JP6404213B2 - ホスホランバンのプロテインホスファターゼ1媒介の脱リン酸化抑制用デコイペプチド{DecoyPeptidesInhibitingProteinPhosphatase1−MediatedDephosphorylationofPhospholamban} - Google Patents

ホスホランバンのプロテインホスファターゼ1媒介の脱リン酸化抑制用デコイペプチド{DecoyPeptidesInhibitingProteinPhosphatase1−MediatedDephosphorylationofPhospholamban} Download PDF

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Description

関連出願の参照文献
本出願は、2012年7月5日に出願された米国仮特許出願US 61/668,034から優先権主張を伴い、上記仮特許出願に開示された内容は、本明細書に参照により組み込まれる。
公共基金研究に関する陳述
本発明は、大韓民国政府(MEST)によって出資されたグローバル研究室プログラム(M6−0605−00−0001)、GISTのSystems Biology Infrastructure Establishment Grant、及びNIH(HL−080498−1)の後援を受けた。
本発明は、プロテインホスファターゼ1媒介のホスホランバンの脱リン酸化を抑制することができるホスホランバンのデコイペプチドまたはポリペプチド、その用途及び製造方法に関する。
心不全(Heart failure)は、全世界的に死亡率及び罹病率の主な原因として残っている[1−3]。心不全の特徴は、心臓の心室腔サイズの増加及び心臓収縮機能の減少である。従来の研究は、心臓収縮の異常が心不全の開始及び進行を引き起こすという考えを裏付ける[4−6]。細胞内のCa2+サイクリング(cylcling)は、心筋細胞の収縮性を直接に調節する[7、8]。少量の細胞外Ca2+が電圧依存的なL型のCa2+チャネルを通じて心筋細胞に流入され、その後リアノジン受容体(RyR:ryanodine receptor)を通じて筋小胞体(SR:sarcoplasmic reticulum)からCa2+が大量放出される[9]。細胞内Ca2+の増加は筋フィラメント(myofilament)の収縮を触発する。筋線維膜(sarcolemma)でのSR Ca2+−ATPアーゼ(SERCA)2a及びNa/Ca2+交換体(exchanger)を通じたSRへのCa2+の再流入は、その後筋フィラメントの弛緩を開始する。
従来の研究は、SERCA2aの発現及び活性の減少がヒト及び動物モデルで心不全に関連することを示す[10−12]。したがって、遺伝子量の増加によるSERCA2aレベルの回復が、心不全治療に対する合理的な接近であると判断され、これはラット[13−15]及びブタ[16]の心不全モデルを用いた事例で証明された。さらに、SERCA2aのアデノ随伴ウイルス媒介の伝達は、最近、心不全患者で心機能の向上に対する安全で効果的な様相を示した[17、18]。
内因性阻害剤であるホスホランバン(PLB:phospholamban)は、SERCA2a活性を負に調節し、これはプロテインキナーゼA(PKA:protein kinase A)、Ca2+/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII(CaMKII:Ca2+/calmodulin−dependent protein kinase II)及びプロテインホスファターゼ1(PP1:protein phosphatase 1)によって順次に調節される。PKA及びCaMKIIは、それぞれPLBのSer16及びThr17をリン酸化し、これはSERCA2aからPLBの分離をもたらし、SERCA2aのCa2+−ATPアーゼ活性がほぼ最大になるようにする[19−21]。一方、PP1によるPLBのSer16及びThr17での脱リン酸化は、PLBとSERCA2aとの結合及びPLBによるSERCA2aの抑制を向上する[22、23]。興味深いことに、動物モデル及び末期ヒト心不全モデルで、PP1の活性増加[27、28]に伴われるPLBリン酸化の減少[24−26]を観察した。したがって、PP1活性及びPLBリン酸化の正常化は、心機能の向上及び心不全進行を抑制するための妥当な接近である。
標的タンパク質を模倣した小さなペプチドのような分子デコイ(decoy)は、タンパク質間相互作用の妨害[29]、プロテインキナーゼによる標的タンパク質のリン酸化の妨害[30]、及びホスファターゼによるリン酸化されたタンパク質の脱リン酸化を妨害[31、32]するのに成功的に用いられて来た。
本明細書の全体にかけて多数の論文及び特許文献が参照され、その引用が表示されている。引用された論文及び特許文献の開示内容はその全体が本明細書に参照により組み込まれ、本発明の属する技術分野の水準及び本発明の内容がより明確に説明される。
本発明者らは、PLB関連疾病、特にPLBの脱リン酸化レベルによって減少されたSERCA2a活性によって誘発された疾病の治療のためのデコイペプチドまたはポリペプチドを開発すべく、鋭意研究努力した。その結果、本発明者らは、PLBのリン酸化レベルを顕著に増加させるデコイペプチドを合成した。また、本発明者らは、上記デコイペプチドがインビトロで収縮性パラメータを増加させ、エクスビボで左心室の弛緩期圧力を向上することを見出した。すなわち、本発明者らは、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドが、SERCA2a活性の回復による心臓保護効果及び心筋収縮性向上の強心効果を提供し、したがって、これをPLBの脱リン酸化抑制によるPLB関連疾病の治療に用いることができることを確認して、本発明を完成するに至った。
したがって、本発明の目的は、競争的阻害によってPLBのPP1媒介の脱リン酸化を抑制するデコイペプチドまたはポリペプチドを提供することにある。
本発明の他の目的は、PLB関連疾病の予防または治療用の薬剤学的組成物を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、競争的阻害によってPLBのPP1媒介の脱リン酸化を抑制するデコイペプチドまたはポリペプチドの製造方法を提供することにある。
本の発明の他の目的及び利点は、下記の発明の詳細な説明、請求の範囲及び図面によってより明確にされる。
本発明の一様態によれば、本発明は、下記一般式Iで表されるペプチド配列で構成されるデコイペプチドまたはポリペプチドを提供する:
−Ala−X−X−Ile−Glu−X (I)
上記Xは、0〜50個のアミノ酸残基、上記Xは、Ser、GluまたはAsp、上記Xは、Thr、GluまたはAsp、上記Xは、0〜50個のアミノ酸残基を示し、上記XがThrの場合、XはSerではなく;上記デコイペプチドまたはポリペプチドは、競争的阻害によってPLB(ホスホランバン)のPP1(プロテインホスファターゼ1)媒介の脱リン酸化を抑制する。
本発明者らは、PLB関連疾病、特にPLBの脱リン酸化レベルによって減少されたSERCA2a活性によって誘発された疾病の治療のためのデコイペプチドまたはポリペプチドを開発すべく、鋭意研究努力した。その結果、本発明者らは、PLBのリン酸化レベルを顕著に増加させるデコイペプチドを合成した。また、本発明者らは、上記デコイペプチドがインビトロで収縮性パラメータを増加させ、エクスビボで左心室の弛緩期圧力を向上することを見出した。すなわち、本発明者らは、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドが、SERCA2a活性の回復による心臓保護効果及び心筋収縮性向上の強心効果を提供し、したがって、これをPLBの脱リン酸化抑制によるPLB関連疾病の治療に用いることができることを確認した。
本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、下記一般式Iで表されるペプチド配列で構成される:
−Ala−X−X−Ile−Glu−X (I)
リン酸化されたPLBを模倣して設計された本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、PLBのPP1媒介の脱リン酸化を抑制し、PLBのリン酸化レベルを顕著に増加させ、収縮性パラメータを増加させることで、左心室の弛緩期圧力を顕著に向上する。本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、不全性心臓(failing heart)でのSERCA2a活性の回復のための代替様式を提供する。
本発明の特徴及び利点を要約すれば、次のとおりである:
(a)本発明は、競争的阻害によってPLBのPP1媒介の脱リン酸化を抑制することができるデコイペプチドまたはポリペプチド、その製造方法、及び本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドを有効成分として含むPLB関連疾病の予防または治療用の薬剤学的組成物を提供する。
(b)本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドがPP1媒介の脱リン酸化の抑制によって、PLBのリン酸化レベルを顕著に増加させることは注目に値する。また、上記デコイペプチドまたはポリペプチドは、SERCA2a活性の回復による心臓保護効果及び心筋収縮性向上の強心効果を提供する。
(c)本発明は、PLB関連疾病の予防または治療に寄与することができる。
単量体PLB(左側)の構造及びデコイペプチドのアミノ酸配列(右側)を示す。上記単量体PLBの「L型」構造は、細胞質ヘリックス、連結短ループ及び膜貫通ヘリックスを含む。上記連結短ループを構成する9個のアミノ酸からペプチドを誘導した。上記デコイペプチドにおいて、リン酸化を模倣するためにSer(S、セリン)またはThr(T、スレオニン)残基をGlu(E、グルタミン酸)で置換した。上記置換されたグルタミン酸残基を下線で表示した。 心筋細胞でデコイペプチドの細胞内吸収を示す。上記分離された心筋細胞を37℃で1時間1μMのペプチド溶液でインキュベートした。Conは処理していない細胞、ψPLB−SEはFITCで標識されたデコイペプチド、DICは微分干渉対比(differential interference contrast)イメージ;FITCはFITC蛍光イメージを示す。 デコイペプチドによるPLBリン酸化の増加を示す。分離された成体心筋細胞を45分間1μMのデコイペプチドで処理し、その後15分間1μMのPMAで処理した。リン酸化PLB(S16)、リン酸化PLB(T17)、総PLBまたはGAPDHに対する抗体をプローブとして細胞溶解物(cell lysate)をウェスタンブロッティングした。上記デコイペプチドの配列は次のとおりである:ψPLB−SE, RAETIEMPQ(配列表の配列番号1); ψPLB−SD, RADTIEMPQ(配列表の配列番号3);ψPLB−TE,RASEIEMPQ(配列表の配列番号2)。PMAは、ホルボール12−ミリスタート 13−アセタート(phorbol 12−myristate 13−acetate)を示す。 短縮されたデコイペプチドによるPLBリン酸化の増加を示す。分離された成体心筋細胞を45分間1μMのデコイペプチドで処理し、その後15分間1μMのPMAで処理した。リン酸化PLB(S16)、リン酸化PLB(T17)、総PLBまたはGAPDHに対する抗体をプローブとして細胞溶解物(cell lysate)をウェスタンブロッティングした。上記短縮されたデコイドペプチドの配列は次のとおりである:ψPLB−8−mer, AETIEMPQ(配列表の配列番号4);ψPLB−7−mer, RAETIEM(配列表の配列番号5);ψPLB−6−mer,RAETIE(配列表の配列番号6);ψPLB−5−mer: RAETI(配列表の配列番号7)。PMAは、ホルボール12−ミリスタート 13−アセタート(phorbol 12−myristate 13−acetate)を示す。 デコイペプチドによる心臓収縮性の増加を示す。分離された成体心筋細胞を45分間1μMのデコイペプチドで処理し、その後15分間1μMのPMAで処理した。その後、収縮性パラメータを測定した。図2aは、収縮性パラメータを示す。細胞短縮ピーク(Peak cell shortening)は、短縮された細胞長さの百分率、−dL/dtは細胞短縮の最大速度;+dL/dtは細胞再延長(relengthening)の最大速度を示す。#は対照群と比較してP<0.05、*は対照群と比較してP<0.01、エラーバー(error bar)はSDを示す。 デコイペプチドによる心臓収縮性の増加を示す。分離された成体心筋細胞を45分間1μMのデコイペプチドで処理し、その後15分間1μMのPMAで処理した。その後、収縮性パラメータを測定した。図2bは、収縮性パラメータを示す。細胞短縮ピーク(Peak cell shortening)は、短縮された細胞長さの百分率、−dL/dtは細胞短縮の最大速度;+dL/dtは細胞再延長(relengthening)の最大速度を示す。#は対照群と比較してP<0.05、*は対照群と比較してP<0.01、エラーバー(error bar)はSDを示す。 デコイペプチドによる心臓収縮性の増加を示す。分離された成体心筋細胞を45分間1μMのデコイペプチドで処理し、その後15分間1μMのPMAで処理した。その後、収縮性パラメータを測定した。図2cは、Fura2/AMで測定した一過性(transient)Ca2+特性の平均パラメータを示す。ベースライン(Baseline)[Ca2+は、弛緩時の細胞内Ca2+濃度、 △[Ca2+(340/380)は、収縮時の細胞内増加されたCa2+濃度、τ(ms)は、Ca2+の一過性減少速度を示す。8個の個別心臓から約500個の細胞を選別して、Ca2+の一過性測定を行った。#は対照群と比較してP<0.05、*は対照群と比較してP<0.01、エラーバー(error bar)はSDを示す。 デコイペプチドによる心臓収縮性の増加を示す。分離された成体心筋細胞を45分間1μMのデコイペプチドで処理し、その後15分間1μMのPMAで処理した。その後、収縮性パラメータを測定した。図2dは、Fura2/AMで測定した一過性(transient)Ca2+特性の平均パラメータを示す。ベースライン(Baseline)[Ca2+は、弛緩時の細胞内Ca2+濃度、 △[Ca2+(340/380)は、収縮時の細胞内増加されたCa2+濃度、τ(ms)は、Ca2+の一過性減少速度を示す。8個の個別心臓から約500個の細胞を選別して、Ca2+の一過性測定を行った。#は対照群と比較してP<0.05、*は対照群と比較してP<0.01、エラーバー(error bar)はSDを示す。 エクスビボでの虚血後の心機能を示す。図3aは、ランゲンドルフ潅流したラットの心臓を示す。全般的な虚血誘導のために20分間潅流を中止した後、1μMのTATまたはψPLB−SEを同時投与して30分間再潅流し、左心室の弛緩期圧力(LVDP)の変化を観察した。n=4であり、*はTATと比較してP<0.01、エラーバーはSEMを示す。 エクスビボでの虚血後の心機能を示す。図3bは、再潅流後に製造した心臓溶解物を示す。リン酸化PLB(S16)、リン酸化PLB(T17)、総PLB、カスパーゼ3、またはGAPDHに対する抗体をプローブとしてウェスタンブロッティングを行った。
本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドにおいて、本発明の配列「Ala−X−X−Ile−Glu」は、上記デコイペプチドまたはポリペプチドの作用及び機能に必須である。上記X及びX残基は、多様に変形されることができる。このような点で、本発明は、PP1に対するデコイとしての機能または活性を維持する限り、「Ala−X−X−Ile−Glu」配列を含むいずれのペプチドまたはポリペプチドも含む。
本明細書の用語「ペプチド」とは、ペプチド結合によってアミノ酸残基が互いに結合されて形成された直線状の分子を意味する。本明細書の用語「ポリペプチド」とは、ペプチド結合によって結合されたアミノ酸(同一または異なる)の重合体(polymer)を意味する。
本明細書でPLBと共に使用される用語「デコイペプチドまたはポリペプチド」は、リン酸化されたPLBの連結短ループを模倣したペプチド配列を含むように設計されたペプチドまたはポリペプチドであって、これは競争的方式によってPP1に結合できることで、PP1の作用を遮断することができる。
本明細書の用語「PP1媒介の脱リン酸化」とは、PP1によるPLBの脱リン酸化を意味する。
デコイペプチド(またはポリペプチド)に関する本明細書の用語「競争的阻害」とは、デコイペプチドまたはポリペプチド−PP1複合体の形成のために、PP1に対する競争的結合によって脱リン酸化が抑制されることを意味する。上記デコイペプチドまたはポリペプチドは、PP1に結合するPLBのリン酸化位置と競争する方式でPP1と結合する。
本発明の一実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、細胞質ペプチドまたはポリペプチドである。すなわち、一般式Iにおいて、X及びXは、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドが細胞質に存在することを妨害することができるアミノ酸ドメインを含まない。例えば、上記アミノ酸ドメインは、膜貫通ドメイン(membrane−spanning domain)及びオルガネラ標的ドメイン(organelle−targeting domain)を含むが、これに限定されない。このような観点で、X及びXは、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドが細胞質に存在できるようにする範囲内のいずれのアミノ酸残基も含むことができる。
本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、PLBのPP1媒介の脱リン酸化を抑制する範囲内であれば、いずれの長さのデコイペプチドまたはポリペプチドも含む。例えば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、アミノ酸5〜100個、5〜80個、5〜60個、5〜40個、5〜30個、5〜20個、5〜15個、5〜9個または6〜9個の長さであってもよい。
本発明の一実現例によれば、本発明の一般式IのXは、0〜40個、0〜30個、0〜20個、0〜10個、0〜3個または0〜1個のアミノ酸残基である。
本発明の一般式Iにおいて、上記Xにはいずれのアミノ酸も位置することができる。本発明の一実現例によれば、上記Xは、PLBのアミノ酸配列(配列番号10)の15番目のアミノ酸のN末端方向に0〜50個、0〜40個、0〜30個、0〜20個、0〜10個、0〜3個または0〜1個のアミノ酸残基がつながったアミノ酸配列で構成される。本発明の特定の実現例によれば、上記Xは、PLBのアミノ酸配列(配列番号10)の15番目のアミノ酸のN末端方向に1個のアミノ酸残基で構成される。
本発明の一実現例によれば、本発明の一般式IのXは、0〜40個、0〜30個、0〜20個、0〜10個または0〜3個のアミノ酸残基である。
本発明の一般式Iにおいて、Xにはいずれのアミノ酸も位置することができる。本発明の一実現例によれば、上記Xは、PLBのアミノ酸配列(配列番号10)の19番目のアミノ酸のC末端方向に0〜50個、0〜40個、0〜30個、0〜20個、0〜10個または0〜3個のアミノ酸残基がつながったアミノ酸配列で構成される。本発明のある実現例によれば、上記Xは、PLBのアミノ酸配列(配列番号10)の19番目のアミノ酸のN末端方向に0または3個のアミノ酸残基で構成される。本発明の特定の実現例によれば、上記Xは、PLBのアミノ酸配列(配列番号10)の19番目のアミノ酸のN末端方向に3個のアミノ酸残基で構成される。
本発明の一実現例によれば、本発明のXはArgである。
本発明の一実現例によれば、本発明のXは、Met、Met−ProまたはMet−Pro−Glnである。
本発明のPLBのアミノ酸配列(配列表の配列番号10)の16番目のアミノ酸であるSer残基(Ser16)及び17番目のアミノ酸であるThr残基(Thr17)は、PLBの流動的なループ地域(PLBのアミノ酸配列(配列表の配列番号10)の14〜22番目のアミノ酸)に位置するリン酸化部位である。一般式Iにおいて、X及びXは、それぞれPLB内のSer16及びThr17が位置しているアミノ酸の位置を示す。
本発明において、Ser16及び/またはThr17をGluまたはAspで置換して、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドを設計する。本発明の一般式IのX及び/またはXにGluまたはAspを含むデコイペプチドまたはポリペプチドは、リン酸化されたPLBと類似して、PP1に結合するPLBのリン酸化位置と競争する。
本発明の一実現例によれば、本発明のXは、GluまたはAspであり、Xは、Thr、GluまたはAspである。本発明の他の実現例によれば、本発明のXは、GluまたはAspであり、Xは、Thrである。
本発明の一実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、配列表の配列番号1ないし配列番号6のアミノ酸配列から選択されるアミノ酸配列で構成される。本発明の他の実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、配列表の配列番号1及び配列番号3ないし配列番号6のアミノ酸配列から選択されるアミノ酸配列で構成される。本発明の特定の実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、配列表の配列番号1、配列番号3及び配列番号6のアミノ酸配列から選択されるアミノ酸配列で構成される。
本発明の配列表の配列番号1ないし配列番号6は次のとおりである:
配列表の配列番号1は、Arg−Ala−Glu−Thr−Ile−Glu−Met−Pro−Glnである。
配列表の配列番号2は、Arg−Ala−Ser−Glu−Ile−Glu−Met−Pro−Glnである。
配列表の配列番号3は、Arg−Ala−Asp−Thr−Ile−Glu−Met−Pro−Glnである。
配列表の配列番号4は、Ala−Glu−Thr−Ile−Glu−Met−Pro−Glnである。
配列表の配列番号5は、Arg−Ala−Glu−Thr−Ile−Glu−Metである。
配列表の配列番号6は、Arg−Ala−Glu−Thr−Ile−Gluである。
本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、修飾側鎖を有する一つ以上のアミノ酸があるペプチドまたはポリペプチドを含むことができる。側鎖修飾の例は、還元アルキル化反応;メチルアセトイミデートによるアミジン化;無水酢酸によるアシル化;シアネートによるアミノ基のカルバモイル化;2,4,6−トリニトロベンゼンスルホン酸(TNBS)によるアミノ酸のトリニトロベンジル化;無水コハク酸及びテトラヒドロフタル酸無水物によるアミノ基のアシル化;及びピリドキサール−5−リン酸の処理後、NaBHで還元されたピリドキシル化のようなアミノ基の修飾を含む。
アルギニン残基のグアニジン基は、2,3−ブタンジオン、フェニルグリオキサール及びグリオキサールのような試薬による複素環縮合物の形成で修飾されることができる。カルボキシル基は、O−アシルイソ尿素の形成によってカルボジイミド活性をし、次に誘導体化、例えば、アミド化で誘導体化して修飾させることができる。
スルフヒドリル基は、ヨード酢酸またはヨードアセトアミドによるカルボキシルメチル化;システイン酸への過ギ酸酸化;他のチオール化合物による混合ジスルフィドの形成;マレイミド、無水マレイン酸または他の置換マレイミドによる反応;4−クロロメルクリ安息香酸、4−クロロメルクリフェニルスルホン酸、塩化フェニル水銀、2−クロロメルクリ−4−ニトロフェノール及び他の水銀剤を使用した水銀誘導体の形成;塩基pHでシアネートによるカルバモイル化のような方法によって修飾されることができる。システイン残基のいずれの修飾も、ペプチドが要するジスルフィド結合を形成するのに影響を与えてはいけない。また、システインのスルフヒドリル基は、セレニウム等価物で代替することができ、これによってペプチドには一つ以上のジスルフィド結合位置にジセレニウム結合が形成されることができる。
トリプトファン残基は、例えば、N−ブロモスクシンイミドによる酸化または2−ヒドロキシ−5−ニトロベンジルブロミドまたはスルホニルハライドによるインドール環のアルキル化によって修飾されることができる。一方、チロシン残基は、テトラニトロメタンを用いたニトロ化によって修飾されて3−ニトロチロシン誘導体を形成させることができる。
ヒスチジン残基のイミダゾール環の修飾は、ヨード酢酸誘導体によるアルキル化またはジエチルピロカーボネートによるN−カルボエトキシル化によって行われることができる。
プロリン残基は、例えば、4位置でのヒドロキシル化によって修飾されることができる。
本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、これのアミノ酸残基を修飾させることで、より安定性を向上することができる。例えば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、少なくとも一つのアミノ酸は、アセチル基、フルオレニルメトキカルボニル基、ホルミル基、パルミトール基、ミリスチル基、ステアリル基またはポリエチレングリコール(PEG)を持つ。本発明の一実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、アセチル基の保護基が結合されている。
本明細書で用語「安定性」とは、インビボでの安定性だけでなく、貯蔵安定性(例えば、常温貯蔵安定性)も意味する。上述した保護基は、インビボでプロテアーゼの攻撃から本発明のペプチドを保護する作用をする。
本発明の一実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、細胞膜透過性ペプチドがさらに結合されている。本発明の他の実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、N末端及び/またはC末端に細胞膜透過性ペプチドがさらに結合されている。
本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドを心筋細胞内に運ぶためには、上記デコイペプチドまたはポリペプチドが細胞膜透過性ペプチドを含んでいなければならない。本明細書の用語「細胞膜透過性ペプチド」は、特定のペプチド(またはタンパク質)を細胞内に運ぶために必須なペプチドであって、通常、5〜50個またはそれ以上のアミノ酸配列で構成されている。
細胞膜透過性ペプチドは、それ自体でリン脂質二重層の細胞膜を通過することができるアミノ酸配列を持つペプチドであって、例えば、Tat由来ペプチド、シグナルペプチド(例えば、細胞透過性ペプチド)、アルギニンリッチペプチド、トランスポータンまたは両親媒性ペプチドキャリアなどを含むが、これに限定されない(Morris, M. C. et al., Nature Biotechnol. 19:1173−1176 (2001); Dupont, A. J. and Prochiantz, A., CRC Handbook on Cell Penetrating Peptides, Langel, Editor, CRC Press, (2002); Chaloin, L. et al., Biochemistry 36(37):11179−87 (1997); 及びLundberg, P. and Langel, U., J. Mol. Recognit. 16(5):227−233 (2003))。また、上記のような天然配列と共に、レトロインベルソ(retroinverso)及びD−アイソマーペプチドを含む、細胞膜透過性質を有する多様なアンテナペディア(antennapedia)基礎ペプチドが知られている(Brugidou, J. et al., Biochem Biophys Res Commun. 214(2):685−93 (1995);Derossi, D. et al., Trends Cell Biol. 8:84−87 (1998))。
本発明の他の実現例によれば、本発明の細胞膜透過性ペプチドは、TATペプチド(Tat由来ペプチド)である。
ヒト免疫不全ウイルス(HIV:human immunodeficiency virus)由来のTatタンパク質は86個のアミノ酸で構成されており、システインリッチ、塩基性及びインテグリン結合部分の主タンパク質ドメインを有している。たとえ、TatペプチドはYGRKKRRQRRR(配列表の配列番号11)(すなわち、Tatタンパク質の48〜60番目のアミノ酸配列)配列だけでタンパク質の細胞膜透過性質を有するとしても、付加的にTat配列RKKRRQRRRの多くのコピーを含む分岐構造がある場合、細胞膜をより効果的に通過できるものと知られている(Tung, C. H., et al., Bioorg. Med Chem 10:3609−3614(2002))。細胞膜透過性質を有するTatペプチドの多様性については、Schwarze, S. R., et al., Science 285:1569−1572(1999)に記載されている。本発明のある実現例によれば、本発明のTATペプチドは、配列表の配列番号11のアミノ酸配列を含む。
また、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、精製を容易にするために、他の融合タンパク質を含むことができ、これはグルタチオンS−トランスフェラーゼ(Pharmacia社、米国)、マルトース結合タンパク質(NEB社、米国)、FLAG(IBI社、米国)及び6xHis(hexahistidine;Quiagen社、米国)を含むが、これに限定されない。本発明の一実現例によれば、本発明の融合タンパク質は、アフィニティークロマトグラフィーによって精製される、例えば、グルタチオンS−トランスフェラーゼが融合された場合には、この酵素の基質であるグルタチオンを用いることができ、6xHisが用いられた場合には、Ni−NTA His結合樹脂カラム(Novagen社、米国)を用いて、所望の融合タンパク質を迅速かつ容易に得ることができる。
本発明の一実現例によれば、本発明のPLBはヒトに由来し、これのアミノ酸配列は、NCBI(National Center for Biotechnology Information)に開示されている。NCBI内のヒトPLBアミノ酸配列のアクセッション番号(Accession Number)は、AAA60109.1、AAA60083.1及びAAD55950.1である。
本発明によれば、本明細書の用語「デコイペプチドまたはポリペプチド」は、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドの機能的な均等物を含むものと解釈される。本明細書の用語「機能的な均等物」は、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドに比べると類似または向上した生物学的活性を持つと共に、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドの一部アミノ酸配列でのアミノ酸置換、付加もしくは欠失を持つアミノ酸配列の変異(例えば、必須配列であるAla−X−X−Ile−Gluの周囲アミノ酸残基の変異)を意味する。上記アミノ酸置換は、保存的置換であってもよい。自然的にアミノ酸に発生する上記保存的置換の例は、脂肪族アミノ酸(Gly、Ala及びPro)、疎水性アミノ酸(Ile、Leu及びVal)、芳香族アミノ酸(Phe、Tyr及びTrp)、酸性アミノ酸(Asp及びGlu)、塩基性アミノ酸(His、Lys、Arg、Gln及びAsn)及び含硫アミノ酸(Cys及びMet)を含む。上記アミノ酸欠失は、本発明のデコイペプチド及びポリペプチド活性に直接に関連しない部分に位置する。
本発明によれば、本発明で利用可能な本発明のデコイペプチド及びポリペプチドのアミノ酸配列は、本発明のデコイペプチド配列に実質的に同一性を有するペプチド配列を含むものと解釈される。本明細書の用語「実質的同一性」とは、二つのアミノ酸配列を最大限対応するようにアラインし、BLAST、GAPまたはBESTFITのような当業界で通常用いられるアルゴリズムまたは肉眼検査を用いてアラインされた配列を分析した場合に、少なくとも約60%、70%、80%、85%、90%または95%の配列相同性を共有することを意味する。配列比較のためのアライメント方法は、当業界に公知されている。アライメントに対する多様な方法及びアルゴリズムは、Smith and Waterman, Adv. Appl. Math. 2:482(1981); Needleman and Wunsch, J. Mol. Bio. 48:443(1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol. Biol. 24: 307−31(1988); Higgins and Sharp, Gene 73:237−44(1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5:151−3(1989); Corpet et al., Nuc. Acids Res. 16:10881−90(1988); Huang et al., Comp. Appl. BioSci. 8:155−65(1992) and Pearson et al., Meth. Mol. Biol. 24:307−31(1994)に開示されている。
NCBIベーシック・ローカルアライメント検索ツール(BLAST: Basic Local Alignment Search Tool)(Altschul et al., J. Mol. Biol. 215:403−10(1990))は、NCBI(National Center for Biological Information)などで接近可能であり、インターネット上でblastp、blasm、blastx、tblastn and tblastxのような配列分析プログラムと連動して用いることができる。BLSATは、http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/でアクセス可能である。このプログラムを用いた配列相同性比較方法は、 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.htmlから確認することができる。
本発明の他の様態によれば、本発明は、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドのうちいずれか一つのデコイペプチドまたはポリペプチドの薬剤学的有効量;及び(b)薬剤学的に許容される担体を含むPLB関連疾病の予防または治療用の薬剤学的組成物を提供する。
PLB関連疾病について使用される本明細書の用語「予防」とは、PLB関連疾病の完全な予防、上記疾病を有する対象体での症状発生の予防または上記疾病を有する対象体での症状再発の予防を意味する。
PLB関連疾病について使用される本明細書の用語「治療」は、対象体でPLB関連疾病症状の一部または全部の除去または症状強度の減少を示す。
PLB関連疾病について使用される本明細書の用語「薬剤学的有効量」とは、対象体に投与される、PLB関連症状、状態または疾病の予防または治療に十分な量を意味する。
本明細書の用語「対象体(subject)」とは、ヒト、ヒトではない哺乳類または動物を含む。上記ヒトではない哺乳類は、牛、羊、ヤギ、馬、豚、犬及び猫のような家畜及び伴侶動物を意味する。
本発明によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドを有効成分として含む薬剤学的組成物は、PLB関連疾患の予防または治療に使用されることができる。
心筋細胞の収縮性は、細胞内のCa2+サイクリングによって直接調節され、SERCA2aは心筋細胞内の上記Ca2+サイクリングで重要な役割をする。PLBは、SERCA2aの内因性阻害剤であって、PP1による脱リン酸化を通じてこれの抑制活性が向上する。
本発明において、本発明のデコイペプチドは、PLBのリン酸化レベルを顕著に増加させる(図1c及び1d)。また、本発明のデコイペプチドは、インビトロで収縮性パラメータを増加させ(図2a〜2d)、エクスビボで左心室の弛緩期血圧を向上する(図3a及び3b)。すなわち、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドがSERCA2a活性の回復による心臓保護効果及び心筋収縮性向上の強心効果を提供し、したがって、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドをPLBのPP1媒介の脱リン酸化抑制によるPLB関連疾病の予防または治療に用いることができる。
本発明の一実現例によれば、本発明のPLB関連疾病は、心臓疾患である。本発明の他の実現例によれば、本発明の心臓疾患は、心不全、虚血、不整脈、心筋梗塞、うっ血性心不全、移植拒絶、異常な心臓収縮または異常なCa2+代謝である。本発明のある実現例によれば、本発明の心臓疾患は、心不全または虚血である。本発明の特定の実現例によれば、本発明の心臓疾患は、心不全である。
本明細書の用語「心不全」は、心臓の拍出量が正常以下に落ちることによって、心臓の機能が末梢組職の代謝要求量を満たすことができない臨床症状を意味する。すなわち、心不全は、多くの原因によって心臓が血液をポンピングする能力が減少するか、正常に拍動をしても十分な量の血液を全身に送ることができない状態を意味する。
本発明のまた他の実現例によれば、本発明の心不全は、心臓肥大症、冠状動脈硬化症、心筋梗塞、心臓弁膜症、高血圧または心筋症によって誘発される。
本発明の一実現例によれば、本発明の薬剤学的組成物は、強心用組成物である。
本発明によれば、本発明の薬剤学的組成物は、薬剤学的に許容される担体を含むことができる。本発明の薬剤学的組成物に含まれる薬剤学的に許容される担体は、製剤時に通常用いられるものであって、炭水化物類化合物(例:ラクトース、アミロース、デキストロース、スクロース、ソルビトール、マンニトール、デンプン、セルロースなど)、アラビアゴム、リン酸カリウム、アルギネート、ゼラチン、ケイ酸カリウム、微結晶性セルロース、ポリビニルピロリドン、セルロース、水、シロップ、塩溶液、アルコール、植物油(例:トウモロコシ油、綿種油、大豆油、オリーブ油、ヤシ油)、ポリエチレングリコール、メチルセルロース、ヒドロキシ安息香酸メチル、ヒドロキシ安息香酸プロピル、滑石、ステアリン酸マグネシウム及び鉱油などを含むが、これに限定されるものではない。本発明の薬剤学的組成物は、上記成分以外に、潤滑剤、湿潤剤、甘味剤、香味剤、乳化剤、懸濁剤、保存剤などをさらに含むことができる。好適な薬剤学的に許容される担体及び製剤は、Remington’s Pharmaceutical Sciences(19th ed., 1995)に詳細に記載されている。
本発明の薬剤学的組成物は、経口または非経口で投与することができ、非経口投与の場合には、静脈内注入、皮下注入、筋肉注入などで投与することができる。
本発明の薬剤学的組成物の好適な投与量は、製剤化方法、投与方式、患者の年齢、体重、性別、病的状態、食べ物、投与時間、投与経路、排泄速度及び反応感応性といった要因によって様々であり、通常の熟練した医師は所望の治療または予防に効果的な投与量を容易に決定及び処方することができる。本発明の好ましい実現例によれば、好適な1日投与量は、0.0001〜100mg/kg(体重)である。投与は一日に一回投与することもでき、数回に分けて投与することができる。
本発明の薬剤学的組成物は、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できる方法によって、薬剤学的に許容される担体及び/または賦形剤を用いて製剤化することで単位用量形態に製造されるか、または多用量容器内に内入させて製造されることができる。このとき、剤形は、オイルまたは水性媒質中の溶液、懸濁液または乳化液の形態であるか、エキス剤、粉剤、顆粒剤、錠剤またはカプセル剤の形態であってもよく、分散剤または安定化剤をさらに含むことができる。
本発明のまた他の様態によれば、本発明は、(a)PLBアミノ酸配列(配列番号10)の16番目のアミノ酸であるSer残基及び/または17番目のアミノ酸であるThr残基をGluまたはAspで置換し、上記PLBアミノ酸配列(配列番号10)の15〜19番目のアミノ酸周辺の周囲アミノ酸残基を0〜95個選択することによって、PLBのデコイペプチドまたはポリペプチドを設計するステップであって、上記設計されたデコイペプチドまたはポリペプチドは、下記一般式Iで表されるペプチド配列で構成され、
−Ala−X−X−Ile−Glu−X (I)
上記Xは、0〜50個のアミノ酸残基、上記Xは、Ser、GluまたはAsp、上記Xは、Thr、GluまたはAsp、上記Xは、0〜50個のアミノ酸残基を示し、上記XがThrの場合、XはSerではないステップ;及び(b)上記ステップ(a)で設計されたデコイペプチドまたはポリペプチドを製造するステップを含む競争的阻害によって、PLBのPP1媒介の脱リン酸化を抑制する本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドを製造する方法を提供する。
本発明の方法をそれぞれのステップ別に詳細に説明すれば、次のとおりである:
ステップ(a):デコイペプチドまたはポリペプチドの設計
本発明によれば、まず、PLBアミノ酸配列(配列番号10)の16番目のアミノ酸であるSer残基及び/または17番目のアミノ酸であるThr残基をGluまたはAspで置換し、上記PLBアミノ酸配列(配列番号10)の15〜19番目のアミノ酸周辺の周囲アミノ酸残基を0〜95個選択することによって、PLBのデコイペプチドまたはポリペプチドを設計する。上記設計されたデコイペプチドまたはポリペプチドは、一般式I(X−Ala−X−X−Ile−Glu−X)で表されるペプチド配列で構成され、上記Xは、0〜50個のアミノ酸残基、上記Xは、Ser、GluまたはAsp、上記Xは、Thr、GluまたはAsp、上記Xは、0〜50個のアミノ酸残基を示し、上記XがThrの場合、XはSerではない。
本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドにおいて、上記PLBアミノ酸配列の15、18及び19番目のアミノ酸残基は、Asp、Ile及びGluである(配列番号10を参照)。
本発明によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチド配列の「Ala−X−X−Ile−Glu」は、上記デコイペプチドまたはポリペプチドの作用及び機能に必須である。上記周囲アミノ酸残基は、多様に変異されることができる。このような観点で、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、PP1に対する誘引体(decoy)としての機能または活性を維持する範囲内であれば、いずれの周囲アミノ酸残基も含む。
本発明の周囲アミノ酸残基は、PLBのPP1媒介の脱リン酸化を抑制する範囲内であれば、いずれの長さのアミノ酸残基も含む。例えば、本発明の周囲アミノ酸残基は、アミノ酸0〜95個、0〜75個、0〜55個、0〜35個、0〜15個、0〜10個、0〜4個または1〜4個の長さである。
本発明の一実現例によれば、本発明の周囲アミノ酸残基は、(i)PLBのアミノ酸配列(配列番号10)の15番目のアミノ酸のN末端方向に0〜50個、0〜40個、0〜30個、0〜20個、0〜10個、0〜3個または0〜1個のアミノ酸残基がつながったアミノ酸配列、及び(ii)PLBのアミノ酸配列(配列番号10)の19番目のアミノ酸のC末端方向に0〜50個、0〜40個、0〜30個、0〜20個、0〜10個または0〜3個のアミノ酸残基がつながったアミノ酸配列で構成される。本発明の特定の実現例によれば、上記15番目のアミノ酸のN末端方向のアミノ酸配列は、1個のアミノ酸残基がつながったものであり、上記19番目のアミノ酸のC末端方向のアミノ酸配列は、0または3個のアミノ酸残基がつながったものである。
本発明の他の実現例によれば、上記15番目のアミノ酸のN末端方向のアミノ酸残基は、Argである。
本発明の他の実現例によれば、上記19番目のアミノ酸のC末端方向のアミノ酸残基は、Met、Met−ProまたはMet−Pro−Glnである。
本発明において、上記Ser16残基またはThr17残基をGluまたはAsp残基で置換した本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、PLBのリン酸化を増加させる(図1c及び1d)。したがって、Ser16残基またはThr17残基のうちいずれか一つのアミノ酸残基だけがGluまたはAsp残基で置換された場合でも、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、PLBのPP1媒介の脱リン酸化を抑制することができる。
本発明の一実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、Ser残基またはSerとThr残基全部をGluまたはAsp残基で置換して設計する。本発明の他の実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、Ser残基のみをGluまたはAsp残基で置換して設計する。
本発明の特定の実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、配列表の配列番号1ないし配列番号6のアミノ酸配列から選択されるアミノ酸配列で構成されるように設計する。本発明の他の特定の実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、配列表の配列番号1及び配列番号3ないし配列番号6のアミノ酸配列から選択されるアミノ酸配列で構成されるように設計する。本発明のまた他の特定の実現例によれば、本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、配列表の配列番号1、配列番号3及び配列番号6のアミノ酸配列から選択されるアミノ酸配列で構成されるように設計する。
ステップ(b):デコイペプチドまたはポリペプチドの製造
ステップ(a)の実施後、設計された本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドを製造する。
本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドは、当業界で一般的に実施する組換えDNA技術(recombinant DNA technologies)または固相合成技術(solid−phase synthesis techniques)で製造することができる(Merrifield, R. B., J.Am.Chem.Soc., 85:2149−2154(1963), Kaiser, E., Colescot, R.L., Bossinger, C.D., Cook, P.I., Anal.Biochem., 34:595−598(1970))。α−アミノ基と側鎖基を持つ保護されたアミノ酸は樹脂に付着している。次に、α−アミノ保護基を除去した後、中間体を得るためにアミノ酸を順次に結合させる。
本発明のまた他の様態によれば、本発明は、(a)本発明のデコイペプチドまたはポリペプチドのうちいずれか一つのデコイペプチドまたはポリペプチドの薬剤学的有効量;及び(b)薬剤学的に許容される担体を対象体(subject)に投与するステップを含むPLB関連疾病の予防または治療方法を提供する。
本発明の一実現例によれば、本発明のPLB関連疾病は、心臓疾患である。本発明の他の実現例によれば、本発明の心臓疾患は、心不全、虚血、不整脈、心筋梗塞、うっ血性心不全、移植拒絶、異常な心臓収縮または異常なCa2+代謝である。本発明のある実現例によれば、本発明の心臓疾患は、心不全または虚血である。本発明の特定の実現例によれば、本発明の心臓疾患は、心不全である。
本発明の他の実現例によれば、本発明の心不全は、心臓肥大症、冠状動脈硬化症、心筋梗塞、心臓弁膜症、高血圧または心筋症によって誘発される。
以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。これら実施例は単に本発明をより具体的に説明するためのものであって、本発明の要旨によって本発明の範囲がこれら実施例によって制限されないということは、当業界における通常の知識を有する者にとって自明であろう。
1.実験器具及び方法
デコイペプチド
本発明のデコイペプチドは、リン酸化部位であるSer16及びThr17周辺のPLBタンパク質配列(配列表の配列番号10)から誘導した:RAS1617IEMPQ。上記ペプチドは、細胞内への流入促進のためにシステイン−システイン結合によって細胞透過ペプチドTAT(YGRKKRRQRRR:配列表の配列番号11)をN末端にコンジュゲートした。本発明で使用したペプチドは次のとおりである:PLB−wt,RASTIEMPQ(配列表の配列番号8);ψPLB−SE, RAETIEMPQ(配列表の配列番号1);ψPLB−TE,RASEIEMPQ(配列表の配列番号2); ψPLB−SD,RADTIEMPQ(配列表の配列番号3)。また、下記の短縮されたψPLB−SEペプチドも実験した:8−mer,AETIEMPQ(配列表の配列番号4);7−mer,RAETIEM(配列表の配列番号5);6−mer,RAETIE(配列表の配列番号6);5−mer,RAETI(配列表の配列番号7)。上記のすべてのペプチドをエニゼン社(大韓民国)で合成及び修飾し、1mMのストック濃度で蒸留水に溶解した。ペプチドは >95%純粋だった。上記デコイペプチドを最終濃度1μMで1時間処理した。細胞生存率及び形態はペプチドに重大な影響を及ぼさなかった。
成体ラットの心室心筋細胞の分離
従来の文献[33]に開示されたところから最小限変形をして、これによってSDラットの心臓から心室心筋細胞を分離した。上記ラットは8〜12週齢の雄性ラットを使用した。簡略に説明すれば、5分間イソフルラン(0.5%)を吸入させてラットを痲酔した。上記心臓を胸部から速やかに取り除いて、100%のOガス下、37℃で3分間無カルシウムタイロード緩衝液(calcium−free Tyrode buffer:137mMのNaCl、5.4mMのKCl、1mMのMgCl、10mMのグルコース、10mMのHEPES[pH7.4]、10mMの2,3−ブタンジオンモノオキシム、5mMのタウリン)を大動脈に逆に潅流した。その後、潅流溶液にコラゲナーゼタイプB(0.35U/ml;Roche社)及びヒアルロニダーゼ(0.1mg/ml;Worthington社)を添加して酵素分解を開始した。分解10分後、上記心臓が膨脹を始めるとき、左心室を速やかに取り除いて、数個のかたまりに分けた後、上記と同一の酵素溶液内で37℃で10分間60〜70rpmで撹拌してさらに分解させた。分散された心筋細胞を含む上澄み液を細胞ろ過器(細孔径 100μm、BD Falcon社)でろ過して、500rpmで1分間穏やかに遠心分離した。Ca2+逆行を避けるために、細胞外のCa2+を30分間1.25mMの濃度で逆に添加した。このような過程によって普通80%以上の収率で明確な筋節模様を有するロッド型心室心筋細胞を得た。明確な筋線維膜水疱を有するか、自発的に収縮する心筋細胞は廃棄した。
蛍光顕微鏡で観察
ペプチドの細胞内流入(uptake)を確認するために、FITCでψPLB−SEを標識した。上記分離した心筋細胞をラミニンコーティングされたガラスプレートに塗抹し、2mMのL−カルニチン、5mMのクレアチン、5mMのタウリン及び100IU/mlのペニシリンが補充されたHBSS(Hanks’ Balanced Salts Solution)が含有されたMEM(modified Eagle’s Medium)培地で培養した。上記細胞を1μMのFITC標識されたψPLB−SEに1時間露出させた後、タイロード溶液で二回洗浄した。63x(1.4NA)油浸対物レンズ及びフルオレセイン(fluorescein)FITC最適化フィルタセット(OmegaR Optical Inc., 米国)が装着されたLeica DMRBE顕微鏡(LabCommerce社、米国)を用いて蛍光イメージを視覚化した。CoolSNAP TMfx CCD(Photometrics社、米国)カメラを用いてイメージを得て、メタモルフイメージングソフトウェア(Universal Imaging社、米国)で分析した。
ウェスタンブロット分析
SDS試料緩衝液内の心臓溶解物(50μg)をSDS−PAGEゲルに展開させた後、PVDF膜(Bio−Rad社、米国)に移した。上記膜を5%脱脂乳(skim milk)溶液で遮断し、その後PLB(Affinity Bioreagents社、米国)、リン酸化PLB(Ser16、Cell Signaling社、米国)、リン酸化PLB(Thr17、Badrilla社、イギリス)、SERCA2a(Santa Cruz社、米国)、カスパーゼ3(Cell Signaling社、米国)、またはGAPDH(Santa Cruz社、米国)に対する抗体で一晩インキュベートした。その後、上記膜をホースラディッシュペルオキシダーゼ(horseradish peroxidase、Jackson Immuno Research社、米国)がコンジュゲーションされた2次抗体でインキュベートし、ウェスタンライティングケミルミネセンス試薬(Western Lighting chemiluminescence reagent、Perkin Elmer社、米国)を用いて現像した。
細胞収縮性及び細胞内Ca2+の一過性(transient)の測定
心室心筋細胞の機械的な特性は、従来の文献[34]に記載された通りにビデオ基盤のエッジ感知システム(IonOptix社、米国)を用いて評価した。簡略に説明すれば、倒立顕微鏡(Nikon Eclipse TE−100F、Nikon社、日本)の載物台に載せられたチャンバ内に細胞を付着したラミニンコーティングされたカバースリップを位置させ、37℃で約1ml/minの速度でタイロード緩衝液(137mMのNaCl、5.4mMのKCl、1mMのCaCl、1mMのMgCl、10mMのグルコース、10mMのHEPES[pH7.4])を潅流した。HLD−CS培養チャンバ/stimホルダー上に位置したSTIM−AT刺激装置/サーモスタット(Cell Micro Controls社、米国)を用いて3Hz(30V)の頻度で上記細胞をフィールド刺激した。IonOptix MyoCamカメラ(IonOptix社、米国)を用いて上記目的の心筋細胞をコンピュータモニタ上に表示し、毎8.3msごとに速やかにイメージ区域をスキャンした結果、短縮または再延長の振幅及び速度が忠実に記録された。短縮または再延長する間の細胞長さの変化を捕捉し、ソフトエッジソフトウェア(IonOptix社、米国)を用いて分析した。上記心筋細胞をCa2+敏感性指示計(indicator)である0.5μΜのFura2−AM(Molecular Probes社、米国)37℃で15分間置いた。蛍光放出を筋細胞カルシウム及び収縮性記録システム(Myocyte calcium and contractility recording system、IonOptix社、米国)を用いて収縮性の測定と同時に記録した。上述したように、フィールド刺激する間、340または380nmフィルターを通じた75Wハロゲンランプによって放出される光に心筋細胞を露出した。340nmで0.5秒間初期照光した後、フォトマルチプライヤーチューブによって480及び520mで蛍光放出を探知した後、380nmで記録プロトコルの持続期間の間、蛍光放出を探知した。プロトコルの終了時点で上記340nm励起スキャンを繰り返し、二つの波長でのFura蛍光強度の割合から細胞内Ca2+濃度の質的変化を推論した。
分離心臓の潅流装置実験
イソフルラン(0.5%)を5分間吸入させてラットを痲酔した。心臓を速やかに取り除いた後、冷却過酸化タイロード溶液(137mMのNaCl、5.4mMのKCl、1mMのMgCl、10mMのグルコース、1mMのCaCl、10mMのHEPES[pH7.4]、100%のO)に位置させた。大動脈にキャニュラーを挿入し、一定の圧力(65mmHg、37±0.2℃)でランゲンドルフ法によって過酸化タイロード溶液を潅流した。心臓機能の継続的な測定のために水で満たされたラテックスバルーンを左心室チャンバに挿入し、圧力トランスデューサー(AD Instruments社、米国)を連結した。パワーラブチャートシステムズ(AD Instruments社、米国)を用いて心拍動、左心室の弛緩期圧力(LVDP)及び左心室圧の一次導関数(最大LV+dP/dt及び最大LV−dP/dt)を全部記録した。測定された最後の弛緩期圧力が6〜10mmHgの範囲になるように上記バルーンの体積を約250〜300μlに調節した。30分の安定期後、全般的な虚血誘導のために20分間上記心臓の潅流を中止し、その後30分間再潅流させた。最終濃度1μΜでデコイペプチドを潅流させた。
統計
適切な評価のために平均±SDでデータを表示した。Student’s t−testまたはボンフェローニ補正(Bonferroni correction)を装着した一元配置分散分析(one−way ANOVA、Ststview version 5.0、SAS社、米国)を用いて各群の平均を比較した。P−value<0.05を統計学的に有意なものと見なした。
実験結果
デコイペプチド
PLBはN末端に細胞質ヘリックス、C末端に膜貫通ヘリックス、そして上記二つのヘリックスを連結する流動的なループを含む(図1、左側)。リン酸化部位は上記連結ループ部分内のSer16及びThr17残基である。本発明者らは、ループ地域の9個のアミノ酸と正確にマッチングされる配列である9−merペプチド(RASTIEMPQ、配列表の配列番号8)を合成し、ジスルフィド結合によって細胞透過ペプチドTATと結合させて、ψPLB−wtを製造した。また、本発明者らは、TAT結合された類似ペプチドを製造したが、これはPLBのSer16またはThr17と相応するSerまたはThr残基それぞれをGluで代替したψPLB−SEまたはψPLB−TEである(図1a、右側)。上記ペプチドをFITCで標識して、ラット左心室から分離して培養した心筋細胞に添加した。蛍光顕微鏡下で観察した結果、ほとんどすべての心筋細胞内に上記ペプチドが効果的に流入されたことが分かった(図1b)。上記実験によって、上記心筋細胞が効果的に本発明のペプチドを吸収することを確認し、標識していないペプチドは、その後の実験で使用した。
心筋細胞にホルボール12−ミリスタート 13−アセタート(PMA: phorbol 12−myristate 13−acetate)を処理する場合、PKCa活性化によってPLBのリン酸化が顕著に減少することは既に知られている。ψPLB−SEを前処理した場合、ψPLB−wtを処理した場合と違って、Ser16及びThr17 両方でPLBのPMA誘導された脱リン酸化をかなり遮断した。ψPLB−TEの処理もPLBの脱リン酸化を遮断したが、ψPLB−SEの処理より効果的ではなかった(図1c)。PLBのリン酸化レベルはψPLB−SE処理以後少し増加したが、基準レベルよりは顕著に高かった。PP1がPLBを脱リン酸化させるものと知られている唯一のプロテインホスファターゼであるのを考慮すると、上記データは、ψPLB−SEがPP1媒介の脱リン酸化を完璧に抑制するデコイペプチドとして作用することを立証する。
Ser16をAspで代替したψPLB−SDは、ψPLB−SEほどPLBのリン酸化レベルの増加に効果的だった(図1c)。本発明者らは、AETIEMPQ(ψPLB−8−mer、配列表の配列番号4)、RAETIEM(ψPLB−7−mer、配列表の配列番号5)、RAETIE(ψPLB−6−mer、配列表の配列番号6)及びRAETI(ψPLB−5−mer、配列表の配列番号7)で構成された短縮されたψPLB−SEペプチドを合成した。上記ペプチドの中で唯一にψPLB−5−merのみがPLBのリン酸化レベルの増加に効果がなかった(図1d)。したがって、上記結果は、ASTIE(配列表の配列番号9)が必要な最小限のアミノ酸配列であり、Ser残基をGluまたはAspで代替する場合、PP1に対して効果的なデコイペプチドを製造できることを示すものである。
ψPLB−SEは心筋細胞の収縮性を増加させる。
本発明者らは、次にψPLB−SEが心筋細胞の収縮性に影響を及ぼすか否かを試験した。分離した成体心筋細胞をペプチドで前処理して、PMAで処理した。ピーク短縮を含む収縮性パラメータの減少及び収縮と弛緩速度で示すように、PMAは収縮性をかなり減少させた。ψPLB−wt及びψPLB−TEが収縮性においてないか軽微な効果を示すのに対し、ψPLB−SEは、収縮性のPMA誘導された減少を完璧に防止した(図2a)。PMAはまた、Ca2+一過性増幅の顕著な減少及びCa2+一過性減少の時定数(τ)の顕著な増加を誘発した。ψPLB−wt及びψPLB−TEの細胞内Ca2+調節に対する効果が、無視しても良い程度または僅かな程度であるのに対し、ψPLB−SE前処理は、上記PMA誘導された欠陷を完全に転換させた(図2b)。このようなデータは、ψPLB−SEの前処理によって内因性PLBの復元されたリン酸化レベルが収縮性を正常化させることを示す。ψPLB−SD及びψPLB−6−merは、いずれも収縮性維持及びカルシウムイオンの調節にψPLB−SEと同様に効果的だった(図2c及び2d)。
ψPLB−SEはエクスビボで虚血/再潅流後の機能的回復を向上する。
本発明者らは、さらに、エクスビボで虚血/再潅流(I/R: ischemia/reperfusion)中のψPLB−SEの利点を実験した。ラットの心臓をランゲンドルフ潅流し、全般的な虚血誘導のために20分間潅流を中止した後、30分間再潅流した。I/Rは左心室の弛緩期圧力を顕著に低下させた(37〜44mmHg vs.虚血前 80〜100mmHg)。再潅流時点で、ψPLB−SEまたは対照群ペプチドTATを再潅流溶液に添加した。TATは効果がなかったのに対し、ψPLB−SEは弛緩期圧力を顕著に増加させた(73〜78mmHg)(図3a)。実験の終了時点で、心臓溶解物を製造してウェスタンブロッティングを行った。I/RはSer16及びThr17いずれにおいてもPLBのリン酸化をかなり減少させ、ψPLB−SEはSer16でのリン酸化を顕著に回復させた。また、I/Rは細胞死滅に関連するカスパーゼ3を活性化させ、ψPLB−SEはこのような結果を完璧に逆行させた(図3b)。総括的に、このようなデータはψPLB−SEがSer16でPLBのリン酸化レベルを増加させることによって、少なくとも部分的でもI/R後の機能的な回復を向上することを示す。
考察
SERCA2aは心筋細胞で細胞内Ca2+調節の決定的な調節子であり、心不全及びI/R損傷での上記SERCA2aの役割はよく確立されている[6]。したがって、SERCA2aレベル及び/または活性の正常化様相は、重要な治療的潜在要素になることができる。不全性心臓で抑制されたSERCA2aレベルの遺伝子移動媒介の回復が一つの接近になることができる。このような接近は、心不全動物モデルで効果的であり[13−16]、最近末期ヒト心不全患者において安全で効果的であることが明らかになった[17、18]。
PLBはSERCA2aの内因性阻害剤であり、したがって、PLBはSERCA2aの活性化調節のための潜在的な標的である。アンチセンスRNA[35]またはsiRNA(small interfering RNA)[36]によるPLBの下向き調節は、SERCA2aの活性化及び心筋細胞の収縮性を部分的に回復させた。内因性PLBの構造を崩壊するために設計されたPLBのドミナントネガティブ型であるK3E/R14Eは、新生児及び成体心筋細胞でSERCA2a活性を向上した[35]。
本発明において、本発明者らは、ψPLB−SEがPP1に対するデコイペプチドとして作用することによって、PLBの脱リン酸化を防止することを示した。興味深いことに、本発明者らは、ψPLB−TEがψPLB−SEほど効果的ではないことを発見した(図1c)。たとえ、構造上、現在認識が不可能であるとしても、Ser16にリン酸化されたPLBがThr17にリン酸化されたPLBよりもPP1に対してより良い基質であるのを把握することができる。Thr17部位のリン酸化は、β−アドレナジック刺激中に唯一にSer16にリン酸化に続いて起きることは注目に値する[36]。したがって、Thr17にのみリン酸化されたPLBはインビボで存在しないだろう。結論として、本発明者らは、SERCA2a活性の回復によって、ψPLB−SEが心臓保護効果を奏するのを示した。短いペプチドのように、ψPLB−SEはsiRNAまたは突然変異PLBタンパク質よりも種々の治療的な利点を有する。今後の実験は、ψPLB−SEが心不全の多様な手術的及び遺伝的なモデルに効果的であるか否かを決定するようになるだろう。
以上、本発明の特定の部分を詳細に記述したが、当業界の通常の知識を有する者にとってこのような具体的な記述は単に好ましい実現例に過ぎず、これに本発明の範囲が制限されないことは明からである。したがって、本発明の実質的な範囲は、添付の請求項とそれの等価物によって定義されると言える。
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Claims (8)

  1. 配列表の配列番号1ないし配列番号6のアミノ酸配列から選択されるアミノ酸配列からなるデコイペプチドまたはポリペプチドであって、
    前記デコイペプチドまたはポリペプチドは、競争的阻害によってPLB(ホスホランバン)のPP1(プロテインホスファターゼ1)媒介の脱リン酸化を抑制するデコイペプチドまたはポリペプチド。
  2. 配列表の配列番号1ないし配列番号6のアミノ酸配列から選択されるアミノ酸配列と、細胞膜透過性ペプチドとからなるデコイペプチドまたはポリペプチドであって、
    前記配列表の配列番号1ないし配列番号6のアミノ酸配列から選択されるアミノ酸配列と、前記細胞膜透過性ペプチドとが結合されており、
    前記デコイペプチドまたはポリペプチドは、競争的阻害によってPLB(ホスホランバン)のPP1(プロテインホスファターゼ1)媒介の脱リン酸化を抑制するデコイペプチドまたはポリペプチド。
  3. 前記配列表の配列番号1ないし配列番号6のアミノ酸配列から選択されるアミノ酸配列は、ジスルフィド結合によって前記細胞膜透過性ペプチドに結合されていることを特徴とする請求項2に記載のデコイペプチドまたはポリペプチド。
  4. 下記一般式Iで表されるペプチド配列からなるデコイペプチドまたはポリペプチド:
    −Ala−X −X −Ile−Glu−X (I)
    前記X は、存在しないまたはArgを示し、前記X は、Ser、GluまたはAspを示し、前記X は、ThrまたはGluを示し、前記X は、存在しない、Met、Met−ProまたはMet−Pro−Glnを示し、前記X がThrの場合、X はSerではなく;
    前記デコイペプチドまたはポリペプチドは、競争的阻害によってPLB(ホスホランバン)のPP1(プロテインホスファターゼ1)媒介の脱リン酸化を抑制する。
  5. 下記一般式Iで表されるペプチド配列と、細胞膜透過性ペプチドとからなるデコイペプチドまたはポリペプチド:
    −Ala−X −X −Ile−Glu−X (I)
    前記X は、存在しないまたはArgを示し、前記X は、Ser、GluまたはAspを示し、前記X は、ThrまたはGluを示し、前記X は、存在しない、Met、Met−ProまたはMet−Pro−Glnを示し、前記X がThrの場合、X はSerではなく;
    前記一般式Iで表されるペプチド配列と、前記細胞膜透過性ペプチドとが結合されており、
    前記デコイペプチドまたはポリペプチドは、競争的阻害によってPLB(ホスホランバン)のPP1(プロテインホスファターゼ1)媒介の脱リン酸化を抑制する。
  6. (a)請求項1から5のいずれかに記載のデコイペプチドまたはポリペプチドの薬剤学的有効量;及び(b)薬剤学的に許容される担体を含むPLB関連疾病の予防または治療用の薬剤学的組成物。
  7. 前記PLB関連疾病は、心臓疾患であることを特徴とする請求項6に記載の薬剤学的組成物。
  8. 前記心臓疾患は、心不全、虚血、不整脈、心筋梗塞、うっ血性心不全、移植拒絶、異常な心臓収縮または異常なCa 2+ 代謝であることを特徴とする請求項7に記載の薬剤学的組成物。
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