JP4552076B2 - IL-9 receptor variant useful for the treatment and diagnosis of atopic allergy including asthma and related diseases - Google Patents
IL-9 receptor variant useful for the treatment and diagnosis of atopic allergy including asthma and related diseases Download PDFInfo
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Abstract
Description
関連出願の参照
本出願は、1996年12月2日に出願された米国仮出願第60/032,224号(参照により本明細書に組み入れる)に関連する。また本出願は、米国特許出願第08/697,419号、08/697,360号、08/697,473号、08/697,472号、08/697,471号、08/702,105号、08/702,110号、08/702,168号、および08/697,440号(これらはすべて1996年8月23日に出願された)、そして08/874、503号(これは1997年6月13日に出願された)の記載事項に関連し、これらは参照により本明細書に組み入れる。
発明の分野
本発明は、IL-9受容体(喘息関連因子2(Asthma Associated Factor 2))(配列番号1)の生物学的変化を記載し、これらの変異体と、喘息、アトピー性アレルギー、および関連疾患への感受性(susceptibility)とを関連付ける。本発明はまた、喘息およびアトピー性アレルギーに対する感受性または耐性の診断のためにこれらのIL-9受容体の配列変異体を利用する方法を教示する。さらに、IL-9活性の調節に依存する喘息用の薬剤の開発において、IL-9受容体変異体を使用する方法が記載される。
発明の背景
炎症は、体の防御システムが外来物質と戦う複雑なプロセスである。外来物質に対する戦いは体の生存のために必要であるが、一部の防御システムは、無害の外来物質に対しても危険なものとして不適当に対応し、その結果、その後の戦いにおいて周りの組織を傷害する。
アトピー性アレルギーは、遺伝的背景が、環境からの刺激に対する応答を支配する疾患である。この疾患は、一般に遍在する抗原に応答してIgE抗体を産生するリンパ球の能力が上昇していることが特徴である。これらの抗原による免疫系の活性化はまた、これらの摂取、皮膚を通しての透過、または吸入後に起きるアレルギー性炎症を引き起こす。この免疫活性化が起き、続いて肺の炎症が起きると、この疾患は広く喘息として特徴付けられる。気道での炎症性反応にはある種の細胞が重要であり、これらには、T細胞および抗原提示細胞、IgEを産生するB細胞、および炎症性メディエーターを蓄えIgEに結合する肥満細胞/好塩基球、さらなるメディエーターを放出する好酸球がある。これらの炎症性細胞はアレルギー性炎症の場に蓄積し、これらが放出する有害産物が、この疾患に関連する組織破壊に寄与する。
喘息は一般に、気道の炎症性疾患として定義されるが、臨床症状は、間欠的な空気流の遮断から起きる。これは、慢性の障害性の疾患であり、罹患率と重篤度が上昇しているようである1。人口の30〜40%がアトピー性アレルギーに罹っており、児童の15%と成人の5%が喘息に罹っていると推定されている1。すなわち、これらの疾患の治療において、医療資源に巨大な負担がかかっている。
喘息と関連疾患の診断と治療の両方とも問題がある1。特に炎症を起こした肺の評価は困難なことが多く、炎症の原因が決定できないことが頻繁にある。アトピー性喘息は環境遺伝的疾患であるが、具体的な変異体遺伝子についての知見は最近発見されたばかりである。炎症におけるこれらの遺伝子的変異体の検出方法とその役割、診断および予後は、まだ決定されていない。当該分野で必要なことは、アトピー性疾患に対する感受性/耐性に関与する遺伝子の変異に特異的に関係する、アトピー性喘息の診断を促進する技術の開発である。
現代の治療法は、固有の一連の欠点を有する。主要な治療薬であるβ−アゴニストは、症状を低下させ、すなわち肺機能を一過性に改善するが、基礎炎症には作用せず、そのため肺組織は依然として危険な状態にある。さらに、βーアゴニストを使い続けると脱感受性が起き、その効力と安全性が低下する2。基礎炎症を縮小させることができる物質である抗炎症性ステロイドは、免疫抑制から骨喪失にわたる固有の一連の副作用を有する2。
従来の治療に起因する問題のために、別の治療方策が評価されている38-39。グリコホリンA37、シクロスポリン38、およびIL-2のノナペプチド断片36はすべて、インターロイキン−2依存性のTリンパ球増殖を阻害する28。しかしこれらは、他の多くの作用を有することが知られている2。例えば、シクロスポリンは、臓器移植後の免疫抑制剤として使用されている。これらの薬剤は、喘息患者の治療においてステロイドの代替となるが36-39、これらはインターロイキン−2依存性Tリンパ球増殖を阻害し、ホメオスタシスに関連して非常に重要と思われる免疫機能を阻害する可能性がある。当該分野で必要なことは、アトピー性喘息の症状ではなくその原因を治療するように具体的に設計された治療薬の開発を促進することである。これらの治療法は、非特異的な治療に関連する毒性を避けるための最も可能性の高い方法である。この治療薬は、免疫機能(例えば、喘息の進展に必要なIL-2介在Tリンパ球活性化)の下流にあり、疾患の偶発性を説明し、アレルギーとの密接な関連を説明する経路を選択的に標的とする。その経路中に生物学的変化がふつうに存在し、その変化を示す個体が、アトピー性喘息の症状以外は免疫無防備状態でも病気でもない場合は、経路は喘息治療の適切な標的であることを、自然は証明している。
喘息を含むアトピー性アレルギーの診断および治療に関連する困難さのために、これらの疾患の複雑な病態生理が詳しく研究されている。これらの疾患は、多くの要素からなり多くの型を取るため定義することが困難であるが、喘息患者にはいくつかの共通の特徴が見いだされている。そのような特徴の例には、アレルゲンによる抗原刺激に対する異常な皮膚試験応答、肺の好酸球増加症、気管支過応答性(BHR)、気管支拡張薬可逆性、および空気流遮断がある3-10。喘息に関連する形質のこれらの発現は、定量的または定性的に研究される。
多くの場合、IgEレベルの上昇は、BHR、種々の刺激に対する気管支収縮応答の上昇に関係している4,6,8,9。BHRは、気道炎症の存在を反映すると考えられており6,8、喘息の危険因子であると考えられている11-12。BHRは、肺への好酸球浸潤を含む気管支炎症と喘息患者のアレルギー性素因を伴う6,8,13-18。
アトピー性喘息に対する遺伝性成分が、多くの研究で記録されている4,10。しかしこれらの疾患は、年令と性、ならびに多くの環境因子(例えば、アレルゲン、ウイルス感染、および汚染物質19-21)に大きく影響されるため、家族研究は解釈することが困難である。さらに、これらの疾患に対する感受性に関連することが知られている生化学的欠陥はないため、突然変異遺伝子およびその異常遺伝子産物は、これらが産生する異常表現型によってのみ認識することができる。
IL-9とIL-9受容体(IL-9経路)の機能は、当初認識されていたものより、拡大している。IL-9経路はT細胞増殖の刺激物質として作用するが、このサイトカインはまた、赤血球始原細胞、B細胞、肥満細胞、および胎児胸腺細胞の増殖に介在することが知られている22,23。IL-9経路はIL-3と相乗的に作用して肥満細胞活性化と増殖を引き起こす24。IL-9経路はまた、正常なヒトBリンパ球によるIgE、IgGおよびIgMのIL-4誘導性産生を増強し25、マウスBリンパ球によるIgEおよびIgGのIL-4誘導性放出を増強する26。寄生体感染に対する粘膜の炎症性応答におけるIL-9経路の役割もまた証明されている27,28。
しかし、IL-9受容体の配列がアトピー性喘息と気管支過応答性にいかに相関するかは知られていない。IL-9が標的細胞の表面に発現される特異的受容体に結合することは知られている23,29,30。この受容体は実際、2つのタンパク質鎖からなる。1つのタンパク質鎖はIL-9受容体として知られており、IL-9に特異的に結合する。もう1つのタンパク質鎖は、IL-2受容体と共有される23。さらにヒトIL-9受容体をコードするcDNAがクローン化されており、配列が決定されている23,29,30。このcDNAは、マウスIL-9受容体と高い相同性を示す522アミノ酸のタンパク質をコードする。この受容体の細胞外領域は高度に保存されており、マウスとヒトのタンパク質の間で67%の相同性がある。受容体の細胞質領域は、あまり高度に保存されていない。ヒトの細胞質ドメインは、マウス受容体の対応する領域よりはるかに大きい23。
IL-9受容体遺伝子は特徴付けもされている30。これは、マウスゲノム中で単一のコピーとして存在し、9個のエキソンと8個のイントロンを含有する30。ヒトのゲノムは、少なくとも4つのIL-9受容体偽遺伝子(pseudogene)を含有する。ヒトのIL-9受容体遺伝子は、性染色体XとYの320kbの次端部テロメア領域(subtelomeric region)にマッピングされている23。
これらの研究にもかかわらず、IL-9受容体遺伝子の変異体は発見されていない。従ってアトピー性アレルギー、喘息、気管支過応答性についての遺伝的情報、およびこれらの疾患の病因におけるIL-9受容体の役割の解明について具体的なニーズがある。この情報は、これらの疾患に関連するこの遺伝子の遺伝的変異体を同定する方法を使用して、アトピー性アレルギーや関連疾患を診断するのに使用することができる。さらに、これらの疾患を治療するための治療薬の開発のために、IL-9受容体変異体を起用する方法についてニーズがある。
発明の要約
本出願人らは、ヒトIL-9受容体(喘息関連因子2またはAAF2としても知られている)の天然の変異体を発見し、これらの変異体を喘息および関連疾患の病態と関連付けた。これらの発見により、アトピー性喘息の診断法および治療薬を発見する方法が開発された。さらに本出願人らは、IL-9受容体は、マウスの多くの抗原誘導性応答(気管支過応答性、気管支洗浄液中の好酸球と細胞数の増加、および血清総IgEの増加を含む)に非常に重要であることを明らかにした。これらの知見は、アトピー性喘息および関連するアレルギー性炎症に典型的である。
さらに本出願人らは、GからAへの核酸の変異がcDNA(配列番号2)の1273位に存在し、これはヒトIL-9受容体前駆体タンパク質のコドン344のアルギニンからヒスチジンへの予測されるアミノ酸置換を引き起こす。1個体の両方の対立遺伝子にアルギニン残基が存在する時、これはアトピー性喘息が少ないことに関連している。すなわち本出願人らは、コドン344のアルギニンが1個体で両方のIL-9受容体遺伝子産物中で存在するとき、これにより特徴付けられる非喘息表現型の存在を確認した。さらなる重要な結果として、本出願人らは、コドン344のヒスチジンを特徴とする、喘息性、アトピー性表現型に対する感受性の存在を確認した。すなわち本発明は、そのような配列を有する精製され単離されたDNA分子、ならびにこのDNAによりコードされるタンパク質を包含する。
本出願人らはまた、IL-9R前駆体タンパク質の173位のグルタミン残基が欠失しているIL-9Rのスプライス変異体(配列番号3)が存在することを確認した(図5)。さらに本出願人らは、この変異体は、Jak-Stat経路によりシグナルを転写できないこと(図15)、およびIL-9で刺激しても細胞増殖を誘導できないこと(図16)を証明した。従ってこの対立遺伝子を有する個体は、アトピー性喘息および関連疾患に罹りにくいであろう。
本出願人らはさらに、イントロン5のチミン残基であるnt-213(エキソン6から213nt上流)が、シトシンヌクレオチドに変換されている、IL-9RゲノムDNAの変異体が存在することを確認した。このような変異はエキソン6の開始点でグルタミン残基を除去するスプライス変異体の頻度を上昇させ得る。
さらに本出願人らは、エキソン9の読みとり枠と未熟停止コドンに変異を起こす、エキソン8が欠失しているIL-9Rの変異体(配列番号4)を発見した。このような変異体は、Jak-Stat経路でシグナルを伝達することを妨害し、従ってこの対立遺伝子を有する個体もまた、アトピー性喘息および関連疾患に罹りにくいであろう。
IL-9の生物活性は、そのIL-9受容体への結合とその後の特異的細胞での制御シグナル伝搬に起因し、従って、IL-9機能は、IL-9アンタゴニストとIL-9またはその受容体との相互作用により妨害することができる。ダウンレギュレーション、すなわちIL-9により制御される機能の低下は、多くの方法で行われる。受容体へのIL-9の結合を阻止することができるアンタゴニストを投与することは、1つの重要な方法であり、このようなアンタゴニストは、特許請求される本発明の範囲内である。例としては、IL-9受容体の天然に存在する可溶性型のDNA配列によりコードされるポリペプチド産物の投与があり、DNA配列はエキソン2と3からなるポリペプチド(配列番号5)をコードする。他の2つの変異体は、IL-9Rの可溶性型(これは、エキソン2、3および4からなり、ある場合にはエキソン5の異なる読みとり枠からの4つのアミノ酸(配列番号32)(図6)、そして別の場合はエキソン5の異なる読みとり枠の27のアミノ酸(配列番号33)(図7)を含む)を産生する。
IL-9受容体経路のアゴニストおよびアンタゴニストの同定方法は、文献に詳細に記載されている受容体−リガンド相互作用を評価することにより特定できる。これらの方法は、化学的スクリーニングと潜在的な治療薬の同定を促進する、高処理量自動アッセイに適合させることができる。アゴニストは、IL-9受容体との特異的な相互作用を同定することにより認識される。100〜1000倍過剰の非標識リガンドを使用しても、標識した推定リガンドに対する結合が存在しないことは、一般に特異的受容体結合の証拠として受け取られている。これらの実験では、多くの標識物および検出スキームを使用することができる。増加する濃度の試験化合物を既知のリガンドおよび受容体に添加しても同様に結合がないことも、アンタゴニストの証拠である。
変異体受容体の情報は、受容体結合アッセイの可溶性受容体を作成するのに使用可能な発現ベクターを作製するための手段を提供する。これらの可溶性受容体の突然変異誘発は、リガンドに結合するのにどのアミノ酸が非常に重要であるか、およびどのアミノ酸がアンタゴニストの構造ベースのデザインを補助するかを決定するために使用することができる。
ヒトIL-9受容体が欠如した細胞は、変異体受容体を含有する発現ベクターで一過性にまたは安定にトランスフェクションすることができ、IL-9経路活性をアッセイするのに使用することができる。これらの活性は、いずれもIL-9経路が原因であるとされている細胞増殖でもアポトーシスの阻止でもよい。これらの細胞は、前記したように受容体アゴニストおよびアンタゴニストを同定するのに使用することができる。
上記方法は、アトピー性喘息や他の関連疾患の治療薬を開発するために、IL-9受容体の変異体型を利用する種々の有効な方法である。
IL-9受容体中の単一のヌクレオチド変異体を認識する、アトピー性喘息を診断するために使用できる多くの技術が記載されており、これらはDNA配列決定、制限断片長多型(RFLP)、対立遺伝子特異的オリゴヌクレオチド解析(ASO)、連結連鎖反応(LCR)、化学的切断、および1本鎖コンフォメーション多型解析(SSCP)がある。これらの技術ならびに文献に記載の1つまたはそれ以上の他の技術の使用を、IL-9受容体遺伝子またはmRNA転写物の1つまたはそれ以上の変異を検出するのに使用でき、これらが本発明の範囲内にあることを当業者は容易に理解できるであろう。
さらに別の技術(ELISA、免疫沈降、ウェスタン法、および免疫ブロッティング法を含む)を使用して、IL-9受容体のアミノ酸変異体を検出してもよい。すなわち、IL-9受容体の種々の型の構造を特異的に認識するポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体もまた、本発明の範囲内にあり、アトピー性喘息や関連疾患に対する感受性または耐性を説明するための有用な診断法である。
上記方法は、アトピー性喘息および他の関連疾患を診断するための種々の有効な方法を示す。
すなわち本出願人らは、IL-9とその受容体との相互作用を調節することができるアンタゴニストを同定するためにIL-9受容体を使用する方法を提供している。さらに詳しくは、本出願人らは、IL-9経路の発現または機能をダウンレギュレーションするのに充分な量で投与される化合物または物質を同定するために、IL-9受容体の機能をアッセイする方法を提供する。
本出願人らは、アトピー性アレルギー、気管支過応答性および喘息におけるIL-9経路の役割を特定したため、アトピー性アレルギー、喘息、および関連疾患に対する感受性と耐性の診断のための方法も提供する。
本明細書に取り込まれその一部を構成する添付の図面は、本発明のいくつかの実施態様を例示し、本発明の説明とともに本発明の原理を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
図1:ヒトIL受容体cDNAの略図。四角は、コード領域を含むエキソン2〜9を示す(スケールは相対的サイズであり、エキソン9の3’非翻訳部分を除いて、破線で示す)。膜貫通領域は、エキソン7によりコードされ、細胞内ドメインはエキソン8と9に、そして細胞外ドメインはエキソン2〜6にコードされる。矢印は、エキソンの部分配列に影響を与える多型または異常スプライスを示す;a)エキソン5の最初の5または29ヌクレオチドの欠失;b)エキソン6の最初の3ヌクレオチドの欠失(コドン173);c)コドン310におけるarg/gly多型;d)コドン344におけるarg/his多型;e)8または9個のセリンからなるコドン410+nの多型;*)エキソン3、4または8の完全な欠失。
図2:コドン344(ヌクレオチド1272〜1274)のArg対立遺伝子とコドン410(ヌクレオチド1470〜1472)で開始する8 Ser/4 Asn反復配列とを有する野生型IL-9R前駆体タンパク質の翻訳付きのcDNA配列。
図3:コドン344(ヌクレオチド1272〜1274)のHis対立遺伝子とコドン410(ヌクレオチド1470〜1472)で開始する9 Ser/4 Asn反復配列とを有するIL-9R前駆体タンパク質の翻訳付きのcDNA配列。
図4:エキソン9でフレームシフトと、11の非野生型アミノ酸および未熟停止コドンの産生とを引き起こす、エキソン8の欠失を有するIL-9R前駆体タンパク質の翻訳付きのcDNA配列。
図5:コドン173でグルタミンの欠失を有するIL-9R前駆体タンパク質の翻訳付きのcDNA配列。
図6:未熟停止コドンと27の非野生型アミノ酸の産生を引き起こす、エキソン5中の代替的なスプライスを有するIL-9R前駆体タンパク質の翻訳付きのcDNA配列。
図7:未熟停止コドンと4つの非野生型アミノ酸の産生を引き起こす、エキソン5中の代替的なスプライスを有するIL-9R前駆体タンパク質の翻訳付きのcDNA配列。
図8:エキソン5の最初のコドンとして停止コドンを産生する、エキソン4の欠失を有するIL-9R前駆体タンパク質の翻訳付きのcDNA配列。
図9:IL-9受容体遺伝子型とアトピー性アレルギーの間の関係を示す表。Arg/Argの個体は、8 Ser/4 Asn反復配列を有するArg対立遺伝子についてホモ接合性である。Arg/Hisの個体は、エキソン9中に、8 Ser/4 Asn反復配列を有するArg対立遺伝子と、9 Ser/4 Asn反復配列、9 Ser/3 Asn反復配列、および10 Ser/2 Asn反復配列を有するHis対立遺伝子についてヘテロ接合性である。His/Hisの個体は、エキソン9中に、9 Ser/4 Asn反復配列、9 Ser/3 Asn反復配列、および10 Ser/2 Asn反復配列を有するHis対立遺伝子についてホモ接合性である。Arg/Argの個体は、アトピー性アレルギーから防御される。Arg/HisおよびHis/Hisの個体は、アトピー性アレルギーに対して感受性である(P=0.002)。
図10:IL-9受容体の発現構築物の地図。
図11:TK-トランスフェクション細胞系中のC末端抗体プローブを使用する、組換えIL-9受容体タンパク質のウェスタンブロット(左:8 Ser/4 Asn反復配列を有するArg対立遺伝子;右:9 Ser/4 Asn反復配列を有するHis対立遺伝子)。
図12:8 Ser/4 Asn反復配列を有するArg344変異体(GR8)と9 Ser/4 Asn反復配列を有するHis344変異体(GH9)の間の移動度の差を示す、TS1細胞中のヒトIL-9受容体変異体の発現。IL-9受容体のこれらの2つの変異体型の翻訳後修飾の差を証明する移動度のシフトがみられる。
図13:IL-9受容体遺伝子の特異的増幅のためのXY特異的アンプリマー。第9、第10、第16、または第18染色体上の偽遺伝子は、PCRにより増幅されない。(MはマウスDNA、HはヒトDNA、そしてCはハムスターDNAを示す)。
図14:抗ヒトIL-9受容体中和抗体と野生型およびデルタ−Q受容体との免疫反応性。パネルA):COS7細胞を、LXSNベクター単独(AとB)、野生型IL-9R(CとD)、コドン410で開始する9個のSer残基を有する野生型IL-9R(EとF)、Δ-Q 173変異体(GとH)、およびコドン410で開始する9個のSer残基を有するΔ-Q 173(IとJ)で一過性にトランスフェクトし、記載したように(実施例8)MAB290と抗マウスIgGテキサスレッド結合抗体(B、D、F、H、およびJ)で連続的にインキュベートする。DAPI染色(A、C、E、G、およびI)を行って、写真の視野中のすべての細胞を視覚化する。パネルB):A)と同様に行なったが、細胞をまず固定/透過性化し、次にC末端特異的抗体(sc698)でインキュベートし、次に抗ウサギIgGテキサスレッド結合抗体でインキュベートした。横棒=10ミクロン。
図15:ヒトIL-9受容体の異なる変異体のJak、Stat、およびIrsファミリーのメンバーの活性化。GH9、ΔQGR8、またはΔQGH9を発現するTS1細胞を6時間、栄養を欠乏させ、次にサイトカイン無し(−)、マウスIL-9有り(m),またはヒトIL-9有り(h)で5分間処理した。細胞抽出物を、Jak、StatおよびIrsファミリーの異なるメンバーに特異的な種々の抗体で免疫沈降させた。まず免疫ブロットを抗ホスホチロシン抗体と反応させて、チロシン−リン酸化タンパク質のみを検出し、次にストリップし、各タンパク質を免疫沈降させるのに使用したものと同じ抗体で再度釣り上げた。GH9、ΔQGR8、ΔQGH9は、図16に示す通りである。
図16:ヒトIL-9受容体の異なる型を発現するTS1細胞の増殖。細胞をそれぞれ4重測定できるように96ウェルプレート(1000/ウェル)に接種し、サイトカイン無し、マウスIL-9有りまたはヒトIL-9有り(5ng/ml)で処理した。7日後に比色アッセイを行って細胞数を測定し、処理/未処理細胞の比(対照%)を算出して、増殖速度を評価した。LxSN=空ベクターでトランスフェクトした細胞;GR8は野生型IL-9R;GH9は、コドン410で開始する9個のSer残基を有するHis344変異体である;ΔQGR8およびΔQGH9は、それぞれ野生型およびHis344+9-Serバックグランド上のΔQ173変異体である。
図17:エキソン6から213nt上流の核酸で変異を有するIL-9Rのイントロン5のゲノムDNA配列(ここで、T残基は、矢印で示すようにC残基に変化している)。
発明の詳細な説明
本出願人らは、IL-9経路と、治療、診断、およびアトピー性喘息と関連疾患を予防または治療するための薬剤の同定方法の開発に使用されるこの経路に影響を与える組成物を解明することにより当該分野のニーズを解決した。
喘息は、可逆的な空気流遮断を伴う気道の炎症性障害を含む。アトピー性アレルギーとは、アトピーと関連疾患(喘息、気管支過応答性(BHR)、鼻炎、じん麻疹、腸のアレルギー性炎症性疾患、および種々の型の湿疹を含む)を意味する。アトピーは、環境的アレルゲンに対する過敏症であり、対照と比較して血清総IgEの上昇、またはアレルゲンに対する異常皮膚試験応答として表される。BHRとは、種々の刺激に対する気管支収縮応答の上昇である、気管支過応答性を意味する。
アトピー性アレルギーおよび喘息関連疾患を示す個体のDNAを解析することにより、本出願人らは、喘息の発現と相関しうるIL-9受容体(IL-9R)遺伝子中に多型を同定した。IL-9受容体遺伝子(喘息関連因子2またはAAF2としても知られている)は、ヒト骨髄系およびリンパ系の制御を含む多様な機能に関連するサイトカイン受容体である、インターロイキン−9受容体の遺伝子座を意味する。本発明のヒトIL-9受容体遺伝子は、XY染色体の次端部テロメア領域中に見いだされる。
本出願人らは、多型とは、通常の配列からの特定DNA配列(「遺伝子座」と呼ばれる)の変化を意味する。一般に、ある遺伝子座を含む2つまたはそれ以上の対立遺伝子が当業者により同定され、少なくとも共通の対立遺伝子が1%またはそれ以上の頻度で存在する時、その遺伝子座を多型であると定義する。
IL-9Rは,ヒトゲノムの他の遺伝子座(第9,第10、第16、第18染色体)に、4つの高度に相同性(>90%のヌクレオチド同一性)の非プロセシング偽遺伝子を有するため、標準的プライマーデザインを使用して真のIL-9R(XYq偽常染色体性領域中に位置する、生物学的に機能性のタンパク質をコードする遺伝子)を特異的に増幅することは不可能であった。これらの他の遺伝子の高い同一性のために、標準的プライマーデザインを使用するゲノムPCR増幅は、すべての遺伝子の同時増幅を引き起こし、真の遺伝子の配列解析は不明確なものになる。真のIL-9R構造は、本出願に記載の喘息または癌のような他の疾患(Renauldら、Oncogene,9:1327-1332,1994;Grussら、Cancer Res.,52:1026-1031,1992)に対する素因に関係する可能性があるので、真のIL-9R構造を研究するために、本出願人らは、特異的アンプリマー(amplimer)をデザインした。この特異的プライマーは、4つの偽遺伝子の増幅が無く、IL-9R増幅について信頼できることがわかった。プライマー配列を実施例2に示し、その特異性を図13で証明する。
本出願人らはまた、50人のドナーから精製したPBMC(末梢血単核細胞)から抽出したRNAを使用して、IL-9受容体cDNAの全コード領域をRT-PCRにより増幅した。図1は、解析した50人中に見いだされた最も高頻度の変異を示す。エキソン3、4、5、6および8は、完全長cDNAもクローン化できる試料中で、異常スプライシング事象により影響を受けた。一部の転写産物は、エキソン3の完全な欠失を示し、これはフレームシフトを引き起こして、79個の無関係の残基が続いた後に停止コドンを生成する。エキソン4の欠失の場合も,フレームシフトが生じ、エキソン5中の最初のコドンが停止コドンに変換された。一部の他のcDNAでは、エキソン5は最初の5または29ヌクレオチドの部分的欠失を示し、この両方の欠失はフレームシフトを引き起こして、エキソン5内に早い停止コドンを形成した。従ってすべての場合に、推定される末端切断型タンパク質は、細胞外ドメインの大部分ならびに膜貫通および細胞質ドメインの全部を欠失するであろう。もし分泌されるなら、これらの型は可溶性受容体として機能するかも知れない。最後に、コドン173に対応するエキソン6の最初の3個のヌクレオチドは、しばしばスプライシングにより除去され、結果的にこのコドン位置のグルタミンが欠失し、残りのタンパク質配列には他の変異はなかった。このスプライス変異体は、おそらくスプライス変異体の頻度を増加させるゲノムDNAのイントロン5中に見いだされる変異体(配列番号24)に関連する(図17と実施例12)。
本出願人らはまた、エキソン9のコード配列に限定される対立遺伝子変異を見いだした。コドン310と410に関係している多型は、すでに開示されている29,30(Kermouni,A.ら、Genomics,371-382(1995))。コドン310は,そのコドンの最初のヌクレオチドがアデニンであるかまたはグアニジンであるかに応じて、それぞれアルギニンまたはグリシンをコードする。コドン410(このコドンから「410+n」と呼ぶ)では、それぞれ8個または9個のセリンに翻訳されるであろう8個または9個の一続きのAGCトリヌクレオチド反復配列が開始する。
本出願人らは、コドン344に新しい多型を見つけた。ここで2番目のヌクレオチドはアデニンかまたはグアニジンであり、このコドンによりコードされる可能な2つの残基はそれぞれヒスチジンかまたはアルギニンである。さらにコドン344と410+nの間に対応関係が観察され、コドン344のアルギニンが、いつもコドン410+nの8個のセリンとともに存在し、コドン344のヒスチジンは9個のセリンとともに見いだされる。もともとヒト巨核芽球白血病細胞系Mo7eからクローン化されたヒトIL-9受容体cDNAは、コドン410+nに9個のセリンを示し、かつ本出願人らのクローンと異なり、コドン344にアルギニンを示す29。別の巨核芽球白血病細胞系であるUT-7は、同じアルギニン/9−セリン対立遺伝子を有すると報告されている30。本出願人らは、Mo7e細胞系から16のcDNAをクローン化し、6個のクローンはコドン410+nに8個のセリンを有し、コドン344にアルギニンを有することを見いだした。残りの10個のクローンは、公表されている配列を示した。本出願人らはまた、ヒト急性骨髄性白血病細胞系KG-1をゲノタイピングし、これはヒスチジン/9−セリンホモ接合体であることを見つけた。
これらのDNA分子と対応するRNAは、例えばSambrookら、Molecular Clonig:A Laboratory Manual,第2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press(1985)のような当該分野の標準的な方法を使用して単離される。本出願人らは、単離されるとは、DNAに、自然環境中に存在する核酸またはポリペプチドと結合している汚染物質の少なくとも1部が存在しないことを意味する。
本発明また、これらのヌクレオチド配列によりコードされるタンパク質を含む。本発明はまた、この分子の断片を含む。本出願人らは、断片とは、全配列の機能を維持する核酸配列の部分であることを意味する。当該分野で公知なように、断片は、欠失、付加、置換および/または修飾から得られる。
本発明のIL-9受容体変異体の供給源は、ヒトである。あるいはDNAまたはその断片は、当該分野で公知の方法により合成してもよい。また遺伝子操作技術により、任意の受け入れられている遺伝子操作技術によりDNAを作製して、DNAを発現ビヒクル中にクローニングして、化合物を発現する細胞にビヒクルをトランスフェクトして、化合物を産生することができる。例えば、Sambrookら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press(1985)に記載の方法を参照されたい。
アトピー性アレルギーおよび喘息様表現型に関連し得る変異体IL-9受容体配列,および喘息様表現型の欠如と関連し得る他の配列の証明は、アトピー性喘息および関連疾患に対する感受性を診断する方法を提供する。ある変異体は、これらの疾患を治療するのに使用できる可溶性受容体を産生することができる。
受容体は、分子を認識しこれに結合する可溶性または膜結合成分であり、本発明のIL-9受容体は、IL-9を認識しこれに結合する成分である。IL-9受容体の機能は、IL-9またはIL-9様分子に結合し、特異細胞中でその制御シグナルを伝搬することからなる29,30,34,35。ヒトIL-9は、ヒトIL-9受容体に結合した時、IL-9受容体自身のリン酸化とJak-Stat経路のタンパク質(Jak1、Stat1、Stat3、Stat5、およびIrs2)の活性化を引き起こすことが証明されている(Demoulin,J-B.ら、Molecular and Cellular Biology,p.4710-4716,Sept.1996)。本出願人らは、IL-9Rまたはその変異体が,これらのタンパク質の活性化においてバイアスを示すかどうかを調べ、この解析をJak3とIrs1に拡大した。Jak3とIrs1を含む経路のすべてのタンパク質は、IL-9R活性化によりリン酸化されることが確認された。また、コドン310、344および410+nで変異を有するIL-9R変異体は、野生型IL-9Rと同じアップレギュレーションを提供することも確認された。従って、本発明の1つの側面は、Jak-Stat経路中の相互作用を阻害するアトピー性喘息の治療用の治療薬である。
野生型受容体および他の試験した変異体と異なり、ΔQ173変異体は、Jak-Stat経路中のいかなるタンパク質も活性化することができなかった(図15)。さらにΔQ173変異体は、IL-9刺激により細胞の増殖を援助することができなかった(図16)。従ってΔQ173変異体を発現する個体は、アトピー性喘息や関連疾患に対して感受性である可能性は低い。従って本発明の1つの側面は、アトピー性喘息および関連疾患の治療のためのΔQ173スプライス変異体の発現を増加させる治療薬である。
1つの診断的態様は、IL-9受容体遺伝子または転写産物のDNA配列中の変異の認識である。1つの方法は、当業者により理解されるように、充分なハイブリダイゼーション条件下で、本発明のIL-9受容体に相補的な配列を有する核酸分子(プローブとしても知られている)を使用することである。1つの態様において、この核酸分子は、成熟IL-9受容体タンパク質のArg344,またはHis344のコドンに特異的に結合し、別の実施態様では、Arg344とHis344の両方に結合するであろう。さらに別の実施態様では、これはGln173のコドンに結合するであろう。これらの方法は、IL-9受容体の他の変異体を認識するのに使用してもよい。これらの疾患に関連したDNA配列変異を認識する別の方法は、当該分野で公知の複数の方法による直接DNA配列解析である44。別の実施態様は、これらの疾患に関連するIL-9受容体遺伝子のDNA配列変異の検出である40-44。これらは,ポリメラーゼチェイン反応、制限断片長多型(RFLP)解析、および1本鎖コンフォメーション解析を含む。好適な実施態様において、本出願人らは特に、ASO PCRを使用してHis344対立遺伝子およびArg344対立遺伝子に関連するIL-9受容体中の多型を、遺伝子レベルで認識する方法を具体的に提供する。他の実施態様において、IL-9受容体遺伝子のこれらの対立遺伝子を区別するために、結合チェイン反応を使用することができる。
本発明はまた、IL-9およびその受容体のアンタゴニストの同定のための方法を含む。アンタゴニストは、それ自身は薬理活性が欠如しているが、アゴニストの作用を妨害することにより影響を引き起こす化合物である。本発明のアンタゴニストを同定するために、本明細書および引用文献に記載のように,既知のアゴニストとの競合的結合、またはIL-9様機能のダウンレギュレーションについて試験してもよい2,22-35。
Tリンパ球の増殖、IgE合成、および肥満細胞からの放出についてのIL-9受容体の既知の役割に基づいてアトピー性アレルギーを治療するのに有用な薬剤についてスクリーニングするのに、具体的な測定法が使用される29,30,33-35。別の測定法は、Mo7e細胞中の複数のタンパク質の急速および一過性のチロシンリン酸化を特異的に誘導するための、ヒトIL-9受容体の能力に関する34。この応答はIL-9受容体の発現と活性化に依存するため、これは、有用な可能性のある化合物の性状解析のための簡便な方法または測定法である。Stat3転写因子のチロシンリン酸化は、IL-9受容体の機能に特異的に関連しているようであり35、この応答は、本発明の範囲内の化合物の性状解析のための簡便な方法または測定法を示す。IL-9受容体の機能を性状解析するためのさらに別の方法は、細胞増殖測定法を用いてヒトIL-9機能を評価するのに使用することができる,ヒト受容体でトランスフェクトされる既知のマウスTS1クローンの使用を含む29。これらの方法は、IL-9受容体のアンタゴニストを同定するために使用することができる。
さらなる実施態様において、本発明は、IL-9に結合する可溶性IL-9受容体分子を投与することによる、IL-9発現または機能のダウンレギュレーションを包含する。本出願人らおよびRenauldら29は、可溶性型のIL-9受容体の存在を証明した。この分子は、細胞結合受容体へのIL-9の結合を妨害するのに使用でき、IL-9のアンタゴニストとして作用する。可溶性受容体は、サイトカインまたは他のリガンドに結合してそれらの機能を制御するのに使用されている45。可溶性受容体は、溶液で存在するかまたは膜の外に存在する、膜結合受容体の型である。通常膜に会合している分子のセグメントが存在しないため、可溶性受容体が存在するかも知れない。このセグメントは当該分野では通常、遺伝子の膜貫通ドメイン、またはタンパク質の膜結合セグメントと呼ばれる。すなわち、本発明の1つの実施態様において、可溶性受容体は,膜結合受容体の断片または類似体である。
本出願人らは、可溶性受容体として作用することができるタンパク質の産生を引き起こす、ヒトIL-9受容体の3つのスプライス変異体を同定した。1つのスプライス変異体は、エキソン4を欠失させ、これはエキソン5の最初のコドンとして停止コドンとなるフレームシフトを導入した。この変異体は、IL-9/IL-9R相互作用を阻止する抗体と反応性のエピトープを含有する約45残基のペプチドを産生する。他の2つの変異体は、エキソン5に欠失を有し、これはエキソンの初期に未成熟な停止コドンを作成するが、これらの場合エキソン4の欠失はないであろう。これらの変異体は、阻止抗体により認識されるエピトープも含有する約100残基のタンパク質を産生するであろう。
可溶性IL-9受容体は、アトピー性喘息および関連疾患を治療するのに有用なアンタゴニストを含む治療薬候補をスクリーニングするのに使用してもよい。例えば、ファージディスプレイを使用するペプチドと1本鎖抗体のスクリーニングは、可溶性受容体を使用して促進することができるであろう。可溶性受容体に結合するファージは単離することができ、この分子は受容体と結合ファージの親和性捕捉により同定することができる。さらに、アトピー性喘息および関連疾患の治療に有用な物質のための化合物のスクリーニングは、可溶性受容体およびアンタゴニストの非存在下で結合するリガンドを取り込むことができる。これらの分子が近傍にあるため、リガンドと受容体相互作用の検出が起きる。アンタゴニストは、これらの相互作用を阻止することにより認識される。
さらに本発明は、製薬上許容される担体とともに本発明の化合物を含む医薬組成物を含む。製薬上許容される担体は、無菌の液体、例えば石油、動物、植物または合成起源のものを含む水および油,例えばピーナツ油、大豆油、鉱物油、ゴマ油などがある。医薬組成物を静脈内投与する時は、水が好適な担体である。食塩水溶液ならびにデキストロース水溶液およびグリセロール水溶液もまた、液体担体、特に注射溶液として使用することができる。適当な医薬担体は、Martin,E.W.,Remington’s Pharmaceutical Sciences(これは特に、参照により本明細書に組み込まれる)に記載されている。
本発明の治療法で使用される化合物は、治療される症状、部位特異的治療の必要性、投与される薬剤の量、および同様の事柄などを考慮して、全身性または局所的に投与してもよい。
局所投与を使用してもよい。任意の一般的な局所製剤(例えば、液剤、懸濁剤、ゲル剤、軟膏剤、または膏薬など)を使用してもよい。このような局所製剤の調製は、例えばRemington’s Pharmaceutical Science、第17版、Mack Publishing Company,Easton,Pa.により例示されるように、医薬製剤の分野で詳しく記載されている。局所投与には、これらの化合物はまた、散剤またはスプレー剤(特にエアゾル型)として投与することができる。好適な実施態様において、本発明の化合物は吸入により投与してもよい。吸入治療法のために、化合物は、用量目盛り付き吸入器、または乾燥粉末吸入器に適した型で投与するのに有用な溶液でもよい。
活性成分は、全身性投与に適した医薬組成物で投与される。公知のように、薬剤は、全身投与されるなら、経口投与用に散剤、丸剤、錠剤など、またはシロップ剤もしくはエリキシル剤として調製してもよい。静脈内投与、腹腔内投与または病変内局注投与のためには、化合物は,注射による投与が可能な液剤または懸濁剤として調製される。ある場合には、これらの化合物を坐剤として、または皮下沈降のための長期放出製剤として、または筋肉内注射のための製剤で調製することが有用である。
有効な量は、IL-9受容体により調節される機能をダウンレギュレートする量である。具体的な有効量は、症状毎に変化し、ある場合には治療される症状の重篤度および治療に対する患者の感受性により変化する。従って特定の有効量は、常套の実験により、その時間と場所で決定することが最適である。しかし本発明の喘息および関連疾患の治療において、0.001〜5重量%,好ましくは約0.01〜1%を含有する製剤が,通常治療上有効な量であろう。全身投与される時、0.01〜100mg/kg体重/日,しかし好ましくは約0.1〜10mg/kgの量が、多くの場合治療結果に影響を与えるであろう。
本出願人らはまた、IL-9受容体により制御される機能をダウンレギュレートする化合物をスクリーニングする方法を提供する。IL-9受容体により発現される機能がダウンレギュレートされたかどうかは、当該分野で標準的な方法を使用して確認してもよい29,30,34,35。具体的な実施態様において、本出願人らは、IL-9に匹敵する機能を有する化合物の同定法を提供する。1つの実施態様において、IL-9受容体の機能は、in vitroで評価される。当業者に公知のように、ヒトIL-9受容体の活性化は、IL-9に応答性のある細胞中の複数のタンパク質の急速かつ一過性のチロシンリン酸化を特異的に誘導する。Stat3転写因子のチロシンリン酸化は、IL-9経路の作用と特異的に関連しているようである。IL-9およびIL-9様分子の機能を特徴付けるための別の方法は、マウスTS1クローンまたはTF1クローン中のIL-9受容体の「安定な発現」に依存し、これは通常ヒト受容体を発現しない。これらのトランスフェクション体は、細胞増殖アッセイを使用して、ヒトIL-9受容体機能を評価するのに使用することができる29。
本発明はまた、IL-9受容体変異体を発現する細胞系に基づく飽和性かつ特異的リガンド結合の簡便なスクリーニングアッセイも包含する23,29。IL-9受容体は、広範囲にわたる細胞型(K562、C8166-45、ヒトIL-9受容体でトランスフェクトしたKG-1、B細胞、T細胞、肥満細胞、HL60、HL60-クローン5、ヒトIL-9受容体でトランスフェクトしたTS1、ヒトIL-9受容体でトランスフェクトした32D、好中球、巨核球(UT-7細胞)30、ヒト巨核芽球白血病細胞系Mo7e34、TF129、マクロファージ、好酸球、胎児胸腺細胞、ヒト腎細胞系29330、ならびにマウス32Dおよび胚海馬始原細胞系23,29,30を含む)で発現される。
本発明の実施においては、当業者の通常の技術範囲内である、分子生物学,薬学、免疫学、および生化学の通常の用語および技術を使用する。例えば、Sambrookら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press、またはAusubelら、Current Protocols in Molecular Biology,John Wiley & Sons,Inc.を参照されたい。
なお、我々は、以下の基礎的バックグランド情報を提供する。体の遺伝物質またはDNAは、それぞれが動原体によりつながれた2つのアームを含む46の染色体上に並んでいる。各染色体は、pまたはqと呼ぶセグメントに分かれる。記号pは、動原体から最も近いテロメアまで測定した時に短い方の染色体アームを示す。染色体の長い方のアームは、記号qで示す。染色体上の位置は、染色体の番号(すなわち、染色体5)ならびにpまたはq領域の座標(すなわち、q31-q33)で示される。さらに体には、性染色体XとYがある。減数分裂の間、XおよびY染色体は、偽常染色体領域として知られている領域中でDNA配列情報を交換する。
DNA(デオキシリボ核酸)は、ヌクレオチドの2本の相補的な鎖からなり、これらは4つの異なる塩基化合物、アデニン(A)、チミン(T)、シトシン(C)、およびグアニン(G)を含む。一方の鎖のAは他方の鎖のTと結合し、一方の鎖のCは他方の鎖のGと結合して、相補的な「塩基対」を形成し、各対は1本の鎖に1つの塩基を有する。
3つのヌクレオチドの連続した群(「コドン」)が、1つのアミノ酸をコードする。例えば、3つのヌクレオチドCAGはアミノ酸グルタミンをコードする。20個の天然に存在するアミノ酸とその1文字コードは以下の通りである:
アラニン Ala A
アルギニン Arg R
アスパラギン Asn N
アスパラギン酸 Asp D
アスパラギンまたは
アスパラギン酸 Asx B
システイン Cys C
グルタミン Gln Q
グルタミン酸 Glu E
グルタミンまたは
グルタミン酸 Glx Z
グリシン Gly G
ヒスチジン His H
イソロイシン Ile I
ロイシン Leu L
リジン Lys K
メチオニン Met M
フェニルアラニン Phe F
プロリン Pro P
セリン Ser S
スレオニン Thr T
トリプトファン Trp W
チロシン Tyr Y
バリン Val V
アミノ酸はタンパク質を構成する。アミノ酸は、親水性(すなわち、水に対する親和性を示す)でもまたは疎水性(すなわち、水を嫌う)でもよい。すなわち、G、A、V、L、I、P、F、Y、W、C、およびMで示されるアミノ酸は疎水性であり、S、Q、K、R、H、D、E、N、およびTで示されるアミノ酸は親水性である。一般にアミノ酸の親水性または疎水性の性質は、ペプチド鎖の折り畳みに影響を与え,従ってタンパク質の3次元構造に影響を与える。
DNAは以下のようにタンパク質と関係している:
ゲノムDNAは、生物の細胞中に存在するすべてのDNA配列を含む。これは、メッセンジャーRNA(「mRNA」)に「転写」される。相補的DNA(「cDNA」)は、mRNAの逆転写により作成される、mRNAの相補的なコピーである。ゲノムDNAと異なり、mRNAとcDNAは両方とも、DNAのタンパク質コード領域またはポリペプチドコード領域(いわゆる「エキソン」)のみを含有する。ゲノムDNAはまた、「イントロン」を含有し、これはタンパク質をコードしない。
実際、真核生物遺伝子は、それによりコードされるタンパク質に対して断続的であり、イントロンにより中断されたエキソンからなる。RNAに転写された後、イントロンはスプライシングにより除去されて、成熟メッセンジャーRNA(mRNA)が形成される。エキソンの間のスプライス点は、典型的にはスプライシングプロセスのシグナルとして作用する共通配列により決定される。スプライシングは、一次RNA転写産物からのイントロンの削除と、切断されたイントロンのいずれかの側にある残りのRNAの末端の結合もしくは融合からなる。イントロンの有無、イントロンの組成、および遺伝子当たりのイントロンの数は、同じ種の株の間でも異なり、同じ基本的な機能遺伝子を有する種の間でも異なることがある。ほとんどの場合にイントロンは必須ではなく害はないと考えられているが、この分類は必ずしも絶対的ではない。例えば1つの遺伝子のイントロンは、別のエキソンであることもある。ある場合には、スプライシングの代替的なまたは異なるパターンが、DNAの同じ1つのストレッチから、異なるタンパク質を形成することがある。実際、イントロンの構造的特徴と基礎的スプライシング機構は、異なる種類のイントロンの分類の基礎となる。
エキソンについて、これらは、別個のドメインまたはモチーフ、例えばタンパク質の機能性ドメイン、折り畳みドメイン、もしくは構造的エレメント;または短いポリペプチド配列、例えば逆ターン、ループ、グリコシル化シグナルおよび他のシグナル配列、または非構造ポリペプチド、リンカー領域、に対応する。本組合せ法のエキソンモジュールは、天然に存在するエキソン配列または突然変異(例えば、点突然変異、末端切断、融合)を受けている天然に存在するエキソン配列に対応する核酸配列を含有してもよい。
DNAの操作にもどると、DNAは、ある既知の部位でDNAを切断する「制限酵素」およびDNAをつなぐDNAリガーゼを使用して、切断、スプライス、および他の操作をすることができる。このような技術は当業者に公知であり、例えばSambrookら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press(1985)、またはAusubelら、Current Protocols in Molecular Biology,John Wiley & Sons,Inc.(1994)に記載されている。
特定のサイズおよび配列のDNAは、次に「レプリコン」(これは、プラスミド、コスミド,またはウイルスのような、それ自身の制御下で複製ができる遺伝成分である)中に挿入することができる。「組換えベクター」または「発現ベクター」は、DNAセグメントが挿入されるレプリコンであり、DNAの発現(すなわち、DNAによりコードされるタンパク質の産生)を可能にする。発現ベクターは、実験室で作製されるか、他の実験室から入手できるか、または市販品を購入することができる。
組換えベクター(当該分野において種々の名前で知られている)は、「形質転換」として一般的に知られているプロセスにより宿主中に導入される。形質転換は、任意の方法(感染、直接摂取、形質導入、F−接合、微量注入法、または電気穿孔法)により、宿主細胞中に外来DNAセグメントを移動することを意味する。
単細胞宿主細胞(組換え宿主細胞、細胞および細胞培養物として種々の名前で知られている)は、細菌、酵母、昆虫細胞、植物細胞、哺乳動物細胞、およびヒト細胞を含む。特に好適な実施態様において、宿主細胞は,大腸菌(E.coli)、シュードモナス(Pseudomonas)、バシラス(Bacillus),ストレプトミセス(Streptomyces),酵母、CHO、R1-1、B-W、LH、COS-J、COS-7、BSC1、BSC40、BMT10、およびS69細胞を含む。酵母細胞は特に、サッカロミセス(Saccharomyces),ピキア(Pichia)、カンジダ(Candida)、ハンゼヌラ(Hansenula)、およびトルロプシス(Torulopsis)を含む。
当業者は認識できるように、宿主細胞によるDNAセグメントの発現は、適切な制御配列または成分が必要である。制御配列は、使用される宿主細胞により変化するが、例えば原核生物では、プロモーター、リボゾーム結合部位、および/または転写停止部位がある。真核生物では、このような制御配列には、プロモーターおよび/または転写停止部位がある。当業者は認識できるように、これらの制御配列を注意深く選択し配置することにより、ポリペプチドの発現を増強、すなわち標準的なレベルより上昇させることができる。
他の実施態様において、使用されるプロモーターには、ヒトサイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、テトラサイクリン誘導性プロモーター、サルウイルス(SV40)プロモーター、モロニーマウス白血病ウイルス長い末端反復配列(LTR)プロモーター、糖質コルチコイド誘導性マウス乳癌ウイルス(MMTV)プロモーター、ヘルペスチミジンキナーゼプロモーター、マウスおよびヒトアクチンプロモーター、HTLV1およびHIV IL-9 5’フランキング領域、ヒトおよびマウスIL-9受容体5’フランキング領域、細菌tacプロモーターおよびキイロショウジョウバエ(Drosophila)熱ショックタンパク質足場結合領域(SAR)エンハンサー成分がある。
DNAは、ペプチド、オリゴペプチド、およびタンパク質のようなある長さのポリペプチドとして発現される。ポリペプチドはまた、グリコシル化、アセチル化、リン酸化などの翻訳的修飾も含む。
本発明に関係のある他の分子生物学的方法は、「連鎖解析」である。連鎖解析は、形質または疾患と相関する染色体または染色体領域を同定するための分析方法である47。染色体は、その上に遺伝子が組み立てられる遺伝の基本的単位である。遺伝子以外に、当業者は、染色体上に「DNAマーカー」を証明している。DNAマーカーは、その同定と配列決定が容易に行なうことができる、DNAの既知の配列である。連鎖解析法は、疾患遺伝子(例えば喘息の感受性に関係する遺伝子)を特定の染色体にマッピングすることに応用されている47,48。
本出願人らは、上記および下記のすべての文献を参照により本明細書に組み込む。
本明細書の説明および開示された発明の実施から、本発明の他の実施態様は当業者には明らかであろう。明細書および実施例は単に例示のためであり、本発明の範囲は請求の範囲によってのみ示されるものである。
背景情報は提供したので、本出願人らは、ここで本発明の好適な面を説明する。
実施例1
IL-9受容体転写産物多型の同定
Philadelphia,Pennsylvania地域からの52人の集団を、喘息とアトピーに関してランダムに確認した。総血清IgEを、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA、Genzyme、Cambridge、Massachusetts)により測定した。
ヒトIL-9受容体cDNAの構造型を評価するために、これらの52人の無関係のドナーからPBMCを単離し、PHAとPMAの存在下で培養した(実施例4に記載)。本出願人らの実験室の以前のデータは、分裂促進物質による刺激後6日目に1次培養物中のIL-9受容体メッセージの発現の動力学を証明した。従って本出願人らは、細胞を6日間培養し、この時点で細胞を採取し,実施例5に記載のようにそのRNAとDNAを単離した。
RNAを逆転写し、実施例5に記載のように完全長IL-9受容体cDNAに特異的なプライマーを使用してPCRにより増幅した。各個人からの増幅産物をTA PCRクローニングベクターにクローン化し、予測されるインサートを含有する10クローン(消化とゲル電気泳動により測定した)を完全に配列決定し、構造または配列の変化について解析した。
上記スクリーニングから7個の主要な変異体を同定した。これらのcDNAは、コドン173の欠失、エキソン4の欠失、エキソン5の2つの別の欠失、エキソン8の欠失、および成熟タンパク質のコドン344でARGからHISへの変異を有する完全長cDNAを示す。これらの遺伝子バックグランドのそれぞれに追加の変異体が存在する。Arg対立遺伝子は、8 Ser/4 Asn繰り返しと7 Ser/4 Asn繰り返しに関連し、His対立遺伝子は、9 Ser/4 Asn繰り返し、9 Ser/3 Asn繰り返し、および10 Ser/2 Asnに関連する。これらの変異体のすべてを、図1に記載する。
変異体を、クローン化cDNAの発現を指令するCMVプロモーターとその後のSV40ポリアデニル化シグナルを含有する真核生物発現ベクターpCEP4(Clontech)中にクローン化した。このベクターはまた、ベクターを含有し、おそらく、クローン化したcDNAをCMVプロモーターの制御下で発現する真核生物細胞の選択に使用される、ヒグロマイシンB耐性遺伝子を含有する。組換えプラスミドを、配列により解析し、正しいcDNAインサートを含有するプラスミドを、真核生物受容体細胞(例えば、実施例3に記載のシリアンハムスター繊維芽細胞TK-ts13、ヒト神経膠芽細胞腫T98G、ヒト骨髄白血病株TF-1、およびマウス骨髄前駆体細胞系32D)にトランスフェクトした。増殖とアポトーシスにおける、IL-9リガンドに対する応答として、機能を生物学的に評価した(実施例7と10)。
ARGおよびHIS変異体を含有する完全長IL-9受容体cDNAを行なった実験は、TK-ts13ハムスター繊維芽細胞またはヒトT98G神経膠芽細胞腫細胞である。細胞をトランスフェクトし、48時間後ヒト特異的カルボキシ末端抗体を使用して、ウェスタンブロットとin situ染色により解析した(Santa Cruz)(実施例8)。in situ解析は、ハムスターとヒト系の両方で,両方の型の受容体が発現されるらしいことを証明した(図11と図12)。興味深いことに、ヒトとハムスター系で両方の型のウェスタンブロットは同等レベルで発現され、TS1細胞系中でARGとHIS受容体型との間には移動パターンに差があり(図12)、これは、グリコシル化、リン酸化などの翻訳後修飾の差を示唆する。この生化学的な差は、機能の変化が表現型の変化を引き起こす機構かも知れない。
種々の置換の頻度を、一般的集団中の各変異体の普及率の、偏りのない推定値として使用した。アンケートにより遺伝子型を表現型と比較した。アレルギーと喘息の診断は、アンケートを再検討して、医師が行なった。Arg344対立遺伝子についてホモ接合性である個人は、ヘテロ接合性またはホモ接合性His344と比較した時、アレルギーと喘息の証拠を示す可能性が有意に低かった(図9)。
実施例2
IL-9受容体遺伝子のゲノム解析
アレルギーおよび/または喘息の人のゲノム解析を行うために、X/Y偽常染色体領域上に位置する真のIL-9受容体遺伝子についてPCR特異的プライマーを作成し、かつ染色体9,10、16、および18上に位置する高度に保存されたIL-9受容体偽遺伝子を排除するように,以下の方策を設計した。まず、IL-9受容体遺伝子の2つの公表された偽遺伝子とゲノム配列の間で、配列アライメントを行なった。次に,真の遺伝子と偽遺伝子の間の分岐領域でプライマーを設計し、次にCoreill DNA Repository(Camden,NJ)から入手した単一の染色体特異的ハイブリッドを使用して、PCRにより解析した。プライマーが、XおよびYハイブリッドから正しいサイズの生成物のみを産生するなら、これらをしっかりした増幅について最適化した。いくつかの場合に、分岐領域に向けられたプライマーはXY特異的ではなく、従って本出願人らは、IL-9受容体遺伝子配列に比較して偽遺伝子に対してミスマッチの数を多くするために、特定のプライマー中の追加の塩基の変異を導入した。表1は、XY特異的増幅についてのプライマーの配列と最適アニーリング温度を含む。XY増幅についてこれらのプライマーの特異性を、図13に示す。
これらのプライマーは、アトピー性喘息および関連疾患に対する感受性と耐性の診断に使用可能な、これらの遺伝子中のDNA配列の変異を解析するための新規の方法を示す。
この技術を使用して、IL-9受容体遺伝子中の配列の変異を検出するために、本出願人らの集団中の人についてDNA配列解析により、各エキソンを調べた44。解析を繰り返して、配列多型をアーチファクトから区別した。受容体変異体とアレルギー性表現型との関連を図9に示す。受容体対立遺伝子の配列を図1〜8に示す。
実施例3
IL-9受容体発現とリガンド結合アッセイ
市販の技術を使用してサプライヤー(Pierce)の勧めに従って、精製した組換えIL-9および構造または機能がIL-9に似ている可能性のある化合物を、高比活性になるように蛍光標識した。ヒトMo7eとマウス32D細胞を増殖させ、37℃で、それぞれ10%(容量/容量)ウシ胎児血清、50mM 2−メルカプトエタノール、0.55mM L-アルギニン、0.24mM L-アスパラギン、および1.25mM L-グルタミンを補足したダルベッコ改変イーグル培地0.8ml、または10%(容量/容量)ウシ胎児血清、50mM 2−メルカプトエタノール、0.55mM L-アルギニン、0.24mM L-アスパラギン,および1.25mM L-グルタミンを補足したRPMIに再懸濁した。TF1.1(ヒトIL-9受容体を欠失したTF1細胞)、T98G、TK-、およびマウス32D細胞(実施例7と10)を、後述のようにそのまま、またはヒトIL-9受容体構築物でトランスフェクション後に使用した。完全長または末端切断型のIL-9受容体の1つを含有するプラスミドDNAを、pCEP4プラスミド(Clontech)中にクローン化し、Qiagenカラム(Qiagen)を用いて遠心分離により精製した。電気穿孔法の直前に0.4cmのキュベット中の細胞にプラスミドDNA(50μg)を加えた。2重電気パルス(750V/74オーム/40マイクロファラドと100V/74オーム/2100マイクロファラド)後に、直ちに細胞を、IL-9を補足した新鮮な培地に希釈した。
ヒグロマイシンB(400μg/ml〜1.6mg/ml)で14日間選択した後に、安定なトランスフェクション細胞が得られた。ヒグロマイシン耐性クローンを、実施例8に記載のようにウェスタンブロットとin situ染色によりIL-9受容体の発現について分析した。
蛍光顕微鏡でリアルタイムに、細胞受容体の結合を直接視覚化する。対照細胞(トランスフェクトしてない)と既知のIL-9受容体変異体のそれぞれでトランスフェクトした細胞で、結合とインターナリゼーションを経時的に追跡する。特異的結合を証明するために、過剰の非標識リガンドまたはブロッキング抗体を並行実験で使用する。
HAジタグを有するかまたは有さない、アミノ酸44〜270を含む可溶性IL-9受容体をまた、異なる型のヒト標識組換えIL-9とともにインキュベートする。異なる量のFLAGタグ付き(IBI)リガンドを0.5μgの可溶性受容体とともに、PBS中で室温で30分間インキュベートする。1μgの抗HA抗体または抗FLAGモノクローナル抗体(IBI)とともに、EBCバッファー(50mMトリス、pH7.5;0.1M NaCl;0.5% NP40)を加え(300μl),氷上で1時間インキュベートする。各試料に40μlのプロテインAセファロース溶液を加え、4℃で1時間混合した。試料を11,000×Gで1分間遠心分離し、ペレットを500μlのEBCで4回洗浄した。ペレットを26μlの2×SDSバッファーに溶解し、4分間沸騰させ、18%SDSポリアクリルアミドゲルで電気泳動した。ウェスタンブロットを、抗IL-9受容体抗体(Santa Cruz Inc.)またはFLAGタグ付きrhIL-9に対する抗FLAGモノクローナル抗体(IBI)で釣り上げた。治療薬としての候補物質を、リガンド結合の拮抗作用を測定することにより評価する。受容体発現を図11と14に示す。
実施例4
細胞の単離と培養
製造業者(Pharmacia Biotech,AB Uppsala Sweden)に従ってエンドトキシン試験を行なったFicoll-Paque PLUSを使用して密度勾配遠心分離により、健常ドナーからヒト末梢血単核細胞(PBMC)を単離した。同一遺伝子のヒト血清または熱不活性化FBSを最終濃度10%になるように補足したRPMI-1640(Bethesda Research Labs(BRL),Bethesda,MD)7ml中で、PBMC(5×106)、マウス脾臓細胞(5×106)、または5×106個のMo7e細胞を培養した。細胞を、刺激せずに、またはPMA 5μg/ml/PHA 5μg/ml、もしくはPHA 5μg/mlとrhIL2 50ng/ml(R & D Systems,Minneapolis,MN)で刺激して、37℃で24時間培養した。
実施例5
PCR産物のDNAとRNA単離、rtPCR、クローニング、および配列決定
Nicolaides and Stoeckert46が記載したように、培養したPBMCからマイトジェンで6日間刺激後、細胞質RNAとゲノムDNAを抽出した。各供給源から1μgのRNAを,70℃で>10分間変性し、次に2.5単位のSuperscriptII逆転写酵素(GIBCO,BRL)、1U/lのRNAseインヒビター、2.5mMオリゴd(T)16プライマー、1mMずつのdATP、dCTP、dGTP、dTTP、50mM KCl、10mMトリス塩酸(pH7.0)、25mM MgCl2を使用して、37℃で1時間cDNAに逆転写(V+)した。偽逆転写反応物を陰性対照として使用した。
逆転写反応物の20分の1を、6.7mM MgCl2、16.6mM(NH4)2SO4、67mMトリス塩酸(pH8.8)、10mM 2−メルカプトエタノール、6% DMSO、1.25mMずつのdNTP、2.5UのAmplitaq DNAポリメラーゼ、およびヒトcDNA IL-9エキソン2(フォワード5’-GCT GGA CCT TGG AGA GTG-3’)(配列番号1)とエキソン9(リバース5’-GTC TCA GAC AAG GGC TCC AG-3’)(配列番号2)に相当する300ngずつのオリゴヌクレオチドを、含有するPCR(50μl)中で使用した。反応混合物を以下のPCR条件に付した:95℃で120秒、次に94℃で30秒、58℃で90秒、72℃で90秒を35サイクル。最後に、反応混合物を伸長のために、72℃で15分を1サイクルを行なった。
hIL-9受容体cDNAを示すPCR産物を、1.5%アガロースゲルでゲル電気泳動に付し、臭化エチジウム染色を用いて視覚化した。疑似逆転写反応の産物(ここでRNAの代わりにH2Oを使用した)を、すべての実験で陰性対照増幅として使用した。
PCR産物を、TAクローニングベクター(Invitrogen,San Diego,CA)中にサブクローニングした。ヒトcDNAの増幅により、1614塩基対の産物が得られた。hIL-9受容体cDNAインサートを含有するプラスミドを、従来法により単離した(Sambrookら、(1989)Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press,New York)。増幅後,各インサートを含みかつこれを囲むDNA配列を、PCR誘導性またはクローニング誘導性のエラーの測定のために、自動シーケンサー(ABI 377,Perkin Elmer)で、蛍光ジデオキシターミネーターを使用して、配列決定(Sangerら、1977,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:5463)により解析した。クローニングおよび/またはポリメラーゼ誘導性の配列エラーの無いhIL-9受容体cDNAインサートを、発現ベクターにサブクローニングした。
実施例6
in vitroでのIL-9受容体構築物のクローニングと発現
hIL-9受容体を、エピソーム真核細胞発現ベクターpCEP4(Clontech)中にサブクローニングした。標準的方法を使用してCMVプロモーターに対してセンス配向で、pCEP4ポリリンカー中にBamH1-XhoI断片として,インサートをクローン化した(図10)。記載したように、構築物を細胞宿主中で発現させた。
実施例7
(Mo7e、32D、TF1.1、TK - ts13、およびT98G)を使用する細胞アッセイ
変異体IL-9受容体の機能の評価と、アトピー性喘息の治療に有効な化合物のスクリーニングのために、細胞系を使用した。IL-9により誘発される抗アポトーシスまたはベースライン増殖応答に拮抗する能力について、化合物を試験した。ある細胞系でベースライン抗アポトーシスまたは増殖応答がいったん確立されたら、3重の3回反復アッセイでの応答の統計的に有意な低下を、拮抗作用の証拠であると考えた。直接の観察、トリパンブルー染色(当業者に公知の技術)、または酸性ホスファターゼ活性の低下により、細胞傷害性から真の拮抗応答を区別した。他の増殖性物質(例えば、インターロイキン3またはインターロイキン4)に対して活性が証明されるかどうかを評価して、各化合物について拮抗作用の特異性を評価した。
適切な培地中で使用するために、組換えIL-9または構造もしくは機能がIL-9に似ている可能性のある化合物を精製し、調製した。推定アゴニストおよびアンタゴニストを、水、食塩水、またはDMSOと水で調製した。細胞はそのまま使用したか、または実施例3に記載のようにIL-9受容体構築物でトランスフェクトした後に使用した。増殖因子を24時間枯渇させた後に、細胞を可変量の精製IL-9または構造もしくは機能がIL-9に似ている可能性のある化合物を加えてまたは加えないでインキュベートした。
細胞数の指標として細胞内に存在する酸性ホスファターゼの量を測定する、Abacus Cell Proliferation Kit(Clontech,Palo Alto,CA)を使用して、細胞増殖を評価した。基質p-ニトロフェニルホスフェート(pNPP)を酸性ホスファターゼによりp-ニトロフェノールに変換し、これを酵素濃度の指標として測定した。各ウェルにpNPPを加え、37℃で1時間インキュベートした。次に1Nの水酸化ナトリウムを加えて、酵素反応を停止させ、p-ニトロフェノールの量を、Dynatech 2000プレートリーダー(Dynatech Laboratories,Chantilly,VA)を使用して410nmで定量した。細胞数と吸光度を比較する標準曲線を使用して、アッセイの直線範囲を決定した。吸光度測定値がアッセイの直線範囲内にある時のみ、測定結果を使用した。簡単に説明すると、リガンドを含むかまたは含まない平底マイクロタイタープレート(150または200μlウェル)中の4重の細胞試料を用いて、37℃で72〜96時間アッセイを行なった。存在する細胞の数の尺度として酸性ホスファターゼを使用した。すべての実験は、少なくとも2回繰り返した。
アポトーシスの初期マーカーである細胞外ホスファチジルセリンを認識することによりデキサメタゾン誘導性アポトーシスを測定するAnnexin Vキットを使用してサプライヤー(Clontech)が記載するように、アポトーシスを測定した。アポトーシス細胞数は、Annexin V染色細胞のパーセントとして、蛍光顕微鏡によりスコア化した。
Mo7e系はヒト巨核芽球細胞系であり、RPMI 1640(GIBCO/BRL,Gaithersburg,MD),20%ウシ胎児血清(Hyclone)および10ng/ml IL-3(R & D Systems,Minneapolis,MN)中で培養した。T98G系は、RPMI 1640(GIBCO/BRL)中で増殖されるヒト神経膠芽細胞腫細胞系である。ハムスター繊維芽細胞TK-ts13系も、マウス骨髄腫前駆体系であるマウス32D細胞系とともに使用し、いずれも10%ウシ胎児血清(Hyclone)を含有するRPMI 1640(GIBCO/BRL)中で培養し、さらに32D細胞系では1ng/mlのIL-3を使用した。TF1.1は,IL-2受容体ガンマサブユニット(ウェスタンブロットとrtPCRにより確認された)を発現することが知られているヒト骨髄白血病系であるが、その先祖(TF1)と比較すると、rtPCR、免疫染色、およびウェスタンブロット分析により,すでにIL-9受容体は持っていない。TF1.1は、RPMI 1640(GIBCO/BRL)と10%ウシ胎児血清(Hyclone)中で培養した。すべての細胞系は、IL-9を含めて複数のサイトカインに応答する。細胞系に栄養を与え,再度72時間毎に2×105細胞/mlで再接種した。
細胞を2000rpmで10分間遠心分離し、0.5%ウシ血清アルブミン(GIBCO/BRL,Gaithersburg,MD)とインスリン−トランスフェリン−セレン(ITS)補助因子(GIBCO/BRL,Gaithersburg,MD)を含むRPMI 1640中に再懸濁した。血球計で細胞を数え、1×105細胞/mlに希釈し、96ウエルのマイクロタイタープレートにまいた。各ウェルは、0.15または0.2mlを含有し、細胞により10,000〜50,000細胞/ウェルの最終濃度を与えた。Mo7e細胞を,50ng/mlの幹細胞因子(SCF)(R & D Systems,Minneapolis,MN)単独、50ng/ml SCFプラス50ng/ml IL-3(R & D Systems,Minneapolis,MN)、または50ng/ml SCFプラス50ng/ml IL-9で刺激した。細胞と基本培地のみを含有する対照を含めた。試験化合物(すなわち、組換えIL-9タンパク質、ペプチド、小分子)の連続希釈物を、3重測定で各試験条件に加えた。IL-9受容体でトランスフェクトしなかったTF1.1細胞を、応答と非特異的細胞傷害性の独立した対照として使用した。培養物を5% CO2中で37℃で72〜96時間インキュベートした。
実施例8
トランスフェクトされた細胞系中の外因性IL-9受容体のin situおよびウェスタン分析
IL-9受容体のin situ染色は以下のように行なった。細胞をカバーグラスの上で24時間増殖させ、次に接着性の細胞を含有するカバーグラスを、カルシウムとマグネシウムを含有するリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)(Gibco/BRL)で2回洗浄した。IL-9受容体の細胞内染色のために、細胞を、4%パラホルムアルデヒド/PBSプラス0.1%トリトン-X中で、室温で15分間固定してから、抗ヒトIL-9受容体抗体で処理した。細胞外染色のために、細胞を固定前に抗体で処理した。次に細胞をPBSで2回洗浄し、dH2O中の7.5%BSAにより室温で30分ブロックした。次に、PBSで洗浄した細胞を、1%BSA/PBS中の抗ヒトIL-9受容体(IL-9受容体のカルボキシ末端に対するポリクローナル抗体)の10μg/ml溶液と共に、室温で1時間インキュベートした。PBSで細胞を3回洗浄し、次に1%BSA/PBS中の抗ウサギローダミン結合抗体の10μg/ml溶液中、室温で30分間インキュベートした。次に細胞をPBSで3回洗浄して、1μg/mlのDAPIを使用して室温で1分間カウンター染色した。dH2O中で細胞を3回洗浄し、顕微鏡スライドに固定し、蛍光顕微鏡により分析した。トランスフェクトしたCOS7細胞についての結果を、図14に示す。
0.5%溶解バッファー(トリス50mM,NaCl 150mM,NP40)、1mM DTTおよびプロテアーゼインヒビター中の細胞抽出物の直接溶解から得られたタンパク質溶解物について、ウェスタンブロットを行い、5分間沸騰させた。試料を、トリス−グリシンランニングバッファー中の4〜20%トリス−グリシンSDSゲル(Novex)で電気泳動した。次に、Trans Blot II装置(Bio Rad)を使用して、電気ブロットにより、タンパク質をニトロセルロースに移した。移動後、膜を,TBS-T((20mMトリス、137mM NaCl、pH7.6)プラス0.05%ツイーン20)プラス5%ブロット(blotto)中、室温で1時間ブロックした。次に、TBS-T中のIL-9受容体のカルボキシ末端に対するポリクローナル抗体(1μg/ml)を使用して、ブロットを1時間探した。次にTBS-T中でブロットを10分間3回洗浄し、TBS-T中の第2抗ウサギ西洋ワサビペルオキシダーゼ結合抗体(1:10,000)を使用して30分間探した。上記のようにブロットを洗浄し、化学発光基質であるルミノール/エンハンサー溶液(Pierce)と共に室温で5分間インキュベートし、次に1〜60秒間フィルムに露光した。図11と12を参照されたい。
実施例9
真のIL-9Rゲノム増幅法
IL-9Rは,ヒトゲノムの他の遺伝子座(第9、第10、第16、第18染色体)に4つの高度に相同性(>90%ヌクレオチド同一性)のプロセシングされていない偽遺伝子を有するため、標準的プライマーデザインを使用する真のIL-9R(XYq偽常染色体領域中に位置する生物学的機能性タンパク質をコードする遺伝子)の特異的増幅は不可能であった。これらの他の遺伝子の高度の同一性のために、標準的プライマーデザインを使用するゲノムPCR増幅により、すべての遺伝子が同時増幅され、従って真の遺伝子の配列解析が不明確になった。真のIL-9R構造は、本出願に記載の喘息または癌のような他の疾患(Renauldら、Oncogene,9:1327-1332,1994;Grussら、Cancer Res.,52:1026-1031,1992)に対する素因に関係しうるので、その構造を研究するために、特異的アンプリマーを以下のように設計した:
IL-9R偽遺伝子と真の遺伝子の配列をMac Vectorソフトウェアを使用してアラインメントした。次に、真の遺伝子と偽遺伝子の間で分岐した領域について、各エキソンの周りのイントロン配列を調べた。次にこれらの領域に対してプライマーを設計し、これを使用して、各ヒト染色体を含有するヒト/齧歯類ハイブリッドDNAをPCR増幅した。生成物を3%アガロースゲルで泳動し、4つの偽遺伝子の増幅の無い真のIL-9R増幅について分析した。アニーリング温度とバッファー条件(DMSO含量5〜10%)を変えて、特異的PCR増幅条件も最適化した。まだ偽遺伝子の増幅が存在した場合は、プライマー配列中にヌクレオチド変異を入れて、真の遺伝子と比較して偽遺伝子からのより大きな分岐を生じさせた。プライマー配列を実施例2に示し、その特異性を図13に示す。
実施例10
細胞増殖アッセイとサイトカイン刺激
種々の型のヒIL-9受容体を発現するTS1細胞の増殖応答を調べるために、細胞をPBSで洗浄し、D-MEM、10%ウシ胎児血清中に再懸濁した。103細胞/ウェルを、96ウェルマイクロプレート中に3回反復で接種し、適宜、組換えヒトIL-9またはマウスIL-9(R & D Systems,Minneapolis,MN)を最終濃度5ng/mlで加えた。酸性ホスファターゼアッセイを使用して7日後に、細胞増殖を評価した。簡単に説明すると、0.1M酢酸ナトリウム(pH5.5),0.1%トリトンX-100および10mM p-ニトロフェニルホスフェート(Sigma 104ホスファターゼ基質)を含有するバッファー50μlを、ウェルに加えた。プレートを室温で1〜0.5時間インキュベートし、10μl/ウェルの1N水酸化ナトリウムで反応を停止させ、Dynatech Model MR600で410nmで吸光度を読んだ。サイトカイン刺激後のシグナル伝達カスケードのタンパク質のチロシンリン酸化を解析するために、種々の型のヒトIL-9受容体を発現するTS1細胞をPBSで洗浄し、D-MEM,0.5%ウシ血清アルブミンに再懸濁し、37℃で6時間インキュベートした。続いて、20×106細胞をヒトIL-9またはマウスIL-9(100ng/ml)で5分間処理し,直ちに冷PBSで洗浄した。実施例11に記載のように細胞をRIPAバッファーで溶解した。
実施例11
免疫沈降、免疫ブロッティングおよび抗体
典型的には20〜50×106細胞を、1mlのRIPAバッファー(1%NP40、0.5%デオキシコール酸ナトリウム、0.1%SDS、1mM PMSF、50mMフッ化ナトリウム、1nMオルトバナジン酸ナトリウム、および1×「完全」プロテアーゼインヒビター混合物を含有するPBS、Cat.No.1697498 Boehringer Mannheim)で溶解し、氷上で45分間インキュベートした。溶解物をEppendorf微量遠心分離機中で20分間遠心分離し、上清を回収し、新しいチューブに移した。免疫沈降のために、1〜5μgの抗体を溶解物に加え、4℃で一晩インキュベートした。20mlのプロテインA+Gアガロース結合ビーズを2時間加え、次にRIPAバッファーを使用して4回洗浄した。ビーズをLaemmliバッファー中に再懸濁し、3分間沸騰してから電気泳動した。タンパク質をImmobilion-P膜(Millipore)に移し、西洋ワサビペルオキシダーゼ結合2次抗体を使用して化学発光検出アッセイ(Pierce)により検出した。マウスおよびヒトIL-9受容体の特異的抗体(sc698),マウスJak1、Irs1、Irs2、Stat1、Stat2、Stat3、Stat4、Stat5、およびホスホチロシン(PY)は、Santa Cruz(Santa Cruz,CA)から購入した。抗Jak3およびモノクローナル抗ヒトIL-9受容体MAB290は、それぞれUpstate BiotechnologyとR & D Systemsから購入した。図15は、ヒトIL-9受容体の異なる変異体による、Jakファミリーのメンバーの活性化を証明する。
実施例12
IL-9受容体ゲノム多型の同定
既に記載されているように(NicolaidesとStoeckert,Biotechniques 8:154-156,1990)、志願者ドナーのPBMCからゲノムDNAを単離した。配列番号14と配列番号17のプライマーを使用するPCRにより、ヒトIL-9R遺伝子のイントロン5の配列解析を行ない、分子サイズ約1243塩基対の産物を得た。既に記載されているバッファー(Nicholaidesら、Genomics 30:195-206,1995)で、94℃で30秒、62℃で1.5分、72℃で1.5分を35サイクル行って増幅した。次に産物を精製し、標準的配列プロトコールを使用して配列決定した。複数の個体のイントロン5からの配列を調べると、エキソン6の配列の-213ヌクレオチド上流にヌクレオチド変化があり、このためチミジン(公表されている配列)がシトシンヌクレオチドに変化していた。この変異の例を図17に示す。
本発明を種々の具体的な材料、方法および例を参照して説明し例示したが、本発明は、この目的のために選択された材料の特定の組合せや方法に限定されるものではないことを理解されたい。当業者が理解できるように、このような細部の多くの変更が可能である。
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This application is related to US Provisional Application No. 60 / 032,224, filed Dec. 2, 1996, which is incorporated herein by reference. This application also includes U.S. Patent Application Nos. 08 / 697,419, 08 / 697,360, 08 / 697,473, 08 / 697,472, 08 / 697,471, 08 / 702,105, 08 / 702,110, 08 / 702,168, and 08 / 697,440 (all of which were filed on August 23, 1996) and 08/874, 503 (which was filed on June 13, 1997) This is incorporated herein by reference.
Field of Invention
The present invention describes the biological changes of the IL-9 receptor (Asthma Associated Factor 2) (SEQ ID NO: 1) and these variants, asthma, atopic allergy, and related diseases. Correlate with susceptibility. The present invention also teaches how to utilize these IL-9 receptor sequence variants for diagnosis of susceptibility or resistance to asthma and atopic allergy. Furthermore, methods for using IL-9 receptor variants in the development of asthma drugs that depend on modulation of IL-9 activity are described.
Background of the Invention
Inflammation is a complex process in which the body's defense system fights foreign substances. Although fights against foreign substances are necessary for the survival of the body, some defense systems inappropriately respond as dangerous to harmless foreign substances, so that Injury the tissue.
Atopic allergy is a disease in which the genetic background dominates the response to environmental stimuli. This disease is generally characterized by an increased ability of lymphocytes to produce IgE antibodies in response to ubiquitous antigens. Activation of the immune system by these antigens also causes their ingestion, permeation through the skin, or allergic inflammation that occurs after inhalation. When this immune activation occurs, followed by lung inflammation, the disease is broadly characterized as asthma. Certain cells are important for the inflammatory response in the respiratory tract, including T cells and antigen presenting cells, B cells that produce IgE, and mast cells / basophils that store inflammatory mediators and bind to IgE There are spheres, eosinophils that release additional mediators. These inflammatory cells accumulate in the field of allergic inflammation and the harmful products they release contribute to the tissue destruction associated with the disease.
Asthma is generally defined as an inflammatory disease of the airways, but clinical symptoms arise from intermittent airflow blockages. This is a chronic disabling disease that seems to have increased morbidity and severity1. It is estimated that 30-40% of the population has atopic allergies, and 15% of children and 5% of adults have asthma.1. In other words, a huge burden is placed on medical resources in the treatment of these diseases.
Both diagnosis and treatment of asthma and related diseases are problematic1. In particular, assessment of inflamed lungs is often difficult and often the cause of inflammation cannot be determined. Although atopic asthma is an environmental genetic disease, knowledge about specific mutant genes has only recently been discovered. The detection methods and their role, diagnosis and prognosis of these genetic variants in inflammation have not yet been determined. What is needed in the art is the development of a technique that facilitates the diagnosis of atopic asthma that is specifically associated with mutations in genes involved in susceptibility / resistance to atopic disease.
Modern therapies have an inherent set of drawbacks. Β-agonists, the main therapeutic agents, reduce symptoms, ie transiently improve lung function, but do not affect basal inflammation, so lung tissue is still at risk. In addition, continued use of β-agonists results in desensitization, reducing efficacy and safety2. Anti-inflammatory steroids, substances that can reduce basal inflammation, have a unique set of side effects ranging from immunosuppression to bone loss2.
Alternative treatment strategies are being evaluated due to problems arising from conventional treatment38-39. Glycophorin A37, Cyclosporine38And the nonapeptide fragment of IL-236All inhibit interleukin-2-dependent T lymphocyte proliferation28. But these are known to have many other actions2. For example, cyclosporine has been used as an immunosuppressant after organ transplantation. These drugs are an alternative to steroids in the treatment of asthma patients.36-39These may inhibit interleukin-2-dependent T lymphocyte proliferation and may inhibit immune functions that appear to be very important in connection with homeostasis. What is needed in the art is to facilitate the development of therapeutics specifically designed to treat the causes of atopic asthma but not its symptoms. These therapies are the most likely ways to avoid the toxicity associated with non-specific treatments. This therapeutic is downstream of immune function (eg, IL-2 mediated T lymphocyte activation required for the development of asthma), explains the incidental nature of the disease, and provides a pathway to explain its close association with allergies Selectively target. If there is a common biological change in the pathway and the individual showing the change is not immune compromised or ill except for the symptoms of atopic asthma, the pathway should be an appropriate target for asthma treatment. Nature proves.
Due to the difficulties associated with the diagnosis and treatment of atopic allergies, including asthma, the complex pathophysiology of these diseases has been studied in detail. Although these diseases are difficult to define because they consist of many factors and take many types, some common features have been found in asthmatic patients. Examples of such features include abnormal skin test responses to allergen antigenic stimulation, pulmonary eosinophilia, bronchial hyperresponsiveness (BHR), bronchodilator reversibility, and airflow blockage3-10. These expressions of traits associated with asthma are studied quantitatively or qualitatively.
In many cases, elevated IgE levels are associated with increased BHR, bronchoconstrictor response to various stimuli4,6,8,9. BHR is thought to reflect the presence of airway inflammation6,8Is considered a risk factor for asthma11-12. BHR is associated with bronchial inflammation, including eosinophil infiltration into the lung, and allergic predisposition in asthmatic patients6,8,13-18.
Hereditary components for atopic asthma have been documented in many studies4,10. However, these diseases involve age and sex, as well as many environmental factors such as allergens, viral infections, and pollutants.19-21Family studies are difficult to interpret. Furthermore, since there are no biochemical defects known to be associated with susceptibility to these diseases, mutant genes and their abnormal gene products can only be recognized by the abnormal phenotype they produce.
The functions of IL-9 and IL-9 receptors (IL-9 pathway) are expanding from those originally recognized. Although the IL-9 pathway acts as a stimulator of T cell proliferation, this cytokine is also known to mediate proliferation of erythroid progenitor cells, B cells, mast cells, and fetal thymocytes22,23. IL-9 pathway synergizes with IL-3 to cause mast cell activation and proliferationtwenty four. The IL-9 pathway also enhances IL-4 induced production of IgE, IgG and IgM by normal human B lymphocytestwenty fiveEnhances IL-4-induced release of IgE and IgG by mouse B lymphocytes26. The role of the IL-9 pathway in mucosal inflammatory responses to parasitic infections has also been demonstrated27,28.
However, it is not known how the sequence of IL-9 receptor correlates with atopic asthma and bronchial hyperresponsiveness. IL-9 is known to bind to specific receptors expressed on the surface of target cells23,29,30. This receptor actually consists of two protein chains. One protein chain is known as the IL-9 receptor and binds specifically to IL-9. Another protein chain is shared with the IL-2 receptortwenty three. In addition, the cDNA encoding the human IL-9 receptor has been cloned and sequenced23,29,30. This cDNA encodes a 522 amino acid protein with high homology to the mouse IL-9 receptor. The extracellular region of this receptor is highly conserved, with 67% homology between mouse and human proteins. The cytoplasmic region of the receptor is not very conserved. The human cytoplasmic domain is much larger than the corresponding region of the mouse receptortwenty three.
The IL-9 receptor gene has also been characterized30. It exists as a single copy in the mouse genome and contains 9 exons and 8 introns30. The human genome contains at least four IL-9 receptor pseudogenes. The human IL-9 receptor gene is mapped to the 320 kb subtelomeric region of sex chromosomes X and Ytwenty three.
Despite these studies, no variant of the IL-9 receptor gene has been found. Therefore, there is a specific need for genetic information on atopic allergies, asthma, bronchial hyperresponsiveness, and elucidation of the role of IL-9 receptors in the pathogenesis of these diseases. This information can be used to diagnose atopic allergies and related diseases, using methods to identify genetic variants of this gene associated with these diseases. Furthermore, there is a need for methods of employing IL-9 receptor mutants for the development of therapeutics to treat these diseases.
Summary of invention
Applicants have discovered natural variants of the human IL-9 receptor (also known as asthma-related
In addition, Applicants have found that a nucleic acid mutation from G to A exists at position 1273 of the cDNA (SEQ ID NO: 2), which is predicted from arginine to histidine at codon 344 of the human IL-9 receptor precursor protein. Cause amino acid substitutions. When arginine residues are present in both alleles of an individual, this is associated with less atopic asthma. That is, Applicants confirmed the presence of a non-asthmatic phenotype characterized by the codon 344 arginine present in both individuals in both IL-9 receptor gene products. As a further important result, Applicants have confirmed the presence of susceptibility to the asthmatic, atopic phenotype characterized by histidine at codon 344. Thus, the present invention encompasses purified and isolated DNA molecules having such sequences, as well as proteins encoded by this DNA.
Applicants have also confirmed the presence of a splice variant of IL-9R (SEQ ID NO: 3) lacking the glutamine residue at position 173 of the IL-9R precursor protein (FIG. 5). Furthermore, Applicants have demonstrated that this mutant cannot transcribe signals via the Jak-Stat pathway (FIG. 15) and that it cannot induce cell proliferation upon stimulation with IL-9 (FIG. 16). Thus, individuals with this allele will be less susceptible to atopic asthma and related diseases.
The present applicants further confirmed that there is a mutant of IL-9R genomic DNA in which thymine residue nt-213 (
Further, Applicants have discovered a variant of IL-9R (SEQ ID NO: 4) lacking
The biological activity of IL-9 is due to its binding to the IL-9 receptor and subsequent propagation of regulatory signals in specific cells, and thus IL-9 function is dependent on IL-9 antagonist and IL-9 or its Can be hampered by interaction with receptors. Down-regulation, i.e., loss of function controlled by IL-9, is accomplished in a number of ways. Administering an antagonist capable of blocking IL-9 binding to the receptor is one important method and such antagonists are within the scope of the claimed invention. An example is the administration of a polypeptide product encoded by a naturally occurring soluble DNA sequence of the IL-9 receptor, which encodes a polypeptide consisting of
Methods for identifying agonists and antagonists of the IL-9 receptor pathway can be identified by assessing receptor-ligand interactions as described in detail in the literature. These methods can be adapted to high-throughput automated assays that facilitate chemical screening and identification of potential therapeutic agents. Agonists are recognized by identifying specific interactions with the IL-9 receptor. The lack of binding to the labeled putative ligand using a 100-1000 fold excess of unlabeled ligand is generally accepted as evidence of specific receptor binding. Many labels and detection schemes can be used in these experiments. Evidence for antagonists is also the addition of increasing concentrations of test compounds to known ligands and receptors with no binding.
The mutant receptor information provides a means for generating expression vectors that can be used to generate soluble receptors for receptor binding assays. Mutagenesis of these soluble receptors can be used to determine which amino acids are very important for binding to the ligand and which amino acids assist the structure-based design of the antagonist. it can.
Cells lacking the human IL-9 receptor can be transiently or stably transfected with expression vectors containing mutant receptors and used to assay IL-9 pathway activity. it can. Both of these activities may be cell growth or apoptosis prevention that is attributed to the IL-9 pathway. These cells can be used to identify receptor agonists and antagonists as described above.
The above methods are various effective methods that utilize mutant forms of IL-9 receptor to develop therapeutic agents for atopic asthma and other related diseases.
A number of techniques have been described that can be used to diagnose atopic asthma that recognize single nucleotide variants in the IL-9 receptor, including DNA sequencing, restriction fragment length polymorphism (RFLP) There are allele-specific oligonucleotide analysis (ASO), ligation chain reaction (LCR), chemical cleavage, and single-strand conformation polymorphism analysis (SSCP). The use of these techniques as well as one or more other techniques described in the literature can be used to detect one or more mutations in the IL-9 receptor gene or mRNA transcript, which are Those skilled in the art will readily understand that they are within the scope of the invention.
Additional techniques (including ELISA, immunoprecipitation, Western methods, and immunoblotting methods) may be used to detect amino acid variants of the IL-9 receptor. That is, polyclonal or monoclonal antibodies that specifically recognize various types of structures of the IL-9 receptor are also within the scope of the present invention, to explain susceptibility or resistance to atopic asthma and related diseases. It is a useful diagnostic method.
The above methods represent various effective methods for diagnosing atopic asthma and other related diseases.
Thus, Applicants have provided methods of using IL-9 receptors to identify antagonists that can modulate the interaction of IL-9 with its receptors. More particularly, Applicants assay IL-9 receptor function to identify compounds or agents that are administered in an amount sufficient to down-regulate IL-9 pathway expression or function. Provide a method.
Since the Applicants have identified the role of the IL-9 pathway in atopic allergy, bronchial hyperresponsiveness and asthma, they also provide methods for diagnosis of susceptibility and resistance to atopic allergy, asthma, and related diseases.
The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate several embodiments of the invention and, together with the description of the invention, illustrate the principles of the invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1: Schematic representation of human IL receptor cDNA. Squares indicate exons 2-9 including the coding region (scale is relative size and is shown as a dashed line except for the 3 'untranslated portion of exon 9). The transmembrane region is encoded by exon 7, the intracellular domain is encoded by
Figure 2: cDNA with translation of wild-type IL-9R precursor protein with Arg allele at codon 344 (nucleotides 1272-1274) and 8 Ser / 4 Asn repeats starting at codon 410 (nucleotides 1470-1472). An array.
FIG. 3: Translated cDNA sequence of IL-9R precursor protein with His allele at codon 344 (nucleotides 1272-1274) and 9 Ser / 4 Asn repeats starting at codon 410 (nucleotides 1470-1472).
FIG. 4: Translated cDNA sequence of the IL-9R precursor protein with a deletion of
FIG. 5: Translated cDNA sequence of IL-9R precursor protein with a glutamine deletion at codon 173.
FIG. 6: Translated cDNA sequence of IL-9R precursor protein with an alternative splice in
FIG. 7: Translated cDNA sequence of IL-9R precursor protein with an alternative splice in
FIG. 8: Translated cDNA sequence of the IL-9R precursor protein with a deletion of
FIG. 9: Table showing the relationship between IL-9 receptor genotype and atopic allergy. Arg / Arg individuals are homozygous for the Arg allele with 8 Ser / 4 Asn repeats. Arg / His individuals are in
Figure 10: Map of IL-9 receptor expression construct.
Figure 11: TK-Western blot of recombinant IL-9 receptor protein using a C-terminal antibody probe in a transfected cell line (left: Arg allele with 8 Ser / 4 Asn repeats; right: 9 Ser / 4 Asn repeats His alleles).
Figure 12: Human ILs in TS1 cells showing differences in mobility between Arg344 mutant (GR8) with 8 Ser / 4 Asn repeats and His344 mutant (GH9) with 9 Ser / 4 Asn repeats -9 receptor mutant expression. There is a mobility shift that demonstrates the difference in post-translational modification of these two mutant forms of the IL-9 receptor.
Figure 13: XY specific amplimer for specific amplification of IL-9 receptor gene. Pseudogenes on
FIG. 14: Immunoreactivity of anti-human IL-9 receptor neutralizing antibody with wild type and delta-Q receptors. Panel A): COS7 cells were treated with LXSN vector alone (A and B), wild type IL-9R (C and D), wild type IL-9R with 9 Ser residues starting at codon 410 (E and F). ), Δ-Q 173 mutant (G and H), and Δ-Q 173 (I and J) with 9 Ser residues starting at
Figure 15: Activation of Jak, Stat, and Irs family members of different variants of the human IL-9 receptor. TS1 cells expressing GH9, ΔQGR8, or ΔQGH9 are deprived of nutrients for 6 hours and then treated with no cytokines (-), with mouse IL-9 (m), or with human IL-9 (h) for 5 minutes did. Cell extracts were immunoprecipitated with various antibodies specific for different members of the Jak, Stat and Irs families. The immunoblot was first reacted with an anti-phosphotyrosine antibody to detect only tyrosine-phosphorylated proteins, then stripped and re-fished with the same antibodies used to immunoprecipitate each protein. GH9, ΔQGR8, and ΔQGH9 are as shown in FIG.
Figure 16: Proliferation of TS1 cells expressing different types of human IL-9 receptor. Cells were inoculated into a 96-well plate (1000 / well) so that each cell could be measured in quadruplicate, and treated with no cytokine, mouse IL-9 or human IL-9 (5 ng / ml). Seven days later, a colorimetric assay was performed to determine the number of cells and the ratio of treated / untreated cells (control%) was calculated to assess growth rate. LxSN = cells transfected with empty vector; GR8 is wild type IL-9R; GH9 is a His344 variant with 9 Ser residues starting at
FIG. 17: Genomic DNA sequence of IL-
Detailed Description of the Invention
Applicants have elucidated the IL-9 pathway and compositions that affect this treatment used in the development of therapeutics, diagnostics, and methods for identifying drugs to prevent or treat atopic asthma and related diseases This solved the needs in the field.
Asthma includes airway inflammatory disorders with reversible airflow blockage. By atopic allergy is meant atopy and related diseases, including asthma, bronchial hyperresponsiveness (BHR), rhinitis, urticaria, intestinal allergic inflammatory diseases, and various types of eczema. Atopy is a hypersensitivity to environmental allergens and is expressed as an increase in serum total IgE or abnormal skin test response to allergens compared to controls. BHR means bronchial hyperresponsiveness, which is an increase in bronchoconstriction response to various stimuli.
By analyzing the DNA of individuals exhibiting atopic allergies and asthma-related diseases, Applicants have identified polymorphisms in the IL-9 receptor (IL-9R) gene that can be correlated with asthma expression. The IL-9 receptor gene (also known as asthma-related
Applicants refer to a polymorphism as a change in a specific DNA sequence (called a “locus”) from a normal sequence. In general, two or more alleles containing a locus are identified by those skilled in the art, and a locus is defined as polymorphic when at least a common allele is present at a frequency of 1% or more To do.
IL-9R has four highly homologous (> 90% nucleotide identity) non-processing pseudogenes at other loci (
Applicants also amplified the entire coding region of IL-9 receptor cDNA by RT-PCR using RNA extracted from PBMC (peripheral blood mononuclear cells) purified from 50 donors. FIG. 1 shows the most frequent mutations found in the 50 people analyzed.
Applicants have also found allelic variations limited to the coding sequence of
Applicants have found a new polymorphism at codon 344. Here the second nucleotide is either adenine or guanidine and the two possible residues encoded by this codon are histidine or arginine, respectively. In addition, a correspondence is observed between
RNA corresponding to these DNA molecules is isolated using standard methods in the art such as, for example, Sambrook et al., Molecular Clonig: A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1985). . Applicants mean that isolated means that DNA is free of at least a portion of contaminants that are bound to nucleic acids or polypeptides present in the natural environment.
The present invention also includes proteins encoded by these nucleotide sequences. The invention also includes fragments of this molecule. Applicants mean that a fragment is a portion of a nucleic acid sequence that maintains the function of the entire sequence. As is known in the art, fragments are obtained from deletions, additions, substitutions and / or modifications.
The source of the IL-9 receptor variant of the present invention is human. Alternatively, DNA or a fragment thereof may be synthesized by a method known in the art. Also, using genetic engineering techniques to create DNA by any accepted genetic engineering technique, cloning the DNA into an expression vehicle, and transfecting the cells that express the compound with the vehicle to produce the compound. Can do. See, for example, the method described in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1985).
Mutant IL-9 receptor sequences that may be associated with atopic allergy and asthma-like phenotypes, and evidence of other sequences that may be associated with the absence of asthma-like phenotypes diagnose susceptibility to atopic asthma and related diseases Provide a method. Certain mutants can produce soluble receptors that can be used to treat these diseases.
The receptor is a soluble or membrane-bound component that recognizes and binds to a molecule, and the IL-9 receptor of the present invention is a component that recognizes and binds to IL-9. The function of the IL-9 receptor consists of binding to IL-9 or an IL-9-like molecule and propagating its regulatory signals in specific cells29,30,34,35. When human IL-9 binds to the human IL-9 receptor, it causes phosphorylation of the IL-9 receptor itself and activation of proteins in the Jak-Stat pathway (Jak1, Stat1, Stat3, Stat5, and Irs2) (Demoulin, JB. Et al., Molecular and Cellular Biology, p. 4710-4716, Sept. 1996). Applicants examined whether IL-9R or its mutants showed a bias in the activation of these proteins and extended this analysis to Jak3 and Irs1. All proteins in the pathway including Jak3 and Irs1 were confirmed to be phosphorylated by IL-9R activation. It was also confirmed that IL-9R mutants with mutations at
Unlike the wild type receptor and other tested mutants, the ΔQ173 mutant was unable to activate any protein in the Jak-Stat pathway (FIG. 15). Furthermore, the ΔQ173 mutant was unable to support cell growth by IL-9 stimulation (FIG. 16). Therefore, individuals expressing the ΔQ173 mutant are unlikely to be susceptible to atopic asthma and related diseases. Accordingly, one aspect of the invention is a therapeutic agent that increases the expression of the ΔQ173 splice variant for the treatment of atopic asthma and related diseases.
One diagnostic embodiment is the recognition of mutations in the DNA sequence of the IL-9 receptor gene or transcript. One method uses a nucleic acid molecule (also known as a probe) having a sequence complementary to the IL-9 receptor of the present invention under sufficient hybridization conditions, as will be appreciated by those skilled in the art. It is to be. In one embodiment, the nucleic acid molecule will specifically bind to the codon of mature IL-9 receptor protein Arg344, or His344, and in another embodiment, will bind to both Arg344 and His344. In yet another embodiment, it will bind to the codon of Gln173. These methods may be used to recognize other variants of the IL-9 receptor. Another method for recognizing DNA sequence variations associated with these diseases is direct DNA sequence analysis by multiple methods known in the art.44. Another embodiment is the detection of DNA sequence mutations in the IL-9 receptor gene associated with these diseases40-44. These include the polymerase chain reaction, restriction fragment length polymorphism (RFLP) analysis, and single strand conformation analysis. In a preferred embodiment, the Applicants specifically describe a method for recognizing polymorphisms in the IL-9 receptor associated with the His344 and Arg344 alleles at the gene level using ASO PCR. provide. In other embodiments, a binding chain reaction can be used to distinguish these alleles of the IL-9 receptor gene.
The invention also includes methods for the identification of antagonists of IL-9 and its receptors. An antagonist is a compound that itself lacks pharmacological activity but causes an effect by interfering with the action of an agonist. To identify antagonists of the invention, one may test for competitive binding with known agonists or down-regulation of IL-9-like function as described herein and in the cited references.2,22-35.
Specific measurements to screen for drugs useful for treating atopic allergy based on the known role of IL-9 receptors for T lymphocyte proliferation, IgE synthesis, and release from mast cells Law is used29,30,33-35. Another assay relates to the ability of the human IL-9 receptor to specifically induce rapid and transient tyrosine phosphorylation of multiple proteins in Mo7e cells34. Since this response is dependent on IL-9 receptor expression and activation, this is a convenient method or assay for the characterization of potentially useful compounds. Tyrosine phosphorylation of Stat3 transcription factor appears to be specifically associated with IL-9 receptor function35This response represents a simple method or assay for characterization of compounds within the scope of the present invention. Yet another method for characterizing IL-9 receptor function is transfected with a human receptor that can be used to assess human IL-9 function using cell proliferation assays. Includes the use of known mouse TS1 clones29. These methods can be used to identify IL-9 receptor antagonists.
In a further embodiment, the invention encompasses downregulation of IL-9 expression or function by administering a soluble IL-9 receptor molecule that binds to IL-9. Applicants and Renalud et al.29Demonstrated the existence of a soluble form of the IL-9 receptor. This molecule can be used to block the binding of IL-9 to cell-bound receptors and acts as an antagonist of IL-9. Soluble receptors are used to bind cytokines or other ligands and control their function45. A soluble receptor is a type of membrane-bound receptor that exists in solution or outside the membrane. Soluble receptors may be present because there are no molecular segments normally associated with the membrane. This segment is commonly referred to in the art as the transmembrane domain of a gene, or the membrane-bound segment of a protein. That is, in one embodiment of the invention, the soluble receptor is a fragment or analog of a membrane bound receptor.
Applicants have identified three splice variants of the human IL-9 receptor that cause the production of proteins that can act as soluble receptors. One splice variant deleted
Soluble IL-9 receptor may be used to screen drug candidates including antagonists useful for treating atopic asthma and related diseases. For example, screening of peptides and single chain antibodies using phage display could be facilitated using soluble receptors. Phage that bind to the soluble receptor can be isolated and the molecule can be identified by affinity capture of the receptor and bound phage. In addition, screening for compounds for agents useful in the treatment of atopic asthma and related diseases can incorporate ligands that bind in the absence of soluble receptors and antagonists. Because these molecules are in the vicinity, detection of ligand-receptor interactions occurs. Antagonists are recognized by blocking these interactions.
The present invention further includes pharmaceutical compositions comprising a compound of the present invention in combination with a pharmaceutically acceptable carrier. Pharmaceutically acceptable carriers include sterile liquids, such as water and oils, including those of petroleum, animal, vegetable or synthetic origin, such as peanut oil, soybean oil, mineral oil, sesame oil and the like. Water is a preferred carrier when the pharmaceutical composition is administered intravenously. Saline solutions and aqueous dextrose and glycerol solutions can also be employed as liquid carriers, particularly for injectable solutions. Suitable pharmaceutical carriers are described in Martin, E.W., Remington's Pharmaceutical Sciences, which is specifically incorporated herein by reference.
The compounds used in the treatment methods of the present invention may be administered systemically or locally, taking into account the condition being treated, the need for site-specific treatment, the amount of drug administered, and the like. May be.
Topical administration may be used. Any common topical formulation (eg, solution, suspension, gel, ointment, salve, etc.) may be used. The preparation of such topical formulations is described in detail in the field of pharmaceutical formulations, as exemplified, for example, by Remington's Pharmaceutical Science, 17th Edition, Mack Publishing Company, Easton, Pa. For topical administration, these compounds can also be administered as powders or sprays (especially in aerosol form). In a preferred embodiment, the compounds of the invention may be administered by inhalation. For inhalation therapy, the compound may be a solution useful for administration in a dosage calibrated inhaler or in a form suitable for a dry powder inhaler.
The active ingredient is administered in a pharmaceutical composition suitable for systemic administration. As is known, if administered systemically, the drug may be prepared for oral administration as a powder, pill, tablet, etc., or as a syrup or elixir. For intravenous, intraperitoneal or intralesional administration, the compounds are prepared as solutions or suspensions that can be administered by injection. In some cases, it is useful to prepare these compounds as suppositories, or as long-term release formulations for subcutaneous sedimentation, or in formulations for intramuscular injection.
An effective amount is that amount that down-regulates a function regulated by the IL-9 receptor. The specific effective amount will vary from symptom to symptom, and in some cases will vary with the severity of the condition being treated and the patient's sensitivity to the treatment. Thus, a particular effective amount is optimally determined at that time and place by routine experimentation. However, in the treatment of asthma and related diseases of the present invention, a formulation containing 0.001-5% by weight, preferably about 0.01-1%, will usually be a therapeutically effective amount. When administered systemically, an amount of 0.01-100 mg / kg body weight / day, but preferably about 0.1-10 mg / kg, will often affect the outcome of treatment.
Applicants also provide a method of screening for compounds that down-regulate functions regulated by the IL-9 receptor. Whether the function expressed by the IL-9 receptor is down-regulated may be confirmed using standard methods in the art29,30,34,35. In a specific embodiment, Applicants provide a method for identifying compounds with functions comparable to IL-9. In one embodiment, IL-9 receptor function is assessed in vitro. As known to those skilled in the art, activation of the human IL-9 receptor specifically induces rapid and transient tyrosine phosphorylation of multiple proteins in cells responsive to IL-9. Tyrosine phosphorylation of Stat3 transcription factor appears to be specifically associated with the action of the IL-9 pathway. Another way to characterize the function of IL-9 and IL-9-like molecules relies on “stable expression” of the IL-9 receptor in the mouse TS1 or TF1 clone, which usually Not expressed. These transfectants can be used to assess human IL-9 receptor function using cell proliferation assays.29.
The invention also encompasses a convenient screening assay for saturating and specific ligand binding based on cell lines expressing IL-9 receptor variants.23,29. IL-9 receptor is a broad range of cell types (K562, C8166-45, KG-1, B cells, T cells, mast cells transfected with human IL-9 receptor, HL60, HL60-
In practicing the present invention, conventional terms and techniques of molecular biology, pharmacy, immunology, and biochemistry are used, which are within the ordinary skill of the art. See, for example, Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, or Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, Inc.
We will provide the following basic background information. The body's genetic material or DNA is lined up on 46 chromosomes, each containing two arms connected by a centromere. Each chromosome is divided into segments called p or q. The symbol p indicates the shorter chromosomal arm when measured from the centromere to the nearest telomere. The longer arm of the chromosome is indicated by the symbol q. The position on the chromosome is indicated by the chromosome number (ie chromosome 5) and the coordinates of the p or q region (ie q31-q33). The body also has sex chromosomes X and Y. During meiosis, the X and Y chromosomes exchange DNA sequence information in a region known as the pseudoautosomal region.
DNA (deoxyribonucleic acid) consists of two complementary strands of nucleotides, which contain four different base compounds, adenine (A), thymine (T), cytosine (C), and guanine (G). A on one strand binds to T on the other strand, C on one strand binds to G on the other strand to form complementary “base pairs”, with each pair in one strand Has one base.
A contiguous group of three nucleotides (“codon”) encodes one amino acid. For example, the three nucleotide CAG encodes the amino acid glutamine. The 20 naturally occurring amino acids and their one letter codes are as follows:
Alanine Ala A
Arginine Arg R
Asparagine Asn N
Aspartic acid Asp D
Asparagine or
Aspartic acid Asx B
Cysteine Cys C
Glutamine Gln Q
Glutamate Glu E
Glutamine or
Glutamic acid Glx Z
Glycine Gly G
Histidine His H
Isoleucine Ile I
Leucine Leu L
Lysine Lys K
Methionine Met M
Phenylalanine Phe F
Proline Pro P
Serine Ser S
Threonine Thr T
Tryptophan Trp W
Tyrosine Tyr Y
Valin Val V
Amino acids constitute proteins. Amino acids may be hydrophilic (ie, exhibit affinity for water) or hydrophobic (ie, dislike water). That is, amino acids represented by G, A, V, L, I, P, F, Y, W, C, and M are hydrophobic, and S, Q, K, R, H, D, E, N, The amino acids denoted by and T are hydrophilic. In general, the hydrophilic or hydrophobic nature of amino acids affects the folding of the peptide chain and thus affects the three-dimensional structure of the protein.
DNA is related to proteins as follows:
Genomic DNA includes all DNA sequences present in the cells of an organism. This is “transcribed” into messenger RNA (“mRNA”). Complementary DNA (“cDNA”) is a complementary copy of mRNA made by reverse transcription of mRNA. Unlike genomic DNA, both mRNA and cDNA contain only the protein coding region or the polypeptide coding region of DNA (so-called “exons”). Genomic DNA also contains “introns”, which do not encode proteins.
Indeed, eukaryotic genes consist of exons interrupted by introns that are intermittent to the protein encoded thereby. After being transcribed into RNA, introns are removed by splicing to form mature messenger RNA (mRNA). The splice point between exons is typically determined by a consensus sequence that acts as a signal for the splicing process. Splicing consists of the deletion of an intron from the primary RNA transcript and the binding or fusion of the remaining RNA ends on either side of the cleaved intron. The presence or absence of introns, the composition of introns, and the number of introns per gene vary between strains of the same species and can also vary between species having the same basic functional gene. In most cases introns are not essential and are considered harmless, but this classification is not necessarily absolute. For example, an intron of one gene may be another exon. In some cases, alternative or different patterns of splicing may form different proteins from the same single stretch of DNA. In fact, intron structural features and basic splicing mechanisms are the basis for the classification of different types of introns.
For exons, these are distinct domains or motifs such as protein functional domains, folding domains, or structural elements; or short polypeptide sequences such as reverse turns, loops, glycosylation signals and other signal sequences, or non- Corresponds to structural polypeptide, linker region. The exon module of the combination method may contain a nucleic acid sequence corresponding to a naturally occurring exon sequence that has undergone a naturally occurring exon sequence or mutation (eg, point mutation, truncation, fusion). .
Returning to manipulation of DNA, DNA can be cleaved, spliced, and otherwise manipulated using a “restriction enzyme” that cleaves DNA at some known site and a DNA ligase that joins the DNA. Such techniques are known to those skilled in the art, for example Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1985), or Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons. , Inc. (1994).
DNA of a particular size and sequence can then be inserted into a “replicon”, which is a genetic component that can replicate under its own control, such as a plasmid, cosmid, or virus. A “recombinant vector” or “expression vector” is a replicon into which a DNA segment is inserted, allowing expression of the DNA (ie, production of a protein encoded by the DNA). Expression vectors can be made in the laboratory, obtained from other laboratories, or purchased commercially.
Recombinant vectors (known in the art under various names) are introduced into a host by a process commonly known as “transformation”. Transformation means the transfer of foreign DNA segments into the host cell by any method (infection, direct uptake, transduction, F-mating, microinjection, or electroporation).
Unicellular host cells (known under various names as recombinant host cells, cells and cell cultures) include bacteria, yeast, insect cells, plant cells, mammalian cells, and human cells. In a particularly preferred embodiment, the host cell comprises E. coli, Pseudomonas, Bacillus, Streptomyces, yeast, CHO, R1-1, BW, LH, COS-J, Includes COS-7, BSC1, BSC40, BMT10, and S69 cells. Yeast cells include, among others, Saccharomyces, Pichia, Candida, Hansenula, and Torulopsis.
As one skilled in the art will recognize, expression of a DNA segment by a host cell requires appropriate regulatory sequences or components. The control sequences vary depending on the host cell used, but for example in prokaryotes there are promoters, ribosome binding sites and / or transcription termination sites. In eukaryotes, such control sequences include a promoter and / or a transcription termination site. As one skilled in the art will recognize, careful selection and placement of these control sequences can enhance the expression of the polypeptide, ie, raise it above standard levels.
In other embodiments, the promoter used includes human cytomegalovirus (CMV) promoter, tetracycline inducible promoter, simian virus (SV40) promoter, Moloney murine leukemia virus long terminal repeat (LTR) promoter, glucocorticoid Inducible mouse mammary tumor virus (MMTV) promoter, herpes thymidine kinase promoter, mouse and human actin promoter, HTLV1 and HIV IL-9 5 'flanking region, human and mouse IL-9 receptor 5' flanking region, bacterial tac promoter And Drosophila heat shock protein scaffold-binding domain (SAR) enhancer component.
DNA is expressed as a length of polypeptide such as peptides, oligopeptides, and proteins. Polypeptides also include translational modifications such as glycosylation, acetylation, phosphorylation and the like.
Another molecular biological method relevant to the present invention is “linkage analysis”. Linkage analysis is an analytical method for identifying chromosomes or chromosomal regions that correlate with traits or diseases47. A chromosome is the basic unit of inheritance on which genes are assembled. In addition to genes, those skilled in the art have proven “DNA markers” on chromosomes. A DNA marker is a known sequence of DNA that can be easily identified and sequenced. Linkage analysis has been applied to mapping disease genes (eg, genes related to asthma susceptibility) to specific chromosomes.47,48.
Applicants incorporate all of the above and below references herein by reference.
From the description herein and the practice of the disclosed invention, other embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art. The specification and examples are illustrative only and the scope of the invention is indicated only by the claims.
Since background information has been provided, Applicants will now describe preferred aspects of the invention.
Example 1
Identification of IL-9 receptor transcript polymorphism
A population of 52 people from the Philadelphia, Pennsylvania region was randomly identified for asthma and atopy. Total serum IgE was measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA, Genzyme, Cambridge, Massachusetts).
To assess the structural type of human IL-9 receptor cDNA, PBMCs were isolated from these 52 unrelated donors and cultured in the presence of PHA and PMA (described in Example 4). Our previous laboratory data demonstrated the kinetics of IL-9 receptor message expression in
RNA was reverse transcribed and amplified by PCR using primers specific for full-length IL-9 receptor cDNA as described in Example 5. Amplified products from each individual were cloned into a TA PCR cloning vector and 10 clones (measured by digestion and gel electrophoresis) containing the expected insert were fully sequenced and analyzed for structural or sequence changes.
Seven major mutants were identified from the above screen. These cDNAs are full length with a deletion of codon 173, a deletion of
Mutants were cloned into the eukaryotic expression vector pCEP4 (Clontech) containing the CMV promoter directing the expression of the cloned cDNA followed by the SV40 polyadenylation signal. This vector also contains a hygromycin B resistance gene, which is used to select eukaryotic cells that contain the vector and possibly express the cloned cDNA under the control of the CMV promoter. The recombinant plasmid was analyzed by sequence and the plasmid containing the correct cDNA insert was transformed into a eukaryotic receptor cell (eg, Syrian hamster fibroblast TK-ts13 as described in Example 3, human glioblastoma T98G , Human myeloid leukemia strain TF-1, and mouse bone marrow precursor cell line 32D). Function was assessed biologically as a response to IL-9 ligand in proliferation and apoptosis (Examples 7 and 10).
Experiments performed with full-length IL-9 receptor cDNA containing ARG and HIS variants are TK-ts13 hamster fibroblasts or human T98G glioblastoma cells. Cells were transfected and analyzed 48 hours later by Western blot and in situ staining using human specific carboxy terminal antibodies (Santa Cruz) (Example 8). In situ analysis demonstrated that both types of receptors appear to be expressed in both hamster and human systems (Figures 11 and 12). Interestingly, both types of Western blots are expressed at equivalent levels in human and hamster lines, and there is a difference in migration patterns between ARG and HIS receptor types in the TS1 cell line (Figure 12). Suggests differences in post-translational modifications such as glycosylation, phosphorylation, etc. This biochemical difference may be the mechanism by which changes in function cause phenotypic changes.
Various replacement frequencies were used as unbiased estimates of the prevalence of each variant in the general population. The questionnaire compared genotypes with phenotypes. Allergies and asthma were diagnosed by doctors after reviewing the questionnaire. Individuals who are homozygous for the Arg344 allele were significantly less likely to show evidence of allergy and asthma when compared to heterozygous or homozygous His344 (FIG. 9).
Example 2
Genome analysis of IL-9 receptor gene
To perform genome analysis of allergic and / or asthmatic individuals, PCR-specific primers are generated for the true IL-9 receptor gene located on the X / Y pseudoautosomal region and
These primers represent a novel method for analyzing DNA sequence variations in these genes that can be used to diagnose susceptibility and resistance to atopic asthma and related diseases.
Using this technique, each exon was examined by DNA sequence analysis for people in our population to detect sequence variations in the IL-9 receptor gene.44. The analysis was repeated to distinguish sequence polymorphisms from artifacts. The relationship between receptor variants and allergic phenotypes is shown in FIG. The sequence of the receptor allele is shown in FIGS.
Example 3
IL-9 receptor expression and ligand binding assay
Fluorescent labeling of purified recombinant IL-9 and compounds that may be similar in structure or function to IL-9 with high specific activity, as recommended by the supplier (Pierce) using commercially available technology did. Growing human Mo7e and mouse 32D cells at 37 ° C, 10% (volume / volume) fetal calf serum, 50 mM 2-mercaptoethanol, 0.55 mM L-arginine, 0.24 mM L-asparagine, and 1.25 mM L-glutamine, respectively Dulbecco's modified Eagle's medium supplemented with 0.8 ml or RPMI supplemented with 10% (volume / volume) fetal calf serum, 50 mM 2-mercaptoethanol, 0.55 mM L-arginine, 0.24 mM L-asparagine, and 1.25 mM L-glutamine Resuspended. TF1.1 (TF1 cells lacking human IL-9 receptor), T98G, TK-And mouse 32D cells (Examples 7 and 10) were used as such or after transfection with human IL-9 receptor constructs as described below. Plasmid DNA containing one of the full-length or truncated IL-9 receptors was cloned into the pCEP4 plasmid (Clontech) and purified by centrifugation using a Qiagen column (Qiagen). Immediately prior to electroporation, plasmid DNA (50 μg) was added to the cells in a 0.4 cm cuvette. Immediately after double electric pulses (750 V / 74 ohms / 40 microfarads and 100 V / 74 ohms / 2100 microfarads), the cells were diluted in fresh medium supplemented with IL-9.
Stable transfected cells were obtained after 14 days of selection with hygromycin B (400 μg / ml to 1.6 mg / ml). Hygromycin resistant clones were analyzed for IL-9 receptor expression by Western blot and in situ staining as described in Example 8.
Visualize cell receptor binding directly in real time with a fluorescence microscope. Binding and internalization are followed over time in control cells (untransfected) and cells transfected with each of the known IL-9 receptor variants. To demonstrate specific binding, excess unlabeled ligand or blocking antibody is used in parallel experiments.
Soluble IL-9 receptor comprising amino acids 44-270, with or without HA ditag, is also incubated with different types of human labeled recombinant IL-9. Different amounts of FLAG-tagged (IBI) ligand are incubated with 0.5 μg of soluble receptor in PBS for 30 minutes at room temperature. EBC buffer (50 mM Tris, pH 7.5; 0.1 M NaCl; 0.5% NP40) is added (300 μl) together with 1 μg of anti-HA antibody or anti-FLAG monoclonal antibody (IBI) and incubated on ice for 1 hour. 40 μl of Protein A Sepharose solution was added to each sample and mixed at 4 ° C. for 1 hour. The sample was centrifuged at 11,000 × G for 1 minute and the pellet was washed 4 times with 500 μl EBC. The pellet was dissolved in 26 μl of 2 × SDS buffer, boiled for 4 minutes and electrophoresed on an 18% SDS polyacrylamide gel. Western blots were picked up with anti-IL-9 receptor antibody (Santa Cruz Inc.) or anti-FLAG monoclonal antibody (IBI) against FLAG-tagged rhIL-9. Candidate substances as therapeutic agents are evaluated by measuring antagonism of ligand binding. Receptor expression is shown in FIGS.
Example 4
Cell isolation and culture
Human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were isolated from healthy donors by density gradient centrifugation using Ficoll-Paque PLUS, which was endotoxin tested according to the manufacturer (Pharmacia Biotech, AB Uppsala Sweden). In 7 ml of RPMI-1640 (Bethesda Research Labs (BRL), Bethesda, MD) supplemented with human serum of the same gene or heat-inactivated FBS to a final concentration of 10%, PBMC (5 × 10 56), Mouse spleen cells (5 × 106) Or 5 × 106Individual Mo7e cells were cultured. Cells are stimulated without stimulation or with
Example 5
DNA and RNA isolation, rtPCR, cloning, and sequencing of PCR products
Nicolaides and Stoeckert46As described above, cytoplasmic RNA and genomic DNA were extracted from cultured PBMC after stimulation with mitogen for 6 days. 1 μg RNA from each source was denatured at 70 ° C. for> 10 minutes, then 2.5 units Superscript II reverse transcriptase (GIBCO, BRL), 1 U / l RNAse inhibitor, 2.5 mM oligo d (T) 16 primer, 1 mM each of dATP, dCTP, dGTP, dTTP, 50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl (pH 7.0), 25 mM MgCl2Was reverse transcribed (V +) into cDNA for 1 hour at 37 ° C. A mock reverse transcription reaction was used as a negative control.
1/20 of the reverse transcription reaction product, 6.7 mM MgCl2, 16.6mM (NHFour)2SOFour, 67 mM Tris-HCl (pH 8.8), 10 mM 2-mercaptoethanol, 6% DMSO, 1.25 mM each dNTP, 2.5 U Amplitaq DNA polymerase, and human cDNA IL-9 exon 2 (forward 5'-GCT GGA CCT TGG PCR (50 μl) containing 300 ng oligonucleotides corresponding to AGA GTG-3 ′) (SEQ ID NO: 1) and exon 9 (reverse 5′-GTC TCA GAC AAG GGC TCC AG-3 ′) (SEQ ID NO: 2) ) Used in. The reaction mixture was subjected to the following PCR conditions: 35 cycles of 95 ° C for 120 seconds, then 94 ° C for 30 seconds, 58 ° C for 90 seconds, 72 ° C for 90 seconds. Finally, one cycle of 15 minutes at 72 ° C. was performed for extension of the reaction mixture.
PCR products showing hIL-9 receptor cDNA were subjected to gel electrophoresis on a 1.5% agarose gel and visualized using ethidium bromide staining. Pseudo reverse transcription reaction product (where H instead of RNA2O was used) as a negative control amplification in all experiments.
The PCR product was subcloned into a TA cloning vector (Invitrogen, San Diego, Calif.). Amplification of human cDNA resulted in a 1614 base pair product. A plasmid containing the hIL-9 receptor cDNA insert was isolated by conventional methods (Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York). After amplification, the DNA sequence containing and surrounding each insert is sequenced using a fluorescent dideoxy terminator with an automated sequencer (ABI 377, Perkin Elmer) for the measurement of PCR- or cloning-induced errors. Analysis by determination (Sanger et al., 1977, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463). HIL-9 receptor cDNA inserts without cloning and / or polymerase-induced sequence errors were subcloned into expression vectors.
Example 6
Cloning and expression of IL-9 receptor constructs in vitro
The hIL-9 receptor was subcloned into the episomal eukaryotic expression vector pCEP4 (Clontech). The insert was cloned as a BamH1-XhoI fragment in the pCEP4 polylinker in a sense orientation relative to the CMV promoter using standard methods (FIG. 10). The construct was expressed in the cellular host as described.
Example 7
(Mo7e, 32D, TF1.1, TK - Cell assay using ts13, and T98G)
Cell lines were used to evaluate the function of mutant IL-9 receptors and to screen for compounds effective in the treatment of atopic asthma. Compounds were tested for their ability to antagonize IL-9-induced anti-apoptotic or baseline proliferative responses. Once a baseline anti-apoptotic or proliferative response was established in a cell line, a statistically significant decrease in response in a triple triplicate assay was considered evidence of antagonism. The true antagonistic response was distinguished from cytotoxicity by direct observation, trypan blue staining (technique known to those skilled in the art), or reduced acid phosphatase activity. Each compound was evaluated for specificity of antagonism by assessing whether activity was demonstrated against other proliferative substances (eg,
Recombinant IL-9 or compounds that may resemble IL-9 in structure or function were purified and prepared for use in appropriate media. Putative agonists and antagonists were prepared in water, saline, or DMSO and water. Cells were used as such or after transfection with IL-9 receptor construct as described in Example 3. After 24 hours of depletion of growth factors, cells were incubated with or without variable amounts of purified IL-9 or compounds that might resemble IL-9 in structure or function.
Cell proliferation was assessed using the Abacus Cell Proliferation Kit (Clontech, Palo Alto, Calif.), Which measures the amount of acid phosphatase present in the cells as an indicator of cell number. The substrate p-nitrophenyl phosphate (pNPP) was converted to p-nitrophenol by acid phosphatase and measured as an indicator of enzyme concentration. PNPP was added to each well and incubated at 37 ° C. for 1 hour. 1N sodium hydroxide was then added to stop the enzyme reaction and the amount of p-nitrophenol was quantified at 410 nm using a Dynatech 2000 plate reader (Dynatech Laboratories, Chantilly, VA). A standard curve comparing cell number and absorbance was used to determine the linear range of the assay. Measurement results were used only when the absorbance measurements were within the linear range of the assay. Briefly, assays were performed at 37 ° C. for 72-96 hours using quadruple cell samples in flat bottom microtiter plates (150 or 200 μl wells) with or without ligand. Acid phosphatase was used as a measure of the number of cells present. All experiments were repeated at least twice.
Apoptosis was measured as described by the supplier (Clontech) using the Annexin V kit, which measures dexamethasone-induced apoptosis by recognizing extracellular phosphatidylserine, an early marker of apoptosis. Apoptotic cell numbers were scored by fluorescence microscopy as a percentage of Annexin V stained cells.
Mo7e is a human megakaryoblastic cell line in RPMI 1640 (GIBCO / BRL, Gaithersburg, MD), 20% fetal calf serum (Hyclone) and 10 ng / ml IL-3 (R & D Systems, Minneapolis, MN) In culture. The T98G line is a human glioblastoma cell line grown in RPMI 1640 (GIBCO / BRL). The hamster fibroblast TK-ts13 line is also used with the mouse 32D cell line, which is the mouse myeloma progenitor line, and both are cultured in RPMI 1640 (GIBCO / BRL) containing 10% fetal calf serum (Hyclone), In addition, 32 ng cell line used 1 ng / ml IL-3. TF1.1 is a human myeloid leukemia line known to express the IL-2 receptor gamma subunit (confirmed by Western blot and rtPCR), but compared to its ancestor (TF1), rtPCR No IL-9 receptor already present by immunostaining and Western blot analysis. TF1.1 was cultured in RPMI 1640 (GIBCO / BRL) and 10% fetal calf serum (Hyclone). All cell lines respond to multiple cytokines including IL-9. Nourish the cell line and again 2 × 10 every 72 hoursFiveRe-inoculated with cells / ml.
Cells are centrifuged at 2000 rpm for 10 minutes in
Example 8
In situ and western analysis of exogenous IL-9 receptor in transfected cell lines
In situ staining of IL-9 receptor was performed as follows. Cells are grown on coverslips for 24 hours, then coverslips containing adherent cells are washed twice with phosphate buffered saline (PBS) containing calcium and magnesium (Gibco / BRL) did. For intracellular staining of IL-9 receptor, cells were fixed in 4% paraformaldehyde / PBS plus 0.1% Triton-X for 15 minutes at room temperature and then treated with anti-human IL-9 receptor antibody did. For extracellular staining, cells were treated with antibody before fixation. The cells are then washed twice with PBS and dH2Blocked with 7.5% BSA in O for 30 minutes at room temperature. The cells washed with PBS were then incubated with a 10 μg / ml solution of anti-human IL-9 receptor (polyclonal antibody against the carboxy terminus of IL-9 receptor) in 1% BSA / PBS for 1 hour at room temperature. . Cells were washed three times with PBS and then incubated for 30 minutes at room temperature in a 10 μg / ml solution of anti-rabbit rhodamine-conjugated antibody in 1% BSA / PBS. Cells were then washed 3 times with PBS and counterstained for 1 minute at room temperature using 1 μg / ml DAPI. dH2Cells were washed 3 times in O, fixed on a microscope slide and analyzed by fluorescence microscopy. The results for transfected COS7 cells are shown in FIG.
Protein lysates from direct lysis of cell extracts in 0.5% lysis buffer (
Example 9
True IL-9R genome amplification method
IL-9R has four highly homologous (> 90% nucleotide identity) unprocessed pseudogenes at other loci (
The sequences of IL-9R pseudogene and true gene were aligned using Mac Vector software. Next, the intron sequence around each exon was examined for the region branched between the true gene and the pseudogene. Primers were then designed for these regions and used to PCR amplify human / rodent hybrid DNA containing each human chromosome. The product was run on a 3% agarose gel and analyzed for true IL-9R amplification without amplification of 4 pseudogenes. Specific PCR amplification conditions were also optimized by changing the annealing temperature and buffer conditions (DMSO content 5-10%). If there was still pseudogene amplification, a nucleotide mutation was introduced into the primer sequence, resulting in a larger branch from the pseudogene compared to the true gene. Primer sequences are shown in Example 2 and their specificity is shown in FIG.
Example 10
Cell proliferation assay and cytokine stimulation
To examine the proliferative response of TS1 cells expressing various types of hi-IL-9 receptor, the cells were washed with PBS and resuspended in D-MEM, 10% fetal calf serum. TenThreeCells / well were seeded in triplicate in 96-well microplates and recombinant human IL-9 or mouse IL-9 (R & D Systems, Minneapolis, Minn.) Was added at a final concentration of 5 ng / ml as appropriate. . Cell growth was assessed after 7 days using an acid phosphatase assay. Briefly, 50 μl of buffer containing 0.1 M sodium acetate (pH 5.5), 0.1% Triton X-100 and 10 mM p-nitrophenyl phosphate (Sigma 104 phosphatase substrate) was added to the wells. Plates were incubated for 1-0.5 hours at room temperature, quenched with 10 μl / well of 1N sodium hydroxide, and absorbance read at 410 nm on a Dynatech Model MR600. To analyze tyrosine phosphorylation of proteins in the signal transduction cascade following cytokine stimulation, TS1 cells expressing various types of human IL-9 receptors were washed with PBS and added to D-MEM, 0.5% bovine serum albumin. Resuspend and incubate at 37 ° C. for 6 hours. Next, 20 × 106Cells were treated with human IL-9 or mouse IL-9 (100 ng / ml) for 5 minutes and immediately washed with cold PBS. Cells were lysed with RIPA buffer as described in Example 11.
Example 11
Immunoprecipitation, immunoblotting and antibodies
Typically 20-50x106Cells were washed with 1 ml RIPA buffer (1% NP40, 0.5% sodium deoxycholate, 0.1% SDS, 1 mM PMSF, 50 mM sodium fluoride, 1 nM sodium orthovanadate, and PBS containing 1 × “complete” protease inhibitor mixture. No. 1697498 Boehringer Mannheim) and incubated on ice for 45 minutes. The lysate was centrifuged for 20 minutes in an Eppendorf microcentrifuge and the supernatant was collected and transferred to a new tube. For immunoprecipitation, 1-5 μg of antibody was added to the lysate and incubated overnight at 4 ° C. 20 ml of protein A + G agarose-bound beads were added for 2 hours and then washed 4 times using RIPA buffer. The beads were resuspended in Laemmli buffer, boiled for 3 minutes and then electrophoresed. The protein was transferred to an Immobilion-P membrane (Millipore) and detected by a chemiluminescent detection assay (Pierce) using a horseradish peroxidase-conjugated secondary antibody. Mouse and human IL-9 receptor specific antibodies (sc698), mouse Jak1, Irs1, Irs2, Stat1, Stat2, Stat3, Stat4, Stat5, and phosphotyrosine (PY) are purchased from Santa Cruz (Santa Cruz, CA) did. Anti-Jak3 and monoclonal anti-human IL-9 receptor MAB290 were purchased from Upstate Biotechnology and R & D Systems, respectively. FIG. 15 demonstrates the activation of Jak family members by different variants of the human IL-9 receptor.
Example 12
Identification of IL-9 receptor genomic polymorphism
Genomic DNA was isolated from volunteer donor PBMC as previously described (Nicolaides and Stoeckert, Biotechniques 8: 154-156, 1990). Sequence analysis of
Although the invention has been described and illustrated with reference to various specific materials, methods and examples, the invention is not limited to the specific combinations and methods of materials selected for this purpose. I want you to understand. Many variations of such details are possible as will be appreciated by those skilled in the art.
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