Wnt/β-カテニンシグナル伝達経路のリガンドである。その発現は、低酸素培養条件で増加する。(Wu,DJ et al,Sci Rep(2018)8(1):15792)。
SPARC(Secreted Protein Acidic and Cysteine Rich)は、タンパク質をコードする遺伝子である。このタンパク質は、細胞外マトリックス及びサイトカインの相互作用を通じて細胞増殖を調節しているように見える。
RP53遺伝子(レチノールデヒドロゲナーゼ12遺伝子、短鎖デヒドロゲナーゼ/レダクターゼファミリー7Cメンバー2としても既知)は、タンパク質をコードする遺伝子である。この遺伝子にコードされるタンパク質は、NADPH依存性レチナールレダクターゼであり、その最高の活性が、9-cis及びall-trans-レチノールに対するものである。コードされた酵素は、短鎖アルデヒドの代謝にも役割を果たすが、ステロイドデヒドロゲナーゼ活性を示さない。
骨形態形成タンパク質受容体タイプ1A(Bmpr1a)は、膜貫通型セリン/スレオニンキナーゼのファミリーの1つである。これらの受容体のリガンドは、TGF-ベータスーパーファミリーのメンバーである。
Ighm遺伝子は、免疫グロブリン重鎖muの定常領域をコードする。Thbs4(トロンボスポンジン4)は、細胞間及び細胞-マトリックス間相互作用を媒介する接着性糖タンパク質である。これは構造的なECMタンパク質に結合し、組織の損傷に応じてECMを調節する。
カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼIIデルタ(camk2d)は、セリン/スレオニンプロテインキナーゼファミリー及びCa(2+)/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼサブファミリーに属する。
サーチュイン2(sirt2)は、NAD依存性タンパク質デアセチラーゼである。それは、細胞周期の進行及びゲノムの安定性の制御に主要な役割を果たす。それはアンテファーゼチェックポイントで機能し、微小管ストレス剤に応答した早熟な有糸分裂の侵入を防ぐ。ヒトサーチュインの機能は、まだ決定されていないが、酵母サーチュインタンパク質は、エピジェネティックな遺伝子サイレンシングを調節することが既知である。
カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼIIベータ(Camk2b)は、セリン/スレオニンプロテインキナーゼファミリー及びCa(2+)/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼファミリーに属する。
SLIT及びNTRK様ファミリーメンバー5(SLitrk5)は、SLITタンパク質と同様の2つのN末端ロイシンリッチリピート(LRR)ドメインを有する統合膜タンパク質である。SLITRK5を含むほとんどのSLITRKは、ニューロトロフィン受容体と相同性を共有するC末端領域も有する。SLITRKは、主に神経組織で発現し、nrurite調節活性を有する。
DCTPP1遺伝子でコードされるタンパク質は、dCTPピロホスファターゼ(Dctpp1)であり、これは、dCTPをdCMP及び無機ピロリン酸に変換する。リボソームタンパク質S3(Rps3)は、40S小リボソームサブユニットの構成要素として翻訳に関与する。これはエンドヌクレアーゼ活性があり、損傷したDNAの修復に関与する。
異種核リボ核タンパク質A2/B1(Hnrnpa2B1)は、異種核RNAと複合体を形成する遍在的に発現するRNA結合タンパク質である。これらのタンパク質は、核内のプレmRNAと会合しており、プレmRNAプロセッシングならびにmRNA代謝及び輸送の他の態様に影響を与えるように見える。
ERAP1遺伝子にコードされるタンパク質である小胞体アミノペプチダーゼ1(Erap1)は、MHCクラスI分子に提示することができるように、HLAクラスI結合前駆体のトリミングに関与するアミノペプチダーゼである。
いくつかの実施形態によると、Clec11a/幹細胞成長因子α(SCGF)は、内皮炎症後のHSC機能を調節する潜在的な造血促進因子である。
いくつかの実施形態によると、下流のNF-κB活性化を伴う対象において、SCGFの注入は、表現型HSCの頻度を増加させた。いくつかの実施形態によると、下流のNF-κB活性化を伴う対象において、SCGFの注入は、BM細胞の増強されたコロニー形成能力に反映されるHSPCの頻度を増加させた。いくつかの実施形態によると、下流のNF-κB活性化を伴う対象において、SCGFの注入は、末梢血骨髄性バイアスを解消し、血球数を回復させた。いくつかの実施形態によると、下流のNF-κB活性化を伴う対象において、SCGFの注入は、BM細胞の長期の生着の能力を回復させた。いくつかの実施形態によると、下流のNF-κB活性化を伴う対象において、SCGFの注入は、血管拡張を解消し、BM微小環境内の血管漏出を抑制した。いくつかの実施形態によると、下流のNF-κB活性化を伴う対象において、SCGFの注入は、BM内のNF-κB標的遺伝子の発現を減少させた。いくつかの実施形態によると、HSCの炎症誘導性系列スキューイングは、連続移植中に野生型BM微小環境に曝露される際に可逆的である。いくつかの実施形態によると、下流のNF-κB活性化を伴う対象において、SCGFの注入は、BM内皮内の核p65レベルの減少をもたらした。いくつかの実施形態によると、下流のNF-κB活性化を伴う対象において、SCGFの注入は、内皮の炎症を抑制し、血管完全性を回復させ、これは、造血系の回復につながる。
いくつかの実施形態によると、下流のNF-κB活性化を伴う対象において、SCGFの注入は、骨小柱の体積ならびに骨小柱の数及び厚さの増加を含む骨の健康の大幅な増加を引き起こした。いくつかの実施形態によると、下流のNF-κB活性化、SCGFの注入を有する対象において、SCGFは、主に、BM Lepr+及び骨芽細胞間質サブセットを含むBM間質細胞で発現された。
いくつかの実施形態によると、骨髄抑制ストレス後に、SCGFの注入は、白血球、赤血球、及び血小板の回復を高めた。いくつかの実施形態によると、骨髄抑制ストレスは、骨髄抑制線量の照射(650Rad)である。いくつかの実施形態によると、下流の内皮NF-κB活性化による対照及び内皮MAPK活性化マウスの両方の骨髄抑制照射後に、SCGFの注入は、血管完全性の保存及び増加したBM細胞性を含む造血回復を改善した。いくつかの実施形態によると、改善は、骨髄抑制損傷の28日後であった。
いくつかの実施形態によると、下流の内皮NF-κB活性化を伴う内皮MAPK活性化マウスまたは同腹仔対照(2.5×106)に由来するドナーWBM細胞をCD45.1競合WBM細胞(5×105)と共に、照射後28日目に、致死的に照射(950Rad)されたCD45.1マウスに移植する競合的BM移植を実施することができる。
いくつかの実施形態によると、EBMは、最終分化した造血細胞が枯渇している。
いくつかの実施形態によると、BM内皮は、細胞懸濁液から免疫精製され、BM ECは、抗体捕捉より選択される。
いくつかの実施形態によると、競合的BM移植後の、SCGFの注入は、下流の内皮NF-κB活性化を伴う内皮MAPK活性化マウスまたは同腹仔対照の両方に由来する造血細胞の長期の生着潜在能力及び多系列再構成能を高める。いくつかの実施形態によると、競合的BM移植後のSCGF注入は、二次移植アッセイ中に、下流の内皮NF-κB活性化を伴う内皮MAPK活性化マウスに由来する造血細胞の連続再増殖能力を維持する。いくつかの実施形態によると、競合的BM移植後のSCGF注入は、定常状態での下流の内皮NF-κB活性化を伴う内皮MAPK活性化マウスにおけるHSC機能性を維持する。いくつかの実施形態によると、競合的BM移植後のSCGF注入は、骨髄抑制損傷後の下流の内皮NF-κB活性化を伴う内皮MAPK活性化マウスにおけるHSC機能性を維持する。いくつかの実施形態によると、競合的BM移植後のSCGF注入は、骨髄抑制損傷後の対照マウスにおけるHSC機能性を維持する。
いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、血管完全性を維持するのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、骨髄細胞性を増加させるのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、長期の生着の能力を高めるのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、多系列の再構成を行うのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、血管炎症を抑制するのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、HSC機能を保持するのに効果的である。
いくつかの実施形態によると、記載の方法は、血管完全性を維持するのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、血管完全性を維持するのに、少なくとも0.01%、少なくとも0.10%、少なくとも1%、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、少なくとも5%、少なくとも6%、少なくとも7%、少なくとも8%、少なくとも9%、少なくとも10%、少なくとも11%、少なくとも12%、少なくとも13%、少なくとも14%、少なくとも15%、少なくとも16%、少なくとも17%、少なくとも18%、少なくとも19%、少なくとも20%、少なくとも21%、少なくとも22%、少なくとも23%、少なくとも24%、少なくとも25%、少なくとも26%、少なくとも27%、少なくとも28%、少なくとも29%、少なくとも30%、少なくとも31%、少なくとも32%、少なくとも33%、少なくとも34%、少なくとも35%、少なくとも36%、少なくとも37%、少なくとも38%、少なくとも39%、少なくとも40%、少なくとも41%、少なくとも42%、少なくとも43%、少なくとも44%、少なくとも45%、少なくとも46%、少なくとも47%、少なくとも48%、少なくとも49%、少なくとも50%、少なくとも51%、少なくとも52%、少なくとも53%、少なくとも54%、少なくとも55%、少なくとも56%、少なくとも57%、少なくとも58%、少なくとも59%、少なくとも60%、少なくとも61%、少なくとも62%、少なくとも63%、少なくとも64%、少なくとも65%、少なくとも66%、少なくとも67%、少なくとも68%、少なくとも69%、少なくとも70%、少なくとも71%、少なくとも72%、少なくとも73%、少なくとも74%、少なくとも75%、少なくとも76%、少なくとも77%、少なくとも78%、少なくとも79%、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、または少なくとも100%効果的である。
いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、骨髄細胞性を増加させるのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、骨髄細胞性を増加させるのに、少なくとも0.01%、少なくとも0.10%、少なくとも1%、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、少なくとも5%、少なくとも6%、少なくとも7%、少なくとも8%、少なくとも9%、少なくとも10%、少なくとも11%、少なくとも12%、少なくとも13%、少なくとも14%、少なくとも15%、少なくとも16%、少なくとも17%、少なくとも18%、少なくとも19%、少なくとも20%、少なくとも21%、少なくとも22%、少なくとも23%、少なくとも24%、少なくとも25%、少なくとも26%、少なくとも27%、少なくとも28%、少なくとも29%、少なくとも30%、少なくとも31%、少なくとも32%、少なくとも33%、少なくとも34%、少なくとも35%、少なくとも36%、少なくとも37%、少なくとも38%、少なくとも39%、少なくとも40%、少なくとも41%、少なくとも42%、少なくとも43%、少なくとも44%、少なくとも45%、少なくとも46%、少なくとも47%、少なくとも48%、少なくとも49%、少なくとも50%、少なくとも51%、少なくとも52%、少なくとも53%、少なくとも54%、少なくとも55%、少なくとも56%、少なくとも57%、少なくとも58%、少なくとも59%、少なくとも60%、少なくとも61%、少なくとも62%、少なくとも63%、少なくとも64%、少なくとも65%、少なくとも66%、少なくとも67%、少なくとも68%、少なくとも69%、少なくとも70%、少なくとも71%、少なくとも72%、少なくとも73%、少なくとも74%、少なくとも75%、少なくとも76%、少なくとも77%、少なくとも78%、少なくとも79%、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、または少なくとも100%効果的である。
いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、長期生着の可能性を高めるのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、長期生着の可能性を増強するのに、少なくとも0.01%、少なくとも0.10%、少なくとも1%、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、少なくとも5%、少なくとも6%、少なくとも7%、少なくとも8%、少なくとも9%、少なくとも10%、少なくとも11%、少なくとも12%、少なくとも13%、少なくとも14%、少なくとも15%、少なくとも16%、少なくとも17%、少なくとも18%、少なくとも19%、少なくとも20%、少なくとも21%、少なくとも22%、少なくとも23%、少なくとも24%、少なくとも25%、少なくとも26%、少なくとも27%、少なくとも28%、少なくとも29%、少なくとも30%、少なくとも31%、少なくとも32%、少なくとも33%、少なくとも34%、少なくとも35%、少なくとも36%、少なくとも37%、少なくとも38%、少なくとも39%、少なくとも40%、少なくとも41%、少なくとも42%、少なくとも43%、少なくとも44%、少なくとも45%、少なくとも46%、少なくとも47%、少なくとも48%、少なくとも49%、少なくとも50%、少なくとも51%、少なくとも52%、少なくとも53%、少なくとも54%、少なくとも55%、少なくとも56%、少なくとも57%、少なくとも58%、少なくとも59%、少なくとも60%、少なくとも61%、少なくとも62%、少なくとも63%、少なくとも64%、少なくとも65%、少なくとも66%、少なくとも67%、少なくとも68%、少なくとも69%、少なくとも70%、少なくとも71%、少なくとも72%、少なくとも73%、少なくとも74%、少なくとも75%、少なくとも76%、少なくとも77%、少なくとも78%、少なくとも79%、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、または少なくとも100%効果的である。
いくつかの実施形態によると、記載の方法は、多系列の再構成を行うのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、多系列の再構成を行うのに、少なくとも0.01%、少なくとも0.10%、少なくとも1%、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、少なくとも5%、少なくとも6%、少なくとも7%、少なくとも8%、少なくとも9%、少なくとも10%、少なくとも11%、少なくとも12%、少なくとも13%、少なくとも14%、少なくとも15%、少なくとも16%、少なくとも17%、少なくとも18%、少なくとも19%、少なくとも20%、少なくとも21%、少なくとも22%、少なくとも23%、少なくとも24%、少なくとも25%、少なくとも26%、少なくとも27%、少なくとも28%、少なくとも29%、少なくとも30%、少なくとも31%、少なくとも32%、少なくとも33%、少なくとも34%、少なくとも35%、少なくとも36%、少なくとも37%、少なくとも38%、少なくとも39%、少なくとも40%、少なくとも41%、少なくとも42%、少なくとも43%、少なくとも44%、少なくとも45%、少なくとも46%、少なくとも47%、少なくとも48%、少なくとも49%、少なくとも50%、少なくとも51%、少なくとも52%、少なくとも53%、少なくとも54%、少なくとも55%、少なくとも56%、少なくとも57%、少なくとも58%、少なくとも59%、少なくとも60%、少なくとも61%、少なくとも62%、少なくとも63%、少なくとも64%、少なくとも65%、少なくとも66%、少なくとも67%、少なくとも68%、少なくとも69%、少なくとも70%、少なくとも71%、少なくとも72%、少なくとも73%、少なくとも74%、少なくとも75%、少なくとも76%、少なくとも77%、少なくとも78%、少なくとも79%、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、または少なくとも100%効果的である。
いくつかの実施形態によると、記載の方法は、血管炎症を抑制するのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、血管炎症を阻害するのに、少なくとも0.01%、少なくとも0.10%、少なくとも1%、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、少なくとも5%、少なくとも6%、少なくとも7%、少なくとも8%、少なくとも9%、少なくとも10%、少なくとも11%、少なくとも12%、少なくとも13%、少なくとも14%、少なくとも15%、少なくとも16%、少なくとも17%、少なくとも18%、少なくとも19%、少なくとも20%、少なくとも21%、少なくとも22%、少なくとも23%、少なくとも24%、少なくとも25%、少なくとも26%、少なくとも27%、少なくとも28%、少なくとも29%、少なくとも30%、少なくとも31%、少なくとも32%、少なくとも33%、少なくとも34%、少なくとも35%、少なくとも36%、少なくとも37%、少なくとも38%、少なくとも39%、少なくとも40%、少なくとも41%、少なくとも42%、少なくとも43%、少なくとも44%、少なくとも45%、少なくとも46%、少なくとも47%、少なくとも48%、少なくとも49%、少なくとも50%、少なくとも51%、少なくとも52%、少なくとも53%、少なくとも54%、少なくとも55%、少なくとも56%、少なくとも57%、少なくとも58%、少なくとも59%、少なくとも60%、少なくとも61%、少なくとも62%、少なくとも63%、少なくとも64%、少なくとも65%、少なくとも66%、少なくとも67%、少なくとも68%、少なくとも69%、少なくとも70%、少なくとも71%、少なくとも72%、少なくとも73%、少なくとも74%、少なくとも75%、少なくとも76%、少なくとも77%、少なくとも78%、少なくとも79%、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、または少なくとも100%効果的である。
いくつかの実施形態によると、記載の方法は、HSC機能を維持するのに効果的である。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、対照と比較して、HSC機能を維持するのに、少なくとも0.01%、少なくとも0.10%、少なくとも1%、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、少なくとも5%、少なくとも6%、少なくとも7%、少なくとも8%、少なくとも9%、少なくとも10%、少なくとも11%、少なくとも12%、少なくとも13%、少なくとも14%、少なくとも15%、少なくとも16%、少なくとも17%、少なくとも18%、少なくとも19%、少なくとも20%、少なくとも21%、少なくとも22%、少なくとも23%、少なくとも24%、少なくとも25%、少なくとも26%、少なくとも27%、少なくとも28%、少なくとも29%、少なくとも30%、少なくとも31%、少なくとも32%、少なくとも33%、少なくとも34%、少なくとも35%、少なくとも36%、少なくとも37%、少なくとも38%、少なくとも39%、少なくとも40%、少なくとも41%、少なくとも42%、少なくとも43%、少なくとも44%、少なくとも45%、少なくとも46%、少なくとも47%、少なくとも48%、少なくとも49%、少なくとも50%、少なくとも51%、少なくとも52%、少なくとも53%、少なくとも54%、少なくとも55%、少なくとも56%、少なくとも57%、少なくとも58%、少なくとも59%、少なくとも60%、少なくとも61%、少なくとも62%、少なくとも63%、少なくとも64%、少なくとも65%、少なくとも66%、少なくとも67%、少なくとも68%、少なくとも69%、少なくとも70%、少なくとも71%、少なくとも72%、少なくとも73%、少なくとも74%、少なくとも75%、少なくとも76%、少なくとも77%、少なくとも78%、少なくとも79%、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、または少なくとも100%効果的である。
いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、骨髄破壊的傷害を受けた対象における内皮MAPKの活性化を低減または阻害し得る。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、骨髄破壊的傷害を受けた対象における標準的なNF-κBシグナル伝達の活性化を低減または阻害し得る。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、骨髄破壊的傷害を受けた対象におけるROSレベル及び低酸素症を調節し得る。いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の方法は、骨髄破壊的傷害を受けた対象の内皮細胞内のIl1bの発現を減少させ得る。
組成物
別の態様によると、記載された発明は、HSC機能を調節し、炎症後の回復を促進するのに有効なタンパク質、スプライスバリアント、生物学的に活性なフラグメント、アゴニスト、または模倣物を含む組成物を提供する。いくつかの実施形態によると、HSC機能を調節し、炎症後の回復を高めるのに有効なタンパク質、スプライスバリアント、生物学的に活性なフラグメント、アゴニスト、または模倣物は、アンジオクライン因子である。いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子は、SCGF;OPG;SEM-III;IL-33;BMP-2;マトリックスメタロプロテイナーゼ、TIMPメタロペプチダーゼ阻害剤;SCF、ニドゲン-1、IL-7、CXCL12;テネイシン-C、FGF-2、Jag-1;NOS2;PDGF;TGF;FGF1;Noggin;BMP-4;アンジオポエチン-1;VCAM-1;E-セレクチン;フォンウィルブランド因子;トロンボスポンジン-1;IGFBP2;、またはICAM-1のうちの1つ以上を含む。いくつかの実施形態によると、HSC機能を調節し、炎症後の回復を促進するのに有効なタンパク質、スプライスバリアント、または生物学的に活性なフラグメントは、Clec11α、Hapln1、Hspd1、Igfbp1、Bgn、Wnt7a、Sparc、Rps3、Bmpr1a、Ighm、Thbs4、Camk2d、Sirt2、Camk2b、Slitrk5、Dctpp1、Hnrnps2b、Erap1のうちの1つ以上である。
いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子は、Clec11A、LSLCL、またはP47としても既知の幹細胞成長因子α(SCGF)を含む。事実上、SCGFは、CLEC11A遺伝子にコードされる。例えば、SCGFのマウスmRNA配列は、アクセッション番号NM_0091311(配列番号3)で見つけることができ、マウスタンパク質配列は、アクセッション番号NP_0331572(配列番号4)で見つけることができる。
Figure 2023504141000007
SCGFのヒトmRNA配列は、アクセッション番号NM_0029753(配列番号5)で見つけることができ、ヒトタンパク質配列は、アクセッション番号NP_0029664(配列番号6)で見つけることができる。いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子は、商業的供給元から入手できる。例えば、Clec11a(SCGF)タンパク質は、R&D Systems 3729-SC/CFから供給されてもよい。
本明細書に記載のタンパク質は、化学的に合成されても、組み換え的に発現されてもよい。
Figure 2023504141000008
固相、液相、もしくはペプチド濃縮技術の周知の手法、またはそれらの任意の組み合わせを使用して調製された合成ポリペプチドは、天然及び非天然アミノ酸を含み得る。ペプチド合成に使用されるアミノ酸は、Merrifield(1963,J.Am.Chem.Soc.85:2149-2154)の元の固相手順の標準的な脱保護、中和、カップリング、及び洗浄プロトコルを用いた標準的Boc(N-α-アミノ保護N-α-t-ブチルオキシカルボニル)アミノ酸樹脂、または、Carpino and Han(1972,J.Org.Chem.37:3403-3409)により最初に記載された、塩基に不安定なN-α-アミノ保護9-フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)アミノ酸であってよい。Fmoc及びBocN-α-アミノ保護アミノ酸は、双方ともに、Sigma,Cambridge Research Biochemicalまたは当業者によく知られている他の化学会社から入手することができる。さらに、ポリペプチドは、当業者によく知られている他のN-α-保護基を用いて合成することができる。固相ペプチド合成は、当業者によく知られており、例えば、Stewart and Young,1984,Solid Phase Synthesis,Second Edition,Pierce Chemical Co.,Rockford,Ill.;Fields and Noble,1990,Int.J.Pept.Protein Res.35:161-214で提供される手法で、または自動合成装置を使用して、達成されてもよい。ポリペプチドは、特殊な特性を伝達するために、D-アミノ酸(in vivoでL-アミノ酸特異的プロテアーゼに耐性がある)、D-アミノ酸及びL-アミノ酸の組み合わせ、ならびに様々な「デザイナー」アミノ酸(例えば、β-メチルアミノ酸、C-α-メチルアミノ酸、及びN-α-メチルアミノ酸など)を含んでもよい。合成アミノ酸は、リジンの場合には、オルニチン、ロイシンまたはイソロイシンの場合には、ノルロイシンを含む。さらに、ポリペプチドは、新規の特性を有するペプチドを調製するために、エステル結合などのペプチド模倣結合を有し得る。例えば、還元されたペプチド結合、すなわち、R1-CH2-NH-R2(式中、R1及びR2が、アミノ酸残基または配列である)を組み込んだペプチドが生成されてもよい。いくつかの実施形態によると、還元されたペプチド結合は、ジペプチドサブユニットとして導入されてもよい。そのようなポリペプチドは、プロテアーゼ活性に耐性があり、in vivoでの延長された半減期を有するであろう。
いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子の供給源は、生体組織などの天然に存在する供給源からの単離または精製によるものである。いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子の供給源は、レシピエント対象に対して自家の組織である。いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子の供給源は、レシピエント対象に対して同種異系の組織である。いくつかの実施形態によると、供給源組織は、哺乳類である。いくつかの実施形態によると、供給源組織は、ヒトである。いくつかの実施形態によると、供給源組織は、マウスである。いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子の供給源は、全骨髄である。いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子の供給源は、大腿骨及び脛骨などの1つ以上の領域から得られた全骨髄である。いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子の供給源は、骨髄間質細胞である。
アンジオクライン因子がSCGFであるいくつかの実施形態によると、SCGFの供給源は、生体組織などの天然に存在する供給源からの単離または精製によるものである。いくつかの実施形態によると、SCGFの供給源は、レシピエント対象に対して自家の組織である。いくつかの実施形態によると、SCGFの供給源は、レシピエント対象に対して同種異系の組織である。いくつかの実施形態によると、組織は、哺乳類である。いくつかの実施形態によると、組織は、ヒトである。いくつかの実施形態によると、組織は、マウスである。いくつかの実施形態によると、SCGFの供給源は、全骨髄である。いくつかの実施形態によると、SCGFの供給源は、大腿骨及び脛骨などの1つ以上の領域から得られた全骨髄である。
例えば、SCGFの供給源が骨髄組織からのものである場合、簡単に言えば、無傷の骨髄プラグを長骨からフラッシュし、消化された骨髄細胞が得られるまで、酵素消化を受けることができる。次に、試料は、前駆体の生存及び増殖を高めるために、成長培地で培養することができる。分化は、脂肪生成、骨形成、または軟骨形成分化培地(例えば、StemPro MSC分化キット;Life Technologies)と、培地を交換することにより誘導し、染色してSCGFを発現する細胞を同定することができる。SCGFタンパク質は、骨髄間質細胞、骨髄Lepr+細胞、骨芽細胞、骨細胞、肥大型軟骨細胞、及び骨髄ECにより、例えば、H型EC、類洞EC、及び動脈ECにより発現される。
いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子は、当技術分野で既知の任意の方法により単離または精製することができる。例としては、硫酸アンモニウムまたはエタノール沈殿、酸抽出、陰イオンまたは陽イオン交換クロマトグラフィー、ホスホセルロースクロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、ヒドロキシルアパタイトクロマトグラフィー、及びレクチンクロマトグラフィーの使用が挙げられる。タンパク質のリフォールディングステップは、必要に応じて、成熟タンパク質の構成の完了に使用することができる。最後に、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を、最終精製ステップに用いることができる。
例えば、アングリオクリン因子がSCGFの場合、SCGF細胞は、既知のフローサイトメトリー法で選別でき、SCGFを発現する安定した細胞株、例えば、BM Lepr+間質細胞を開発するために、最高発現細胞を取得することができる。SCGFの発現が高い安定した細胞株は、培地で培養し、遠心分離して細胞破片を除去し、プロテアーゼ活性を阻害するために、フェニルメチルスルホニルフルオリドなどの薬剤と共に保存することができる。分泌されたSCGFは、抗Flag M2beadsなどのビーズを使用してアフィニティー精製し、溶出し、遠心フィルター装置で濃縮し、SDS-PAGEで定量し、-80℃などの低温で保存することができる。
いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子の供給源は、操作された供給源からの単離または精製によるものである。操作された供給源は、本明細書に記載のアンジオクライン因子を生成するために、クローニングベクターまたは発現ベクターなどのベクターで遺伝子操作された(すなわち、形質導入または形質転換またはトランスフェクトされた)細胞である。いくつかの実施形態によると、宿主細胞は、組み換え手法により、本明細書で使用されるアンジオクライン因子を生成するために、ベクターで遺伝子操作することができる。
いくつかの実施形態によると、宿主細胞は、本明細書で使用されるようなアンジオクライン因子を生成するために、ベクターでトランスフェクト、形質転換、または形質導入されるのに適切な任意の宿主細胞であり得る。宿主細胞は、哺乳類細胞などの高等真核細胞、もしくは酵母細胞などの下等真核細胞であり得るか、または、宿主細胞は、細菌細胞などの原核細胞であり得る。例示的な宿主細胞には、細菌細胞、例えば、E.coli、Streptomyces、Salmonella typhimurium;真菌細胞、例えば、酵母;昆虫細胞、例えば、Drosophila S2及びSf9;動物細胞、例えば、CHO、COS、またはBowesメラノーマ;アデノウイルス;植物細胞などが挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態によると、ベクターは、クローニングベクターまたは発現ベクターであり得る。例えば、プラスミド、ウイルス粒子、ファージなどの形態のベクター。いくつかの実施形態によると、ベクターは、発現ベクターであり、発現ベクターは、本明細書で使用されるアンジオクライン因子を発現する任意の適切な発現ベクターである。例示的な発現ベクターには、染色体、非染色体、及び合成のDNA配列、例えば、SV40の誘導体;細菌プラスミド;ファージDNA;バキュロウイルス;酵母プラスミド;プラスミドとファージDNAとの組み合わせから誘導されるベクター;ウイルスDNA、例えば、ワクシニア、アデノウイルス、鶏痘ウイルス、ならびに、仮性狂犬病が挙げられるが、これらに限定されない。さらなる例示的なベクターには、以下が挙げられる:細菌:pQE70、pQE60、pQE-9(Qiagen)、pBS、pD10、ファージスクリプト、psiX174、pbluescript SK、PBSKS、pNH8A、pNH16a、pNH18A、pNH46A(Stratagene);pTRC99a、pKK2233、pKK233-3、pDR540、pRIT5(Pharmacia)。真核生物:PWLNEO、pSV2CAT、pOG44、pXT1、pSG(Stratagene)pSVK3、PBPV、PMSG、pSVL(Pharmacia)。いくつかの実施形態によると、ベクターは、アンジオクライン因子の配列と共に挿入される。いくつかの実施形態によると、ベクターは、アンジオクライン因子の配列と共に挿入され、アンジオクライン配列が順方向または逆方向に挿入される。いくつかの実施形態によると、ベクターは、細胞培養システムである。いくつかの実施形態によると、ベクターは、哺乳類細胞培養システムである。哺乳類発現系の例には、Gluzman,Cell,23:175(1981)で記載されたサル腎臓線維芽細胞のCOS-7株、及び適合性ベクター、例えば、C127、3T3、CHO、HeLa、及びBHK細胞株を発現することが可能な他の細胞株が挙げられる。哺乳類の発現ベクターは、複製起点、適切なプロモーター及びエンハンサー、ならびにさらに必要なリボソーム結合部位、ポリアデニル化部位、スプライスドナー及びアクセプター部位、転写終結配列、ならびに5’隣接非転写配列を含むことになる。SV40スプライスに由来するDNA配列、及びポリアデニル化部位は、必要な非転写遺伝子要素を提供するために使用されてもよい。アンジオクライン因子DNA配列は、様々な手順でベクターに挿入されてもよい。一般に、DNA配列は、当該技術分野で既知の手順により適切な制限エンドヌクレアーゼ部位(複数可)に挿入される。
いくつかの実施形態によると、ベクターは、さらにプロモーター、エンハンサーなどの調節配列を含み、これは、本明細書で使用されるアンジオクライン因子のアングリオクリン配列に作動可能に連結される。いくつかの実施形態によると、ベクターは、プロモーター配列または領域を含む。いくつかの実施形態によると、プロモーターは、本明細書では、DNA合成を開始するために使用される。いくつかの実施形態によると、プロモーターは、本明細書では、RNAポリメラーゼIIの開始部位の周りにクラスター化される転写制御モジュールの群を説明するために使用される。いくつかの実施形態によると、プロモーターは、別個の機能モジュールであり、それぞれは、転写活性化因子または抑制タンパク質の1つ以上の認識部位を含有する約7~20bpのDNAで構成される。いくつかの実施形態によると、各プロモーターの少なくとも1つの領域は、RNA合成の開始部位を配置するように機能する。例示的な機能領域には、TATAボックス、またはTATAボックスを欠くいくつかのプロモーターにおいて、哺乳類の末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ遺伝子のプロモーター、及びSV40後期遺伝子のプロモーター、開始の場所を示すために使用され得る開始部位自体を覆う別個の要素が挙げられる。いくつかの実施形態によると、ウイルスまたは哺乳類の細胞または細菌ファージプロモーターは、標的配列の発現を達成するために使用され、発現レベルが所与の目的に十分であるという条件で、当技術分野で既知である。例示的なプロモーターには、ウイルスプロモーター、例えば、ヒトサイトメガロウイルス(CMV)前初期遺伝子プロモーター、SV40初期プロモーター、ルース肉腫ウイルス長末端反復、ラットインスリンプロモーター、及びグリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼが挙げられ、使用され、ウイルスプロモーターは、目的のコード配列の高レベル発現を得ることがある。いくつかの実施形態によると、特定の生理学的シグナルに応答して調節され得、遺伝子産物の誘導性発現を可能にし得るプロモーターが使用される。
いくつかの実施形態によると、本明細書で使用されるプロモーターは、転写開始の頻度を調節する追加のプロモーターエレメントを利用する。例えば、開始部位の30~110bp上流の領域に位置する追加のプロモーターエレメント。プロモーターエレメント間の間隔は、頻繁に、柔軟であり、それ故、いくつかの実施形態によると、追加のプロモーターエレメントは、エレメントが互いに反転または移動された時にプロモーター機能が維持されるようにすることにより同定される。例えば、tkプロモーターでは、活性が低下し始める前に、プロモーターエレメント間の間隔を、50bp離して増加させることができる。いくつかの実施形態によると、個々の追加のプロモーターエレメントは、転写を活性化するために協調的または独立して機能し得る。いくつかの実施形態によると、プロモーター領域または配列は、CAT(クロラムフェニコールトランスフェラーゼ)ベクターまたは選択可能なマーカーを有する他のベクターを使用して、任意の所望の遺伝子から選択することができる。例示的なプロモーターには、細菌プロモーター、例えば、lacI、lacZ、T3、T7、gpt、ラムダPRI PL、及びtrp;真核生物プロモーター、例えば、CMV前初期、HSVチミジンキナーゼ、初期及び後期SV40、レトロウイルス由来のLTR、及びマウスメタロチオネインIが挙げられる。
いくつかの実施形態によると、ベクターは、エンハンサー配列または領域を含む。いくつかの実施形態によると、エンハンサー配列は、高等真核生物による本発明のアンジオクライン因子をコードするDNAの転写を増加させる。いくつかの実施形態によると、エンハンサーは、DNAのシス作用エレメントであり、通常、プロモーターに作用して、その転写を増加させる約10~300bpである。いくつかの実施形態によると、エンハンサーが使用され、エンハンサーは、DNAの同じ分子上の離れた位置に位置するプロモーターからの転写を増加させる遺伝子エレメントである。エンハンサーは、プロモーターと同様に、多くの個別のエレメントで構成され、これらのそれぞれは、1つ以上の転写タンパク質に結合する。エンハンサーとプロモーターとの基本的な差異は、機能的である。エンハンサー領域は、全体として、離れた場所で転写を刺激することができなければならないが、これは、プロモーター領域またはその構成要素に当てはまる必要がない。他方では、プロモーターは、特定の部位及び特定の方向で、RNA合成の開始を指示する1つ以上のエレメントを有さなければならず、エンハンサーは、これらの特異性を欠いている。プロモーター及びエンハンサーは、多くの場合、重複して隣接している。例としては、複製起点bp100~270の後側のSV40エンハンサー、サイトメガロウイルス初期プロモーターエンハンサー、複製起点の後側のポリオーマエンハンサー、及びアデノウイルスエンハンサーが挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態によると、任意のプロモーター/エンハンサーの組み合わせは、標的遺伝子(CLEC11A)の発現を引き起こすために使用することができる。プロモーター/エンハンサーの組み合わせは、真核生物プロモーターデータベースEPDBなどの公的に利用可能なデータベースで見出すことができる。真核細胞は、適切な細菌ポリメラーゼが、送達複合体の一部として、または追加の遺伝子発現構築物として提供される場合、特定の細菌プロモーターからの細胞質転写をサポートし得る。
いくつかの実施形態によると、ベクターは、プロモーター、エンハンサー、またはその両方、転写開始シグナル、転写終結シグナル、ポリA領域、増幅領域、選択可能マーカー、多目的クローニング部位などを含む複製起点のうちの1つ以上を含む。
いくつかの実施形態によると、発現ベクターがcDNAインサートを利用する場合、発現ベクターは、さらに、ポリアデニル化シグナルを含み、ポリアデニル化シグナルは、遺伝子転写物の適切なポリアデニル化をもたらす。いくつかの実施形態によると、そのような任意の配列は、当技術分野で知られているように使用されてもよい。例示的なポリアデニル化シグナルには、ヒト成長ホルモン及びSV40ポリアデニル化シグナルが含まれる。
いくつかの実施形態によると、ベクターは、翻訳開始のためのリボソーム結合部位及び転写ターミネーターを含む。いくつかの実施形態によると、発現ベクターは、ターミネーターまたは終結シグナルも含み、ターミネーターは、メッセージレベルを高め、転写の重複を最小化するのに役立つ。
いくつかの実施形態によると、形質転換体が使用され、形質転換体は、本明細書に記載の発現ベクターで形質転換される。形質転換体は、適切な任意の生物種に由来し得る。いくつかの実施形態によると、形質転換体は、本明細書に記載の発現ベクターで適切な宿主を形質転換することにより調製される。例示的な形質転換体には、E.coli、例えば、HB101、JM109、MC1061、BL21、XL1-ブルー、SURE、DH1、DH5;酵母菌株、例えば、HIS/LI、HF7c;昆虫細胞、例えば、BmN、Sf細胞;及び哺乳類細胞、例えば、CHO、COS、MOP、c127、Jurkat、WOP、HeLa、Namalwa細胞が挙げられるが、これらに限定されない。宿主に応じて、適切な形質転換方法を選択しなければならない。例えば、E.coliのリン酸カルシウム沈殿またはエレクトロポレーション法;酢酸リチウム法、酵母のスフェロプラスト融合またはエレクトロポレーション;昆虫細胞のウイルス感染;リン酸カルシウム沈殿、プロトプラスト融合、リポフェクション、赤血球ゴースト法、リポソーム融合、DEAE-デキストラン法、エレクトロポレーション、または哺乳類細胞のウイルス感染。
いくつかの実施形態によると、ベクターは、翻訳の開始、終結、及び/またはリーダー配列及び/またはシグナルを用いて適切な段階で組み立てられる。いくつかの実施形態によると、ベクターは、翻訳開始、終結、及び/またはリーダー配列及び/または機能的プロモーターを伴う操作可能な読み取り段階におけるシグナルを伴う適切な段階で組み立てられる。
いくつかの実施形態によると、宿主細胞は、当該技術分野で既知の方法により、例えば、リン酸カルシウムトランスフェクション、DEAE-デキストラン媒介性トランスフェクション、またはエレクトロポレーションにより、ベクターを用いて操作され、脂質送達ビヒクルもしくはナノ粒子内またはその上で送達される。いくつかの実施形態によると、操作された宿主細胞は、プロモーターの活性化、形質転換体の選択、またはアンジオクライン因子遺伝子の増幅に適切するものとして濃縮された従来の栄養培地で培養される。温度、pHなどの培養条件は、通常、当業者には明らかであろう。
いくつかの実施形態によると、操作された宿主細胞は、操作された細胞株を産生するであろう。いくつかの実施形態によると、操作された細胞株を達成するための適切な宿主株の形質転換、操作された細胞株の安定化、及び適切な細胞密度への安定な操作された細胞株の増殖の後に、選択されたプロモーターは、適切な手段により誘導され(例えば、温度シフトまたは化学的誘導)、操作された細胞は、本明細書に記載されるように、アンジオクライン因子を生成するために、さらなる期間培養される。いくつかの実施形態によると、細胞株は、生成物を発現する永続的で安定な細胞クローンを確立するための任意の数の優勢な薬物選択マーカーの使用により安定化される。そのような安定化方法は、本明細書に記載のアンジオクライン因子の発現に、薬物選択マーカーの発現をつなぐエレメントと同様に、当該技術分野で既知である。
いくつかの実施形態によると、本発明のアンジオクライン因子のDNA構築物に由来するRNAを使用して、本明細書に記載されるようなアンジオクライン因子を生成するために、無細胞翻訳システムを用いることもできる。原核生物及び真核生物の宿主で使用される適切なクローニング及び発現ベクターは、Sambrook,et al.,Molecular Cloning:A Laboratory Manual,Second Edition,Cold Spring Harbor,N.Y.,(1989)(この開示は、参照により本明細書に組み込まれる)に記載される。
いくつかの実施形態によると、本発明のアンジオクライン因子は、硫酸アンモニウムまたはエタノール沈殿、酸抽出、陰イオンまたは陽イオン交換クロマトグラフィー、ホスホセルロースクロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、ヒドロキシルアパタイトクロマトグラフィー、及びレクチンクロマトグラフィーを含む方法により、組み換え細胞培養物から回収及び精製することができる。タンパク質のリフォールディングステップは、必要に応じて、成熟タンパク質の構成の完了に使用することができる。最後に、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を、最終精製ステップに用いることができる。
いくつかの実施形態によると、例えば、アンジオクライン因子がSCGFである場合、SCGFの標的遺伝子は、本明細書に記載されるように決定することができる。いくつかの実施形態によると、標的遺伝子は、本明細書に記載されるように検出することができる。いくつかの実施形態によると、標的遺伝子は、配列番号X及び配列番号Xに示されるヌクレオチド配列に基づいて合成された順方向及び逆方向プライマーを使用して、テンプレートとして哺乳類mRNA由来のcDNA上でPCRによってmRNAから合成することができる。本発明で使用される例示的な哺乳類には、ヒト及びマウスが含まれるが、これらに限定されない。SCGF mRNAの調製、cDNA合成、及びPCRは、SuperScript III(Invitrogen)の使用などの従来の方法で実行することができる。マウスSCFG mRNAのプライマーは、(順方向)5’-AGG TCC TGG GAG GGA GTG-3’(配列番号7)及び(逆方向)5’-GGG CCT CCT GGA GAT TCT T-3’(配列番号:8)であり得る。ヒトSCFG mRNAのプライマーは、(順方向)5’-AGG TCC TGG GAG GGA GTG-3’(配列番号7)及び(逆方向)5’-GGG CCT CCT GGA GAT TCT T-3’(配列番号:8)であり得る。SCGF DNAは、市販のpcDNA IまたはpcDNA3ベクター(Invitrogen)などのベクターにクローニングし、HEK293細胞にトランスフェクトし、安定した細胞株を選択することができる。SCGFの発現が高い適切な細胞株は、培地で培養し、遠心分離して細胞破片を除去し、プロテアーゼ活性を阻害するために、フェニルメチルスルホニルフルオリドなどの薬剤と共に保存することができる。分泌された組み換えSCGFは、抗Flag M2beadsなどのビーズを使用してアフィニティー精製し、溶出し、遠心フィルター装置で濃縮し、SDS-PAGEで定量し、-80℃などの低温で保存することができる。
製剤/管理
いくつかの実施形態によると、アンジオクライン因子、スプライスバリアント、フラグメント、アゴニスト、またはそれらの模倣物は、遊離塩基、中性または塩形態またはエステルの組成物に製剤化されてもよい。
薬学的に許容される塩には、酸付加塩、例えば、タンパク性組成物の遊離アミノ基で形成されるもの、または、例えば、塩酸もしくはリン酸などの無機酸、または酢酸、シュウ酸、酒石酸、フマル酸、もしくはマンデル酸のような有機酸で形成されるものを含む。遊離カルボキシル基で形成された塩は、例えば、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、カルシウム、もしくは水酸化第二鉄などの無機塩基;または、イソプロピルアミン、トリメチルアミン、ヒスチジン、もしくはプロカインのような有機塩基から誘導することができる。製剤化時に、溶液は、剤形と適合性のある方法で、治療上有効であるような量で投与されるであろう。
いくつかの実施形態によると、記載の本発明の組成物は、限定されないが、溶媒を含む賦形剤、担体、またはビヒクルで製剤化されてもよい。本明細書で使用される「賦形剤」、「担体」、または「ビヒクル」という用語は、本明細書に記載の組成物の製剤化及び投与に適する担体材料を指す。本明細書における有用な担体及びビヒクルには、非毒性であり、他の構成要素と相互作用しない、当該技術分野で知られるような任意の材料が挙げられる。本明細書で使用される場合、「薬学的に許容される担体」という句は、本発明の組成物の製剤化及び投与に使用可能な任意の実質的に非毒性の担体を指し、この場合、本発明のアンジオクライン因子が、依然として、安定で生物学的に利用可能であろう。
薬学的に許容される担体は、処置される哺乳類への投与に適するものにするために、十分に高純度であり、十分に低毒性でなければならない。さらに、アンジオクライン因子の安定性及び生物学的利用能を維持すべきである。記載された発明の組成物のための例示的な薬学的に許容される担体には、緩衝液、希釈剤、及び他の好適な添加剤が挙げられるが、これらに限定されない。本明細書で使用される「緩衝液」という用語は、その化学的構成が、pHを大幅に変化させることなく、酸または塩基を中和する溶液または液体を指す。本発明により想定される緩衝液の例としては、ダルベッコのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)、リンゲル液、水中の5%のデキストロース(D5W)、通常/生理食塩水(0.9%のNaCl)が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態によると、注入溶液は、対象組織に対して等張である。いくつかの実施形態によると、注入溶液は、対象組織に対して高張性である。記載の発明の組成物は、滅菌水溶液、アルコールなどの一般的な溶媒中の非水溶液、または液体油ベース中の溶液などの薬学的に許容される担体を含み得る。
いくつかの実施形態によると、組成物は、薬学的に許容される担体を含む医薬組成物である。いくつかの実施形態によると、本発明の組成物の担体は、持続放出または遅延放出性担体などの放出剤を含んでもよい。そのような実施形態によると、担体は、より効率的な投与を提供するために、活性物質の持続放出または遅延放出が可能な任意の材料であり得、例えば、組成物の頻度が少なくなり、及び/または投薬量が減少すると、取り扱いの容易さを改善し、処置、予防、または促進されている疾患、障害、状態、症状などへの影響を拡大または遅延させる。そのような担体の非限定例としては、天然及び合成ポリマーなどのリポソーム、マイクロスポンジ、ミクロスフェア、またはマイクロカプセルが挙げられる。リポソームは、コレステロール、ステアリルアミン、またはホスファチジルコリンなどの様々なリン脂質から形成されてもよい。
いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、注射可能な組成物として製剤化される。いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、非経口的に投与することができ、これは、例えば、皮下(すなわち、皮下注射)、筋肉内(すなわち、筋肉への注射)、静脈内(すなわち、静脈への注射):または注入手法により体内に導入されることを意味する。無菌の注射可能な水性または油性懸濁液などの注射可能な調製物は、好適な分散剤または湿潤剤及び懸濁剤を使用して、既知の技術に従って製剤化されてもよい。いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、局所的または全身的に投与される。いくつかの実施形態によると、組成物は、口腔内、経皮的、髄腔内、局所的、粘膜的、経口的に、吸入(例えば、エアロゾル吸入)、カテーテルを介して、洗浄を介して、脂質組成物(例えば、ナノ粒子、リポソーム)中で、または他の方法、もしくは当業者に知られる上述の任意の組み合わせにより、投与することができる(例えば、Remington’s Pharmaceutical Sciences,18th Ed.Mack Printing Company,1990(本明細書では参照により組み込まれる)を参照のこと)。
いくつかの実施形態によると、本明細書に記載の組成物は、組成物の投与方法に応じて製剤化される。例えば、医薬組成物が経口的に送達される場合、本明細書に記載の組成物は、経口剤形で製剤化することができる。例示的な経口剤形には、粉末、錠剤、カプセル剤、シロップ剤、丸剤、または顆粒剤(複数可)が挙げられる。別の例では、医薬組成物が、非経口的に送達される場合、本明細書に記載の組成物は、非経口剤形で製剤化することができる。
遊離塩基または薬理学的に許容される塩としての活性化合物の溶液は、ヒドロキシプロピルセルロースなどの界面活性剤と好適に混合された水中で調製されてもよい。分散液は、また、グリセロール、液体ポリエチレングリコール、及びそれらの混合物、ならびに油中で調製されてもよい。注射可能な使用に適する医薬品形態は、滅菌の注射可能な溶液または分散液の即時調製のための滅菌水溶液または分散剤及び滅菌散剤を含む。全ての場合について、形態は、無菌でなければならず、容易な注射可能性が存在する程度まで流動性がなければならない。製造及び保管の条件下で安定していなければならず、細菌及び真菌などの微生物の汚染作用から保護されなければならない。担体は、例えば、水、エタノール、ポリオール(すなわち、グリセロール、プロピレングリコール、及び液体ポリエチレングリコールなど)、それらの適切な混合物、及び/または植物油を含有する溶媒または分散媒体であり得る。適切な流動性は、例えば、レシチンなどのコーティングの使用により、分散の場合に必要な粒径の維持により、及び界面活性剤の使用により維持されてもよい。微生物の作用の防止は、様々な抗菌剤及び抗真菌剤、例えば、パラベン、クロロブタノール、フェノール、ソルビン酸、チメロサールなどによりもたらすことができる。多くの場合、等張剤、例えば、糖または塩化ナトリウムを含めることが望ましいことがある。注射可能な組成物の長期吸収は、吸収を遅延させる薬剤、例えば、モノステアリン酸アルミニウム及びゼラチンの組成物での使用によりもたらすことができる。
いくつかの実施形態によると、医薬組成物が水溶液中での非経口投与用に製剤化される場合、溶液は、必要に応じて、適切に緩衝されるべきであり、液体希釈剤は、最初に、十分な生理食塩水またはグルコースで等張にした。これらの特定の水溶液は、特に、静脈内、筋肉内、皮下、及び腹腔内投与に適する。いくつかの実施形態によると、用いることができる滅菌水性媒体は、本開示に照らして当業者に既知であろう。いくつかの実施形態によると、製剤は、FDAの生物学局の基準により要求されるように、滅菌性、発熱性、ならびに一般的な安全性及び純度の基準を満たすべきである。
いくつかの実施形態によると、親医薬組成物は、無菌になるように製剤化される。滅菌注射液は、必要な量の活性化合物を適切な溶媒に、必要に応じて、上記に列挙した他の成分と共に組み込み、続いて、濾過滅菌することにより調製することができる。一般に、分散液は、様々な滅菌された有効成分を滅菌ビヒクルに組み込むことにより調製され、これは、基本的な分散媒及び上に列挙されたものからの必要な他の成分を含有する。滅菌注射可能溶液の調製のための滅菌粉末の場合、例示的な調製方法には、真空乾燥及び凍結乾燥手法を含み、これは、有効成分の粉末及び以前に滅菌濾過された溶液から任意の追加の所望の成分を生じる。粉末組成物は、安定剤の有無にかかわらず、例えば、水または生理食塩水などの液体担体と組み合わせることができる。
例えば、いくつかの実施形態によると、記載の本発明の医薬組成物が非経口的に投与される場合、アンジオクライン因子を含む医薬組成物は、PBSに懸濁され、IV流体に添加されても、提案された注入部位に注射されてもよい。
いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、追加の治療薬を含む。いくつかの実施形態によると、追加の治療薬は、抗炎症薬、鎮痛薬、抗感染薬、成長因子、免疫抑制薬、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、治療量の追加の治療薬を含む。
いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、さらに治療量の抗炎症薬を含み、抗炎症薬は、炎症を低減または阻害するのに有効である。
いくつかの実施形態によると、抗炎症薬は、ステロイド性抗炎症薬を含む。本明細書で使用される「ステロイド性抗炎症薬」という用語は、17炭素の4環系を含有する多数の化合物のいずれか1つを指し、ステロール、様々なホルモン(アナボリックステロイドとして)、及びグリコシドを含む。ステロイド性抗炎症薬の代表例には、コルチコステロイド、例えば、ヒドロコルチゾン、ヒドロキシルトリアムシノロン、アルファ-メチルデキサメタゾン、デキサメタゾン-ホスファート、ベクロメタゾンジプロピオナート、クロベタゾールバレラート、デソニド、デオキシメタゾン、デスオキシコルチコステロンアセタート、デキサメタゾン、ジクロリゾン、ジフルコルトロンバレラート、フルアドレノロン(fluadrenolone)、フルクロロロンアセトニド、フルメタゾンピバラート、フルオシノロンアセトニド、フルオシノニド、フルコルチンブチルエステル、フルオコルトロン、フルプレドニデン(フルプレドニリデン)アセタート、フルランドレノロン、ハルシノニド、ヒドロコルチゾンアセタート、ヒドロコルチゾンブチラート、メチルプレドニゾロン、トリアムシノロンアセトニド、コルチゾン、コルトドキソン、フルセトニド(flucetonide)、フルドロコルチゾン、ジフルオロゾンジアセタート(difluorosone diacetate)、フルラドレノロン(fluradrenolone)、フルドロコルチゾン、ジフロロゾンジアセタート、フルラドレノロンアセトニド、メドリゾン、アムシナファル、アムシナフィド、ベタメタゾン及びそのエステルの残部、クロロプレドニゾン、クロルプレドニソンアセタート、クロコルテロン、クレシノロン、ジクロリゾン、ジフルウルプレドナート、フルクロロニド、フルニソリド、フルオロメタロン、フルペロロン、フルプレドニゾロン、ヒドロコルチゾンバレラート、ヒドロコルチゾンシクロペンチルプロピオナート、ヒドロコルタマート、メプレドニゾン、パラメタゾン、プレドニゾロン、プレドニゾン、ベクロメタゾンジプロピオナート、トリアムシノロン、ならびに、その混合物及び組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態によると、抗炎症薬は、非ステロイド性抗炎症薬を含む。本明細書で使用される「非ステロイド性抗炎症薬」という用語は、限定されないが、イブプロフェン(Advil(登録商標))、ナプロキセンナトリウム(Aleve(登録商標))、及びアセトアミノフェン(Tylenol(登録商標))を含む、作用においてアスピリン様である薬剤の大きな群を指す。記載の発明の文脈で使用可能な非ステロイド性抗炎症薬のさらなる例には、オキシカム、例えば、ピロキシカム、イソキシカム、テノキシカム、スドキシカム、及びCP-14,304;ジサルシド、ベノリラート、トリリサート、サファプリン、ソルプリン、ジフルニサル、及びフェンドサル;酢酸誘導体、例えば、ジクロフェナク、フェンクロフェナク、インドメタシン、スリンダク、トルメチン、イソキセパック、フロフェナク、チオピナク、ジドメタシン、アセマタシン、フェンティアザク、ゾメピラク、クリンダナク、オキセピナク、フェルビナク、及びケトロラク;フェナマート、例えば、メフェナム酸、メクロフェナム酸、フルフェナム酸、ニフルム酸、及びトルフェナム酸;プロピオン酸誘導体、例えば、ベノキサプロフェン、フルルビプロフェン、ケトプロフェン、フェノプロフェン、フェンブフェン、インドプロフェン、ピルプロフェン、カルプロフェン、オキサプロジン、プラノプロフェン、ミロプロフェン、チオキサプロフェン、スプロフェン、アルミノプロフェン、及びチアプロフェン酸;ピラゾール、例えば、フェニルブタゾン、オキシフェンブタゾン、フェプラゾン、アザプロパゾン、及びトリメタゾン、ならびにそれらの混合物及び組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
別の実施形態によると、抗炎症薬は、抗炎症性サイトカイン及び/または前炎症性メディエーターを含む。いくつかの実施形態によると、抗炎症薬は、トランスフォーミング成長因子-ベータ3(TGF-β3)、抗腫瘍壊死因子-アルファ(TNF-α)剤、またはそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、さらに、治療量の鎮痛薬を含み、鎮痛薬は、意識を乱すことなく、または他の感覚モダリティを変更することなく、痛みの閾値を上げることによって、疼痛を低減、抑制、または緩和するのに有効である。いくつかのそのような実施形態によると、鎮痛薬は、非オピオイド鎮痛薬である。「非オピオイド鎮痛薬」は、疼痛を低減するが、オピオイド鎮痛薬ではない天然または合成物質である。非オピオイド鎮痛薬の例には、エトドラク、インドメタシン、スリンダック、トルメチン、ナブメタン、ピロキシカム、アセトアミノフェン、フェノプロフェン、フルビプロフェン、イブプロフェン、ケトプロフェン、ナプロキセン、ナプロキセンナトリウム、オキサプロジン、アスピリン、コリンマグネシウムトリサリチラート、ジフルニサル、メクロフェナム酸、メフェナム酸、及びフェニルブタゾン、ならびにそれらの組み合わせ及び混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの他の実施形態によると、鎮痛薬は、オピオイド鎮痛薬である。「オピオイド鎮痛薬」、「オピオイド」、または「麻薬性鎮痛薬」は、中枢神経系のオピオイド受容体に結合して、アゴニスト作用を生じる天然または合成の物質である。オピオイド鎮痛薬の例には、コデイン、フェンタニル、ヒドロモルフォン、レボルファノール、メペリジン、メタドン、モルヒネ、オキシコドン、オキシモルフォン、プロポキシフェン、ブプレノルフィン、ブトルファノール、デゾシン、ナルブフィン、及びペンタゾシン、ならびにそれらの組み合わせ及び混合物が含まれるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、さらに、治療量の抗感染剤を含み、抗感染剤は、細菌、真菌、及び他の微生物を低減、成長を阻害、または破壊するのに有効である。いくつかの実施形態によると、抗感染剤は、抗生物質、抗菌剤、抗真菌剤、抗ウイルス剤、抗原虫剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。
いくつかの実施形態によると、抗感染剤は、抗生物質を含む。抗生物質の例には、ペニシリンG;メチシリン;ナフシリン;オキサシリン;クロキサシリン;ジクロキサシリン;アンピシリン;アモキシシリン;チカルシリン;カルベニシリン;メズロシリン;アズロシリン;ピペラシリン;イミペネム;アズトレオナム;セファロチン;セファクロル;セフォキシチン;セフロキシム;セフォニシド;セフメタゾール;セフォテタン;セフプロジル;ロラカルベフ;セフェタメット;セフォペラゾン;セフォタキシム;セフチゾキシム;セフトリアキソン;セフタジジム;セフェピム;セフィキシム;セフポドキシム;セフスロジン;フレロキサシン;ナリジクス酸;ノルフロキサシン;シプロフロキサシン;オフロキサシン;エノキサシン;ロメフロキサシン;シノキサシン;ドキシサイクリン;ミノサイクリン;テトラサイクリン;アミカシン;ゲンタマイシン;カナマイシン;ネチルマイシン;トブラマイシン;ストレプトマイシン;アジスロマイシン;クラリスロマイシン;エリスロマイシン;エリスロマイシンエストラート;エリスロマイシンエチルスクシナート;エリスロマイシングルコヘプトナート;エリスロマイシンラクトビオナート;エリスロマイシンステアラート;バンコマイシン;テイコプラニン;クロラムフェニコール;クリンダマイシン;トリメトプリム;スルファメトキサゾール;ニトロフラントイン;リファンピン;ムピロシン;メトロニダゾール;セファレキシン;ロキシスロマイシン;コ-アモキシクラバネート(Co-amoxiclavuanate);ピペラシリン及びタゾバクタムの組み合わせ;ならびにそれらの様々な塩、酸、塩基、及びそれらの他の誘導体;ならびにそれらの組み合わせ及び混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態によると、抗感染剤は、抗菌剤を含む。例示的な抗菌剤には、ペニシリン、セファロスポリン、カルバセフェム、セファマイシン、カルバペネム、モノバクタム、アミノグリコシド、グリコペプチド、キノロン、テトラサイクリン、マクロリド、及びフルオロキノロン、ならびにそれらの組み合わせ及び混合物が含まれるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態によると、抗感染剤は、抗真菌剤を含む。本明細書で使用される「抗真菌剤」という用語は、真菌の成長を阻害する、または真菌を破壊する能力を有する化学物質の群のいずれかを意味する。例示的な抗真菌剤には、アンホテリシンB、カンジシジン、デルモスタチン、フィリピン、ファンギクロミン、ハチマイシン、ハマイシン、ルセンソマイシン、メパルトリシン、ナタマイシン、ナイスタチン、ペシロシン、ペリマイシン、アザセリン、グリセオフルビン、オリゴマイシン、ネオマイシン、ピロルニトリン、シッカニン、ツベルシジン、ビリジン、ブテナフィン、ナフチフィン、テルビナフィン、ビホナゾール、ブトコナゾール、クロルダントイン、クロルミダゾール、クロコナゾール、クロトリマゾール、エコナゾール、エニルコナゾール、フェンチコナゾール、フルトリマゾール、イソコナゾール、ケトコナゾール、ラノコナゾール、ミコナゾール、オモコナゾール、オキシコナゾール、セルタコナゾール、スルコナゾール、チオコナゾール、トルシクラート、トリンダート、トルナフテート、フルコナール(Fluconawle)、イトラコナゾール、サペルコナゾール、テルコナゾール、アクリソルシン、アモロルフィン、ビフェナミン、ブロモサリチルクロラニリド、ブクロサミド、プロピオン酸カルシウム、クロルフェネシン、シクロピロックス、クロキシキン、コパラフィナート、ディアムタゾール、エキサラミド、フルシトシン、ハレタゾール、ヘキセチジン、ロフルカルバン、ニフラテル、ヨウ化カリウム、プロピオン酸、ピリチオン、サリチルアニリド、プロピオン酸ナトリウム、スルベンチン、テノニトロゾール、トリアセチン、ウジョチオン(Ujothion)、ウンデシレン酸、及びプロピオン酸亜鉛、ならびにそれらの組み合わせ及び混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態によると、抗感染剤は、抗原虫剤を含む。本明細書で使用される「抗原虫剤」という用語は、原生動物の疾患の処置に主に使用される原生動物の成長を阻害する能力または原生動物を破壊する能力を有する化学物質の群のいずれかを意味する。抗原虫剤の例には、ピリメタミン(ダラプリム(登録商標))スルファジアジン、及びロイコボリン、ならびにそれらの混合物及び組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態によると、抗感染剤は、抗ウイルス剤を含む。本明細書で使用される「抗ウイルス剤」という用語は、ウイルス性疾患の処置に主に使用されるウイルスの複製を阻害する能力またはウイルスを破壊する能力を有する化学物質の群のいずれかを意味する。抗ウイルス剤には、アシクロビル、シドフォビル、シタラビン、ジデオキシアデノシン、ジダノシン、エドクスジン、ファムシクロビル、フロクスウリジン、ガンシクロビル、イドクスウリジン、イノシンプラノベックス、ラミブジン、MADU、ペンシクロビル、ソリブジン、スタブジン、トリフルジン、バラシクロビル、ビダラビン、ザルシタビン、アセマンナン、アセチルロイシン、アマンタジン、アミジノマイシン、デラビルジン、ホスカルメット、インジナビル、インターフェロン(例えば、IFN-アルファ)、ケトキサール、リゾチーム、メチサゾン、モロキシジン、ネビラピン、ポドフィロトキシン、リバビリン、リマンタジン、リトナビル2、サキナビル、スタイリマイシン(Stailimycin)、スタトロン、トロマンタジン、ジドブジン(AZT)、及びキセナゾ酸、ならびにそれらの混合物及び組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、さらに、治療量の成長因子を含む。いくつかの実施形態によると、成長因子は、血小板由来成長因子(PDGF)、線維芽細胞成長因子(FGF)、顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。
いくつかの実施形態によると、成長因子は、外因性造血成長因子を含む。いくつかの実施形態によると、G-CSF、GM-CSF、GM-CSF/IL-3融合タンパク質(PIXY321)、rhGM-CSF、IL-1、IL-3、IL-6、IL-11、SCF、FTL3-リガンド、エリスロポエチン(EPO)、トロンボポエチン(TPO)、ストロマ、及びそれらの組み合わせを含む外因性造血成長因子。
いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、併用療法と共に投与される。いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、治療量の併用療法と共に投与される。いくつかの実施形態によると、本明細書の医薬組成物は、併用療法の前に投与される。いくつかの実施形態によると、本明細書の医薬組成物は、併用療法の後に投与される。いくつかの実施形態によると、本明細書の医薬組成物は、併用療法と同時に投与される。
いくつかの実施形態によると、補助療法は、幹細胞療法である。いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、治療量の幹細胞治療と共に投与され、治療量は、幹細胞レスキューを促進または誘導するのに有効である。
いくつかの実施形態によると、幹細胞移植は、任意の適切な方法により製剤化されてもよい。簡単に言うと、幹細胞療法は、組織源から単離された単核細胞の集団から造血幹細胞を単離するステップ、正または負の選択により造血幹細胞の単核細胞の単離集団を濃縮するステップ、及び対象に造血幹細胞の濃縮された単離集団を注入するステップ、を含む。いくつかの実施形態によると、組織源は、自家である。いくつかの実施形態によると、組織源は、同種異系である。上記の方法の特異性は、幹細胞の組織源に依存する。
自家組織。いくつかの実施形態によると、組織源は、自家組織を含む。いくつかの実施形態によると、自家組織は、骨髄破壊的傷害の前に採取される。いくつかの実施形態によると、幹細胞を含む採取された自家組織は、汚染腫瘍細胞を枯渇させるためにさらにパージングを受ける。いくつかの実施形態によると、悪性細胞が採取された組織に存在する場合、幹細胞は、抗CD34特異的モノクローナル抗体及び免疫ビーズの使用により濃縮され(「正の選択」)、及び/または、悪性細胞は、抗腫瘍モノクローナル抗体の使用により除去される(「負の選択」)。
同種異系組織。いくつかの実施形態によると、組織源は、同種異系組織を含む。いくつかの実施形態によると、ドナー同種異系組織は、レシピエント対象との組織適合性についてスクリーニングされる。いくつかの実施形態によると、組織適合性は、ドナー及びレシピエント対象が、同一もしくはほぼ同一または類似のヒト白血球抗原(HLA)である組織適合性マッチングによりスクリーニングされる。いくつかの実施形態によると、悪性細胞が採取された組織に存在する場合、採取された組織は、上記のようにパージされる。いくつかの実施形態によると、組織適合性のない材料は、採取された材料から除去されてもよい。いくつかの実施形態によると、同種異系で採取された組織は、また、ex-vivoT細胞枯渇(TCD)を経験することがある。
骨髄組織。いくつかの実施形態によると、組織源は、組織が同種異系または自家のいずれかである骨髄を含む。いくつかの実施形態によると、骨髄組織を採取するための任意の既知の方法が使用されてもよい。例えば、移植用の骨髄は、全身麻酔または脊髄麻酔下で2~3時間にわたって腸骨稜を複数回吸引することにより得られる(「採取される」)ことがある。約10~40x109の有核細胞(2x108/kgのレシピエント体重)、最大20mL/kgのドナー体重が得られるであろう。骨髄吸引液は、主に、間質細胞、未分化幹細胞、初期にコミットされた前駆細胞、Tリンパ球、及び赤血球、骨髄、単球、巨核球、ならびに様々な発達段階のリンパ系細胞株で構成される。骨髄中の粒子状物質は、濾過により除去されるであろう。ABO式血液型の不適合性が存在する場合、血漿交換は、イソヘマグルチニンを除去するために利用されてもよいが、分画遠心分離は、不適合な赤血球を除去するために利用することができる。特別な処理(「パージング」)は、腫瘍細胞、Tリンパ球、またはレシピエント対象に有害な影響を与え得る他の特定の構成成分の骨髄負荷を低減するために実施されてもよい。処理後、幹細胞を含む採取され処理された組織は、静脈内注入を介してレシピエントに直ちに投与されるか、または凍結保存され、後の輸血のために保存される。
末梢血。いくつかの実施形態によると、組織源は、組織が同種異系または自家のいずれかである末梢血である。いくつかの実施形態によると、末梢血を採取するための任意の既知の方法が使用されてもよい。いくつかの実施形態によると、単核細胞の集団は、造血幹細胞動員剤での処置後に得られる。そのようないくつかの実施形態によると、造血幹細胞動員剤は、G-CSF、GM-CSF(例えば、サルグラモスチム(LEUKINE(登録商標)))、またはそれらの薬学的に許容されるアナログもしくは誘導体を含む。いくつかの実施形態によると、造血幹細胞動員剤は、コロニー刺激因子の組み換えアナログまたは誘導体である。いくつかの実施形態によると、造血幹細胞動員剤は、フィルグラスチム(NEUPOGEN(登録商標))である。いくつかの実施形態によると、造血幹細胞動員剤は、プレリキサフォル(MOZOBIL(登録商標))、エルトロンボパグ(PROMACTA(登録商標))、ロミプロスチム(NPLATE(登録商標))、ペグフィルグラスチム(NEULASTA(登録商標))、ダルベポイエチンアルファ(ARANESP(登録商標))のうちの1つ以上である。次に、幹細胞を含むドナーのバフィーコートは、白血球除去により単離されてもよい。処理後、造血幹細胞の濃縮された集団は、静脈内注入を介してレシピエントに直ちに投与されるか、または凍結保存されて凍結され、後の輸血のために保存される。
投与量/投薬量レジメン
いくつかの実施形態によると、医薬組成物は、単位の重量及び投与経路に応じて、約10%~約90%(wt/wt%)、約20%~約80%(wt/wt%)、約30%~約70%(wt/wt%)、または約40%~約60%(wt/wt%)及びそこから導出できる任意の範囲を含む、約0.01%~約99.99%(wt/wt%)のアンジオクライン因子、その生物学的に活性なフラグメント、スプライスバリアント、アゴニスト、または模倣物を含んでもよい。例えば、医薬組成物は、約0.01%、約0.10%、約1%、約2%、約3%、約4%、約5%、約6%、約7%、約8%、約9%、約10%、約11%、約12%、約13%、約14%、約15%、約16%、約17%、約18%、約19%、約20%、約21%、約22%、約23%、約24%、約25%、約26%、約27%、約28%、約29%、約30%、約31%、約32%、約33%、約34%、約35%、約36%、約37%、約38%、約39%、約40%、約41%、約42%、約43%、約44%、約45%、約46%、約47%、約48%、約49%、約50%、約51%、約52%、約53%、約54%、約55%、約56%、約57%、約58%、約59%、約60%、約61%、約62%、約63%、約64%、約65%、約66%、約67%、約68%、約69%、約70%、約71%、約72%、約73%、約74%、約75%、約76%、約77%、約78%、約79%、約80%、約81%、約82%、約83%、約84%、約85%、約86%、約87%、約88%、約89%、約90%、約91%、約92%、約93%、約94%、約95%、約96%、約97%、約98%、約99%、約100%(wt/wt%)のアンジオクライン因子、スプライスバリアント、生物活性フラグメント、アゴニストまたは模倣物を含んでもよい。
いくつかの実施形態によると、治療上有用な組成物中のアンジオクライン因子、スプライスバリアント、生物学的に活性なフラグメント、アゴニストまたは模倣物の量は、好適な用量が化合物の単位用量に含有されるように調製することができる。溶解性、バイオアベイラビリティ、生物学的半減期、投与経路、製品の貯蔵寿命、及び他の薬理学的考察などの要因は、そのような医薬製剤を調製する当業者により企図されることになり、従って、様々な投薬量及び処置レジメンが望ましいことがある。
いくつかの実施形態によると、対象に投与される本開示の組成物の実際の投薬量は、物理的及び生理学的要因、例えば、体重、状態の重症度、処置されている疾患のタイプ、以前または同時の治療的介入、患者の特発性疾患、及び投与経路により決定することができる。投薬量及び投与経路に応じて、好ましい投薬量及び/または有効量の投与回数は、対象の応答に応じて変動することがある。
対象。本明細書に記載の組成物及び方法は、記載された利点を経験し得る任意の対象での使用が意図される。従って、「対象」、「患者」、及び「個体」(互換的に使用)は、ヒトならびに非ヒト対象、特に、飼育動物が含まれる。
いくつかの実施形態によると、対象及び/または動物は、哺乳類、例えば、ヒト、マウス、ラット、モルモット、イヌ、ネコ、ウマ、ウシ、ブタ、ウサギ、ヒツジ、または非ヒト霊長類、例えば、サル、チンパンジー、もしくはヒヒである。他の実施形態によると、対象及び/または動物は、例えば、ゼブラフィッシュなどの非哺乳類である。いくつかの実施形態において、対象及び/または動物は、蛍光標識された細胞(例えば、GFPを伴う)を含んでもよい。いくつかの実施形態において、対象及び/または動物は、蛍光細胞を含むトランスジェニック動物である。
いくつかの実施形態によると、対象及び/または動物は、ヒトである。いくつかの実施形態によると、ヒトは、小児科ヒトである。いくつかの実施形態によると、ヒトは、成人ヒトである。いくつかの実施形態によると、ヒトは、高齢者ヒトである。他の実施形態によると、ヒトは、患者と呼ばれてもよい。
いくつかの実施形態によると、対象は、非ヒト動物であり、それ故、記載の発明は、獣医学的使用に関する。いくつかの実施形態によると、非ヒト動物は、家庭用ペットである。いくつかの実施形態によると、非ヒト動物は、家畜動物である。
値の範囲が提供される場合、文脈に別途明示のない限り、その範囲の上限と下限との間の下限の単位の10分の1までの各介在値、ならびに他の任意の記載値またはその記載範囲の介在値が発明に含まれると理解される。より小さな範囲に独立して含まれ得るこれらのより小さな範囲の上限及び下限もまた、本発明に含まれ、記載の範囲において任意の特に除外された限界に従う。記載の範囲が、限界の一方または両方を含む場合、それらの含まれる限界の両方を除外する範囲も本発明に含まれる。
別途定義のない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する当業者により一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されているものと類似または同等の任意の方法及び材料も、本発明の実施または試験に使用することができるが、例示的な方法及び材料が記載されている。本明細書で言及される全ての刊行物は、刊行物が引用されることに関連する方法及び/または材料を開示及び説明するために、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「a」、「and」、及び「the」は、文脈に別途明示のない限り、複数の指示対象を含むことに留意しなければならない。
本明細書で考察される刊行物は、本出願の出願日の前に、それらの開示のためにのみ提供され、それぞれは、全体が参照により組み込まれる。本明細書に記載のいずれも、本発明が、先行発明によって、そのような刊行物に先行する権利がないことを認めるものと解釈されるべきではない。さらに、提供される発行日は、個別に確認する必要があり得る実際の発行日とは異なることがある。
以下の実施例は、当業者に、本発明の製造及び使用方法の完全な開示及び説明を提供するために記載され、発明者らが自らの発明と見なす範囲を制限することを意図するものもなく、以下の実験が実施された全てまたは唯一の実験であることを表すことを意図するものでもない。使用される数値(例えば、量、温度など)に関して正確さを保証するための努力がなされているが、いくつかの実験誤差及び偏差を考慮に入れなければならない。別途指示のない限り、部は、重量部であり、分子量は、重量平均分子量であり、温度は、セ氏温度であり、圧力は、大気圧または大気圧付近である。
方法
動物C57BL/6J(CD45.2;在庫番号000664)、B6.SJL-Ptprca Pepcb/BoyJ(CD45.1;在庫番号002014)、及びC57BL/6-Gt(ROSA)26Sortm(Map2k1*、EGFP)Rsky/J(Mapkfl/fl)(在庫番号012352)マウスを、Jackson Laboratory(Bar Harbor,ME)から購入した。(Srinivasan,L.et al.PI3 kinase signals BCR-dependent mature B cell survival.Cell 139,573-586,doi:10.1016/j.cell.2009.08.041(2009))。Cdh5(PAC)-creERT2マウスを、分子生物医学のためのThe Max Planck InstituteのRalf H.Adamsから入手した。(Benedito,R.et al.The notch ligands Dll4 and Jagged1 have opposing effects on angiogenesis.Cell 137,1124-1135,doi:10.1016/j.cell.2009.03.025(2009))。Tie2.IkB-SSマウスを、Columbia UniversityのJan Kitajewskiから入手した。(Brown,K.,Gerstberger,S.,Carlson,L.,Franzoso,G.& Siebenlist,U.Control of I kappa B-alpha proteolysis by site-specific,signal-induced phosphorylation.Science 267,1485-1488,doi:10.1126/science.7878466(1995))。Lepr-creマウスを、University of Texas Southwestern Medical CenterのSean J Morrisonから入手し、Cdh5(PAC)-creERT2、及びTie2.IκB-SSマウスをC57BL/6J(CD45.2)遺伝的背景で飼育及び維持した。(DeFalco,J.et al.Virus-assisted mapping of neural inputs to a feeding center in the hypothalamus.Science 291,2608-2613,doi:10.1126/science.1056602(2001))。全てのマウスを、HEPAフィルター付き空気交換(Thoren Caging Systems,Inc.)を備えたPositive Individual Ventilation(PIV)ケージに収容し、Pico Lab Rodent Diet20(Lab Diet 5053)で維持し、水を自由に摂取させた。Cdh5(PAC)-creERT2媒介性組み換えを誘導するために、ひまわり油(Sigma-Aldrich S5007)に可溶化されたタモキシフェン(Sigma-Aldrich T5648)を30mg/mLの用量の腹腔内注射(150mg/kg体重)により8~12週齢に3日間連続投与するか、または、動物に0.025%w/wのタモキシフェン(Envigo)が補充されたCustom Teklad 2020を6~10週齢に4週間連続自由に給餌させた。年齢を一致させたcre陰性同腹仔マウスは、また、同じタモキシフェン誘導レジメンを受け、対照として利用された。実験分析の前に、マウスをタモキシフェン誘導後4週間回復させた。全てのマウスを、特定病原体のないハウジングで維持した。後続の方法論に示される線量で137Cs源から、全身γ線照射(TBI)を行った。照射されたレシピエントには、照射の24時間前に、PicoLab Mouse20抗生物質飼料(0.025%のトリメトプリム及び0.124%のスルファメトキサゾール;LabDiet)を与え、その後、4週間維持した。Weill Cornell Medical College及びInstitutional Animal Care and Use Committee(IACUC)の承認の下、Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care,Intl.(AAALAC)及びNational Institutes of Health(NIH)Office of Laboratory Animal Welfare(OLAW)ガイドラインに従って実験を行った。
緩衝液及び培地
磁気活性化細胞選別(MACS)緩衝液。0.5%W/Vのウシ血清アルブミン(BSA;Fisher Scientific BP1605)及び2mMのEDTA(Corning 46-034-CI)を含有するCa++/Mg++(pH7.2)(Corning 21-040-CV)を含まないPBS。
消化緩衝液。20mMのHEPES(Corning 25-060-CI)、2.5mg/mLのコラゲナーゼA(Roche 11088793001)、及び1単位/mLのDispase II(Roche 04942078001)を含有する1×ハンクス平衡塩類溶液(Life Technologies 14065)。
内皮成長培地。1:1の比の低グルコースDMEM(ThermoFisher Scientific 11885-084)及びHam’s F-12(Corning 10-080)(20%の熱不活化FBS(Denville Scientific FB5002-H)、1%の抗生物質-抗真菌剤(Corning 30-004-CI)、1%の非必須アミノ酸(Corning 25-025-CI)、10mMのHEPES(Corning 25-060-CI)、100μg/mLのヘパリン(Sigma-Aldrich H3149)、及び50μg/mLの内皮細胞成長サプリメント(Alfa Aesar BT-203)を補充した)]。
造血、BMEC、及び間質細胞の定量化
総造血細胞を定量化するために、大腿骨を乳鉢及び乳棒で穏やかに粉砕し、消化緩衝液で37℃で15分間酵素的に分離し、この後、細胞懸濁液を濾過し(40μm;Corning 352340)、MACS緩衝液で洗浄した。トリパンブルー(Life Technologies)排除法で血球計数器を使用して、生細胞数を定量化した。BM内の造血幹細胞及び前駆細胞(HSPC)を定量化するために、MACS緩衝液を含む26G×1/2針を使用して、大腿骨及び脛骨をフラッシュした。脾臓HSPCを定量化するために、脾臓を穏やかに粉砕し、40μmのフィルターで濾過して、単細胞懸濁液を得た。BMEC、全BM間質細胞、BM Lepr+細胞、及びBM骨芽細胞を定量化するために、大腿骨を乳鉢及び乳棒で穏やかに粉砕し、消化緩衝液中で37℃で15分間酵素的に分離した後、細胞懸濁液を濾過し(40μm;Corning 352340)、MACS緩衝液で洗浄した。製造者の推奨に従って、蛍光色素コンジュゲート抗体を使用して、細胞を表面染色した。フローサイトメトリーを使用して、細胞集団を分析した。
フローサイトメトリー
細胞表面染色の前に、MACS緩衝液中のCD16/32(93;Biolegend)に対する抗体を使用して、Fc受容体を4℃で10分間ブロックした。CMP/GMP/MEP染色の場合、試料を10%正常ラット血清で、4℃で10分間ブロックした。続いて、記載されているように、ブロックされた試料を、MACS緩衝液中の蛍光色素コンジュゲート抗体で、4℃で30分間染色した。ビオチン化抗Lepr抗体で染色された試料を洗浄し、ストレプトアビジンコンジュゲート蛍光色素で、4℃で15分間染色した。染色細胞をMACS緩衝液で洗浄し、2mMのEDTAを含むPBS(pH7.2)中の1%のパラホルムアルデヒド(PFA)で固定した。LSR II SORP(BD Biosciences)またはFortessa(BD Biosciences)とFACS DIVA8.0.1ソフトウェア(BD Biosciences)を使用して、試料データを収集及び分析した。未染色対照及び標準的な蛍光から1つの方策を差し引いたものを使用して、ゲートを確立した。この研究で利用された抗体クローンの一覧は、補足表2に含まれる。
細胞集団を、表6に示されるように定義した。
Figure 2023504141000009
前駆細胞活性
造血前駆細胞活性を評価するために、半固体メチルセルロースのコロニー形成単位(CFU)を定量した。MACS緩衝液を含む26G×1/2針を使用して、WBMを大腿骨及び脛骨からフラッシュした。トリパンブルー(Life Technologies)を使用した血球計算盤で、生細胞数を決定した。WBM細胞(5×104細胞/ウェル)を、製造者の提案に従って、Methocult GF M3434メチルセルロース(StemCell Technologies)に2回ずつプレーティングした。SZX16 604実体顕微鏡(Olympus)を使用して、表現型CFU-GEMM、CFU-GM、CFU-G、CFU-M、及びBFU-Eコロニーのコロニーをスコア化した。
競合的移植及び希釈の制限
成体CD45.1レシピエントマウスを、移植の16時間前に致死的照射(950Rad)でプレコンディショニングした。WBMを、乳鉢及び乳棒で穏やかに粉砕することにより大腿骨から分離し、消化緩衝液で37℃で15分間酵素的に分離し、この後、細胞懸濁液を濾過し(40μm;Corning 352340)、MACSで洗浄して、単細胞懸濁液を得た。生/死の排除のためにトリパンブルー(Life Technologies)を含む血球計算盤を使用して、生細胞数を定量した。定常状態(1:1の比)での競合移植実験では、5×105のドナーWBM細胞(CD45.2)を、5×105の競合WBM細胞(CD45.1)と共に、骨髄破壊的照射(950Rad)でプレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに、眼窩後洞注射を介して移植した。骨髄抑制損傷(5:1の比)後の競合移植実験では、2.5×106のドナーWBM細胞(CD45.2)に、5×105の競合WBM細胞(CD45.1)を移植した。75mmのヘパリン化ガラス毛細血管(Kimble-Chase)を使用した、眼窩後洞出血を使用して、多系列の造血生着を評価した。RBC溶解緩衝液(Biolegend 420301)を使用して、末梢血から赤血球を枯渇させ、製造者の推奨に従って、蛍光色素コンジュゲート抗体で染色した。造血生着抗体図は、CD45.1(A20;Biolegend)、CD45.2(104;Biolegend)、及びTER119(TER119;Biolegend)を含む。多系列生着図は、CD45.2(104;Biolegend)、GR1(RB6-8C5;Biolegend)、CD11B(M1/70;Biolegend)、B220(RA3-6B2;Biolegend)、CD3(17A2;Biolegend)、CD4(GK1.5;Biolegend)、及びCD8(53-6.7;Biolegend)を含む。限界希釈分析では、示された数のWBMを、プレコンディショニングされたCD45.1レシピエントマウスに、眼窩後洞注射を介して非競合的に移植した。移植後4ヶ月間、陰性応答/死亡マウス%を監視した。CD45.2(104;Biolegend)、GR1(RB6-8C5;Biolegend)、CD11B(M1/70;Biolegend)、B220(RA3-6B2;Biolegend)、及びCD3(17A2;Biolegend)に対して産生された抗体を使用して赤血球(RBC)溶解末梢血中、フローサイトメトリーで、生存しているマウスにおける多系列の造血生着を確認した。Extreme Limiting Dilution Analysis(ELDA)ソフトウェア(http://bioinf.wehi.edu.au/software/elda/)を使用して、HSCの頻度及び統計的有意性を計算した。(Hu,Y.& Smyth,G.K.ELDA:extreme limiting dilution analysis for comparing depleted and enriched populations in stem cell and other assays.J Immunol Methods 347,70-78,doi:10.1016/j.jim.2009.06.008(2009))。
血管透過性。以前に記載されたように、骨髄血管完全性を試験した。(Poulos,M.G.et al.“Endothelial transplantation rejuvenates aged hematopoietic stem cell function.”J.Clin.Invest.(2017)127:4164-78.Doi:10.1172/jci93940)。要するに、PBS(pH7.2)中の0.5%w/vのEvans Blue Dye(Sigma-Aldrich E2129)を、25mg色素/kg総体重で尾静脈から注射した。注射の3時間後、マウスを頸椎脱臼により死亡させ、10mLのPBS(pH7.2)で心臓を灌流した。大腿骨を、乳鉢及び乳棒で600μLのホルムアミドと共に粉砕し、55℃で一晩インキュベートした。抽出物を短時間ボルテックスし、16,000×g、室温で5分間遠心分離した。上清を除去し、620nm及び740nmで吸光度(Abs)を測定した。試料Absをヘム含有タンパク質に対して補正し[Abs620-(1.426×Abs740+0.03)]、非注入対照を使用してブランクにした[補正試料Abs620-補正された非注入対照Abs620]。標準曲線を使用して、Evan's Blue Dyeの血管外漏出を計算し、大腿骨重量に正規化した。
免疫組織化学。血管系を標識するために、マウスに25μgのAlexa Fluor 647コンジュゲートCD144/VEカドヘリン抗体(クローンBV13;Biolegend)を眼窩後洞注射により静脈内投与した。注射の10分後に、動物を死亡させ、10mLのPBS(pH7.2)で心臓を灌流した。大腿骨をPBS(pH7.2)中の4%のPFAで一晩固定し、10%のEDTAで、室温で72時間脱灰させ、30%のスクロースで4℃で、48時間凍結保存し、50%の最適切断温度(OCT)及び50%スクロースで包埋した。CM 3050Sクライオスタット(Leica)を使用して、縦方向の大腿骨切片(12μm)を切断し、1μg/mLの4-6,ジアミジノ-2-フェニルインドール(DAPI)(Biolegend)で対比染色し、Prolong Gold退色防止溶液(Life Technologies)を使用してマウントした。切片を、LSM710共焦点顕微鏡(Zeiss)でイメージングした。
ホールマウント免疫蛍光。マウスに、25μgのAlexa FluorコンジュゲートCD144/VEカドヘリン抗体(クローンBV13;Biolegend)を眼窩後洞注射により静脈内投与した。10分後、マウスを安楽死させ、4%のPFAで心臓灌流し、この後、大腿骨を分離し、筋肉及び結合組織を剥ぎ取り、4%のPFAで、室温で30分間固定した。骨を1×PBSで3×5分間洗浄し、15%のスクロースで、4℃で24時間凍結保存し、さらに30%のスクロースで、4℃で24時間凍結保存した。次に、骨を50%のOCT及び50%のスクロース溶液に包埋し、液体窒素で瞬間冷凍した。抗体の浸透のために骨髄腔を完全に露出させるために、Leica CM 3050Sクリオスタットで、骨を縦方向に剃った。剃った骨を外し、OCTが完全に溶けるまで、1×PBSで3×5分間洗浄した。光から保護されたブロッキング緩衝液[0.5%のTriton X-100を含有する1×PBS中の20%の正常ヤギ血清(Jackson Laboratories)]中で、露出した骨を室温で2時間ブロックした。次に、1.5mLのエッペンドルフマイクロ遠心チューブ中、4℃で48時間浸漬インキュベーションすることにより、ブロッキング緩衝液で希釈された蛍光色素コンジュゲート一次抗体(表7を参照)で骨を染色した。骨を、1×PBSで3×10分間洗浄した。Nikon C2共焦点レーザー走査型顕微鏡で、40μmのZスタック画像を取得した。HSCの免疫表現型をLineagenegCD48negCD150brightとして定義し、最も近い血管細胞(VE-カドヘリン/CD144+)に対する距離を定量化のために測定した。

Figure 2023504141000010
プロテオミクス分析
上述のように、SomaLogics(Boulder,CO)で、アプタマーベースのSomaScanプラットフォームを使用して、血漿プロテオーム分析を実施した。(Gold,L.et al.Aptamer-based multiplexed proteomic technology for biomarker discovery.PloS one 5,e15004,doi:10.1371/journal.pone.0015004(2010).)。血漿を生成するために、75mmのヘパリン化ガラス毛細管(Kimble-Chase)を使用して眼窩後洞を介してマウスから採血して、EDTA含有マイクロ遠心管に入れた(最終濃度5μM)。全血を2200×g、室温で15分間遠心分離し、血漿を収集して-80℃で保存した。SomaScan Assay 1.1Kプラットフォームを使用して、凍結保存されたマウス血漿EDTA試料を分析し、プロテオミクスデータは、相対蛍光単位(RFU)として提示される。差次的に発現されたタンパク質を同定するために、SomaSuiteソフトウェア(SomaLogics)を使用して、有意性の閾値をP≦0.075に設定された両側スチューデントのt検定を実施した。CDH5-MAPKマウスで有意に強化される生物学的プロセスを特定するために、Ingenuity pathway analysis(Qiagen)を使用して、データセット全体(p値カットオフ≦0.05)で、コア分析を実施した。(https://www.qiagenbioinformatics.com/products/ingenuity-pathway-analysis/)。
レンチウイルス
製造者の提案に従って、Lipofectamine 2000(ThermoFisher Scientific 12566-014)を使用して、80%コンフルエント状態の293T/17細胞(ATCC CRL-11268)の10cmの皿上で、RRE(5μg)、REV(2.5μg)、及びVSV-G(3μg)パッケージングプラスミドと、pCCL-myrAkt1バックボーン(13μg)(Kobayashi,H.et al.Angiocrine factors from Akt-activated endothelial cells balance self-renewal and differentiation of haematopoietic stem cells.Nature cell biology 12,1046-1056,doi:10.1038/ncb2108(2010)を参照)を同時トランスフェクトすることにより、ミリストイル化-Akt1(myrAkt1)レンチウイルスを生成した。トランスフェクションの48時間後、製造者の提案に従って、Lenti-Xコンセントレーター(ClonTech 631232)を使用して、上清を処理した。沈殿したmyrAkt1レンチウイルスを、0.5mLのTNE緩衝液(50mMのTris pH8.0、1mMのEDTA、130mMのNaCl)に再懸濁し、分注して、-80℃で保存した。Lenti-X p24 Rapid Titer Kit(ClonTech 632200)を使用して、ウイルス力価を決定した。レンチウイルスベクターを発現するIkB-SSを、ヒトIκBαスーパーサプレッサー(Addgene番号15264)の配列をpLVX Puro Vector(Clontech番号632164)にサブクローニングすることにより生成した。前述の通り、293T細胞でpLVX-PuroIkB-SSベクターをRRE、REV、及びVSV-Gパッケージングプラスミドと同時トランスフェクトすることにより、IkB-SSレンチウイルスを生成した。pLVX Puro Vector(Clontech番号632164)を利用して、「Puro empty」レンチウイルスを生成した。
内皮細胞培養:上述のように、一次骨髄内皮細胞(BMEC)培養を、Cdh5(PAC)-creERT2;Mapkfl/flから生成した。(Poulos,M.G.et al.Endothelial transplantation rejuvenates aged hematopoietic stem cell function.J Clin Invest(2017)127,4163-4178,doi:10.1172/jci93940)。要約すると、大腿骨及び脛骨を乳鉢及び乳棒を使用して穏やかに粉砕し、消化緩衝液を用いて、37℃で15分間消化させ、濾過(40μm;Corning 352340)し、MACS緩衝液で洗浄した。製造者の推奨に従って、マウスLineage Cell Depletion Kit(Miltenyi Biotec130-090-858)を使用して、WBMから最終分化した造血細胞を枯渇させた。製造者の提案に従って、MACS緩衝液中のCD31抗体(MEC13.3;Biolegend)で事前に捕捉されたヒツジ抗ラットIgG Dynabeads(ThermoFisher Scientific 11035)を使用して、BM内皮を細胞懸濁液から免疫精製した。CD31で選択されたBM ECを、内皮増殖培地で培養し、3×104EC/cm2当たり104pgのmyrAkt1レンチウイルスで形質導入した。Aktで形質導入されたBMECを、血清及びサイトカイン不含StemSpan SFEM(StemCell Technologies Inc.09650)培地で7日間選択した。VECAD(BV13;Biolegend)、CD31(390;Biolegend)、及びCD45(30-F11;Biolegend)としても知られるカドヘレイン(cadherein)5に対する抗体で、BMEC株を染色し、純度(CD45-CD31+VEカドヘリン+として定義されたBMEC)でFACS選別した。確立されたBMEC株をGFPレンチウイルス(対照BMEC)またはGFP-Creレンチウイルス(CDH5-MAPK BMEC)のいずれかで形質導入し、得られたGFP+細胞を純度でFACS選別した。続いて、対照及びCDH5-MAPK BMECを、Puro-emptyまたはPuro-IKB-SSレンチウイルスのいずれかで形質導入して、それぞれ、対照、IkB、CDH5-MAPK、及びCDH5-MAPK::IkB細胞株を生成した。形質導入された細胞株を、2μg/mLのピューロマイシンで5日間選択した。細胞を内皮増殖培地で、37℃、5%のCO2、及び20%のO2、相対湿度70%で培養した。成長培地を2日毎に交換し、製造者の提案に従って、Accutase Cell Detachment Solution(Biolegend 423201)を用いて、細胞を95%のコンフルエンシーで1:2で継代した。
イムノブロット
細胞溶解物を調製する前、36時間前にわたって、確立されたBMEC株を、低グルコースDMEMで血清飢餓状態にした。培養細胞を氷冷PBS(pH7.2)で洗浄し、PhosStopホスファターゼ阻害剤(Roche 04906845001)及び完全EDTA不含プロテアーゼ阻害剤カクテル(Roche 11836170001)を含むRIPA緩衝液(150mMのNaCl、1%のIGEPAL CA-630、0.5%のデオキシコラート、0.1%のドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、及び50mMのTrisHCl、pH8.0)で、4℃で20分間に溶解させ、超音波処理し、4℃で21,000×gで10分間遠心分離して、不溶性の破片を除去した。上清を-80℃で保存した。DCプロテインアッセイ(BioRad 5000111)を使用して、タンパク質濃度を決定し、5μgの総タンパク質を、Laemmli緩衝液で、95℃で3分間変性させ、12.5%のSDS-アクリルアミドゲルで分離し、ニトロセルロースにエレクトロブロッティングした。0.05%のIGEPAL CA-630(Sigma-Aldrich I8896)を含むPBS(pH7.2)中の5%の無脂肪ドライミルク中で、転写されたブロットを1時間ブロックし、1:1000のホスホ-p65(Ser536)に対して作成された一次抗体(Cell Signaling 3033)、1:1000のp65に対して作成された一次抗体(Cell Signaling 4764)、1:2000のホスホ-ERK1/2(Thr202/Tyr204)に対して作成された一次抗体(Cell Signaling 4370)、1:1000のERK1/2に対して作成された一次抗体(Cell Signaling 9102)、1:1000の総IκBαに対して作成された一次抗体(Cell Signaling 4814)、及び1:1000のTubulinに対して作成された一次抗体(Cell Signaling 2146)を含む、0.05%のIGEPAL CA-630を含むPBS(pH7.2)中の5%の無脂肪ドライミルク中、4℃で一晩インキュベートした。ブロットを0.05%のIGEPAL CA-630を含むPBS(pH7.2)で、室温で3×10分間洗浄し、0.05%のIGEPAL CA-630及び1:10,000希釈の抗ウサギまたは抗マウスIgG(H+L)西洋ワサビペルオキシダーゼ(Jackson ImmunoResearch Laboratories)二次抗体を含むPBS(pH7.2)中の5%の無脂肪ドライミルク中、室温で1時間インキュベートした。製造者の提案に従って、0.05%のIGEPAL CA-630を含むPBS(pH7.2)で、室温で3×10分間ブロットを洗浄し、Amersham ECLプライムウエスタンブロッティング検出試薬(GE Healthcare RPN2232)を使用して展開した。Carestream Kodak BioMax Light Film(Sigma-Aldrich)を使用して、全てのブロットを展開した。
核p65の定量化:RelAとしても既知のp65は、NF-κB(活性化B細胞の核因子カッパ-軽鎖エンハンサー)転写因子ファミリーを形成する5つの構成要素の1つである。核p65の評価のために、BMECをチャンバースライド(Nunc Lab-Tek II CC2チャンバースライド;カタログ番号154941)の内皮成長培地にプレーティングした。約70%のコンフルエンシーで、細胞を低グルコースDMEMで36時間血清飢餓状態にし、この後、細胞をPBS(pH7.2)で洗浄し、PBS(pH7.2)中の4%のPFAで、室温で15分間固定した。次に、細胞を、PBS(pH7.2)中の1%のTriton X-100を含有する5%の正常ヤギ血清で30分間透過処理した。次に、抗体希釈緩衝液(1%BSAを含むPBS中の1%Triton(商標)X-100)中のp65抗体(C22B4;Cell Signaling、1:100希釈)で、細胞を室温で1時間染色した。細胞をPBSで3回洗浄し、抗体希釈緩衝液中のヤギ抗ウサギAlexa Fluor 647(Thermo Scientific番号A-21245、1:250希釈)を用いて室温で30分間染色した。細胞をPBSで3回洗浄し、1μg/mLのDAPIで対比染色し、Prolong Gold退色防止溶液(Life Technologies)を使用してマウントした。核p65レベルに対するSCGFの効果を決定するために、0.4μg/mLのSCGF(またはビヒクル対照)と共に、CDH5-MAPKマウスに由来するBMECを低グルコースDMEMで36時間インキュベートした。濃度が一致したアイソタイプ対照抗体(Cell Signaling番号3900)を使用して、バックグラウンド蛍光を確立した。Nikon C2共焦点レーザー走査型顕微鏡で、画像を取得した。上述のようにImage Jを使用して、核p65レベルを定量した。(Wessel,A.W.& Hanson,E.P.A method for the quantitative analysis of stimulation-induced 988 nuclear translocation of the p65 subunit of NF-kappaB from patient-derived dermal fibroblasts.989 Methods Mol Biol 1280,413-426,doi:10.1007/978-1-4939-2422-6_25(2015).990)。
遺伝子発現解析:MACS緩衝液を含む26G×1/2針を使用して、大腿骨及び脛骨からWBMをフラッシュし、製造者の推奨に従って、1×RBC溶解緩衝液(Biolegend 420301)を使用して、赤血球を枯渇させた。製造者の指示に従って、RNeasy plus Mini Kit(Qiagen 74134)を使用して、4×106のRBC溶解WBM細胞から全RNAを分離した。要約すると、細胞を、600μLの緩衝液RLTで溶解させ、QIAshredderカラム(Qiagen 79654)を使用してホモジナイズした。CD45細胞、間質細胞、Lepr+細胞、及び骨芽細胞からRNAを分離するために、FACSを使用して、細胞をTrizol LSに直接選別し、製造者の推奨を使用して、RNAを精製した。間質細胞、Lepr+細胞、及び骨芽細胞について、試料当たり100,000のCD45+細胞、及び試料当たり1000の細胞から、RNAを単離した。WBM及びCD45細胞の場合、RT2 First Strand Kit(Qiagen 330401)を使用して、総RNAを逆転写した。続いて、100ngの総RNAから生成されたcDNAを、RT2 PCRプロファイラーアレイにロードし、NF-kBシグナル伝達標的(Qiagen PAMM-225ZC)の遺伝子発現を評価した。間質細胞、Lepr+細胞、及び骨芽細胞の場合、製造者が提案するプロトコルに従って、Ovation Pico WTA System V2(Nugen)を使用して、cDNAを生成及び増幅し、100ngの増幅cDNAを、qPCRアレイに利用した。推奨されるサイクリングパラメーターを用いるViiA 7 qPCRシステム(Applied Biosystems)で、RT2 SYBR Green qPCR Mastermix(Qiagen 330522)を使用して、qPCRを実施した。Qiagenのオンラインデータ分析ツールを利用して、倍率変化を計算し、教師なし階層的クラスタリング及び遺伝子発現ヒートマップを生成した(https://www.qiagen.com/in/shop/genes-and-pathways/dataanalysis-center-overview-page/)。各条件に対して最も安定した参照遺伝子を選択する、Qiagenオンラインツールの「ハウスキーピング遺伝子の自動選択」を使用して、正規化のための参照遺伝子を、5つのハウスキーピング遺伝子(Actb、B2m、Gapdh、Gusb、及びHsp90a1b)の図から選択した。2-ΔΔCT法を使用して、倍率変化を計算した。Qiagenから入手したプライマー(カタログ番号PPM03109F-200及びPPM03116C-200)を使用したRT-qPCRにより、Il1b及びCsf1の発現の確認を実施した。造血細胞におけるcre及びIkB-SS導入遺伝子の発現を評価するために、試料当たり100,000のCD45+細胞からRNAを単離した。RT2 First Strand Kit(Qiagen 330401)を使用して、総RNAを逆転写した。2000細胞のRNA含有量に相当するcDNAを、RT-PCR分析に利用した。cre及びIkB-SS発現のRT PCR分析のプライマー(図6)は、次の通りである:

Figure 2023504141000011
末梢造血回復:骨髄抑制損傷後の造血回復を評価するために、マウスに、137Cs源からの亜致死的照射(650Rad)を照射した。75mmのヘパリン処理されたガラス毛細血管(Kimble-Chase)を使用して、示された時点で眼窩後洞出血を介して末梢血を収集した。Advia120(Bayer Healthcare)を使用して、WBC、RBC、及び血小板の集団を分析した。
活性酸素種の推定:活性酸素種(ROS)を調べるために、眼窩後方注射により、25μgのAlexa Fluor 647コンジュゲートCD144/VE-カドヘリン抗体(BV13;Biolegend)で、マウスを10分間生体内標識した。マウスを安楽死させ、大腿骨をフラッシュするか(HSPC分析の場合)、または穏やかに撹拌しながら37℃で15分間、消化緩衝液で穏やかに粉砕して酵素的に分離した(BMEC及び間質細胞分析の場合)。細胞懸濁液を濾過し(40μm)、MACS緩衝液で洗浄し、続いて、示された抗体を使用して、4℃で20分間表面染色した。染色された細胞懸濁液を、MACS緩衝液で洗浄し、次に、Stemspan SFEM(StemCell Technologies)中の5μMのCellROX Orange(ThermoFisher Scientific)と共に37℃で30分間インキュベートし、MACS緩衝液で洗浄し、2mMのEDTAを含有するPBSに再懸濁した。フローサイトメトリーを使用して、示された細胞型のROSレベルを推定した。
Hypoxyprobe。骨髄の酸素化状態を評価するために、マウスに、100mg/kgのピモニダゾールHCl(Hypoxyprobe-1;Hypoxyprobe,Inc.)及び25μgのAlexa Fluor 647コンジュゲートCD144/VE-カドヘリン(BV13;Biolegend)を、後眼窩注射を介して共に注射した。20分後、マウスを安楽死させ、大腿骨を単離した。穏やかに撹拌しながら37℃で15分間、大腿骨をフラッシュするか(HSPC分析の場合)、または消化緩衝液で穏やかに粉砕して酵素的に分離した(BMEC及び間質細胞の分析の場合)。製造者の提案に従って、表面染色後、BD Cytofix/Cytoperm Kit(BD Biosciences)を使用して、細胞を固定及び透過処理し、Hypoxyprobe-1に対して1:100希釈で生じたモノクローナル抗体(HP-Red549;Hypoxyprobe,Inc.)で染色した。フローサイトメトリーを使用して、示された細胞型のHypoxyprobeレベルを推定した。
細胞周期及びアポトーシス。BMEC、間質細胞、及びHSPCの細胞周期分析では、製造者の推奨に従って、上述のセクションで説明したように、BD Cytofix/Cytoperm Kit(BD Biosciences)を使用して、細胞を表面染色、固定、及び透過処理し、この後、Ki67(B56、BD561284)に対して作成された抗体で細胞を染色し、Hoechst 33342(BD Biosciences)で対比染色した。HSCの細胞周期分析では、表面染色の前に、lineage-cell depletion kit(Miltenyi Biotec番号130-110-470)を使用して、WBM細胞から系列陽性細胞を最初に枯渇させた。低い取得率(350イベント/秒)のフローサイトメトリーを使用して、細胞を分析した。細胞周期の状態を、次の通り分類した:G0(Ki-67陰性;2NのDNA含有量)、G1(Ki-67+;2NのDNA含有量)、及びS/G2/M(Ki-67+;>2NのDNA含有量)。Sub-G0/G1領域の一重項細胞の割合は、アポトーシスとして分類された。
血漿ELISA。アプタマーベースのサンドイッチELISAの場合、製造者の推奨に従って、ストレプトアビジンでコーティングした96ウェルプレート(ThermoFisher Scientific 15124)を、SBT緩衝液(40mMのHEPES pH7.5、120mMのNaCl、5mMのKCl、5mMのMgCl2、及び0.05%のTween 20)中の20nMのビオチン化αClec11aアプタマー(SomaLogics;Boulder,CO)と共に、4℃で一晩インキュベートした。プレートをSBT緩衝液で3回洗浄し、SBT緩衝液中の100μMのビオチン(Sigma-Aldrich B4501)を用いて、室温で10分間ブロックした。プレートを100RPMで1分間、SBT緩衝液で3回洗浄し、SBT緩衝液中の3%のBSAを用いて、室温で30分間ブロックした。プレートを100RPMで1分間、SBT緩衝液で3回洗浄した。マウス血漿生物学的複製物をSBT緩衝液で1:80に希釈し(社内で決定された最適な血漿希釈範囲)、450RPM、37℃で2時間インキュベートした。SBTのみを使用して、バックグラウンドシグナルを決定した。次に、TBST緩衝液(Tris-HCl pH7.6、150mMのNaCl、0.05%のTween-20)で、プレートを100RPMで1分間3回洗浄し、TBST緩衝液中の3%BSA中の1μg/mLのαClec11aポリクローナル抗体(R&D Systems AF3729)共に、450RPM、室温で1時間インキュベートした。TBST緩衝液で、プレートを100RPMで1分間、3回洗浄し、TBST緩衝液(社内で決定された最適な二次抗体希釈範囲)中、3%のBSA中の8ng/mLのペルオキシダーゼコンジュゲートロバ-αヤギ二次抗体(Jackson ImmunoResearch 705-035-147)と共に450RPM、室温で30分間インキュベートした。プレートを、TBST緩衝液中、100RPMで1分間、3回洗浄し、1-Step Ultra TMB基質(ThermoFisher Scientific 34028)で、室温で12分間インキュベートした。硫酸を最終濃度1Mになるように添加して、反応を止させ、450nmで吸光度を読み取った。
直接ELISAを、前述のプロトコルから採用した。(Yue,R.,Shen,B.& Morrison,S.J.Clec11a/osteolectin is an osteogenic growth factor that promotes the maintenance of the adult skeleton.Elife 5,doi:10.7554/eLife.18782(2016))。マウス血漿を、PBS(pH7.2)で1:50に希釈し(最大の信号対雑音比を達成するために、社内で決定された最適な血漿希釈範囲)、Corning 1×8 Stripwell 96ウェルプレート(Sigma-Aldrich CLS2592)にコーティングし、4℃で一晩インキュベートした。PBS(pH7.2)のみを使用して、バックグラウンドシグナルを測定した。プレートを、0.01%のTween-20を含むPBS(pH7.2)で3回洗浄し、ELISA Blockerブロッキング緩衝液(ThermoFisher Scientific N502)を使用して、室温で2時間ブロックした。0.01%のTween-20を含むPBS(pH7.2)で、プレートを3回洗浄し、0.01%のTween-20を含むPBS(pH7.2)中の1μg/mLのαClec11aポリクローナル抗体(R&D Systems AF3729)と共に室温で2時間インキュベートした。一次抗体のインキュベーション後、プレートを、0.01%のTween-20を含むPBS(pH7.2)で3回洗浄し、0.01%のTween-20を含むPBS(pH7.2)中の8ng/mLのペルオキシダーゼコンジュゲートロバ-αヤギ二次抗体(Jackson ImmunoResearch 705-035-147)(社内で決定された最適な二次抗体希釈範囲)と共に室温で1時間インキュベートした。次に、プレートを0.01%のTween-20を含むPBS(pH7.2)で3回洗浄し、1-Step Ultra TMB基質(ThermoFisher Scientific 34028)中、室温で12分間インキュベートした。硫酸を最終濃度1Mになるように添加して、反応を止させ、450nmで吸光度を読み取った。組み換えマウスClec11aタンパク質(R&D Systems 3729-SC/CF)を使用して、標準曲線を確立し、タンパク質濃度を決定した。
Clec11a/SCGF注入
組み換えマウスClec11a(SCGF)タンパク質(R&D Systems 3729-SC/CF)を、PBS(pH7.2)に再懸濁して100μg/mLにし、使い捨てアリコートとして-80℃で保存した。定常状態の分析では、PBS(pH7.2)中の4μgのSCGFまたはPBSのみのいずれか100μLを、分析前に5日間連続して皮下注射した。定常状態の動物における総SCGFタンパク質投与は、以前の報告から適応された。63再生分析のために、PBS(pH7.2)中の2μgのSCGFまたはPBSのみのいずれか100μLをTBI後1、3、5、7、9、11、及び13日目に皮下注射した(650Rad)。用量応答実験により、骨髄抑制損傷後のSCGF投与を決定した(補足図10)。
μCT分析では、大腿骨を分離し、4%のPFAで、4℃で24時間固定し、70%のエタノールで4℃にて保存した。等方性ボクセルサイズ7μmのScanco Medical μCT35システムを使用して、遠位大腿骨をイメージングした。スキャンは、55kVpのX線管電位、0.145mAのX線強度、及び600msの積分時間を使用した。骨小柱分析では、成長板の近位280μmから始まる上部2.1mmの領域の輪郭を描いた。皮質骨の分析では、中軸を中心とした長さ0.6mmの領域を使用した。骨小柱及び皮質骨は、mgHA/cm3当たりそれぞれ211及び350で閾値を決定された。2値化された画像の距離変換に基づく方法により輪郭を描かれた2D画像から3D画像が取得された。
定量化及び統計分析
マウス造血パラメーターの表現型及び機能分析の試料サイズを、以前の実験で観察された分散及び効果サイズの以前の推定に基づいて決定した。検出力80%で有意性の閾値(α)を0.05に設定して、平均の2倍の変化を検出する能力に基づいて、必要な動物の数を計算した。少なくとも2つの独立したマウスのコホートで、全ての実験結果を確認した。原稿に示されるデータは、独立した実験からプールされたデータを表す。両側スチューデントのt検定を使用して、2群間の統計的比較を実施した。テューキー補正を用いた一元ANOVA分析を使用して、複数の比較を行った。別途記載のない限り、データは、平均の±平均の標準誤差(SEM)として提示される。統計的有意性は、*(p<0.05)、**(p<0.01)、***(p<0.001)、及びn.s.(有意ではない)として示される。Prism 6(GraphPad Software)を使用して、統計分析を実施した。Extreme Limiting Dilution Analysis(ELDA)ソフトウェア(http://bioinf.wehi.edu.au/software/elda/)を使用して、HSC頻度及び95%信頼区間を決定した。(Hu,Y.& Smyth,G.K.ELDA:extreme limiting dilution analysis for comparing depleted and enriched populations in stem cell and other assays.J Immunol Methods347,70-78,doi:10.1016/j.jim.2009.06.008(2009))。
結果
内皮MAPK活性化は、HSC機能及び造血を損なう。内皮MAPK活性化がHSC活性及び造血に影響を与えるかどうかを判定するために、MAPKシグナル伝達が成体内皮細胞において特異的に構成的に活性化されるマウスモデルを作成した。Rosa26 Stop/Floxed MEK1DDカセット(ERK-MAPKシグナル伝達を構成的に活性化する誘導性S218D/S222D MAPKK1変異体)を保有するマウスを、成体内皮特異的VEカドヘリンプロモーター(Cdh5(PAC)-creERT2)の制御下で、タモキシフェン誘導性creトランスジェニックマウスと交配させて、CDH5-MAPKマウスを生成した。内皮細胞のMAPKシグナル伝達を活性化するために、6~10週齢のオス及びメスマウスを、タモキシフェンを含浸させた飼料(250mg/kg)で4週間維持し、実験分析の前に4週間回復させた。CDH5-MAPKマウスは、同腹仔対照と比較して、骨髄細胞性の有意な低下及び、免疫表現型で定義されたHSC(cKIT+LineageNegCD41-SCA1+CD150+CD48Negとして定義)、ならびに造血幹細胞及び前駆細胞(HSPC)、例えば、KLS細胞(cKIT+LineageNeg SCA1+)、多能性前駆細胞(MPP;cKIT+LineageNeg SCA1+CD150 NegCD48Neg)及び造血前駆細胞サブセット(それぞれ、cKIT+LineageNeg SCA1+CD150 NegCD48+及びcKIT+LineageNegSCA1+CD150+CD48+として定義されたHPC-1及びHPC-2)の頻度及び絶対数の有意な低下を示した(図1A~d、補足図1A)。CDH5-MAPKマウスにおける表現型HSPCの頻度の低下は、メチルセルロースベースのコロニーアッセイによる前駆細胞活性の機能的喪失として現れた(図1e)。CDH5-MAPKマウス由来のBM細胞が、長期生着能及び著しい骨髄バイアス末梢血産物の低下を示したことが、競合的BM移植により明らかになった(図1f、g)。さらに、限界希釈移植アッセイでは、内皮MAPK活性化が、対照マウスと比較してCDH5-MAPKマウスにおいて安定した(>4ヶ月;>1%のCD45.2生着)多系列生着を生じさせることができる真正の長期HSC(LT-HSC)の頻度を大幅に低減させることが確認された(図1h、i)。細胞周期分析では、CDH5-MAPKマウス由来のHSC及びHSPCが、同腹仔対照と比較して静止状態の喪失及びアポトーシスの増加を示したことが示された(図1j、k、補足図1B~f)。総合すると、これらのデータは、内皮MAPKの慢性的な活性化が、ニッチ活性に悪影響を及ぼし、これにより、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥がもたらされることを示唆する。
内皮MAPKは、NF-kB依存性炎症性ストレス応答を引き起こす。CDH5-MAPKマウスで観察された造血障害は、構成的MAPK活性化がBM内皮ニッチの完全性に影響を与える可能性が高いことを示唆する。BMの免疫蛍光分析では、MAPKの活性化が血管拡張の増加を含む内皮ネットワークの破壊につながったことが確認された(図2a)。修正されたEvan‘s Blueアッセイによる血管完全性の分析では、CDH5-MAPKマウスが、血管完全性の喪失を示す、BM血管漏出の有意な増加を発現することが明らかになった(図2b~d)。特に、血管拡張の増加及び漏出の増加は、炎症性ストレスの特質である30。CDH5-MAPKマウスの血漿プロテオーム分析では、sICAM、VCAM、及びIL1bを含む炎症性メディエーターのレベルの有意な増加が示された(図2e及び補足表1)。差次的に発現されるタンパク質の創意工夫経路分析(Ingenuity Pathway Analysis)では、『炎症性応答』がCDH5-MAPKマウス(p値1.3×10-13、活性化zスコア2.32)で最も有意に濃縮された疾患プロセスであり、この中で、『臓器の炎症』(p値5.7×10-16、活性化zスコア0.21)及び『絶対解剖学的起源の炎症』(p値2.8×10-15、活性化zスコア0.84)が最も影響を受けたプロセスであった(図2f)ことが明らかになった。これにより、内皮MAPK活性化が炎症性ストレス応答につながることが示された。NF-κBシグナル伝達は、炎症性応答を引き起こすことに中心的な役割を果たし、最近の報告は、内皮MAPKの活性化が、標準的なNF-κBシグナル伝達の下流の活性化を介して炎症を引き起こし得ることを示す。(Sanchez,A.et al.Map3k8 controls granulocyte colony-stimulating factor production and neutrophil precursor proliferation in lipopolysaccharide-induced emergency granulopoiesis.Sci Rep 7,5010,doi:10.1038/s41598-017-04538-3(2017).;Roth Flach,R.J.et al.Endothelial protein kinase MAP4K4 promotes vascular inflammation and atherosclerosis.Nat Commun 6,8995,doi:10.1038/ncomms9995(2015);Vandoorne,K.et al.Imaging the Vascular Bone Marrow Niche During Inflammatory Stress.Circ Res 123,415-427,doi:10.1161/circresaha.118.313302(2018);Baker,R.G.,Hayden,M.S.& Ghosh,S.NF-kappaB,inflammation,and metabolic disease.Cell metabolism 13,11-22,doi:10.1016/j.cmet.2010.12.008(2011);Bottero,V.,Withoff,S.& Verma,I.M.NF-kappaB and the regulation of hematopoiesis.Cell death and differentiation 13,785-797,doi:10.1038/sj.cdd.4401888(2006))。
この可能性を検証するために、CDH5-MAPKマウスのBMに由来する内皮のイムノブロット分析を実施し、これにより、MEK1DD駆動形ERK1/2リン酸化の増加が確認され(図2g、h)、p65リン酸化において、総IκBαレベルに有意な変化がなく、適度であるが一貫した増加が明らかになった。これらの特徴は、NF-κBシグナル伝達の持続的な活性化を示し、内因性フィードバック機序が、総IκBαレベルの合成を増加させる(Brown,K.,Park,S.,Kanno,T.,Franzoso,G.& Siebenlist,U.Mutual regulation of the transcriptional activator NF-kappa B and its inhibitor,I kappa B-alpha.Proc Natl Acad Sci USA 90,2532-2536,doi:10.1073/pnas.90.6.2532(1993);Wu,C.& Ghosh,S.Differential phosphorylation of the signal-responsive domain of I kappa B alpha and I kappa B beta by I kappa B kinases.J Biol Chem 278,31980-31987,983 doi:10.1074/jbc.M304278200 (2003);Yang,F.,Tang,E.,Guan,K.& Wang,C.Y.IKK beta plays an essential role in the phosphorylation of RelA/p65 on serine 536 induced by lipopolysaccharide.J Immunol 170,5630-5635,doi:10.4049/jimmunol.170.11.5630(2003))。免疫蛍光分析によるp65核転座の定量化では、CDH5-MAPKマウスの内皮内の核p65の増加が示された。これにより、内皮MAPK活性化の下流のNF-κBシグナル伝達の活性化が確認された(図2i、j)。(Wessel,A.W.& Hanson,E.P.A method for the quantitative analysis of stimulation-induced 988 nuclear translocation of the p65 subunit of NF-kappaB from patient-derived dermal fibroblasts.989 Methods Mol Biol 1280,413-426,doi:10.1007/978-1-4939-2422-6_25(2015))。まとめると、CDH5-MAPKマウスの内皮内でのNF-κBシグナル伝達の増加が、血管及び造血の障害につながる炎症性ストレス応答を引き起こす可能性が高いことを、これらの知見は示唆する。
内皮NF-κB阻害は、CDH5-MAPKマウスの血管障害を解消する。次に、CDH5-MAPKマウスの内皮内でのNF-κBシグナル伝達の抑制が血管の欠陥を回復するのに十分であるかどうかを決定した。この目的のために、対照のBM及びCDH5-MAPKマウスに由来する内皮細胞に、核転座を防止する、細胞質内でNF-kB(p65/p50)を分離するドミナントネガティブIκBαS32A/S36Aスーパーサプレッサー(IkB-SS)構築物を発現するレンチウイルスを導入した。(Boehm,J.S.et al.Integrative genomic approaches identify IKBKE as a breast cancer oncogene.991 Cell 129,1065-1079,doi:10.1016/j.cell.2007.03.052(2007);Brown,K.,Gerstberger,S.,Carlson,L.,Franzoso,G.& Siebenlist,U.Control of I kappa B-alpha proteolysis by site-specific,signal-induced phosphorylation.Science 267,1485-1488,doi:10.1126/science.7878466(1995))。イムノブロット分析では、IkB-SS導入遺伝子の発現が確認され、導入遺伝子の発現によるERK1/2またはp65のリン酸化レベルに有意な変化が明らかにならなかった(図3a、b)。免疫蛍光分析では、IkB-SSの発現がCDH5-MAPKマウス由来の内皮におけるp65核転座を減少させることが確認された(図3c、d)。これらのデータは、in vivoでのCDH5-MAPKマウスの内皮内でのNF-κBシグナル伝達の増加が、内皮内でのIkB-SSの発現により抑制することができることを示唆した。この仮説を検証するために、CDH5-MAPKマウスをTie2.IkB-SSマウスと交配させた(CDH5-MAPK::IkBマウス)。この場合、IkB-SS導入遺伝子が、成体マウスの内皮内で選択的に発現される。(Brown,K.,Gerstberger,S.,Carlson,L.,Franzoso,G.& Siebenlist,U.Control of I kappa B-alpha proteolysis by site-specific,signal-induced phosphorylation.Science 267,1485-1488,doi:10.1126/science.7878466(1995))。CDH5-MAPKマウスの骨髄由来内皮細胞(BMEC;CD45-Ter119-CD31+VEカドヘリン+として定義)内のNF-κB調節標的遺伝子発現の分析では、前炎症性サイトカイン及びケモカインIl1a、Il1b、Cxcl1、Cxcl3、Ccl12、及びCcl22を含むNF-kBシグナル伝達標的レベルの増加が明らかになった(図3e~f、補足表2)。重要なことに、CDH5-MAPK::IkBマウスに由来するBMECは、NF-kB標的遺伝子の発現の全体的な減少を示した。これにより、CDH5-MAPKマウスのBMEC内でのIkB-SS導入遺伝子発現が、NF-κBシグナル伝達を減少させたことが示された(図3e~f、補足表2)。さらに、BM内皮ニッチの免疫蛍光分析では、CDH5-MAPK::IkBマウスの血管拡張の正常化が示され、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害が、CDH5-MAPKマウスのBM血管完全性を回復するのに十分であることが確認された(図3g)。まとめると、BM血管ニッチに対する内皮MAPK活性化の有害な影響が、主に内皮NF-κB依存性炎症性ストレスの下流活性化により媒介されることが、これらの知見により確認された。
内皮NF-κB阻害は、CDH5-MAPKマウスのHSC活性を回復させる。次に、CDH5-MAPK::IkBマウスにおけるBM内皮ニッチの完全性の回復がHSC及び造血系の機能回復をもたらすかどうかを研究した。CDH5-MAPK::IkBマウスの造血分析は、BM細胞性の回復と表現型HSC及びHSPCの頻度を示した(図4a、b;補足図2a)。CDH5-MAPK::IkBマウスのBM内での前駆細胞の表現型の回復は、メチルセルロースベースのコロニーアッセイにおける前駆細胞活性にも反映された(図4c)。さらに、競合的BM移植によりアッセイされたHSC機能性は、CDH5-MAPK::IkBマウスにおける長期生着能の完全な回復及び骨髄バイアス分化の逆転を示した(図4d、e;補足図2b)。CDH5-MAPK::IkBマウスに由来するWBM細胞は、二次移植アッセイ中に連続再増殖180及び多系列再構成能を維持することもできた(補足図2c、d)。さらに、限界希釈BM移植により、CDH5-MAPK::IkBマウスに長期の多系列生着を引き起こすことができた真正のLT-HSCの頻度の回復が確認された(図4f、g)。恒常性条件下では、HSCは、主に血管周囲のニッチに存在し、静止状態及び自己複製を調節する内皮細胞及び血管周囲のニッチ細胞から有益な手がかりを受ける。CDH5-MAPKのBM内皮内の炎症がHSC-ニッチ相互作用を破壊したかどうかを判定するために、HSCのホールマウント免疫蛍光イメージングを実施し、これにより、血管系からのHSCの平均距離の増加が明らかになった(図4h、i)。特に、CDH5-MAPK::IkBマウスは、血管ニッチへのHSC近接の回復を示した(図4h、i)。これらのデータは、CDH5-MAPK::IkBマウスにおけるBM内皮の完全性の回復が、HSC-ニッチ相互作用の正常化及びHSC機能性の回復をもたらしたことを示す。内皮MAPK活性化に関連する炎症が骨髄抑制後の造血再構成に影響を与えるかどうかを判定するために、CDH5-MAPK、Tie2.IkB-SS、及びCDH5-MAPK::IkBマウスならびに同腹仔対照が亜致死骨髄抑制損傷を受け、造血回復を評価した。末梢血の分析では、CDH5-MAPKマウスが、造血回復の有意な遅延を示したことが明らかになり、これにより、持続的な内皮MAPK活性化が骨髄抑制損傷後の回復に有害であるが示された(図4j)。しかし、CDH5-MAPKマウスにおける内皮特異的NF-κB阻害は、CDH5-MAPK及び対照マウスと比較して、照射後の白血球、好中球、赤血球、及び血小板の喪失を保護した(図4j)。特に、CDH5-MAPK::IkBマウスの造血回復率は、Tie2.IkB-SSマウスで観察された回復と同様であり、これは、骨髄抑制損傷後の造血系の強力な保護を示すことが以前に実証されている。(Poulos,M.G.et al.Endothelial-specific inhibition of NF-kappaB enhances functional haematopoiesis Nat Commun(2016)7,13829,doi:10.1038/ncomms13829)。これらのデータは、CDH5-MAPKマウスの内皮炎症が、造血回復を遅延させるが、CDH5-MAPKマウスの内皮特異的NF-κB阻害は、造血区画を保護し、骨髄抑制損傷後の回復を促進することを示唆する。
内皮の炎症は、造血前駆細胞活性を損なう。HSCと共に、BM内の血管ニッチは、定常状態の末梢血産物を維持する、系列にコミットされた造血前駆細胞の多様な配列を維持することに重要な役割を果たす。(Wei,Q.& Frenette,P.S.Niches for Hematopoietic Stem Cells and Their Progeny.Immunity(2018)48,632-648,doi:10.1016/j.immuni.2018.03.024;Crane,G.M.,Jeffery,E.& Morrison,S.J.Adult haematopoietic stem cell niches.Nature reviews.Immunology(2017)17,573-590,doi:10.1038/nri.2017.53;Comazzetto,S.et al.Restricted Hematopoietic Progenitors and Erythropoiesis Require SCF from Leptin Receptor+ Niche Cells in the Bone Marrow.Cell stem cell(2019)24,477-486.e476,doi:10.1016/j.stem.2018.11.022)。さらに、脾臓内の血管ニッチは、髄外造血の重要な構成要素であることが示されている。(Inra,C.N.et al.A perisinusoidal niche for extramedullary haematopoiesis in the spleen.Nature(2015)527,466-471,doi:10.1038/nature15530)。
次に、CDH5-MAPKマウスのBM及び脾臓内の造血前駆細胞に対する内皮MAPK活性化の影響を調べた。CDH5-MAPKマウスは、免疫表現型で定義されたBM多能性前駆細胞(MPP)、一般的なリンパ系前駆細胞(CLP)、一般的な骨髄系前駆細胞(CMP)、顆粒球/マクロファージ前駆細胞(GMP)、巨核球/赤血球系前駆細胞(MEP)、及びB細胞前駆細胞サブセット(sIgM-B220+B細胞、Pre-Pro B細胞、Pro B細胞、及びPre B細胞)の減少を示し、これは、末梢血数の減少に機能的に反映された(図5a、b、d;補足図2e、f)。CDH5-MAPKマウスのBM内の造血細胞も、骨髄バイアス産物(CD45+BM細胞内のCD11b+GR1+細胞の割合の増加)を示し、これは、HSCの骨髄バイアス分化を促進する炎症性サイトカインの効果によって媒介される可能性がある(図5c)。BMの系列スキューイングは、末梢血の系列構成にも反映された(図5e)。まとめると、内皮MAPK活性化が、HSC及び前駆細胞の活性の喪失により血球数の減少をもたらし、骨髄バイアス産物と関連していたことを、これらの知見は示す。重要なことに、CDH5-MAPKマウスで観察されたBM及び末梢血の欠陥は、CDH5-MAPK::IkBマウスでは完全に回復した。次に、CDH5-MAPKマウスのBM内の造血障害が、HSPC集結及び髄外造血を引き起こし得るかどうかを、本発明者らは決定しようとした。末梢血分析では、循環KLS HSPCに有意差は見られず、内皮MAPK活性化がHSPC集結をもたらさなかったことが明らかにならなかった(図5f)。CDH5-MAPKマウスの脾臓の分析では、HSC及び造血サブセットの頻度の減少と共に、サイズ及び細胞性の有意な減少が明らかになり、これにより、髄外造血がないことが示された(図5g~k)。脾臓のCD45+細胞の系列組成は、骨髄性バイアス(CD11b+GR1+細胞)を明らかにした。これにより、内皮MAPK依存性炎症が脾臓内のニッチ活性及び造血に悪影響を与えることが確認された(図5l)。特に、CDH5-MAPK::IkBマウスは、CDH5-MAPKマウスの脾臓で観察された欠陥の回復を示していた(図5g~1)。CDH5-MAPKマウスが、一次(骨髄)及び二次(脾臓)造血臓器の両方で造血障害を表すこと、ならびに、内皮NF-κBシグナル伝達の抑制が内皮MAPK活性化に起因する造血障害を無効にすることを、これらのデータは示す。
内皮MAPK活性化は、骨髄内の炎症性ストレス応答を引き起こす。CDH5-MAPK238マウスのBM内の血管拡張に伴うHSC及び造血障害(図1、2)は、下流の内皮NF-κB活性化がBM微小環境内で一般化された炎症性ストレス応答を誘導する可能性を高めた。この考えを支持して、RT-qPCR分析では、CDH5-MAPKマウスの造血細胞(CD45+)、間質細胞(CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-)、及び、CDH5-MAPKマウスの未分画の全骨髄(WBM)細胞におけるNF-kB標的遺伝子の全体的な上方調節が明らかになった(補足図3a~f、補足表2)。これにより、内皮MAPKの活性化が、BM内の一般化された炎症性応答を引き起こすことが示された。CDH5-MAPKマウスのWBM内でのNF-kB標的遺伝子の発現の著しい増加(補足図3e、f)は、CDH5-MAPKマウスの造血細胞内でのMEK1DD導入遺伝子の無差別発現の可能性を高めた。この可能性を検証するために、CDH5-MAPKマウスにおける導入遺伝子発現の忠実度は、内因性のRosa26:eGFPレポーターシステムを使用して、cre媒介性248組み換えを追跡することにより検証された(図6)。GFPの発現は、骨髄内の内皮細胞に厳密に限定され、HSC、ならびに骨髄細胞、B細胞、及びT細胞を含む分析された造血サブセットのいずれにも検出可能な発現はなかった(補足図6a~e;補足図4a、b)。フローサイトメトリー分析では、タモキシフェン投与は、in vivoでの内皮MAPKシグナル伝達の活性化をもたらしたことが示され(図6c)、また、組み換え効率を追跡するためのGFPレポーターシステムの忠実度が確認された(図6d)。さらに、FACS選別細胞のRT PCR分析では、cre発現が内皮細胞に限定され、CDH5-MAPKマウスの造血細胞で検出されないことが示された(図6g)。これらの知見は、Cdh5(PAC)-creERT2マウスが、成体マウスにおいて忠実な内皮制限発現を示し、HSCまたは造血細胞でのオフターゲット発現がないという以前の報告を裏付ける。(Sorensen,I.,Adams,R.H.& Gossler,A.DLL1-mediated Notch activation regulates endothelial identity in mouse fetal arteries.Blood(2009)113,5680-5688,doi:10.1182/blood-2008-08-174508;Langen,U.H.et al.Cell-matrix signals specify bone endothelial cells during developmental osteogenesis.Nature cell biology(2017)19,189-201,doi:10.1038/ncb3476.46 Payne,S.,De Val,S.& Neal,A.Endothelial-Specific Cre Mouse Models.Arterioscler Thromb Vasc Biol (2018)38,2550-2561,doi:10.1161/atvbaha.118.309669;Kilani,B.et al.Comparison of endothelial promoter efficiency and specificity in mice reveals a subset of Pdgfb-positive hematopoietic cells.J Thromb Haemost(2019)17,827-840,doi:10.1111/jth.14417)。
Tie2.IkB-SSマウスにおけるIkB-SS導入遺伝子の発現は、造血細胞では検出可能な発現がなく、内皮細胞に限定されていることが確認された(図6f、g)。成人の造血細胞におけるTie2駆動型導入遺伝子発現の欠如は、以前の報告と一致している。(Forde,A.,Constien,R.,Grone,H.J.,Hammerling,G.& Arnold,B.Temporal Cre-mediated recombination exclusively in endothelial cells using Tie2 regulatory elements.Genesis(2002)33,191-197,doi:10.1002/gene.10117;Tang,Y.,Harrington,A.,Yang,X.,Friesel,R.E.& Liaw,L.The contribution of the Tie2+ lineage to primitive and definitive hematopoietic cells.Genesis(2010)48,563-567,doi:10.1002/dvg.20654;Gareus,R.et al.Endothelial cell-specific NF-kappaB inhibition protects mice from atherosclerosis.Cell metabolism(2008)8,372-383,doi:10.1016/j.cmet.2008.08.016;Korhonen,H.et al.Anaphylactic shock depends on endothelial Gq/G11.J Exp Med(2009)206,411-420,doi:10.1084/jem.20082150;Poulos,M.G.et al.Endothelial-specific inhibition of NF-kappaB enhances functional haematopoiesis.Nat Commun(2016)7,13829,doi:10.1038/ncomms13829).
まとめると、CDH5-MAPKマウスのHSC及び造血障害が、BM内の内皮NF-κB依存性炎症性ストレスにより排他的に媒介されることが、これらの観察結果により確認される。重要なことに、CDH5-MAPK::IkBマウスにおけるNF-κBシグナル伝達の内皮特異的抑制は、教師なし階層的クラスタリング及びNF-kBシグナル伝達標的の発現の全体的な減少により示されるようにBM炎症を解消した(補足図3a~f、補足表2)。まとめると、内皮細胞が、BM内のまれな集団であるにもかかわらず(図6b)、炎症性ストレス中のHSC機能及び造血に大きな影響を与えていることを、これらの結果は強調する。
内皮NF-κB阻害は、炎症誘導性低酸素傷害を解決する。BM炎症がニッチ活性及びHSC機能に影響を与える正確な機序は、依然として、十分に理解されない。慢性炎症は、組織の低酸素症を誘導することにより、臓器の損傷を引き起こすことが知られる。(Bartels,K.,Grenz,A.& Eltzschig,H.K.Hypoxia and inflammation are two sides of the same coin.Proc Natl Acad Sci USA(2013)110,18351-18352,doi:10.1073/pnas.1318345110;Karhausen,J.,Haase,V.H.& Colgan,S.P.Inflammatory hypoxia:role of hypoxia-inducible factor.Cell Cycle(2005)4,256-258;Eltzschig,H.K.& Carmeliet,P.Hypoxia and inflammation.N Engl J Med(2011)364,656-665,doi:10.1056/NEJMra0910283)。さらに、炎症部位での活性酸素種(ROS)の生成の増加は、内皮機能障害、血管漏出、及び組織損傷につながる。(Mittal,M.,Siddiqui,M.R.,Tran,K.,Reddy,S.P.& Malik,A.B.Reactive oxygen species in 1035 inflammation and tissue injury.Antioxid Redox Signal(2014)20,1126-1167,doi:10.1089/ars.2012.5149)。重要なことに、過剰なROS及び低酸素症は、静止状態の喪失及び消耗を促進することにより、HSPC機能に悪影響を与えることが示されている。(Bigarella,C.L.,Liang,R.& Ghaffari,S.Stem cells and the impact of ROS signaling.Development(2014)141,4206-4218,doi:10.1242/dev.107086;Takubo,K.et al.Regulation of the HIF-1alpha level is essential for hematopoietic stem cells.Cell stem cell(2010)7,391-402,doi:10.1016/j.stem.2010.06.020;Ludin,A.et al.Reactive oxygen species regulate hematopoietic stem cell self-renewal,migration and development,as well as their bone marrow microenvironment.Antioxid Redox Signal(2014)21,1605-1619,doi:10.1089/ars.2014.5941)。
BM炎症がCDH5-MAPKマウスの造血及び血管欠損を引き起こす機序への洞察を得るために、HSPC及びBMニッチ細胞の酸素化状態及びROSレベルを試験した(図7)。CDH5-MAPKマウスのHSPCは、静止状態の喪失及びアポトーシスの増加と共に低酸素及びROSレベルの大幅な増加を示した(図7a~d;補足図5)。特に、BM内皮細胞及びBM間質細胞の両方が、低酸素症の増加も示した(図7e)。これにより、炎症により誘導された低酸素損傷がCDH5-MAPKマウスのHSPC及びBMニッチ細胞の両方に影響を及ぼし、内皮NFκBシグナル伝達の抑制により回復したことが示される。興味深いことに、ニッチ細胞は、ROSレベルに大幅な変化を示さず(図7f)、これは、HSPCと比較した場合の、炎症性ストレスに応答した産生が不変であること、またはROS解毒能の高さもしくは炎症性ストレスに応答した産生の悪化のいずれかを示した。しかし、BM間質細胞は、CDH5-MAPKマウスでサイクリングの喪失及びアポトーシスの増加を示した(図7g、h)。これに反して、恒常性条件下で観察されたBM内皮の静止状態は、MAPK活性化によって駆動される細胞周期侵入の直接的な影響に起因する可能性があるCDH5-MAPKマウスで破壊された(図7g)。CDH5-MAPKマウスのニッチ細胞の細胞周期状態の変化をBM細胞性に反映し、内皮細胞は、絶対数の増加を示したが、間質細胞を減少させた(図7i、k)。特に、CDH5-MAPKマウスのニッチ細胞で観察された欠陥は、CDH5-MAPK::IkBマウスで回復した(図7e~h)。
内皮細胞及び様々なBM間質サブセットを含むBMニッチ細胞は、KitL及びSDF1などのpro-HSC因子を発現させることにより、HSCの維持に重要な役割を果たすことが既知である。(Morrison,S.J.& Scadden,D.T.The bone marrow niche for haematopoietic stem cells.Nature(2014)505,327-334,doi:10.1038/nature12984)。内皮MAPK活性化がこれらのHSC調節因子のレベルを変化させたかどうかを判断するために、RT-qPCRによって候補BMニッチ細胞におけるそれらの発現を、本発明者らは評価した。しかし、遺伝子型の中でBMECまたはBM間質細胞のいずれかで、それらの発現に大幅な変化は観察されなかった(図7j、l)。BM間質集団内では、Lepr+細胞(Nestin+及びCXCL12の豊富な細網細胞を含む)がHSC維持のためのKitL及びSDF1の重要な供給源であることが示されている。(Zhou,B.O.,Yue,R.,Murphy,M.M.,Peyer,J.G.& Morrison,S.J.Leptin-receptor-expressing mesenchymal stromal cells represent the main source of bone formed by adult bone marrow.Cell stem cell(2014)15,154-168,doi:10.1016/j.stem.2014.06.008)。SDF1は、CD45-Ter119-CD31-Sca1-CD51+BM骨芽細胞により発現されることも既知である。(Ding,L.& Morrison,S.J.Haematopoietic stem cells and early lymphoid progenitors occupy distinct bone marrow niches.Nature(2013)495,231-235,doi:10.1038/nature11885)。
BM Lepr+細胞及び骨芽細胞の分析は、CDH5-MAPKマウスの細胞性またはHSC調節因子の発現において大幅な変化を明らかにしなかった(補足図6a~e、g、h)。しかし、CDH5-MAPKマウスのLepr+細胞及び骨芽細胞の両方が、他のBM細胞サブセットと同様にNF-κB調節標的遺伝子の発現増加を示し、これは、内皮NF-κBシグナル伝達の阻害時に抑制された(補足図6f、i)。まとめると、CDH5-MAPKマウスで観察されたニッチ及びHSPC欠陥が、ROSレベル及び低酸素症の炎症誘導性変化と相関すること、ならびに、CDH5-306MAPKの内皮細胞内のNF-κBシグナル伝達の阻害が、これらの欠陥を解決することを、これらの結果は示す。
CDH5-308MAPKマウスのHSPC及びニッチ欠陥を潜在的に媒介する前炎症性遺伝子を同定するために、BM内皮、造血、及び間質区画内で発現の増加を示した遺伝子について、qPCRアレイデータ(補足表2)を調査し;Il1b、Csf1、Cdkn1a、及びCsf2は、内皮MAPK活性化時に、3つの細胞サブセット全てで大幅に上方調節された(図7m)。Il1b及びCsf1は、HSC機能に直接影響を与え、リンパ球形成を犠牲にして骨髄バイアス分化を促進することが以前に報告されている。(Pietras,E.M.et al.Chronic interleukin-1 exposure drives haematopoietic stem cells towards precocious myeloid differentiation at the expense of self-renewal.Nature cell biology(2016)18,607-618,doi:10.1038/ncb3346;Mossadegh-Keller,N.et al.M-CSF instructs myeloid lineage fate in single haematopoietic stem cells.Nature(2013)497,239-243,doi:10.1038/nature12026)。慢性的なIl1曝露は、HSCサイクリング及び消耗の増強を引き起こすことも示されている。(Pietras、E.M.et al.Chronic interleukin-1 exposure drives haematopoietic stem cells towards precocious myeloid differentiation at the expense of self-renewal.Nature cell biology(2016)18,607-618,doi:10.1038/ncb3346)。HSPCサイクリングの増加、再増殖能の障害、及び骨髄バイアス分化を含むCDH5-MAPKマウスで観察された造血障害は、場合により、Il1b及びCsf1がCDH5-MAPKマウスでのHSPC欠陥を媒介し、CDH5-MAPK::IkBマウスでの抑制は、造血機能を潜在的に回復させることを示唆する。この可能性を検証するために、RT-qPCR分析を実施し、CDH5-MAPKマウスにおける内皮NF-κBシグナル伝達の阻害が、内皮細胞、間質細胞、及び造血細胞内のIl1bの発現を減少させるが、Csf1発現を間質細胞及び造血細胞で減少したことが確認された(図7n~p)。特に、内皮Csf1発現が減少しなかったが、内皮Il1b発現の減少は、CDH5-MAPK::IkBマウスの未分画WBM細胞内の炎症の大幅な下方調節と相関していた(図7q、補足図3e)。これにより、内皮Il1bがCDH5-MAPKマウスのBM炎症を媒介することに重要な役割を果たす可能性が高いことが示唆される。しかし、CDH5-MAPKマウスの血漿プロテオームで観察された多様な変化は、慢性炎症が、炎症性応答及びHSC機能を調節する複数の前炎症性及び抗炎症性メディエーターのバランスを伴う可能性があることを示唆する(図2e、f)。
SCGFは、CDH5-MAPKマウスのBM炎症を抑制し、HSC機能を回復させる。CDH5-MAPKマウスをTie2.IkB-SSマウスに交配すると、炎症が解消され、血管及び造血の障害が回復したことを考えると、本発明者らは、炎症中のHSC機能を調節し得る新規候補タンパク質をスクリーニングするために、これらのモデルを利用した。この目的のために、Tie2.IkB-SSマウスに由来する血漿のプロテオミクス分析(SomaLogic)により、同腹仔対照と比較して差次的に発現する82のタンパク質が同定された(データは示されず)。潜在的な造血促進タンパク質は、Tie2.IkB-SSマウスと比較して、CDH5-MAPKマウスでは反対の傾向を示すと仮定された。このアプローチを使用して、大幅に変化し、逆相関した18の候補因子を同定した(すなわち、CDH5-MAPKマウスでは下、Tie2.IkB-SSでは上、及び逆もまた同様)(補足図7a、b)。これらの中で、Clec11a/幹細胞成長因子-α(SCGF)は、CDH5-MAPKマウスで最も有意に下方調節されたタンパク質であった(補足図7c)。
SCGFは、最近、老齢マウスの骨形成を回復させるための潜在的な若返り因子として同定されている。(Yue,R.,Shen,B.& Morrison,S.J.Clec11a/osteolectin is an osteogenic growth factor that promotes the maintenance of the adult skeleton.Elife 5,doi:10.7554/eLife.18782(2016))。SCGFは、定常状態の造血に不要であることが報告されているが、SCGFの血漿レベルは、重度のマラリア貧血患者で下方調節され、血漿SCGFのレベルの低下が、骨髄移植後の造血回復不良と相関していること報告されている。これにより、SCGFが、ストレス造血中に重要な役割を果たし得ることが示される。(Yue,R.,Shen,B.& Morrison,S.J.Clec11a/osteolectin is an osteogenic growth factor that promotes the maintenance of the adult skeleton.Elife(2016)5,doi:10.7554/eLife.18782;Keller,C.C.et al.Suppression of a novel hematopoietic mediator in children with severe malarial anemia.Infect Immun(2009)77,3864-3871,doi:10.1128/IAI.00342-09;Ito,C.et al.Serum stem cell growth factor for monitoring hematopoietic recovery following stem cell transplantation.Bone Marrow Transplant(2003)32,391-398,doi:10.1038/sj.bmt.1704152)。SCGFアプタマーの特異性が確認され、CDH5-MAPKマウスで観察された血漿SCGFの減少が検証された(補足図7d)。特に、CDH5-MAPK::IkBマウスは、血漿SCGFレベルの回復を示した。これにより、さらに、SCGFがCDH5-MAPK::IkBマウスの回復を促進する潜在的な造血促進因子であり得ることが示される。(補足図7e、f)。
SCGFがCDH5-MAPKマウスの造血障害を回復し得るかどうかを判定するために、4μgのSCGFを5日間連続して皮下注入し、最後の注射から24時間後に造血系の表現型及び機能特性を分析した(補足図8a)。同腹仔対照マウスへのSCGF注入により、SCGFが以前に報告されたように定常状態の造血に影響を及ぼさなかったことが確認された(図8及び補足図8)。(Yue,R.,Shen,B.& Morrison,S.J.Clec11a/osteolectin is an osteogenic growth factor that promotes the maintenance of the adult skeleton.Elife(2016)5,doi:10.7554/eLife.18782)。しかし、CDH5-MAPKマウスへのSCGFの注入は、造血に重大な影響を及ぼした(図8及び補足図8)。SCGF注入は、CDH5-MAPKマウスの表現型HSC及びHSPCの頻度を大幅に増加させた(図8a、b;補足図8c)。HSPC頻度の増加は、SCGF処置CDH5-MAPKマウスから単離されたBM細胞のコロニー形成能の向上に反映された(図8c)。また、SCGF注入により、CDH5-MAPKマウスの末梢血骨髄バイアスが解消され、血球数を回復させた(補足図8d、e)。さらに、競合的BM移植では、CDH5-MAPKマウスへのSCGF注入より、骨髄性バイアスの有意な減少を伴って、長期の生着能が回復したことが示された(図8d、e)。SCGFで処理されたCDH5-MAPKマウスに由来するBM細胞の生着能の増加は、二次移植アッセイの間も維持され、これにより、連続的な再増殖能力の維持が示される(図8f、g)。興味深いことに、一次移植で観察されたCDH5-MAPKマウスの骨髄バイアス産物は、二次移植で解決された。これにより、炎症誘導性のHSCの系列スキューイングは永続的ではなく、連続移植中に野生型BM微小環境に曝露すると可逆的であることが示される(図8f、g)。
SCGFノックアウトマウスが、正常な造血パラメーター及び骨量減少の加速(Yue,R.,Shen,B.& Morrison,S.J.Clec11a/osteolectin is an osteogenic growth factor that promotes the maintenance of the adult skeleton.Elife(2016)5,doi:10.7554/eLife.18782)ならびにSCGF注入対照マウスの造血に対する識別可能な効果の欠如(図8a~g)を示すことを考えると、SCGF注入CDH5-MAPKマウスで観察された造血回復は、おそらく、血管ニッチへの影響により媒介される可能性がある。内皮ニッチの分析では、SCGFの注入が血管拡張を解決し、CDH5-MAPKマウスのBM微小環境内の血管漏出を抑制したことが明らかになった(図8h、i)。SCGF注入により媒介される血管の回復は、CDH5-MAPKマウスのBM内のNF-kB標的遺伝子の発現の全体的な減少とも関連していた(図8j)。SCGF注入により媒介される顕著な血管回復は、SCGFがCDH5-MAPKマウスの内皮に直接作用してNF-kBシグナル伝達を抑制する可能性を高めた。免疫蛍光分析では、SCGF処置がCDH5-MAPKマウスから単離されたBM内皮内の核p65レベルの減少をもたらしたことが示された。これにより、内皮細胞に対するSCGFの直接効果が確認される(図8k、l)。総合すると、これらのデータにより、CDH5-MAPKマウスへのSCGFの注入が、内皮の炎症を抑制し、血管完全性を回復させ、造血系の回復につながることが示される。
SCGFが骨形成を促進することが示されているので、CDH5-MAPKマウスで観察されたBM炎症に伴う血漿SCGFレベルの減少が骨減少症を引き起こし得る可能性がある。CDH5-MAPKマウスは、実に、骨小柱の体積、骨小柱の数、及び厚さの全体的な減少を示し、これにより、内皮MAPKの活性化が骨の健康に有害な影響を与えたことが示された(補足図9a~d)。次に、SCGFのCDH5-MAPKマウスの骨形成を回復する能力を研究した。造血への影響と同様に、SCGFは、対照マウスの骨形成に影響を与えなかった(補足図9a~d)。しかし、SCGFの注入は、CDH5-MAPKマウスの骨小柱の体積ならびに骨小柱の数及び厚さの有意な増加を引き起こし、これにより、骨形成の促進において役割を果たすことが確認される(補足図9a~d)。特に、SCGFの発現は、造血細胞及びBMECには見られず、主に、BM Lepr+及び骨芽細胞間質サブセットを含むBM間質細胞で発現された(補足図9e)。しかし、Tie2-IkB-SS、CDH5-MAPK、及びCDH5-MAPK::IkBマウスのBMからの全間質細胞、Lepr+細胞、及び骨芽細胞におけるSCGF発現の分析では、mRNA発現の大幅な変化が明らかにならなかった(補足図9f)。これにより、CDH5-MAPKマウスにおける血漿SCGFの減少が転写変化によるものではないことが示される。
炎症性応答を媒介するサイトカインは、翻訳レベルで調節することができることが知られており、最近の報告では、Il1bが翻訳を調節することにより軟骨細胞の分泌応答を調節することが示された。(Mazumder,B.,Li,X.& Barik,S.Translation control:a multifaceted regulator of inflammatory response.J Immunol(2010)184,3311-3319,doi:10.4049/jimmunol.0903778;McDermott,B.T.,Peffers,M.J.,McDonagh,B.& Tew,S.R.Translational regulation contributes to the secretory response of chondrocytic cells following exposure to Interleukin-1beta.J Biol Chem(2019)doi:10.1074/jbc.RA118.006865)。SCGFが分泌タンパク質であり、炎症性応答を調節しているように見えることを考えると、翻訳調節を受け得る可能性がある。しかし、CDH5-MAPKマウスにおける血漿SCGFの減少の最も可能性の高い説明は、CDH5-MAPKマウスにおけるBM間質細胞数(血漿SCGFを産生する細胞)のアポトーシスによる全体的な減少によるものと思われる(図7h、k)。まとめると、SCGF注入が、血管完全性を回復し、BM炎症を解消し、骨の健康を改善することによってCDH5-MAPKマウスで観察された造血障害を回復させ、従って、SCGFがストレス状況下で造血回復を媒介することにおいて重要な役割を果たし得ることが示唆されることを、これらのデータが示す。
SCGFは、骨髄抑制損傷後の造血再生を高める。骨髄抑制性傷害は、内皮のニッチに悪影響を及ぼし、これにより、血管完全性の損失及び造血回復の遅れがもたらされることが示されている。(Hooper,A.T.et al.Engraftment and reconstitution of hematopoiesis is dependent on VEGFR2-mediated regeneration of sinusoidal endothelial cells.Cell stem cell(2009)4,263-274,doi:10.1016/j.stem.2009.01.006;Li,X.M.,Hu,Z.,Jorgenson,M.L.,Wingard,J.R.& Slayton,W.B.Bone marrow sinusoidal endothelial cells undergo nonapoptotic cell death and are replaced by proliferating sinusoidal cells in situ to maintain the vascular niche following lethal irradiation.Exp Hematol(2008)36,1143-1066 1156,doi:10.1016/j.exphem.2008.06.009)。特に、電離放射線は、内皮内のNF-kBシグナル伝達を活性化し、炎症及び内皮機能障害につながることが既知である。(Baselet,B.,Sonveaux,P.,Baatout,S.& Aerts,A.Pathological effects of ionizing radiation:endothelial activation and dysfunction.Cell Mol Life Sci(2019)76,699-728,doi:10.1007/s00018-018-2956-z)。
SCGF注入がCDH5-MAPKマウスの血管及び造血の障害を解決することを考えると、SCGFが骨髄抑制ストレス後の造血回復を高め得るかどうかが試験される。野生型マウスに骨髄抑制線量の照射(650Rad)を与え、照射後+1日目から開始する合計7回の注射で、0.5μg、1μg、または2μgのいずれかのSCGFを1日おきに注入し、造血回復を21日間評価した(補足図10a)。2μgのSCGFの注入が、白血球、赤血球、及び血小板の回復の大幅な増強をもたらしたことを、用量応答実験は示した。これにより、SCGFが骨髄抑制ストレス後の造血回復を高めることが確認される(補足図10a)。この方策を利用して、SCGFが造血回復を改善し、対照マウス及びCDH5-MAPKマウスの両方でHSPC活性を維持し得るかどうかが試験された(補足図10b)。SCGFの注入により、対照マウス及びCDH5-MAPKマウスの両方において、650Radの骨髄抑制照射後の造血回復が改善されたことを、本発明者らは見出した(図9a、b)。SCGF注入により、対照マウス及びCDH5-MAPKマウスの両方において血管完全性が維持されることを、照射後28日目の大腿骨BM切片の免疫蛍光分析は明らかにした。(図9c、d)。対照マウス及びSCGFで処置されたCDH5-MAPKマウスの両方において、BM細胞性に大幅な増加が見られたが(図9e)、表現型HSC頻度に大幅な変化は観察されなかった(図9f)ことを、骨髄抑制損傷の28日後のBM細胞性及びHSC頻度の評価は明らかにした。HSC頻度が炎症性ストレスの条件下で生着能と十分に相関しないことが示されていることを考慮して、SCGF注入が骨髄抑制後のHSC機能性を高めることができる能力を研究した。(Zhang,H.et al.Sepsis Induces Hematopoietic Stem Cell Exhaustion and Myelosuppression through Distinct Contributions of TRIF and MYD88.Stem Cell Reports(2016)6,940-956,doi:10.1016/j.stemcr.2016.05.002)。この目的のために、照射後28日目に競合的BM移植を実施し、CDH5-MAPKマウスまたは同腹仔対照(PBSまたはSCGFで処置)由来の2.5×106のドナーWBM細胞を、致死的に照射された(950Rad)CD45.1マウスに、5×105のCD45.1競合物質WBM細胞と共に移植した(図9g、h)。SCGFの注入により、対照マウス及びCDH5-MAPKマウスの両方に由来する造血細胞の長期生着能及び多系列再構成能が大幅に向上することを、移植の4ヶ月後のCD45.2細胞生着の分析は明らかにした(図9g、h)。特に、SCGF注入は、二次移植アッセイ中にCDH5-MAPKマウスに由来する造血細胞の連続的な再増殖能力を維持することが可能であった(図9g、h)。これは、SCGFが、定常状態(図8d~g)及び骨髄抑制損傷後(図9g~j)の両方でCDH5-MAPKマウスのHSC機能性を維持することを示した。さらに重要なことに、SCGF注入が対照マウスの定常状態の造血に影響を与えなかったが(図8)、これらのデータは、SCGFが骨髄抑制損傷後の対照マウスのHSC機能を維持することを示し(図9g、h)、それにより、造血ストレス中のSCGFの新しい役割を定義した。まとめると、SCGFが炎症性ストレス下での血管及び造血回復を高めるだけでなく、造血系への骨髄抑制性傷害後のHSCの機能性を大幅に改善する強力な治療特性を有することを、これらの知見は示す。
考察
HSC機能に対する特定の炎症性サイトカインの直接的な影響は、広く研究されている。(Mirantes,C.,Passegue,E.& Pietras,E.M.Pro-inflammatory cytokines:emerging players regulating HSC function in normal and diseased hematopoiesis.Experimental cell research(2014)329,248-254,doi:10.1016/j.yexcr.2014.08.017)。しかし、BM微小環境内のHSCをサポートするニッチ細胞への慢性炎症の影響は、微小環境由来の炎症を概括するモデルシステムが不足しているので、十分に理解されていないままである。本研究では、BM内皮ニッチ内の持続性炎症が、BM微小環境内の酸素化状態、ROSレベル、及び前炎症性サイトカイン環境の変化に起因するHSC機能に悪影響を与えることが示された。成体マウスの内皮内で選択的にMAPKシグナル伝達を活性化すると、HSPC及び複数のニッチ細胞を含むBM微小環境内でNF-kB依存性の炎症性ストレス応答が引き起こされる。これは、慢性炎症時の内皮の重要な役割を強調する(図10)。さらに、内皮MAPK活性化に起因する炎症性ストレスは、骨髄抑制損傷後の造血回復及びHSC機能性に重大な障害を引き起こした。重要なことに、遺伝子(内皮NF-kBの抑制)または薬理学的(SCGF注入)手段による炎症の寛解は、内皮MAPK活性化により観察された造血及びHSC欠陥の全てを解決することが可能であった。これにより、組織特異的微小環境内の炎症によって誘導された幹細胞機能障害が可逆的であることが示される。
NF-kB及びMAPK経路は、感染への応答、骨髄抑制損傷からの回復、及び炎症の調節に密接に関与する。HSCの維持、造血、及び免疫細胞機能におけるこれらの経路の細胞固有の役割が、徹底的に調査されているが、これらの経路が、微小血管内皮内の炎症性応答の調節に不可欠な役割を果たすことがますます明らかになる。(Pober,J.S.& Sessa,W.C.Evolving functions of endothelial cells in inflammation.Nature reviews.Immunology(2007)7,803-815,doi:10.1038/nri2171;Bottero,V.,Withoff,S.& Verma,I.M.NF-kappaB and the regulation of hematopoiesis.Cell death and differentiation(2006)13,785-797,doi:10.1038/sj.cdd.4401888;Geest,C.R.& Coffer,P.J.MAPK signaling pathways in the regulation of hematopoiesis.Journal of leukocyte biology(2009)86,237-250,doi:10.1189/jlb.0209097)。
内皮細胞内では、NF-κBは、前炎症性サイトカインの膨大なレパートリーのマスター調節因子として機能する。(Xiao,L.,Liu,Y.& Wang,N.New paradigms in inflammatory signaling in vascular endothelial cells.Am.J Physiology.Heart and circulatory physiology(2014)306,H317-325,doi:10.1152/ajpheart.00182.2013)。侵入する病原体に対する免疫応答の開始における内皮NF-kBシグナル伝達の確立された役割に加えて、それは、照射などの損傷後にも活性化される。これは、慢性血管炎症、組織損傷、及び臓器機能障害を引き起こす。(Baselet,B.,Sonveaux,P.,Baatout,S.& Aerts,A.Pathological effects of ionizing radiation:endothelial activation and dysfunction.Cell Mol Life Sci(2019)76,699-728,doi:10.1007/s00018-018-2956-z;Korpela,E.& Liu,S.K.Endothelial perturbations and therapeutic strategies in normal tissue radiation damage.Radiation oncology(London,England)(2014)9,266,doi:10.1186/s13014-014-0266-1083 7)。
興味深いことに、血管内のNF-kBシグナル伝達は、放射線療法後数年間、活性化されたままである。これにより、前炎症性サイトカインの持続的な発現につながる。(Halle,M.et al.Sustained inflammation due to nuclear factor-kappa B activation in irradiated human arteries.J.Am.Coll.Cardiol.5(2010)5,1227-1236,doi:10.1016/j.jacc.2009.10.047)。NF-κBの阻害が、移植片から分泌されたサイトカインの量を減少させることにより、骨髄破壊療法、移植片拒絶反応、及び移植片対宿主病からの保護に有益であり得ることを、研究は示唆している。(Bottero,V.,Withoff,S.& Verma,I.M.NF-kappaB and the regulation of hematopoiesis.Cell death and differentiation(2006)13,785-797,doi:10.1038/sj.cdd.4401888)。
実に、特に、内皮細胞における、標準的なNF-κBシグナル伝達経路の阻害が、1つには前炎症性サイトカインを減少させることにより、定常状態の造血及び照射誘導性骨髄抑制後の再生の両方を高めることに重大な影響を有することを、本研究は示した。(Poulos,M.G.et al.Endothelial-specific inhibition of NF-kappaB enhances functional haematopoiesis.Nat Commun(2016)7,13829,doi:10.1038/ncomms13829)。最近の研究は、特に、患者が中~高線量の全身照射に曝露される場合、造血系の再生中のMAPKシグナル伝達の役割を明らかにし始めている。(Munshi,A.& Ramesh,R.Mitogen-activated protein kinases and their role in radiation response.Genes Cancer(2013)4,401-408,doi:10.1177/1947601913485414)。放射線損傷後の造血回復の遅れは、MAPKシグナル伝達の増加に起因している。(Wang,Y.,Liu,L.& Zhou,D.Inhibition of p38 MAPK attenuates ionizing radiation-induced hematopoietic cell senescence and residual bone marrow injury.Radiat Res(2011)176,743-752)。慢性的な内皮MAPK活性化は、特に炎症誘導性損傷後の血管機能障害の特徴である、血管透過性の増加を引き起こすことが示されている。(Dong,F.et al.Cadmium induces vascular permeability via activation of the p38 MAPK pathway.Biochem Biophys Res Commun(2014)450,447-452,doi:10.1016/j.bbrc.2014.05.140;Li,L.et al.P38/MAPK contributes to endothelial barrier dysfunction via MAP4 phosphorylation-dependent microtubule disassembly in inflammation-induced acute lung injury.Sci Rep(2015)5,8895,doi:10.1038/srep08895)。内皮細胞におけるMAPK活性化が血管炎症及び内皮機能不全の増加をもたらすことを示唆する証拠が増えている。(Roth Flach,R.J.et al.Endothelial protein kinase MAP4K4 promotes vascular inflammation and atherosclerosis.Nat Commun(2015)6,8995,doi:10.1038/ncomms9995)。まとめると、内皮内の慢性炎症が、MAPK及びNF-kBの両方のシグナル伝達経路間の相互作用を伴い得ることを、これらの研究は示す。
ERK-MAPK経路及びNF-kB経路間のクロストークが、BM内の慢性内皮炎症の結果ならびにニッチ活性及びHSC機能への得られた影響を調節することを、本研究は示す。CDH5-MAPKマウスで観察されたHSCの骨髄バイアス産物は、HSC機能に対する慢性血管炎症の影響を示し、骨髄新生物の素因を含む加齢関連HSC表現型に影響を与える持続的なニッチ駆動炎症の可能性を強調する。重要なことに、内皮NF-kB阻害時にCDH5-MAPKマウスで観察された造血障害の完全なレスキューにより、慢性炎症中の幹細胞ニッチ相互作用を調べるための検証可能な仮説を導き出すために、及び炎症関連HSC及びニッチの欠陥を解決するSCGFのような新しい因子を同定するために、これらの遺伝子モデルを利用する機会が可能なる。SCGF/Clec11aは、テトラネクチンファミリーに属するC型レクチンタンパク質のメンバーである。(Brown,G.D.,Willment,J.A.& Whitehead,L.C-type lectins in immunity and homeostasis.Nature reviews.Immunology(2018)18,374-389,doi:10.1038/s41577-018-0004-8)。最近の研究では、免疫、炎症、及び様々な生理学的プロセスとの関連でC型レクチンが果たす重要な役割が強調されている。(同上を参照。)SCGFが、対照マウスの定常状態の造血に影響を与えなかったが、CDH5-MAPKマウスへのSCGFの注入は、表現型及び機能的造血属性に多大な利益をもたらした。これにより、SCGFが、ストレス状況下での造血回復の媒介に重要な役割を果たし得ることが示される。対照マウス及びCDH5-MAPKマウスの両方において、骨髄抑制後の造血回復を高めるSCGFの能力は、ストレス造血中の若返り因子としての役割を確認する。BM炎症の抑制、血管完全性の回復、骨髄抑制の回復の促進、及びその骨形成特性におけるSCGFの影響を考慮すると、その遺伝子調節機序、同族受容体(複数可)、及び下流のシグナル伝達経路の同定は、刺激的な将来の方向性である。これらの研究は、SCGFが造血再生を高める正確な分子機序を理解するために、ならびに、骨髄抑制療法後の造血系及びBM内皮ニッチの保護に向けられた処置方策を開発するために、重要になるであろう。
本発明が、その特定の実施形態を参照して説明されているが、様々な変更がなされ得ること、ならびに、均等物が、本発明の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく置き換えられ得ることを、当業者は理解すべきである。加えて、本発明の目的の趣旨及び範囲に、特定の状況、材料、物質の組成、プロセス、プロセスステップ(複数可)を採用する多くの改変がなされてもよい。そのような全ての変更は、本明細書に添付された特許請求の範囲内にあることが意図される。
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Claims (41)

  1. 骨髄抑制性傷害後の骨髄内皮細胞(BMEC)、造血幹細胞(HSC)、及び骨髄間質細胞を含む造血骨髄微小環境内の血管炎症を低減するための方法であって、BMEC活性の低減が、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥をもたらし、前記方法が、
    a.組み換えまたは合成アンジオクライン因子及び薬学的に許容される担体を含む医薬組成物を前記対象に投与すること、ならびに
    b.
    a.前記骨髄の前記造血微小環境において炎症を低減すること、
    b.前記骨髄の前記造血微小環境において血管完全性を維持すること、
    c.造血幹細胞(HSC)、造血幹細胞及び前駆細胞(HSPC)、多能性前駆細胞(MPP)、ならびに造血前駆細胞サブセットのうちの1つ以上を含む造血区画における細胞型の頻度及び数を増加させて、多系列の再構成を行うこと、
    のうちの1つ以上により、前記骨髄抑制性傷害後の前記造血骨髄微小環境における造血回復を増強すること、
    を含み、
    前記血管炎症が、血管拡張の増加、骨髄血管漏出の増加を含む血管完全性の減少、及び炎症性メディエーターのレベルの増加うちの1つ以上を含む、前記方法。
  2. 前記アンジオクライン因子が、Clec11a、Hapln1、Hspd1、Igfbp1、Bgn、Wnt7a、Sparc、RP53、Bmpr1a、Ighm、Thbs4、Camk2d、Sirt2、Camk2b、Slitrk5、Dctpp1、Hnrnpa2b、Erap1からなる群から選択される1つ以上の組み換えまたは合成タンパク質である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記アンジオクライン因子が、組み換えまたは合成Clec11α(幹細胞成長因子)である、請求項2に記載の方法。
  4. 前記骨髄の前記造血微小環境における前記炎症が、血管炎症、BM間質細胞の炎症、及び造血細胞の炎症を含む、請求項1に記載の方法。
  5. HSC機能の前記欠陥が、HSC静止の障害及びHSCアポトーシスの増加を含む、請求項1に記載の方法。
  6. 血管の炎症を低減することが、前記骨髄内の前記BMECにおいて下流のNFkBシグナル伝達を抑制すること、前記骨髄の内皮細胞において標的NFkB遺伝子を下方調節すること、またはその両方を含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記骨髄抑制性傷害が、放射線、化学療法、またはその両方への曝露を含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記放射線が、亜致死放射線、全身照射、全リンパ節照射である、請求項7に記載の方法。
  9. 前記骨髄抑制性傷害が、化学療法を含む、請求項7に記載の方法。
  10. 前記骨髄抑制性傷害が、骨髄破壊的である、請求項7に記載の方法。
  11. 前記骨髄(BM)微小環境が、BMEC、BM間質細胞、BM Lepr+細胞、及びBM骨芽細胞を含む、請求項1に記載の方法。
  12. 前記BMECが、類洞及び細動脈BMECである、請求項11に記載の方法。
  13. BMECの前記免疫表現型が、CD45-Ter119-CD31+VEカドヘリン+である、請求項1に記載の方法。
  14. BM間質細胞の前記免疫表現型が、CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-である、請求項1に記載の方法。
  15. 前記BM間質集団内のBM Lepr+細胞の前記免疫表現型が、CD45-Ter119-CD31-Lepr+である、請求項11に記載の方法。
  16. マウスHSCの前記免疫表現型が、lin-Ter119-CD11b-GR1-B220-CD3-CD41-ckit+SCA1+CD48-CD150+を含む、請求項1に記載の方法。
  17. ヒトHSCの前記免疫表現型が、CD45RA-CD38-CD34+CD90+を含む、請求項1に記載の方法。
  18. 前記骨髄破壊的傷害後のBMEC活性の低減が、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥をもたらす、請求項1に記載の方法。
  19. 骨髄抑制性傷害後の造血ホーミング、生着、再構成、及び骨髄の再生を改善をそれを必要とする対象において行う方法であって、
    a.組み換えまたは合成アンジオクライン因子及び薬学的に許容される担体を含む医薬組成物を前記対象に投与すること、ならびに
    b.前記血液系を再生し、前記骨髄の造血再構成を促進するのに有効な治療量の多能性の自己再生造血幹細胞(HSC)の移植を含む幹細胞併用療法を施行すること、ならびに
    c.前記血液系を再生し、前記骨髄の造血再構成を促進するのに有効な治療量のBM内皮細胞(BMEC)の移植を含む血管内皮併用療法を施行すること、ならびに
    d.前記骨髄抑制性傷害後の骨髄内皮細胞(BMEC)、造血幹細胞(HSC)、及び骨髄間質細胞を含む造血骨髄微小環境内の血管炎症を低減することであって、BMEC活性の低減が、定常状態の造血及びHSC機能の欠陥をもたらす、前記低減すること、
    e.

    a.前記骨髄の前記造血微小環境における炎症を低減すること、
    b.前記骨髄の前記造血微小環境における血管完全性を維持すること、
    c.造血幹細胞(HSC)、造血幹細胞及び前駆細胞(HSPC)、多能性前駆細胞(MPP)、ならびに造血前駆細胞サブセットのうちの1つ以上を含む造血区画における細胞型の頻度及び数を増加させて、多系列の再構成を行うこと、
    のうちの1つ以上により、前記骨髄抑制性傷害後の前記造血骨髄微小環境における造血回復を増強すること、
    を含み、
    前記血管炎症が、血管拡張の増加、骨髄血管漏出の増加を含む血管完全性の減少、及び炎症性メディエーターのレベルの増加うちの1つ以上を含む、前記方法。
  20. 前記アンジオクライン因子が、Clec11a、Hapln1、Hspd1、Igfbp1、Bgn、Wnt7a、Sparc、RP53、Bmpr1a、Ighm、Thbs4、Camk2d、Sirt2、Camk2b、Slitrk5、Dctpp1、Hnrnpa2b、Erap1からなる群から選択される1つ以上の組み換えまたは合成タンパク質である、請求項19に記載の方法。
  21. 前記アンジオクライン因子が、組み換えまたは合成Clec11α(幹細胞成長因子)である、請求項20に記載の方法。
  22. HSC機能の前記欠陥が、HSC静止の障害及びHSCアポトーシスの増加を含む、請求項19に記載の方法。
  23. 前記幹細胞併用療法が、
    a.組織源から単離された単核細胞の集団から造血幹細胞を単離すること、
    b.正または負の選択により造血幹細胞の単核細胞の前記単離集団を濃縮すること、及び
    c.前記対象に、造血幹細胞の前記濃縮された単離集団を投与すること、
    を含む、請求項19に記載の方法。
  24. 前記血管内皮細胞併用療法が、
    a.ヒト臍帯由来の内皮細胞を分離すること、
    b.正または負の選択により血管内皮細胞について前記単離集団を濃縮すること、及び
    c.前記対象に、血管内皮細胞の前記濃縮された単離集団を投与すること、
    を含む、請求項19に記載の方法。
  25. 前記組織源が、自家である、請求項23に記載の方法。
  26. 前記組織源が、同種異系である、請求項23に記載の方法。
  27. 血管の炎症を低減することが、前記骨髄内の前記BMECにおいて下流のNFkBシグナル伝達を抑制すること、前記骨髄の内皮細胞において標的NFkB遺伝子を下方調節すること、またはその両方を含む、請求項19に記載の方法。
  28. 前記骨髄抑制性傷害が、放射線、化学療法、またはその両方への曝露を含む、請求項19に記載の方法。
  29. 前記放射線が、亜致死放射線、全身照射、全リンパ節照射である、請求項28に記載の方法。
  30. 前記骨髄抑制性傷害が、化学療法である、請求項28に記載の方法。
  31. 前記骨髄抑制性傷害が、骨髄破壊的である、請求項28に記載の方法。
  32. 前記骨髄(BM)微小環境が、BMEC、BM間質細胞、BM Lepr+細胞、及びBM骨芽細胞を含む、請求項19に記載の方法。
  33. 前記BMECが、類洞及び細動脈BMECである、請求項32に記載の方法。
  34. BMECの前記免疫表現型が、CD45-Ter119-CD31+VEカドヘリン+である、請求項32に記載の方法。
  35. BM間質細胞の前記免疫表現型が、CD45-Ter119-CD31-VEカドヘリン-である、請求項32に記載の方法。
  36. 前記BM間質集団内のBM Lepr+細胞の前記免疫表現型が、CD45-Ter119-CD31-Lepr+である、請求項32に記載の方法。
  37. マウスHSCの前記免疫表現型が、lin-Ter119-CD11b-GR1-B220-CD3-CD41-ckit+SCA1+CD48-CD150+を含む、請求項32に記載の方法。
  38. ヒトHSCの前記免疫表現型が、CD45RA-CD38-CD34+CD90+を含む、請求項32に記載の方法。
  39. 前記方法が、前記骨髄の安定した長期生着、前記末梢血中の骨髄性バイアスの低減、またはその両方を高める、請求項19に記載の方法。
  40. 前記医薬組成物が、前記幹細胞併用療法の施行前に、投与後に、または投与と同時に投与される、請求項19に記載の方法。
  41. 前記骨髄の前記造血微小環境における前記炎症が、血管炎症、BM間質細胞の炎症、及び造血細胞の炎症を含む、請求項19に記載の方法。
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