JP5207137B2 - Bcl-xL transgenic animals and uses thereof - Google Patents

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Description

本発明は、Bcl−xLトランスジェニック動物およびその利用に関する。詳しくは、骨量と骨強度の解明に役立つBcl−xLの発現系、トランスジェニック動物およびその利用に関する。   The present invention relates to Bcl-xL transgenic animals and uses thereof. Specifically, the present invention relates to a Bcl-xL expression system, a transgenic animal, and use thereof useful for elucidating bone mass and bone strength.

骨粗鬆症は、骨量減少が原因で起こる疾患であり、骨折を引き起こす。高齢化社会とともに増加し、日本だけでも約1千万人、全世界では約2億人が罹患していると推定されている。骨減少は、皮質骨よりも海綿骨から始まるので、脆弱性骨折は海綿骨が多く分布する部位で発生する。すなわち、椎体、大腿骨頸部、橈骨遠位端、上腕骨頸部などで多発する。骨粗鬆症に起因する骨折のため、多くの高齢者が寝たきりとなり、社会の活性化が削がれるとともに、医療費、介護費用の膨張を招いている。
骨粗鬆症の治療薬としては、活性化ビタミンD3、エストロゲン、選択的エストロゲン受容体モジュレーター、ビタミンK2、ビスフォスフォネート、副甲状腺ホルモン(米国でのみ認可)等がある。これらの治療薬は、破骨細胞の活性化を抑制するものがほとんどであり、骨芽細胞に働きかけて骨形成を促進させるものは少ない。破骨細胞を抑制した場合は、骨は増えるが、骨のリモデリングが低下して骨質の低下を来たし、それにより骨の強度を低下させる可能性がある。前記治療薬の中で、ビスフォスフォネートと副甲状腺ホルモンで骨折頻度の低下が観察されているが、いまだ不十分であり、新たな治療薬の開発が望まれている。
Bcl−xLは、Bcl−2ファミリーに属し、アポトーシスを抑制する分子である。Bcl−2ファミリーは、Bcl−2およびBcl−xL以外に、BCL−w、BFL−1、A1、MCL−1、BOO、BRAG−1、NR−13、CDN−1、CDN−2、CDN−3、BHRF−1、LMW5−HL、CED−9などが知られている。Bcl−xLは、主としてミトコンドリアの外膜上に存在し、少なくとも部分的にチトクロームcの細胞質への放出を妨げることにより、アポトーシスの一般的な経路を阻害する(非特許文献1〜3)。しかし、Bcl−xLの骨形成および骨の維持に関する機能は明らかになっていない。
Adams,J.M.,and Cory,S.Science,281:p.1322−1326,1998. Gross,A.,McDonnell,J.M.,and Korsmeyer,S.J.Genes Dev.,13:p.1899−1911,1999. Tsujimoto Y.J.Cell.Physiol.195:p.158−167,2003.
Osteoporosis is a disease caused by bone loss and causes fractures. Increasing with the aging society, it is estimated that about 10 million people in Japan alone and about 200 million people worldwide are affected. Since bone loss begins with cancellous bone rather than cortical bone, fragile fractures occur at sites where cancellous bone is distributed more. That is, it occurs frequently in the vertebral body, the femoral neck, the distal end of the radius, the humeral neck, and the like. Because of the fractures caused by osteoporosis, many elderly people are bedridden, and the activation of society is reduced, and medical expenses and nursing care expenses are expanded.
As therapeutic agents for osteoporosis, there are activated vitamin D3, estrogen, selective estrogen receptor modulator, vitamin K2, bisphosphonate, parathyroid hormone (only approved in the United States) and the like. Most of these therapeutic agents suppress the activation of osteoclasts, and few drugs act on osteoblasts to promote bone formation. When osteoclasts are suppressed, bone increases, but bone remodeling decreases and bone quality decreases, which may reduce bone strength. Among the therapeutic agents, bisphosphonates and parathyroid hormone have been observed to decrease the fracture frequency, but this is still insufficient and the development of new therapeutic agents is desired.
Bcl-xL belongs to the Bcl-2 family and is a molecule that suppresses apoptosis. In addition to Bcl-2 and Bcl-xL, the Bcl-2 family includes BCL-w, BFL-1, A1, MCL-1, BOO, BRAG-1, NR-13, CDN-1, CDN-2, CDN- 3, BHRF-1, LMW5-HL, CED-9, and the like are known. Bcl-xL is mainly present on the outer membrane of mitochondria and inhibits the general pathway of apoptosis by at least partially preventing the release of cytochrome c into the cytoplasm (Non-Patent Documents 1 to 3). However, the function of Bcl-xL in bone formation and bone maintenance is not clear.
Adams, J .; M.M. , And Cory, S .; Science, 281: p. 1322-1326, 1998. Gross, A.M. McDonnell, J .; M.M. , And Korsmeyer, S .; J. et al. Genes Dev. , 13: p. 1899-1911, 1999. Tsumotomoto Y. J. et al. Cell. Physiol. 195: p. 158-167, 2003.

本発明の目的は、骨粗鬆症等の骨量および骨強度の低下を来たす疾患ならびに骨量および骨強度の増加を来たす疾患を解明するのに役立つモデル動物およびその利用等を提供することにある。
本発明者らは、Bclファミリーの中でアポトーシス抑制型として主要な役割を果たしているBcl−xLに注目し、骨芽細胞のアポトーシス抑制により正常の骨量を増加させることができるかを検討するため、骨芽細胞特異的プロモーターを用いて骨芽細胞で強発現するBcl−xLトランスジェニック動物を作出した。本発明者らは、トランスジェニック動物を解析し、鋭意検討した結果、正常骨の形成および維持とBcl−xLとの用量依存性を見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本願発明は、以下に示す通りである。
〔1〕Bcl−xLをコードする遺伝子を含有してなる骨量および骨強度増加剤。
〔2〕前記Bcl−xLコード遺伝子が骨芽細胞特異的プロモーターの下流に作動可能に連結されている、前記〔1〕記載の増加剤。
〔3〕前記プロモーターがI型コラーゲンプロモーターである前記〔2〕記載の増加剤。
〔4〕発現ベクターである前記〔1〕〜〔3〕いずれか1項に記載の増加剤。
〔5〕骨芽細胞特異的プロモーターおよびBcl−xLをコードする遺伝子を含む発現ベクターを導入してなるトランスジェニック動物。
〔6〕前記プロモーターがI型コラーゲンプロモーターである前記〔5〕に記載の動物。
〔7〕同種野生型動物に比べて骨量および骨強度が増加している前記〔5〕または〔6〕に記載の動物。
〔8〕骨芽細胞における前記Bcl−xLの発現が同種野生型動物に比べて2倍前後に増加している前記〔5〕〜〔7〕いずれか1項に記載の動物。
〔9〕骨芽細胞における前記Bcl−xLの発現が同種野生型動物に比べて約3〜5倍に増加している前記〔5〕〜〔7〕いずれか1項に記載の動物。
〔10〕骨芽細胞における前記Bcl−xLの発現が同種野生型動物に比べて10倍前後に増加している前記〔5〕〜〔7〕いずれか1項に記載の動物。
〔11〕前記動物が実験動物または家畜である前記〔5〕〜〔10〕いずれか1項に記載の動物。
〔12〕前記実験動物がマウスである前記〔11〕に記載の動物。
〔13〕前記動物が成体であり、同種野生型動物の成体に対して、海綿骨骨梁の数の増加、海綿骨骨梁間距離の減少、海綿骨の連結性の増加、および海綿骨のストラクチャーモデルインデックスの変化からなる計測パラメータ群より選ばれる少なくとも1種のパラメータが有意差を有する、前記〔5〕〜〔12〕いずれか1項に記載の動物。
〔14〕骨量および骨強度が増加した状態のモデルとして使用される前記〔5〕〜〔13〕いずれか1項に記載の動物。
〔15〕骨粗鬆症の予防または治療のモデルとして使用される前記〔5〕〜〔13〕いずれか1項に記載の動物。
〔16〕前記〔5〕〜〔15〕いずれか1項に記載の動物の子孫動物。
〔17〕前記〔5〕〜〔16〕いずれか1項に記載の動物を同種の他の疾患モデルと交配して得られる骨疾患モデル動物。
〔18〕前記骨疾患が骨粗鬆症、骨芽細胞のアポトーシスの亢進を来す疾患、骨芽細胞の増殖亢進を来す疾患または早期に老化を来す疾患である前記〔17〕に記載のモデル動物。
〔19〕前記〔5〕〜〔16〕いずれか1項に記載の動物または前記〔17〕もしくは〔18〕に記載のモデル動物から得られる組織または細胞。
〔20〕前記〔5〕〜〔16〕いずれか1項に記載の動物または前記〔17〕もしくは〔18〕に記載のモデル動物を用いることを特徴とする、骨量および/または骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法。
〔21〕下記工程:
(a)前記〔5〕〜〔16〕いずれか1項に記載の動物または前記〔17〕もしくは〔18〕に記載のモデル動物に被験物質を投与する工程、
(b)前記被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度と比較する工程、ならびに
(c)前記比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を増強させる被験物質を選択する工程
を含む、骨量および/または骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法。
〔22〕下記工程:
(a)前記〔5〕〜〔16〕いずれか1項に記載の動物または前記〔17〕もしくは〔18〕に記載のモデル動物に被験物質を投与する工程、
(b)前記被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度と比較する工程、ならびに
(c)工程(b)の比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を低下させる被験物質を選択する工程、
を含む、骨量および/または骨強度を低下させる物質のスクリーニング方法。
〔23〕下記工程:
(a)前記〔5〕〜〔16〕いずれか1項に記載の動物または前記〔17〕もしくは〔18〕に記載のモデル動物に被験物質を投与する工程、
(b)前記被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度と比較する工程、
(c)工程(b)の比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を低下させる被験物質を選択する工程、
(d)工程(a)で用いた動物に、工程(c)で選択された被験物質と当該被験物質に対するアンタゴニスト候補物質とを投与する工程、
(e)工程(d)で被験物質とアンタゴニスト候補物質とを投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質のみを投与した動物における骨量および骨強度と比較する工程、ならびに
(f)工程(e)の比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を増強させるアンタゴニスト候補物質を選択する工程
を含む、骨量および/または骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法。
〔24〕下記工程:
(a)骨芽細胞と被験物質とを接触させる工程、
(b)前記被験物質を接触させた骨芽細胞におけるBcl−xLの発現量を調べ、被験物質を接触させない骨芽細胞における発現量と比較する工程、および
(c)前記比較結果に基づいて、Bcl−xLの発現を増加させる被験物質を選択する工程
を含む、Bcl−xLの発現増加を介した骨量および/または骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法。
〔25〕Bcl−xLを含有してなる骨量および骨強度増加剤。
本発明の骨量および骨強度増加剤によると、Bcl−xL遺伝子またはBcl−xLを主成分とするものであることから、骨芽細胞に導入し、発現させた場合に、骨量および骨強度の増加を伴った骨、すなわち、質・量ともに優れた海綿骨を有する骨を形成または再生することが可能である。本発明のトランスジェニック動物および疾患モデル動物によると、Bcl−xLが骨芽細胞で強発現することにより骨組織での様々な生理学的状態を解明する理想的なモデルとして役立つ。本発明の組織または細胞によると、前記動物から得られるものであることから、in vivoのみならずin vitroで骨量と骨強度の研究に利用することが可能である。前記動物を用いる本発明のスクリーニング方法によると、Bcl−xLを介した骨形成を促進する薬剤であって、形成される骨の質および強度に優れた薬剤等の開発に貢献することができる。
An object of the present invention is to provide a model animal useful for elucidating a disease that causes a decrease in bone mass and bone strength, such as osteoporosis, and a disease that causes an increase in bone mass and bone strength, and use thereof.
The present inventors pay attention to Bcl-xL, which plays a major role as an apoptosis-inhibiting type in the Bcl family, and examines whether normal bone mass can be increased by inhibiting apoptosis of osteoblasts. A Bcl-xL transgenic animal that was strongly expressed in osteoblasts using an osteoblast-specific promoter was produced. As a result of analyzing and intensively studying the transgenic animals, the present inventors have found the formation and maintenance of normal bone and the dose dependency between Bcl-xL and have completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
[1] A bone mass and bone strength increasing agent comprising a gene encoding Bcl-xL.
[2] The increasing agent according to [1], wherein the Bcl-xL-encoding gene is operably linked downstream of an osteoblast-specific promoter.
[3] The increasing agent according to [2], wherein the promoter is a type I collagen promoter.
[4] The increasing agent according to any one of [1] to [3], which is an expression vector.
[5] A transgenic animal into which an expression vector containing a gene encoding an osteoblast-specific promoter and Bcl-xL has been introduced.
[6] The animal according to [5], wherein the promoter is a type I collagen promoter.
[7] The animal according to the above [5] or [6], wherein the bone mass and bone strength are increased as compared to the wild type animal of the same species.
[8] The animal according to any one of [5] to [7], wherein the expression of the Bcl-xL in osteoblasts is increased about twice as much as that of a wild-type animal.
[9] The animal according to any one of [5] to [7], wherein the expression of the Bcl-xL in osteoblasts is increased by about 3 to 5 times as compared with a wild-type animal of the same species.
[10] The animal according to any one of [5] to [7], wherein the expression of the Bcl-xL in osteoblasts is increased by about 10 times compared to a wild-type animal of the same species.
[11] The animal according to any one of [5] to [10], wherein the animal is a laboratory animal or a domestic animal.
[12] The animal according to [11], wherein the experimental animal is a mouse.
[13] The above-mentioned animal is an adult, and the number of cancellous bone trabeculae, the decrease in the distance between cancellous bone trabeculae, the increase in connectivity of cancellous bone, and the structure of cancellous bone are compared to adult wild type animals. The animal according to any one of [5] to [12], wherein at least one parameter selected from a measurement parameter group consisting of a change in model index has a significant difference.
[14] The animal according to any one of [5] to [13], which is used as a model in a state where bone mass and bone strength are increased.
[15] The animal according to any one of [5] to [13], which is used as a model for prevention or treatment of osteoporosis.
[16] A progeny animal of the animal according to any one of [5] to [15].
[17] A bone disease model animal obtained by crossing the animal according to any one of [5] to [16] with another disease model of the same species.
[18] The model animal according to [17], wherein the bone disease is osteoporosis, a disease that causes increased apoptosis of osteoblasts, a disease that causes increased proliferation of osteoblasts, or a disease that causes early aging .
[19] A tissue or cell obtained from the animal according to any one of [5] to [16] or the model animal according to [17] or [18].
[20] Increase in bone mass and / or bone strength, characterized by using the animal according to any one of [5] to [16] or the model animal according to [17] or [18] Screening method of substances to be caused.
[21] The following steps:
(A) a step of administering a test substance to the animal according to any one of [5] to [16] or the model animal according to [17] or [18],
(B) examining the bone mass and bone strength in an animal to which the test substance is administered and comparing the bone mass and bone strength in an animal to which the test substance is not administered; and (c) based on the comparison result, A method for screening a substance that increases bone mass and / or bone strength, comprising a step of selecting a test substance that increases bone strength.
[22] The following steps:
(A) a step of administering a test substance to the animal according to any one of [5] to [16] or the model animal according to [17] or [18],
(B) examining the bone mass and bone strength in an animal administered with the test substance, comparing with the bone mass and bone strength in an animal not administered with the test substance, and (c) based on the comparison result of step (b) Selecting a test substance that reduces bone mass and / or bone strength;
A method for screening a substance that decreases bone mass and / or bone strength.
[23] The following steps:
(A) a step of administering a test substance to the animal according to any one of [5] to [16] or the model animal according to [17] or [18],
(B) examining the bone mass and bone strength in an animal administered with the test substance, and comparing the bone mass and bone strength in an animal not administered with the test substance;
(C) selecting a test substance that reduces bone mass and / or bone strength based on the comparison result of step (b),
(D) a step of administering to the animal used in step (a) the test substance selected in step (c) and an antagonist candidate substance for the test substance;
(E) examining the bone mass and bone strength in the animal administered the test substance and the antagonist candidate substance in step (d), and comparing the bone mass and bone strength in the animal administered with the test substance alone; and (f) A screening method for a substance that increases bone mass and / or bone strength, comprising selecting an antagonist candidate substance that enhances bone mass and / or bone strength based on the comparison result of step (e).
[24] The following steps:
(A) contacting osteoblasts with a test substance;
(B) examining the expression level of Bcl-xL in osteoblasts contacted with the test substance, comparing with the expression level in osteoblasts not contacted with the test substance, and (c) based on the comparison result, A method for screening a substance that increases bone mass and / or bone strength through increased expression of Bcl-xL, comprising a step of selecting a test substance that increases the expression of Bcl-xL.
[25] A bone mass and bone strength increasing agent comprising Bcl-xL.
According to the bone mass and bone strength increasing agent of the present invention, since it has a Bcl-xL gene or Bcl-xL as a main component, the bone mass and the bone strength when introduced into osteoblasts and expressed. It is possible to form or regenerate a bone with an increase in the number of bones, that is, a bone having a cancellous bone excellent in quality and quantity. According to the transgenic animal and disease model animal of the present invention, Bcl-xL is strongly expressed in osteoblasts, thereby serving as an ideal model for elucidating various physiological states in bone tissue. Since the tissue or cell of the present invention is obtained from the animal, it can be used for studying bone mass and bone strength in vitro as well as in vivo. According to the screening method of the present invention using the animal, it is possible to contribute to the development of a drug that promotes bone formation via Bcl-xL, and has excellent quality and strength of bone formed.

図1は、3系統のBcl−xLトランスジェニックマウス(K1、K2およびK3)および野生型マウス(WT)におけるBcl−xLのmRNA発現をノーザンブロッティングにより調べた結果を示す。
図2は、10週齢のメストランスジェニックマウス(K1、K2、およびK3)および野生型マウス(WT)の大腿骨のX線写真である。
図3は、10週齢のトランスジェニックマウス(K1)および野生型マウス(WT)の全身(図3A)、大腿骨(図3B)および椎骨(図3C)のX線写真である。
図4は、10週齢、7ヶ月齢および1年齢のトランスジェニックマウスおよび野生型マウス大腿骨遠心部の写真である。
図5は、様々な週齢のトランスジェニックマウス(K1)および野生型マウス(WT)の皮質骨における様々な組織像の比較を示す図である。上段より、10週齢雄大腿骨遠心部のHE像、10週齢雄大腿骨皮質骨のTUNEL染色、4週齢皮質骨透過電子顕微鏡像(TEM)、10週齢雄大腿骨皮質骨の鍍銀染色像、走査電子顕微鏡(SEM)による10週齢皮質骨中の骨細胞および骨細胞突起の二次電子像である。
図6は、5週齢のトランスジェニックマウス(K1)および野生型マウス(WT)の骨芽細胞におけるI型コラーゲン(Type I)、オステオポンチン(OP)およびオステオカルチン(OC)の発現をノーザンブロッティングにより調べた結果を示す。
図7は、10週齢のトランスジェニックマウス(K1)および野生型マウス(WT)の大腿骨におけるHE染色、I型コラーゲン、オステオポンチンおよびオステオカルチンの発現をin situハイブリダイゼーションにより調べた結果を示す。
図8は、ブロモデオキシウリジン(BrdU)を用いて骨芽細胞におけるDNAの複製を調べた結果を示す。
図9は、TUNEL法を用いて骨芽細胞におけるアポトーシスの割合を調べた結果を示す。
図10は、野生型(WT)およびBcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の大腿骨遠心部海綿骨領域における骨形態計測学的検討を行ったグラフである。
図11は、pQCTによる大腿骨骨幹皮質骨の解析結果を示すグラフ(上段、中段)および大腿骨遠心部皮質骨のpQCT像(下段)である。
図12は、μCTによる大腿骨骨幹皮質骨の解析結果を示すグラフである。
図13は、pQCTによる大腿骨遠心部海綿骨の解析結果を示すグラフである。
図14は、μCTによる大腿骨遠心部海綿骨の解析結果を示すグラフである。
図15は、トランスジェニックマウス(K1)および野生型マウス(WT)の大腿骨遠心部海綿骨(上段)および第2腰椎海綿骨(下段)のμCT像である。
図16は、10週齢、7ヶ月齢、1年齢における雄のトランスジェニックマウス(K1)および野生型マウスの大腿骨遠心部X線像およびμCTによる大腿骨遠心部海綿骨像を示す。
図17は、10週齢、7ヶ月齢、1年齢における雄のトランスジェニックマウス(K1)と野生型マウスのμCTによる大腿骨遠心部海綿骨骨量(BV/TV)の解析結果を示すグラフである(mean±SD、*:p<0.05。10週齢WT:n=6、K1:n=9;7ヶ月齢WT:n=4、K1:n=6;1年齢WT:n=3、K1:n=8)。
図18は、トランスジェニックマウスおよび野生型マウスにおけるmRNA発現をノーザンブロットにより調べた結果を示す。左:2系統のBcl−2トランスジェニックマウス(N2、N3)および野生型マウス(WT)におけるBcl−2のmRNA発現;右:2系統のBcl−xLトランスジェニックマウス(K1、K2)および野生型マウス(WT)におけるBcl−xLのmRNA発現。
図19は、トランスジェニックマウスおよび野生型マウスの10週齢雄大腿骨遠心部のX線像を示す。左:2系統のBcl−2トランスジェニックマウス(N2、N3)および野生型マウス(WT)のX線像;右:2系統のBcl−xLトランスジェニックマウス(K1、K2)および野生型マウス(WT)のX線像。
図20は、pQCTによるトランスジェニックマウスおよび野生型マウスの海綿骨および皮質骨の骨密度を解析したグラフおよび皮質骨横断像を示す。
左上段:10週齢雄、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)(黒丸)および野生型マウス(白抜き)の海綿骨および皮質骨の骨密度を解析したグラフ。WT:n=4、N2:n=5。
左下段:10週齢雌、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)(黒丸)および野生型マウス(白抜き)の海綿骨および皮質骨の骨密度を解析したグラフ。WT:n=5、K1:n=5。
右上段:10週齢雄、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)および野生型マウスの皮質骨横断像。
右下段:10週齢雌、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)と野生型マウスの皮質骨横断像。
図21は、μCTを用いた10週齢雄の野生型マウス(WT)、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の大腿骨遠心部海綿骨像と第2腰椎海綿骨像を示す。
図22は、μCTを用いた10週齢雄の野生型マウス(WT)、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の大腿骨遠心部海綿骨(骨量、連結性、SMI、骨梁数、骨梁幅)および皮質骨(皮質骨幅)の解析結果を示す(mean±SD、*:p<0.05。WT:n=6、N2:n=7、K1:n=9)。
図23は、10週齢雄、野生型マウス(WT)、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の大腿骨遠心部二次海綿骨領域における骨形態計測の結果を示す(WT:n=5、N2:n=4、K1:n=4)。
図24は、野生型マウス(WT)、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の2週齢大腿骨一次海綿骨領域における、BrdUおよびTUNEL染色像を示す。それぞれのパネル内に一次海綿骨領域における全骨芽細胞に対する陽性骨芽細胞の割合(%)を示す。また、TUNEL染色写真には陽性細胞を黒矢印で示す。
図25は、BrdU、TUNELの陽性骨芽細胞の割合を野生型マウス(WT)、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)ごとに算出したグラフを示す(BrdU WT:n=6、N2:n=6、K1:n=4、mean±SD、*:p<0.05;TUNEL WT:n=12、N2:n=4、K1:n=7、mean±SD、*:p<0.05)。
図26は、様々な週齢のトランスジェニックマウス(N2、K1)および野生型マウス(WT)の皮質骨における様々な組織像の比較を示す図である。上段より、10週齢雄大腿骨遠心部のHE像、10週齢雄大腿骨皮質骨のTUNEL染色、4週齢皮質骨透過電子顕微鏡像(TEM)、10週齢雄大腿骨皮質骨の鍍銀染色像、走査電子顕微鏡(SEM)による、10週齢皮質骨中の骨細胞および骨細胞突起の二次電子像である。
図27は、4週齢の野生型マウス(WT)とBcl−2トランスジェニックマウス(N2)、5週齢の野生型マウスとBcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の骨芽細胞におけるI型コラーゲン(Type I collagen)、オステオポンチン(osteopontin)およびオステオカルシン(osteocalcin)の発現をノーザンブロッティングにより調べた結果を示す。
図28は、8週齢野生型マウス(WT)の脛骨、8週齢N2マウスの脛骨、10週齢K1マウスの脛骨においてI型コラーゲン、オステオポンチンおよびオステオカルシンの発現をin situハイブリダイゼーションにより調べた結果を示す。
FIG. 1 shows the results of Northern blotting of Bcl-xL mRNA expression in three strains of Bcl-xL transgenic mice (K1, K2 and K3) and wild type mice (WT).
FIG. 2 is a radiograph of the femurs of 10 week old female transgenic mice (K1, K2, and K3) and wild type mice (WT).
FIG. 3 is an X-ray photograph of the whole body (FIG. 3A), femur (FIG. 3B), and vertebra (FIG. 3C) of a 10-week-old transgenic mouse (K1) and a wild-type mouse (WT).
FIG. 4 is a photograph of a 10-week-old, 7-month-old, and 1-year-old transgenic mouse and wild-type mouse.
FIG. 5 is a diagram showing a comparison of various histological images in cortical bone of transgenic mice (K1) and wild-type mice (WT) at various weeks of age. From the top, HE image of 10-week-old male femur distal part, TUNEL staining of 10-week-old male femoral cortical bone, 4-week-old cortical bone transmission electron microscope image (TEM), and wrinkles of 10-week-old male femoral cortical bone Silver stained image, secondary electron image of bone cells and bone cell processes in 10-week-old cortical bone by scanning electron microscope (SEM).
FIG. 6 shows Northern blotting of type I collagen (Type I), osteopontin (OP) and osteocalcin (OC) expression in osteoblasts of 5 week old transgenic mice (K1) and wild type mice (WT). Shows the results of the investigation.
FIG. 7 shows the results of examining in situ hybridization the expression of HE staining, type I collagen, osteopontin and osteocalcin in the femurs of 10-week-old transgenic mice (K1) and wild-type mice (WT). .
FIG. 8 shows the results of examining DNA replication in osteoblasts using bromodeoxyuridine (BrdU).
FIG. 9 shows the results of examining the proportion of apoptosis in osteoblasts using the TUNEL method.
FIG. 10 is a graph showing a bone morphometric study in the cancellous bone region of the femur distal part of wild-type (WT) and Bcl-xL transgenic mice (K1).
FIG. 11 is a graph (upper and middle) showing the analysis results of the femoral shaft cortical bone by pQCT and a pQCT image (lower) of the femoral distal cortical bone.
FIG. 12 is a graph showing the analysis results of femoral shaft cortical bone by μCT.
FIG. 13 is a graph showing the analysis results of the femoral distal cancellous bone by pQCT.
FIG. 14 is a graph showing the analysis results of the femoral distal cancellous bone by μCT.
FIG. 15 is a μCT image of femoral distal cancellous bone (upper) and second lumbar cancellous bone (lower) of transgenic mice (K1) and wild-type mice (WT).
FIG. 16 shows a femoral distal X-ray image of a male transgenic mouse (K1) and a wild-type mouse at 10 weeks of age, 7 months of age, and 1 year of age, and a cancellous bone image of the distal femoral region by μCT.
FIG. 17 is a graph showing the analysis results of the trabecular bone cancellous bone mass (BV / TV) by μCT of male transgenic mice (K1) and wild-type mice at 10 weeks, 7 months and 1 year of age. Yes (mean ± SD, *: p <0.05. 10-week-old WT: n = 6, K1: n = 9; 7-month-old WT: n = 4, K1: n = 6; 1-year-old WT: n = 3, K1: n = 8).
FIG. 18 shows the results of examining the mRNA expression in transgenic mice and wild-type mice by Northern blotting. Left: mRNA expression of Bcl-2 in two strains of Bcl-2 transgenic mice (N2, N3) and wild type mice (WT); right: two strains of Bcl-xL transgenic mice (K1, K2) and wild type Bcl-xL mRNA expression in mice (WT).
FIG. 19 shows X-ray images of a 10-week-old male femoral distal part of a transgenic mouse and a wild-type mouse. Left: X-ray images of two strains of Bcl-2 transgenic mice (N2, N3) and wild type mice (WT); Right: two strains of Bcl-xL transgenic mice (K1, K2) and wild type mice (WT) ) X-ray image.
FIG. 20 shows a graph in which the bone density of cancellous bone and cortical bone of transgenic mice and wild type mice by pQCT was analyzed, and a cortical bone cross-sectional image.
Upper left: graph showing analysis of bone density of cancellous bone and cortical bone of 10-week-old male, Bcl-2 transgenic mouse (N2) (black circle) and wild-type mouse (white). WT: n = 4, N2: n = 5.
Lower left: graph showing analysis of bone density of cancellous bone and cortical bone of 10-week-old female, Bcl-xL transgenic mouse (K1) (black circle) and wild-type mouse (white). WT: n = 5, K1: n = 5.
Upper right: Cortical bone cross-sectional images of 10-week-old male, Bcl-2 transgenic mouse (N2) and wild type mouse.
Lower right: Cortical bone cross-sectional images of 10-week-old female, Bcl-xL transgenic mouse (K1) and wild type mouse.
FIG. 21 shows images of the trabecular bone of the femur of the 10-week-old male wild-type mouse (WT), Bcl-2 transgenic mouse (N2), and Bcl-xL transgenic mouse (K1) using μCT. A lumbar cancellous bone image is shown.
FIG. 22 shows cancellous bone (bone mass, bone) of 10-week-old male wild-type mouse (WT), Bcl-2 transgenic mouse (N2), and Bcl-xL transgenic mouse (K1) using μCT. Analysis results of connectivity, SMI, trabecular number, trabecular width) and cortical bone (cortical bone width) are shown (mean ± SD, *: p <0.05, WT: n = 6, N2: n = 7) , K1: n = 9).
FIG. 23 shows bone morphometry in the secondary cancellous bone region of the femoral centrifuge of 10-week-old male, wild-type mouse (WT), Bcl-2 transgenic mouse (N2), and Bcl-xL transgenic mouse (K1). The results are shown (WT: n = 5, N2: n = 4, K1: n = 4).
FIG. 24 shows BrdU and TUNEL stained images in a 2-week-old femoral primary cancellous bone region of wild-type mice (WT), Bcl-2 transgenic mice (N2), and Bcl-xL transgenic mice (K1). The percentage of positive osteoblasts to total osteoblasts in the primary cancellous bone region is shown in each panel. Further, positive cells are indicated by black arrows in the TUNEL-stained photograph.
FIG. 25 shows a graph in which the proportion of BrdU and TUNEL positive osteoblasts was calculated for each of a wild type mouse (WT), a Bcl-2 transgenic mouse (N2), and a Bcl-xL transgenic mouse (K1) (BrdU). WT: n = 6, N2: n = 6, K1: n = 4, mean ± SD, *: p <0.05; TUNEL WT: n = 12, N2: n = 4, K1: n = 7, mean ± SD, *: p <0.05).
FIG. 26 is a diagram showing a comparison of various histological images in cortical bone of transgenic mice (N2, K1) and wild-type mice (WT) at various weeks of age. From the top, HE image of 10-week-old male femur distal part, TUNEL staining of 10-week-old male femoral cortical bone, 4-week-old cortical bone transmission electron microscope image (TEM), and wrinkles of 10-week-old male femoral cortical bone It is a silver-stained image and a secondary electron image of bone cells and bone cell processes in 10-week-old cortical bone by a scanning electron microscope (SEM).
FIG. 27 shows type I collagen in osteoblasts of 4-week-old wild-type mice (WT) and Bcl-2 transgenic mice (N2), 5-week-old wild-type mice and Bcl-xL transgenic mice (K1). The result of having investigated the expression of (Type I collagen), osteopontin (osteopontin), and osteocalcin (osteocalcin) by the northern blotting is shown.
FIG. 28 shows the results of examining in situ hybridization the expression of type I collagen, osteopontin and osteocalcin in the tibia of an 8-week-old wild type mouse (WT), the tibia of an 8-week-old N2 mouse, and the tibia of a 10-week-old K1 mouse. Indicates.

本発明において「遺伝子」とは、2本鎖DNAのみならず、それを構成するセンス鎖およびアンチセンス鎖といった各1本鎖DNAを包含する趣旨で用いられる。またその長さによって特に制限されるものではない。本発明において遺伝子(DNA)とは、特に言及しない限り、ヒトゲノムDNAを含む2本鎖DNAおよびcDNAを含む1本鎖DNA(正鎖)並びに該正鎖と相補的な配列を有する1本鎖DNA(相補鎖)、およびこれらの断片のいずれもが含まれる。また当該「遺伝子」には、特定の塩基配列(配列番号:1)で示される「遺伝子」だけでなく、これらによりコードされるタンパク質と生物学的機能が同等であるタンパク質(例えば同族体(ホモログやスプライスバリアントなど)、変異体および誘導体)をコードする「遺伝子」が包含される。かかる同族体、変異体または誘導体をコードする「遺伝子」としては、具体的には、ストリンジェントな条件下で、前記の配列番号:1で示される特定塩基配列の相補配列とハイブリダイズする塩基配列を有する「遺伝子」をあげることができる。なお、ここでストリンジェントな条件は、Berger and Kimmel(1987,Guide to Molecular Cloning Techniques Methods in Enzymology,Vol.152,Academic Press,San Diego CA)に教示されるように、核酸の融解温度(Tm)に基づいて決定することができる。例えばハイブリダイズ後の洗浄条件として、通常「1×SSC、0.1%SDS、37℃」程度の条件をあげることができる。相補鎖はかかる条件で洗浄しても対象とする正鎖とハイブリダイズ状態を維持するものであることが好ましい。特に制限されないが、より厳しいハイブリダイズ条件として「0.5×SSC、0.1%SDS、42℃」程度、さらに厳しいハイブリダイズ条件として「0.1×SSC、0.1%SDS、65℃」程度の洗浄条件をあげることができる。
例えばヒト由来のタンパク質のホモログをコードする遺伝子としては、当該タンパク質をコードするヒト遺伝子に対応するマウスやラットなど他生物種の遺伝子が例示でき、これらの遺伝子(ホモログ)は、HomoloGene(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/HomoloGene/)により同定することができる。具体的には、特定ヒト塩基配列をBLAST(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:5873−5877,1993、http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)にかけて一致する(Scoreが最も高く、E−valueが0でかつIdentityが100%を示す)配列のアクセッション番号を取得する。そのアクセッション番号をUniGene(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/UniGene/)に入力して得られたUniGene Cluster ID(Hs.で示す番号)をHomoloGeneに入力する。結果として得られた他生物種遺伝子とヒト遺伝子との遺伝子ホモログの相関を示したリストから、特定の塩基配列で示されるヒト遺伝子に対応する遺伝子(ホモログ)としてマウスやラットなど他生物種の遺伝子を選抜することができる。
本発明においてBcl−xLをコードする遺伝子(以下、Bcl−xL遺伝子と省略すること場合もある)は、いかなる動物由来の遺伝子であってもよい。トランスジェニック動物の作出の場合、外因性のBcl−xL遺伝子を用いるが、ヒトモデルの作出のためにはヒトBcl−xL遺伝子を用いることが好ましい。例えば、ヒトBcl−xL遺伝子は、Boiseらの文献(Boise L.H.et al.,1993,Cell 74(4),pp.597−608)およびGenbank Accession No.Z23115などで公表されており、自体公知の方法により単離することができる。また、マウスBcl−xL遺伝子は、Genbank Accession No.L35049などで公表されており、自体公知の方法により単離することができる。
本発明において「Bcl−xL遺伝子」または「Bcl−xLのDNA」とは、特定塩基配列(配列番号:1)で示されるヒトBcl−xL遺伝子(DNA)ならびに、その同族体、変異体および誘導体などをコードする遺伝子(DNA)を包含する趣旨で用いられる。具体的には、配列番号:1に記載のヒトBcl−xL遺伝子ならびに、そのマウスホモログおよびラットホモログなどが包含される。なお、遺伝子またはDNAは、機能領域の別を問うものではなく、例えば発現制御領域、コード領域、エキソン、またはイントロンを含むことができる。
本発明において「タンパク質」または「ペプチド」には、特定のアミノ酸配列(配列番号2)で示される「タンパク質」または「ペプチド」だけでなく、これらと生物学的機能が同等であることを限度として、その同族体(ホモログやスプライスバリアント)、変異体、誘導体、成熟体およびアミノ酸修飾体などが包含される。ここでホモログとしては、ヒトのタンパク質に対応するマウスやラットなど他生物種のタンパク質が例示でき、これらはHomoloGene(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/HomoloGene/)により同定された遺伝子の塩基配列から演繹的に同定することができる。前記変異体には、天然に存在するアレル変異体、天然に存在しない変異体、および人為的に欠失、置換、付加および挿入されることによって改変されたアミノ酸配列を有する変異体が包含される。なお、前記変異体としては、変異のないタンパク質または(ポリ)ペプチドと、少なくとも70%、好ましくは80%、より好ましくは95%、さらにより好ましくは97%相同なものをあげることができる。前記誘導体には、タンパク質のアミノ末端もしくはカルボキシ末端または側鎖を置換したものが包含される。前記アミノ酸修飾体には、天然に存在するアミノ酸修飾体、天然に存在しないアミノ酸修飾体が包含され、具体的にはアミノ酸のリン酸化体があげられる。
本発明において「Bcl−xL」という用語を用いる場合、配列番号で特に指定しない限り、特定アミノ酸配列(配列番号2)で示されるヒトBcl−xLやその同族体、変異体、誘導体、成熟体およびアミノ酸修飾体などを包含する趣旨で用いられる。
本発明の骨量および骨強度増加剤は、Bcl−xLをコードする遺伝子を含有する。前記増加剤は、骨芽細胞に導入されることによりその作用を発揮するものである。したがって、前記増加剤は、前記Bcl−xLをコードする遺伝子が骨芽細胞特異的プロモーターの下流に作動可能に連結されているものを含有することが好ましい。
前記骨芽細胞特異的プロモーターとは、Bcl−xLをコードする遺伝子が当該プロモーターの下流に作動可能に連結された場合、骨芽細胞特異的にBcl−xLをコードする遺伝子の転写開始部位を決定し、その頻度を直接的に調節する塩基配列を有するDNAをいう。前記プロモーターは、骨芽細胞が由来する動物に応じて適宜選択することができる。
前記骨芽細胞特異的プロモーターとしては、I型コラーゲンプロモーター、オステオカルシンプロモーター等があげられるが、I型コラーゲンプロモーターが好ましい。I型コラーゲンプロモーターとしては、例えばヒト由来のプロモーターの場合、Jimenez,S.A.,Varga,J.,Olsen,A.,Li,L.,Diaz,A.,Herhal,J.and Koch,J.Functional analysis of human alpha 1(I)procollagen gene promoter.Differential activity in collagen−producing and−nonproducing cells and response to transforming growth factor beta 1 J.Biol.Chem.269(17),12684−12691(1994)、マウス由来のプロモーターの場合、Ravazzolo,R.,Karsenty,G.and de Crombrugghe,B.A fibroblast−specific factor binds to an upstream negative control element in the promoter of the mouse alpha 1(I)collagen gene J.Biol.Chem.266(12),7382−7387(1991)、Rossert,J.,Eberspaecher,H.,and de Crombrugghe,B.(1995).Separate cis−acting DNA elements of the mouse pro−a1(I)collagen promoter direct expression of reporter genes to different type I collagen−producing cells in transgenic mice.J.Cell Biol.129,1421−1432.などに記載されている。
前記増加剤は、前記プロモーターおよびBcl−xL遺伝子を骨芽細胞で機能させるためには発現ベクターであることが好ましい。発現ベクターとしては、公知または市販のものを使用することができ、ウイルスベクターまたは非ウイルスベクターが例示される。ウイルスベクターとしては、例えば、レトロウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、ヘルペスウイルス、ワクシニアウイルス、ポリオウイルス、シンドビスウイルスなどのウイルスベクターがあげられる。前記プロモーターおよび遺伝子を発現ベクターに連結する方法は、自体公知の方法により行うことができる。
前記増加剤は、前記プロモーター、Bcl−xL遺伝子、それらを含む発現ベクターが所望の細胞に導入されるために、任意の成分を含有していてもよい。任意成分としては、特に限定されるものではないが、溶媒、緩衝剤、キレート剤、防腐剤などがあげられる。また、細胞への導入効率を上げるため、前記増加剤は、リポソーム製剤の形態であってもよい。
前記増加剤中のプロモーター、Bcl−xL遺伝子および/またはそれらを含む発現ベクターの総含有量は、特に限定されるものではないが、通常0.001重量%〜100重量%である。
前記増加剤を所望の細胞(好ましくは骨芽細胞)に導入する方法は、例えば、in vivo法またはex vivo法があげられる。in vivo法は、前記増加剤を、例えば注射剤などの適当な投与形態で、静脈、動脈、皮下、関節内、筋肉内などに投与することができる。ex vivo法の場合、前記増加剤を、対象の生体内から取り出した細胞をin vitroで培養中に公知の方法によりトランスフェクション、インフェクションまたはインジェクションし、一定期間培養してBcl−xL遺伝子の発現を確認した後、同一対象の体内に戻す方法を採用することができる。
これら各種形態の製剤中の有効成分の投与量は、治療目的である疾患の程度、患者の年齢、体重などにより適宜調節することができる。通常、プロモーターおよびBcl−xL遺伝子の合計として、患者成人1人当たり約0.0001−100mg、好ましくは約0.001−10mgが数日ないし数カ月に1回投与される量とすればよい。レトロウイルスベクターの場合は、レトロウイルス力価として、1日患者体重1kg当たり約1×10pfuないし1×1015pfuとなる量の範囲から選ぶことができる。ex vivo法で本増加剤を導入した細胞の場合は、1×10細胞/bodyないし1×1015細胞/body程度を投与すればよい。
本発明の骨量および骨強度増加剤は、前記Bcl−xLタンパク質を含有するものであってもよい。本発明の増加剤は、Bcl−xLタンパク質の活性を阻害しない程度において、任意の成分を含有してもよい。任意成分としては、特に限定されるものではないが、溶媒、緩衝剤、防腐剤、ジチオスレイトール(DTT)などのSH基保護剤、界面活性剤などがあげられる。また、増加剤中のBcl−xLタンパク質の含有量は、特に限定されるものではないが、通常0.001重量%〜100重量%である。
本発明は、骨芽細胞特異的プロモーターおよびBcl−xLをコードする遺伝子を含む発現ベクターを導入したトランスジェニック動物を提供する。
本発明において、「トランスジェニック」とは、外因性のBcl−xL遺伝子を骨芽細胞特異的プロモーターの下流に結合させた発現ベクターを染色体遺伝子に導入することをいう。また、導入された動物およびその子孫をトランスジェニック動物と称する。
用いられる動物としては、ヒト以外の動物であれば特に限定されるものではないが、骨格が発達した動物が好ましい。好適な動物としては、マウス、ラット、ハムスター、モルモット、ウサギ、イヌ、ネコ、サル等の実験動物ならびにウシ、ヒツジ、ウマ、ブタ等の家畜があげられるが、遺伝子工学的に利用が容易であるところから、マウスがより好ましい。
本発明のトランスジェニック動物は、自体公知の方法により製造できる。次に、本発明のトランスジェニック動物の作出方法について説明する。
本発明のトランスジェニック動物は、例えば下記の工程(a)〜(c)を含む方法により製造できる。
(a)ヒトBcl−xL遺伝子と骨芽細胞特異的プロモーターとを連結した発現ベクターを調製する工程;
(b)前記発現ベクターを受精卵に導入し、遺伝子導入受精卵を仮親動物に移植する工程;
(c)前記動物から出生した子孫からトランスジェニック動物を選別する工程;
(d)前記選別した動物(ファウンダー)から系統を樹立する工程。
前記工程(a)において、発現ベクターは、本発明の骨量および骨密度増加剤を発現ベクターとしたものを好適に用いることができる。発現ベクターは、制限酵素等により直鎖状にして工程(b)に供することが好ましい。
前記工程(b)において、前記発現ベクターを受精卵に導入する方法は、例えば、交配後の雌の卵管を洗浄して受精卵を採取し、精子または卵子由来の前核にマイクロインジェクション法により前記発現ベクターを直接注入する方法があげられる。この受精卵を偽妊娠させた仮親の輸卵管に移植し、子宮内で発生を続けさせる。
前記工程(c)において、工程(b)で移植した動物が出生した子孫からトランスジェニック動物を選別する方法としては、例えば、注入した発現ベクターが染色体DNAに組み込まれているか否かについて、産仔の尾部より分離抽出した染色体DNAをサザンブロット法またはPCR法によりスクリーニングする方法があげられる。
前記工程(d)において、工程(c)で選別した動物(ファウンダー)から遺伝的背景の均一な系統を樹立する方法としては、発現ベクターが組み込まれた動物とC57BL/6、FVBなどの近交系の野生型動物とを戻し交配をする方法があげられる。
このようにして得られた本発明のトランスジェニック動物をさらに交配して得られる子孫動物、これら動物に由来する組織または細胞も本発明に含まれる。前記組織としては、すべての組織があげられ、長管骨、頭蓋骨、椎骨などが好ましい。また、前記細胞としては、前記組織中に含まれる細胞、組織中から単離された細胞、これら細胞から樹立した細胞株があげられ、具体的には骨芽細胞などが好ましい。
本発明のトランスジェニック動物は、Bcl−xLの発現が調節されている。すなわち、同種野生型動物と比べて、骨芽細胞においてBcl−xLが過剰発現している。それにより、本発明のトランスジェニック動物は、同種野生型動物に比べて骨量および骨強度が増加している。本発明は、Bcl−xLの発現量と骨量および骨強度の増加との用量依存性を初めて見出したものであり、本発明により、下記トランスジェニック動物が提供される。
本発明のトランスジェニック動物は、大別して、骨芽細胞における前記Bcl−xLの発現が同種野生型動物に比べて2倍前後に増加している動物(以下、低発現動物ともいう)、骨芽細胞における前記Bcl−xLの発現が同種野生型動物に比べて約3〜5倍に増加している動物(以下、中発現動物ともいう)または骨芽細胞における前記Bcl−xLの発現が同種野生型動物に比べて10倍前後に増加している動物(以下、高発現動物ともいう)に分類することができる。
本発明のトランスジェニック動物は、本動物を用いた骨疾患の研究または骨疾患の予防または治療薬のスクリーニングにおいて、前記低発現動物、中発現動物および高発現動物の中から目的に応じて、適する動物を選択して用いることができる。例えば、マウスの場合、様々な程度の骨粗鬆症モデルマウスと低発現、中発現、高発現Bcl−xLトランスジェニックマウスと交配し、骨量・骨強度を正常レベルに戻すために必要なBcl−xLのレベルを推測できる。また、後述する、Bcl−xLのプロモーターを用いたスクリーニングから得られた物質の野生型動物を用いた効果判定において、低発現、中発現、高発現Bcl−xLトランスジェニックマウスそれぞれと比較することにより、Bcl−xLの発現誘導程度と骨量・骨強度・骨の微細構造の相関を比較検討することができる。すなわち、低発現、中発現、高発現Bcl−xLトランスジェニックマウスのどれに相当する骨の増加をもたらすことができるか、そして、骨量の増加をもたらした時、その他の負の作用(骨強度の低下、骨微細構造の異常、骨の低回転等)を来していないかを比較検討できる。また、後述するように、低発現マウスは、Bcl−xLシグナルの活性化物質のスクリーニングに、中発現、高発現マウスは、抑制物質のスクリーニングに適している。
本発明のトランスジェニック動物は、骨粗鬆症の治療および予防を含む骨疾患の研究に用いる場合、成体を用いることが好ましい。その理由は、前記骨疾患は、通常加齢により発生頻度が高くなることによる。成体とは動物によってその時期が異なるが、少なくとも胎仔および出生直後を除く時期をいい、マウスの場合、6週齢から12月齢が例示され、加齢とともに野生型との有意差が大きくなることから、加齢により死亡するまで(最長2年くらいまで)であってもよい。10週齢前後が好適に使用される。
本発明のトランスジェニック動物が成体の場合、同種野生型動物の成体に対して、海綿骨骨梁の数の増加、海綿骨骨梁間距離の減少、海綿骨の連結性の増加、および海綿骨のストラクチャーモデルインデックスの変化からなる計測パラメータ群より選ばれる少なくとも1種のパラメータが有意差を有することが好ましい。例えば、10週齢、雄、野生型マウス(n=6)、トランスジェニックマウス(n=9)における大腿骨遠心部海綿骨のマイクロCT(μCT)による解析の結果、以下の5項目のパラメータについて有意差を認めることができる。
骨量:p=0.012<0.05
連結性:p=0.004<0.01
ストラクチャーモデルインデックス(SMI):p=0.017<0.05
骨梁数:p=0.005<0.01
骨梁厚:p=0.048<0.05
特に、連結性および骨梁数のパラメータは有意差が大きい。
前記計測パラメータは、マイクロCT(μCT)により計測することができ、その詳細は、実施例に記載されている。
本発明のトランスジェニック動物は、同種野生型動物と比べて骨の量および質ともに増加していることから、骨量および骨強度が増加した状態のモデルとして、または骨粗鬆症の予防または治療のモデルとして使用されることが好ましい。
骨疾患研究のモデルとして使用する場合、本発明のトランスジェニック動物を同種の他の疾患モデルと交配して得られるモデル動物を作出して用いてもよい。本発明は、かかるモデル動物を提供する。
前記他の疾患モデルとしては、骨粗鬆症モデル、骨芽細胞増殖亢進モデル、骨芽細胞アポトーシス亢進モデル、早期老化モデル、骨量減少を来す各種ノックアウト動物等があげられる。例えばマウスの場合、CDK6/CyclinD1ダブルトランスジェニックマウス、Klothoマウス、Bcl−2トランスジェニックマウス(例、骨芽細胞特異的に外来性Bcl−2を発現するマウス)等が好適に用いられ得る。
本発明は、前記トランスジェニック動物または前記モデル動物を用いることを特徴とする骨量および/または骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法(スクリーニング方法I)を提供する。この場合、前記低発現動物を用いることが好ましい。
[スクリーニング方法I]
本発明のスクリーニング方法Iは、具体的には、下記工程を含む:
(a)本発明のトランスジェニック動物またはモデル動物に被験物質を投与する工程、
(b)前記被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度と比較する工程、ならびに
(c)前記比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を増強させる被験物質を選択する工程。
前記(a)において、被験物質とは、いかなる公知物質および新規物質であってもよく、例えば、核酸、糖質、脂質、蛋白質、ペプチド、有機低分子化合物、コンビナトリアルケミストリー技術を用いて作製された化合物ライブラリー、固相合成やファージディスプレイ法により作製されたランダムペプチドライブラリー、あるいは微生物、動植物、海洋生物等由来の天然成分などがあげられる。また、これらの化合物の2種以上の混合物を試料として供することもできる。
前記被験物質を本発明の動物に投与する方法は特に限定されるものではないが、経口的または非経口的に投与され得る。非経口的投与経路としては、例えば、静脈内、動脈内、筋肉内等の全身投与、あるいは関節内、標的細胞付近への局所投与等があげられる。
前記被験物質の投与量は、有効成分の種類、分子の大きさ、投与経路、投与対象となる動物種、投与対象の薬物受容性、体重、年齢等によって適宜設定することができる。
前記工程(b)において、被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べる方法としては、例えば、X線解析、μCTおよびpQCTなどがあげられる。
前記工程(b)において、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度も同時にまたは別途調べ、投与動物の結果と非投与動物の結果とを比較する。また、陽性対照として、公知の骨量増加剤を同様に投与することも望ましい。
前記工程(c)において、工程(b)で得られた比較結果に基づき、骨量および/または骨強度を増加させる被験物質を選択する。選択する基準は、被験物質を投与していないBcl−xLトランスジェニックマウスを指標にすればよい。
このようにして選択された被験物質は、骨芽細胞におけるBcl−xLのシグナル伝達経路を活性化しうる作用を有するものであり、骨量および/または骨密度の量および/または質を向上させる候補薬となりうる。
本発明のスクリーニング方法により選別されうる骨疾患治療剤としては特に限定されるものではないが、例えば、骨粗鬆症、歯周病、重度の骨折、骨欠損、歯槽骨の吸収に対する治療剤である。
[スクリーニング方法II]
また、本発明は、下記工程を含むBcl−xLを介した骨量および骨強度を低下させる物質のスクリーニング方法(スクリーニング方法II)を提供する。この場合、前記中発現動物または高発現動物を用いることが好ましい。
(a)本発明のトランスジェニック動物またはモデル動物に被験物質を投与する工程、
(b)前記被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度と比較する工程、ならびに
(c)工程(b)の比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を低下させる被験物質を選択する工程。
工程(a)において、被験物質は、スクリーニング方法Iと同様のものがあげられ、投与方法もスクリーニング方法Iと同様である。
前記工程(b)において、被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べる方法としては、例えば、X線解析、μCTおよびpQCTなどがあげられる。
前記工程(b)において、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度も同時にまたは別途調べ、投与動物の結果と非投与動物の結果とを比較する。
前記工程(c)において、工程(b)で得られた比較結果に基づき、骨量および/または骨強度を低下させる被験物質を選択する。選択する基準は、被験物質を投与しないトランスジェニックマウスを指標にすればよい。
このようにして選択された被験物質は、骨芽細胞におけるBcl−xLのシグナル伝達経路を抑制して骨量および/または骨密度を低下させうる作用を有するものであり、骨量および/または骨密度が異常に増加した疾患を治療または予防する候補薬となりうる。
本発明のスクリーニング方法により選別されうる骨疾患治療剤としては特に限定されるものではないが、例えば、骨大理石病に対する治療剤である。
[スクリーニング方法III]
また、本発明は、下記工程を含む骨量および骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法(スクリーニング方法III)を提供する。この場合、目的により前記低発現動物、中発現動物および高発現動物のいずれの動物を用いてもよい。
(a)本発明のトランスジェニック動物またはモデル動物に被験物質を投与する工程、
(b)前記被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度と比較する工程、
(c)工程(b)の比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を低下させる被験物質を選択する工程、
(d)工程(a)で用いた動物に、工程(c)で選択された被験物質と当該被験物質に対するアンタゴニスト候補物質とを投与する工程、
(e)工程(d)で被験物質とアンタゴニスト候補物質とを投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質のみを投与した動物における骨量および骨強度と比較する工程、ならびに
(f)工程(e)の比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を増強させるアンタゴニスト候補物質を選択する工程。
前記工程(a)〜(c)は、前記スクリーニング方法IIと同様である。
前記工程(d)において、前記工程(c)で選択された被験物質に対するアンタゴニスト候補物質としては、前記工程(a)でスクリーニング対象となる候補物質の中から適宜選択することができる。アンタゴニスト候補物質は、選択された被験物質がタンパク質の場合、当該タンパク質に対する中和抗体が好ましく選択され、選択された被験物質が特定の配列を有する核酸の場合、当該核酸に対するアンチセンス核酸、二本鎖RNAなどが好ましく選択される。
前記工程(d)において、被験物質とアンタゴニスト候補物質とを投与する方法は、スクリーニング方法Iの工程(b)と同様であるが、投与のタイミングは、同時であってもよく、一定の間隔を置いて別々であってもよい。また、投与経路も同一経路または異なる経路であってもよい。
前記工程(e)において、被験物質とアンタゴニスト候補物質とを投与した動物における骨量および骨強度を調べる方法としては、例えば、X線解析、μCTおよびpQCTなどがあげられる。
前記工程(e)において、被験物質のみを投与した動物における骨量および骨強度も同時にまたは別途調べ、アンタゴニスト候補物質投与動物の結果と非投与動物の結果とを比較する。
前記工程(f)において、前記工程(e)の比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を増強させるアンタゴニスト候補物質を選択する。選択する基準は、アンタゴニスト候補物質を投与しないトランスジェニックマウスを指標にすればよい。
このようにして選択されたアンタゴニスト候補物質は、骨芽細胞におけるBcl−xLの発現系を介した阻害作用を抑制しうる作用を有するものであり、Bcl−xLの発現抑制により骨量および/または骨密度が低下した疾患を治療または予防する候補薬となりうる。
本発明のスクリーニング方法により選別されうる骨疾患治療剤としては特に限定されるものではないが、例えば、骨粗鬆症やステロイド骨粗鬆症に対する治療剤である。
本発明は、骨芽細胞を用いることを特徴とするBcl−xLの発現増加を介した骨量および/または骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法(スクリーニング方法IV)を提供する。この場合、前記骨芽細胞は、野生型動物由来の細胞を用いることが好ましい。
[スクリーニング方法IV]
本発明のスクリーニング方法IVは、具体的には、下記工程を含む:
(a)骨芽細胞と被験物質とを接触させる工程、
(b)前記被験物質を接触させた骨芽細胞におけるBcl−xLの発現量を調べ、被験物質を接触させない骨芽細胞における発現量と比較する工程、および
(c)前記比較結果に基づいて、Bcl−xLの発現を増加させる被験物質を選択する工程。
工程(a)において、骨芽細胞をBcl−xLの発現が維持される条件下に置いたものを用いることができる。かかる条件下としては、骨芽細胞を適当な培地中に入れ、約25〜40℃のインキュベーター中で生存または培養させることが好ましい。次に、前記培地中に被験物質を添加し、インキュベートを続けることで接触がなされうる。
前記被験物質の添加量は、有効成分の種類、培地に対する溶解性、細胞の感受性等によって適宜設定することができる。
工程(b)において、前記被験物質を接触させた骨芽細胞におけるBcl−xLの発現量は、自体公知の方法により調べることができる。内在性のBcl−xLの発現量は、例えば、細胞からタンパク質を抽出してBcl−xLを認識する抗体を用いるウェスタンブロッティング等により測定する方法;細胞からRNAを抽出してRT−PCRまたはノーザンブロッティング等により転写されたBcl−xLmRNAを測定する方法;Bcl−xLを認識する抗体を用いて、免疫組織化学によりin situでBcl−xLを調べる方法等があげられる。内在性のBcl−xLの発現量は、Bcl−xLのプロモーター領域とレポーター遺伝子とを連結した発現ベクターを骨芽細胞に導入し、レポーター遺伝子の発現を測定するレポーターアッセイ等によっても推定できる。レポーターアッセイが好ましく用いられる。レポーター遺伝子は、公知の遺伝子を限定なく使用することができ、例えば、ルシフェラーゼ、GFP(緑色蛍光タンパク質)、CAT(クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ)などがあげられるが、これに限定されない。レポーター遺伝子の発現は、用いるレポーター遺伝子に応じて、自体公知の方法により測定することができる。
前記工程(b)において、被験物質を接触させない骨芽細胞も同時にまたは別途調べ、接触した場合の結果と接触しない場合の結果とを比較する。また、陽性対照として、例えば、FGFまたはBMP−2等を同様に接触させた骨芽細胞も準備することが好ましい。
前記工程(c)において、工程(b)で得られた比較結果に基づき、Bcl−xLの発現を増加させる被験物質を選択する。選択する基準は、Bcl−xLのタンパク質またはmRNAが増加していることを指標にすればよい。レポーター遺伝子の発現が増加していることを指標にすることが好ましい。
このようにして選択された被験物質は、骨芽細胞におけるBcl−xLのアゴニスト作用を有する剤として有用であるとともに、例えば、スクリーニング方法Iのようなさらなるスクリーニングや薬理試験を実施することにより、副作用の少ない骨粗鬆症等の骨疾患治療剤の候補薬ともなりうる。
In the present invention, “gene” is used to include not only double-stranded DNA but also each single-stranded DNA such as sense strand and antisense strand constituting the DNA. The length is not particularly limited. In the present invention, unless otherwise specified, a gene (DNA) is a double-stranded DNA containing human genomic DNA and a single-stranded DNA containing DNA (positive strand) and a single-stranded DNA having a sequence complementary to the positive strand. (Complementary strands) and any of these fragments are included. The “gene” includes not only a “gene” represented by a specific base sequence (SEQ ID NO: 1), but also a protein having a biological function equivalent to the protein encoded by these (eg, a homologue (homolog) And “splicing variants”, variants and derivatives) are included. The “gene” encoding such a homologue, variant or derivative is specifically a base sequence that hybridizes under stringent conditions with a complementary sequence of the specific base sequence represented by SEQ ID NO: 1. “Genes” having Here, stringent conditions are taught by Berger and Kimmel (1987, Guide to Molecular Cloning Techniques in Enzymology, Vol. 152, Academic Press, San Diego T.). Can be determined based on For example, as washing conditions after hybridization, the conditions of about “1 × SSC, 0.1% SDS, 37 ° C.” can be given. The complementary strand is preferably one that maintains a hybridized state with the target positive strand even when washed under such conditions. Although it is not particularly limited, the severer hybridization conditions are about “0.5 × SSC, 0.1% SDS, 42 ° C.”, and the more severe hybridization conditions are “0.1 × SSC, 0.1% SDS, 65 ° C.” The cleaning conditions can be raised.
For example, as a gene encoding a homologue of a human-derived protein, genes of other species such as mouse and rat corresponding to the human gene encoding the protein can be exemplified, and these genes (homologues) are homogene (http: / /Www.ncbi.nlm.nih.gov/HomoloGene/). Specifically, a specific human base sequence is matched by BLAST (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 5873-5877, 1993, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) ( Acquire the accession number of the sequence (Score is the highest, E-value is 0 and Identity is 100%). The UniGene Cluster ID (the number indicated by Hs.) Obtained by inputting the accession number into UniGene (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/UniGene/) is input into Homogene. From the list showing the correlation of gene homologues between the other species gene and the human gene obtained as a result, genes of other species such as mice and rats as homologues corresponding to the human gene indicated by a specific base sequence Can be selected.
In the present invention, the gene encoding Bcl-xL (hereinafter sometimes abbreviated as Bcl-xL gene) may be any animal-derived gene. For the production of transgenic animals, an exogenous Bcl-xL gene is used, but for the production of a human model, it is preferable to use a human Bcl-xL gene. For example, the human Bcl-xL gene is described in Boise et al. (Boise L. H. et al., 1993, Cell 74 (4), pp. 597-608) and Genbank Accession No. Z23115 and the like can be isolated by a method known per se. In addition, the mouse Bcl-xL gene is a Genbank Accession No. L35049 and the like can be isolated by a method known per se.
In the present invention, “Bcl-xL gene” or “Bcl-xL DNA” means a human Bcl-xL gene (DNA) represented by a specific base sequence (SEQ ID NO: 1), and homologues, variants and derivatives thereof. It is used with the meaning which includes the gene (DNA) which codes etc. Specifically, the human Bcl-xL gene described in SEQ ID NO: 1, and mouse homologs and rat homologs thereof are included. The gene or DNA does not ask for distinction of the functional region, and can include, for example, an expression control region, a coding region, an exon, or an intron.
In the present invention, the term “protein” or “peptide” includes not only “protein” or “peptide” represented by a specific amino acid sequence (SEQ ID NO: 2), but also that the biological functions thereof are equivalent. , Homologues thereof (homologs and splice variants), mutants, derivatives, matured forms and amino acid modified forms. Here, examples of homologs include proteins of other species such as mice and rats corresponding to human proteins, and these were identified by HomoLoGene (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/HomoloGene/). It can be identified a priori from the base sequence of the gene. Such variants include naturally occurring allelic variants, non-naturally occurring variants, and variants having amino acid sequences modified by artificial deletions, substitutions, additions and insertions. . Examples of the mutant include those that are at least 70%, preferably 80%, more preferably 95%, and still more preferably 97% homologous to a protein or (poly) peptide without mutation. Such derivatives include those substituted at the amino terminus or carboxy terminus or side chain of the protein. The amino acid modifications include naturally occurring amino acid modifications and non-naturally occurring amino acid modifications, and specific examples include phosphorylated forms of amino acids.
When the term “Bcl-xL” is used in the present invention, human Bcl-xL represented by the specific amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) and its homologues, mutants, derivatives, matures, and the like, unless otherwise specified by the SEQ ID NO: Used to include amino acid modifications.
The bone mass and bone strength increasing agent of the present invention contains a gene encoding Bcl-xL. The increasing agent exerts its action by being introduced into osteoblasts. Therefore, the increasing agent preferably contains a gene encoding the Bcl-xL operably linked downstream of an osteoblast-specific promoter.
The osteoblast-specific promoter, when a gene encoding Bcl-xL is operably linked downstream of the promoter, determines the transcription start site of the gene encoding Bcl-xL in an osteoblast-specific manner And a DNA having a base sequence that directly regulates its frequency. The promoter can be appropriately selected according to the animal from which the osteoblast is derived.
Examples of the osteoblast-specific promoter include a type I collagen promoter and an osteocalcin promoter, and the type I collagen promoter is preferable. As a type I collagen promoter, for example, in the case of a human-derived promoter, Jimenez, S .; A. , Varga, J .; Olsen, A .; Li, L .; , Diaz, A .; Herhal, J .; and Koch, J. et al. Functional analysis of human alpha 1 (I) procollagen gene promoter. Differential activity in collagen-production and non-production cells and response to transforming growth factor beta 1 J. Phys. Biol. Chem. 269 (17), 12684-12691 (1994), in the case of a mouse-derived promoter, Ravazzolo, R .; Karsenty, G .; and de Crombrugge, B.M. A fibroblast-specific factor binds to an upstream negative control element in the promoter of the mouse alpha 1 (I) collagen gene. Biol. Chem. 266 (12), 7382-7387 (1991), Rossert, J. et al. Eberspächer, H .; , And de Crombrugge, B.M. (1995). Separate cis-acting DNA elements of the mouse pro-a1 (I) collagen promoter direct expression of reporter gen. J. et al. Cell Biol. 129, 1421-1432. It is described in.
The increasing agent is preferably an expression vector in order for the promoter and the Bcl-xL gene to function in osteoblasts. As the expression vector, a known or commercially available one can be used, and a viral vector or a non-viral vector is exemplified. Examples of viral vectors include viral vectors such as retroviruses, adenoviruses, adeno-associated viruses, herpes viruses, vaccinia viruses, polioviruses, and Sindbis viruses. The method of linking the promoter and gene to an expression vector can be performed by a method known per se.
The increasing agent may contain any component for introducing the promoter, the Bcl-xL gene, and an expression vector containing them into a desired cell. Although it does not specifically limit as an arbitrary component, A solvent, a buffering agent, a chelating agent, a preservative, etc. are mention | raise | lifted. In order to increase the efficiency of introduction into cells, the increasing agent may be in the form of a liposome preparation.
The total content of the promoter, the Bcl-xL gene and / or the expression vector containing them in the increasing agent is not particularly limited, but is usually 0.001% to 100% by weight.
Examples of the method for introducing the increasing agent into desired cells (preferably osteoblasts) include an in vivo method and an ex vivo method. In the in vivo method, the increasing agent can be administered into a vein, artery, subcutaneous, intra-articular, intramuscular or the like in an appropriate administration form such as an injection. In the case of the ex vivo method, the above-mentioned increasing agent is transfected into cells of the subject in vitro during transfection, infection or injection by a known method, and cultured for a certain period of time to express the Bcl-xL gene. After confirmation, a method of returning to the body of the same subject can be adopted.
The dosage of the active ingredient in these various forms of preparation can be appropriately adjusted depending on the degree of the disease to be treated, the age of the patient, the body weight, and the like. Usually, the total of the promoter and the Bcl-xL gene may be about 0.0001-100 mg, preferably about 0.001-10 mg per adult patient, once a few days to several months. In the case of a retroviral vector, the retroviral titer is about 1 × 10 5 per kg patient body weight per day. 3 pfu or 1 × 10 15 It can be selected from the range of the amount of pfu. In the case of a cell into which the present increasing agent has been introduced by the ex vivo method, 1 × 10 4 Cells / body to 1 × 10 15 What is necessary is just to administer a cell / body grade.
The bone mass and bone strength increasing agent of the present invention may contain the Bcl-xL protein. The increasing agent of the present invention may contain any component as long as it does not inhibit the activity of the Bcl-xL protein. Although it does not specifically limit as an arbitrary component, SH group protecting agents, such as a solvent, a buffer agent, antiseptic | preservative, dithiothreitol (DTT), surfactant, etc. are mention | raise | lifted. Further, the content of the Bcl-xL protein in the increasing agent is not particularly limited, but is usually 0.001% by weight to 100% by weight.
The present invention provides a transgenic animal into which an expression vector containing an osteoblast-specific promoter and a gene encoding Bcl-xL has been introduced.
In the present invention, “transgenic” refers to introduction of an expression vector in which an exogenous Bcl-xL gene is bound downstream of an osteoblast-specific promoter into a chromosomal gene. The introduced animal and its progeny are referred to as transgenic animals.
The animal to be used is not particularly limited as long as it is an animal other than a human, but an animal having a developed skeleton is preferable. Suitable animals include experimental animals such as mice, rats, hamsters, guinea pigs, rabbits, dogs, cats, monkeys, etc. and domestic animals such as cows, sheep, horses, pigs, etc., which are easy to use in genetic engineering. Therefore, a mouse is more preferable.
The transgenic animal of the present invention can be produced by a method known per se. Next, a method for producing a transgenic animal of the present invention will be described.
The transgenic animal of the present invention can be produced, for example, by a method including the following steps (a) to (c).
(A) preparing an expression vector in which a human Bcl-xL gene and an osteoblast-specific promoter are linked;
(B) introducing the expression vector into a fertilized egg and transplanting the transgenic fertilized egg into a foster mother;
(C) selecting a transgenic animal from offspring born from said animal;
(D) A step of establishing a line from the selected animal (founder).
In the step (a), an expression vector that uses the bone mass and bone density increasing agent of the present invention as an expression vector can be preferably used. The expression vector is preferably linearized with a restriction enzyme or the like and subjected to step (b).
In the step (b), the method of introducing the expression vector into a fertilized egg is, for example, by washing a female oviduct after mating, collecting the fertilized egg, and microinjecting the pronucleus derived from the sperm or egg. Examples thereof include a method of directly injecting the expression vector. This fertilized egg is transplanted into the oviduct of a foster parent who has been pseudopregnant, and the development continues in the womb.
In the step (c), as a method for selecting a transgenic animal from the offspring born of the animal transplanted in the step (b), for example, whether or not the injected expression vector is integrated into the chromosomal DNA is determined. A method of screening chromosomal DNA separated and extracted from the tail of the mouse by Southern blotting or PCR.
In the step (d), a method for establishing a strain with a uniform genetic background from the animal (founder) selected in the step (c) is an inbred such as C57BL / 6, FVB, etc. A method of backcrossing with a wild-type animal of the system is mentioned.
Progeny animals obtained by further mating the transgenic animals of the present invention thus obtained, and tissues or cells derived from these animals are also included in the present invention. Examples of the tissue include all tissues, and a long bone, skull, vertebra and the like are preferable. Examples of the cells include cells contained in the tissue, cells isolated from the tissue, and cell lines established from these cells. Specifically, osteoblasts and the like are preferable.
In the transgenic animal of the present invention, the expression of Bcl-xL is regulated. That is, Bcl-xL is overexpressed in osteoblasts compared to allogeneic wild type animals. As a result, the transgenic animal of the present invention has increased bone mass and bone strength compared to the allogeneic wild type animal. The present invention is the first to find a dose dependency between the expression level of Bcl-xL and the increase in bone mass and bone strength. The present invention provides the following transgenic animals.
The transgenic animals of the present invention can be roughly classified into animals (hereinafter also referred to as low-expressing animals) in which the expression of the Bcl-xL in osteoblasts is increased by about 2 times compared to allogeneic wild-type animals. The expression of Bcl-xL in cells is about 3 to 5 times higher than that of allogeneic wild type animals (hereinafter also referred to as medium expression animals) or the expression of Bcl-xL in osteoblasts is allogeneic wild It can be classified into animals (hereinafter also referred to as high-expressing animals) that have increased by about 10 times compared to type animals.
The transgenic animal of the present invention is suitable according to the purpose from among the low-expressing animal, medium-expressing animal and high-expressing animal in bone disease research or bone disease prevention or treatment drug screening using the animal. Animals can be selected and used. For example, in the case of mice, Bcl-xL necessary to bring bone mass and bone strength back to normal levels by mating with various levels of osteoporosis model mice and low expression, medium expression, and high expression Bcl-xL transgenic mice. You can guess the level. Moreover, in the effect determination using the wild-type animal of the substance obtained from the screening using the Bcl-xL promoter, which will be described later, by comparing with each of the low expression, intermediate expression, and high expression Bcl-xL transgenic mice. The correlation between the expression induction level of Bcl-xL and the bone mass / bone strength / bone microstructure can be compared. That is, which of the low expression, medium expression, and high expression Bcl-xL transgenic mice can result in an increase in bone and other negative effects (bone strength) Can be compared to determine whether or not there has been a decrease in bone microstructure, abnormal bone microstructure, low bone rotation, etc. Further, as described later, low-expressing mice are suitable for screening for Bcl-xL signal activators, and medium-expressing and high-expressing mice are suitable for screening for suppressors.
When the transgenic animal of the present invention is used for bone disease research including treatment and prevention of osteoporosis, it is preferable to use an adult. The reason is that the occurrence of the bone disease usually increases with aging. The term “adult” differs depending on the animal, but it means at least the time excluding the fetus and immediately after birth. In the case of mice, examples include 6 to 12 months of age, and the significant difference from wild type increases with age. Until death by aging (up to about 2 years). About 10 weeks old is preferably used.
When the transgenic animals of the present invention are adults, the number of cancellous bone trabeculae, decreased cancellous bone trabecular distance, increased cancellous bone connectivity, and cancellous bone It is preferable that at least one parameter selected from the measurement parameter group including a change in the structure model index has a significant difference. For example, as a result of micro CT (μCT) analysis of the cancellous bone of the femur in a 10-week-old male, wild-type mouse (n = 6), and transgenic mouse (n = 9), the following five parameters A significant difference can be recognized.
Bone mass: p = 0.012 <0.05
Connectivity: p = 0.004 <0.01
Structure model index (SMI): p = 0.177 <0.05
Number of trabeculae: p = 0.005 <0.01
Trabecular thickness: p = 0.048 <0.05
In particular, the connectivity and trabecular number parameters are significantly different.
The measurement parameter can be measured by micro CT (μCT), and details thereof are described in Examples.
Since the transgenic animal of the present invention has an increased amount and quality of bone as compared to the wild-type animal of the same species, it can be used as a model with increased bone mass and strength, or as a model for preventing or treating osteoporosis. It is preferably used.
When used as a model for bone disease research, a model animal obtained by mating the transgenic animal of the present invention with another disease model of the same kind may be used. The present invention provides such a model animal.
Examples of the other disease models include an osteoporosis model, an osteoblast proliferation enhancement model, an osteoblast apoptosis enhancement model, an early aging model, and various knockout animals that cause bone loss. For example, in the case of mice, CDK6 / CyclinD1 double transgenic mice, Klotho mice, Bcl-2 transgenic mice (eg, mice that express exogenous Bcl-2 specifically in osteoblasts) and the like can be suitably used.
The present invention provides a screening method (screening method I) for a substance that increases bone mass and / or bone strength, characterized by using the transgenic animal or the model animal. In this case, it is preferable to use the low expression animal.
[Screening Method I]
The screening method I of the present invention specifically includes the following steps:
(A) a step of administering a test substance to the transgenic animal or model animal of the present invention;
(B) examining the bone mass and bone strength in an animal to which the test substance is administered and comparing the bone mass and bone strength in an animal to which the test substance is not administered; and
(C) A step of selecting a test substance that enhances bone mass and / or bone strength based on the comparison result.
In the above (a), the test substance may be any known substance or new substance, for example, a nucleic acid, a carbohydrate, a lipid, a protein, a peptide, a low-molecular-weight organic compound, or a combinatorial chemistry technique. Examples include compound libraries, random peptide libraries prepared by solid phase synthesis and phage display methods, and natural components derived from microorganisms, animals and plants, marine organisms, and the like. Moreover, the mixture of 2 or more types of these compounds can also be provided as a sample.
Although the method for administering the test substance to the animal of the present invention is not particularly limited, it can be administered orally or parenterally. Examples of parenteral administration routes include systemic administration such as intravenous, intraarterial, and intramuscular, or local administration in the vicinity of a target cell in a joint.
The dosage of the test substance can be appropriately set according to the type of active ingredient, the size of the molecule, the administration route, the animal species to be administered, the drug acceptability of the administration subject, body weight, age, and the like.
Examples of the method for examining the bone mass and bone strength in the animal to which the test substance is administered in the step (b) include X-ray analysis, μCT, and pQCT.
In the step (b), the bone mass and bone strength in the animal not administered with the test substance are also examined simultaneously or separately, and the result of the administered animal is compared with the result of the non-administered animal. It is also desirable to administer a known bone mass increasing agent in the same manner as a positive control.
In the step (c), a test substance that increases bone mass and / or bone strength is selected based on the comparison result obtained in the step (b). The criterion for selection may be Bcl-xL transgenic mice not administered with the test substance.
The test substance thus selected has an action capable of activating the Bcl-xL signal transduction pathway in osteoblasts, and is a candidate for improving the quantity and / or quality of bone mass and / or bone density. It can be a medicine.
The therapeutic agent for bone disease that can be selected by the screening method of the present invention is not particularly limited, and is, for example, a therapeutic agent for osteoporosis, periodontal disease, severe fracture, bone defect, and alveolar bone resorption.
[Screening Method II]
Moreover, this invention provides the screening method (screening method II) of the substance which reduces the bone mass and bone strength through Bcl-xL including the following processes. In this case, it is preferable to use the medium expression animal or the high expression animal.
(A) a step of administering a test substance to the transgenic animal or model animal of the present invention;
(B) examining the bone mass and bone strength in an animal to which the test substance is administered and comparing the bone mass and bone strength in an animal to which the test substance is not administered; and
(C) A step of selecting a test substance that reduces bone mass and / or bone strength based on the comparison result of step (b).
In the step (a), the test substance is the same as in screening method I, and the administration method is the same as in screening method I.
Examples of the method for examining the bone mass and bone strength in the animal to which the test substance is administered in the step (b) include X-ray analysis, μCT, and pQCT.
In the step (b), the bone mass and bone strength in the animal not administered with the test substance are also examined simultaneously or separately, and the result of the administered animal is compared with the result of the non-administered animal.
In the step (c), a test substance that decreases the bone mass and / or bone strength is selected based on the comparison result obtained in the step (b). The criterion for selection may be a transgenic mouse that does not administer the test substance.
The test substance thus selected has an action capable of reducing the bone mass and / or bone density by suppressing the signal transduction pathway of Bcl-xL in osteoblasts. Can be a candidate drug to treat or prevent diseases with an abnormally increased density.
The therapeutic agent for bone disease that can be selected by the screening method of the present invention is not particularly limited, and is, for example, a therapeutic agent for bone marble disease.
[Screening Method III]
The present invention also provides a screening method (screening method III) for a substance that increases bone mass and bone strength, including the following steps. In this case, any of the low-expressing animals, medium-expressing animals, and high-expressing animals may be used depending on the purpose.
(A) a step of administering a test substance to the transgenic animal or model animal of the present invention;
(B) examining the bone mass and bone strength in an animal administered with the test substance, and comparing the bone mass and bone strength in an animal not administered with the test substance;
(C) selecting a test substance that reduces bone mass and / or bone strength based on the comparison result of step (b),
(D) a step of administering to the animal used in step (a) the test substance selected in step (c) and an antagonist candidate substance for the test substance;
(E) examining the bone mass and bone strength in the animal administered the test substance and the antagonist candidate substance in step (d), and comparing the bone mass and bone strength in the animal administered with the test substance alone;
(F) A step of selecting an antagonist candidate substance that enhances bone mass and / or bone strength based on the comparison result of step (e).
The steps (a) to (c) are the same as in the screening method II.
In the step (d), an antagonist candidate substance for the test substance selected in the step (c) can be appropriately selected from candidate substances to be screened in the step (a). As the antagonist candidate substance, when the selected test substance is a protein, a neutralizing antibody against the protein is preferably selected. When the selected test substance is a nucleic acid having a specific sequence, an antisense nucleic acid against the nucleic acid, two Strand RNA and the like are preferably selected.
In the step (d), the method of administering the test substance and the antagonist candidate substance is the same as in the step (b) of the screening method I. However, the timing of administration may be the same, and a certain interval is used. May be separate. Also, the administration route may be the same route or different routes.
Examples of the method for examining the bone mass and bone strength in the animal to which the test substance and the antagonist candidate substance are administered in the step (e) include X-ray analysis, μCT and pQCT.
In the step (e), the bone mass and bone strength in the animal to which only the test substance is administered are also examined simultaneously or separately, and the results of the antagonist candidate substance-administered animal and the non-administered animal are compared.
In the step (f), an antagonist candidate substance that enhances bone mass and / or bone strength is selected based on the comparison result of the step (e). The criteria for selection may be based on the transgenic mice not administered with the antagonist candidate substance.
The antagonist candidate substance thus selected has an action capable of suppressing the inhibitory action via the expression system of Bcl-xL in osteoblasts, and the bone mass and / or by suppressing the expression of Bcl-xL. Can be a candidate drug to treat or prevent diseases with reduced bone density.
The therapeutic agent for bone disease that can be selected by the screening method of the present invention is not particularly limited, and is, for example, a therapeutic agent for osteoporosis or steroid osteoporosis.
The present invention provides a screening method (screening method IV) for a substance that increases bone mass and / or bone strength through increased expression of Bcl-xL, characterized by using osteoblasts. In this case, the osteoblast is preferably a wild-type animal-derived cell.
[Screening Method IV]
The screening method IV of the present invention specifically includes the following steps:
(A) contacting osteoblasts with a test substance;
(B) examining the expression level of Bcl-xL in osteoblasts contacted with the test substance, and comparing the expression level with osteoblasts not contacted with the test substance;
(C) A step of selecting a test substance that increases the expression of Bcl-xL based on the comparison result.
In step (a), osteoblasts placed under conditions that maintain the expression of Bcl-xL can be used. As such a condition, it is preferable to place osteoblasts in an appropriate medium and to survive or culture in an incubator at about 25 to 40 ° C. Next, contact can be made by adding a test substance to the medium and continuing the incubation.
The addition amount of the test substance can be appropriately set depending on the type of active ingredient, solubility in a medium, cell sensitivity, and the like.
In the step (b), the expression level of Bcl-xL in osteoblasts contacted with the test substance can be examined by a method known per se. The expression level of endogenous Bcl-xL is measured by, for example, Western blotting using an antibody that recognizes Bcl-xL by extracting a protein from the cell; RT-PCR or Northern blotting by extracting RNA from the cell And a method of measuring Bcl-xL mRNA transcribed by the above; a method of examining Bcl-xL in situ by immunohistochemistry using an antibody recognizing Bcl-xL, and the like. The expression level of endogenous Bcl-xL can also be estimated by a reporter assay or the like in which an expression vector in which the promoter region of Bcl-xL and a reporter gene are linked is introduced into osteoblasts and the expression of the reporter gene is measured. Reporter assays are preferably used. As the reporter gene, a known gene can be used without limitation, and examples thereof include, but are not limited to, luciferase, GFP (green fluorescent protein), CAT (chloramphenicol acetyltransferase) and the like. The expression of the reporter gene can be measured by a method known per se according to the reporter gene used.
In the step (b), osteoblasts that are not brought into contact with the test substance are also examined at the same time or separately, and the results when they are brought into contact with the results when they are not brought into contact are compared. Further, as a positive control, for example, it is preferable to prepare osteoblasts that are similarly contacted with FGF, BMP-2, or the like.
In the step (c), a test substance that increases the expression of Bcl-xL is selected based on the comparison result obtained in the step (b). The criterion for selection may be based on an increase in Bcl-xL protein or mRNA. It is preferable to use the increase in the expression of the reporter gene as an indicator.
The test substance selected in this way is useful as an agent having an agonistic action of Bcl-xL in osteoblasts, and, for example, by conducting further screening and pharmacological tests such as screening method I, side effects can be obtained. It can also be a candidate drug for a therapeutic agent for bone diseases such as osteoporosis with a small amount.

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
[実施例1]
Bcl−xLトランスジェニックマウスの作出
ヒトBcl−xLcDNA(大阪大学、辻本博士より供与された)をプラスミドpUC−CAGGS/Xholにクローニングした。前記プラスミドを、EcoR Iで消化し、得られたフラグメントを、マウスI型コラーゲンプロモーターを含むプラスミドpNASSβにサブクローニングし、トランスジェニック構築物とした(大阪大学、辻本博士より頂いたpCAGGS−hbcl−xLについては、Oncogene 19:5736,2000を参照のこと)。EcoR IとSal Iで直鎖状にしたDNA構築物を、C57BL/6Cr(日本SLC)接合体の前核にマイクロインジェクションし、それを、仮親メスに移し、Bcl−xLトランスジェニックファウンダーを作出した。Bcl−xL cDNA全長をプローブとして用いて、サザンブロット法により遺伝子型を調べた。
前記トランスジェニックファウンダーをC57BL/6Crと戻し交配をし、Bcl−xLトランスジェニックマウスを作出した。得られたトランスジェニックマウスの各組織から常法によりRNAを抽出し、ノーザンブロット法によりBcl−xLの発現を調べたところ、骨芽細胞および歯の象牙細胞にのみ発現していることが確認された。
[実施例2]
Bcl−xLトランスジェニックマウスからの発現レベルの異なる系統の樹立
実施例1で得られた3系統のBcl−xLトランスジェニックマウス(4週齢)の大腿骨および脛骨から、RNA抽出キットISOGEN(NIPPON GENE)を用いて、RNAを単離した。常法に従って、ノーザンブロットによりBcl−xLの発現を調べた。結果を図1に示す。
図1より、3系統のトランスジェニックマウス(K1、K2およびK3)は、野生型マウス(WT)に比べて、Bcl−xLの発現レベルが上昇していることがわかった。デンシトメーターで野生型マウスとトランスジェニックマウスとの発現レベルを比較したところ、K1は約10倍、K2は約3倍、K3は約2倍高いことが明らかになった。以下、K1を強発現系統、K2を中発現系統、K3を弱発現系統に分類し、解析を進めた。
[実施例3]
Bcl−xLトランスジェニックマウスのX線解析
10週齢のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスと野生型マウスに、ネンブタール(0.75mg/10g体重)を腹腔内注射し全身麻酔を施した後、micro−FX1000(Fuji Film,Inc.)を用いて全身像のX線撮影を行った。さらにマウスを解剖し、大腿骨・椎骨を採取し、70%エタノールを用いて固定した後、micro−FX1000(Fuji Film,Inc.)を用いてX線撮影を行った。
[結果]
図2:10週齢 雌 野生型マウスとCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスの大腿骨X線像
野生型と比較して、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスはその発現レベルに比例して二次海綿骨領域の骨量が増加しており、最も弱発現のライン(K3)でも野生型と比較して二次海綿骨領域の骨量が多い。
図3(A):10週齢 雄 X線像(全身)野生型(左)とCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウス強発現ライン(右)
(B):10週齢 雌 X線像(大腿骨)野生型(左)とCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウス強発現ライン(右)
(C):10週齢 雄 X線像(椎骨)野生型(左)とCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウス強発現ライン(右)
野生型と比較してCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは、長管骨や椎骨の二次海綿骨の増加が認められる。
[実施例4]
Bcl−xLトランスジェニックマウスの解析
10週齢、7ヶ月齢および1年齢のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスおよび野生型マウスを用いた。ネンブタール(0.75mg/10g体重)で全身麻酔後、4%パラホルムアルデヒドで灌流固定を行った。大腿骨を採取し、同固定液にて4℃で一晩浸透固定し、0.01M PBSで洗浄後、10%EDTA溶液で約1週間脱灰を行った。脱灰終了後、通法に従いパラフィンブロックを作製した。このブロックを3μmで薄切し、ヘマトキシリン−エオジン(HE)染色を施した。
[結果]
図4より、野生型マウスと比較してCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは、大腿骨遠心部の二次海綿骨が多く認められ、骨幹部にも多数の二次海綿骨が認められる。そして、1年齢の野生型マウスではほとんどの二次海綿骨が吸収されてしまっているが、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスでは1年齢においても多数の二次海綿骨が認められる。
次に、皮質骨における様々な組織像の比較を行った。4週齢および10週齢のBcl−XLトランスジェニックマウス(K1)および野生型マウスの皮質骨を、HE染色、TUNEL染色、透過電子顕微鏡(TEM)観察、鍍銀染色、走査電子顕微鏡(SEM)観察により詳細に検討した。
[結果]
図5は、上段より、10週齢雄大腿骨遠心部のHE像、10週齢雄大腿骨皮質骨のTUNEL染色、4週齢皮質骨透過電子顕微鏡像(TEM)、10週齢雄大腿骨皮質骨の鍍銀染色像、走査電子顕微鏡(SEM)による10週齢皮質骨中の骨細胞および骨細胞突起の二次電子像である。皮質骨の観察によりトランスジェニックマウス(K1)の骨細胞は透過電子顕微鏡像や鍍銀染色で認められるように、若い形態(細胞質が野生型に比較し豊富に存在)を示していたが、鍍銀染色・走査電子顕微鏡の二次電子像より、野生型と全く変わらない多数の骨細管および骨細胞突起が認められた(一般に骨細胞が幼若な場合、骨細管および骨細胞突起が減少する)。
[実施例5]
ノーザンブロッティング
総RNAを、5週齢のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスと野生型マウスの大腿骨から抽出した。液体窒素で凍結した大腿骨をISOGEN(NIPPON GENE)1ml中でホモジナイズし、5分間室温で放置したのち、クロロホルム200μlを加え、転倒混和後、3分間室温で放置した。4℃冷却、15,000 X gで15分間遠心したのち、水層(上層)を抽出し、イソプロパノール500μlを加え、室温で10分間放置した。4℃冷却、15,000 X gで15分間遠心したのち、上清を除去し、DEPC水に懸濁させた。フェノールを加え、15,000 X gで5分間、遠心したのち、上層を抽出し、酢酸ナトリウムと100%エタノールを加え、15,000 X gで20分間、遠心した。上清を除去したのち、RNA沈殿をDEPC水に懸濁させた。20μgの総RNAをホルムアミドで変性させ、1.0%アガロースゲルにて電気泳動した後、ナイロンメンブレン上にブロッティングした。メンブレンは、pro−α1(1)コラーゲン、オステオポンチン、オステオカルシンの32PでラベルされたcDNAプローブと相補鎖結合させた。
図6より、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスと野生型マウスとで骨芽細胞の分化マーカー遺伝子の発現を検討した結果、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは野生型マウスと比較してI型コラーゲン、オステオポンチン、オステオカルシンの発現レベルはほとんど変わらなかった。
in situハイブリダイゼーション
脱パラフィン後、切片を0.01M PBSで洗浄し、4%PFA溶液で前固定後、0.1M PBにて洗浄し、8μg/mlのプロテアーゼK(Roche Diagnostics)で37℃15分処理したのち、4%PFA溶液で後固定を行った。0.25%無水酢酸を含む0.1M トリエタノールアミンでアセチル化処理を10分間行い、0.1M PBによる洗浄後、エタノールにより脱水し、乾燥を行った。その後、ハイブリダイゼーション液で1ng/mlに希釈したプローブを用いて、50℃で16時間ハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーション後は、2×標準クエン酸ナトリウム溶液(以下SSCと略す)を含む50%ホルムアミド溶液中で52℃30分間洗浄し、18μg/mlのRNase A(Roche Diagnostic)で37℃ 30分間処理した。2×SSCで52℃ 20分間の洗浄を2回繰り返し、0.2×SSCで52℃ 20分間洗浄を行った。室温でBlocking Reagent(Roche Diagnostic)を用いてブロッキングを1時間行なったのち、アルカリフォスファターゼ標識抗ジゴキシゲニン抗体(Roche Diagnostic)と室温で45分間反応させた。洗浄後、4−ニトロブルーテトラゾリウムクロライド(NBT)および5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルリン酸(BCIP)(Roche Diagnostic)を基質として約0.5−2時間発色反応を行い、シグナルを検出した。検出反応終了後、水洗し、水溶性封入剤クリスタルマウント(biomeda corp.Foster City,CA)による封入を行った。
[結果]
Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスにおける骨芽細胞の分化段階を調べるため、10週齢時の脛骨を用い、骨芽細胞分化のマーカー遺伝子であるI型コラーゲン遺伝子(Col(I))、オステオポンチン遺伝子(OP)およびオステオカルシン遺伝子(OC)の発現パターンをin situハイブリダイゼーションにより検討した。図7より、野生型マウスでは、I型コラーゲンは広範な分化段階の骨芽細胞で発現していた。オステオポンチンはおもに未熟骨芽細胞で発現しており、主として海綿骨に存在する骨芽細胞が染色されていた。オステオカルシンは、おもに皮質骨骨内膜に存在する成熟骨芽細胞で発現していた。Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは、野生型マウスと比較して、I型コラーゲン、オステオポンチン、オステオカルシンの発現領域および発現レベルは全く変わらないことから、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスにおいて骨芽細胞は正常に分化していることが示された。
[実施例6]
BrdU
2週齢のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスと野生型マウスにBrdU(Nacalai Tesque,Kyoto,Japan)100μg/gを腹腔内投与し、1時間後にネンブタール(0.75mg/10g体重)で全身麻酔後、左心室に5単位/mlヘパリンを含む生理食塩水を注入し、4% PFAで灌流固定を行った。前述に従い、大腿骨の切片を作製し、BrdU Staining Kit(Zymed Laboratories,South San Francisco,USA)を用いて、BrdU染色を行った。すなわち、切片をキシレンにて脱パラフィンし、エタノールで洗浄した。切片をPeroxidase quenching solutionに10分間浸し、内因性ペルオキシダーゼ活性を阻害したのち、PBSで洗浄した。0.0625%トリプシンで37℃5分間タンパク分解処理し、DNAを露出後、Denaturing solutionを滴下し、室温で20分間インキュベート、変性させたのち、Blocking solutionを滴下し、室温で10分間ブロッキングを行った。ビオチン化抗BrdU Reagentで室温60分間処理し、PBSで洗浄したのち、Streptavidin−peroxidase Reagentを滴下し、室温で10分間インキュベートしたのち、DAB染色を行った。発色反応後、対比染色として、ヘマトキシリン染色を行った。
図8より、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは野生型マウスと比較して、一次海綿骨領域の骨芽細胞においてBrdU取り込みの有意な増加が認められた。
TUNEL
2週齢のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスと野生型マウスから、前述に従って大腿骨の切片を作製し、terminal deoxynucleotidyltransferase−mediated dUTP−digoxigenin nicked end labeling(TUNEL)染色を行った。TUNEL染色はApopTag(登録商標)システム(Intergen,NY,USA)を用いた。すなわち、切片をキシレンにて脱パラフィンし、エタノールで洗浄後、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)にて洗浄した。Proteinase K(20μg/ml)を加え、室温下で15分インキュベートし、DNAを露出させたのち、蒸留水で洗浄後、3% H/PBSに室温で5分間浸し、内因性ペルオキシダーゼ活性を阻害した。PBSにて洗浄後、Equilibration Bufferを切片に滴下し、室温で10分間インキュベートしたのち、TdT/digoxigenin−labeled dUTPを加え、37℃で一時間、反応させた。室温下で30分間、切片をstop/washバッファーに浸し、反応をとめたのち、PBSにて洗浄し、Antidigoxigenin peroxidase標識抗体を滴下し、室温30分間インキュベートした。PBSにて洗浄後、Diaminobenzidine(DAB)溶液にて発色させた。発色反応後、対比染色として、メチルグリーン染色、またTUNEL positive骨芽細胞をカウントするためにトルイジンブルー染色を行った。
図9より、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは野生型マウスと比較して、一次海綿骨領域の骨芽細胞においてアポトーシス陽性細胞の有意な減少が認められた(TUNEL陽性骨芽細胞を、図中矢印で示した)。
[実施例7]
骨形態計測
10週齢 雄のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスと野生型マウスを用いて、静的な骨形態計測を行った。また、動的な骨形態計測を行うため、10週齢時のマウスにカルセイン(0.16mg/10g体重)を4日間の間隔を空けて、二度、腹腔内に注射し、翌日に屠殺した。大腿骨を摘出し、70%エタノールで固定したのち、グリコールメタクリレートで包埋した。大腿骨の遠心部より7μm厚の縦断切片を作製し、トルイジンブルー染色を行った後、Bone Histomorphometric System,(System Supply,Nagano,Japan)を用いて骨形態計測を行った。
図10より、10週齢 雄のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスと野生型マウスを比較した結果、静的パラメータについては、骨量(BV/TV)のみ有意な差を認めたが、その他のパラメータについては有意差を認めなかった。骨石灰化速度・骨形成速度・骨石灰化面/骨面といった動的パラメータについてもCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは野生型マウスと有意差は認められなかったが、骨石灰化面/骨面・骨形成速度の二つのパラメータが野生型よりも亢進している傾向が認められた。
[実施例8]
pQCTによる大腿骨骨幹皮質骨の解析
10週齢 雄のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスと野生型マウスに、ネンブタール(0.75mg/10g体重)を腹腔内注射し全身麻酔を施した後、大腿骨を採取し、70%EtOHを用いて固定した。採取した大腿骨に対して、動物研究用pQCT骨密度測定装置 XCT Research SA+(Stratec Medizintechnik GmbH,Pforzheim,Germany)を用いてpQCT解析を行った。海綿骨パラメーターは大腿骨遠位成長板から骨幹部に向かって0.19mm間隔で連続的に測定し、皮質骨パラメーターは大腿骨骨幹部で測定した。スライス厚は0.46mm、ボクセルサイズは0.08mmで測定を行なった。
図11より、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは野生型マウスと比較して、皮質骨塩量・皮質骨平均厚・皮質骨密度・XSSIすべてのパラメータにおいて有意差が認められなかった。また、大腿骨遠心部皮質骨のpQCT像を比較しても、トランスジェニックマウスと野生型マウスの皮質骨の性状は全く変わらなかった。
[実施例9]
μCTによる大腿骨骨幹皮質骨の解析
10週齢 雌のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウス3系統(K1、K2、K3)と野生型マウスに、ネンブタール(0.75mg/10g体重)を腹腔内注射し全身麻酔を施した後、大腿骨を採取し、70%EtOHを用いて固定した。採取した大腿骨に対して、マイクロ−CT(Scanco Medical社)を用いて50kV、0.1mAのX線ビームにより、ビーム幅20μm、スライス間隔12μmで大腿骨骨幹部より1スライスのボリュームデータを取得した。そして、三次元画像処理プログラム(TRI/3D−Bone,ラトックシステムエンジニアリング)にて皮質骨部位の画像抽出と骨パラメータの解析を行った。
図12より、10週齢 雌のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウス3系統(K1、K2、K3)と野生型マウスについて、大腿骨骨幹部皮質骨の、骨面積に対する皮質骨面積・皮質骨幅を検討した結果、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは野生型と比較して有意差を認めなかった。さらに発現レベルの異なるCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウス3系統(K1、K2、K3)同士についても有意差は認められなかった。
[実施例10]
pQCTによる大腿骨遠心部海綿骨の解析
10週齢 雌のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスと野生型マウスに、ネンブタール(0.75mg/10g体重)を腹腔内注射し全身麻酔を施した後、大腿骨を採取し、70%エタノールを用いて固定した。採取した大腿骨に対して、動物研究用pQCT 骨密度測定装置 XCT Research SA+(Stratec Medizintechnik GmbH,Pforzheim,Germany)を用いてpQCT解析を行った。海綿骨パラメーターは大腿骨遠位成長板から骨幹部に向かって0.19mm間隔で連続的に測定した。スライス厚は0.46mm、ボクセルサイズは0.08mmで測定を行なった。
図13より、大腿骨遠心部海綿骨の骨密度についてCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは野生型マウスと比較し、骨密度が有意に大きいことが認められた。
[実施例11]
μCTによる大腿骨遠心部海綿骨の解析
10週齢 雌のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウス3系統(K1、K2、K3)と野生型マウスに、ネンブタール(0.75mg/10g体重)を腹腔内注射し全身麻酔を施した後、大腿骨および第2腰椎を採取し、70%EtOHを用いて固定した。採取した大腿骨に対して、マイクロCT(Scanco Medical社)を用いて50kV、0.1mAのX線ビームにより、ビーム幅20μm、スライス間隔12μmで遠心部成長板直下より200スライスのボリュームデータを取得した。そして、三次元画像処理プログラム(TRI/3D−Bone,ラトックシステムエンジニアリング)にて海綿骨部位の画像抽出と骨パラメータの解析を行った。採取した第2腰椎も同様に、マイクロCTを用いて海綿骨部位の画像抽出を行った。
図14より、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは3系統とも野生型マウスと比較して、骨量、骨梁数および骨梁間距離については有意差が認められた。骨梁幅については有意差は認められなかったが、Col I−Bcl−XLトランスジェニックマウスの方が野生型より大きい傾向が認められた。骨強度に関連する連結性およびSMIについてもCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウスは野生型マウスと比較して有意差が認められた。
図15より、トランスジェニックマウス(K1)は、野生型マウスと比較して大腿骨海綿骨および椎体海綿骨も増加していた。
10週齢、7ヶ月齢および1年齢の雄のCol I−Bcl−XLトランスジェニックマウス(K1)と野生型マウスの大腿骨遠心部海綿骨骨量(BV/TV)のX線およびμCTでの解析結果を図16および17に示す。
図16および17より、トランスジェニックマウス(K1)は10週齢、7ヶ月齢、1年齢のすべてにおいて野生型マウスと比較して、有意に骨量が増加していた。また、野生型マウスでは10週齢時の海綿骨骨量は(22±8%)であったが、7ヶ月齢時点(9±6%)で半分以下に減少していた。トランスジェニックマウス(K1)では10週齢時点で、(34±3%)の骨量であり、7ヶ月齢時点で(19±4%)の骨量を示し、骨量の減少度合いは野生型マウスよりも小さかった。
[比較例1]
Bcl−2トランスジェニックマウスの作出とBcl−xLトランスジェニックマウスとの比較
実施例1において、ヒトBcl−xLcDNAの代わりにヒトBcl−2cDNAを用いること以外は実施例1と同様の作出方法で、骨芽細胞特異的Bcl−2トランスジェニックマウスを樹立した。Bcl−2蛋白も抗アポトーシス作用を有し、骨芽細胞におけるその機能と役割を解明するためにBcl−xLとの比較検討を行った。
[比較例2]
ノーザンブロット
実施例5と同様の方法により、Bcl−2トランスジェニックマウスでの遺伝子発現をノーザンブロットにより調べた。結果を図18に示す。
図18左:2系統のBcl−2トランスジェニックマウス(N2、N3)および野生型マウス(WT)におけるBcl−2のmRNA発現の結果を示す。N2を強発現系統のライン、N3を弱発現系統のラインとし、以降のBcl−xLトランスジェニックマウスとの比較は強発現のN2マウスを用いた。
図18右:2系統のBcl−xLトランスジェニックマウス(K1、K2)および野生型マウス(WT)におけるBcl−xLのmRNA発現を調べた結果を示す。
[比較例3]
X線解析
実施例3に記載の方法と同様にして、Bcl−2トランスジェニックマウスの大腿骨遠心部のX線撮影を行った。結果を図19に示す。
図19左:2系統のBcl−2トランスジェニックマウス(N2、N3)および野生型マウス(WT)の10週齢雄大腿骨遠心部のX線像を示す。N2、N3マウスとも野生型マウスと比較して骨幹部領域まで二次海綿骨が認められ、大腿骨全体でみると骨量が増加していたが、成長板直下の一次海綿骨領域においてはむしろ骨量が減少している像を示した。
図19右:2系統のBcl−xLトランスジェニックマウス(K1、K2)および野生型マウス(WT)の10週齢雄大腿骨遠心部のX線像を示す。K1、K2マウスとも野生型マウスと比較して、骨量が増加していた。また、N2、N3マウスと違い、成長板直下においても、骨量が増加していた。
[比較例4]
pQCT解析
実施例8および10に記載の方法と同様にして、Bcl−2トランスジェニックマウスの海綿骨および皮質骨をpQCT解析した。結果を図20に示す。
図20左上段:10週齢雄、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)(黒丸)と野生型マウス(白抜き)の海綿骨および皮質骨の骨密度を解析したグラフを示す。
図20左下段:10週齢雌、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)(黒丸)と野生型マウス(白抜き)の海綿骨および皮質骨の骨密度を解析したグラフを示す。
図20右上段:10週齢雄、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)と野生型マウスの皮質骨横断像を示す。
図20右下段:10週齢雌、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)と野生型マウスの皮質骨横断像を示す。
骨塩量のグラフより、N2マウスは野生型マウスと比較して、海綿骨の骨密度は変わらないが、皮質骨の骨密度が有意に低くなっており、皮質骨横断像においても骨密度の低い黄色の部位(赤−黄色−青−白の順に骨密度が高くなる)が多く認められた。K1マウスは野生型マウスと比較して海綿骨骨密度が有意に増加しており、皮質骨密度は変わらなかった。
[比較例5]
μCTを用いた10週齢雄マウス海綿骨像
実施例9および11に記載の方法と同様にして、10週齢雄の野生型マウス、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の大腿骨遠心部海綿骨と第2腰椎海綿骨をμCTにより解析した。結果を図21に示す。
図21より、N2マウスは野生型マウスと比較して、大腿骨遠心部、第2腰椎とも骨量が少なく細い骨梁を示した。K1マウスは野生型マウスと比較して、大腿骨遠心部、第2腰椎とも骨量が増加している像を示した。
[比較例6]
μCTを用いた10週齢雄大腿骨遠心部海綿骨および皮質骨の解析
実施例11に記載の方法と同様にして、10週齢雄の野生型マウス、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)およびBcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の大腿骨遠心部海綿骨(骨量、連結性、SMI、骨梁数、骨梁幅)および皮質骨(皮質骨幅)をμCTにより解析した。結果を図22に示す。
図22より、K1マウスは海綿骨の骨量、連結性、骨梁数および骨梁幅が有意に増加しているのに対し、N2マウスは野生型マウスと比較して海綿骨骨量が有意に少なく、連結性が悪いというまったく正反対の表現型を示した。
[比較例7]
10週齢雄大腿骨遠心部二次海綿骨領域における形態計測
実施例7に記載の方法と同様にして、10週齢雄、野生型マウス、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)、Bcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の大腿骨遠心部二次海綿骨領域における骨形態を計測した。結果を図23に示す。
図23より、N2マウスは野生型マウスと比較して、骨芽細胞面(Ob.S/BS)および骨芽細胞数(N.Ob/BPm)が有意に増加しているにもかかわらず、骨量(BV/TV)が有意に減少していた。そして、骨形成速度(BFR/BS)や石灰化速度(MAR)は野生型と変わらなかった。すなわち、N2マウスでは野生型マウスに比較して骨芽細胞一個あたりの機能が低下しているものと思われた。また、N2マウスは皮質骨中に非常に多くの骨細胞が存在していた。これに対し、K1マウスでは、骨量(BV/TV)、石灰化面(MS/BS)および骨形成速度(BFR/BS)が増加し、骨芽細胞は正常の機能を保持していた。またN2マウスと異なり、骨細胞密度は正常であった。
[比較例8]
2週齢大腿骨一次海綿骨領域BrdUおよびTUNEL染色像
実施例6に記載の方法と同様にして、野生型マウス(WT)、Bcl−2トランスジェニックマウス(N2)およびBcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の2週齢大腿骨一次海綿骨領域における、BrdUおよびTUNEL染色を行った。結果を図24に示す。
図24より、各パネル内に一次海綿骨領域における全骨芽細胞に対する陽性骨芽細胞の割合(%)を示した。また、TUNEL染色写真には陽性細胞を黒矢印で示した。
図24で示したBrdUおよびTUNELの陽性骨芽細胞の割合をそれぞれのマウスごとに算出し、グラフに示した。結果を図25に示す。図25より、N2およびK1マウスのBrdU染色における陽性骨芽細胞の割合は、野生型マウスに比較して有意に高く、一次海綿骨領域の骨芽細胞の増殖が亢進していることが示された。TUNEL染色ではK1マウスが野生型マウスに比較して有意に低く、アポトーシスが抑制されていることが示された。一方N2マウスでは、アポトーシスの有意な抑制を認めなかった。しかし、N2マウスでも、骨芽細胞の増殖が亢進しているため、アポトーシスの抑制はある程度起こっていると考えられる。しかし、その程度はK1マウスに比較して軽度である。
[比較例9]
皮質骨における様々な組織像の比較
実施例4に記載の方法と同様にして、様々な週齢のトランスジェニックマウス(N2、K1)と野生型マウスの皮質骨を詳細に検討した。結果を図26に示す。図26の上段より、10週齢雄大腿骨遠心部のHE像、10週齢雄大腿骨皮質骨のTUNEL染色、4週齢皮質骨透過電子顕微鏡像(TEM)、10週齢雄大腿骨皮質骨の鍍銀染色像、走査電子顕微鏡(SEM)による、10週齢皮質骨中の骨細胞および骨細胞突起の二次電子像である。
皮質骨の観察により、K1マウスの骨細胞は透過電子顕微鏡像や鍍銀染色で認められるように、若い形態を示していたが、鍍銀染色・走査電子顕微鏡の二次電子像より、野生型と全く変わらない多数の骨細管が認められた。
しかしながら、N2マウスの皮質骨では、大部分の骨細胞が死滅しており(HE)、残存する骨細胞や死滅した骨小腔はTUNEL陽性を示すことからN2マウスの骨細胞はアポトーシスで死滅しているものと考えられ、透過電子顕微鏡像においても凝縮した核が認められた。鍍銀染色および走査電子顕微鏡を用いて骨細管・骨細胞突起を観察すると、野生型マウスと比較して非常に骨細管・骨細胞突起が少ない像が観察され、骨細胞の増加と骨細管・骨細胞突起の減少が骨細胞のアポトーシスの原因として考えられた。
[比較例10]
ノーザンブロッティング
実施例5に記載の方法と同様にして、4週齢の野生型マウスとBcl−2トランスジェニックマウス(N2)、5週齢の野生型マウスとBcl−xLトランスジェニックマウス(K1)の骨芽細胞におけるI型コラーゲン(Type I collagen)、オステオポンチン(osteopontin)およびオステオカルシン(osteocalcin)の発現をノーザンブロッティングにより調べた。結果を図27に示す。
図27より、前記発現レベルは、K1マウスと野生型で同レベルであったが、N2マウスでは野生型マウスと比較してオステオポンチンの発現が強く、オステオカルシンの発現が低下していた。
[比較例11]
in situハイブリダイゼーション
実施例5に記載の方法と同様にして、8週齢野生型マウスの脛骨、8週齢N2マウスの脛骨、10週齢K1マウスの脛骨においてI型コラーゲン、オステオポンチンおよびオステオカルシンの発現をin situハイブリダイゼーションにより調べた。結果を図28に示す。
図28より、K1マウスでは成長板直下や内骨膜におけるこれらの遺伝子の発現パターンは野生型マウスと変わらなかったが、N2マウスでは野生型マウスと比較して成長板直下や内骨膜でのオステオポンチンの発現が強く、オステオカルシンの発現が低下している像が認められた。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited at all by these Examples.
[Example 1]
Production of Bcl-xL transgenic mice
Human Bcl-xL cDNA (provided by Dr. Enomoto, Osaka University) was cloned into the plasmid pUC-CAGGS / Xhol. The plasmid was digested with EcoR I, and the resulting fragment was subcloned into a plasmid pNASSβ containing the mouse type I collagen promoter to obtain a transgenic construct (for pCAGGS-hbcl-xL from Osaka University, Dr. Enomoto). , Oncogene 19: 5736, 2000). A DNA construct linearized with EcoR I and Sal I was microinjected into the pronucleus of a C57BL / 6Cr (Japan SLC) conjugate, which was transferred to a foster mother to create a Bcl-xL transgenic founder. Using the full length Bcl-xL cDNA as a probe, the genotype was examined by Southern blotting.
The transgenic founder was backcrossed with C57BL / 6Cr to produce a Bcl-xL transgenic mouse. When RNA was extracted from each tissue of the obtained transgenic mice by a conventional method and the expression of Bcl-xL was examined by a Northern blotting method, it was confirmed that it was expressed only in osteoblasts and dental ivory cells. It was.
[Example 2]
Establishment of strains with different expression levels from Bcl-xL transgenic mice
RNA was isolated from the femur and tibia of 3 strains of Bcl-xL transgenic mice (4 weeks old) obtained in Example 1 using the RNA extraction kit ISOGEN (NIPPON GENE). In accordance with a conventional method, the expression of Bcl-xL was examined by Northern blot. The results are shown in FIG.
From FIG. 1, it was found that the three lines of transgenic mice (K1, K2 and K3) had an increased expression level of Bcl-xL compared to the wild type mouse (WT). When the expression levels of wild type and transgenic mice were compared using a densitometer, it was revealed that K1 was about 10 times, K2 was about 3 times, and K3 was about 2 times higher. Hereinafter, K1 was classified as a strong expression line, K2 as a medium expression line, and K3 as a weak expression line, and the analysis was advanced.
[Example 3]
X-ray analysis of Bcl-xL transgenic mice
Nembutal (0.75 mg / 10 g body weight) was intraperitoneally injected into 10-week-old Col I-Bcl-XL transgenic mice and wild-type mice, followed by general anesthesia, and then micro-FX1000 (Fuji Film, Inc.). A X-ray image of the whole body image was taken. Further, the mouse was dissected, and the femur and vertebra were collected and fixed with 70% ethanol, and then X-ray photography was performed using micro-FX1000 (Fuji Film, Inc.).
[result]
Fig. 2: Femur X-ray images of 10-week-old female wild-type mouse and Col I-Bcl-XL transgenic mouse
Compared with the wild type, the Col I-Bcl-XL transgenic mouse has increased bone mass in the secondary cancellous bone region in proportion to its expression level, and even the weakest expression line (K3) is different from the wild type. The amount of bone in the secondary cancellous bone region is large compared.
FIG. 3 (A): 10-week-old male X-ray image (whole body) wild type (left) and Col I-Bcl-XL transgenic mouse strong expression line (right)
(B): 10-week-old female X-ray image (femur) wild type (left) and Col I-Bcl-XL transgenic mouse strong expression line (right)
(C): 10-week-old male X-ray image (vertebra) wild type (left) and Col I-Bcl-XL transgenic mouse strong expression line (right)
Compared to the wild type, Col I-Bcl-XL transgenic mice have increased secondary cancellous bone and vertebral secondary cancellous bone.
[Example 4]
Analysis of Bcl-xL transgenic mice
10-week-old, 7-month-old and 1-year-old Col I-Bcl-XL transgenic mice and wild-type mice were used. After general anesthesia with Nembutal (0.75 mg / 10 g body weight), perfusion fixation was performed with 4% paraformaldehyde. The femur was collected, fixed by osmotic fixation at 4 ° C. overnight with the same fixing solution, washed with 0.01 M PBS, and decalcified with a 10% EDTA solution for about 1 week. After the decalcification, a paraffin block was prepared according to a conventional method. The block was sliced at 3 μm and stained with hematoxylin-eosin (HE).
[result]
As shown in FIG. 4, in the Col I-Bcl-XL transgenic mouse, many secondary cancellous bones are observed in the distal femoral region and many secondary cancellous bones are also observed in the diaphysis. And most secondary cancellous bone has been absorbed in the 1-year-old wild-type mouse, but in the Col I-Bcl-XL transgenic mouse, many secondary cancellous bones are observed even at the age of 1.
Next, various tissue images in cortical bone were compared. Cortical bones of 4- and 10-week-old Bcl-XL transgenic mice (K1) and wild-type mice were stained with HE, TUNEL, transmission electron microscope (TEM), silver-stained, and scanning electron microscope (SEM). It was examined in detail by observation.
[result]
FIG. 5 shows, from the top, a HE image of a 10-week-old male femoral distal part, a TUNEL staining of a 10-week-old male femoral cortical bone, a 4-week-old cortical bone transmission electron microscope image (TEM), and a 10-week-old male femoral bone It is a silver-stained image of cortical bone, and secondary electron images of bone cells and bone cell processes in 10-week-old cortical bone by a scanning electron microscope (SEM). The bone cells of the transgenic mouse (K1) showed a young form (the cytoplasm was more abundant compared to the wild type) as observed by transmission electron microscopic images and silver staining. A number of bone tubules and bone cell processes that are completely the same as the wild type were observed from secondary electron images of silver stained and scanning electron microscopes (generally when bone cells are young, bone tubules and bone cell processes decrease) ).
[Example 5]
Northern blotting
Total RNA was extracted from femurs of 5-week-old Col I-Bcl-XL transgenic mice and wild type mice. The femur frozen with liquid nitrogen was homogenized in 1 ml of ISOGEN (NIPPON GENE) and left at room temperature for 5 minutes. Then, 200 μl of chloroform was added, and the mixture was inverted and left at room temperature for 3 minutes. After cooling at 4 ° C. and centrifuging at 15,000 × g for 15 minutes, the aqueous layer (upper layer) was extracted, 500 μl of isopropanol was added, and the mixture was allowed to stand at room temperature for 10 minutes. After cooling at 4 ° C. and centrifuging at 15,000 × g for 15 minutes, the supernatant was removed and suspended in DEPC water. After adding phenol and centrifuging at 15,000 × g for 5 minutes, the upper layer was extracted, sodium acetate and 100% ethanol were added, and the mixture was centrifuged at 15,000 × g for 20 minutes. After removing the supernatant, the RNA precipitate was suspended in DEPC water. 20 μg of total RNA was denatured with formamide, electrophoresed on a 1.0% agarose gel, and blotted on a nylon membrane. The membrane is made of pro-α1 (1) collagen, osteopontin, osteocalcin 32 Complementary strand binding was carried out with a cDNA probe labeled with P.
From FIG. 6, as a result of examining the expression of the differentiation marker gene of osteoblasts in the Col I-Bcl-XL transgenic mouse and the wild type mouse, the Col I-Bcl-XL transgenic mouse was compared with the wild type mouse. The expression levels of type I collagen, osteopontin and osteocalcin remained almost unchanged.
in situ hybridization
After deparaffinization, the sections were washed with 0.01 M PBS, prefixed with 4% PFA solution, washed with 0.1 M PB, and treated with 8 μg / ml protease K (Roche Diagnostics) at 37 ° C. for 15 minutes. Post-fixation was performed with 4% PFA solution. The acetylation process was performed for 10 minutes with 0.1M triethanolamine containing 0.25% acetic anhydride, washed with 0.1M PB, dehydrated with ethanol, and dried. Thereafter, hybridization was performed at 50 ° C. for 16 hours using a probe diluted to 1 ng / ml with a hybridization solution. After hybridization, the membrane was washed in 50% formamide solution containing 2 × standard sodium citrate solution (hereinafter abbreviated as SSC) at 52 ° C. for 30 minutes, and treated with 18 μg / ml RNase A (Roche Diagnostics) at 37 ° C. for 30 minutes. . Washing at 52 ° C. for 20 minutes was repeated twice with 2 × SSC, and washing was performed at 0.2 ° SSC for 20 minutes at 52 ° C. After blocking with Blocking Reagent (Roche Diagnostics) for 1 hour at room temperature, the mixture was reacted with an alkaline phosphatase-labeled anti-digoxigenin antibody (Roche Diagnostics) for 45 minutes at room temperature. After washing, a color reaction was carried out for about 0.5-2 hours using 4-nitroblue tetrazolium chloride (NBT) and 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate (BCIP) (Roche Diagnostics) as substrates. Was detected. After completion of the detection reaction, it was washed with water and sealed with a water-soluble mounting medium crystal mount (biomeda corp. Foster City, CA).
[result]
In order to examine the differentiation stage of osteoblasts in Col I-Bcl-XL transgenic mice, the tibia at the age of 10 weeks was used, type I collagen gene (Col (I)), which is a marker gene for osteoblast differentiation, osteopontin Expression patterns of the gene (OP) and the osteocalcin gene (OC) were examined by in situ hybridization. As shown in FIG. 7, in wild-type mice, type I collagen was expressed in osteoblasts at various stages of differentiation. Osteopontin was mainly expressed in immature osteoblasts, and osteoblasts mainly present in cancellous bone were stained. Osteocalcin was expressed mainly in mature osteoblasts present in the cortical bone endometrium. Since the Col I-Bcl-XL transgenic mice have no change in the expression regions and expression levels of type I collagen, osteopontin, and osteocalcin compared to the wild type mice, the bones in the Col I-Bcl-XL transgenic mice The blasts were shown to be normally differentiated.
[Example 6]
BrdU
BrdU (Nacalai Tesque, Kyoto, Japan) 100 μg / g was intraperitoneally administered to 2-week-old Col I-Bcl-XL transgenic mice and wild-type mice, and 1 hour later, whole body in Nembutal (0.75 mg / 10 g body weight) After anesthesia, physiological saline containing 5 units / ml heparin was injected into the left ventricle, and perfusion fixation was performed with 4% PFA. According to the above, a femur section was prepared, and BrdU staining was performed using a BrdU Staining Kit (Zymed Laboratories, South San Francisco, USA). That is, the section was deparaffinized with xylene and washed with ethanol. The sections were immersed in Peroxidase quenching solution for 10 minutes to inhibit endogenous peroxidase activity, and then washed with PBS. Proteolytic treatment with 0.0625% trypsin at 37 ° C for 5 minutes, after exposing DNA, adding Denaturing solution dropwise, incubating at room temperature for 20 minutes, denaturing, dropping Blocking solution, blocking for 10 minutes at room temperature It was. After treatment with biotinylated anti-BrdU Reagent for 60 minutes at room temperature and washing with PBS, Streptavidin-peroxidase Reagent was added dropwise and incubated at room temperature for 10 minutes, followed by DAB staining. After the color development reaction, hematoxylin staining was performed as a counterstaining.
As shown in FIG. 8, the Col I-Bcl-XL transgenic mice showed a significant increase in BrdU incorporation in osteoblasts in the primary cancellous bone region as compared to the wild-type mice.
TUNEL
A femoral slice was prepared from 2-week-old Col I-Bcl-XL transgenic mice and wild-type mice as described above, and subjected to terminal deoxynucleotidyltransferase-mediated dUTP-digoxigeninned nick labeling (TUNEL) staining. For TUNEL staining, an ApopTag® system (Intergen, NY, USA) was used. That is, the sections were deparaffinized with xylene, washed with ethanol, and then washed with phosphate buffered saline (PBS). Proteinase K (20 μg / ml) was added, incubated at room temperature for 15 minutes to expose the DNA, washed with distilled water, and then washed with 3% H 2 O 2 / In PBS for 5 minutes at room temperature, endogenous peroxidase activity was inhibited. After washing with PBS, Equilibration Buffer was added dropwise to the sections and incubated at room temperature for 10 minutes, TdT / digoxigenin-labeled dUTP was added, and the mixture was allowed to react at 37 ° C. for 1 hour. The sections were immersed in a stop / wash buffer for 30 minutes at room temperature, the reaction was stopped, washed with PBS, an Antidigigenin peroxidase-labeled antibody was added dropwise, and the mixture was incubated for 30 minutes at room temperature. After washing with PBS, color was developed with a diaminebenzoline (DAB) solution. After the color development reaction, as a counterstain, methylgreen staining and toluidine blue staining were performed to count TUNEL positive osteoblasts.
FIG. 9 shows that a significant decrease in apoptosis-positive cells was observed in osteoblasts in the primary cancellous bone region of the Col I-Bcl-XL transgenic mice compared to the wild-type mice (TUNEL-positive osteoblasts, (Indicated by arrows in the figure).
[Example 7]
Bone morphometry
Static bone morphometry was performed using 10-week-old male Col I-Bcl-XL transgenic mice and wild-type mice. In order to perform dynamic bone morphometry, calcein (0.16 mg / 10 g body weight) was injected into a 10-week-old mouse twice intraperitoneally at intervals of 4 days and sacrificed the next day. . The femur was removed, fixed with 70% ethanol, and embedded with glycol methacrylate. A longitudinal section having a thickness of 7 μm was prepared from the distal part of the femur, and after toluidine blue staining, bone morphology was measured using Bone Histomorphometric System, (System Supply, Nagano, Japan).
From FIG. 10, as a result of comparing a 10-week-old male Col I-Bcl-XL transgenic mouse with a wild-type mouse, only a bone mass (BV / TV) was found to be significantly different in static parameters. There was no significant difference in the parameters. Regarding the dynamic parameters such as bone mineralization rate, bone formation rate, bone mineralization surface / bone surface, Col I-Bcl-XL transgenic mice were not significantly different from wild type mice, but bone mineralization surface / There was a tendency for the two parameters of bone surface and bone formation rate to be higher than those of the wild type.
[Example 8]
Analysis of femoral shaft cortical bone by pQCT
After 10 weeks of age, male Col I-Bcl-XL transgenic mice and wild-type mice were intraperitoneally injected with Nembutal (0.75 mg / 10 g body weight) and then subjected to general anesthesia, and then the femur was collected and 70% EtOH It was fixed using. The collected femur was subjected to pQCT analysis using a pQCT bone densitometer for animal research XCT Research SA + (Stratec Medintechnik GmbH, Pforzheim, Germany). The cancellous bone parameters were measured continuously from the distal femur growth plate toward the diaphysis at 0.19 mm intervals, and the cortical bone parameters were measured at the femoral diaphysis. Measurement was performed with a slice thickness of 0.46 mm and a voxel size of 0.08 mm.
As shown in FIG. 11, the Col I-Bcl-XL transgenic mice showed no significant difference in all parameters of cortical bone mineral density, cortical bone average thickness, cortical bone density, and XSSI, compared to wild type mice. Moreover, even if the pQCT images of the femoral distal cortical bone were compared, the properties of the cortical bone of the transgenic mouse and the wild type mouse were not changed at all.
[Example 9]
Analysis of femoral shaft cortical bone by μCT
After 10 weeks old female Col I-Bcl-XL transgenic mice (K1, K2, K3) and wild type mice were intraperitoneally injected with Nembutal (0.75 mg / 10 g body weight), general anesthesia was performed. Femurs were collected and fixed with 70% EtOH. Volume data of one slice is acquired from the femoral shaft using a micro-CT (Scanco Medical) with a 50 kV, 0.1 mA X-ray beam with a beam width of 20 μm and a slice interval of 12 μm. did. Then, a three-dimensional image processing program (TRI / 3D-Bone, Ratoc System Engineering) was used to extract cortical bone images and analyze bone parameters.
From FIG. 12, cortical bone area and cortical bone with respect to the bone area of the femoral diaphysis cortical bone for three 10-week-old female Col I-Bcl-XL transgenic mice (K1, K2, K3) and wild type mice As a result of examining the width, the Col I-Bcl-XL transgenic mouse was not significantly different from the wild type. Furthermore, no significant difference was observed between the three Col I-Bcl-XL transgenic mouse lines (K1, K2, K3) having different expression levels.
[Example 10]
Analysis of cancellous bone in the distal femur by pQCT
Ten week-old female Col I-Bcl-XL transgenic mice and wild-type mice were intraperitoneally injected with Nembutal (0.75 mg / 10 g body weight) and then subjected to general anesthesia, and then the femur was collected and 70% ethanol was collected. It was fixed using. The collected femur was subjected to pQCT analysis using a pQCT bone density measuring apparatus XCT Research SA + (Stratec Meditechntech GmbH, Pforzheim, Germany) for animal research. The cancellous bone parameters were continuously measured from the distal femur growth plate toward the diaphysis at 0.19 mm intervals. Measurement was performed with a slice thickness of 0.46 mm and a voxel size of 0.08 mm.
From FIG. 13, it was confirmed that the bone density of the femoral distal cancellous bone was significantly higher in the Col I-Bcl-XL transgenic mouse than in the wild type mouse.
[Example 11]
Analysis of distal cancellous bone of the femur by μCT
After 10 weeks old female Col I-Bcl-XL transgenic mice (K1, K2, K3) and wild type mice were intraperitoneally injected with Nembutal (0.75 mg / 10 g body weight), general anesthesia was performed. The femur and second lumbar vertebra were harvested and fixed with 70% EtOH. Volume data of 200 slices is acquired from directly under the centrifuge growth plate with a beam width of 20 μm and a slice interval of 12 μm using a 50 kV, 0.1 mA X-ray beam from the collected femur using a micro CT (Scanco Medical). did. Then, the image extraction of the cancellous bone part and the analysis of the bone parameters were performed with a three-dimensional image processing program (TRI / 3D-Bone, Ratok System Engineering). Similarly, images of the cancellous bone part were extracted from the collected second lumbar spine using micro CT.
From FIG. 14, the Col I-Bcl-XL transgenic mice showed significant differences in the bone mass, the number of trabeculae, and the distance between trabeculae, as compared with the wild type mice in all three strains. Although there was no significant difference in trabecular width, the tendency of the Col I-Bcl-XL transgenic mice to be greater than that of the wild type was observed. Regarding the connectivity related to bone strength and SMI, Col I-Bcl-XL transgenic mice were significantly different from wild-type mice.
From FIG. 15, the transgenic mouse (K1) also had increased femoral cancellous bone and vertebral cancellous bone as compared to the wild-type mouse.
X-ray and μCT of 10-week-old, 7-month-old and 1-year-old male Col I-Bcl-XL transgenic mice (K1) and wild-type mice cancellous cancellous bone (BV / TV) The analysis results are shown in FIGS.
16 and 17, the transgenic mouse (K1) showed a significant increase in bone mass in all of 10-week-old, 7-month-old, and 1-year compared with the wild-type mouse. In wild-type mice, the amount of cancellous bone at the age of 10 weeks was (22 ± 8%), but decreased to half or less at the age of 7 months (9 ± 6%). In the transgenic mouse (K1), the bone mass was (34 ± 3%) at the age of 10 weeks, and the bone mass was (19 ± 4%) at the age of 7 months. It was smaller than the mouse.
[Comparative Example 1]
Generation of Bcl-2 transgenic mice and comparison with Bcl-xL transgenic mice
In Example 1, osteoblast-specific Bcl-2 transgenic mice were established by the same production method as in Example 1 except that human Bcl-2 cDNA was used instead of human Bcl-xL cDNA. Bcl-2 protein also has an anti-apoptotic effect, and was compared with Bcl-xL to elucidate its function and role in osteoblasts.
[Comparative Example 2]
Northern blot
In the same manner as in Example 5, gene expression in Bcl-2 transgenic mice was examined by Northern blot. The results are shown in FIG.
FIG. 18 left: shows the results of Bcl-2 mRNA expression in two strains of Bcl-2 transgenic mice (N2, N3) and wild type mice (WT). N2 was a line of a strong expression line, N3 was a line of a weak expression line, and a subsequent Ncl mouse with high expression was used for comparison with the Bcl-xL transgenic mouse.
FIG. 18 right: shows the results of examining Bcl-xL mRNA expression in two strains of Bcl-xL transgenic mice (K1, K2) and wild type mice (WT).
[Comparative Example 3]
X-ray analysis
In the same manner as described in Example 3, X-ray imaging was performed on the distal femur of a Bcl-2 transgenic mouse. The results are shown in FIG.
FIG. 19 left: X-ray images of the 10-week-old male femur centrifuge part of two strains of Bcl-2 transgenic mice (N2, N3) and wild type mice (WT) are shown. In both N2 and N3 mice, secondary cancellous bone was observed up to the diaphyseal region compared to wild-type mice, and the bone mass increased in the entire femur, but in the primary cancellous bone region just below the growth plate, An image of bone loss was shown.
FIG. 19 right: X-ray images of the 10-week-old male femur centrifuge part of two strains of Bcl-xL transgenic mice (K1, K2) and wild type mice (WT) are shown. Both the K1 and K2 mice had increased bone mass compared to the wild type mice. In addition, unlike the N2 and N3 mice, the bone mass was increased just below the growth plate.
[Comparative Example 4]
pQCT analysis
In the same manner as described in Examples 8 and 10, cancellous bone and cortical bone of Bcl-2 transgenic mice were analyzed by pQCT. The results are shown in FIG.
FIG. 20 upper left: shows a graph analyzing the bone density of cancellous bone and cortical bone of 10-week-old male, Bcl-2 transgenic mouse (N2) (black circle) and wild-type mouse (white).
FIG. 20 bottom left: shows a graph analyzing the bone density of cancellous bone and cortical bone of 10-week-old female, Bcl-xL transgenic mouse (K1) (black circle) and wild-type mouse (white).
FIG. 20 (upper right): shows cortical bone cross-sectional images of 10-week-old male, Bcl-2 transgenic mouse (N2) and wild-type mouse.
FIG. 20, lower right panel: shows cortical bone cross-sectional images of 10-week-old female, Bcl-xL transgenic mouse (K1) and wild-type mouse.
From the bone mineral density graph, N2 mice have no change in cancellous bone density compared to wild-type mice, but cortical bone density is significantly lower. Many low yellow sites (the bone density increased in the order of red-yellow-blue-white) were observed. K1 mice had significantly increased cancellous bone density compared to wild-type mice, and cortical bone density did not change.
[Comparative Example 5]
10-week-old male mouse cancellous bone image using μCT
In the same manner as described in Examples 9 and 11, the cancellous bone of the femur of 10-week-old male wild-type mouse, Bcl-2 transgenic mouse (N2), and Bcl-xL transgenic mouse (K1) The second lumbar cancellous bone was analyzed by μCT. The results are shown in FIG.
From FIG. 21, the N2 mouse showed a thin trabecular bone with less bone mass in both the femoral distal part and the second lumbar vertebra compared with the wild type mouse. The K1 mouse showed an image in which the bone mass increased in both the femoral distal part and the second lumbar vertebra compared with the wild type mouse.
[Comparative Example 6]
Analysis of 10-week-old male femoral distal cancellous bone and cortical bone using μCT
In the same manner as described in Example 11, the femoral distal cancellous bone (bone mass) of 10-week-old male wild-type mice, Bcl-2 transgenic mice (N2) and Bcl-xL transgenic mice (K1) , Connectivity, SMI, trabecular number, trabecular width) and cortical bone (cortical bone width) were analyzed by μCT. The results are shown in FIG.
FIG. 22 shows that K1 mice have significantly increased cancellous bone mass, connectivity, trabecular number, and trabecular width, while N2 mice have significantly more cancellous bone mass compared to wild-type mice. The phenotype was quite the opposite, with poor connectivity.
[Comparative Example 7]
Morphometry in the secondary cancellous bone region of the 10-week-old male femur
Similar to the method described in Example 7, the secondary cancellous bone region of the femur of 10-week-old male, wild-type mouse, Bcl-2 transgenic mouse (N2), Bcl-xL transgenic mouse (K1) Bone morphology was measured. The results are shown in FIG.
FIG. 23 shows that although N2 mice have significantly increased osteoblast surface (Ob.S / BS) and osteoblast number (N.Ob / BPm) compared to wild-type mice, Bone mass (BV / TV) was significantly reduced. The bone formation rate (BFR / BS) and calcification rate (MAR) were not different from the wild type. That is, it was considered that the function per osteoblast cell was reduced in the N2 mouse compared to the wild type mouse. N2 mice had a large number of bone cells in cortical bone. In contrast, in the K1 mouse, bone mass (BV / TV), calcified surface (MS / BS) and bone formation rate (BFR / BS) increased, and osteoblasts maintained normal functions. Unlike N2 mice, the bone cell density was normal.
[Comparative Example 8]
2-week-old femoral primary cancellous bone area BrdU and TUNEL stained images
In the same manner as described in Example 6, in the 2-week-old femoral primary cancellous bone region of wild-type mice (WT), Bcl-2 transgenic mice (N2) and Bcl-xL transgenic mice (K1), BrdU and TUNEL staining was performed. The results are shown in FIG.
From FIG. 24, the ratio (%) of positive osteoblasts to total osteoblasts in the primary cancellous bone region is shown in each panel. Further, positive cells are indicated by black arrows in the TUNEL-stained photograph.
The ratio of BrdU and TUNEL positive osteoblasts shown in FIG. 24 was calculated for each mouse and shown in the graph. The results are shown in FIG. FIG. 25 shows that the percentage of positive osteoblasts in BrdU staining of N2 and K1 mice is significantly higher than that of wild-type mice, indicating that proliferation of osteoblasts in the primary cancellous bone region is enhanced. It was. In TUNEL staining, K1 mice were significantly lower than wild-type mice, indicating that apoptosis was suppressed. On the other hand, no significant inhibition of apoptosis was observed in N2 mice. However, even in N2 mice, the proliferation of osteoblasts is promoted, and thus apoptosis is considered to be suppressed to some extent. However, the degree is mild compared to K1 mice.
[Comparative Example 9]
Comparison of various histological features in cortical bone
In the same manner as described in Example 4, the cortical bones of various-week-old transgenic mice (N2, K1) and wild-type mice were examined in detail. The results are shown in FIG. From the upper part of FIG. 26, HE image of 10-week-old male femoral distal part, TUNEL staining of 10-week-old male femoral cortical bone, 4-week-old cortical bone transmission electron microscope image (TEM), 10-week-old male femoral cortex It is a silver-stained image of bone and a secondary electron image of bone cells and bone cell processes in 10-week-old cortical bone by scanning electron microscope (SEM).
Cortical bone observation showed that the bone cells of K1 mice showed a young form as seen in transmission electron microscopic images and silver halide staining. Many bone tubules were found that were completely the same.
However, in the cortical bone of the N2 mouse, most bone cells are dead (HE), and the remaining bone cells and the dead bone cavities are TUNEL positive, so the bone cells of the N2 mouse die by apoptosis. Condensed nuclei were also observed in the transmission electron microscope image. When observing bone tubules and bone cell processes using silver halide staining and scanning electron microscopy, an image with very few bone tubules and bone cell processes compared to wild-type mice is observed. Reduction of bone cell processes was thought to be the cause of bone cell apoptosis.
[Comparative Example 10]
Northern blotting
In the same manner as described in Example 5, osteoblasts of 4-week-old wild-type mice and Bcl-2 transgenic mice (N2), 5-week-old wild-type mice and Bcl-xL transgenic mice (K1) Expression of type I collagen, osteopontin and osteocalcin in cells was examined by Northern blotting. The results are shown in FIG.
From FIG. 27, the expression level was the same in the K1 mouse and the wild type, but in the N2 mouse, the expression of osteopontin was stronger and the expression of osteocalcin was lower than in the wild type mouse.
[Comparative Example 11]
in situ hybridization
In the same manner as described in Example 5, expression of type I collagen, osteopontin and osteocalcin in the tibia of 8-week-old wild-type mice, tibia of 8-week-old N2 mice, and tibia of 10-week-old K1 mice was in situ high. Investigated by hybridization. The results are shown in FIG.
From FIG. 28, the expression pattern of these genes in the K1 mouse directly under the growth plate and in the periosteum was not different from that in the wild type mouse. There was a strong expression and a decrease in osteocalcin expression.

本発明によれば、骨疾患の解明およびそれに対する治療剤の開発に適するトランスジェニック動物が提供される。当該動物を用いるスクリーニング方法は、Bcl−xLの発現系に特異的に作用し、副作用の少ない薬剤の開発に貢献することができる。
本出願は、日本で出願された特願2006−138287(出願日:2006年5月17日)を基礎としており、その内容は本明細書に全て包含されるものである。
[配列表]
According to the present invention, a transgenic animal suitable for elucidation of bone diseases and development of therapeutic agents therefor is provided. The screening method using the animal can contribute to the development of a drug that acts specifically on the Bcl-xL expression system and has few side effects.
This application is based on Japanese Patent Application No. 2006-138287 filed in Japan (filing date: May 17, 2006), the contents of which are incorporated in full herein.
[Sequence Listing]

Claims (23)

Bcl-xLをコードする遺伝子が骨芽細胞特異的プロモーターの下流に作動可能に連結されている遺伝子を含有してなる骨量および骨強度増加剤。   A bone mass and bone strength increasing agent comprising a gene in which a gene encoding Bcl-xL is operably linked downstream of an osteoblast-specific promoter. 前記プロモーターがI型コラーゲンプロモーターである請求項1記載の増加剤。   The increasing agent according to claim 1, wherein the promoter is a type I collagen promoter. 発現ベクターである請求項1または2に記載の増加剤。   The increasing agent according to claim 1 or 2, which is an expression vector. 骨芽細胞特異的プロモーターおよびBcl-xLをコードする遺伝子を含む発現ベクターを導入してなるトランスジェニック非ヒト動物。   A transgenic non-human animal into which an expression vector containing a gene encoding an osteoblast-specific promoter and Bcl-xL is introduced. 前記プロモーターがI型コラーゲンプロモーターである請求項4に記載の非ヒト動物。   The non-human animal according to claim 4, wherein the promoter is a type I collagen promoter. 同種野生型動物に比べて骨量および骨強度が増加している請求項4または5に記載の非ヒト動物。   The non-human animal according to claim 4 or 5, wherein the bone mass and the bone strength are increased as compared to a wild-type animal of the same species. 骨芽細胞における前記Bcl-xLの発現が同種野生型動物に比べて2倍前後に増加している請求項4〜6いずれか1項に記載の非ヒト動物。   The non-human animal according to any one of claims 4 to 6, wherein the expression of the Bcl-xL in osteoblasts is increased by a factor of about 2 compared to that of allogeneic wild type animals. 骨芽細胞における前記Bcl-xLの発現が同種野生型動物に比べて3〜5倍に増加している請求項4〜6いずれか1項に記載の非ヒト動物。   The non-human animal according to any one of claims 4 to 6, wherein the expression of the Bcl-xL in osteoblasts is increased 3 to 5 times as compared with the allogeneic wild type animal. 骨芽細胞における前記Bcl-xLの発現が同種野生型動物に比べて10倍前後に増加している請求項4〜6いずれか1項に記載の非ヒト動物。   The non-human animal according to any one of claims 4 to 6, wherein the expression of the Bcl-xL in osteoblasts is increased by about 10 times as compared with that of a wild-type animal. 前記動物が実験動物または家畜である請求項4〜9いずれか1項に記載の非ヒト動物。   The non-human animal according to any one of claims 4 to 9, wherein the animal is a laboratory animal or a domestic animal. 前記実験動物がマウスである請求項10に記載の非ヒト動物。   The non-human animal according to claim 10, wherein the experimental animal is a mouse. 前記動物が成体であり、同種野生型動物の成体に対して、海綿骨骨梁の数の増加、海綿骨骨梁間距離の減少、海綿骨の連結性の増加、および海綿骨のストラクチャーモデルインデックスの変化からなる計測パラメータ群より選ばれる少なくとも1種のパラメータが有意差を有する、請求項4〜11いずれか1項に記載の非ヒト動物。   The animal is an adult, and compared to adult wild-type animals, the number of cancellous trabeculae, the distance between cancellous trabeculae, the increased connectivity of cancellous bone, and the structure model index of cancellous bone The non-human animal according to any one of claims 4 to 11, wherein at least one parameter selected from a measurement parameter group consisting of a change has a significant difference. 骨量および骨強度が増加した状態のモデルとして使用される請求項4〜12いずれか1項に記載の非ヒト動物。   The non-human animal according to any one of claims 4 to 12, which is used as a model in a state in which bone mass and bone strength are increased. 骨粗鬆症の予防または治療のモデルとして使用される請求項4〜12いずれか1項に記載の非ヒト動物。   The non-human animal according to any one of claims 4 to 12, which is used as a model for prevention or treatment of osteoporosis. 請求項4〜14いずれか1項に記載の非ヒト動物の子孫動物であって、骨芽細胞特異的プロモーター及びBcl-xL遺伝子を含む発現ベクターが導入されている子孫動物A progeny animal of the non-human animal according to any one of claims 4 to 14 , wherein an expression vector containing an osteoblast specific promoter and a Bcl-xL gene is introduced . 請求項4〜15いずれか1項に記載の非ヒト動物を同種の他の疾患モデルと交配して得られる、骨芽細胞特異的プロモーター及びBcl-xl遺伝子を含む発現ベクターが導入されている骨疾患モデル動物。   A bone into which an expression vector containing an osteoblast-specific promoter and a Bcl-xl gene, which is obtained by crossing the non-human animal according to any one of claims 4 to 15 with another disease model of the same species, is introduced. Disease model animal. 前記骨疾患が骨粗鬆症、骨芽細胞のアポトーシスの亢進を来す疾患、骨芽細胞の増殖亢進を来す疾患または早期に老化を来す疾患である請求項16に記載のモデル動物。   The model animal according to claim 16, wherein the bone disease is osteoporosis, a disease that causes increased apoptosis of osteoblasts, a disease that causes increased proliferation of osteoblasts, or a disease that causes aging at an early stage. 請求項4〜15いずれか1項に記載の非ヒト動物または請求項16もしくは17に記載のモデル動物から得られる組織または細胞。   A tissue or cell obtained from the non-human animal according to any one of claims 4 to 15 or the model animal according to claim 16 or 17. 請求項4〜15いずれか1項に記載の非ヒト動物または請求項16もしくは17に記載のモデル動物を用いることを特徴とする、骨量および/または骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法。   A screening method for a substance that increases bone mass and / or bone strength, comprising using the non-human animal according to any one of claims 4 to 15 or the model animal according to claim 16 or 17. 下記工程:
(a)請求項4〜15いずれか1項に記載の非ヒト動物または請求項16もしくは17に記載のモデル動物に被験物質を投与する工程、
(b)前記被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度と比較する工程、ならびに
(c)前記比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を増強させる被験物質を選択する工程
を含む、骨量および/または骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法。
The following process:
(A) administering a test substance to the non-human animal according to any one of claims 4 to 15 or the model animal according to claim 16 or 17,
(B) examining the bone mass and bone strength in an animal to which the test substance is administered and comparing the bone mass and bone strength in an animal to which the test substance is not administered; and (c) based on the comparison result, A method for screening a substance that increases bone mass and / or bone strength, comprising a step of selecting a test substance that increases bone strength.
下記工程:
(a)請求項4〜15いずれか1項に記載の非ヒト動物または請求項16もしくは17に記載のモデル動物に被験物質を投与する工程、
(b)前記被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度と比較する工程、ならびに
(c)工程(b)の比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を低下させる被験物質を選択する工程
を含む、骨量および/または骨強度を低下させる物質のスクリーニング方法。
The following process:
(A) administering a test substance to the non-human animal according to any one of claims 4 to 15 or the model animal according to claim 16 or 17,
(B) examining the bone mass and bone strength in an animal administered with the test substance, comparing with the bone mass and bone strength in an animal not administered with the test substance, and (c) based on the comparison result of step (b) A method for screening a substance that decreases bone mass and / or bone strength, comprising a step of selecting a test substance that decreases bone mass and / or bone strength.
下記工程:
(a)請求項4〜15いずれか1項に記載の非ヒト動物または請求項16もしくは17に記載のモデル動物に被験物質を投与する工程、
(b)前記被験物質を投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質を投与しない動物における骨量および骨強度と比較する工程、
(c)工程(b)の比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を低下させる被験物質を選択する工程、
(d)工程(a)で用いた動物に、工程(c)で選択された被験物質と当該被験物質に対するアンタゴニスト候補物質とを投与する工程、
(e)工程(d)で被験物質とアンタゴニスト候補物質とを投与した動物における骨量および骨強度を調べ、被験物質のみを投与した動物における骨量および骨強度と比較する工程、ならびに
(f)工程(e)の比較結果に基づいて、骨量および/または骨強度を増強させるアンタゴニスト候補物質を選択する工程
を含む、骨量および/または骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法。
The following process:
(A) administering a test substance to the non-human animal according to any one of claims 4 to 15 or the model animal according to claim 16 or 17,
(B) examining the bone mass and bone strength in an animal administered with the test substance, and comparing the bone mass and bone strength in an animal not administered with the test substance;
(C) selecting a test substance that reduces bone mass and / or bone strength based on the comparison result of step (b),
(D) a step of administering to the animal used in step (a) the test substance selected in step (c) and an antagonist candidate substance for the test substance;
(E) examining the bone mass and bone strength in the animal administered the test substance and the antagonist candidate substance in step (d), and comparing the bone mass and bone strength in the animal administered with the test substance alone; and (f) A screening method for a substance that increases bone mass and / or bone strength, comprising selecting an antagonist candidate substance that enhances bone mass and / or bone strength based on the comparison result of step (e).
下記工程:
(a)骨芽細胞と被験物質とを接触させる工程、
(b)前記被験物質を接触させた骨芽細胞におけるBcl-xLの発現量を調べ、被験物質を接触させない骨芽細胞における発現量と比較する工程、および
(c)前記比較結果に基づいて、Bcl-xLの発現を増加させる被験物質を選択する工程
を含む、Bcl-xLの発現増加を介した骨量および/または骨強度を増加させる物質のスクリーニング方法
The following process:
(A) contacting osteoblasts with a test substance;
(B) examining the expression level of Bcl-xL in osteoblasts contacted with the test substance, comparing with the expression level in osteoblasts not contacted with the test substance, and (c) based on the comparison result, A method for screening a substance that increases bone mass and / or bone strength through increased expression of Bcl-xL, comprising a step of selecting a test substance that increases the expression of Bcl-xL .
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