JP5854283B2 - 細胞増殖促進ペプチド及びその利用 - Google Patents
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Description
なお、本出願は2010年6月4日に出願された日本国特許出願2010−128648号に基づく優先権を主張しており、当該日本国出願の全内容は本明細書中に参照として援用されている。
従来、上記の目的のため、種々の細胞増殖因子が用いられている。かかる増殖因子として特によく用いられているものとして塩基性線維芽細胞増殖因子(basic fibroblast growth factor:以下「bFGF」という。)が挙げられる。bFGFは線維芽細胞の他にも、中胚葉や神経外胚葉由来の種々の細胞に対して増殖促進作用を奏する物質として知られており、目的とする種々の細胞の増殖促進のためによく使用されている増殖因子である。
かかる状況下、従来からbFGFのような高価な細胞増殖因子に代わる安価で大量生産可能な細胞増殖促進能を有する物質の探索ならびに開発が行われている。例えば以下の特許文献1〜3には、それぞれ、細胞増殖促進能を有するペプチドが記載されており、当該ペプチドを使用することによって供試細胞の増殖速度がある程度向上した旨、各特許文献に記載されている。
即ち、上記細胞増殖促進剤の有効成分として使用し得る本発明に係るペプチドは、そのペプチド鎖中に以下の(A)と(B)にそれぞれ規定される部分アミノ酸配列、即ち、
(A)膜透過性ペプチドを構成するアミノ酸配列と、
(B)アミロイド前駆体タンパク質(APP)中のシグナルペプチドを構成するアミノ酸配列、または、該シグナルペプチドを構成するアミノ酸配列の一部分であって該配列のN末端アミノ酸残基から数えて少なくとも5個の連続するアミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列、若しくは該シグナルペプチドを構成するアミノ酸配列の一部分であって該配列のC末端アミノ酸残基から数えて少なくとも5個の連続するアミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列と、
を有する人為的に合成されたペプチドである。
典型的には、ここで開示される細胞増殖促進剤は、薬学上許容され得る少なくとも1種の担体(例えば上記ペプチドの安定性向上に資する少なくとも1種の基材、或いは生理食塩水や各種の緩衝液等の液状媒体)を含む。
即ち、ここで開示される細胞増殖促進剤の主成分である合成ペプチドは、上記(A)に規定されるアミノ酸配列として膜透過性ペプチドのアミノ酸配列を有しており、且つ、上記(B)に規定されるアミノ酸配列としてアミロイド前駆体タンパク質中のシグナルペプチドを構成するアミノ酸配列の全部または一部(即ち該シグナルペプチドのN末端側若しくはC末端側の部分配列)を含む。
ここで開示される細胞増殖促進剤は、化学合成(若しくは生合成)によって容易に人為的に製造され得るペプチドを有効成分とするため、高価なbFGF等の細胞増殖因子を大量に使用することなく(典型的にはbFGFの代替物として)目的とする真核細胞の増殖を促進することができる。また、高価なbFGFその他の細胞増殖因子の使用を削減できるため、細胞増殖を伴う細胞培養や生理活性物質等の生産にかかるコストの低減を実現することができる或いはコスト増を抑制することができる。
Precursor Protein:APP)がβ−セクレターゼ及びγ−セクレターゼによって切断されて典型的には40若しくは42アミノ酸残基から成るアミロイドβタンパク質が産生し、該アミロイドβ(特にはAβ42)が脳内において凝集(蓄積)されることにより神経細胞が破壊され、その結果としてアルツハイマー病が発症するというアミロイド仮説において、いわばアルツハイマー病の出発物質ともいうべきアミロイド前駆体タンパク質の性状を詳細に検討し、該アミロイド前駆体タンパク質のシグナルペプチドに着目した。
そして、アミロイド前駆体タンパク質中のシグナルペプチドを構成するアミノ酸配列の全部または一部を含むようにして作製した合成ペプチドが、種々の培養細胞(真核細胞)に対して高い増殖促進効果を奏することを見出し、本発明を完成するに至った。
なお、本明細書において、アミロイド前駆体タンパク質(APP)中のシグナルペプチドを構成するアミノ酸配列または該シグナルペプチド配列中の部分アミノ酸配列(即ち上記のN末端側部分アミノ酸配列とC末端側部分アミノ酸配列)を総称して「APPシグナルペプチド関連配列」という。また、本明細書中に記載されるアミノ酸配列は、常に左側がN末端側であり右側がC末端側である。
MLPGLALLLLAAWTARA(配列番号19);または
MLPSLALLLLAAWTVRA(配列番号20);
により構成されたものである。
そして上記人為的に合成されたペプチドは、上記(B)で規定されるアミノ酸配列として、該配列番号19若しくは配列番号20に示すアミノ酸配列、または、該配列番号19若しくは配列番号20に示すアミノ酸配列の一部分であって該配列のN末端アミノ酸残基から数えて少なくとも5個の連続するアミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列、若しくは該配列番号19若しくは配列番号20に示すアミノ酸配列の一部分であって該配列のC末端アミノ酸残基から数えて少なくとも5個の連続するアミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。なお、これらAPPシグナルペプチド関連配列は、配列番号19及び配列番号20にそれぞれ記載されたとおりのアミノ酸配列の他、これらAPPのシグナルペプチドと同じ機能を奏し得る部分的な改変が施された改変アミノ酸配列(例えば上記各配列番号に示すアミノ酸配列のうちの1個又は数個(典型的には2個又は3個)のアミノ酸残基が置換、欠失及び/又は付加(挿入)されて形成されたアミノ酸配列)であり得る。
配列番号1〜18としてここで開示されているアミノ酸配列は、上記(A)膜透過性ペプチドを構成するアミノ酸配列の典型例であり、本発明の実施に好適に採用することができる。タンパク質を核内の核小体へ局在化させるシグナル配列であり核小体局在シグナル(NoLS:Nucleolar localization signal、非特許文献1及び2参照)として知られるいずれかのアミノ酸配列(典型的には配列番号1〜15、特には配列番号14,15)を採用することが特に好ましい。
このような合成ペプチド(細胞増殖促進ペプチド)を含む細胞増殖促進剤は、特にヒト若しくはヒト以外の哺乳動物由来の細胞(例えばいずれかの種類の幹細胞)の増殖を促進する用途に好適である。
かかる生産方法によると、高価なbFGFその他の細胞増殖因子の使用を削減できるため、細胞増殖による細胞自体の生産や生理活性物質等の生産にかかるコストの低減を実現することができる或いはコスト増を抑制することができる。
また、被験体(患者)の患部の修復や再生を促進させる目的に、ここで開示される生産方法を好適に実施することができる。即ち、ここで開示される方法は、修復や再生に資する細胞を生体外で高効率に増殖(生産)することができるため、本方法の実施によって効率よく生体外で増殖させた細胞を、被験体(患者)の体内に導入することによって、修復や再生に要する時間を短縮することができる。
また、本明細書中で引用されている全ての文献の全ての内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
また、本明細書において「ペプチド」とは、複数のペプチド結合を有するアミノ酸ポリマーを指す用語であり、ペプチド鎖に含まれるアミノ酸残基の数によって限定されないが、典型的には全アミノ酸残基数が概ね100以下、好ましくは50以下(更に好ましくは40以下、例えば30以下)のような比較的分子量の小さいものをいう。
また、本明細書において「アミノ酸残基」とは、特に言及する場合を除いて、ペプチド鎖のN末端アミノ酸及びC末端アミノ酸を包含する用語である。
また、本明細書において所定のアミノ酸配列に対して「改変アミノ酸配列」とは、当該所定のアミノ酸配列が有する機能(例えば上記合成ペプチドに関して神細胞増殖促進能)を損なうことなく、1個又は数個(例えば2個又は3個)のアミノ酸残基が置換、欠失及び/又は付加(挿入)されて形成されたアミノ酸配列をいう。例えば、1個又は数個(典型的には2個又は3個)のアミノ酸残基が保守的に置換したいわゆる同類置換(conservative amino acid replacement)によって生じた配列(例えば塩基性アミノ酸残基が別の塩基性アミノ酸残基に置換した配列)、或いは、所定のアミノ酸配列について1個又は数個(典型的には2個又は3個)のアミノ酸残基が付加(挿入)した若しくは欠失した配列等は、本明細書でいうところの改変アミノ酸配列に包含される典型例である。
また、本明細書において「ポリヌクレオチド」とは、複数のヌクレオチドがリン酸ジエステル結合で結ばれたポリマー(核酸)を指す用語であり、ヌクレオチドの数によって限定されない。種々の長さのDNAフラグメント及びRNAフラグメントが本明細書におけるポリヌクレオチドに包含される。また、「人為的に設計されたポリヌクレオチド」とは、そのヌクレオチド鎖(全長)がそれ単独で自然界に存在するものではなく、化学合成或いは生合成(即ち遺伝子工学に基づく生産)によって人為的に合成されたポリヌクレオチドをいう。
上述のとおり、ここで開示される細胞増殖促進ペプチドは、部分アミノ酸配列として、上記(A)で規定される膜透過性ペプチドを構成するアミノ酸配列(以下「(A)パート配列」と略称する場合がある。)を有する。
(A)パート配列は、細胞膜及び/又は核膜を通過し得る膜透過性ペプチドを構成するアミノ酸配列であれば特に限定なく使用することができる。例えば、本明細書の配列表における配列番号1〜18に示すアミノ酸配列およびそれらの改変アミノ酸配列(膜透過性を保持しているものに限られる。)は、(A)パート配列を構成するアミノ酸配列として好ましい。具体的には以下のとおりである。
配列番号2のアミノ酸配列は、核小体タンパク質の1種(ApLLP)由来の合計19アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号3のアミノ酸配列は、HSV−1(単純ヘルペスウイルス タイプ1)のタンパク質(γ(1)34.5)由来の合計16アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号4のアミノ酸配列は、HIC(human I-mfa domain-containing protein)のp40タンパク質由来の合計19アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号5のアミノ酸配列は、MDV(Marek病ウイルス)のMEQタンパク質由来の合計16アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号6のアミノ酸配列は、アポトーシスを抑制するタンパク質であるSurvivin- deltaEx3由来の合計17アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号7のアミノ酸配列は、血管増殖因子であるAngiogenin由来の合計7アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号8のアミノ酸配列は、核リンタンパク質であってp53腫瘍抑制タンパク質と複合体を形成するMDM2由来の合計8アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号9のアミノ酸配列は、ベータノダウイルスのタンパク質であるGGNNVα由来の合計9アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号10のアミノ酸配列は、NF−κB誘導性キナーゼ(NIK)由来の合計7アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号11のアミノ酸配列は、Nuclear VCP-like protein由来の合計15アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号12のアミノ酸配列は、核小体タンパク質であるp120由来の合計18アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号13のアミノ酸配列は、HVS(ヘルペスウイルスsaimiri)のORF57タンパク質由来の合計14アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号14のアミノ酸配列は、細胞内情報伝達に関与するプロテインキナーゼの1種であるヒト内皮細胞に存在するLIMキナーゼ2(LIM Kinase 2)の第491番目のアミノ酸残基から第503番目のアミノ酸残基までの合計13アミノ酸残基から成るNoLSに対応する。
配列番号15のアミノ酸配列は、IBV(トリ伝染性気管支炎ウイルス:avian infectious bronchitis virus)のNタンパク質(nucleocapsid protein)に含まれる合計8アミノ酸残基から成る核小体局在シグナル(Nucleolar localization sequence)に対応する。
配列番号16のアミノ酸配列は、HIV(ヒト免疫不全ウイルス:Human
Immunodeficiency Virus)のTATに含まれるタンパク質導入ドメイン由来の合計11アミノ酸配列から成る膜透過性モチーフに対応する。
配列番号17のアミノ酸配列は、上記TATを改変したタンパク質導入ドメイン(PTD4)の合計11アミノ酸配列から成る膜透過性モチーフに対応する。
配列番号18のアミノ酸配列は、ショウジョウバエ(Drosophila)の変異体であるAntennapediaのANT由来の合計18アミノ酸配列から成る膜透過性モチーフに対応する。
これらのうち、特にNoLSに関連するアミノ酸配列(又はその改変アミノ酸配列)が好ましい。特に、配列番号14や15に示すようなNoLS関連のアミノ酸配列が細胞増殖促進ペプチドの(A)パート配列として好ましい。
本発明者は、ヒト、チンパンジー、カニクイザル、マウス、ラット等の哺乳動物の脳の神経細胞中で産生されるアミロイド前駆体タンパク質(APP)のシグナルペプチドに対応するアミノ酸配列を含むように合成した比較的短いペプチドが顕著な細胞増殖促進活性を発揮し得ることを見出した。昨今、シグナルペプチドの機能に関する研究が進められている(例えば総説として上記非特許文献3が挙げられる。)が、当該APPのシグナルペプチド配列の利用によって少なくとも一種の細胞(例えば、間葉系幹細胞、神経幹細胞等の体性幹細胞や胚性幹細胞、人工多能性幹細胞(iPS細胞)等)の増殖を促進させたことを示唆する文献はない。
即ち、配列番号19として示す以下のアミノ酸配列:
MLPGLALLLLAAWTARA(配列番号19)
は、ヒト、チンパンジーならびにカニクイザルの脳の神経細胞で産生されるアミロイド前駆体タンパク質の17アミノ酸残基から構成されるシグナルペプチド配列である。
また、配列番号20として示す以下のアミノ酸配列:
MLPSLALLLLAAWTVRA(配列番号20);
は、マウスならびにラットの脳の神経細胞で産生されるアミロイド前駆体タンパク質の17アミノ酸残基から構成されるシグナルペプチド配列である。
而して本発明の細胞増殖促進ペプチドを構築するにあたっては、(B)パート配列(APPシグナルペプチド関連配列)として、上記配列番号19または配列番号20に示すアミノ酸配列(17アミノ酸残基から構成される)をそのまま適用することができる。
<1> 配列番号19のシグナルペプチド配列由来のN末端側部分アミノ酸配列:
(1).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から5番目のロイシン残基迄の合計5アミノ酸残基から成る配列;
(2).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から6番目のアラニン残基迄の合計6アミノ酸残基から成る配列;
(3).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から7番目のロイシン残基迄の合計7アミノ酸残基から成る配列;
(4).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から8番目のロイシン残基迄の合計8アミノ酸残基から成る配列;
(5).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から9番目のロイシン残基迄の合計9アミノ酸残基から成る配列;
(6).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から10番目のロイシン残基迄の合計10アミノ酸残基から成る配列;
(7).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から11番目のアラニン残基迄の合計11アミノ酸残基から成る配列;
(8).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から12番目のアラニン残基迄の合計12アミノ酸残基から成る配列;
(9).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から13番目のトリプトファン残基迄の合計13アミノ酸残基から成る配列;
(10).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から14番目のスレオニン残基迄の合計14アミノ酸残基から成る配列;
(11).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から15番目のアラニン残基迄の合計15アミノ酸残基から成る配列;
(12).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から16番目のアルギニン残基迄の合計16アミノ酸残基から成る配列。
上記のうちでも特にN末端アミノ酸残基から数えて1番目(メチオニン残基)から7番目(ロイシン残基)〜12番目(アラニン残基)のうちのいずれか迄の合計7〜12アミノ酸残基から成る配列の使用が好ましい。
(1).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から5番目のロイシン残基迄の合計5アミノ酸残基から成る配列;
(2).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から6番目のアラニン残基迄の合計6アミノ酸残基から成る配列;
(3).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から7番目のロイシン残基迄の合計7アミノ酸残基から成る配列;
(4).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から8番目のロイシン残基迄の合計8アミノ酸残基から成る配列;
(5).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から9番目のロイシン残基迄の合計9アミノ酸残基から成る配列;
(6).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から10番目のロイシン残基迄の合計10アミノ酸残基から成る配列;
(7).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から11番目のアラニン残基迄の合計11アミノ酸残基から成る配列;
(8).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から12番目のアラニン残基迄の合計12アミノ酸残基から成る配列;
(9).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から13番目のトリプトファン残基迄の合計13アミノ酸残基から成る配列;
(10).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から14番目のスレオニン残基迄の合計14アミノ酸残基から成る配列;
(11).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から15番目のバリン残基迄の合計15アミノ酸残基から成る配列;
(12).N末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から16番目のアルギニン残基迄の合計16アミノ酸残基から成る配列。
上記のうちでも特にN末端アミノ酸残基から数えて1番目(メチオニン残基)から7番目(ロイシン残基)〜12番目(アラニン残基)のうちのいずれか迄の合計7〜12アミノ酸残基から成る配列の使用が好ましい。
<3> 配列番号19のシグナルペプチド配列由来のC末端側部分アミノ酸配列:
(1).N末端アミノ酸残基から数えて13番目のトリプトファン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計5アミノ酸残基から成る配列;
(2).N末端アミノ酸残基から数えて12番目のアラニン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計6アミノ酸残基から成る配列;
(3).N末端アミノ酸残基から数えて11番目のアラニン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計7アミノ酸残基から成る配列;
(4).N末端アミノ酸残基から数えて10番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計8アミノ酸残基から成る配列;
(5).N末端アミノ酸残基から数えて9番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計9アミノ酸残基から成る配列;
(6).N末端アミノ酸残基から数えて8番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計10アミノ酸残基から成る配列;
(7).N末端アミノ酸残基から数えて7番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計11アミノ酸残基から成る配列;
(8).N末端アミノ酸残基から数えて6番目のアラニン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計12アミノ酸残基から成る配列;
(9).N末端アミノ酸残基から数えて5番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計13アミノ酸残基から成る配列;
(10).N末端アミノ酸残基から数えて4番目のグリシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計14アミノ酸残基から成る配列;
(11).N末端アミノ酸残基から数えて3番目のプロリン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計15アミノ酸残基から成る配列;
(12).N末端アミノ酸残基から数えて2番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計16アミノ酸残基から成る配列。
上記のうちでも特にN末端アミノ酸残基から数えて6番目(アラニン残基)〜13番目(トリプトファン残基)のうちのいずれかから17番目(アラニン残基)迄の合計5〜12アミノ酸残基から成る配列の使用が好ましい。
(1).N末端アミノ酸残基から数えて13番目のトリプトファン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計5アミノ酸残基から成る配列;
(2).N末端アミノ酸残基から数えて12番目のアラニン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計6アミノ酸残基から成る配列;
(3).N末端アミノ酸残基から数えて11番目のアラニン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計7アミノ酸残基から成る配列;
(4).N末端アミノ酸残基から数えて10番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計8アミノ酸残基から成る配列;
(5).N末端アミノ酸残基から数えて9番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計9アミノ酸残基から成る配列;
(6).N末端アミノ酸残基から数えて8番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計10アミノ酸残基から成る配列;
(7).N末端アミノ酸残基から数えて7番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計11アミノ酸残基から成る配列;
(8).N末端アミノ酸残基から数えて6番目のアラニン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計12アミノ酸残基から成る配列;
(9).N末端アミノ酸残基から数えて5番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計13アミノ酸残基から成る配列;
(10).N末端アミノ酸残基から数えて4番目のセリン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計14アミノ酸残基から成る配列;
(11).N末端アミノ酸残基から数えて3番目のプロリン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計15アミノ酸残基から成る配列;
(12).N末端アミノ酸残基から数えて2番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計16アミノ酸残基から成る配列。
上記のうちでも特にN末端アミノ酸残基から数えて6番目(アラニン残基)〜13番目(トリプトファン残基)のうちのいずれかから17番目(アラニン残基)迄の合計5〜12アミノ酸残基から成る配列の使用が好ましい。
好ましくは、細胞増殖促進ペプチドは、少なくとも一つのアミノ酸残基がアミド化されているものが好ましい。アミノ酸残基(典型的にはペプチド鎖のC末端アミノ酸残基)のカルボキシル基のアミド化により、合成ペプチドの構造安定性(例えばプロテアーゼ耐性)を向上させ得る。
KKRTLRKNDRKKR(配列番号14)
の利用が好ましい。
本発明者は、上記非特許文献2に記載されるように核小体局在シグナル(NoLS)として知られる上記配列番号14に示すアミノ酸配列と、目的とする他のアミノ酸配列(何らかの機能と関連付けられる比較的短い配列、即ちペプチドモチーフ)を構成するアミノ酸配列とを含むペプチドを合成し、培養中の真核細胞に添加したところ、当該ペプチドが高効率に対象細胞の細胞膜を通過し得ること、さらには高効率に核膜を通過し得ることを見出した。即ち、本発明によると、目的とするAPPシグナルペプチド関連配列を上記配列番号14に示すアミノ酸配列(核小体局在シグナル関連配列)と組み合わせて得られた人工ペプチドを構築(合成) し、対象とする真核細胞に添加することによって、当該人工ペプチドを真核細胞の外部(細胞膜の外側)から核内(好ましくは核小体)に高効率に移送することができる。
このような鎖長の短いペプチドは、化学合成が容易であり、容易に細胞増殖促進ペプチドを提供することができる。なお、ペプチドのコンホメーション(立体構造)については、使用する環境下(生体外若しくは生体内)で細胞増殖促進能を発揮する限りにおいて、特に限定されるものではないが、免疫原(抗原)になり難いという観点から直鎖状又はへリックス状のものが好ましい。このような形状のペプチドはエピトープを構成し難い。かかる観点から、細胞増殖促進剤に適用する細胞増殖促進ペプチドとしては、直鎖状であり比較的低分子量(典型的には40以下(特に30以下)のアミノ酸残基数)のものが好適である。
なお、本発明の細胞増殖促進ペプチドとしては、全てのアミノ酸残基がL型アミノ酸であるものが好ましいが、細胞増殖促進活性を失わない限りにおいて、アミノ酸残基の一部又は全部がD型アミノ酸に置換されているものであってもよい。
ここで開示される細胞増殖促進ペプチドは、市販のペプチド合成機(例えば、PerSeptive Biosystems社、Applied Biosystems社等から入手可能である。)を用いた固相合成法により、所望するアミノ酸配列、修飾(C末端アミド化等)部分を有するペプチド鎖を合成することができる。
一般的な技法によって、この組換えベクターを所定の宿主細胞に導入し、所定の条件で当該宿主細胞又は該細胞を含む組織や個体を培養する。このことにより、目的とするポリペプチドを細胞内で発現、生産させることができる。そして、宿主細胞(分泌された場合は培地中)からポリペプチドを単離し、精製することによって、目的の細胞増殖促進ペプチドを得ることができる。一般的な技法によって、この組換えベクターを所定の宿主細胞(例えばイースト、昆虫細胞)に導入し、所定の条件で当該宿主細胞又は該細胞を含む組織や個体を培養する。このことにより、目的とするポリペプチドを細胞内で発現、生産させることができる。そして、宿主細胞(分泌された場合は培地中)からポリペプチドを単離し、精製することによって、目的の細胞増殖促進ペプチドを得ることができる。
なお、組換えベクターの構築方法及び構築した組換えベクターの宿主細胞への導入方法等は、当該分野で従来から行われている方法をそのまま採用すればよく、かかる方法自体は特に本発明を特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。
或いは、無細胞タンパク質合成システム用の鋳型DNA(即ち細胞増殖促進ペプチドのアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含む合成遺伝子断片)を構築し、ペプチド合成に必要な種々の化合物(ATP、RNAポリメラーゼ、アミノ酸類等)を使用し、いわゆる無細胞タンパク質合成システムを採用して目的のポリペプチドをインビトロ合成することができる。無細胞タンパク質合成システムについては、例えばShimizuらの論文(Shimizu et al., Nature Biotechnology, 19, 751-755(2001))、Madinらの論文(Madin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97(2), 559-564(2000))が参考になる。これら論文に記載された技術に基づいて、本願出願時点において既に多くの企業がポリペプチドの受託生産を行っており、また、無細胞タンパク質合成用キット(例えば、日本の東洋紡績(株)から入手可能なPROTEIOS(商標)Wheat germ cell-free protein synthesis kit)が市販されている。
従って、利用する(A)パート配列ならびに(B)パート配列をひとたび決定し、ペプチド鎖を設計しさえすれば、そのアミノ酸配列に従って無細胞タンパク質合成システムによって目的の細胞増殖促進ペプチドを容易に合成・生産することができる。例えば、日本の(株)ポストゲノム研究所のピュアシステム(登録商標)に基づいて本発明の細胞増殖促進ペプチドを容易に生産することができる。
本発明によって提供されるポリヌクレオチドは、DNAの形態であってもよく、RNA(mRNA等)の形態であってもよい。DNAは、二本鎖又は一本鎖で提供され得る。一本鎖で提供される場合は、コード鎖(センス鎖)であってもよく、それと相補的な配列の非コード鎖(アンチセンス鎖)であってもよい。
本発明によって提供されるポリヌクレオチドは、上述のように、種々の宿主細胞中で又は無細胞タンパク質合成システムにて、細胞増殖促進ペプチド生産のための組換え遺伝子(発現カセット)を構築するための材料として使用することができる。
本発明によると、新規なアミノ酸配列の細胞増殖促進ペプチドをコードするヌクレオチド配列及び/又は該配列と相補的なヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドが提供される。例えば、ペプチド鎖を構成する全アミノ酸残基数が50以下(好ましくは40以下、例えば30以下)であって、配列番号21〜41で示されるアミノ酸配列或いは該配列の改変アミノ酸配列、または該配列を含むアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列及び/又は該配列と相補的なヌクレオチド配列を含む(又はそれら配列から実質的に構成された)人為的に設計されたポリヌクレオチドが提供される。
細胞増殖促進剤の形態に関して特に限定はない。例えば、典型的な形態として、液剤、懸濁剤、乳剤、エアロゾル、泡沫剤、顆粒剤、粉末剤、錠剤、カプセル、軟膏、水性ジェル剤等が挙げられる。また、注射等に用いるため、使用直前に生理食塩水又は適当な緩衝液(例えばPBS)等に溶解して薬液を調製するための凍結乾燥物、造粒物とすることもできる。
なお、細胞増殖促進ペプチド(主成分)及び種々の担体(副成分)を材料にして種々の形態の薬剤(組成物)を調製するプロセス自体は従来公知の方法に準じればよく、かかる製剤方法自体は本発明を特徴付けるものでもないため詳細な説明は省略する。処方に関する詳細な情報源として、例えばComprehensive Medicinal Chemistry, Corwin Hansch監修,Pergamon Press刊(1990)が挙げられる。この書籍の全内容は本明細書中に参照として援用されている。
特に、ヒト又はヒト以外の動物(特に哺乳動物)の細胞が適用対象として好ましい。また、医学上の価値から、特に幹細胞を対象とすることが好ましい。この種の幹細胞として胚性幹細胞、人工多能性幹細胞(iPS細胞)、間葉系幹細胞、神経幹細胞、骨髄幹細胞、造血幹細胞、等が挙げられる。その他、体細胞(皮膚線維芽細胞、神経細胞、血管内皮細胞、等)や生殖細胞も増殖対象として好ましい。細胞増殖の観点から幹細胞は特に未分化状態のもの(即ち分化誘導処理が行われていない状態の幹細胞)を使用することが好ましい。
例えば、生体外(インビトロ)で細胞(例えば樹立細胞株)を培養して増殖させる場合においては、ここで開示される細胞増殖促進ペプチド(即ち該ペプチドを含む細胞増殖促進剤)の適当量を、培養(増殖)対象の真核細胞に対し、培養過程のいずれかの段階、好ましくは培養開始と同時若しくは培養開始後の早い段階で培地に添加するとよい。
添加量及び添加回数は、培養する細胞の種類、細胞密度(培養開始時の細胞密度)、継代数、培養条件、培地の種類、等の条件によって異なり得るため特に限定されないが、一般的な真核細胞(特にヒトを含む哺乳動物細胞)を培養する場合、培地中の細胞増殖促進ペプチド濃度が概ね0.1μM〜100μMの範囲内、好ましくは0.5μM〜20μM(例えば1μM〜10μM)の範囲内となるように、1〜複数回添加する(例えば培養開始時ならびに細胞の継代時や培地交換時に合わせて追加添加する)ことが好ましい。
ここで開示される細胞増殖促進剤(細胞増殖促進ペプチド)をインビトロ培養系に添加することにより、目的とする細胞自体若しくは該細胞が産生する生合成産物(例えば種々の生理活性物質や酵素類)を効率よく生産することができる。しかも高価なbFGF等の増殖因子を使用しないか又はその使用量を低減し得るため、生産コストの低減を図ることができる。
ここで開示される細胞増殖促進剤(細胞増殖促進ペプチド)を生体内の必要な部位に投与することにより、その細胞増殖促進活性によって、神経再生能力、血管新生能力、皮膚再生能力等の向上を実現することができる。また、細胞増殖能の向上により、例えば、皮膚の老化防止、移植臓器の早期定着、交通事故その他の物理的障害による創傷部や火傷部の早期修復を実現することができる。また、例えば、パーキンソン病、脳梗塞、アルツハイマー病、脊髄損傷による身体の麻痺、脳挫傷、筋萎縮性側索硬化症、ハンチントン病、脳腫瘍、網膜変性症等の神経疾患を再生医療的アプローチによって治療することに資する薬剤組成物として使用することができる。
また、ここで開示される細胞生産方法(インビトロでの細胞生産方法)や細胞増殖促進剤を採用することによって生体外(インビトロ)で効率よく生産(増殖)した目的細胞(或いは細胞数の増えた組織や器官)を、修復や再生が必要とされる患部に(即ち患者の生体内に)導入することにより、当該修復や再生に要する時間を短縮することができる。
計21種類のペプチド(サンプル1〜21)を後述するペプチド合成機を用いて製造した。表1及び表2には、これら合成ペプチドのアミノ酸配列等の情報を列挙している。
サンプル1〜21は、グリシンリンカーよりもN末端側に配列番号20に示すAPPシグナルペプチド配列若しくは該配列から選択された部分アミノ酸配列を有している。
即ち、サンプル1は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチドの全アミノ酸配列(合計17アミノ酸残基)を有する。
サンプル2は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて3番目のプロリン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計15アミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル4は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて5番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計13アミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル5は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて6番目のアラニン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計12アミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル6は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて7番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計11アミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル7は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて8番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計10アミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル8は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて9番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計9アミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル9は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて10番目のロイシン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計8アミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル10は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて11番目のアラニン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計7アミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル11は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて12番目のアラニン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計6アミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル12は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて13番目のトリプトファン残基から17番目(C末端)のアラニン残基迄の合計5アミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル14は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から14番目のスレオニン残基迄の合計14アミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル15は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から13番目のトリプトファン残基迄の合計13アミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル16は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から12番目のアラニン残基迄の合計12アミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル17は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から11番目のアラニン残基迄の合計11アミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル18は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から10番目のロイシン残基迄の合計10アミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル19は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から9番目のロイシン残基迄の合計9アミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル20は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から8番目のロイシン残基迄の合計8アミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列を有する。
サンプル21は、APPシグナルペプチド関連配列として、配列番号20のシグナルペプチド配列のN末端アミノ酸残基から数えて1番目のメチオニン残基から7番目のロイシン残基迄の合計7アミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列を有する。
上記実施例1で得られた細胞増殖促進ペプチド(サンプル1〜21)、及び比較例として市販されるbFGFを細胞増殖促進剤として使用した実験区を設けた。また、コントロールとしてペプチド無添加区(勿論bFGFも添加していない。)を設けた。
評価試験の詳細は以下のとおりである。合成した各サンプルペプチドは、PBS(リン酸緩衝生理食塩水)に溶かし、ペプチド濃度が1mMのストック液を調製した。
即ち、予め供試幹細胞を0.05%トリプシン−0.53mM EDTA溶液処理により回収し、10ng/mLのbFGFを含む上記DMEM培地で1×104個/mLとなるように調製した供試幹細胞溶液を、細胞数が1ウェルあたり1×103個となるように96穴(ウェル)プレートの各ウェルに播種し、一晩プレ培養した。このときの培地量はウェルあたり100μLとした。
次いで、ウェル中のペプチド濃度が約2μMとなるように、サンプル1〜21のいずれかのペプチドの上記ストック液を添加した新鮮培地で各ウェルの培地を交換した。また、比較のため、一部のウェルについては、濃度が10ng/mLとなるように市販のbFGF(PeproTech社製品)を添加した新鮮培地で当該ウェルの培地を交換した(表3中のbFGF実験区)。また、いずれのサンプルペプチドもbFGFも添加しないウェルを設けた(表3中のコントロール区)。
かかる培養試験中において、培養開始時点(day0)と、培養開始から2日経過時点(day2)と、培養開始から4日経過時点(day4)に、一部のウェルに発色試薬として「水溶性テトラゾリウム塩(WST−8)」を添加した。添加から2時間インキュベートした後、該発色試薬を添加した細胞培養液を回収した。そして、テトラゾリウム塩の還元に基づき波長450nmの吸光度(OD450)を測定する比色法により、細胞増殖の程度を評価した。結果を表3に示す。
特に、サンプル5〜12或いはサンプル16〜21は、bFGFを添加した場合と比較して特に顕著な細胞増殖促進活性を有していた。本実施例において増殖・生産された供試幹細胞を回収し、市販の材料を用いてこの種の幹細胞に対して行われる一般的な骨分化誘導処理を行ったところ、正常な骨分化が認められた。このことは、ここで開示される細胞増殖促進ペプチド(細胞増殖促進剤)によると、増殖対象の細胞に異常(例えば癌化)をきたすことなく正常に細胞増殖が促進され得ることを示している。
また、詳細なデータは示していないが、上記間葉系幹細胞に代えて神経幹細胞を対象とした場合も本実施例と同様に細胞増殖能の向上が認められた。
サンプル1のペプチド50mgと結晶化セルロース50mg及び乳糖400mgとを混合した後、エタノールと水の混合液1mLを加え混練した。この混練物を常法に従って造粒し、細胞増殖促進ペプチドを主成分とする顆粒剤(即ち、顆粒状の細胞増殖促進剤)を得た。
Claims (8)
- 少なくとも1種の真核細胞の増殖を促進し得る細胞増殖促進剤であって、
(A)配列番号14に示すアミノ酸配列と、
(B)配列番号19若しくは配列番号20に示すアミノ酸配列、または該配列番号19若しくは配列番号20に示すアミノ酸配列の一部分であって該配列のN末端アミノ酸残基から数えて少なくとも5個の連続するアミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列、若しくは該配列番号19若しくは配列番号20に示すアミノ酸配列の一部分であって該配列のC末端アミノ酸残基から数えて少なくとも5個の連続するアミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列と、
を有する人為的に合成されたペプチドを有効成分として含む、細胞増殖促進剤。 - 前記人為的に合成されたペプチドは、前記(B)で規定されるアミノ酸配列として、前記配列番号20に示すアミノ酸配列、または、該配列番号20に示すアミノ酸配列の一部分であって該配列のN末端アミノ酸残基から数えて少なくとも5個の連続するアミノ酸残基から成るN末端側部分アミノ酸配列、若しくは該配列番号20に示すアミノ酸配列の一部分であって該配列のC末端アミノ酸残基から数えて少なくとも5個の連続するアミノ酸残基から成るC末端側部分アミノ酸配列を有する、請求項1に記載の細胞増殖促進剤。
- 前記人為的に合成されたペプチドは、前記(A)で規定されるアミノ酸配列のN末端側に前記(B)で規定されるアミノ酸配列を有する、請求項1又は2に記載の細胞増殖促進剤。
- 前記人為的に合成されたペプチドを構成する全アミノ酸残基数が40以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の細胞増殖促進剤。
- 前記人為的に合成されたペプチドは、配列番号21〜41のいずれかのアミノ酸配列を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の細胞増殖促進剤。
- インビトロにおいて少なくとも1種の真核細胞を増殖させることにより該真核細胞若しくは該増殖した細胞由来の生合成産物を生産する方法であって、
請求項1〜5のいずれかに記載の細胞増殖促進剤を、該増殖対象の真核細胞に対して少なくとも1回供給することを特徴とする、方法。 - 前記真核細胞は、ヒト若しくはヒト以外の哺乳動物由来の細胞である、請求項6に記載の方法。
- 前記真核細胞は、未分化状態にあるいずれかの種類の幹細胞である、請求項6又は7に記載の方法。
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