JP4876224B2 - Amyloid β oligomer and method for producing and using the same - Google Patents

Amyloid β oligomer and method for producing and using the same Download PDF

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Description

本発明は、アミロイドβの可溶性毒性アセンブリー(オリゴマー)、及びその製造方法及び使用方法に関する。   The present invention relates to a soluble toxic assembly (oligomer) of amyloid β and methods for making and using the same.

アミロイドβ(以下「Aβ」ともいう)は、アルツハイマー病(以下「AD」ともいう)患者において観察されるプラークの主要タンパク質成分であり、ダウン症候群におけるプラーク成分でもあることがわかっている。   Amyloid β (hereinafter also referred to as “Aβ”) is a major protein component of plaque observed in Alzheimer's disease (hereinafter also referred to as “AD”) patients, and is also known to be a plaque component in Down's syndrome.

最近、可溶性Aβアセンブリー(「Aβオリゴマー」とも呼ばれる)(非特許文献1)、プロトフィブリル(非特許文献2、3)又はAβ由来拡散性リガンド(Aβ-derived diffusible ligands;「ADDL」とも呼ばれる)(非特許文献4、特許文献1)は、ニューロン機能に対する傷害性の強さ又は神経変性の誘導性の強さによって注目されている(非特許文献4〜10)。   Recently, soluble Aβ assemblies (also referred to as “Aβ oligomers”) (Non-Patent Document 1), protofibrils (Non-Patent Documents 2 and 3) or Aβ-derived diffusible ligands (also referred to as “ADDLs”) ( Non-Patent Document 4 and Patent Document 1) are attracting attention due to the strength of damage to neuronal function or the inductive strength of neurodegeneration (Non-Patent Documents 4 to 10).

AD患者の脳及び脳脊髄液中の可溶性Aβレベルの増大(非特許文献11〜13)に加えて、天然のAβオリゴマーによるインビボでの認知機能の破壊及び長期にわたる相乗作用の阻害(非特許文献6、14)により、これらの可溶性Aβアセンブリーの病理学的関連性が示唆されている。可溶性Aβアセンブリーがどのようにしてニューロンを損傷するかは未解明であるが、ニューロン膜上での標的分子への特異的結合(非特許文献15)及びイオン恒常性(ionic homeostasis)の撹乱と関連した原形質膜のユビキタスな破壊(非特許文献16)などのいくつかの可能性が提案されている。   In addition to increasing soluble Aβ levels in the brain and cerebrospinal fluid of AD patients (Non-Patent Documents 11 to 13), disruption of cognitive function in vivo and long-term synergism by natural Aβ oligomers (Non-Patent Documents) 6, 14) suggest a pathological relevance of these soluble Aβ assemblies. How soluble Aβ assembly damages neurons is unclear, but is associated with specific binding to target molecules on neuronal membranes (Non-Patent Document 15) and perturbation of ionic homeostasis Several possibilities have been proposed, such as the ubiquitous destruction of the plasma membrane (Non-Patent Document 16).

可溶性Aβアセンブリーがインビトロで形成されることが報告されている。例えば、ADDLは、培地で希釈したAβ溶液を約4℃で約2時間〜約48時間インキュベートし、約4℃で約14,000gで遠心分離した後、上清中に含まれる(特許文献1)。ADDLは、非変性ゲル電気泳動において約26〜約28kD、15%ポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)において約22〜約24kD又は約18〜約19kDの分子量を有し、原子間力顕微鏡による観察において約4.7〜約6.2nmの大きさであることが記載されている(特許文献1)。   It has been reported that soluble Aβ assemblies are formed in vitro. For example, ADDL is contained in a supernatant after incubating an Aβ solution diluted with a medium at about 4 ° C. for about 2 hours to about 48 hours, and centrifuging at about 14,000 g at about 4 ° C. (Patent Document 1). ). ADDLs have molecular weights of about 26 to about 28 kD in non-denaturing gel electrophoresis, about 22 to about 24 kD or about 18 to about 19 kD in 15% polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE), and are observed by atomic force microscopy. It is described that the size is about 4.7 to about 6.2 nm (Patent Document 1).

また、Aβを、ホウ酸緩衝液中で過酸化水素及びペルオキシダーゼと共に37℃で5日間インキュベートすることにより、チロシン架橋された神経毒性オリゴマーが得られることが記載されている(特許文献2)。   In addition, it is described that a neurotoxic oligomer crosslinked with tyrosine can be obtained by incubating Aβ with hydrogen peroxide and peroxidase in a borate buffer solution at 37 ° C. for 5 days (Patent Document 2).

遺伝性変異型であるアークティック(Arctic)型Aβは、神経毒性の可溶性Aβアセンブリーを形成する傾向を有している(非特許文献10、17、18)。本発明者らは、最近、アークティック型Aβは野生型Aβと同様にGM1ガングリオシドの存在下で好適に沈澱性アセンブリーを形成することを観察した(非特許文献19、20)。   Arctic Aβ, a hereditary variant, has a tendency to form a neurotoxic soluble Aβ assembly (Non-Patent Documents 10, 17, 18). The present inventors have recently observed that arctic Aβ forms a precipitable assembly in the presence of GM1 ganglioside in the same manner as wild-type Aβ (Non-patent Documents 19 and 20).

神経成長因子(NGF)は広範な細胞タイプの分化及び機能において重要な役割を果たすこと、及び低親和性のNGFレセプター(p75NTR)が細胞の生存及び死において二重の役割を果たすことについて、証拠が蓄積されている。そして、不溶性Aβアセンブリーの毒性はp75NTRとの関連を通じて現れること(非特許文献28、29)、及びADDLは培養細胞におけるNGF媒介性シグナル伝達を変え得ること(非特許文献8)が示唆されている。 Nerve growth factor (NGF) plays an important role in the differentiation and function of a wide range of cell types and the low affinity NGF receptor (p75 NTR ) plays a dual role in cell survival and death. Evidence is accumulated. And it is suggested that the toxicity of insoluble Aβ assembly appears through the association with p75 NTR (Non-patent Documents 28 and 29), and that ADDLs can alter NGF-mediated signal transduction in cultured cells (Non-patent Document 8). Yes.

特表2001−501972(WO98/33815)Special table 2001-501972 (WO98 / 33815) 特表2004−501204(WO2002/000245)Special table 2004-501204 (WO2002 / 000245)

M. B. Podlisny, et al., J Biol. Chem. 270, 9564 (1995).M. B. Podlisny, et al., J Biol. Chem. 270, 9564 (1995). J. D. Harper, S.S. Wong, C.M. Lieber, P.T. Lansbury, Chem. Biol. 4, 119 (1997).J. D. Harper, S.S.Wong, C.M.Lieber, P.T.Lansbury, Chem. Biol. 4, 119 (1997). D. M. Walsh, et al., J. Biol. Chem. 272, 22364 (1997).D. M. Walsh, et al., J. Biol. Chem. 272, 22364 (1997). M. P. Lambert, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95, 6448 (1998).M. P. Lambert, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95, 6448 (1998). D. M. Hartley, et al., J. Neurosci. 19, 8876 (1999).D. M. Hartley, et al., J. Neurosci. 19, 8876 (1999). D. M. Walsh, et al., Nature. 416, 535 (2002).D. M. Walsh, et al., Nature. 416, 535 (2002). K. N. Dahlgren, et al., J. Biol. Chem. 277, 32046 (2002).K. N. Dahlgren, et al., J. Biol. Chem. 277, 32046 (2002). B. A. Chromy, et al., Biochemistry. 42, 12749 (2003).B. A. Chromy, et al., Biochemistry. 42, 12749 (2003). M. Hoshi, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100, 6370 (2003).M. Hoshi, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100, 6370 (2003). B. M. Whalen, D. J. Selkoe, D. M. Hartley, Neurobiol. Dis. 20, 254 (2005).B. M. Whalen, D. J. Selkoe, D. M. Hartley, Neurobiol. Dis. 20, 254 (2005). A. E. Roher, et al., J. Biol. Chem. 271, 20631 (1996).A. E. Roher, et al., J. Biol. Chem. 271, 20631 (1996). M. Pitschke, et al., Nat. Med. 4, 832 (1998).M. Pitschke, et al., Nat. Med. 4, 832 (1998). Y. Gong, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100, 10417 (2003).Y. Gong, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100, 10417 (2003). J. P. Cleary, et al., Nat. Neurosci. 8, 79 (2005).J. P. Cleary, et al., Nat. Neurosci. 8, 79 (2005). P. N. Lacor, et al., J. Neurosci. 24, 10191 (2004).P. N. Lacor, et al., J. Neurosci. 24, 10191 (2004). A. Demuro, et al., J. Biol. Chem. 280, 17294 (2005).A. Demuro, et al., J. Biol. Chem. 280, 17294 (2005). C. Nilsberth, et al., Nat. Neurosci. 4, 887 (2001).C. Nilsberth, et al., Nat. Neurosci. 4, 887 (2001). H. A. Lashuel, et al., Nature. 418, 291 (2002).H. A. Lashuel, et al., Nature. 418, 291 (2002). K. Yanagisawa, A. Odaka, N. Suzuki, Y. Ihara, Nat. Med. 1, 1062 (1995).K. Yanagisawa, A. Odaka, N. Suzuki, Y. Ihara, Nat. Med. 1, 1062 (1995). N. Yamamoto, et al., J Neurochem. 90, 62 (2004).N. Yamamoto, et al., J Neurochem. 90, 62 (2004). C. S. Atwood, et al., J. Neurochem. 75, 1219 (2000).C. S. Atwood, et al., J. Neurochem. 75, 1219 (2000). G. Bitan, A. Lomakin, D. B. Teplow, J. Biol. Chem. 276, 35176 (2001).G. Bitan, A. Lomakin, D. B. Teplow, J. Biol. Chem. 276, 35176 (2001). R. Kayed, et al., Science. 300, 486 (2003).R. Kayed, et al., Science. 300, 486 (2003). D. M. Walsh, et al., J. Neurosci. 25, 2455 (2005).D. M. Walsh, et al., J. Neurosci. 25, 2455 (2005). H. Hayashi, et al., J. Neurosci. 24, 4894 (2004).H. Hayashi, et al., J. Neurosci. 24, 4894 (2004). P. Brocca, P. Berthault, S. Sonnino, Biophys. J. 74, 309 (1998).P. Brocca, P. Berthault, S. Sonnino, Biophys. J. 74, 309 (1998). N. Yamamoto, et al., FEBS Lett. 569, 135 (2004).N. Yamamoto, et al., FEBS Lett. 569, 135 (2004). S. Rabizadeh, et al., Proc. Natl. Acad. SCI. USA. 91, 10703 (1994)S. Rabizadeh, et al., Proc. Natl. Acad. SCI. USA. 91, 10703 (1994) M. Yaar, et al., J. Clin. Invest. 100, 2333 (1997).M. Yaar, et al., J. Clin. Invest. 100, 2333 (1997). S.P. Lad, K.E. Neet, E.J. Mufson, Current Drug Targets-CNS & Neurological Disrders. 2, 315 (2003).S.P. Lad, K.E.Neet, E.J.Mufson, Current Drug Targets-CNS & Neurological Disrders. 2, 315 (2003). N. J. Woolf, R. W. Jacobs, L. L. Butcher, Neurosci. Lett. 96, 277 (1989).N. J. Woolf, R. W. Jacobs, L. L. Butcher, Neurosci. Lett. 96, 277 (1989). N. J. Woolf, E. Gould, L. L. Butcher, Neuroscience. 30, 143-152 (1989).N. J. Woolf, E. Gould, L. L. Butcher, Neuroscience. 30, 143-152 (1989). S. Maeda et al., Neurosci Res (in press).S. Maeda et al., Neurosci Res (in press). H.G. Hansma et al., Biophys J 68, 1672-7 (1995).H.G.Hansma et al., Biophys J 68, 1672-7 (1995). F. Schroeder, W.J. Morrison, C. Gorka, W.G. Woog, Biochim. Biophys. Acta 946, 85 (1988).F. Schroeder, W.J.Morrison, C. Gorka, W.G. Woog, Biochim. Biophys. Acta 946, 85 (1988).

本発明は、ADのようなアミロイド関連疾患の研究並びに予防及び治療に有用な新規のAβアセンブリー及びその製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのようなAβアセンブリーを用いたアミロイド関連疾患の研究並びに予防及び治療のための方法及び化合物等を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a novel Aβ assembly useful for the study, prevention and treatment of amyloid-related diseases such as AD, and a method for producing the same. Furthermore, an object of the present invention is to provide methods, compounds and the like for the study, prevention and treatment of amyloid-related diseases using such Aβ assemblies.

本発明者らは、特定の濃度のGM1ガングリオシドの存在下で、野生型又は遺伝性変異型Aβ、特にアークティック型Aβから、より迅速に、より毒性の強い新規の可溶性毒性Aβアセンブリー(soluble toxic amyloid β;以下において「TAβ」ともいう)が形成されることを見出し、本発明を完成した。   We have developed a new soluble toxic Aβ assembly (soluble toxic) that is more rapidly and more toxic from wild-type or hereditary variant Aβ, in particular arctic Aβ, in the presence of a specific concentration of GM1 ganglioside. The present invention was completed by finding that amyloid β (hereinafter also referred to as “TAβ”) was formed.

本発明は、
〔1〕GM1ガングリオシドの存在下でインビトロで形成される可溶性毒性アミロイドβアセンブリーであって、
(a)サイズ排除クロマトグラフィによる見かけの分子量が約200〜約300kDaであること;
(b)原子力間顕微鏡観察による直径が約10〜約20nmである球状粒子を含むこと;
(c)検出可能なGM1ガングリオシドを含まないこと;及び
(d)培養細胞に対してアポトーシス様細胞死を誘導すること、
を特徴とするアセンブリー;
〔2〕アミロイドβが、野生型ペプチド又はアークティック型変異を有するペプチドである、前記〔1〕記載のアセンブリー;
〔3〕可溶性毒性アミロイドβアセンブリーの製造方法であって、単量体アミロイドβを、脂質成分のモル比で約10〜約15%のGM1ガングリオシドを含むリポソームと共に約35〜約40℃で約1〜約30時間インキュベートする工程を含むことを特徴とする方法;
〔4〕単量体アミロイドβが野生型ペプチドであり、インキュベーション時間が20〜30時間である、前記〔3〕記載の方法;
〔5〕単量体アミロイドβがアークティック型変異を有するペプチドであり、インキュベーション時間が1〜3時間である、前記〔3〕記載の方法;
〔6〕前記〔3〕〜〔5〕のいずれか1項記載の製造方法によって製造された可溶性毒性アミロイドβアセンブリー;
〔7〕前記〔1〕、〔2〕又は〔6〕記載の可溶性毒性アミロイドβアセンブリーを含む液体を、540,000×gで15分間又は同等の条件で遠心分離して、上清を回収することを特徴とする、可溶性毒性アミロイドβアセンブリーの精製方法;
〔8〕前記回収された上清を、さらにサイズ排除クロマトグラフィに供することを特徴とする、前記〔7〕記載の方法;
〔9〕前記〔7〕又は〔8〕記載の精製方法によって精製された可溶性毒性アミロイドβアセンブリー;
〔10〕可溶性毒性アミロイドβの神経毒性を調節する物質のスクリーニング方法であって、以下の工程:
(a)培養細胞を、前記〔1〕、〔2〕、〔6〕又は〔9〕のいずれか1項記載の可溶性毒性アミロイドβアセンブリー及び被検物質の存在下でインキュベートする工程、
(b)前記工程(a)の後、前記培養細胞の生死を測定する工程、
(c)前記工程(b)で得られた結果を、被検物質を含まない状態で工程(a)を行なった場合の結果と比較する工程
を含むことを特徴とする方法、
を提供する。
The present invention
[1] A soluble toxic amyloid β assembly formed in vitro in the presence of GM1 ganglioside,
(A) an apparent molecular weight of about 200 to about 300 kDa by size exclusion chromatography;
(B) containing spherical particles having a diameter of about 10 to about 20 nm as measured by atomic force microscopy;
(C) free of detectable GM1 ganglioside; and (d) inducing apoptosis-like cell death on cultured cells;
An assembly characterized by:
[2] The assembly according to [1], wherein amyloid β is a wild-type peptide or a peptide having an arctic mutation;
[3] A method for producing a soluble toxic amyloid β assembly, wherein the monomeric amyloid β is mixed with a liposome containing about 10 to about 15% GM1 ganglioside in a molar ratio of lipid components at about 35 to about 40 ° C. for about 1 Incubating for about 30 hours;
[4] The method according to [3] above, wherein the monomeric amyloid β is a wild-type peptide and the incubation time is 20 to 30 hours;
[5] The method according to [3] above, wherein the monomeric amyloid β is a peptide having an arctic mutation and the incubation time is 1 to 3 hours;
[6] A soluble toxic amyloid β assembly produced by the production method of any one of [3] to [5] above;
[7] Centrifuge the liquid containing the soluble toxic amyloid β assembly according to [1], [2] or [6] at 540,000 × g for 15 minutes or under the same conditions, and collect the supernatant. A method of purifying soluble toxic amyloid β assembly, characterized in that
[8] The method according to [7], wherein the collected supernatant is further subjected to size exclusion chromatography;
[9] A soluble toxic amyloid β assembly purified by the purification method of [7] or [8] above;
[10] A method for screening a substance that modulates neurotoxicity of soluble toxic amyloid β, comprising the following steps:
(A) a step of incubating cultured cells in the presence of the soluble toxic amyloid β assembly and the test substance according to any one of [1], [2], [6] or [9],
(B) after the step (a), measuring the life and death of the cultured cells;
(C) a method comprising a step of comparing the result obtained in the step (b) with a result obtained when the step (a) is performed in a state in which no test substance is contained,
I will provide a.

本発明の可溶性毒性Aβアセンブリーは、ADDLや不溶性アセンブリー(フィブリル)等と比較して顕著に強力な毒性を有する。したがって、毒性に影響する化合物等の検出において非常に高感度である。   The soluble toxic Aβ assembly of the present invention has a remarkably strong toxicity as compared with ADDL, insoluble assembly (fibril) and the like. Therefore, it is very sensitive in detecting compounds that affect toxicity.

また、本発明のTAβはNGFレセプターへの結合を介して各種のニューロン又は非ニューロン細胞にアポトーシス様の細胞死を誘導することがわかっており、よく特徴づけられているので、AD等の疾患及びアポトーシスの研究において非常に有用である。   Further, TAβ of the present invention is known to induce apoptosis-like cell death in various neurons or non-neuronal cells through binding to NGF receptor, and is well characterized. Very useful in the study of apoptosis.

本発明のTAβは、Aβを、その遺伝型に適した濃度のGM1ガングリオシドを含むリポソームの存在下でインキュベートすることにより生成される。TAβの製造に使用する単量体Aβとしては、野生型であっても変異型であってもよいが、毒性の強さ等の点から、変異型のもの、特にAβドメインの内部に変異が存在する型(例えば、イタリアン(Italian)型、アークティック(Arctic)型、フレミッシュ(Flemish)型など)のものが好ましく、アークティック型のものが最も好ましい。   The TAβ of the present invention is produced by incubating Aβ in the presence of liposomes containing a concentration of GM1 ganglioside appropriate for its genotype. The monomer Aβ used for the production of TAβ may be a wild type or a mutant type. However, from the viewpoint of the strength of toxicity and the like, a mutant type, particularly a mutation inside the Aβ domain is present. Existing types (eg, Italian type, Arctic type, Flemish type, etc.) are preferred, and arctic type is most preferred.

アークティック型変異は、ヒトのアミロイド前駆体タンパク(APP)のコドン693に位置するアミノ酸の置換(グルタミン酸がグリシンで置換されている;E693G)であり、この変異はAβにおいて22番目のアミノ酸の置換に相当する。本発明に関して、アークティック型という場合、ヒト以外の動物に由来する配列において上記の変異に相当する変異を有するものも含む。他の変異型についても同様であり、ヒトにおける各変異に相当する他の動物における変異をも包含する。   Arctic mutation is a substitution of the amino acid located at codon 693 of human amyloid precursor protein (APP) (glutamic acid is replaced by glycine; E693G), and this mutation is a substitution of the 22nd amino acid in Aβ. It corresponds to. In the context of the present invention, the arctic type includes those having mutations corresponding to the above mutations in sequences derived from animals other than humans. The same applies to other mutant forms, including mutations in other animals corresponding to the respective mutations in humans.

本発明において使用するAβは、溶解後に超遠心に供することによってAβ重合の種(seed)となりうる不溶性ペプチドを予め除去しておくことができる。   Aβ used in the present invention can be preliminarily removed of insoluble peptides that can become seeds of Aβ polymerization by subjecting it to ultracentrifugation after dissolution.

本発明において使用される、GM1ガングリオシドを含むリポソームは、アミロイドフィブリル形成に必要とされるよりも低い、全脂質成分中のモル比が約10/100〜約15/100(約10〜約15モル%)の割合のGM1ガングリオシドを含有していればよく、公知の一般的な方法で調製することができる。この特定の濃度のGM1ガングリオシドの存在下でTAβが好適に形成される理由は解明されていないが、GM1ガングリオシドの横方向の分布が分子のオリゴ糖鎖の空間的配置に影響することが示唆されており(非特許文献26)、特定の濃度のGM1ガングリオシドは、GM1ガングリオシドのコンフォメーションを調節し、TAβ形成に好ましい微細環境を提供する可能性があると考えられる。   Liposomes containing GM1 ganglioside, as used in the present invention, have a molar ratio in total lipid components of about 10/100 to about 15/100 (about 10 to about 15 moles) lower than required for amyloid fibril formation. %) Of GM1 ganglioside, and can be prepared by a known general method. The reason why TAβ is favorably formed in the presence of this particular concentration of GM1 ganglioside has not been elucidated, but suggests that the lateral distribution of GM1 ganglioside affects the spatial arrangement of the oligosaccharide chains of the molecule. (Non-patent Document 26), it is considered that a specific concentration of GM1 ganglioside may regulate the conformation of GM1 ganglioside and provide a favorable microenvironment for TAβ formation.

脂質混合物中のGM1ガングリオシド以外の成分は、コレステロール又はリン脂質であればよく、リン脂質としては脳内に存在するリン脂質が好ましい。このようなものとしては、例えば、コレステロール、スフィンゴミエリン、ホスファチジルコリン等が挙げられ、コレステロール、スフィンゴミエリンが好ましい。リン脂質は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。脂質混合物中のGM1ガングリオシド以外の成分は、最も好適には、コレステロール及びスフィンゴミエリンを含む。特にコレステロール:スフィンゴミエリンのモル比が0.5:1.5〜1.5:0.5の割合であることが望ましい。その中でもコレステロール:スフィンゴミエリンのモル比が0.5:1〜1:0.5程度、さらには0.8:1.2〜1.2〜0.8程度の割合の混合物が、GM1ガングリオシドがTAβ形成に好ましいコンフォメーションとなるための微細環境を与える可能性が高く、好ましいと考えられ、1:1のモル比の混合物が最も好ましい。   Components other than GM1 ganglioside in the lipid mixture may be cholesterol or phospholipid, and the phospholipid is preferably phospholipid present in the brain. Examples of such include cholesterol, sphingomyelin, phosphatidylcholine and the like, and cholesterol and sphingomyelin are preferable. A phospholipid may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Components other than GM1 ganglioside in the lipid mixture most preferably include cholesterol and sphingomyelin. In particular, the molar ratio of cholesterol: sphingomyelin is desirably 0.5: 1.5 to 1.5: 0.5. Among them, a mixture in which the molar ratio of cholesterol: sphingomyelin is about 0.5: 1 to 1: 0.5, and further about 0.8: 1.2 to 1.2 to 0.8 is obtained as GM1 ganglioside. It is likely to give a fine environment to provide a favorable conformation for TAβ formation and is considered preferred, with a 1: 1 molar ratio mixture being most preferred.

具体的には、GM1ガングリオシドを含む好適なリポソームは、例えば、後述するように、コレステロール:スフィンゴミエリン:GM1ガングリオシドのモル比が45:45:10〜42.5:42.5:15(即ち、脂質混合物中のGM1ガングリオシドの割合がモル比で10〜15%)となるように脂質混合物を調製し、これを使用直前に適当な緩衝液(例えばトリス緩衝生理食塩水(TBS))に懸濁させることにより調製することができる。   Specifically, suitable liposomes containing GM1 ganglioside have a molar ratio of cholesterol: sphingomyelin: GM1 ganglioside of 45: 45: 10-42.5: 42.5: 15 (ie, as described below, for example) The lipid mixture is prepared so that the ratio of GM1 ganglioside in the lipid mixture is 10 to 15% in molar ratio, and this is suspended in an appropriate buffer (for example, Tris buffered saline (TBS)) immediately before use. Can be prepared.

GM1ガングリオシドを含むリポソームとAβとのインキュベーションは、溶液中で各々を適当な濃度で一緒にすることによって開始することができる。例えば、このようなインキュベーション混合物(GM1ガングリオシドを含むリポソームとAβとを含む溶液)中の終濃度として、Aβが10〜200μM、好ましくは25〜100μM程度である場合に、GM1ガングリオシドが30〜500μM、好ましくは62〜375μM程度、特に好ましくは100〜200μM程度、リポソーム構成脂質全体としては0.3〜5mM、好ましくは0.62〜3.75mM、特に好ましくは1〜2mM程度で、両者を溶液中で共存させる。
TAβ形成のためのインキュベーションは、一般的には約20〜約40℃(好ましくは約37℃、即ち約35〜約40℃程度)で、約1〜約30時間行なうことができるが、用いるAβに応じて適宜最適な条件を選択することができる。例えば野生型ペプチドを用いる場合、約35〜約40℃(特に約37℃)で約20〜30時間;アークティック型Aβを用いる場合、約35〜約40℃(特に約37℃)で約1〜約5時間(特に約1〜約3時間)のインキュベーションがそれぞれ最適である。
Incubation of liposomes containing GM1 ganglioside with Aβ can be initiated by bringing each together in solution at an appropriate concentration. For example, when Aβ is 10 to 200 μM, preferably about 25 to 100 μM, as a final concentration in such an incubation mixture (a solution containing a liposome containing GM1 ganglioside and Aβ), GM1 ganglioside is 30 to 500 μM, Preferably about 62 to 375 μM, particularly preferably about 100 to 200 μM, and the total lipid constituting the liposome is 0.3 to 5 mM, preferably 0.62 to 3.75 mM, and particularly preferably about 1 to 2 mM. Coexist in
Incubation for TAβ formation is generally performed at about 20 to about 40 ° C. (preferably about 37 ° C., ie, about 35 to about 40 ° C.) for about 1 to about 30 hours. The optimum conditions can be appropriately selected according to the conditions. For example, when using a wild-type peptide, about 35 to about 40 ° C. (especially about 37 ° C.) for about 20 to 30 hours; when using arctic Aβ, about 1 to about 35 to about 40 ° C. (particularly about 37 ° C.) Incubations of up to about 5 hours (especially about 1 to about 3 hours) are each optimal.

インキュベーション時間の選択は重要である。TAβは、インキュベーション時間中の初期に出現し、その後のインキュベーションを通じて消失する傾向がある。このことは、TAβがより大きいAβアセンブリーを形成する過程での中間体でもある可能性を示唆する。また、従来からの証拠、特にインビトロにおいてインキュベーション期間の初期に可溶性Aβアセンブリーが形成され、その後しばしば成熟したフィブリルが出現すること(非特許文献2、10)やある種のAβフィブリル生成の阻害剤がAβオリゴマー生成を強力にブロックすること(非特許文献24)は、可溶性Aβアセンブリー及びプロトフィブリルが、アミロイドフィブリル形成の中間体として形成されることを示唆している。   The choice of incubation time is important. TAβ tends to appear early in the incubation period and disappear through subsequent incubations. This suggests that TAβ may also be an intermediate in the process of forming larger Aβ assemblies. In addition, conventional evidence, in particular, that soluble Aβ assemblies are formed at the beginning of the incubation period in vitro, and then mature fibrils often appear (Non-patent Documents 2 and 10), and certain inhibitors of Aβ fibril production are present. Strongly blocking Aβ oligomer production (Non-Patent Document 24) suggests that soluble Aβ assembly and protofibrils are formed as intermediates in amyloid fibril formation.

しかし、上記のように、本発明のTAβは一般にアミロイドフィブリル形成に必要とされるGM1ガングリオシド濃度よりも低い濃度のGM1ガングリオシドの存在下で好適に形成されること、及び後述するようにTAβ形成はアミロイドフィブリル形成の種(GM1ガングリオシドとAβとが1分子ずつ結合したもの)に対して特異的な抗体によって阻害されないこと等から、TAβが、アミロイドフィブリル形成を直線的にもたらす経路とは異なる経路を介して形成されることが示されている。   However, as described above, the TAβ of the present invention is preferably formed in the presence of GM1 ganglioside at a concentration lower than the GM1 ganglioside concentration generally required for amyloid fibril formation, and TAβ formation is TAβ has a different pathway from that which causes amyloid fibril formation linearly because it is not inhibited by an antibody specific to amyloid fibril-forming species (GM1 ganglioside and Aβ bound to each molecule). It is shown that it is formed through.

本発明のTAβは、上記のような条件下でのインキュベーション後に好適に形成され、インキュベーション混合物中に含まれる。本発明のTAβが形成されるのに好ましい条件下ではフィブリル(不溶性アセンブリー)はほとんど又は全く形成されないと考えられるが、必要であれば、このインキュベーション混合物を例えば540,000×g、15分間又は同等の条件で遠心分離して上清を回収することにより、本発明のTAβを濃縮又は部分精製することができる。ここで「同等の条件」とは、指定された条件での遠心分離と実質的に同じ分離をもたらす条件を指す。また、回収された上清をさらにサイズ排除クロマトグラフィに供し、TAβを含む画分を回収することにより、TAβをさらに精製することができる。   The TAβ of the present invention is suitably formed after incubation under the conditions as described above and is included in the incubation mixture. Although it is believed that little or no fibrils (insoluble assemblies) are formed under the preferred conditions for the formation of TAβ of the present invention, this incubation mixture can be treated, for example, at 540,000 × g for 15 minutes or equivalent. The ββ of the present invention can be concentrated or partially purified by centrifuging under the above conditions and collecting the supernatant. As used herein, “equivalent conditions” refers to conditions that result in substantially the same separation as centrifugation under specified conditions. Further, TAβ can be further purified by subjecting the recovered supernatant to further size exclusion chromatography and recovering a fraction containing TAβ.

後述するように、本発明のTAβは、少なくとも、ラット一次培養ニューロン;ネイティブな又はNGF処理により分化させたPC12細胞、ヒト脳微小血管(microvascular)内皮(hBME)細胞、ヒト脳星状膠細胞(hAST)、ヒト神経芽細胞腫SH−SY5Y(SY5Y)細胞、ヒト胚腎臓293(HEK293)細胞、マウス単球RAW264.7(RAW264)細胞を含む培養細胞(非ニューロン細胞を含む)に対して、アポトーシス様の特徴を呈する細胞死を誘導することができる。したがって、本発明のTAβの存在は、例えばこのようなインキュベーション混合物又はその遠心上清もしくは画分をこれらのTAβ感受性の培養細胞に添加して、細胞死が誘導されるか否かを調べることにより、確認することができる。細胞の生死の判定は、公知の方法、例えば後述するような公知の色素による染色や乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH)放出アッセイ等により、容易に行なうことができる。   As will be described later, TAβ of the present invention comprises at least rat primary culture neurons; PC12 cells natively or differentiated by NGF treatment, human brain microvascular endothelial (hBME) cells, human brain astrocytes ( hAST), human neuroblastoma SH-SY5Y (SY5Y) cells, human embryonic kidney 293 (HEK293) cells, cultured cells containing mouse monocytes RAW264.7 (RAW264) cells (including non-neuronal cells), Cell death exhibiting apoptotic-like features can be induced. Therefore, the presence of TAβ of the present invention can be confirmed by, for example, adding such an incubation mixture or its centrifugal supernatant or fraction to these TAβ-sensitive cultured cells to determine whether cell death is induced. Can be confirmed. The determination of cell viability can be easily performed by a known method, for example, staining with a known dye as will be described later, lactate dehydrogenase (LDH) release assay, or the like.

本発明のTAβは、その毒性の強さに最大の特徴を有する。一例として、後述するPC12N細胞を本発明のTAβ(Aβ濃度25μM)とともに37℃で48時間インキュベートした場合、LDH放出率(即ち、細胞をTriton−X100で溶解させ、全細胞中のLDHを放出させた場合のLDH放出量に対する、検体で処理した場合のLDH放出量の百分率)で判定して、少なくとも30%、好ましくは50%以上、さらに好ましくは60%以上のLDH放出率を示し、ほぼ完全に細胞を死に至らせることができる。なお、LDH放出率による細胞毒性の試験においては、細胞膜が壊れて細胞内から放出されたLDH量を指標としているが、アポトーシスによる細胞死の場合は細胞が死んでいてもしばらくは細胞膜が壊れない(例えば細胞の萎縮)ためにLDHが放出されないものがある。したがって、LDH放出率で約70%程度以上であれば細胞がほぼ全て死んでいる状態であり、上記のような本発明のTAβによるLDH放出率は非常に高いものである。   The TAβ of the present invention has the greatest feature in its toxic strength. As an example, when PC12N cells described later are incubated with TAβ of the present invention (Aβ concentration of 25 μM) at 37 ° C. for 48 hours, LDH release rate (ie, cells are lysed with Triton-X100 to release LDH in all cells. The percentage of LDH released when the sample is treated with respect to the amount of LDH released when the sample is treated), showing an LDH release rate of at least 30%, preferably 50% or more, more preferably 60% or more, almost completely Can cause cells to die. In addition, in the cytotoxicity test by the LDH release rate, the amount of LDH released from the inside of the cell due to the cell membrane being broken is used as an index. In the case of cell death due to apoptosis, the cell membrane is not broken for a while even if the cell is dead. Some do not release LDH (eg, cell atrophy). Therefore, when the LDH release rate is about 70% or more, almost all cells are dead, and the LDH release rate by TAβ of the present invention as described above is very high.

また、後述する方法でラット一次培養ニューロンを本発明のTAβ(Aβ濃度25μM)とともに37℃で48時間インキュベートし、色素染色により細胞の生死を判定した場合、生存ニューロンの数は、本発明のTAβを含まない対象培養物と比較して75%以下、好ましくは60%以下、より好ましくは40%以下、最も好ましくは20%以下となる。   In addition, when the rat primary cultured neurons were incubated with the TAβ of the present invention (Aβ concentration 25 μM) for 48 hours at 37 ° C. by the method described later and the viability of the cells was determined by dye staining, the number of surviving neurons was determined by the TAβ of the present invention. 75% or less, preferably 60% or less, more preferably 40% or less, and most preferably 20% or less compared to a target culture containing no sucrose.

本発明のTAβのこの毒性は、A11抗オリゴマー抗体(anti-Oligo)によって抑制される。A11抗体は、アミロイド形成性タンパクのオリゴマーに対して特異的な抗体であり、例えば可溶性のAβ40オリゴマーとは反応するが、可溶性の単量体Aβ40又はAβ40フィブリルとは反応しない。   This toxicity of TAβ of the present invention is suppressed by A11 anti-oligomer antibodies (anti-Oligo). The A11 antibody is an antibody specific to an oligomer of amyloidogenic protein, and reacts with, for example, a soluble Aβ40 oligomer, but does not react with a soluble monomeric Aβ40 or Aβ40 fibril.

本発明のTAβは、不溶性であるアミロイドフィブリル又は公知の他の可溶性アセンブリーとは全く異なる形態を有する。例えば、本発明のTAβは通常の電子顕微鏡によって観察されない一方、原子力間顕微鏡により、直径約10〜約20nmの球状粒子として見える構造を含む。ここでいう直径は、原子力間顕微鏡(AFM)の原理に従い、試料から得られる高低差をもって長さとするものであり、断面解析法によって測定されたものである。   The TAβ of the present invention has a completely different form from amyloid fibrils that are insoluble or other known soluble assemblies. For example, the TAβ of the present invention includes structures that are not observed with a normal electron microscope, but appear as spherical particles with a diameter of about 10 to about 20 nm by an atomic force microscope. The diameter referred to here is the length based on the height difference obtained from the sample in accordance with the principle of an atomic force microscope (AFM), and is measured by a cross-sectional analysis method.

また、本発明のTAβは、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)ではバンドを形成せず、サイズ排除クロマトグラフィによる分子量測定では約200〜約300kDaにピークを有する。さらに、TAβ中にGM1ガングリオシドは検出されない。アミロイドフィブリル形成の種に対する抗体(4396C、非特許文献25)は、アミロイドフィブリル形成を阻害するが、本発明のTAβの生成はこの抗体によって阻害されない。   Further, TAβ of the present invention does not form a band by SDS polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE), and has a peak at about 200 to about 300 kDa in molecular weight measurement by size exclusion chromatography. Furthermore, no GM1 ganglioside is detected in TAβ. An antibody against amyloid fibril-forming species (4396C, Non-Patent Document 25) inhibits amyloid fibril formation, but the production of TAβ of the present invention is not inhibited by this antibody.

したがって、本発明のTAβは、ADDL等の公知のオリゴマーや公知のフィブリルとは明らかに異なるものである。   Therefore, TAβ of the present invention is clearly different from known oligomers such as ADDLs and known fibrils.

TAβは、インビボにおいても形成され、病理学的な役割を有していると考えられる。本発明のTAβは、シナプトソーム、特に老化したマウス脳の海馬由来のシナプトソームの存在下で有意に形成される。このことは、シナプトソーム中のGM1ガングリオシドの密度は年齢及びアポリポタンパク質E4の発現に伴って増大するという本発明者らの最近の観察(非特許文献27)とともに、インビボで、特にAD発症のリスク因子と関連した海馬のような脳の特定の領域において、TAβが形成され得ることを示唆している。また、TAβのような可溶性Aβアセンブリーは、インビボにおいてADにおけるコリン作用性基底前脳におけるNGF依存性ニューロンの喪失の原因となると考えられる。
したがって、TAβの毒性を低減又は阻止する物質は、ADのようなアミロイド関連疾患の予防又は治療において重要である。
TAβ is also formed in vivo and is thought to have a pathological role. TAβ of the present invention is significantly formed in the presence of synaptosomes, particularly synaptosomes derived from the hippocampus of aged mouse brain. This is in conjunction with our recent observation that the density of GM1 gangliosides in synaptosomes increases with age and apolipoprotein E4 expression (27), in vivo, especially for the risk factors for developing AD. It suggests that TAβ can be formed in certain areas of the brain, such as the hippocampus associated with. Soluble Aβ assemblies such as TAβ are also thought to cause loss of NGF-dependent neurons in cholinergic basal forebrain in AD in vivo.
Therefore, substances that reduce or prevent the toxicity of TAβ are important in the prevention or treatment of amyloid-related diseases such as AD.

本発明のTAβは、その特性(例えば毒性)に影響を与える物質をスクリーニングするために使用することができる。例えば、本発明のTAβに対して感受性の培養細胞を、本発明のTAβ及び被検物質の存在下でインキュベートした後、培養細胞の生死を測定することにより、被検物質がTAβの特性に影響を与えたか否かを調べることができ、所望の影響を与える物質を同定することができる。   The TAβ of the present invention can be used to screen for substances that affect its properties (eg, toxicity). For example, after incubating cultured cells sensitive to TAβ of the present invention in the presence of TAβ of the present invention and a test substance, the test substance affects the characteristics of TAβ by measuring the viability of the cultured cells. It is possible to identify whether or not a substance having a desired influence is identified.

ここで使用される培養細胞としては、TAβに対して感受性のものであればよく、一次培養であっても樹立された株細胞であってもよい。例としては、上述したようなTAβによって細胞死を誘導される細胞が挙げられるが、これらに限らない。   The cultured cells used here may be any cells that are sensitive to TAβ, and may be primary cells or established cell lines. Examples include, but are not limited to, cells in which cell death is induced by TAβ as described above.

被検物質としては、特に制限はなく、一般的には低分子化合物、ペプチド、タンパク質(抗体及びそれらの改変物を含む)、核酸(一本鎖又は二本鎖の高分子又は低分子DNA又はRNA等)、植物・動物等の抽出物等の混合物、ウイルス・細菌等の微生物等が挙げられる。   The test substance is not particularly limited, and is generally a low molecular compound, peptide, protein (including antibodies and modifications thereof), nucleic acid (single-stranded or double-stranded polymer or low-molecular DNA or RNA), mixtures of extracts such as plants and animals, microorganisms such as viruses and bacteria, and the like.

細胞の生死は上述のように公知の方法で測定することができる。被検物質を含まない状態でインキュベーションを行なった場合の結果と比較して、被検物質を含む場合に細胞死が増大しているのであれば、その被検物質はTAβの毒性を増強する可能性があり、細胞死が低減しているのであれば、その被検物質はTAβの毒性を抑制する作用を有すると判定することができる。なお、前者の場合にその被検物質が固有の毒性を有するかどうかは、別途その被検物質の存在下でTAβの不存在下で同様の試験を行なうことにより調べることができる。   Cell viability can be measured by known methods as described above. If cell death is increased when the test substance is included compared to the result of incubation without the test substance, the test substance can enhance the toxicity of TAβ. If the cell death is reduced, the test substance can be determined to have an action of suppressing the toxicity of TAβ. In the former case, whether or not the test substance has intrinsic toxicity can be examined by separately conducting the same test in the presence of the test substance and in the absence of TAβ.

上記のようなスクリーニングによって、TAβの毒性を抑制する作用を有すると判定された物質は、医薬候補物質として選択することができる。   A substance determined to have an action of suppressing the toxicity of TAβ by the above screening can be selected as a drug candidate substance.

本発明のTAβは、NGFレセプターに対してNGFと競合的に結合する。即ち、本発明のTAβにより誘導される細胞死は、NGFの存在下では有意に抑制される。また、NGFレセプターp75NTR及びTrkAのいずれかのノックダウンによっても、TAβにより誘導される細胞死が顕著に抑制される。これを利用して、TAβの毒性を抑制する化合物をスクリーニングすることができる。 TAβ of the present invention binds competitively with NGF for the NGF receptor. That is, cell death induced by TAβ of the present invention is significantly suppressed in the presence of NGF. Moreover, cell death induced by TAβ is also remarkably suppressed by knockdown of either of the NGF receptors p75 NTR and TrkA. This can be used to screen for compounds that suppress the toxicity of TAβ.

この方法においては、上記と同様に、本発明のTAβに対して感受性の培養細胞を、本発明のTAβ及び被検物質の存在下でインキュベートした後、培養細胞の生死を測定することにより、TAβの毒性を抑制する化合物を同定することができる。この場合、被検物質を含まない状態でインキュベーションを行なった場合の結果と比較して、被検物質を含む場合に細胞死が低減しているのであれば、その被検物質はNGFレセプターへのTAβの結合を抑制する可能性があると判定することができる。   In this method, in the same manner as described above, the cultured cells sensitive to TAβ of the present invention are incubated in the presence of TAβ of the present invention and a test substance, and then the viability of the cultured cells is measured. Compounds that suppress the toxicity of can be identified. In this case, if the cell death is reduced when the test substance is contained as compared to the result of incubation without the test substance, the test substance is not bound to the NGF receptor. It can be determined that there is a possibility of suppressing the binding of TAβ.

I.可溶性毒性Aβアセンブリー(TAβ)の製造
1.Aβ溶液
合成Aβ(Aβ1−40)(野生型、アークティック型ともペプチド研究所にて合成、大阪、日本)を、500μMの濃度となるように0.02%アンモニア溶液に溶解した。この溶液を、「Optima TL」(商品名、Beckman, USA)超遠心機を用いて540,000×gで3時間遠心分離して、種として作用し得る不溶性のペプチドを除去した。得られた上清(以下「種無含有Aβ溶液」ともいう)を集め、アリコートに小分けして使用時まで−80℃で保存した。
使用の直前に、アリコートを融解し、トリス緩衝生理食塩水(TBS:150mM NaCl及び10mM Tris−HCl、pH7.4)で希釈した。
I. Production of soluble toxic Aβ assembly (TAβ)
1. Aβ solution synthesis Aβ (Aβ1-40) (both wild type and arctic type synthesized at Peptide Institute, Osaka, Japan) was dissolved in 0.02% ammonia solution to a concentration of 500 μM. This solution was centrifuged at 540,000 × g for 3 hours using an “Optima TL” (trade name, Beckman, USA) ultracentrifuge to remove insoluble peptides that could act as seeds. The obtained supernatant (hereinafter also referred to as “seed-free Aβ solution”) was collected, divided into aliquots, and stored at −80 ° C. until use.
Immediately before use, aliquots were thawed and diluted with Tris-buffered saline (TBS: 150 mM NaCl and 10 mM Tris-HCl, pH 7.4).

2.リポソームの調製
リポソームの調製のためには、コレステロール(シグマ社、カタログ番号:C8667)、スフィンゴミエリン(シグマ社、カタログ番号:S7004)、及びGM1ガングリオシド(マトレア社、カタログ番号:1061)を、50:50:0、45:45:10、42.5:42.5:15、又は40:40:20のモル比で、合計脂質濃度が15mMになるように(即ち、GM1ガングリオシド濃度はそれぞれ0mM、1.5mM、2.25mM、又は3.0mM)クロロホルム/メタノール(1:1、容量比)溶液中に溶解した。したがって、リポソームを構成する全脂質分子の中でのGM1ガングリオシドの割合は、それぞれ0%、10%、15%、20%であった。この脂質混合物溶液を86μLずつガラスチューブに分注し、窒素ガス(40℃)を1時間吹き付けて溶媒を蒸発させた。この脂質混合物を使用時まで−80℃で保存した。
2. Preparation of liposomes For the preparation of liposomes, cholesterol (Sigma, catalog number: C8667), sphingomyelin (Sigma, catalog number: S7004), and GM1 ganglioside (Matreya, catalog number: 1061) were mixed with 50: At a molar ratio of 50: 0, 45:45:10, 42.5: 42.5: 15, or 40:40:20, the total lipid concentration is 15 mM (ie, the GM1 ganglioside concentration is 0 mM, Dissolved in 1.5 mM, 2.25 mM, or 3.0 mM) chloroform / methanol (1: 1, volume ratio) solution. Therefore, the ratio of GM1 ganglioside in the total lipid molecules constituting the liposome was 0%, 10%, 15% and 20%, respectively. 86 μL of this lipid mixture solution was dispensed into a glass tube, and nitrogen gas (40 ° C.) was blown for 1 hour to evaporate the solvent. This lipid mixture was stored at −80 ° C. until use.

使用直前に、各ガラスチューブに100μLのTBS(pH7.4)を加えて脂質混合物をTBS中に再懸濁させ、この懸濁液を、凍結融解を10回繰り返した後、ソニケーター(TOMY UD-201、output=2、continuous mode)で5分間、3回超音波処理に供した。この操作により、脂質混合物が直径約500μm以下程度の均一な球状のリポソームとなった。   Immediately before use, 100 μL of TBS (pH 7.4) was added to each glass tube to resuspend the lipid mixture in TBS, and this suspension was freeze-thawed 10 times before sonicator (TOMY UD- 201, output = 2, continuous mode) for 5 minutes and subjected to ultrasonic treatment three times. By this operation, the lipid mixture became uniform spherical liposomes having a diameter of about 500 μm or less.

3.Aβとリポソームとのインキュベーション(TAβの調製)
上記1.で調製した種無含有Aβ溶液を希釈し、上記2.の各リポソーム含有TBS溶液を10倍希釈になるように添加して、37℃で2時間(比較のために24時間でも行なった)インキュベートした。このインキュベーション混合物における終濃度は、Aβが50μM、リポソーム濃度(合計脂質濃度)が1250μM(そのうち、GM1ガングリオシド濃度は0μM、125μM、187.5μM、又は250μM)であった。
3. Incubation of Aβ with liposomes (TAβ preparation)
Above 1. 1. Dilute the seed-free Aβ solution prepared in step 2 above. Each of the liposome-containing TBS solutions was diluted 10-fold and incubated at 37 ° C. for 2 hours (also performed for 24 hours for comparison). The final concentration in this incubation mixture was 50 μM and liposome concentration (total lipid concentration) 1250 μM (of which the GM1 ganglioside concentration was 0 μM, 125 μM, 187.5 μM, or 250 μM).

II.TAβの特徴づけ
上記で調製した種無含有Aβ(Aβ1−40)溶液(野生型又はアークティック型)とGM1ガングリオシド含有リポソームとの種々のインキュベーション混合物を用いて、TAβの神経毒性、形態等の特徴づけを行なった。
II. Characterization of TAβ Using various incubation mixtures of the seed-free Aβ (Aβ1-40) solution (wild type or arctic type) prepared above and GM1 ganglioside-containing liposomes, features of TAβ neurotoxicity, morphology, etc. I did it.

1.一次培養ニューロンに対する神経毒性試験
一次培養ニューロンとして、大脳皮質ニューロンを、Sprague-Dawleyラット17日胚から調製し、Dulbecco’s modified Eagle medium nutrient 混合物(商品名;Invitrogen社、カタログ番号:12800−017)及びN2サプレメント(「N2-supplement」(商品名;Invitrogen社、カタログ番号:17502−048)からなる無血清培地中で培養した(5%CO、37℃、加湿下)。
1. Neurotoxicity test for primary cultured neurons As primary cultured neurons, cerebral cortical neurons were prepared from 17-day embryos of Sprague-Dawley rats, and Dulbecco's modified Eagle medium nutrient mixture (trade name; Invitrogen, catalog number: 12800-017). And N2 supplement (“N2-supplement” (trade name; Invitrogen, catalog number: 17502-048)) (5% CO 2 , 37 ° C., under humidification).

この一次培養ニューロン(細胞数1.5×10個/well)を、上記の各インキュベーション混合物で処理した(インキュベーション混合物:培地=1:1、Aβ濃度25μM、処理時間は48時間)。ニューロンを、カルセインAM(calcein AM, Invitrogen, Carlsbad, CA)・エチジウムホモダイマーで染色した。これにより生細胞は緑色、死細胞は赤色にそれぞれ染色される。 The primary cultured neurons (number of cells: 1.5 × 10 4 cells / well) were treated with each of the above incubation mixtures (incubation mixture: medium = 1: 1, Aβ concentration 25 μM, treatment time was 48 hours). Neurons were stained with calcein AM (Invitrogen, Carlsbad, Calif.) Ethidium homodimer. As a result, live cells are stained green and dead cells are stained red.

結果を、図1、パネル(A)及び(B)に示す。
パネル(A)は、GM1ガングリオシド含量0%(上段)、10%(中段)、20%(下段)のリポソームを含む、Aβを含まない(左列)又は野生型(「wild」)Aβ(中央列)もしくはアークティック型(「Arctic」)Aβ(右列)を含むインキュベーション混合物(37℃、2時間)で処理した細胞の光学顕微鏡写真を表す。右下のバーは50μmである。
The results are shown in FIG. 1, panels (A) and (B).
Panel (A) shows liposomes with GM1 ganglioside content 0% (top), 10% (middle), 20% (bottom), no Aβ (left column) or wild type (“wild”) Aβ (middle Columns) or light micrographs of cells treated with incubation mixtures (37 ° C., 2 hours) containing Arctic (“Arctic”) Aβ (right column). The lower right bar is 50 μm.

パネル(B)は、示した条件下でGM1ガングリオシドの存在下又は不存在下で50μM(インキュベーション混合物中の終濃度)で37℃、2時間プレインキュベートされた野生型又はアークティック型のAβで処理された、生存している一次培養ニューロンの数を示す。各カラムは、AβもGM1ガングリオシドも含まない対照培養物(GM1 0%、Aβ(−))に対するパーセンテージの3つの値の平均値(±SD)であり、*はP<0.0001を表す。   Panel (B) treated with wild-type or arctic-type Aβ preincubated for 2 hours at 37 ° C. at 50 μM (final concentration in incubation mixture) in the presence or absence of GM1 ganglioside under the indicated conditions. Shown is the number of primary cultured neurons that survived. Each column is the average (± SD) of the three values of the percentage relative to a control culture (GM10%, Aβ (−)) containing neither Aβ nor GM1 ganglioside, * represents P <0.0001.

これらの結果から、10%のGM1ガングリオシドを含むリポソームの存在下で37℃で2時間プレインキュベートされたアークティック型Aβで処理された培養において、非常に顕著なニューロン死が観察された。したがって、以降の実験においては、この条件下で形成されたTAβを基本的に用いた(即ち、特にそれと異なる条件を示していない限り、この条件下で形成されたTAβである)。   From these results, very significant neuronal death was observed in cultures treated with arctic Aβ preincubated for 2 hours at 37 ° C. in the presence of liposomes containing 10% GM1 ganglioside. Therefore, in the subsequent experiments, TAβ formed under this condition was basically used (that is, TAβ formed under this condition unless otherwise indicated).

2.神経成長因子(NGF)で分化させたPC12細胞に対する毒性試験
ラットのクロム親和性細胞腫(pheochromocytoma)PC12細胞を、10%熱非働化ウマ血清(Invitrogen)及び5%ウシ胎児血清(FBS)(Invitrogen)を添加したDulbecco’s modified Eagle’s medium(DMEM)(商品名、Invitrogen, Carlsbad, CA)中で培養した。
2. Toxicity test on PC12 cells differentiated with nerve growth factor (NGF) Rat pheochromocytoma PC12 cells were treated with 10% heat-inactivated horse serum (Invitrogen) and 5% fetal bovine serum (FBS) (Invitrogen). ) Was added in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) (trade name, Invitrogen, Carlsbad, CA).

PC12細胞を、ポリ−L−リジンでコーティングした(10mg/mL)2cm2ディッシュに20,000細胞/cm2の密度で播き、100ng/mL神経成長因子(NGF; Alomone Labs, Jerusalem, Israel)を添加したDMEM中で6日間培養し、分化させた(以下「PC12N」細胞ともいう)。 PC12 cells were seeded at a density of 20,000 cells / cm 2 in 2 cm 2 dishes coated with poly-L-lysine (10 mg / mL) and 100 ng / mL nerve growth factor (NGF; Alomone Labs, Jerusalem, Israel) The cells were cultured for 6 days in the added DMEM and differentiated (hereinafter also referred to as “PC12N” cells).

この細胞を一次培養ニューロンの代わりに用いて、上記と同様に、インキュベーション混合物で処理し、細胞を観察した。   The cells were used in place of primary cultured neurons and treated with the incubation mixture as described above, and the cells were observed.

結果を図1、パネル(C)に示す。この図において、右端(Aβ(+)/GM1(+))は、GM1ガングリオシド(10%)を含むリポソームの存在下で37℃で2時間プレインキュベートされたアークティック型Aβを含むインキュベーション混合物で処理した細胞である。同様に、中央左(Aβ(+)/GM1(−))はAβのみ、中央右(Aβ(−)/GM1(+))はGM1ガングリオシドのみ、左端(Aβ(−)/GM1(−))はTBSのみをそれぞれ含むインキュベーション混合物で処理した細胞である。   The results are shown in FIG. 1, panel (C). In this figure, the right end (Aβ (+) / GM1 (+)) is treated with an incubation mixture containing arctic Aβ preincubated for 2 hours at 37 ° C. in the presence of liposomes containing GM1 ganglioside (10%). Cells. Similarly, the center left (Aβ (+) / GM1 (−)) is Aβ only, the center right (Aβ (−) / GM1 (+)) is only GM1 ganglioside, and the left end (Aβ (−) / GM1 (−)). Are cells treated with incubation mixtures each containing only TBS.

NGF処理したPC12細胞もまた、GM1ガングリオシドの存在下でアークティック型Aβから形成された毒性のAβアセンブリーに対して感受性であることが確認された。以下の実験においては、主にPC12N細胞を用いた。   NGF-treated PC12 cells were also confirmed to be sensitive to toxic Aβ assemblies formed from arctic Aβ in the presence of GM1 ganglioside. In the following experiments, PC12N cells were mainly used.

3.ThTアッセイ
チオフラビンT(ThT)は、アミロイドフィブリル構造を特異的に認識する。インキュベーション混合物中のアミロイドフィブリル構造の有無又は量を調べるために、上記の各インキュベーション混合物のThT蛍光強度を、分光蛍光光度計(RF-5300PC)(島津、京都、日本)を用いて測定した。アミロイドフィブリルの至適蛍光強度は、励起及び発光波長をそれぞれ446nm及び490nmとして、5μM ThT及び50mM グリシン−NaOH(pH8.5)を含む1.0mLの反応混合物(インキュベーション混合物10μlを含む)を用いて測定した。蛍光強度は、反応混合物を調製した直後に測定した。
3. ThT assay Thioflavin T (ThT) specifically recognizes amyloid fibril structure. In order to examine the presence or amount of amyloid fibril structure in the incubation mixture, the ThT fluorescence intensity of each incubation mixture was measured using a spectrofluorometer (RF-5300PC) (Shimadzu, Kyoto, Japan). Optimal fluorescence intensity of amyloid fibrils was determined using 1.0 mL of reaction mixture (including 10 μl of incubation mixture) containing 5 μM ThT and 50 mM glycine-NaOH (pH 8.5) with excitation and emission wavelengths of 446 nm and 490 nm, respectively. It was measured. The fluorescence intensity was measured immediately after preparing the reaction mixture.

結果を図2、パネル(A)に示す。この図は、GM1ガングリオシド含量0%、10%、20%のリポソームを含むAβなし(「Aβ(−)」;白抜き)、野生型Aβ(「wild」;斜線)、アークティック型(「Arctic」;黒塗り)のインキュベーション混合物についての結果である。   The results are shown in FIG. 2, panel (A). This figure shows no Aβ containing liposomes with GM1 ganglioside content of 0%, 10%, 20% (“Aβ (−)”; white), wild type Aβ (“wild”; hatched), arctic type (“Arctic” "; Black)) for the incubation mixture.

ThTの蛍光強度は、神経毒性の強さと一致せず、強い神経毒性を示したアークティック型Aβ及びGM1ガングリオシド(10%)を含むインキュベーション混合物において低いレベルのままであった。したがって、この結果から、高い神経毒性を示すAβアセンブリーがアミロイドフィブリルではないことが示された。   The fluorescence intensity of ThT did not coincide with the strength of neurotoxicity and remained at a low level in the incubation mixture containing arctic Aβ and GM1 ganglioside (10%) that showed strong neurotoxicity. Therefore, this result showed that the Aβ assembly showing high neurotoxicity is not amyloid fibril.

4.乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH)放出アッセイ
上記2.の実験におけるのと同様にしてPC12N細胞を用意した。
PC12N細胞を、上記I.と同様にして調製した各インキュベーション混合物で処理した(細胞数1.5×10個/well、37℃、処理時間48時間、インキュベーション混合物:培地=1:1)。
4). Lactate dehydrogenase (LDH) release assay 2. PC12N cells were prepared in the same manner as in the above experiment.
PC12N cells were treated with the I. The cells were treated with each incubation mixture prepared in the same manner as described above (number of cells: 1.5 × 10 4 cells / well, 37 ° C., treatment time: 48 hours, incubation mixture: medium = 1: 1).

これらの細胞の培地をサンプルとして、「LDH assay toxicity kit」(商品名、Promega, Madison, WI)を用いてLDHアッセイを行なった。各サンプル中のLDH放出の程度は、「Emax precision」(商品名、Molecular Devices Corp., Sunnyvale, CA)マイクロプレートリーダーを用いて490nmでの吸収を測定することによって評価した。バックグラウンドの吸光度は、細胞を含まないウェルを用いて測定し、各テストサンプルの吸光度から引き算した。キットに添付の指示書にしたがって、3つのウェルで測定した吸光度を平均し、細胞内のLDH放出を誘発するために1%Triton X−100で処理した各テストサンプルについての測定値で割って、LDH放出率(%)を算出した。   Using the culture medium of these cells as a sample, LDH assay was performed using “LDH assay toxicity kit” (trade name, Promega, Madison, Wis.). The extent of LDH release in each sample was assessed by measuring absorbance at 490 nm using an “Emax precision” (trade name, Molecular Devices Corp., Sunnyvale, Calif.) Microplate reader. Background absorbance was measured using wells without cells and subtracted from the absorbance of each test sample. According to the instructions attached to the kit, the absorbance measured in the three wells is averaged and divided by the measured value for each test sample treated with 1% Triton X-100 to induce intracellular LDH release, LDH release rate (%) was calculated.

その結果を、図2、パネル(B)に示す。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示し、*は、p<0.0001(one-way ANOVA combined with Scheffe’s test)を表す。カラムは、GM1ガングリオシド含量0%、10%、20%のリポソームを含むAβなし(「Aβ(−)」、即ちTBSのみの対照;白抜き)、野生型Aβ(「wild」;斜線)、アークティック型(「Arctic」;黒塗り)である。アークティック型Aβについては、2時間のインキュベーションの場合、10%又は15%のGM1を含むリポソームの存在下で細胞死を起こす毒性が見られた。一方、野生型Aβについては、2時間のインキュベーションではほとんど毒性が示されず、24時間のインキュベーションの場合により高濃度(15%又は20%)のGM1ガングリオシドの存在下で毒性が見られた。   The result is shown in FIG. 2, panel (B). Each column represents an average value (± SD) of three values, and * represents p <0.0001 (one-way ANOVA combined with Scheffe's test). The column contains no Aβ containing liposomes with GM1 ganglioside content 0%, 10%, 20% (“Aβ (−)”, ie TBS only control; open), wild type Aβ (“wild”; hatched), arc Tick type (“Arctic”; painted black). Arctic Aβ was found to be toxic to cell death in the presence of liposomes containing 10% or 15% GM1 when incubated for 2 hours. On the other hand, wild-type Aβ showed little toxicity after 2 hours of incubation, and was more toxic in the presence of higher concentrations (15% or 20%) of GM1 ganglioside when incubated for 24 hours.

最も強い毒性を示した、GM1ガングリオシド(10%)を含むリポソームの存在下で37℃で2時間インキュベートされたアークティック型Aβを含むインキュベーション混合物を、540,000×g、15分、4℃で超遠心して上清及び沈殿物をそれぞれ回収した。これらの上清、沈殿物及び遠心前のインキュベーション混合物の各々を用いて、上記と同様にLDH放出アッセイを行なった。比較のため、Aβのみ(Aβ+/GM1−)、GM1ガングリオシドのみ(Aβ−/GM1+)、TBSのみ(Aβ−/GM1−)についても同様にインキュベーション混合物を調製してLDHアッセイを行なった。   An incubation mixture containing arctic Aβ that was incubated for 2 hours at 37 ° C. in the presence of liposomes containing GM1 ganglioside (10%), which showed the strongest toxicity, was 540,000 × g, 15 minutes at 4 ° C. The supernatant and the precipitate were collected by ultracentrifugation. Using each of these supernatants, precipitates and pre-centrifugation incubation mixtures, LDH release assays were performed as described above. For comparison, incubation mixtures were similarly prepared for Aβ alone (Aβ + / GM1-), GM1 ganglioside alone (Aβ− / GM1 +), and TBS alone (Aβ− / GM1-), and LDH assay was performed.

結果を図2、パネル(C)に示す。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示し、*は、p<0.0001を表す。GM1ガングリオシド存在下でインキュベートされた遠心前のAβインキュベーション混合物(「whole」)が示した毒性は、超遠心によって得られた上清(「sup」)中のみに回収され、沈澱物(「ppt」)は毒性をほとんど示さなかった。   The results are shown in FIG. 2, panel (C). Each column shows the average of three values (± SD), * represents p <0.0001. Toxicity exhibited by the pre-centrifugation Aβ incubation mixture (“whole”) incubated in the presence of GM1 ganglioside was recovered only in the supernatant (“sup”) obtained by ultracentrifugation and the precipitate (“ppt”) ) Showed little toxicity.

これらの結果から、アークティック型及び野生型Aβから、それぞれ好適な濃度のGM1ガングリオシドの存在下で形成されたアセンブリーが、毒性の可溶性Aβアセンブリーであることが示された。   These results indicated that the assembly formed from arctic and wild-type Aβ in the presence of GM1 ganglioside at appropriate concentrations, respectively, is a toxic soluble Aβ assembly.

5.SDSゲル電気泳動(SDS−PAGE)
TAβの生物物理学的及び構造的特徴を決定するために、TAβを含むインキュベーション混合物のSDS−PAGEを行なった。Schagger et al., Analytical Biochemistry Vol. 166, 368-379, 1987に記載の方法に基づいて、陽極バッファーを0.2M トリス(pH8.9)、陰極バッファーを0.1M トリス−0.1M トリシン−0.1% SDS緩衝液として、4〜20%ポリアクリルアミドゲル(第一化学ミニゲル)を使用し、40mA(定流)で30分間泳動した。このゲルをニトロセルロース紙に60mAで1時間ブロットし、Aβを認識するモノクローナル抗体(6E10、Signet Laboratories (Dedham, MA))を検出用に用いてウェスタン・ブロットを行なった。
5. SDS gel electrophoresis (SDS-PAGE)
To determine the biophysical and structural characteristics of TAβ, SDS-PAGE of the incubation mixture containing TAβ was performed. Based on the method described in Schagger et al., Analytical Biochemistry Vol. 166, 368-379, 1987, the anode buffer is 0.2 M Tris (pH 8.9), the cathode buffer is 0.1 M Tris-0.1 M Tricine- As a 0.1% SDS buffer, 4 to 20% polyacrylamide gel (first chemical minigel) was used, and electrophoresis was performed at 40 mA (constant flow) for 30 minutes. The gel was blotted on nitrocellulose paper at 60 mA for 1 hour, and Western blotting was performed using a monoclonal antibody that recognizes Aβ (6E10, Signet Laboratories (Dedham, Mass.)) For detection.

しかし、バンドは全く検出されなかった。これは、可溶性Aβアセンブリーは、細胞培養中のある種のオリゴマー(非特許文献1)を除き、架橋されていない(非特許文献21、22)場合、変性ゲル電気泳動で解離(disaggregated)する(非特許文献3)という従来の知見と一致した。   However, no band was detected. This is because soluble Aβ assemblies are disaggregated by denaturing gel electrophoresis when they are not cross-linked (Non-patent Documents 21 and 22) except for certain oligomers (Non-patent Document 1) in cell culture ( This is consistent with the conventional knowledge of Non-Patent Document 3).

6.ドット・ブロット解析
次に、アークティック型Aβのみ、GM1ガングリオシド(10%)を含むリポソームのみ、又はアークティック型Aβ及びGM1ガングリオシド(10%)を含むリポソームをそれぞれ含むインキュベーション混合物の上記と同様の条件での超遠心によって得られた上清(「sup」)を用いて、非特許文献23の方法によりドット・ブロット解析を行なった。比較のため、遠心前のインキュベーション混合物(「whole」)も同様に用いた。
6). Dot blot analysis Next, conditions similar to those described above for incubation mixtures containing arctic Aβ only, liposomes containing GM1 ganglioside (10%) only, or liposomes containing arctic Aβ and GM1 ganglioside (10%), respectively. Using the supernatant ("sup") obtained by ultracentrifugation in, dot blot analysis was performed by the method of Non-Patent Document 23. For comparison, the pre-centrifugation incubation mixture (“whole”) was used as well.

各サンプルをドットしたニトロセルロース紙(ブロット)を、抗オリゴマー抗体「anti-Oligo」(Biosource Inc., Camarillo, CA)又はHRP結合コレラトキシンサブユニットB「CTX」(Sigma, St. Louis, MO)と反応させた。反応条件は4℃で一晩、検出方法としてECL(化学発光)を用いた。なお、CTXはGM1ガングリオシドと特異的に反応する天然のリガンドである。   The nitrocellulose paper (blot) on which each sample was doted was added to the anti-oligomer antibody “anti-Oligo” (Biosource Inc., Camarillo, Calif.) Or HRP-conjugated cholera toxin subunit B “CTX” (Sigma, St. Louis, MO). And reacted. The reaction conditions were overnight at 4 ° C., and ECL (chemiluminescence) was used as the detection method. CTX is a natural ligand that specifically reacts with GM1 ganglioside.

結果を図3、パネル(A)に示す。アークティック型Aβ及びGM1ガングリオシド(10%)含有リポソームを含むインキュベーション混合物中のTAβは、anti-Oligoによって容易に認識されたが、CTXとの反応性は上清中に回収されなかった。したがって、TAβはGM1ガングリオシドを含まないと考えられる。   The results are shown in FIG. 3, panel (A). TAβ in the incubation mixture containing arctic Aβ and GM1 ganglioside (10%) containing liposomes was readily recognized by anti-Oligo, but no reactivity with CTX was recovered in the supernatant. Therefore, TAβ is considered not to contain GM1 ganglioside.

7.抗オリゴマー抗体によるTAβ毒性の抑制
TAβ毒性に対する抗体の影響を調べるために、上記4.の実験と同様に、上記I.と同様に調製したインキュベーション混合物(10% GM1ガングリオシド(125μM)+50μM アークティック型Aβ)を用いて、0.3μM濃度のanti-Oligo抗体とともに37℃で120分間プレインキュベーションした後、PC12N細胞でLDH放出アッセイを行なった。対照として、anti-Oligoの代わりにIgGを用いた。
7). Inhibition of TAβ toxicity by anti-oligomer antibody In order to examine the influence of the antibody on TAβ toxicity, the above 4. In the same manner as in the experiment of I. above. LDH release in PC12N cells after preincubation for 120 minutes at 37 ° C. with an anti-Oligo antibody at a concentration of 0.3 μM using an incubation mixture prepared similarly to (10% GM1 ganglioside (125 μM) +50 μM Arctic Aβ) The assay was performed. As a control, IgG was used instead of anti-Oligo.

結果を図3、パネル(B)に示す。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示し、*は、p<0.0001を表す。TAβの毒性、即ち、PC12N細胞からのTAβ誘導LDH放出は、インキュベーション混合物をanti-Oligoとプレインキュベーションすることによって有意に抑制された。   The results are shown in FIG. 3, panel (B). Each column shows the average of three values (± SD), * represents p <0.0001. TAβ toxicity, ie, TAβ-induced LDH release from PC12N cells, was significantly suppressed by preincubating the incubation mixture with anti-Oligo.

8.電子顕微鏡による形態観察
電子顕微鏡での観察は以下のようにして行なった。サンプルを水で希釈し、カーボンコーティングしたグリッド上に拡げた。このグリッドを、2%ウラニルアセテートでネガティブ染色し、加速電圧100kVで透過型電子顕微鏡(JEM-2000EX、JEOL、東京、日本)で観察した(倍率:50,000倍)。比較のため、非特許文献17に記載された方法にしたがってプロトフィブリルを調製して同様に観察した。
8). Morphological observation with an electron microscope Observation with an electron microscope was performed as follows. Samples were diluted with water and spread on a carbon coated grid. This grid was negatively stained with 2% uranyl acetate and observed with a transmission electron microscope (JEM-2000EX, JEOL, Tokyo, Japan) at an acceleration voltage of 100 kV (magnification: 50,000 times). For comparison, protofibrils were prepared according to the method described in Non-Patent Document 17 and observed in the same manner.

結果を、図4、パネル(A)に示す。パネル(A)において、左側(「A」)は、プロトフィブリル形成可能なように非特許文献17の方法でインキュベートされたアークティック型Aβを含むインキュベーション混合物、右側(「B」)は、TAβを含有するインキュベーション混合物(GM1(10%)、アークティック、37℃、2時間)の電子顕微鏡写真(右下のバーは100μm)である。   The results are shown in FIG. 4, panel (A). In panel (A), the left side (“A”) is an incubation mixture containing arctic Aβ incubated by the method of Non-Patent Document 17 so that protofibril formation is possible, and the right side (“B”) is TAβ. Electron micrograph (lower right bar is 100 μm) of the incubation mixture contained (GM1 (10%), Arctic, 37 ° C., 2 hours).

「A」においてプロトフィブリルの典型的な構造が観察された。これに対し、「B」においては確実な構造は観察されなかった(丸く見えるのはリポソームである)。したがって、本発明のTAβは、以前に報告されたとおりに調製されたプロトフィブリル(非特許文献17)が容易に検出可能な条件下で、電子顕微鏡によって観察されなかった。   A typical structure of protofibrils was observed in “A”. On the other hand, no reliable structure was observed in “B” (it is liposomes that look round). Therefore, TAβ of the present invention was not observed by electron microscopy under conditions where protofibrils prepared as previously reported (Non-patent Document 17) were readily detectable.

9.原子力間顕微鏡(AFM)による形態観察
AFMでの評価は、非特許文献1に記載されたとおりに行なった。GM1ガングリオシドのみ又はAβのみを含むインキュベーション混合物、又は両者を含むインキュベーション混合物を540,000×g、15分、4℃で超遠心した後の上清(「Aβ+GM1」;GM1(10%)、アークティック、37℃、2時間)の各サンプルを新たに切断した雲母の上に滴下した。3分間放置した後、水で洗浄し、サンプルを、tapping modeに設定した「Nanoscope IIIa」(商品名、Digital Instruments, Santa Barbara, CA, USA)を用いて(非特許文献2)溶液中で評価した。カンチレバーとして「OMCL-TR400PSA」(商品名、Olympus, Japan)を使用した。共鳴周波数(resonant frequency)は約9kHzであった。振幅(amplitude)範囲は0.1Vであった。
9. Evaluation by morphological observation AFM using an atomic force microscope (AFM) was performed as described in Non-Patent Document 1. The supernatant after ultracentrifugation of the incubation mixture containing GM1 ganglioside alone or Aβ alone, or both containing 540,000 × g, 15 minutes at 4 ° C. (“Aβ + GM1”; GM1 (10%), Arctic , 37 ° C., 2 hours) was dropped onto the newly cut mica. After standing for 3 minutes, it was washed with water, and the sample was evaluated in solution using “Nanoscope IIIa” (trade name, Digital Instruments, Santa Barbara, CA, USA) set to tapping mode (Non-patent Document 2). did. “OMCL-TR400PSA” (trade name, Olympus, Japan) was used as a cantilever. The resonant frequency was about 9 kHz. The amplitude range was 0.1V.

結果を図4、パネル(B)に示す。右下のバーは200nmである。電子顕微鏡を用いた場合と異なり、AFMを用いた場合には、直径約10〜約20nmの球状粒子が、棒状構造物と共に、TAβを含むインキュベーション混合物の超遠心によって得られた上清(「Aβ+GM1」)中に観察された。アークティック型Aβのみ(左上)又はGM1ガングリオシド(10%)のみ(左下)を含むインキュベーション混合物の上清には、確実な構造は何も観察されなかった。
なお、球状粒子の直径の測定は、上記「Nanoscope IIIa」及びそれに内臓されているソフトウェアを用いて行なった。
The results are shown in FIG. 4, panel (B). The lower right bar is 200 nm. Unlike when using an electron microscope, when AFM is used, spherical particles having a diameter of about 10 to about 20 nm, together with rod-shaped structures, are obtained by ultracentrifugation of an incubation mixture containing TAβ (“Aβ + GM1 )). No sure structure was observed in the supernatant of incubation mixtures containing only Arctic Aβ (upper left) or GM1 ganglioside (10%) only (lower left).
The diameter of the spherical particles was measured using the above-mentioned “Nanoscope IIIa” and software incorporated therein.

10.サイズ排除クロマトグラフィによるTAβの分子量の測定
サイズ排除クロマトグラフィ(SEC)及びanti-Oligoを用いたドット・ブロット解析によってTAβの分子の大きさを決定した。Aβのみ又は「Aβ+GM1」サンプル(10% GM1ガングリオシド及び50μM アークティック型Aβを37℃で2時間インキュベートした後、540,000×g、15分、4℃の超遠心を行なって得た上清を、流速0.5mL/minでPBS(pH7.4)で平衡化した「Superose 12」(商品名)サイズ排除カラム(1cm×30cm、Pharmacia Biotech., Uppsala, Sweden)に適用した。1mLずつの35個のフラクションを集めて、前記6.と同様にしてanti-Oligoを用いたドット・ブロットにより解析した。35のフラクションの溶出サンプルをニトロセルロース膜上にドットした。このブロットを、anti-Oligo抗体と反応させた。
10. Measurement of molecular weight of TAβ by size exclusion chromatography The molecular size of TAβ was determined by size exclusion chromatography (SEC) and dot blot analysis using anti-Oligo. Aβ alone or “Aβ + GM1” sample (10% GM1 ganglioside and 50 μM Arctic Aβ were incubated at 37 ° C. for 2 hours, and then the supernatant obtained by ultracentrifugation at 540,000 × g, 15 minutes, 4 ° C. And applied to a “Superose 12” (trade name) size exclusion column (1 cm × 30 cm, Pharmacia Biotech., Uppsala, Sweden) equilibrated with PBS (pH 7.4) at a flow rate of 0.5 mL / min. Fractions were collected and analyzed by dot blot using anti-Oligo as described above 6. Elution samples of 35 fractions were doted onto a nitrocellulose membrane. And reacted.

結果を図4、パネル(C)に示す。左側がサンプルとしてAβのみ、右側が「Aβ+GM1」の遠心後上清を用いた結果である。フラクション2及び4は、それぞれTAβ及びモノマーAβを含むフラクションに相当する。
anti-Oligoとの免疫反応性は、「Aβ+GM1」サンプルにおいて、相対分子量約200〜約300kDaの単一ピークとして回収された。これは、アークティック型Aβから形成される、アミロイドポア(非特許文献18)と呼ばれるある種の可溶性Aβアセンブリーと同様であった。しかし、アミロイドポアは中央部にできた穴のような構造を有し、写真上はドーナツのように見えるのに対し、TAβにはポアは観察されなかった。
The results are shown in FIG. 4, panel (C). The result on the left is the result of using the supernatant after centrifugation of Aβ alone and the right is “Aβ + GM1”. Fractions 2 and 4 correspond to fractions containing TAβ and monomer Aβ, respectively.
Immunoreactivity with anti-Oligo was recovered as a single peak with a relative molecular weight of about 200 to about 300 kDa in the “Aβ + GM1” sample. This was similar to certain soluble Aβ assemblies called amyloid pores (18) formed from arctic Aβ. However, the amyloid pore has a hole-like structure in the center and looks like a donut on the photograph, whereas no pore was observed in TAβ.

11.アミロイドフィブリル形成の種に対する抗体によるTAβ形成の阻害
アミロイドフィブリル形成のための種に対して特異的なモノクローナル抗体(4396C)(非特許文献25)によってTAβ形成が阻害されるかどうかを調べた。
11. Inhibition of TAβ formation by antibodies against amyloid fibril-forming species It was investigated whether TAβ formation was inhibited by a monoclonal antibody (4396C) specific for the species for amyloid fibril formation (Non-patent Document 25).

0、0.3、1又は3μMの4396C又は抗Aβモノクローナル抗体(4G8)と共にGM1ガングリオシド(10%)を含むリポソームの存在下で50μM(インキュベーション混合物中の終濃度)で37℃で2時間インキュベートされたアークティック型Aβを含むインキュベーション混合物のThT蛍光強度を、上記と同様にして調べた。   Incubated for 2 hours at 37 ° C. at 50 μM (final concentration in the incubation mixture) in the presence of liposomes containing GM1 ganglioside (10%) with 0, 0.3, 1 or 3 μM 4396C or anti-Aβ monoclonal antibody (4G8). The incubation mixture containing the arctic Aβ was examined for ThT fluorescence intensity in the same manner as described above.

結果を図5、パネル(A)に示す。抗Aβモノクローナル抗体(4G8)は、ThT蛍光強度に影響しなかったが、4396C抗体が共存すると濃度依存的にThT蛍光強度が低減し、4396C抗体はアミロイドフィブリル形成を阻害することが確認された。   The results are shown in FIG. 5, panel (A). The anti-Aβ monoclonal antibody (4G8) did not affect the ThT fluorescence intensity, but when the 4396C antibody coexists, the ThT fluorescence intensity decreased in a concentration-dependent manner, and it was confirmed that the 4396C antibody inhibits amyloid fibril formation.

また、0.3μMの4396C抗体の存在下又は不存在下で、GM1ガングリオシド(10%)を含むリポソームの存在下でプレインキュベートされた(37℃、2時間)アークティック型Aβで処理されたPC12N細胞を用いて、上記と同様にLDH放出アッセイを行なった。対照としてIgG 2a(シグマ社、カタログ番号:M9144)を用いた。   PC12N treated with arctic Aβ pre-incubated in the presence of liposomes containing GM1 ganglioside (10%) (37 ° C., 2 hours) in the presence or absence of 0.3 μM 4396C antibody The cells were used for LDH release assay as described above. IgG 2a (Sigma, catalog number: M9144) was used as a control.

結果を図5、パネル(B)に示す。4396C抗体は、TAβ生成を阻害しなかった。   The results are shown in FIG. 5, panel (B). The 4396C antibody did not inhibit TAβ production.

12.シナプトソーム存在下でのTAβの形成
天然のニューロン膜の存在下でTAβが形成され得るかどうかをテストした。
シナプトソームは、以前報告されたとおりに調製した(非特許文献3)。3つの異なる年齢群(1ヵ月、1年、2年)のマウス脳の海馬又は海馬を除いた脳全体を、0.25mM EDTAを含有する0.32Mショ糖緩衝液中でホモジナイズした。このホモジネートを、580×gで8分間遠心分離した。その上清を、145,000×gで20分間遠心分離した。得られたペレットを、EDTA無含有の0.32Mショ糖緩衝液中に懸濁させ、ショ糖緩衝液中のFicoll(商品名、シグマ社)上に重層した。87,000×gで30分間遠心分離した後、シナプトソームが濃縮された界面を採取し、これを再度遠心分離して残存するFicollを除いた。
12 Formation of TAβ in the presence of synaptosomes We tested whether TAβ could be formed in the presence of natural neuronal membranes.
Synaptosomes were prepared as previously reported (Non-Patent Document 3). The entire brain, excluding the hippocampus or hippocampus of mouse brains from three different age groups (1 month, 1 year, 2 years), was homogenized in 0.32 M sucrose buffer containing 0.25 mM EDTA. The homogenate was centrifuged at 580 × g for 8 minutes. The supernatant was centrifuged at 145,000 × g for 20 minutes. The obtained pellet was suspended in EDTA-free 0.32M sucrose buffer and overlaid on Ficoll (trade name, Sigma) in sucrose buffer. After centrifuging at 87,000 × g for 30 minutes, the interface enriched with synaptosomes was collected and centrifuged again to remove the remaining Ficoll.

アークティック型Aβを、マウス脳から調製したシナプトソームの存在下でインキュベートした。アークティック型Aβを、50μM(インキュベーション混合物中の終濃度)で37℃で2時間、調製された各シナプトソーム(100μg/mL protein)の存在下又は不存在下で、GM1ガングリオシドに対して特異的な抗体(「anti-GM1」)又はanti-Oligo抗体(0.3μM)と共に又はそれらなしに、プレインキュベートした(37℃、2時間)。対照としてIgGを用いた。   Arctic Aβ was incubated in the presence of synaptosomes prepared from mouse brain. Arctic Aβ is specific for GM1 ganglioside in the presence or absence of each prepared synaptosome (100 μg / mL protein) at 50 μM (final concentration in the incubation mixture) at 37 ° C. for 2 hours. Pre-incubation (37 ° C., 2 hours) with or without antibody (“anti-GM1”) or anti-Oligo antibody (0.3 μM). IgG was used as a control.

TAβ形成を、これらのインキュベーション混合物で処理されたPC12N細胞培養物における上記と同様のLDH放出アッセイによって評価した。   TAβ formation was assessed by a similar LDH release assay in PC12N cell cultures treated with these incubation mixtures.

結果を図6に示す。「Wh」は海馬を除いた全脳、「Hp」は海馬由来のシナプトソームである。各カラムは、4つの値の平均値(±SD)を示す。*は、p<0.0001、**はp<0.005を表す。TAβ形成のレベルは、老化した(2歳)マウスの海馬から調製されたシナプトソームを含むインキュベーション混合物において、他のすべてのインキュベーション混合物(より若い(1ヶ月及び1歳)マウス脳の海馬又は海馬を除いた全脳からのシナプトソームを含むものなど)よりも有意に高かった。   The results are shown in FIG. “Wh” is the whole brain excluding the hippocampus, and “Hp” is the synaptosome derived from the hippocampus. Each column shows the average (± SD) of the four values. * Represents p <0.0001, and ** represents p <0.005. The level of TAβ formation was observed in all other incubation mixtures (excluding younger (1 month and 1 year) mouse brain hippocampus or hippocampus) in incubation mixtures containing synaptosomes prepared from the hippocampus of aged (2 year old) mice. Significantly higher than those containing synaptosomes from the whole brain).

13.核染色による観察
TAβの驚くべき特徴は、その強い毒性である。TAβによって誘導された細胞死を特徴づけするために、核透過性色素であるHoechst 33258(商品名)を用いてTAβを含むインキュベーション混合物(50μM アークティック型Aβ及び10% GM1ガングリオシド、37℃、2時間)で12時間処理された(細胞数1.5×10個/well、インキュベーション混合物:培地=1:1)PC12N細胞の核染色を行なった。
13. Observation by nuclear staining The surprising feature of TAβ is its strong toxicity. To characterize cell death induced by TAβ, an incubation mixture containing 50βM Arctic Aβ and 10% GM1 ganglioside (37 ° C, 2 ° C) using Hoechst 33258 (trade name), a nuclear penetrating dye. Time) for 12 hours (cell number 1.5 × 10 4 cells / well, incubation mixture: medium = 1: 1) nuclear staining of PC12N cells was performed.

処理後のPC12N細胞の写真を図7、パネル(A)に示す(バーは50μm)。a及びbは位相差顕微鏡像、c及びdは核染色像である。上記TAβを含むインキュベーション混合物で12時間処理されたPC12N細胞(b及びd)は、退縮した(retracted)神経突起、萎縮した細胞体、核の凝縮(condensation)及び断片化(fragmentation)などを含むアポトーシス様の変化の特徴(図中に矢印で示す)を示した。   A photograph of PC12N cells after treatment is shown in FIG. 7, panel (A) (bar is 50 μm). a and b are phase contrast microscope images, and c and d are nuclear stained images. PC12N cells (b and d) treated with the above incubation mixture containing TAβ for 12 hours are apoptosis including retracted neurites, atrophyed cell bodies, nuclear condensation and fragmentation, etc. The characteristics of such changes (indicated by arrows in the figure) are shown.

14.種々のタイプの培養細胞に対するTAβ毒性
種々のタイプの培養細胞をTAβで処理し、TAβに対する細胞の感受性を調べた。
上記のPC12細胞及びPC12N細胞のほか、以下の細胞を使用した。ヒト脳微小血管内皮(hBME)細胞及びヒト脳星状膠細胞(hAST)(いずれもDainippon Pharmaceutical Inc.、大阪、日本)は、コラーゲンでコーティングしたフラスコ中でCS−C培地(Dainippon Pharmaceutical Inc.)で培養した。ラット星状膠細胞(rAST)は、10%ウシ胎児血清を含むDMEM培地で培養した。ヒト神経芽細胞腫SH−SY5Y(SY5Y)細胞は、10%FBSを添加したDMEM/Ham’s F−12培地中で培養した。ヒト胚腎臓293(HEK293)細胞は、10%FBSを添加したDMEM中で培養した。マウス単球RAW264.7(RAW264)細胞は、Dainippon Pharmaceutical Inc.から購入した。RAW264細胞は、10%FBSを添加したDMEM中で培養した。ラージT抗原で不死化されたマウス線維芽細胞(「fibroblast」)は、10%FBSを添加したDMEM中で培養した。すべての細胞は、5%CO、37°Cで加湿して培養した。
14 TAβ toxicity to various types of cultured cells Various types of cultured cells were treated with TAβ and the sensitivity of the cells to TAβ was examined.
In addition to the above PC12 cells and PC12N cells, the following cells were used. Human brain microvascular endothelial (hBME) cells and human brain astrocytes (hAST) (both Dainippon Pharmaceutical Inc., Osaka, Japan) were prepared in CS-C medium (Dainippon Pharmaceutical Inc.) in flasks coated with collagen. In culture. Rat astrocytes (rAST) were cultured in DMEM medium containing 10% fetal calf serum. Human neuroblastoma SH-SY5Y (SY5Y) cells were cultured in DMEM / Ham's F-12 medium supplemented with 10% FBS. Human embryonic kidney 293 (HEK293) cells were cultured in DMEM supplemented with 10% FBS. Mouse monocyte RAW264.7 (RAW264) cells were purchased from Dainippon Pharmaceutical Inc. RAW264 cells were cultured in DMEM supplemented with 10% FBS. Mouse fibroblasts immortalized with large T antigen (“fibroblast”) were cultured in DMEM supplemented with 10% FBS. All cells were cultured in humidified 5% CO 2 at 37 ° C.

TAβを含むインキュベーション混合物(50μM アークティック型Aβ及び10% GM1ガングリオシド、37℃、2時間)で各細胞を上記と同様に処理(細胞数1.5×10個/well、37℃、48時間、インキュベーション混合物:培地=1:1)し、LDH放出アッセイを行なった。 Treat each cell with an incubation mixture containing TAβ (50 μM Arctic Aβ and 10% GM1 ganglioside, 37 ° C., 2 hours) as above (cell number 1.5 × 10 4 cells / well, 37 ° C., 48 hours). Incubation mixture: medium = 1: 1) and LDH release assay was performed.

結果を図7、パネル(B)に示す。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示し、*は、Aβのみを含むインキュベーション混合物で処理した場合の値に対してP<0.0001を表す。ネイティブなPC12細胞を含む非ニューロン細胞もまた、TAβに対して感受性であった。   The results are shown in FIG. 7, panel (B). Each column represents the average of three values (± SD), * represents P <0.0001 relative to the value when treated with an incubation mixture containing only Aβ. Non-neuronal cells, including native PC12 cells, were also sensitive to TAβ.

15.NGFレセプターに対するTAβの結合
TAβがNGFレセプターを介してアポトーシスを誘導するか否かを調べるために、外来性NGFの存在下でPC12N細胞及びネイティブなPC12細胞をTAβで処理した。PC12N細胞及びPC12細胞(細胞数1.5×10個/well)に100ng/mLのNGFを添加し、上記と同様にTAβを含むインキュベーション混合物(50μM アークティック型Aβ及び10% GM1ガングリオシド、37℃、2時間)で各細胞を処理し、LDH放出アッセイを行なった。
15. Binding of TAβ to NGF receptor To examine whether TAβ induces apoptosis through the NGF receptor, PC12N cells and native PC12 cells were treated with TAβ in the presence of exogenous NGF. 100 ng / mL NGF was added to PC12N cells and PC12 cells (cell number 1.5 × 10 4 cells / well), and incubation mixture containing TAβ (50 μM Arctic Aβ and 10% GM1 ganglioside, 37 Each cell was treated at 2 ° C. for 2 hours and an LDH release assay was performed.

結果を図8、パネル(A)に示す。両方の培養物において、NGFが存在する場合に、細胞死の程度は有意に抑制された。したがって、TAβはNGFレセプターに対して競合的に結合することが示された。   The results are shown in FIG. 8, panel (A). In both cultures, the degree of cell death was significantly suppressed when NGF was present. Thus, TAβ was shown to bind competitively to the NGF receptor.

16.TrkA又はp75 NTR のsiRNA媒介性ノックダウンによるTAβ毒性の抑制
特異的スモールインターフェアリングRNA(siRNA)を用いてTrkA及びp75NTRをノックダウンした。
16. Suppression of TAβ toxicity by siRNA-mediated knockdown of TrkA or p75 NTR TrkA and p75 NTR were knocked down using specific small interfering RNA (siRNA).

PC12細胞TrkA(GenBank no. NM_021589)及びp75(GenBank no. NM_012610)に対する「Stealth」(登録商標)スモールインターフェアリングRNA(siRNA)二本鎖オリゴヌクレオチドを、Invitrogen社(Carlsbad, CA)で合成した。siRNA配列は、以下のとおりであった:
rTrkA−siRNA(ポジション1370)
センス=5’−GCCCUCCUCCUAGUGCUCAACAAAU−3’;
アンチセンス=5’−AUUUGUUGAGCACUAGGAGGAGGGC−3’;
rTrkA−siRNA−コントロール
センス=5’−GCCCUCCGAUCUCGUCAACAUCAAU−3’;
アンチセンス=5’−AUUGAUGUUGACGAGAUCGGAGGGC−3’;
rp75−siRNA(ポジション1212)
センス=5’−CAGCCUGAACAUAUAGACUCCUUUA−3’;
アンチセンス=5’−UAAAGGAGUCUUAUAUGUUCAGGCUG−3’;
rp75−siRNA−コントロール
センス=5’−CAGGUAAACAUAUAGUCCCUCCUUA−3’;
アンチセンス=5’−UAAGGAGGGACUAUAUGUUUACCUG−3’。
“Stealth” ® small interfering RNA (siRNA) double-stranded oligonucleotides for PC12 cells TrkA (GenBank no. NM — 021589) and p75 (GenBank no. NM — 012610) were synthesized by Invitrogen (Carlsbad, Calif.). . The siRNA sequences were as follows:
rTrkA-siRNA (position 1370)
Sense = 5′-GCCCUCCUCUCUUGUGCUCAACAAAU-3 ′;
Antisense = 5′-AUUUGUUGAGCACUAGGAGGAGGGGC-3 ′;
rTrkA-siRNA-control sense = 5'-GCCCUCCCGAUCUCGUCAACAUCAAU-3 ';
Antisense = 5′-AUUGAUGUUGACGAGAUCGGAGGGGC-3 ′;
rp75-siRNA (position 1212)
Sense = 5'-CAGCCUGAACAUAUAGACUCCUCUUA-3 ';
Antisense = 5′-UAAAAGGAGUCUUAUAUGUGUCAGCGCUG-3 ′;
rp75-siRNA-control sense = 5'-CAGGUAAAAUAUAUGUCCCUCCUUA-3 ';
Antisense = 5′-UAAGGAGGGACUAUAUUGUUACCUCG-3 ′.

これらのsiRNAオリゴヌクレオチド(RNA量20pmol)を、製品添付のプロトコールにしたがって「LipofectAMINE 2000」(商品名、Invitrogen)を用いてPC12細胞(細胞数1.5×10個/well)にトランスフェクトした。 These siRNA oligonucleotides (RNA amount 20 pmol) were transfected into PC12 cells (cell number 1.5 × 10 4 cells / well) using “LipofectAMINE 2000” (trade name, Invitrogen) according to the protocol attached to the product. .

TrkA又はp75NTRに対するsiRNAで処理した後、これらのPC12細胞を、上記と同様にTAβを含むインキュベーション混合物(50μM アークティック型Aβ及び10% GM1ガングリオシド、37℃、2時間)で処理し、LDH放出アッセイを行なった。 After treatment with siRNA against TrkA or p75 NTR , these PC12 cells were treated with an incubation mixture containing TAβ (50 μM Arctic Aβ and 10% GM1 ganglioside, 37 ° C., 2 hours) as described above, and LDH release. The assay was performed.

各細胞におけるTrkA及びp75NTR発現レベルの低減は、それぞれ抗TrkA(Santa Cruz社)及び抗p75NTR(NeoMarker社)抗体を用いた細胞ライセートのウェスタン・ブロット解析(7.5%及び4〜20%ポリアクリルアミドゲル(第一化学ミニゲル)を使用、40mAで1時間泳動し、その後、120mA、2時間ブロットした)によって確認した。 The reduction of TrkA and p75 NTR expression levels in each cell was determined by Western blot analysis (7.5% and 4-20%) of cell lysates using anti-TrkA (Santa Cruz) and anti-p75 NTR (NeoMarker) antibodies, respectively. Polyacrylamide gel (1st chemical minigel) was used, run at 40 mA for 1 hour and then blotted at 120 mA for 2 hours).

結果を図8、パネル(B)に示す。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示し、*は、p<0.0001を表す。p75NTRだけでなく、TrkAのノックダウンも、TAβにより誘導される細胞死を顕著に抑制した。
これらの結果から、TAβは、p75NTR又はTrkAに結合することによりヘテロメリックTrkA/p75NTR複合体の機能を混乱させ、その結果、p75NTR分子の細胞質部分の死に関与するドメインの活性化を通じてアポトーシスがもたらされることが示唆された。
The results are shown in FIG. 8, panel (B). Each column shows the average of three values (± SD), * represents p <0.0001. Not only p75 NTR but also TrkA knockdown significantly suppressed cell death induced by TAβ.
From these results, TAβ disrupts the function of the heteromeric TrkA / p75 NTR complex by binding to p75 NTR or TrkA, resulting in apoptosis through activation of domains involved in the death of the cytoplasmic portion of the p75 NTR molecule. It was suggested that

図1は、GM1ガングリオシドの存在下で形成された可溶性Aβアセンブリーの毒性を示す図である。 パネル(A): 無血清N2サプレメント培地(N2-supplemented meddium)中で培養された一次大脳皮質ニューロンを、リポソーム中のGM1ガングリオシド(0、10又は20モル%)の存在下又は不存在下で37℃で2時間プレインキュベートされた、最終濃度25μMの種無含有の野生型又はアークティック型Aβ(Aβ1−40)を含むインキュベーション混合物で処理した。ニューロンを、カルセインAM(Invitrogen, Carlsbad, CA)・エチジウムホモダイマーで染色した写真である。緑色が生細胞、赤色が死細胞をそれぞれ表す。バーは50μm。 パネル(B): 示した条件下でGM1ガングリオシドの存在下又は不存在下で37℃、2時間プレインキュベートされた野生型又はアークティック型のAβで処理された、生存している一次培養ニューロンの数を示す図である。ニューロンは、カルセインAM/エチジウムホモダイマー及びヨウ化プロピジウム(propidium iodine)で染色した。各カラムは、AβもGM1ガングリオシドも含まない対照培養物に対するパーセンテージの3つの値の平均値(±SD)を示す。*P<0.0001 パネル(C): GM1ガングリオシド(10%)の存在下又は不存在下で37℃で2時間プレインキュベートされたアークティック型Aβを含むインキュベーション混合物で処理されたPC12N細胞の代表的な像である。バーは50μm。FIG. 1 shows the toxicity of soluble Aβ assembly formed in the presence of GM1 ganglioside. Panel (A): Primary cerebral cortical neurons cultured in serum-free N2 supplemented medium (N2-supplemented meddium) in the presence or absence of GM1 ganglioside (0, 10 or 20 mol%) in liposomes. Treated with incubation mixture containing seed-free wild-type or arctic-type Aβ (Aβ1-40) pre-incubated for 2 hours at 0 ° C. It is the photograph which dye | stained the neuron with calcein AM (Invitrogen, Carlsbad, CA) ethidium homodimer. Green represents live cells and red represents dead cells. The bar is 50 μm. Panel (B): Surviving primary cultured neurons treated with wild-type or arctic-type Aβ preincubated for 2 hours at 37 ° C. in the presence or absence of GM1 ganglioside under the indicated conditions. It is a figure which shows a number. Neurons were stained with calcein AM / ethidium homodimer and propidium iodine. Each column represents the mean (± SD) of the three percentages relative to the control culture without Aβ or GM1 ganglioside. * P <0.0001 Panel (C): Representative of PC12N cells treated with incubation mixture containing arctic Aβ pre-incubated for 2 hours at 37 ° C. in the presence or absence of GM1 ganglioside (10%) It is a typical image. The bar is 50 μm. 図2は、GM1ガングリオシドとAβを含むインキュベーション混合物中で毒性を示すものが可溶性アセンブリーであることを示す図である。 パネル(A): 示した条件下でGM1ガングリオシドの存在下又は不存在下で37℃でプレインキュベートされた野生型又はアークティック型Aβを含むインキュベーション混合物で処理された一次培養ニューロンの培地中のThT蛍光強度を示す図である。カラムは、白=TBS(対照)、斜線=野生型、黒=アークティック型である。 パネル(B): 示した条件下でGM1ガングリオシドの存在下又は不存在下でプレインキュベートされた野生型又はアークティック型Aβを含むインキュベーション混合物で処理されたPC12N細胞からのLDH放出率を示す図である。各カラムは、インキュベーション混合物での処理後のLDH放出量/Triton−X100での処理後のLDH放出量の(%)を表す。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示す。*は、p<0.0001(one-way ANOVA combined with Scheffe's test)を表す。カラムは、白=TBS(対照)、斜線=野生型、黒=アークティック型である。 パネル(C): GM1ガングリオシド(10%)の存在下でプレインキュベートされたアークティック型Aβを含むインキュベーション混合物(whole)の超遠心によって得られた上清(sup)及び沈澱物(ppt)で処理されたPC12N細胞からのLDH放出率を示す図である。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示す。*は、p<0.0001を表す。FIG. 2 shows that what is toxic in the incubation mixture containing GM1 ganglioside and Aβ is a soluble assembly. Panel (A): ThT in the culture of primary cultured neurons treated with an incubation mixture containing wild type or arctic Aβ preincubated at 37 ° C. in the presence or absence of GM1 ganglioside under the indicated conditions. It is a figure which shows fluorescence intensity. Columns are white = TBS (control), hatched = wild type, black = arctic type. Panel (B): LDH release rate from PC12N cells treated with incubation mixtures containing wild type or arctic Aβ preincubated in the presence or absence of GM1 ganglioside under the indicated conditions. is there. Each column represents the% LDH released after treatment with the incubation mixture /% LDH released after treatment with Triton-X100. Each column shows the average (± SD) of the three values. * Represents p <0.0001 (one-way ANOVA combined with Scheffe's test). Columns are white = TBS (control), hatched = wild type, black = arctic type. Panel (C): treated with supernatant (sup) and precipitate (ppt) obtained by ultracentrifugation of incubation mixture (whole) containing arctic Aβ pre-incubated in the presence of GM1 ganglioside (10%) It is a figure which shows the LDH release rate from the made PC12N cell. Each column shows the average (± SD) of the three values. * Represents p <0.0001. 図3は、TAβの特性(抗体との反応性)を示す図である。 パネル(A): アークティック型Aβのみ、GM1ガングリオシド(10%)のみ、又はアークティック型Aβ+GM1ガングリオシド(10%)を含むインキュベーション混合物(whole)の超遠心によって得られた上清(sup)のドットブロット解析の結果を示す。ブロットは、anti-Oligo抗体(Biosource Inc., Camarillo, CA)又はHRP結合コレラトキシンサブユニットB(CTX(Sigma, St. Louis, MO)と反応させた。 パネル(B): anti-Oligoとの共インキュべーションによる、PC12N細胞からのTAβ誘導LDH放出の抑制を示す図である。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示す。*は、p<0.0001を表す。FIG. 3 is a diagram showing the characteristics of TAβ (reactivity with antibodies). Panel (A): Dot of supernatant (sup) obtained by ultracentrifugation of incubation mixture (whole) containing arctic Aβ alone, GM1 ganglioside (10%) alone, or arctic Aβ + GM1 ganglioside (10%) The result of blot analysis is shown. Blots were reacted with anti-Oligo antibody (Biosource Inc., Camarillo, CA) or HRP-conjugated cholera toxin subunit B (CTX (Sigma, St. Louis, MO). Panel (B): with anti-Oligo Fig. 6 shows suppression of TAβ-induced LDH release from PC12N cells by co-incubation, where each column shows the mean (± SD) of three values, * represents p <0.0001. 図4は、TAβの生物物理学的及び構造的解析を示す図である。 パネル(A): プロトフィブリル形成可能なようにプレインキュベートされたアークティック型Aβを含むインキュベーション混合物(A)又はTAβを含有するインキュベーション混合物(B)の電子顕微鏡写真である。バーは100μm。 パネル(B): TAβを含むフラクションのAFM像である。TAβを含むインキュベーション混合物を超遠心して得られた上清をAFM解析した。インキュベーション混合物はアークティック型Aβのみ(Aβ)、GM1ガングリオシド(10%)のみ(GM1)、又は両者(Aβ+GM1)を含んでいた。バーは200nm。 パネル(C): Superose 12 を用いたTAβ含有フラクションのサイズ排除クロマトグラフィの結果を示す図である。35のフラクションの溶出サンプルをニトロセルロース膜上にドットした。このブロットを、anti-Oligo抗体と反応させた。代表的な5つのフラクションを示す。フラクション2及び4は、それぞれTAβ及びモノマーAβを含むフラクションに相当する。免疫反応性は、約200〜約300kDaの見かけの分子量を有する単一のピーク(2)として回収された。FIG. 4 is a diagram showing biophysical and structural analysis of TAβ. Panel (A): An electron micrograph of an incubation mixture (A) containing arctic Aβ pre-incubated to form protofibrils or an incubation mixture (B) containing TAβ. The bar is 100 μm. Panel (B): AFM image of the fraction containing TAβ. The supernatant obtained by ultracentrifugation of the incubation mixture containing TAβ was analyzed by AFM. Incubation mixtures contained arctic Aβ alone (Aβ), GM1 ganglioside (10%) alone (GM1), or both (Aβ + GM1). The bar is 200nm. Panel (C): It is a figure which shows the result of the size exclusion chromatography of the TA (beta) containing fraction using Superose12. 35 fractions of elution sample were doted onto a nitrocellulose membrane. The blot was reacted with anti-Oligo antibody. Five representative fractions are shown. Fractions 2 and 4 correspond to fractions containing TAβ and monomer Aβ, respectively. The immunoreactivity was collected as a single peak (2) with an apparent molecular weight of about 200 to about 300 kDa. 図5は、4396C抗体によるTAβ形成の抑制不能を示す図である。 パネル(A): 4396C又は抗Aβモノクローナル抗体(4G8)と共にGM1ガングリオシドの存在下で37℃でインキュベートされたアークティック型Aβを含むインキュベーション混合物のThT蛍光強度。 パネル(B): 4396C抗体の存在下又は不存在下で、GM1ガングリオシド(10%)の存在下でプレインキュベートされたアークティック型Aβで処理されたPC12N細胞からのLDH放出率。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示す。*P<0.0001、ns:非有意。FIG. 5 shows the inability to suppress TAβ formation by the 4396C antibody. Panel (A): ThT fluorescence intensity of an incubation mixture containing arctic Aβ incubated at 37 ° C. in the presence of GM1 ganglioside with 4396C or anti-Aβ monoclonal antibody (4G8). Panel (B): LDH release rate from arctic Aβ-treated PC12N cells pre-incubated in the presence of GM1 ganglioside (10%) in the presence or absence of 4396C antibody. Each column shows the average (± SD) of the three values. * P <0.0001, ns: not significant. 図6は、シナプトソームの存在下でのアークティック型AβのインキュベーションによるTAβの形成を示す図である。 TAβ形成は、アークティック型Aβで処理されたPC12N細胞培養物におけるLDH放出アッセイによって評価した。Wh=海馬を除いた全脳、Hp=海馬。下にマウスの年齢を示す(1mo=1ヵ月、1yr=1年、2yrs=2年)。各カラムは、4つの値の平均値(±SD)を示す。*は、p<0.0001、**はp<0.005を表す。FIG. 6 shows TAβ formation by arctic Aβ incubation in the presence of synaptosomes. TAβ formation was assessed by LDH release assay in PC12N cell cultures treated with arctic Aβ. Wh = whole brain excluding hippocampus, Hp = hippocampus. The mouse age is shown below (1 mo = 1 month, 1 yr = 1 year, 2 yrs = 2 years). Each column shows the average (± SD) of the four values. * Represents p <0.0001, and ** represents p <0.005. 図7は、PC12又はPC12N細胞に対するTAβの毒性の特徴を示す図である。 パネル(A): TAβを含むインキュベーション混合物で12時間処理されたPC12N細胞。a及びbは位相差顕微鏡像、c及びdはHoechst 33258核染色像。矢印は、核の凝縮(condensation)及び断片化(fragmentation)、細胞体の収縮及び神経突起の退縮を示す。バーは50μm。 パネル(B): 種々のタイプの培養細胞に対するTAβ毒性を示す図である。細胞生存率は、これらの培養物中でLDH放出アッセイによって評価した。PC12N=NGF処理されたP12細胞、PC12=ネイティブPC12細胞、SH−SY5Y=SH−SY5Y神経芽細胞腫、hBME=ヒト脳微小血管内皮細胞、HEK293=HEK293細胞、hAST=ヒト星状膠細胞、rAST=ラット星状膠細胞、RAW264.7=マウス単球、及びfibroblast=ラージT抗原で不死化されたマウス線維芽細胞。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示す。*P<0.0001、対Aβのみを含むインキュベーション混合物で処理した場合の値。FIG. 7 shows the characteristics of TAβ toxicity to PC12 or PC12N cells. Panel (A): PC12N cells treated with an incubation mixture containing TAβ for 12 hours. a and b are phase contrast microscopic images, and c and d are Hoechst 33258 nuclear stained images. Arrows indicate nuclear condensation and fragmentation, cell body contraction and neurite retraction. The bar is 50 μm. Panel (B): shows TAβ toxicity to various types of cultured cells. Cell viability was assessed by LDH release assay in these cultures. PC12N = NGF-treated P12 cells, PC12 = native PC12 cells, SH-SY5Y = SH-SY5Y neuroblastoma, hBME = human brain microvascular endothelial cells, HEK293 = HEK293 cells, hAST = human astrocytes, rAST = Rat astrocytes, RAW 264.7 = mouse monocytes, and fibroblast = mouse fibroblasts immortalized with large T antigen. Each column shows the average (± SD) of the three values. * P <0.0001, value when treated with incubation mixture containing only Aβ. 図8は、TAβがNGFレセプターを介して細胞死を誘導することを示す図である。 パネル(A):外来性NGF(100ng/mL)の添加によるネイティブPC12細胞及びPC12N細胞に対するTAβ毒性の抑制を示す図である。TAβ毒性は、これらの細胞培養物においてLDH放出アッセイによって評価した。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示す。*P<0.0001 パネル(B): NGFレセプター、TrkA又はp75NTRのsiRNA媒介性ノックダウンによるネイティブなPC12細胞に対するTAβ毒性の抑制を示す図である。 PC12細胞は、TrkA又はp75NTRに対するsiRNAで処理した後、TAβを含むインキュベーション混合物に暴露した。グラフはLDH放出アッセイの結果を示す。各カラムは、3つの値の平均値(±SD)を示す。*は、p<0.0001を表す。グラフの下の図は、TrkA及びp75NTR発現レベルの低減を確認した抗TrkA及び抗p75NTR 抗体を用いた細胞ライセートのウェスタン・ブロット解析の結果を示す。FIG. 8 shows that TAβ induces cell death via the NGF receptor. Panel (A): It is a figure which shows suppression of TA (beta) toxicity with respect to native PC12 cell and PC12N cell by addition of exogenous NGF (100 ng / mL). TAβ toxicity was assessed by LDH release assay in these cell cultures. Each column shows the average (± SD) of the three values. * P <0.0001 Panel (B): Inhibition of TAβ toxicity to native PC12 cells by siRNA-mediated knockdown of NGF receptor, TrkA or p75 NTR . PC12 cells were exposed to an incubation mixture containing TAβ after treatment with siRNA against TrkA or p75 NTR . The graph shows the results of the LDH release assay. Each column shows the average (± SD) of the three values. * Represents p <0.0001. The figure below the graph shows the results of Western blot analysis of cell lysates using anti-TrkA and anti-p75 NTR antibodies that confirmed the reduction of TrkA and p75 NTR expression levels.

Claims (10)

GM1ガングリオシドの存在下でインビトロで形成される可溶性毒性アミロイドβアセンブリーであって、
(a)サイズ排除クロマトグラフィによる見かけの分子量が約200〜約300kDaであること;
(b)原子力間顕微鏡観察による直径が約10〜約20nmである球状粒子を含むこと;
(c)検出可能なGM1ガングリオシドを含まないこと;及び
(d)培養細胞に対してアポトーシス様細胞死を誘導すること、
を特徴とするアセンブリー。
A soluble toxic amyloid β assembly formed in vitro in the presence of GM1 ganglioside,
(A) an apparent molecular weight of about 200 to about 300 kDa by size exclusion chromatography;
(B) containing spherical particles having a diameter of about 10 to about 20 nm as measured by atomic force microscopy;
(C) free of detectable GM1 ganglioside; and (d) inducing apoptosis-like cell death on cultured cells;
Assembly characterized by.
アミロイドβが、野生型ペプチド又はアークティック型変異を有するペプチドである、請求項1記載のアセンブリー。   The assembly according to claim 1, wherein the amyloid β is a wild-type peptide or a peptide having an arctic mutation. 可溶性毒性アミロイドβアセンブリーの製造方法であって、単量体アミロイドβを、脂質成分のモル比で約10〜約15%のGM1ガングリオシドを含むリポソームと共に約35〜約40℃で約1〜約30時間インキュベートする工程を含むことを特徴とする方法。   A method for producing a soluble toxic amyloid β assembly, wherein the monomeric amyloid β is combined with a liposome containing about 10 to about 15% GM1 ganglioside by mole ratio of lipid component at about 35 to about 40 ° C. Incubating for a period of time. 単量体アミロイドβが野生型ペプチドであり、インキュベーション時間が20〜30時間である、請求項3記載の方法。   The method according to claim 3, wherein the monomeric amyloid β is a wild-type peptide, and the incubation time is 20 to 30 hours. 単量体アミロイドβがアークティック型変異を有するペプチドであり、インキュベーション時間が1〜3時間である、請求項3記載の方法。   The method according to claim 3, wherein the monomeric amyloid β is a peptide having an arctic mutation and the incubation time is 1 to 3 hours. 請求項3〜5のいずれか1項記載の製造方法によって製造された可溶性毒性アミロイドβアセンブリー。   A soluble toxic amyloid β assembly produced by the production method according to claim 3. 請求項1、2又は6記載の可溶性毒性アミロイドβアセンブリーを含む液体を、540,000×gで15分間又は同等の条件で遠心分離して、上清を回収することを特徴とする、可溶性毒性アミロイドβアセンブリーの精製方法。   The liquid containing the soluble toxic amyloid β assembly according to claim 1, 2 or 6 is centrifuged at 540,000 × g for 15 minutes or under equivalent conditions, and the supernatant is recovered, Purification method of amyloid β assembly. 前記回収された上清を、さらにサイズ排除クロマトグラフィに供することを特徴とする、請求項7記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the recovered supernatant is further subjected to size exclusion chromatography. 請求項7又は8記載の精製方法によって精製された可溶性毒性アミロイドβアセンブリー。   A soluble toxic amyloid β assembly purified by the purification method according to claim 7 or 8. 可溶性毒性アミロイドβの毒性を調節する物質のスクリーニング方法であって、以下の工程:
(a)培養細胞を、請求項1、2、6又は9のいずれか1項記載の可溶性毒性アミロイドβアセンブリー及び被検物質の存在下でインキュベートする工程、
(b)前記工程(a)の後、前記培養細胞の生死を測定する工程、
(c)前記工程(b)で得られた結果を、被検物質を含まない状態で工程(a)を行なった場合の結果と比較する工程
を含むことを特徴とする方法。
A method for screening a substance that modulates the toxicity of soluble toxic amyloid β, comprising the following steps:
(A) a step of incubating cultured cells in the presence of the soluble toxic amyloid β assembly and the test substance according to any one of claims 1, 2, 6 or 9.
(B) after the step (a), measuring the life and death of the cultured cells;
(C) A method comprising a step of comparing the result obtained in the step (b) with a result obtained when the step (a) is carried out without containing a test substance.
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