JP5827322B2 - 癌の治療方法 - Google Patents

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Description

本発明は、生物医学の分野に関し、特に抗癌剤を開発するための新たな治療標的の開示による癌治療に関する。これらの薬物は選択性及び効能が高いため、癌患者の現在の治療の改善に貢献する。癌細胞の核にタンパク質COMMD1が発現及び蓄積させることによって癌を処置する方法を記載する。HARIKPTFRRLKWKYKGKFWペプチドの一次構造に導入された化学修飾により、このペプチドのインビトロ及びインビボにおけるタンパク質COMMD1の核局在化及び抗腫瘍活性が増加する。
癌治療の大きな進歩にも関わらず、腫瘍細胞による既存の抗癌剤に対する抵抗性が発達するため、新規の作用機序を有する新たな抗癌剤の開発に大きな関心がある。ペプチドは、重要な生物学的機能の媒介物質としての役割、さらに特に魅力的な治療薬とするその独特の固有特性のため、今なお新たな治療薬として大きな関心が寄せられている。ペプチドは、低毒性と高特異性に関連した高い生物活動を示す。これらの特徴から生じる利点として、所望の標的に結合する高特異性により、有害な薬物間相互作用を最小限にすることや、組織の蓄積が減少し、中間代謝産物による合併症の危険性が低減されることが報告されている(Vliegheら、2010、Drug Discovery Today、15:40〜56)。現在、癌の発育に重要な生体機能を有する特定の標的タンパク質に結合する選択性のあるペプチド及び/又は低分子を使用する抗癌治療がある。最初のシナリオでは、これらの治療は、特定のタンパク質機能を阻害し、癌細胞のアポトーシスを引き起こすことを目的とすることができ、例えば、熱ショックタンパク質(HSP)の阻害剤(Subbaraoら、2004、Pharmacology&Therapeutics、101:227〜257)、チロシンキナーゼ阻害剤(Garridoら、2007、Rev Med Chil、10:1327〜1332)がある。ほとんどの状況では、これらのタンパク質は、正常組織と比較すると、悪性プロセスにおいて異常であると考えられる。
第2のシナリオでは、薬物は、正常組織と比較して悪性プロセスにおいて異常である場合もあれば、異常でない場合もあるタンパク質標的に結合し、この場合、悪性のプロセスで活性化されるシグナル経路は影響を受ける。例えば、デオキシリボ核酸(DNA)複製の阻害剤、微小管集合の阻害剤、及びNFkB転写因子の阻害剤がある。
最初のシナリオがある造血器悪性腫瘍では非常に有効であるが、これらの治療のほとんどは、固形腫瘍の複雑性のために有効性に限界がある。これとは対照に、第2のシナリオでは、腫瘍の薬物類の中で最も有効で毒性の高いいくつかの制癌剤が含まれる。このため、より選択的で有効となる新薬を捜索し、それによって毒性を最小限にすることが、進歩には必要である。この点で、新たな治療標的を同定し、癌の発育におけるそれらの役割を理解することが、薬物耐性の新たなメカニズムを明らかにし、より高い活性を保持し、既存の薬物と組み合わせることができる新薬の設計を容易にする助けとなり、それによって、毒性を低減し、癌患者の生活の質を高める。これまでMURR1(van de Sluisら、2002、Human Molecular Genetics、11:165〜173)として知られるCOMMD1タンパク質は、頭字語COMMD(銅代謝遺伝子MURR1ドメイン(Copper Metabolism gene MURR1 Domain)、略称COMMD)で知られる、タンパク質の新たなファミリーに属する。ファミリータンパク質のうち10のメンバーは、多細胞生物に高度に保存され、普遍的に発現されているが、そのメンバーのほとんどの生物学的機能は知られていない。このファミリーの重要な特性は、保存され特有のCOMMドメイン(銅代謝Murr1ドメイン(Copper Metabolism Murr1 Domain))の存在であり、このドメインは、C末端領域のアミノ酸残基110〜190を含んでいる(Bursteinら、2005、The Journal of Biological Chemistry、280:22222〜22232)。COMMD1は、銅代謝の制御(Taoら、2003、Journal of Biological Chemistry、278:41593〜41596)、ナトリウムの細胞内輸送の調節(Biasioら、2004、Journal of Biological Chemistry、279:5429〜5434)、NFkB転写因子の阻害(Maineら、2007、The EMBO Journal、26:436〜447)、低酸素誘導因子(HIF)−1αによって調節される遺伝子の発現の阻害(van de Sluisら、2007、Molecular and Cellular Biology、27:4142〜4156)などの多様な生物学的プロセスに関与してきた。
COMMD1は、NFkB転写因子からのRelA(p65)サブユニット、HIF−1α因子からの触媒αサブユニット及び上皮性ナトリウムチャネルのΔENaCと物理的相互作用を示す。全ての場合において、この相互作用によって、ユビキチン化及びプロテアソーム分解経路に関わるメカニズムを介してこれらの「クライアント(client)」タンパク質の分解が導かれる。COMMドメインは、COMMD1のタンパク質「クライアント」だけでなくファミリーメンバー間の相互作用の両方における、タンパク質間相互作用に関与することが示されている。COMMD1のN末端領域の三次元構造は提案されているが、COMMドメインの3次構造はまだ分かっていない(Sommerhalterら、2007、 Journal of Molecular Biology、365:715〜721)。
細胞内のCOMMD1基底発現は、COMMドメインに位置する一連のロイシン残基を介したユビキチン化及びプロテアソーム分解によって制御される(Maineら、2009、Biochemical Journal、417:601〜609)。近年、COMMD1は、そのCOMMドメインにも位置する核外移行シグナル(NES)を介した細胞質核間輸送の構成的メカニズムを有することが報告されている。ロイシン配列の破壊及び/又はプロテアソーム分解を阻害する薬剤によって、細胞内のCOMMD1の発現が増加することが報告されている。さらに、COMMD1中のNES配列の破壊によって、NFkB及びHIF−1α因子の転写活性の抑制が増す(Mullerら、2009、Traffic、10:514〜527)。
癌細胞は、タンパク質XIAP(X連鎖アポトーシス阻害剤)及び分泌性クラステリン(sCLU))などの様々なタンパク質を過剰発現する。双方のタンパク質は、COMMD1の分解を促し、NFkBの活性化及び腫瘍細胞の生存を促進する。MG132(Shirleyら、2005、Neoplasia、7:1104〜1111;Zhouら、2009、Cancer Research、21:333〜339)などのプロテアソーム阻害剤は、ユビキチン化及びプロテアソーム分解のメカニズムを阻害することにより抗腫瘍効果を示すことが報告されている。XIAPに結合する化合物は、カスパーゼ−3及びカスパーゼ−9の活性化に対するこのタンパク質の阻害効果を遮断することでアポトーシスを誘導する(Voglerら、Cancer Research、2009、69:2425〜2434)。I−kBとして知られているNFkB因子の細胞質阻害剤を安定化させることにより、sCLUの機能を阻害するよう設計された干渉リボ核酸(RNAi)が、抗腫瘍効果を有することが提唱されている(Zoubeidiら、2010、Molecular Cancer Research、8:19〜30)。
国際特許出願WO07/095867では、発明の本質はLALFタンパク質(リムルス(Limulus)抗リポ多糖因子)の32〜51領域に由来するペプチドに関し、アミノ酸置換により、LPS結合能の解離を確実にし、抗腫瘍活性及び免疫調節活性を増加させた。これらのペプチドのうちの1つはL2と称するペプチドである。さらに、別の発明(国際出願PCT/CU2008/000006)では、上記ペプチドの細胞透過能が明らかにされている。しかしながら、かかる発明において、かかるペプチドの作用機序が開示も提唱もされていない。
現在、癌を処置する治療法(化学療法、放射線療法、免疫療法など)がいくつかあり、それらの多くは臨床試験中である。しかしながら、これらの治療法には、低選択性、毒性及び薬物耐性の発達などに関連する欠点が今もなおある。この領域で考慮すべき別の重要な側面は、薬物効能の診断及び/又は予測に有用なバイオマーカーの選択である。したがって、癌の治療及び/又は診断に有用な新たな分子を研究し発見する必要性、及び低毒でより選択性があり有効な薬物の設計が依然として残っている。
本発明は、タンパク質COMMD1の核局在化を増加させて癌を処置する方法を記載することにより上記の問題を解決する。この増加によって、癌細胞の増殖が減少する、又は遮断される。
本発明で初めて、L2ペプチド(配列HARIKPTFRRLKWKKYKGKFW、配列番号1)とCOMMD1が細胞内で相互作用し、COMMD1の核局在化が癌細胞死に関係していることが明らかにされる。したがって、本発明は、COMMD1の核局在化及び蓄積を促進する抗腫瘍活性を有する化合物の同定においてタンパク質COMMD1の使用を提供する。
本発明で提供されるデータでは、L2ペプチドが特にアミノ酸110〜190の間の領域でCOMMD1と相互作用することが示されている。さらに、L2ペプチドによってCOMMD1の核内蓄積がもたらされる。その上、核局在化配列(NLS)を保持するCOMMD1タンパク質の発現は細胞死を誘導するには十分であることが本発明で初めて報告されている。したがって、本発明は、癌処置での治療標的としてのCOMMD1の使用を実証する。
さらに、癌細胞の核におけるタンパク質COMMD1の蓄積を促し、ペプチドの抗腫瘍効果を増加させるように、L2ペプチド(配列番号1)からペプチドL552(配列番号3)に最適化した。COMMD1の核局在化を促進するように改良された本発明において報告されるペプチドL552(配列番号3)は次の配列を有する:
この最適化は、特定位置(上記配列中に太字の小文字で表される)で天然アミノ酸を非天然アミノ酸(D−アミノ酸)に置き換え、アセチル化(上記配列中にAc−として示す)によってN末端を保護する化学修飾に基づく。これらの修飾をL2ペプチド(配列番号1)に実施し、それによってL552ペプチド(配列番号3)を生じさせることで、元のL2ペプチドに対して、細胞の核にタンパク質COMMD1が最も多く蓄積し、L552ペプチドの抗腫瘍活性が増加することを確実にする。したがって、L552ペプチドは、COMMD1と相互作用することにより、COMMD1の核局在化を促進し癌細胞の増殖を阻害する新たなクラスの分子である。
本発明の別の目的は、癌治療用の薬物の製造におけるタンパク質COMMD1の核局在化を増加させる薬剤の使用である。COMMD1の核内蓄積を促進する薬剤又は化合物には、例えば、タンパク質(抗体を含む)、突然変異タンパク質、ペプチド、ポリヌクレオチド、アプタマー、核酸、及び有機小分子が含まれる。これらの化合物は、天然源から単離しても、合成若しくは組み換えの技術、又はそれらを任意の組み合わせによって調製してもよい。特定の実施形態では、タンパク質COMMD1の核局在化を増加させる薬剤はL552ペプチド(配列番号3)である。本発明の状況では、COMMD1タンパク質の核局在化を増加又は増強することと、細胞の核にCOMMD1を蓄積することは、同じ意味を有する。別の特定の実施形態では、COMMD1タンパク質の核局在化を増加させる薬剤は、NLSを導入したタンパク質COMMD1をコードするDNA配列を含む、哺乳動物細胞での発現ベクターとして、核酸タイプであり得る。このタイプのベクターは遺伝子治療として使用することができる。
また、COMMD1タンパク質の核局在化を増加させる薬剤を含む、癌処置のための医薬品組成物も本発明の一部である。本発明の一実施形態において、医薬品組成物は、COMMD1タンパク質の核局在化を増加させる有効量の薬剤(その阻害濃度50(IC50)によって決定)及び添加剤又は薬学的に許容されるビヒクルを含む。組成物は非経口的又は局所的な経路によって投与され得る。
COMMD1タンパク質の核局在化を増加させる薬剤を含む医薬品組成物の投与は、COMMD1の核局在化を促進する有効量の薬剤を投与して腫瘍細胞の成長を低下させる、又は遮断することを含む、ヒトの固形腫瘍を処置する、又は防ぐ方法を構成する。
本発明の一実施形態では、COMMD1タンパク質の核局在化を増加させる薬剤は、白血病、特に骨髄性白血病の患者に投与して癌細胞の増殖を遮断することができる。この薬剤は、細菌性リポ多糖体(LPS)などの炎症性刺激の存在下でさえ有効であり得る。
本発明では、L552ペプチドは標準的化学療法と組み合わせて使用することにより相乗効果が生まれ、シスプラチン及び5−フルオロウラシル(5−FU)などの細胞増殖抑制剤の投与量を低減することができることが示されている。したがって、COMMD1タンパク質の核局在化を増加させる1種又は複数の薬剤、及び癌の化学療法に特定の1種又は複数の薬物を含む、癌処置のための医薬品の組み合わせも本発明の目的である。本発明の実施形態では、かかる薬剤はL552ペプチドであり、標準的化学療法の特定薬物はシスプラチン及び5−FUから選択される。この医薬品の組み合わせにおいて、含まれる薬剤及び薬物は、処置中に同時に、別々に又は連続して投与することができる。
一方、近年のデータは、炎症が腫瘍の進行の重要な要素であるという概念を進展させた。今日、炎症性微小環境は、Hanahan及びWeinbergsによって記載される、癌の最も重要な6つの特徴に位置づけられる腫瘍の特性として分類されている(Perwezら、2007、Int J Cancer、121:2373〜2380)。
本発明で提供されるデータは、L552ペプチドが炎症性刺激の存在下で癌細胞の成長を遮断するのに有効であることを示している。同様に、癌細胞に一過性にトランスフェクトされたGFP−NCOMMD1タンパク質(核局在化配列(Nuclear Localization Sequence)を保持する)は、L552ペプチドと同等の効果を提供する。より具体的には、LPS及びTNF(腫瘍壊死因子α(Tumor Necrosis Factorα))などの炎症性刺激の存在下で、L552ペプチドが癌細胞死を促すことが結果によって実証されている。同様に、LPS注入によってマウスが炎症性刺激を受けた結腸腫瘍のマウスモデルにおいてペプチドの有効性が実験データによって実証されている。
このため、本発明はまた、L552ペプチドをそれを必要とするヒトに投与することを含む、炎症及び転移を伴う腫瘍の発育を阻害する方法も提供する。炎症及び転移を伴う腫瘍として、例えば、結腸直腸、食道、肺、前立腺、胸、膵臓及び肝臓の癌が分かっている。
また、L552ペプチドの投与を予防的に使用して、クローン病、潰瘍性大腸炎、膵臓炎、硬変などの慢性炎症を伴う癌の発育を防ぐこともできる。したがって、L552ペプチド又は前記ペプチドを含む組成物をそれを必要とするヒトに投与することを特徴とする、慢性炎症を伴う癌を防ぐ方法も本発明の目的である。
COMMD1タンパク質の核局在化を増加させる薬剤としてL552ペプチドを含む組成物の次に投与量及び処置計画に関して、当業者は処置(予防的又は治療的)の投与量及びスケジュールを容易に決定することができる。有効量は、個々の組成物の相対的効力により変化する可能性があり、ペプチドの分子量及びインビトロIC50又は動物試験のIC50に基づいて計算することができる。例えば、化合物の分子量(化学構造)及び有効な実験的投与量(IC50)を考慮し、投与量(mg/kg)を常法に従って計算することができる。一般に、投与量は0.2〜4mg/kgの重量である。ペプチド又はペプチドを含む組成物は、週に1回若しくは数回、又は数か月に1回若しくは数回投与することができる。
本発明はまた、試料中のCOMMD1タンパク質の核局在化の有無を判定することにより、癌患者用の新たな予後マーカーとしてのCOMMD1の使用にも関する。
同様に、L552ペプチドは、COMMタンパク質が疾患の進行の一因となるか関与する疾患を処置する活性薬剤を提供する。例えば、COMMDファミリーからのどのメンバーの量が増加又は減少しても、及び/又はその活性が増加又は減少しても、疾患が生じる可能性がある。COMMDタンパク質のC末端のアミノ酸残基110〜190の間に含まれるCOMMドメインにL552ペプチドが結合する能力によって、治療活性が維持される。
L2ペプチドとCOMMD1の間の物理的相互作用を示す図である。これは酵母ツーハイブリッド法によって行われた。ネガティブコントロールとして、空ベクター(pGBKT7)で形質転換された酵母株AH109とY187株で形質転換されたCOMMD1の断片との接合物を使用した。相互作用を確認するために、L2配列を保有するベクターで形質転換されたAH109株とY187株に形質転換された各COMMD1断片とを接合した。ポジティブコントロールとして、GAL4転写因子を保持するPCL1接合物を使用した。なお、COMMD1遺伝子の全配列を保有するプラスミドと、COMMD1タンパク質のアミノ酸110〜190を含有する構成物とで相互作用が生じる。 図2Aは、SW948細胞における免疫沈降(プルダウン)によるL2ペプチドとCOMMD1との相互作用の検証を示す図である。この実験では、100μgの全タンパク質(TP)、大腸菌(Escherichia coli)で得られた組み換えCOMMD1タンパク質(COMMD1r)、及び分子量標準(MW)が示されている。図2Bは、L2ペプチドで処理されたSW948細胞におけるCOMMD1細胞内局在化:未処理細胞(NT)における、核(N)内、細胞質(C)内のCOMMD1発現を示す図である。βアクチンは細胞質画分コントロールとして、ヒトリボ核タンパク質(human ribonuclear protein)(hnRPN)は核画分のコントロールとして示す。 図3Aは、L552最適化ペプチドによるCOMMD1の高度な核内蓄積を示す図である。βアクチン及びhnRNPタンパク質を、サイトゾル画分及び核画分のコントロールとしてそれぞれ使用した。図3Bは、免疫沈降実験(プルダウン)における、様々な腫瘍細胞系でのL552ペプチドとCOMMD1タンパク質の相互作用を示す。Cullin7(CUL7)タンパク質との相互作用は検出されなかった。βアクチンの存在は複数の細胞系の全タンパク質抽出物で示されている。 様々な組織に由来する腫瘍細胞、及びLφ(末梢血から単離されたヒトリンパ球)でのペプチドの抗増殖効果を示す図である。 TC−1腫瘍モデルでのL552ペプチドの抗腫瘍効果を示す図である。図5Aは、腫瘍成長の阻害の曲線を示す図である。図5Bは、様々な実験群の累積生存率を示す図である。 核局在化配列(NLS)を保有するCOMMD1タンパク質の発現は細胞死を誘導するには十分であることを示す図である。ネガティブコントロールとして緑色蛍光タンパク質(GFP)、並びに遺伝構成物GFP−COMMD1及びGFP−N−COMMD1が一過性にトランスフェクトされた非生存細胞の割合を示す。 図7Aは、GFP−N−COMMD1がトランスフェクトされたHT−29結腸癌細胞での5−FUに対する化学感受性を示す図である。IC50値を示す。図7Bは、LPS及びTNF−αを加えることによる炎症性環境のIC50に対する影響を示す図である。 様々な炎症性刺激の存在下で癌細胞の増殖に対するL552ペプチドの効果を示す図である。図8Aは、ヒト骨髄性白血病細胞(THP−1)をLPS及びTNF−αで処理した場合の図である。図8Bは、マウス結腸癌(CT−26)をLPS及びTNF−αで処理した場合の図である。IC50の値を示す。 LPS注入によって炎症性刺激にさらされたBALB/cマウスの結腸癌モデルにおけるL552ペプチドの抗腫瘍効果を示す図である。図9Aは、様々な実験群の累積生存率を示す図である。図9Bは、各実験群の平均腫瘍体積を示す図である。
(例1)L2ペプチドとCOMMD1の間の物理的相互作用
抗腫瘍性L2ペプチドとタンパク質の相互作用を同定するために、ツーハイブリッド酵母システムを使用した。ペプチドに対応する配列をクローニングするために、L2ペプチド配列(HARIKPTFRRLKWKYKGKFW)に対応するようにオリゴヌクレオチドを以下のように設計した:
pGBKT7 NcoI−BamHIベクターでこれらの配列をクローニングするため、これらの部位に相補的な配列をオリゴヌクレオチドの末端に付加した。L2ペプチド配列を保有するpGBKL2−1組み換えプラスミドは制限酵素分析と配列決定によって確認した。プラスミドを酢酸リチウム法によってAH109酵母株に形質転換し、SD−Trp培地で成長させた。それは、SD−Trp−Hisプレート上で成長させると自己活性化し得ないことが確認された。相互作用のスクリーニングには、Y187株に形質転換されたヒト肝臓cDNAライブラリーを使用した。二倍体形成及び相互作用の選択については、pGBKL2−1プラスミドを含有する5×10個のAH109細胞を、ヒト肝臓DNAライブラリーを含有する5×10個のY187細胞と共に固形培地YPDAで4時間30℃で成長させた。10mlの滅菌水をYPDAプレートの表面に加え、細胞をスパチュラで注意深く懸濁させ、15枚のSD−Trp−Leu−His−Ade最少培地プレートに移して7日間30℃で成長させた。74個の得られたコロニーを、96ディープウェルプレートの液体SD−Trp−Leuに移した。液体培地で成長を観察した後、酵母DNAの精製を行った。精製し、−20℃で保存した個々のDNAをDH10B大腸菌株に形質転換した。個々のクローンをそれぞれY187酵母株に形質転換し、pGBKT7及びpGBKL2−1プラスミドで形質転換されたAH109株との接合によって相互作用を確認した。陽性クローンのDNAを配列決定した。ブラスト(Blast)プログラム(Altschulら、1990、J Mol Biol、 215:403〜410)を用いた配列解析によって、クローンのうちの1つ(L2−21)がCOMMD1タンパク質のアミノ酸6〜190をコードする遺伝子の配列に相当し、このクローンがL−2ペプチド配列を含有するプラスミドと相互作用可能であることが明らかになった。この相互作用に関与するCOMMD1タンパク質領域を特異的に同定するために、pGBKL2−1プラスミドに欠失を行い、クローンpGBKL2(6〜110)、pGBKL2(6〜70)、pGBKL2(71〜190)、pGBKL2(110〜190)を生成した。図1に示されるように、相互作用は、COMMDファミリーについて記載のタンパク質相互作用に関与するCOMMドメインを含有するプラスミドpGBKL2(110〜190)のみに保存されている。この結果は、L2ペプチドがアミノ酸110〜190の領域に特異的に結合していることを示している。
(例2)免疫沈降実験(プルダウン)及びペプチドL552で処理した癌細胞でのCOMMD1の核局在化の判定
試験を2つのブロックに分割した:
(A)固相法を用いて合成された合成L2ペプチド(配列番号1)をビオチン化し、ストレプトアビジンセファロース樹脂に付着した「ベイト(bait)」として用いた。SW948(ヒト結腸癌由来の細胞系)からの全抽出タンパク質を「プレイ(prey)」として用いた。これらの実験は「プルダウン」として知られている。全抽出タンパク質を、抽出緩衝液(0.5%トリトン(Triton)X−100、25mM HEPES、pH7.5、100mM NaCl、1mM EDTA、10%グリセリン、1mMジチオスレイトール(DTT)、及びプロテアーゼ阻害剤)を用いて、2×10個の細胞から得た。ビオチン化ペプチド(300μg)を、50μLのストレプトアビジンセファロース樹脂(GE Healthcare)と共に1時間培養し、リン酸緩衝生理食塩水(1倍PBS)+1mM DTTで洗浄した。次に、500μLの全タンパク質を、ビオチン化ペプチドを含有する50μLの樹脂と共に室温で5時間培養した。続いて、この樹脂を1倍PBS及び1mM DTTで十分洗浄した。樹脂に付着して残ったタンパク質はペプチドと相互作用するものであり、25μLの電気泳動緩衝液(62.5mM Tris HCl、pH6.9、0.1M DTT、20%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、10%グリセリン、及び0.01%ブロモフェノールブルー)に懸濁させる。目的のタンパク質を検出するために、ポリアクリルアミドゲル電気泳動(7.5%)を行い、続いてウェスタンブロットによる免疫検出を行った。COMMD1タンパク質を検出するために、COMMD1タンパク質に対するモノクローナル抗体(Sigma、clone2A12)を使用した。全タンパク質抽出物(100μg)、及び大腸菌で得られた組み換えCOMMD1タンパク質をポジティブコントロールとして採用した。図2Aで表された結果は、全タンパク質抽出物と比較した場合、L2ペプチドがプルダウン実験でCOMMD1タンパク質を濃縮させることを表している。これは、L2とCOMMD1の間の相互作用を示している。
(B)SW948細胞(3×10個の細胞)は、L2ペプチド(50μM)と共に、37℃及び5%COで5時間培養した。続いて、細胞質タンパク質及び核タンパク質を報告されるように得た(Vancurovaら、2001、Journal of Biological Chemistry、276:19746〜19752)。COMMD1の検出は、抗COMMD1抗体を用いてウェスタンブロットによって行った。図2Bは、L2ペプチドで処理したSW948細胞でのCOMMD1核局在化を表している。βアクチンは細胞質画分のコントロールとして、ヒトリボ核タンパク質(human ribonucleoprotein)(hnRNP)は核画分のコントロールとして使用した。
(例3)COMMD1を核内蓄積するためのL552ペプチドの最適化
ペプチドL2とCOMMD1が物理的相互作用を有し、このことがCOMMD1の核局在化と相関することを考慮し、COMMD1の核内蓄積を高めることを目的として、複数のペプチドをL2(配列番号1)から設計した。固相法を用いて本発明のペプチドを合成した。粗ペプチドを30%酢酸溶液で抽出し、凍結乾燥し、その後逆相クロマトグラフィRP−HPLCによって精製した。精製されたペプチドの分子量は質量分析によって確認した。得られた調製物は、非抗原性で、非発熱性であり、動物及びヒトへの投与に薬学的に許容される。表1に示すように、配列がHARIKPTFRRLKWKYKGKFW(配列番号1)である本来のL2ペプチドの特定位置にD−アミノ酸を導入する置換をいくつかの点に行った。1つの事例では、N末端をアセチル化でブロックした。
本実験の目的は、細胞の核にCOMMD1を蓄積する能力の高いペプチドを同定することであった。SW948細胞(3×10個の細胞)を、L2、L551、L552、L553及びL554ペプチド(50μM)と共に、37℃及び5%COで5時間培養した。続いて、例2に記載するように、細胞質タンパク質及び核タンパク質を単離した。COMMD1の検出は、抗COMMD1抗体を使用してウェスタンブロットによって行った。図3Aは、上記のペプチドで処理したSW948細胞でのCOMMD1核局在化を表している。結果によって、L552ペプチドが癌細胞の核に最も多くのCOMMD1の蓄積を誘導することが示されている。さらに、種々の腫瘍株における免疫ブロット実験(プルダウン)によってL552ペプチドとCOMMD1の間の相互作用が実証されている(図3)。これらの結果は、L552とCOMMD1の間の相互作用を確証している。また、この相互作用はCOMMD1の核内蓄積の促進と関係している。
(例4)種々の腫瘍系におけるペプチドL552の抗増殖効果の増加を例示する
このアッセイでは、ヒト由来のH−82(小細胞肺癌)、H−125(非小細胞肺癌)、MCF−7(乳腺癌)、MDA−MB231(乳腺癌、受容体陽性上皮成長因子)、LS174T(結腸直腸腺癌)、及びHT−29(化学療法に抵抗性の結腸直腸腺癌)の腫瘍細胞を、ウシ胎児血清(Gibco)を添加したRPMI1640(Gibco)1ml当たり1×10個の細胞の密度で、96ウェルプレート(Costar)に播種した。24時間後、9μMから300μMの間の投与量範囲でペプチドを培地に加えた。5%COの存在下で48時間培養し、その後、3−(4,5−ジメチルチアゾール−2−イル)−2,5−ジフェニルテトラゾリウムブロミド(MTT)で明らかにした(Gray MJら、2008、Natl Cancer Inst、100:109〜20)。
最後に、プレートを492nmの吸収度で読み取った。各点を二重反復で行い、少なくとも2回、実験を独立して行った。IC50値は細胞増殖の各曲線から得た。結果を図4に示す。結果は、N末端のアセチル化、及び特定位置でのD−アミノ酸の置換によってL552ペプチドの抗増殖効果の増加が保証されることを示している。しかしながら、末梢血から単離されたヒトリンパ球では効果が見られなかった。この結果は、本発明の目的であるL552ペプチドが、正常細胞での毒性は増加させずに腫瘍細胞に選択的な細胞傷害効果を高めることを示している。報告された結果によって、L552ペプチドが、COMMD1タンパク質と相互作用し、核内の蓄積をさらに促進し、癌細胞に選択的な抗増殖効果を増加させるように最適化されたことが実証されている。
(例5)TC−1腫瘍のマウスモデルにおけるL552ペプチドの抗腫瘍効果
これらアッセイでは、8週齢から10週齢の間のC57BL/6雌(実験群当たりn=10頭)を使用した。このモデルでの腫瘍生着には、食塩水(PBS)に懸濁された、悪性C57BL/6からの肺上皮細胞に由来するTC−1細胞を使用した。200μLの量の5×10個の細胞をマウスの右後肢に皮下接種した。腫瘍の体積が100mmに達すると、5回分の投与量のペプチド(L2、L552及びL551)を、2日間隔で右後肢に皮下投与した。この研究では、1回分の投与量が1kgの重量当たり0.2mgのペプチド(4μg/マウス)を評価した。目的のペプチドの抗腫瘍効果を測定するための評価パラメーターは、図5A及び図5Bに示すように、動物の生存率及び腫瘍量であった。L552ペプチドは、L2ペプチド及びL551ペプチドと比較して、腫瘍の進行を阻害し、マウスの生存率を増加させる能力に関してより有効であった。これらの結果は、L552に導入された修飾がインビボの抗腫瘍効率を増加させたことを証明している。ログランク法によって統計分析を行い、群間の有意差を決定した。結果は、試験した他のペプチドと比較してL552ペプチドが動物の生存率を有意に増加(p<0.05)させることが実証している。これらの結果は、特定位置のD−アミノ酸置換、及びアセチル化によるN末端のブロックがペプチドの抗腫瘍能を有意に増加させることを実証している。
(例6)核局在化配列を保有するCOMMD1タンパク質の発現は細胞死を誘導するには十分であることを例示する
細胞増殖の阻害に対するCOMMD1の核局在化の役割を確認するために、GFPに融合したCOMMD1を発現する組み換えプラスミドpGFP−COMMD1、及びPKKKRKV核局在化ペプチド配列を含有するpGFP−N−COMMD1を生成した。pGFP−COMMD1のクローニングについては、次のオリゴヌクレオチドを使用してポリメラーゼ連鎖反応を行った:

NLSが導入されたCOMMD1をコードする遺伝子の増幅には次のオリゴヌクレオチドを使用した:
組み換えクローンを制限及びDNA配列によって分析した。構築物及びpEGFPコントロールは共に、二重反復で24ウェルプレートにポリエチレンイミン(Sigma、USA)を使用して、HT−29及びHEK293細胞系に一過性にトランスフェクトした(Boussif,Oら、1995、Proc Natl Acad Sci、92:7297〜7301)。72時間後、ウェルのうちの1つを使用して、蛍光顕微鏡Axiovert40(Zeiss、ドイツ)及びAPlan 10×対物レンズを使用して組み換えタンパク質の発現を評価した。アポトーシスを確認するために、残りのウェルから培地を取り出し、PBS中に5mg/mLの濃度のアクリジンオレンジ/エチジウムブロマイド(AO/EB)の混合液で染色し(Riblah Dら、2005、BMC Biotechnology、5:12〜15)、顕微鏡Axiovert40及びAPlan 40×対物レンズで観察した。このタイプの染色では、AOが生細胞の膜を通過し、細胞の核及び細胞質をそれぞれ緑やオレンジに染色し、一方、BEは膜の完全性が喪失した細胞のみを貫通し、DNAを赤色に染色する。BEの蛍光はAO蛍光より優勢である。
AO/EB染色によって、GFP及びGFP−COMMD1がトランスフェクトされAOで染色された生存細胞が示される。GFP−N−COMMD1がトランスフェクトされた細胞の場合のみ、細胞はEBによって染色された核で観察され、それらがアポトーシスの後期にあることを示している。図6は、1つの実験条件につき3つの独立したフィールドの、核が赤色に染色された細胞の割合を示すグラフである。グラフは値と標準偏差を表す。これらの結果によって、タンパク質COMMD1へのNLSの導入が細胞のアポトーシスの誘導には十分であることが実証されている。これらの結果はまた、新たな治療標的としてのCOMMD1の有用性も実証している。
(例7)細胞系HT−29における5−FU及び炎症性刺激に感受性のCOMMD1タンパク質の核局在化の効果を例示する
(A)上記構築物が一過性にトランスフェクトされたHT−29細胞系を、ウシ胎児血清(Gibco)が添加されたRPMI1640(Gibco)1ml当たり1×10個の細胞の密度で、96ウェルプレート(Costar)に播種した。24時間後、細胞増殖抑制剤5−FUを、10倍階段希釈で0.025μMから2500μMの間の投与量範囲で培地に加えた。5%COの存在下で48時間培養し、最終的にMTTで明らかにした。最後に、492nmの吸収度でプレートを読み取った。各点を二重反復で行い、少なくとも2回、独立して実験を行った。IC50値は細胞増殖の各曲線から得た。図7Aで表された結果は、NLSを有するCOMMD1(GFP−N−COMMD1)の発現が5−FUに対する癌細胞の感受性を増加させることを示している。この例において、GFP又はGFP−COMMD1を発現する細胞と比較して、GFP−NCOMMD1を発現する細胞のIC50が減少することが示されている。これらの結果は、新たな治療標的としてのCOMMD1の有用性も実証している。さらに、COMMD1の核局在化が従来の細胞増殖抑制剤への化学感受性(chemosensitivity)を誘導することも示している。
(B)GFP−NCOMMD1が一過性にトランスフェクトされたHT−29細胞系を、30分間、種々の炎症性刺激、例えばLPS(40μg/mL)及びTNF−α(20ng/mL)にさらした。続いて、例6に記載のようにIC50を評価した。結果を図7Bに示す。
(例8)炎症性刺激にさらした癌細胞の細胞増殖に対するL552ペプチドの効果を例示する
このアッセイでは、ヒト由来の急性骨髄性白血病の細胞(THP−1)及びマウス結腸癌の細胞(CT−26)を、10%のウシ胎児血清(FBS)が添加されたRPMI1640(Gibco)1ml当たり1×10個の細胞の密度で、96ウェルプレート(Costar)に播種した。37℃及び5%COで24時間、細胞を維持した。この後、LPS(40μg/mL)又はTNF−α(20ng/mL)を30分かけて加えた。図8は、上記刺激の存在下又は非存在下におけるTHP−1細胞系及びCT−26細胞系のIC50値を表す。結果では、L552ペプチドが、種々の炎症性刺激の存在下で、THP−1癌細胞系及びCT−26癌細胞系で細胞増殖を阻害することが示されている。この結果によって、L552ペプチドが様々な抗炎症剤にさらされた癌細胞の増殖を遮断するのに有効であることが示されている。
(例9)LPS注入によって炎症性刺激にさらされたBALB/cマウスの結腸癌モデルにおけるL552ペプチドの抗腫瘍効果を例示する
これらアッセイでは、8週齢から10週齢の間のCBALB/c雌マウス(実験群当たりn=10頭)を使用した。このモデルでの腫瘍生着には、BALB/cの結腸癌から単離されたCT−26細胞を使用した。200μLの1倍PBSに懸濁した7×10個の細胞をマウスの腋窩に皮下接種した。11日後、腹腔内投与で、PBS中の10μg LPS/マウス(血清型055:B5、Sigma)を動物に注入した。腫瘍の体積が100mmに達すると、ある群は隔日に5回分の投与量のL552ペプチド(0.2mg/kg重量)を受け、ある群は5−FUを20mg/kgの投与量で受けた。この実験で評価される目的のパラメーターは、動物の生存率及び腫瘍量の体積の増加であった。
図9に表された結果は、LPSの注入による炎症期が加えられた結腸癌のモデルにおけるL552ペプチドの効能を示す。(A)結果では、LPSが加えられると、L552ペプチドは、5−FUで処理された群と比較して動物の生存率(p<0.05)を増加させるのにより有効であったことが示されている。ログランク法によって統計分析を行い、群間の有意差を決定した。(B)L552ペプチドは、腫瘍の進行を阻害する能力の点でより有効であった。この例で表された結果では、L552ペプチドが炎症を伴う癌の処置に有効であることが示されている。
(例10)L552ペプチドと標準的化学療法の組み合わせの相乗効果を例示する
このアッセイでは、HT−29及びH−125の腫瘍細胞を、ウシ胎児血清(Gibco)が添加されたRPMI1640(Gibco)1ml当たり1×10個の細胞の密度で、96ウェルプレート(Costar)に播種した。24時間後、9μMから300μMの間の投与量範囲でペプチドを培地に加え、細胞増殖抑制薬を、各細胞系で報告されたIC50前後の10倍階段希釈の投与量範囲で加えた。5%COの存在下で48時間培養を行い、MTTで明らかにした。細胞増殖抑制剤とペプチドを組み合わせた処置の効果をCalcuSynコンピュータ・ソフトウェアによって分析し、薬物の組み合わせを検討した(Ting−Chao Chou、2006、Pharmacological Reviews、58:621〜681)。表2に表されたデータは、ペプチドと細胞増殖抑制剤の組み合わせが細胞増殖抑制剤の量を低減することができることを示し、それは薬物減少率指数(RI)で示される値によって得られる。これらの結果によって、標準的化学療法と同時にペプチドを投与することで、少ない量の従来の薬物で有効な処置(影響を受けた細胞の割合が89%から94%の間)を提供できることが示されている。HT−29細胞系では、5−FUとL552ペプチドを組み合わせると、細胞増殖抑制剤が20分の1に減少(RI)する。H−125細胞系でシスプラチンとL552ペプチドを組み合わせると、細胞増殖抑制剤が5分の1に減少する。これらの結果は、肺癌及び結腸癌では標準治療法と組み合わせてペプチドを投与することで、容易に細胞増殖抑制剤の投与量を減少させることができることを示している。このことによって、化学療法に伴う副作用を低減することができる。

Claims (8)

  1. 配列番号3で表されるアミノ酸配列からなることを特徴とする、COMMドメインへの結合能を有するペプチド。
  2. 請求項1に記載のペプチドを含む医薬品組成物。
  3. 請求項1に記載のペプチドを含む、癌細胞でのCOMMD1タンパク質の核局在化を増加させるための医薬品組成物。
  4. 請求項1に記載のペプチドを含む、癌治療のための医薬品組成物。
  5. 請求項1に記載のペプチド、及び薬学的に許容される添加剤又はビヒクルを含む、癌治療のための医薬品組成物。
  6. 前記癌が、炎症及び転移を伴う腫瘍であることを特徴とする、請求項2〜5のいずれか一項に記載の医薬品組成物。
  7. 前記炎症及び転移を伴う腫瘍が、結腸、直腸、食道、肺、前立腺、胸、膵臓、又は肝臓に位置する、請求項6に記載の医薬品組成物。
  8. 請求項1に記載のペプチド、及び癌の標準的化学療法に特異的な1種又は複数の薬物を含む、癌治療のための医薬品の組み合わせであって、
    前記標準的化学療法に特定の薬物がシスプラチン及び5−FUから選択される、
    上記医薬品の組み合わせ。
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