JP6420865B2 - 心臓筋細胞増殖の誘導による心臓再生のためのマイクロrna - Google Patents

心臓筋細胞増殖の誘導による心臓再生のためのマイクロrna Download PDF

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Description

本発明は、医薬品およびバイオテクノロジーの分野に関する。特に、本発明は、一連のヒトマイクロRNA、ならびに心筋細胞の喪失に関連した心臓病(心筋梗塞、虚血および非虚血が原因の心筋症、心筋炎ならびに心不全)の治療のために心臓再生を刺激する手段として、心筋細胞の増殖を誘導する医薬としての、特に遺伝子療法としてのそれらの使用を開示する。
さらに、本発明は、心筋細胞の増殖を増加させる能力について生物学的および薬学的に活性のある化合物をスクリーニングする方法に関する。
ここ数年、予防および早期診断には非常に多くの進展が見られたが、西欧諸国における疫学的解析によって、心血管障害は60年にわたって人々の合併症発生率および死亡率の第1の原因に入ることが示されている。ヨーロッパでは心筋梗塞によって約600,000人/年が亡くなり、さらにより重要なことに、世界中で1500万人以上が心不全に罹患していると推定され、主要な死因の1つとなっており、この数は、世界人口の高齢化および医療技術の向上の結果、確実に増加しつつある。薬物治療にも関わらず、心不全患者の長期予後は依然として不良で、これらの患者の60%超が5年以内に疾患の悪化または突然の心室性不整脈によって亡くなっている。退院後、6ヵ月以内に再度入院する患者は16%までおよび、この疾患は65歳以上の人々の入院の最も一般的な原因(約20%)となっている。
これらの考察を踏まえると、心臓筋細胞増殖、生存率および機能に直接的に影響を及ぼし、したがって、総合的に心臓組織の維持および再生の改善に取り組む新たな治療法の開発が不可欠である。
哺乳類では、胚発生中の心臓の拡張は、主に心筋細胞数の増加に依存するが、誕生の直後に心臓筋細胞は増殖を停止し、存在する心筋細胞の肥大拡張によって心筋のさらなる成長が生じる(Ahuja et al. 2007; van Amerongen and Engel 2008)。心筋細胞の成長潜在力のこの切り換えは、様々な種において、発生の様々な段階で生じ、マウスでは誕生直後に生じ、ラットでは出生後3日から4日の間で生じ、一方、ヒト心筋細胞は、7ヵ月齢後に増殖能力の著しい低下を示す。ヒトの心筋細胞DNAの年代測定によって得られた最近の証拠では、心筋細胞は25歳で1%、75歳で0.45%の割合で生理学的に再生し、心筋細胞の50%未満が通常の一生の間に入れ替わることが示された(Bergmann et al. 2009)。
成体の心筋細胞の増殖能力がこのように制限されている結果、哺乳類成体心臓が損傷後に自己修復する能力は非常に限定される(Senyo et al. 2012)。特に、様々な種類の心筋障害の後、一般的には心筋梗塞の後に生じる心筋細胞の喪失は、新たな収縮組織の生成によっては修復されないが、瘢痕の形成によって修復される。注目に値すべきことに、これは、心臓機能を損なわせ、時間と共に悪化する傾向があり、心不全を引き起こす。したがって、損傷後に収縮性心臓組織の再生を促進する新たな手段の確認が絶対に必要であると考えられる。
胚期の特徴である増殖状態から、成体細胞に一般的な分化した肥大表現型への心筋細胞の移行は、非常に調節されたプロセスで、いくつかの細胞周期調節因子、転写因子、成長因子、サイトカインおよびシグナル伝達経路が関わる(Ahuja et al. 2007; van Amerongen and Engel 2008)。しかし、この移行を制御する正確な分子機構ならびに心臓筋細胞の増殖および分化の持続を担う分子機構はほとんど不明なままである。
マイクロRNAとは、転写後レベルで遺伝子発現を調節する進化的に保存された小さなノンコーディングRNAである。動物細胞では、マイクロRNAによる遺伝子発現の抑制は、標的メッセンジャーRNA(mRNA)の3’UTRにほとんど存在する部分的に相補的な配列と塩基対形成し、翻訳抑制、mRNA分解、またはその両方が引き起こされることによって実現する(Eulalio et al. 2008)。マイクロRNAのmRNAへの結合に必須のマイクロRNAシーズ配列は、マイクロRNA5’末端から2〜8の位置に一般的に存在する保存された配列である(Filipowicz et al. 2008)。マイクロRNAとその標的mRNAとの塩基対形成は完全でなくても、シーズ配列に対応する領域は完全に相補的でなければならない。したがって、シーズ配列は、標的選択のための主要な特異性決定要素である。シーズ配列の大きさが小さいことは、単一のマイクロRNAが多くの、数百の異なる遺伝子を調節できることを意味している。
マイクロRNAは、一般的にRNAポリメラーゼIIによって一次(primary)マイクロRNA(pri−マイクロRNA)に転写されるゲノムコード配列である。pri−マイクロRNAは次に、RNAse IIIファミリーの2種類のエンドヌクレアーゼによって順次プロセシングされる:核内で、Droshaがpri−マイクロRNAを約60〜80ヌクレオチドの前駆体(precursor)マイクロRNA(pre−マイクロRNA)にプロセシングし、その後、pre−マイクロRNAは細胞質内でDicerによってさらにプロセシングされ、約19〜23ヌクレオチドの2本鎖を含有する2本鎖構造を形成する。その後、マイクロRNA2本鎖はほどかれ、成熟マイクロRNAは、特に、マイクロRNAによるサイレンシングに必須のArgonauteおよびGW182タンパク質を含有するRNA誘導サイレンシング複合体(RISC)に組み込まれる。(Ghildiyal and Zamore 2009に概括されている)。2011年11月18日に公開され公表されたマイクロRNA配列および関連注釈の参照リポジトリ(miRBase;www.mirbase.org)には、168種における成熟マイクロRNA生成物21643個を発現するヘアピン型前駆体マイクロRNAを表す18226項目が含まれる。
個々のマイクロRNAが数百の標的を有し得ることを考慮すると、ヒトトランスクリプトームの約3分の1がマイクロRNAによって調節されると予測される。それぞれのmRNAが複数のマイクロRNAの標的となり得るという事実によって、調節の複雑さはより一層深まる(Bartel 2009)。
マイクロRNAによる遺伝子発現の制御は、発生、細胞分化、増殖、アポトーシス、代謝および免疫応答を含む広範な生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たすことが示された(Bueno et al. 2008; Kedde and Agami 2008; O’Connell et al. 2010)。マイクロRNAが遺伝子発現の制御において重要な役割を果たすという認識を踏まえて、マイクロRNA発現の誤制御は、癌(Croce 2009)およびウイルス感染(Umbach and Cullen 2009)を含むいくつかの病変に関連しており、心血管疾患におけるマイクロRNAの役割を明らかにするために研究が始められている(van Rooij and Olson 2007; Latronico and Condorelli 2009; Williams et al. 2009; Small and Olson 2011)。
治療において調整することが困難な、疾患に関与する多くの細胞因子とは対照的に、マイクロRNAレベルは、マイクロRNA模倣体(マイクロRNAの作用を代替する)およびantimiR(成熟マイクロRNAの活性をブロックする成熟マイクロRNA配列に相補的な配列)を使用することによって、インビボ(in vivo)において容易に調整することができる。実際に、antimiRの効率的な使用が非ヒト霊長類において示されたことがあり(Elmen et al., 2008; Lanford et al., 2010)、これらの研究は、ヒト臨床試験へと進んでいる。
心筋細胞機能におけるマイクロRNA調節の重要性は、マイクロRNA生合成に必要な酵素(DicerおよびDgcr8)が心臓において特異的にノックアウトされたマウスのいくつかの研究において、はっきりと示された(Chen et al. 2007; Rao et al. 2009)。これらの研究によって、出生後の心臓の筋肉組織におけるRNAi経路の機能障害が、心不全および心筋症の徴候を有する動物の早期死亡を招くことが示された(Chen et al. 2007; Rao et al. 2009)。
様々な種類の心臓病変のマイクロRNAのプロファイリングによって、変化したマイクロRNA発現パターンが示され(Ikeda et al., 2007; Matkovich et al., 2009; Thum et al., 2007; van Rooij et al., 2006)、疾患に関連したマイクロRNAは強力な診断手段ならびに心疾患を治療する有望な治療的アプローチとなり得ることを示している。特定のマイクロRNAは、心臓肥大(Callis et al., 2009; Care et al., 2007; Lin et al., 2009)、心不全(Callis et al., 2009; Care et al., 2007; van Rooij et al., 2007)、心不整脈(Callis et al., 2009; Yang et al., 2007)、線維症(Thum et al., 2008; van Rooij et al., 2008)および代謝障害(Najafi−Shoushtari et al., 2010)を含む心疾患と関係があるとされてきた。さらに、特定のマイクロRNAは、機能獲得および機能喪失実験を実施することによって、心臓病変を誘導するために必要であり、十分であることが示された(Huang et al., 2010; Small et al., 2010に概括されている)。
今まで、miR−1、miR−133、ごく最近ではmiR−15ファミリーの構成要素を含む2、3のマイクロRNAのみが心筋細胞増殖に明らかに関与するとされてきた。胚心臓におけるmiR−1の過剰発現は、心筋細胞増殖を阻害し、胚形成中の心臓の成長に必要な転写因子であるHand2の抑制につながることが示された(Zhao et al. 2005)。miR−133は、筋肉細胞分化の2つの必須調節因子であるSRFおよびサイクリンD2を抑制することによって、心筋細胞の増殖を阻害する(Liu et al. 2008)。最終的に、miR−15ファミリーは、Chek1の発現の下方制御によって、マウス心筋細胞の出生後の有糸分裂停止を調節することが示された(Porrello et al. 2011)。今のところ、心臓再生を誘導することができるマイクロRNAの網羅的な研究は、まだ実施されたことがない。
先行技術は、診断マーカーおよび治療薬としてのマイクロRNAの使用に関する開示が豊富である。
これらの特許のリスト例は、
WO2011133288;WO2012160551;US20120295963;WO2012149557;US20120270826;WO2012122447;EP2496711;WO2012119051;WO2012115885;US20120207744;EP2288703;EP2475372;WO2012094366;EP2474616;US20120165392;WO2012083004;EP2462228;WO2012072685;US20120137379;US20120128761;WO2012061810;WO2012052953;US20120093885;US20120088687;EP2425016;US20120053227;US20120053333;WO2012020308;WO2012020307;WO2012012870;WO2012010905;EP2401365;WO2011157294;US20110262928;WO2011133036;EP2377559;CA2795776;WO2011112732;US20110160290;US20110160285;US20110152352;US20110144914;EP2322616;US20110086353;US20110086348;EP2305810;US20110003704;EP2257625;EP2254586;US20100267804;EP2234483;EP2228444;US20100227325;EP2202309;US7709616;EP2179060;WO2010033871;US20100029003;US20090306181;US20090298910;US20090291131;US20090081640;US20080261908;US20080256072;US20050256072である。
WO2011111824は、心筋細胞の増殖を促進するマイクロRNA、特にmiR−148a、miR−148b、miR−152およびmiR−373を開示している。
WO2006/107826は、心臓および骨格筋細胞の分化、増殖および死を調節するマイクロRNAを開示している。これらは、前駆細胞における分化を誘導する活性剤として使用することができ、その下方制御によって前駆細胞群の維持および拡大が可能になる。
WO2008/063919は、β−ミオシンマイクロRNAおよびその発現を調整する活性物質をスクリーニングするためにその発現を低下させるかまたは阻害する方法および心血管障害の危険性を診断する方法を提供している。
WO2009/058818は、心筋細胞におけるエネルギー代謝を変化させ、心臓のリモデリングに寄与するmiR−21を同定している。その阻害は、心臓肥大、心不全および/または心筋梗塞の治療法として開示されている。
US2010/0010073は、心筋梗塞、心不全、慢性心不全および/または心臓肥大などの心臓病の診断、防御および/または治療のためのマイクロRNAの29配列を開示している。
CN101643791は、マイクロRNA−328ならびに心臓病の診断および制御のためのそれらのアンチセンスの適用を開示している。アンチセンスヌクレオチドは、予防および治療効果を有する。
WO2010/117860は、心不全の予後を予測するマイクロRNAシグナチュアを開示している。そのマイクロRNAは、hsa−miR−367、hsa−miR−10a、hsa−miR−187、hsa−miR−452、hsa−miR−218、hsa−miR−10b、hsa−miR−214、hsa−miR−193aおよびhsa−miR−565である。
WO2010/129950は、心臓細胞におけるmiR−451の発現または活性を阻害することによって病的な心臓肥大、心臓リモデリング、心筋梗塞または心不全を治療または予防する方法を開示している。
US20120165392は、場合によっては、阻害剤またはアゴニストのいずれかを投与することによって、ある種のマイクロRNAの発現を調整して心血管疾患を治療する方法を開示している。EP2425016は、阻害剤または機能的マイクロRNAが投与される類似の方法を開示している。WO2012020308およびWO2012020307は、組織修復を誘導することができる細胞群または微小胞を投与することによって、急性の組織損傷を治療する方法を開示している。これらの細胞は、かなりの数の不均一なタンパク質およびマイクロRNAを発現する。例えば、PDPC細胞は、心臓の虚血による損傷のために指示されるが、個々のマイクロRNAと心臓再生の間には特定の関係はなく、したがって、これらの非常に不均一に発現した因子およびマイクロRNAは、特定の治療薬というよりも細胞独自のマーカーと考えられる。
EP2228444は、心血管疾患、特に肥大性疾患の治療に使用するためにいくつかのマイクロRNAを開示している。これらのマイクロRNAは、肥大した心臓を再修正する範囲によって心臓筋細胞の大きさの表現型の変化を誘導する。
前記リストで参照されるその他のものは、心血管疾患とは異なる疾患または心血管疾患を診断するためのマイクロRNAのプロファイリングであり、いくつかのマイクロRNAが治療用阻害剤のための標的として示される。
しかし、損傷を受けているか、または生理学的な機能が不十分な心臓組織において、成体の心筋細胞の増殖を刺激し、したがってインビボにおいて心臓再生を可能とする能力について特異的に選択されたマイクロRNAが明白に述べられた開示はない。
心血管疾患、特に心筋細胞の喪失に関連した疾患(特に、心筋梗塞、虚血および非虚血が原因の心筋症、心筋炎ならびに心不全)の治療に効果的な方法を見出すことが依然として必要とされている。
特に、損傷を受けているか、または生理学的な機能が不十分な心臓組織の部分において、心筋細胞の増殖を刺激し、したがってインビボにおいて特異的に心臓再生を可能とする活性物質の発見が極めて重要である。
WO2010/138263は、アデノ随伴ウイルス(AAV)を使用して、標的組織にデリバリーすることができるマイクロRNAを開示しており、標的組織候補の長いリストの中に心臓がある。Hsa−miR−210およびhsa−miR−590−3pは、前記文書で開示されている。2種類のマイクロRNAは、非常に長いリストの一部分である。リストに挙げた標的組織のいずれかとリストに挙げたマイクロRNAのいずれかについて、特に実施可能な程度の開示はない。さらに、リストに挙げた標的組織のいずれかとリストに挙げたマイクロRNAのいずれかについて特に関連はない。hsa−miR−210およびhsa−miR−590−3pが心臓筋細胞増殖によって心臓の再生を刺激するために有用であるという明白明瞭で実施可能な程度の開示はない。
マイクロRNA−210は、心筋細胞において発現し、いくつかの血管新生因子を上方制御することができ、細胞のアポトーシスを予防し、心筋梗塞および虚血性心臓病の治療において有用であることが開示されている(Hu et al., 2010)。当業者であれば、血管新生因子の上方制御および細胞アポトーシスの予防は、梗塞の急性期には有用な機構であるが、心筋細胞の再生が必要な心臓病の長期にわたる状態ではほとんど、または全く役に立たないことを知っている。この場合、当業者である心臓病学を専門とする医師は、血管新生の促進および細胞アポトーシスの予防に基づく療法(この療法は、心筋梗塞などの心血管疾患の急性期の治療に適している)と、心筋梗塞、虚血性および非虚血性心筋症、心筋炎ならびに心不全の結果などの心筋細胞再生に基づく療法との間の異なる臨床的重要性を十分承知している。医師はまた、急性期の治療のための療法は、心臓の再生に心筋細胞増殖が必要な心臓病の治療には適していないことに気づいている。
今では、208種のヒトマイクロRNAがインビトロ(in vitro)において、ラット心筋細胞の増殖を著しく増加させることができることが見出されている。これらのうち、36種のマイクロRNAはまた、新生仔マウス心臓から単離した心筋細胞およびヒト幹細胞由来心筋細胞の増殖を増加させた。
さらに、選択されたマイクロRNAが、特に、ラットにおいて合成マイクロRNAを心臓内注射した後、またはマウスにおいてマイクロRNAを発現するアデノ随伴ベクター(AAV)を腹腔内注射した後に、動物モデルの心筋細胞の増殖を誘導することも見出された。もちろん、これらのマイクロRNAは、心臓再生を誘導することによって、冠動脈結紮によって引き起こされた心筋梗塞の動物モデルの心臓機能を改善する。
十分に評価され、承認された動物モデルで得られたこれらの結果は、ヒト対象における心疾患の治療のための医薬の開発を可能にする。
本発明の目的は、添付の特許請求の範囲で明記されているが、本発明の他の目的および範囲は前述の明細書から明らかである。
本発明の目的は、以下の通りである。
i)心臓筋細胞の増殖を刺激する活性を備え、したがって、心筋細胞増殖を刺激することによってインビボにおいて心臓の再生を刺激するための方法および医薬を利用可能にするマイクロRNA、好ましくはヒト由来で、特に36種の選択されたマイクロRNA群、ならびにこれをもとにして、心臓筋細胞の喪失(特に、心筋梗塞、虚血または非虚血が原因の心筋症、心筋炎および心不全の結果)に関連した心臓病変の治療のために投与するための方法、医薬および組成物、ベクターならびに製剤。
ii)研究室で使用するために(ヒト疾患の診断)またはインビボ臨床適用において(前述の適用のための心臓修復)心筋細胞の生成を刺激するという最終目標のために、細胞培養において心筋細胞増殖を刺激する能力を備え、したがって、胚性幹細胞(iPS細胞技術または任意の他の技術による胚培養、核移植および動物のクローニングから得られた)からまたは成体組織からの心筋細胞の獲得および拡大を改善する能力を備える、マイクロRNA、好ましくはヒト由来で、特に項目i)と同じ36種のマイクロRNA。
関連する方法も、本発明の目的である。
iii)インビトロおよびインビボ適用のための前記マイクロRNAのデリバリー法。特に、ベクター、組成物および製剤は本発明の範囲内である。
iv)生物活性化合物の心筋細胞の増殖を増加させる能力によるハイコンテンツ顕微鏡をベースとしたハイスループットスクリーニング法で、この方法は、本明細書では、本発明の目的でもあるマイクロRNAの選択のために使用される。
本発明の目的は、本発明によるマイクロRNAまたはそれらの組み合わせを投与することによって、特にそれを必要とする対象に、心臓筋細胞増殖によって心臓の再生を刺激するための方法である。
特に、この方法は、例えば、心筋梗塞、虚血性および非虚血性心筋症、心筋炎ならびに心不全の結果である心臓筋細胞の喪失に関連した心臓病変の治療に関する。
好ましい実施形態では、前記方法は、遺伝子療法によって実施される。
表1に挙げたように、由来の様々な(ラット、マウスおよびヒト)心臓筋細胞の増殖を誘導することができる本発明のヒトマイクロRNA、特に36種の個々のヒトマイクロRNA、またはこのようなマイクロRNAの模倣体、またはこのようなマイクロRNAの前駆体、またはこのようなマイクロRNAの第1転写物、またはそれらの組み合わせは、本発明の目的である。
表1.心筋増殖を誘導するマイクロRNAのリスト
Figure 0006420865
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本発明の別の目的は、心臓筋細胞の喪失に関連した心臓病変(限定はしないが、心筋梗塞、虚血性および非虚血性心筋症、心筋炎ならびに心不全の結果を含む)の心臓再生の誘導による治療において、インビボにおける心筋細胞増殖の促進において使用するための、前記マイクロRNAの1つまたはそれらの組み合わせである。
本発明のさらなる目的は、心筋細胞増殖の促進および胚性幹(ES)細胞、誘導多能性幹(iPS)細胞もしくは他の方法によって得られる幹細胞から得られた心筋細胞または成体心筋細胞の拡大において、インビトロまたはエキソビボ(ex vivo)で使用するための前記マイクロRNAの1つまたはそれらの組み合わせである。
本発明のさらなる目的は、生物学的および薬学的に活性のある化合物の心筋細胞の増殖を増加させる能力についてのハイスループットスクリーニングのための方法である。前記方法は、本発明の目的でもあるマイクロRNAの選択に使用される。
本発明のさらなる目的は、前述のマイクロRNAの1つまたは組み合わせを含むRNAストレッチである。前記RNAストレッチは、インビトロにおいて無細胞転写法によって得られるか、合成によって生成されるか、または関連するDNAコーディング配列の移入によって細胞内で発現されるか、またはプラスミド、ウイルスもしくは他の種類のベクターの投与によって細胞内に導入もしくは発現されるが、但し、天然には生じないRNAである。
本発明は、心臓筋細胞増殖によって心臓の再生を刺激するための医薬として使用するための前記RNAストレッチを提供する。
本発明はまた、医薬として使用するための前記マイクロRNAの1つまたはそれらの組み合わせを提供する。
本発明の別の目的は心臓筋細胞の喪失に関連した心臓病変(限定はしないが、心筋梗塞、心筋症、心筋炎および心不全の結果を含む)の治療のための活性成分としての、前記マイクロRNAの1つまたはそれらの組み合わせを含む医薬組成物である。
本発明のさらに別の目的は、心臓関連疾患の治療のための、前記マイクロRNAの1つまたは複数の発現レベルを増加させるように設計された薬剤である。前記薬剤は、マイクロRNA、化合物、医薬組成物、インビトロで得られるか、関連するDNA配列の移入によって細胞内で発現されるか、またはベクターの投与によって細胞内で発現される組換えタンパク質である。
本発明のこれらのおよび他の目的はまた、前記明細書において、実施例および図面によって詳細に開示される。
図1は、マイクロRNAによる心筋細胞増殖の誘導のスクリーニング結果を示す。各点は、2回の同じ実験における個々のマイクロRNAによる心筋細胞増殖への効果を示す。対照マイクロRNAは下の四角の中に入り(点線)、本発明の対象である36種のマイクロRNAは上の四角内に入る(増殖数、EdU+、Ki−67+心筋細胞、35%から55%まで)。 図2は、EdUおよびKi−67陽性によって評価した、インビトロにおいてラット新生仔心筋細胞増殖を増加させるマイクロRNAの例を示す。Cel−miR−67は、対照として使用した効果のないマイクロRNAである。 図3は、EdU陽性によって評価した、インビトロにおいてヒト胚性幹細胞(hESC)から得られた心筋細胞の増殖を増加させるマイクロRNAの例を示す。Cel−miR−67は、対照として使用した効果のないマイクロRNAである。 図4は、ヒストンH3のリン酸化(左)および中心体におけるオーロラBの局在(右)によって評価した、インビトロにおいてラット新生仔心筋細胞増殖および細胞質分裂を増加させるマイクロRNAの例を示す。Cel−miR−67は、対照として使用した効果のないマイクロRNAである。 図5は、EdU陽性によって評価した、成体(2ヵ月齢)動物から単離された完全に分化したラット心筋細胞のエキソビボにおける増殖を増加させるマイクロRNA(hsa−miR−590−3pおよびhsa−miR−199a−3p)の例を示す(左図)。これらのマイクロRNAによる治療は、治療の4および7日後に心筋細胞の数を著しく増加させた(右図)。cel−miR−67は、対照として使用した効果のないマイクロRNAである。 図6は、治療した心臓のEdU陽性によって評価した、インビボにおいてラット新生仔心筋細胞増殖を増加させるマイクロRNAの例を示し、cel−miR−67は、対照として使用した効果のないマイクロRNAである。 図7は、AAVベクターを使用した梗塞マウスの心臓へのデリバリーによるマイクロRNA hsa−miR−590−3pおよびマイクロRNA hsa−miR−199a−3pの効果を示す。A.心筋梗塞(MI)領域。B.棒グラフは、左から右へ、治療して12および30日後の左心室駆出率(EF)、左心室短縮率(FS)および左心室前壁収縮期肥厚(LVAW)を示す。対照は、関連のないマイクロRNAで治療した梗塞動物である。
発明の詳細な説明
本発明は、インビトロおよびインビボにおいて心筋細胞の増殖を誘導する特性を有し、特にハイコンテンツな画像解析をベースにしたハイスループットスクリーニング法によってライブラリーから選択される、好ましくはヒト由来のマイクロRNAを提供する。好ましい方法は、注釈を付けたヒトマイクロRNA(2009年公開のmiRBase 13.0)全てに対応する合成マイクロRNA成熟配列を使用した、ラット新生仔心筋細胞における蛍光顕微鏡をベースにしたハイスループットスクリーニングである。
好ましくはヒト由来のマイクロRNAをスクリーニングするための本発明の目的である方法は、
a.マイクロRNAのライブラリーを得ること、
b.第1の動物対象から単離された第1の心筋細胞内に各マイクロRNAを遺伝子導入すること、
c.前記第1の遺伝子導入した心筋細胞を培養すること、
d.前記第1の遺伝子導入した心筋細胞の増殖能力を試験すること、
e.前記第1の遺伝子導入した心筋細胞において増殖を誘導することができるマイクロRNAを選択すること、
f.前記第1の動物とは異なる種の第2の動物対象から単離された第2の心筋細胞内に工程e)の選択された各マイクロRNAを遺伝子導入すること、
g.前記第2の遺伝子導入した心筋細胞を培養すること、
h.前記第2の遺伝子導入した心筋細胞の増殖能力を試験すること、
i.工程h)の前記第2の遺伝子導入した心筋細胞において増殖を誘導することができるマイクロRNAを選択すること
を含む。
前記方法の一実施形態では、
工程i)の後、以下の、
j.工程i)の選択された各マイクロRNAをヒト対象から以前に単離された第3の心筋細胞に遺伝子導入する工程、
k.前記第3の遺伝子導入した心筋細胞を培養する工程、
l.前記第3の遺伝子導入した心筋細胞の増殖能力を試験する工程、
m.工程l)の前記第3の遺伝子導入した心筋細胞において増殖を誘導することができるマイクロRNAを選択する工程
がさらに行われる。
好ましくは、前記選択工程e)、i)またはm)において、心筋細胞増殖を少なくとも2倍超著しく増加させることができる少なくとも1種のマイクロRNAを選択する。
本発明に有用なライブラリーは、商用供給業者、例えば、Thermo Scientific、Sigma、Ambionから入手可能である。
実施例1でより詳細に説明するように、初代ラット心筋細胞をライブラリー内のマイクロRNAそれぞれで処理し、従来の核染色、例えば、Hoechst 33432、心筋細胞マーカーサルコメアアルファアクチニンおよび増殖抗原Ki−67に対する抗体ならびに新たに合成されたDNAに組み込まれるウリジン類似体、EdUで染色した。
この方法で、心筋細胞増殖を著しく増加させることができる208種のマイクロRNAを同定する。
心臓筋細胞を単離するために、実験動物、例えば、ラットを使用する。好ましくは、筋細胞は、よく知られた方法に従って新生仔動物から単離する。心室の筋細胞を使用することが好ましい。
ライブラリーの個々のマイクロRNAをマイクロウェルプレートの個々のウェルに1種ずつ移す。その後、これらのマイクロRNAのそれぞれを動物の心筋細胞に遺伝子導入する。接種した細胞の大きさの好ましい単位は、1ウェル当たり1×10細胞である。標準的な逆転写方法を、マイクロRNAの適切な最終濃度、例えば、25nMで使用することができる。スクリーニングは、正確な実験のために、何回か、例えば、2回反復する。
遺伝子導入および細胞接種の後、例えば、24時間後、培養培地を新鮮な培地と交換することができる。それから28時間後、すなわちプレーティングしてから52時間後、培養培地を細胞の生存力を試験するために適切な培地と交換し、少なくとも2種類の増殖マーカー、例えば、EdUおよびKi−67を適切な時間(20時間など)使用する。通常、プレーティングして約72時間後に細胞を固定し、当技術分野で知られているように、免疫蛍光法のために処理する。次に、細胞は、好ましくは一晩通常の温度で(例えば、4℃)、ブロッキング溶液で希釈した1次抗体で染色する。1次抗体の例は、サルコメアアルファアクチンに対するマウスモノクローナル抗体、Ki−67に対するウサギ抗体である。他の抗体を使用してもよい。次に、細胞を培地、例えば、リン酸緩衝生理食塩水で洗浄し、検出可能な標識と結合させたそれぞれの2次抗体で十分な時間(2hなど)インキュベートする。細胞はさらに、EdU組み込みを明らかにするために処理し、当技術分野で知られているように染色する。
次に、ハイコンテンツスクリーニング蛍光顕微鏡のような市販の装置で画像を取得し、画像解析を実施する。細胞は、少なくとも2つの増殖マーカーの両方が陽性の場合のみ増殖と判定し、心筋細胞は、サルコメアアルファアクチンが陽性であることによって初代培養(例えば、線維芽細胞および内皮細胞)に存在する他の細胞から区別する。
心筋細胞増殖を誘導するマイクロRNAの選択はまた、成体心筋細胞において反復する。これらは、心臓左心室から、分化した成体心筋細胞単離の標準的手順を使用して得ることが好ましいが、限定はしない。次に、これらは前記マイクロRNAで処置し、処置後、成体心筋細胞の増殖は、新生仔心筋細胞で説明したように、EdUおよびKi−67などの様々な増殖マーカーの陽性を評価することによって確認する。
マイクロRNAの選択は、保存された一連の標的を標的化することによって機能するマイクロRNAをスクリーニングするために、第1の選択で使用した動物とは異なる実験動物で反復する。
次に、ヒトにおける心筋細胞増殖を増加させるマイクロRNAの選択は、第2の選択から生じるマイクロRNAを市販の胚性幹細胞から得られたヒト心筋細胞(例えば、GE Healthcare製のCytiva Cardiomyocytes)に遺伝子導入することによって実施する。これらの細胞は、心室、心房および結節サブタイプを含み、大部分が心室筋細胞であり、形態、電気生理および心臓マーカーの発現を用いて特徴付けられ、したがって、予測試験のためにヒトドナーから得ることが困難な初代細胞の生物学的に適切な代替物となる。
総合的に、本明細書で記載した結果によって、胚細胞、新生仔個体または成体個体から得られた、ヒト細胞を含む様々な種の心臓筋細胞の増殖を増加させることができるマイクロRNAのサブセットが同定される。これに関連して、これらのマイクロRNAは、ヒトにおける心疾患に対する新たな治療的アプローチの開発のための基礎となり、心筋細胞増殖を促進することによって成体心臓組織の再生を誘導するという特定の目的を有する。
実現した結果を基本的に改変しない前述の方法の改変法は、本発明の範囲内である。
他の実施形態を本明細書で提示する。
好ましくはヒト由来のマイクロRNAをスクリーニングするための方法およびマイクロRNAのライブラリーのスクリーニングから得ることができるマイクロRNAは本発明のさらなる目的であり、前記スクリーニングには、a)第1の動物対象から単離された心筋細胞に各マイクロRNAを遺伝子導入すること、b)前記遺伝子導入した心筋細胞を培養すること、c)前記遺伝子導入した心筋細胞の増殖能力を試験すること、d)前記遺伝子導入した心筋細胞において増殖を誘導することができるマイクロRNAを選択することが含まれる。
好ましくはヒト由来のマイクロRNAをスクリーニングするための方法およびマイクロRNAのライブラリーのスクリーニングから得ることができるマイクロRNAは、本発明のさらなる目的であり、前記スクリーニングには、a)第1の動物対象から単離された心筋細胞に各マイクロRNAを遺伝子導入すること、b)前記遺伝子導入した心筋細胞を培養すること、c)前記遺伝子導入した心筋細胞の増殖能力を試験すること、d)前記遺伝子導入した心筋細胞において増殖を誘導することができるマイクロRNAを選択すること、e)前記第1の動物とは異なる第2の動物対象から単離された心筋細胞に工程d)の選択された各マイクロRNAを遺伝子導入すること、f)前記遺伝子導入した心筋細胞を培養すること、g)前記遺伝子導入した心筋細胞の増殖能力を試験すること、h)工程g)の前記遺伝子導入した心筋細胞において増殖を誘導することができるマイクロRNAを選択することが含まれる。
好ましくはヒト由来のマイクロRNAをスクリーニングするための方法およびマイクロRNAのライブラリーのスクリーニングから得ることができるマイクロRNAは、本発明のさらなる目的であり、前記スクリーニングには、a)第1の動物対象から単離された心筋細胞に各マイクロRNAを遺伝子導入すること、b)前記遺伝子導入した心筋細胞を培養すること、c)前記遺伝子導入した心筋細胞の増殖能力を試験すること、d)前記遺伝子導入した心筋細胞において増殖を誘導することができるマイクロRNAを選択すること、e)前記第1の動物とは異なる第2の動物対象から単離された心筋細胞に工程d)の選択された各マイクロRNAを遺伝子導入すること、f)前記遺伝子導入した心筋細胞を培養すること、g)前記遺伝子導入した心筋細胞の増殖能力を試験すること、h)工程g)の前記遺伝子導入した心筋細胞において増殖を誘導することができるマイクロRNAを選択すること、i)ヒト幹細胞から得られた単離された心筋細胞に工程h)の選択された各マイクロRNAを遺伝子導入すること、j)前記遺伝子導入した心筋細胞を培養すること、k)前記遺伝子導入した心筋細胞の増殖能力を試験すること、l)工程k)の前記遺伝子導入した心筋細胞において増殖を誘導することができるマイクロRNAを選択することが含まれる。
前記方法の試験および選択の工程は、特にハイコンテンツ画像解析をベースにしたハイスループットスクリーニング法で行われることが好ましい。好ましい方法は、蛍光顕微鏡をベースにしたハイスループットスクリーニングである。
前記方法から得られたマイクロRNAは、インビトロおよびインビボにおいて、心筋細胞における増殖を誘導することができ、特に動物対象の、さらに特に、様々な動物対象において、またさらに特にヒトにおいて、心筋細胞の増殖を誘導することができる。
本発明はまた、本明細書で開示したマイクロRNAの1次転写物、前駆体および模倣体を含む。miRNA1次転写物、前駆体および模倣体の概念は、当技術分野では周知である。
マイクロRNA主鎖または天然のマイクロRNA機能をいかなる方法であっても模倣する合成核酸の改変も本発明で提供する。これらの改変は、前記改変が本発明のマイクロRNAの機能を変化させない条件で、周知の技術によって行うことができる。このような改変には、限定はしないが、リン酸基の非結合性の酸素原子の置換、ヌクレオチドの糖分子へのアルキル基の導入、ヌクレオチドの糖の炭素または酸素原子を連結する他の結合の組み入れ(例えば、LNA技術)などが含まれる。これらの改変は、当技術分野では周知であり、さらに特定の開示を必要としない。
本発明のマイクロRNAは、以下の実施例に示したように、心臓筋細胞の有糸分裂、細胞分裂(細胞質分裂)ならびにインビトロおよびインビボにおける細胞数を増加させることができる。
特に、心筋細胞の喪失に関連した心臓病(心筋梗塞、虚血および非虚血が原因の心筋症、心筋炎ならびに心不全の結果)の治療のための医薬としてのマイクロRNAに関する本発明の実施形態では、心筋細胞の増殖を刺激することによって心臓再生を誘導する特定の目的で、マイクロRNAは従来の方法によって前記疾患に罹患した対象に投与することができる。
前記医薬は、非経口、冠動脈内、静脈内または心臓内投与のための調製物の形態であると好都合であるが、他の形態も本発明を実施するために同じように適している。当業者であれば、患者の状態、疾患の重症度、患者の応答およびこの場合の一般的知識内の任意の他の臨床的パラメータに応じて、投与の効果的な時間を決定するだろう。
医薬組成物は、以下の少なくとも1つを含有する:本発明のマイクロRNAまたはその1次代謝物または前駆体に対応する合成RNA、前記マイクロRNAをコードするDNA、マイクロRNAなどの前記RNAの1次転写物または前駆体がこのDNAを含有する細胞内で産生される、1次転写物または前駆体をコードするDNA。本発明のマイクロRNA(もしくは1次転写物もしくは前駆体)または対応するコーディングDNAの1つの投与は、陽イオン性脂質などの脂質分子またはペプチドと一緒に、ポリマースキャフォールドの状態で投与することができ、当技術分野によれば、これによってデリバリーが容易になり得る。このようなマイクロRNAまたはそれらの対応するDNAを投与する別の方法は、RNAまたはDNAの投与のために知られている適切なベクターを用いる。より好ましいベクターは、天然(限定はしないが、AAV1、AAV2、AAV8、AAV9など)または人工の任意のキャプシド血清型のアデノ随伴ベクター(AAV)で、インビボにおいてDNAを投与するためによく知られたウイルスベクターである(Mingozzi et al. 2011)。本発明のマイクロRNAに対応する前記合成RNA、前記マイクロRNAをコードするDNA、マイクロRNAなどの前記RNAの1次転写物または前駆体がこのDNAを含有する細胞内で産生される、1次転写物または前駆体をコードするDNAを投与するためのこれらの方法および製剤は全て、従来のものであり、当技術分野では周知であり、さらなる説明を必要としない。
注射は、好ましい投与経路である。しかし、当業者は、従来の医薬組成物によってマイクロRNAを投与することを決定することができる。Remington’s Pharmaceutical Sciences、最終版を参照にすることができる。
投与計画、投薬量および用量は、医師の経験、治療する疾患および患者の状態によって医師が決定する。
選択した投与経路によって、組成物は、経口、非経口、静脈内または動脈内投与に適した固形または液状である。遺伝子療法はまた、別の実施形態である。本発明による組成物は、活性成分と共に、少なくとも1種の薬学的に許容される媒体または賦形剤を含有する。これらは、特に有用な製剤共補助剤、例えば、可溶化剤、分散剤、懸濁剤および乳化剤であってもよい。
本発明で使用するための活性物質は、医薬、すなわち、医薬組成物として投与することができる。この組成物は、適切な担体と共に本発明の少なくとも1種の活性物質を含有する。様々な投与経路および技術、中でも、静脈内、心臓内および動脈内注射、カテーテル法などの非経口技術を利用することができる。活性物質の平均量は変化してもよく、特に、資格のある医師の推奨および指示に基づくべきである。
生物学的および治療的に活性のある化合物を心筋細胞の増殖を増加させる能力によってスクリーニングするための方法はまた本発明の目的であり、前記方法には、a)前記マイクロRNAのいずれかで遺伝子導入した心筋細胞を提供する工程、b)治療的に活性のある化合物の候補と前記心筋細胞とを接触させる工程、c)前記遺伝子導入した心筋細胞の増殖能力を試験する工程、d)前記遺伝子導入した心筋細胞の増殖を誘導することができる化合物を選択する工程が含まれる。
以下の実施例はさらに本発明を例示する。
機能スクリーニングは、インビトロにおけるラット新生仔心筋細胞の増殖を制御するマイクロRNAを同定する。
細胞増殖を含むいくつかの生物学的プロセスの調節においてマイクロRNAが関与することを考え、マイクロRNAがエキソビボにおいて初代心臓筋細胞の増殖を制御できるかどうかを調べ、これらの細胞の増殖能力を増加させるのに最も有効なマイクロRNAを同定することを所望した。
この問題に取り組むために、注釈を付けたヒトマイクロRNA(2009年公開のmiRBase 13.0)による全てに対応する988種のマイクロRNA模倣体の市販のライブラリー(miRIDIAN マイクロRNA模倣体、Dharmacon、Thermo Scientific)を使用して、ラット新生仔心筋細胞において蛍光顕微鏡をベースにしたハイスループットスクリーニングを実施した。細胞を核色素Hoechst 33432、心筋細胞マーカーサルコメアアルファアクチニンおよび増殖抗原Ki−67に対する抗体ならびに新たに合成されたDNAに組み込まれるウリジン類似体、EdUで染色した。増殖細胞の同定の信頼性を高めるために、2種類の増殖マーカー(Ki−67およびEdU組み込み)を使用し、自動画像解析は、実験条件当たり約3000細胞について実施した。
このアプローチを使用して、ラット新生仔心筋細胞増殖を2倍超(12.5%の基準増殖から40%超まで)著しく増加させることができる208種のマイクロRNAを同定した。
図1は、マイクロRNAによる心筋細胞増殖の誘導のスクリーニング結果を示す。各点は、2回の同じ実験における個々のマイクロRNAによる心筋細胞増殖に対する効果を示す。対照マイクロRNAは下の四角の中に入り(点線)、本発明の対象である36種のマイクロRNAは上の四角内に入る(増殖数、EdU+、Ki−67+心筋細胞、35%から55%まで)。
図2は、EdUおよびKi−67陽性によって評価した、インビトロにおいて心筋細胞増殖を増加させるマイクロRNAの例を示す。
方法
動物の飼育および世話は、国内外の法律および政策に従った機関ガイドラインに基づいて実施した(EEC Council Directive 86/609, OJL 358, December 12, 1987)。
ウィスターラットは、Charles River Laboratories Italia Srl.から購入した。新生仔ラットの心臓筋細胞は、わずかな改変を加えて既に記載されたように単離した(Collesi et al. 2008)。簡単に説明すると、新生仔ラット(0日目)の心室を心房から分離し、小片に切断し、1.75mg/ml トリプシン(BD Difco)および10マイクロg/ml DNaseII(Sigma)を含有するHEPES(CBFHH)緩衝液を含み、カルシウムおよび炭酸水素を含まないハンクス中で絶え間なく撹拌しながら解離させた。消化は、室温での10分工程8回から10回で実施し、各工程後に上清をウシ胎児血清(FBS、Invitrogen)に収集した。上清を遠心して細胞を単離し、5% FBSおよび20μg/ml ビタミンB12(Sigma)を補給したダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)4.5g/l グルコース(Invitrogen)に再懸濁した。収集した細胞をセルストレーナー(40μm、BD Falcon)に通し、その後、コーティングしていない100mmのプラスティック皿に5%CO2および湿潤雰囲気中で37℃で2時間接種した。ほとんど心筋細胞から構成される上清をその後収集し、細胞を計数してプレーティングした;この手順を使用して調製したラット新生仔心室心筋細胞の培養物の純度は>90%である。
ヒト成熟マイクロRNA(miRIDIAN マイクロRNA模倣体)全てに対応するマイクロRNAライブラリーは、Dharmacon、Thermo Scientificから入手した。個々のマイクロRNAは、ロボットによってPrimaria 96ウェルプレート(BD−Falcon)に移し、カラム1および12は対照マイクロRNA(cel−miR−67、hsa−miR−1)を添加するために空のままにした。マイクロRNAは、リポフェクタミンRNAimax遺伝子導入試薬(Invitrogen)を使用した標準的な逆転写方法によって、最終濃度25nMでラット新生仔心筋細胞(1.0×10細胞をウェル毎に接種した)に遺伝子導入し、スクリーニングは2連で実施した。
遺伝子導入および細胞接種の24時間後、培養培地を新鮮な培地と交換し、28時間後、すなわちプレーティングしてから52時間後、培養培地を5μM EdUを含有する培地で20時間交換した。プレーティングして約72時間後に細胞を固定し、免疫蛍光法のために処理した。簡単に説明すると、細胞を4%パラホルムアルデヒドで15分間固定し、リン酸緩衝生理食塩水溶液(PBS)に溶かした0.5%TritonX−100で10分間透過処理し、その後1%ウシ血清アルブミン(BSA)で30分間ブロックした。その後、細胞は、ブロッキング溶液で希釈した以下の1次抗体、サルコメアアルファアクチンに対するマウスモノクローナル抗体(Abcam)およびKi−67に対するウサギ抗体(Monosan)で4℃で一晩染色した。細胞をPBSで洗浄し、Alexa Fluor 488または647(Invitrogen)と結合させたそれぞれの2次抗体で2時間インキュベートした。細胞はさらに、EdU組み込みを明らかにするために、Click−IT EdU555イメージングキット(Invitrogen)を使用して、製造者の指示に従って処理し、Hoechst33432(Invitrogen)で染色した。
画像取得は、ImageXpress Micro自動ハイコンテンツスクリーニング蛍光顕微鏡(Molecular Devices)を10倍で使用して実施し、全部で16枚の画像を波長、ウェルおよび複製毎に取得し、条件毎に分析した細胞は約3000個に相当した。画像分析は、MetaXpressソフトウェアで実施される「多波長細胞スコアリング」アプリケーションモジュールを使用して実施した(Molecular Devices)。細胞は、両方の増殖マーカー(Ki−67およびEdU)が陽性の場合のみ増殖と判定し、心筋細胞は、サルコメアアルファアクチンが陽性であることによって初代培養(例えば、線維芽細胞および内皮細胞)中に存在する他の細胞から区別した。
マイクロRNAのサブセットは、様々な生物(ラット、マウスおよびヒト)の心筋細胞のインビトロ増殖を制御する。
発生中、マウス心臓の心筋細胞はラット心臓の心筋細胞よりも早く分割を停止する(それぞれ、誕生直後および誕生の3から4日後)。この結果として、新生仔のマウスから単離された心筋細胞は、同齢のラットから単離された心筋細胞よりも増殖能力が著しく低く、新生仔ラット(出生後0日目)から単離された心筋細胞の増殖は約12.5%で、マウスの心筋細胞では約5%である。
したがって、ラット心筋細胞の増殖を増加させることが示された208種の選択されたマイクロRNAを使用して、マウス新生仔心筋細胞において実施例1で記載した蛍光顕微鏡をベースにしたハイスループット実験を反復した。これらの実験の結果は、試験した208種のマイクロRNAからの36種のマイクロRNAはまたマウス心筋細胞の増殖を増加させることを示しており、これらは、保存された一連の標的を標的とすることによって機能し得ることが示唆された。
ヒトにおける心筋細胞増殖を増加させるためにマイクロRNAを適用する潜在性を評価するために、市販されている(Cytiva Cardiomyocytes、GE Healthcare製)胚性幹細胞(ESC)から得られたヒト心筋細胞に、ラットおよびマウス初代心筋細胞で実施された実験から選択された36種のマイクロRNAを遺伝子導入した。これらの細胞には、心室、心房および結節サブタイプが含まれるが、大部分が心室筋細胞であり、形態、電気生理および心臓マーカーの発現を用いて詳細に特徴付けられており、したがって、予測試験のためにヒトドナーから得ることが困難な初代細胞の生物学的に適切な代替物となっている。これらの実験の結果は、胚性幹細胞から得られたヒト心筋細胞を選択したマイクロRNAで処理すると、心筋細胞増殖の非常に著しい増加が引き起こされることを示しており(約3%から約30%)、ESC由来のヒト心筋細胞の増殖を増加させるマイクロRNAの例を図3に示す。
総合的に、本明細書で記載した結果によって、ヒト細胞を含む様々な種の心臓筋細胞の増殖を増加させることができる36種のマイクロRNAのサブセットが同定される。これらのマイクロRNAは、ヒトにおける心疾患に対する新たな治療的アプローチの開発のための基礎となり、インビボにおいて心筋細胞増殖を刺激することによって心臓組織の再生を誘導することを特に目的とする。
方法
CD1マウスは、Charles River Laboratories Italia Srl.から購入した。マウス心筋細胞は、ラット心筋細胞について実施例1で説明したように、新生仔マウス(出生後0日目)から単離した。
ヒト胚性幹細胞(hESC)由来の心筋細胞(Cytiva心筋細胞)はGE Healthcareから入手した。これらの細胞は詳細に特徴付けられており、したがって、初代細胞の適切な代替物となっている。細胞は、業者の指示に従って解凍した。
選択された個々のマイクロRNAは、ロボットによってマイクロRNAライブラリー保存プレートから移し、コラーゲンをコーティングした黒色透明底96ウェルプレート(Perkin−Elmer)に再度アレイした。選択したマイクロRNAのマウスおよびヒト細胞への遺伝子導入は、ウェル当たり接種する細胞の数がマウス細胞では1.5×10個、ヒト細胞では1×10個であり、最終的なマイクロRNA濃度はマウス細胞では50nMであり、ヒト細胞では25nMであることを除けば、実施例1の方法で記載したように実施した。
自動画像取得および解析を含む他の試薬および方法は、実施例1の方法で記載したのと同じである。
マイクロRNAは、インビトロにおける心臓筋細胞の有糸分裂、細胞分裂(細胞質分裂)および細胞数を増加させる。
Ki−67増殖マーカーによる染色およびDNA合成中のEdU組み込みによって評価した心筋細胞増殖の増加が、心筋細胞の細胞分裂事象(細胞質分裂)の増加と相関することを示すために、心筋細胞を個々のマイクロRNAで処理し、他のマーカー、すなわち、i)G2後期/有糸分裂の細胞を検出する、セリン10(P−S10−H3)でリン酸化されたヒストンH3の染色、ii)分裂する細胞の完全な分離直前の細胞質分裂の最後近くに出現し、分離後短期間維持される一時的な構造である中心体の成分、AuroraBキナーゼの染色、およびiii)マイクロRNAを遺伝子導入して6日後の心筋細胞数を評価した。
心筋細胞を選択したマイクロRNAで処理すると、図4で示したように、P−S10−H3陽性の細胞数(対照マイクロRNAの1.7%から8%まで)ならびに中心体を表す細胞数(0.5%から4%)の両方の著しい増加が引き起こされた。予測通り、P−S10−H3および中心体が陽性の細胞の割合が、Ki−67およびEdUが陽性の細胞よりも著しく少ないのは、前者が比較的短い期間の事象のマーカーだからである。
細胞周期の効果的な進行および順調な細胞質分裂と一致して、選択したマイクロRNAで6日間処理した心筋細胞の解析によって、選択したマイクロRNAはまた、対照と比較すると、心筋細胞の数を著しく増加させることが明らかになった。
方法
選択された個々のマイクロRNAは、ロボットによってPrimaria 96ウェルプレート(BD Falcon)に移された。選択したマイクロRNAのラット新生仔心筋細胞への遺伝子導入および免疫蛍光法は、実施例1の方法で記載したように実施した。細胞は、以下の1次抗体、サルコメアアルファアクチニンに対するマウスモノクローナル抗体(Abcam)、セリン10でリン酸化されたヒストンH3に対するウサギ抗体(Millipore)およびAuroraBキナーゼに対するウサギ抗体(Sigma)で染色した。
自動画像取得および解析を含む他の試薬および方法は、実施例1の方法で記載したのと同じである。AuroraB抗体で染色した中心体の定量は、ウェル毎に取得された16枚の画像の手動による検査および計数によって実施した。
マイクロRNAは完全に分化した成体心筋細胞の増殖を増加させる。
新生仔動物から単離された心筋細胞の一部分はまだ細胞周期と連動しており、増殖することができ(種に応じて心筋細胞の約3〜15%)、したがって、マイクロRNAがこれらの細胞の増殖能力を高めると考えることができる。
選択したマイクロRNAが、新生仔心筋細胞に加えて、完全に分化した細胞の細胞周期への再入を誘導することもできるかどうかを試験するために、心筋細胞を成体(2ヵ月齢)ラットから単離し、選択したマイクロRNAで遺伝子導入した。1例として、図5において、選択したマイクロRNAの2つ、hsa−miR−199a−3pおよびhsa−miR−590−3p(それぞれインビトロにおいてマウスおよびラットの心筋細胞増殖の誘導を最も良く実施するマイクロRNA)の効果を示す。
意外なことに、マイクロRNA処理によって、時間に依存した細胞の細胞周期への再入が決定され(培養して7日目のほとんど無しからhsa−miR−590−3pによるEdU+心筋細胞約6%およびhsa−miR−199a−3pによるEdU+心筋細胞約8%まで)、最終的にプレート内の細胞の数の著しい増加が引き起こされた。
これらの実験は明らかに、マイクロRNAが新生仔心臓細胞だけでなく、分裂しない、成体個体から回収した完全に分化した心筋細胞の増殖も誘導することができることを示している。
方法
心室の心筋細胞は、わずかな変更を加えて、以前記載されたように(Xiao et al. 2001)、雌成体ウィスターラット(2ヵ月齢)のランゲンドルフ灌流心臓から単離した。簡単に説明すると、心臓を取り出し、カルシウムを含まないクレブス−ヘンゼライト炭酸水素(KHB)緩衝液で逆方向に灌流した。次に、1mg/ml リベラーゼ(Roche)を含有するKHB緩衝液で心臓を10分間灌流した。心房および大血管を除去した後、心臓をKHB緩衝液中で細かく刻み、細胞混合物をセルストレーナー(100μm、BD Falcon)で濾過した。次に細胞を室温で530gで3分間遠心することによってペレットにした。細胞ペレットを、DMEM 1.0g/l グルコース(Life Technologies)および灌流緩衝液(1:1)の混合物中に再懸濁し、他の細胞種からの心筋細胞の分離は、6%ウシ血清アルブミン(BSA、Sigma)クッション上で15分間沈降させることによって実施した。心筋細胞ペレットを再懸濁し、2g/l BSA、2mM L−カルニチン(Sigma)、5mM クレアチニン(Sigma)、5mM タウリン(Sigma)、1mM 2,3−ブタンジオンモノオキシム(BDM;Sigma)を補給し、100U/mlのペニシリンおよび100μg/mlのストレプトマイシンを含むDMEM 1.0g/l グルコースにプレーティングした。ラミニン(Sigma)でコーティングした24ウェルプレートに細胞をプレーティングし、5%CO2および湿潤雰囲気中で37℃で維持した。培地は、24時間後に5% FBS、20μg/ml ビタミンB12を補給したDMEM 4.5g/l グルコースに交換し、以下に説明したように細胞を遺伝子導入した。
成体動物から単離したラット心筋細胞の遺伝子導入は、細胞接種して24時間後にフォワードトランスフェクション方法を使用して、マイクロRNAの最終的な濃度が50nMで遺伝子導入を実施すること以外は、基本的に新生仔心筋細胞について実施例1の方法で説明したように実施した。培地は、遺伝子導入して48時間後、その後、遺伝子導入後6日間は細胞が固定するまで24時間毎に、5μM EdUを含有する培地と交換した。
自動画像取得および解析を含む他の試薬および方法は、実施例1の方法で記載したのと同じである。
マイクロRNAは、インビボにおいて心筋細胞増殖を増加させる。
インビトロにおいて、選択したマイクロRNAで処理して心筋細胞増殖の増加が観察されたことを考え、これらのマイクロRNAがインビボにおいても増殖を増加させるかどうかを測定することを所望した。1例として、ここでは、選択したマイクロRNAの2つ、hsa−miR−199a−3pおよびhsa−miR−590−3p(それぞれインビトロにおいてマウスおよびラットの心筋細胞増殖の誘導を最も良く実施するマイクロRNA)の効果を示す。
遺伝子導入試薬と結合させた合成マイクロRNAを新生仔ラットの心臓に直接注射し、4日後、選択した2種類のマイクロRNAそれぞれを注射した動物おいてEdUを組み込んだ細胞数を、対照マイクロRNA(cel−miR−67)を注射した動物と比較することによって、その効果を評価した。選択したマイクロRNAを注射した動物の心臓において増殖した細胞数の著しい増加が観察された(cel−miR−67を注射した動物における3%から、hsa−miR−199a−3pおよびhsa−miR−590−3pを注射した動物の約10%まで)。注目すべきことに、共焦点蛍光顕微鏡によって、増殖する細胞のかなりの画分が本当に心筋細胞であることが確認された。著しい結果が図6に示されており、EdU陽性によって評価した、インビボにおいて心筋細胞増殖を増加させるマイクロRNAの例である。
合成マイクロRNAを使用する代わりに、hsa−miR−199aおよびhsa−miR−590をコードするアデノ随伴ウイルス(AAV)をベースにしたベクターを新生仔マウスに腹腔内(IP)注射することによってさらに実験を実施した。様々な血清型のAAVベクター(例えば、AAV9、AAV8、AAV1およびAAV2、投与経路による)は心臓を効率よく形質導入するが(Inagaki et al, 2006; Collesi et al. 2008)、これらのベクターからのマイクロRNAの発現は、構成的CMVプロモーターによって行われる。心臓における細胞の増殖は、注射して12日後に後期G2/有糸分裂期の細胞を検出するためのアルファアクチニンおよびP−S10−H3に対する抗体で染色することによって評価した。対照AAVを注射した動物と比較すると、選択したマイクロRNAを注射した動物の心臓において増殖する細胞数の著しい増加が観察された。
これらのアプローチを使用して、実施例1、2および3で説明したインビトロ研究をベースにして、選択したマイクロRNAがインビボにおいて新生仔ラットおよびマウス両方の心筋細胞の増殖を著しく増加させることができることを測定した。さらに、これらのマイクロRNAが、合成された成熟配列として導入されるか、またはウイルスベクターから発現するかに関わりなく活性があることを示した。
方法
新生仔ウィスターラット(出生後1日目)を氷床上で5分間冷却することによって麻酔した。皮膚切開後、肋間筋を切離することによって、第4肋間腔で側方開胸術を実施した。30ゲージ針を組み込んだインスリンシリンジ(Roche)を使用してマイクロRNA複合体を心臓内注射した後、新生仔を氷床から取り出し、胸壁および皮膚切開を縫合した。次に、新生仔を加熱ランプの下に置き、回復するまで数分間温めた。マイクロRNA複合体は、マイクロRNA(cel−miR−67、hsa−miR−590−3pまたはhsa−miR−199a−3pの約2.8μg、Dharmacon Thermo Scientific)をリポフェクタミンRNAimax遺伝子導入試薬(Invitrogen)と30分間室温で混合することによって調製した。ラット心臓毎に注射した混合物の全容量は、30μlであった。
AAVベクターの産生のために、pre−hsa−miR−199aおよびpre−hsa−miR−590ならびに上流および下流隣接配列(全部で約300bp)を、QIAamp DNAミニキット(Qiagen)を使用して、製造者の指示に従って、HeLa細胞から単離したヒトゲノムDNAから増幅した。増幅した配列をpZacベクターにクローニングした。
組換え体AAVベクターは、既に記載されたように得られた(Zentilin et al., 2001)。簡単に説明すると、AAVベクターは、パッケージング用の3つのプラスミドの同時遺伝子導入を使用してHEK293T細胞において生成した(Gao et al, 2004)。ウイルス保存物は、CsCl勾配遠心によって得られた。AAVウイルス粒子の滴定は、以前に記載されたように(Zentilin et al, 2001)ウイルスゲノムの数のリアルタイムPCR定量によって実施し、この研究で使用したウイルス調製物の力価は、1ml当たり1×1012ウイルスゲノム(vg)と1×1013ウイルスゲノム(vg)との間であった。
AAVベクターを使用する実験では、新生仔CD1マウス(出生後1日目)に、30ゲージ針を組み込んだインスリンシリンジ(Roche)を使用して、AAV−LacZ、AAV−hsa−miR−199aまたはAAV−hsa−miR−590を動物当たり1x1011vgの用量で腹腔内注射した。
注射したラットおよびマウスの心臓をそれぞれ注射後4日目および12日目に収集し、心室から残存する血液を除去するためにPBSで軽く濯いだ。心臓は、10%ホルマリンで室温で固定し、パラフィン包埋のために常法通り処理した。ヘマトキシリン/エオジンおよびマッソントリクローム染色を標準的手順に従って実施し、通常の形態および線維症の範囲を分析した。免疫蛍光染色のために、試料切片を脱パラフィンして再水和し、実施例1で説明したように処理した。以下の1次抗体、サルコメアアルファアクチニンに対するマウスモノクローナル抗体(Abcam)およびセリン10でリン酸化されたヒストンH3に対するウサギ抗体(Millipore)を使用し、その後Alexa Fluor 488または555に結合した抗マウスおよび抗ウサギ2次抗体(Invitrogen)で2次抗体染色した。核は、TOTO−3(Invitrogen)で区域を対比染色することによって同定した。スライドは、DAPIを含むVectashield(Vetor Labs)に載せ、ImageXpress Micro自動ハイコンテンツスクリーニング蛍光顕微鏡(Molecular Devices)またはレーザー共焦点510 META顕微鏡(Carl Zeiss MicroImaging)を使用して撮像した。
様々な心臓切片におけるEdUまたはP−S10−H3陽性細胞の定量は、実施例1および3で説明したように、自動画像解析によって実施した。
マイクロRNAは心筋梗塞後の心臓機能を保持する。
インビトロおよびインビボにおいて選択したマイクロRNAで処理すると心筋細胞増殖の増加が観察されることを考慮して、マウスにおける心筋梗塞後の心臓機能に対するマイクロRNAの効果を評価した。
この目的のために、マウスに持続的な左冠動脈前下行枝結紮を行った直後に、左心室梗塞周囲領域に選択したマイクロRNAを発現するAAVベクターまたは対照ベクターを注射した。心筋梗塞の12日後および1ヵ月後の心エコー検査によって評価すると、左心室駆出率(LVEF)および短縮率(LVFS)は、対照AAVで処理された動物と比較して、AAV−hsa−miR−199aまたはAAV−hsa−miR−590を注射した梗塞マウスでは著しく保持されていた(1ヵ月目;対照、hsa−miR−199aおよびhsa−miR−590動物では、それぞれLVEFが42%、53%、54%;LVFSが20%、27%、26%であった、p<0.05)。選択したマイクロRNAを発現するAAVベクターを注射した梗塞心臓のLV収縮末期の壁肥厚はまた、対照群と比較したとき非常に改善されていた(対照AAVを注射した動物の0.77mmから、AAV−hsa−miR−199aおよびAAV−hsa−miR−590を注射した動物においてそれぞれ0.98および0.97mmまで)。
選択したマイクロRNAによって誘導された心臓機能の改善が、梗塞の大きさの減少と相関するかどうかを測定するために、動物の小群(n=6)を心筋梗塞の12日後に殺処分し、心臓の梗塞後線維症を調べた。トリクローム染色した心臓の横断面の分析によって、AAV−hsa−miR−199aおよびAAV−hsa−miR−590で処理したマウスは対照の梗塞マウスと比較したとき、梗塞の大きさが著しく低下したことが示された(対照AAVを注射した動物のLV領域28%から、AAV−hsa−miR−199aおよびAAV−hsa−miR−590を注射した動物においてそれぞれ14%および13%まで)。
一緒にすると、これらのデータは、心筋梗塞の動物モデルにおけるhsa−miR−199aおよびhsa−miR−590の発現は、梗塞の大きさを低下させ、心臓機能を著しく改善することができることを示す。
図7は、AAVベクターを使用した、梗塞マウスの心臓へのデリバリーに対するマイクロRNA hsa−miR−590−3pおよびマイクロRNA hsa−miR−199a−3pの効果を示す。
方法
心筋梗塞は、雌CD1マウス(8〜12週齢)で、持続的な左冠動脈前下行枝(LAD)結紮によって作製した。簡単に説明すると、マウスにケタミンおよびキシラジンを腹腔内注射して麻酔し、気管内挿管し、げっ歯類人工呼吸器を装着した。体温は加熱パッドで37℃に維持した。左開胸術によって拍動する心臓に接近した。心膜除去後、LAD冠動脈の下行枝を、実体顕微鏡(Leica)で目視し、ナイロン製縫合糸で閉塞した。結紮は結紮直後に左心室領域が白くなることによって確認した。実施例5で説明したように作製した組換えAAVベクターを動物1匹当たり1×1011vgの用量で、LAD結紮直後に、梗塞領域辺縁の心筋に、30ゲージ針を組み込んだインスリンシリンジ(Roche)を使用して注射した(単回注射)。AAV−LacZ、AAV−hsa−miR−199aまたはAAV−hsa−miR−590を投与された動物3群(n=12/群)について研究した。胸部を閉じ、動物は自発呼吸が出現するまで腹臥位をとらせた。
左心室の機能および寸法を評価するために、心筋梗塞の12日後および1ヵ月後に、5%イソフルランで鎮静させたマウスで、30−MHzリニアアレイトランスデューサーを装備したVisual Sonics Vevo 770超音波(Visual Sonics)を使用して経胸壁2次元心エコー法を実施した。左心室前壁および後壁の厚さおよび収縮末期および拡張終期の内径、短縮率および駆出率を測定するために、Mモードで追跡した。
実施例5で説明したように、心エコー検査の最後に(梗塞の12日後および1ヵ月後)、心臓を収集し、組織学的検査および免疫蛍光のために処理した。梗塞の大きさは、線維化した領域の左心室全域の割合として測定した。
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Claims (12)

  1. 心臓筋細胞増殖によって心臓の再生を刺激するための医薬として使用するための、ベクターを含む医薬組成物であって、
    前記ベクターが、
    ACUGCCCUAAGUGCUCCUUCUGG (配列番号1)
    CAGUGCCUCGGCAGUGCAGCCC (配列番号10)
    ACCUUCUUGUAUAAGCACUGUGCUAAA (配列番号33)、および
    UCCAGUGCCCUCCUCUCC (配列番号35
    からなる群から選択される、少なくとも1種のマイクロRNA、もしくはかかるマイクロRNAの1次転写物、もしくはかかるマイクロRNAの前駆体、もしくはかかるマイクロRNAの模倣体、もしくはそれらの組み合わせ、および/または少なくとも前記マイクロRNAをコードするDNAおよび/または少なくとも前記マイクロRNAの1次転写物もしくは前駆体をコードするDNAまたはそれらの組み合わせを含む、
    医薬組成物
  2. 前記ベクターが、天然または人工のいずれかの、任意のキャプシド血清型のアデノ随伴ベクター(AAV)である、請求項に記載の医薬組成物
  3. 心臓筋細胞増殖を誘導することによって心臓の再生を刺激するための医薬として使用するための、
    ACUGCCCUAAGUGCUCCUUCUGG (配列番号1)、
    CAGUGCCUCGGCAGUGCAGCCC (配列番号10)、
    ACCUUCUUGUAUAAGCACUGUGCUAAA (配列番号33)、および
    UCCAGUGCCCUCCUCUCC (配列番号35)
    からなる群から選択される、少なくとも1種のマイクロRNA、および/または前記マイクロRNAの1次転写物、および/または前記マイクロRNAの前駆体、および/または少なくとも前記マイクロRNA、1次転写物もしくは前駆体をコードするDNA、および/または少なくとも前記マイクロRNAの模倣体、またはそれらの組み合わせならびに少なくとも1種の薬学的に許容される媒体または賦形剤を含む
    医薬組成物。
  4. 心臓筋細胞の喪失に関連した心臓病変の治療のための医薬として使用するための請求項に記載の医薬組成物。
  5. 前記病変が、心筋梗塞、虚血性および非虚血性心筋症、心筋炎ならびに心不全の結果からなる群から選択される、請求項またはに記載の医薬組成物。
  6. 投与が非経口静脈内、冠動脈内および心臓内からなる群から選択される、請求項からのいずれか一項に記載の医薬組成物。
  7. 脂質分子、ペプチド、ポリマーおよび他の担体分子をさらに含む、請求項からのいずれか一項に記載の医薬組成物。
  8. 脂質分子が陽イオン性脂質である、請求項7に記載の医薬組成物。
  9. 遺伝子療法において使用するための請求項3から8のいずれか一項に記載の医薬組成物
  10. インビトロもしくはエキソビボにおける幹細胞由来の心筋細胞、または成体心筋細胞を拡大するための方法であって、前記細胞に請求項1に記載のマイクロRNAの少なくとも1種を添加することを含む、方法。
  11. 細胞培養において心筋細胞の増殖を刺激するための方法であって、前記細胞培養に請求項1に記載のマイクロRNAの少なくとも1種を添加することを含む方法。
  12. 心臓筋細胞増殖によって心臓の再生を刺激するための医薬として使用するための、RNAストレッチを含む医薬組成物であって、
    前記ストレッチが、
    ACUGCCCUAAGUGCUCCUUCUGG (配列番号1)、
    CAGUGCCUCGGCAGUGCAGCCC (配列番号10)、
    ACCUUCUUGUAUAAGCACUGUGCUAAA (配列番号33)、および
    UCCAGUGCCCUCCUCUCC (配列番号35)
    からなる群から選択されるマイクロRNA、ならびに/または
    それらの1次転写物、前駆体もしくは模倣体の少なくとも1種または組み合わせを含み、
    前記RNAストレッチが、無細胞転写法によってインビトロで得られるか、合成によって生成されるか、関連するDNAコーディング配列の移入によって細胞中で発現されるか、またはプラスミド、ウイルスもしくは他の種類のベクターの投与によって細胞内に導入もしくは発現される
    医薬組成物
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