JP6636413B2 - がん幹細胞を標的とするペプチド及びその使用 - Google Patents

がん幹細胞を標的とするペプチド及びその使用 Download PDF

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Description

本発明はがん幹細胞を標的とする合成ペプチドに関し、本発明はさらに、前記合成ペプチドを治療薬とともに含有する医薬組成物に関する。別の一態様において、本発明はがん幹細胞を特異的に標的とするペプチドのスクリーニング法に関する。
急性骨髄性白血病(AML)のがん幹細胞(CSC)が初めて1994年に発見されて以来、CSCの同定はさらに乳がん、脳腫瘍、肝臓がん、結腸がん、肺がん、すい臓がんで行なわれた。正常な幹細胞の自己再生活性のほかに、CSCは化学療法、放射線療法、低酸素、免疫監視機構に対して耐性を持つ。さらに、CSCはがん再発の主な原因と考えられている。
治療、イメージング及びその他目的のために、がん幹細胞を特異的に標的とする薬剤が必要とされている
一態様において、本発明は、配列番号1〜配列番号15までのいずれかのアミノ酸配列からなる、がん幹細胞を標的とする合成ペプチドを提供する。
本発明の一実施態様において、前記合成ペプチドはがんを診断することにおける使用のためのものである。本発明の別のいくつかの実施態様によれば、前記ペプチドは治療薬をがん幹細胞に標的化することにおける使用のためのものである。
本発明によれば、前記合成ペプチドは検出可能部分(detectable moiety)に融合されて(fused)もよい。本発明の特定の実施態様において、前記検出可能部分は、放射標識、蛍光色素分子、または磁気撮像用造影剤である。
本発明によれば、前記合成ペプチドは治療薬に融合されてもよい。本発明の特定の好ましい実施態様において、前記治療薬は抗腫瘍薬である。前記抗腫瘍薬は、化学療法薬、放射線療法薬、または免疫療法薬を含むが、これらに限らない。
別の一態様において、本発明は、本発明に基づいた合成ペプチドと、薬学的に許容可能な担体または希釈剤を含む組成物を提供する。好ましくは、前記合成ペプチドが治療薬に融合される。
さらに一態様において、本発明はがん幹細胞を特異的に標的とするペプチドをスクリーニングする方法を提供し、前記方法は、ファージ発現システム(phage expression system)を使用してオリゴペプチドライブラリーを確立する工程と、前記ライブラリー中のファージをがん細胞株のバルク腫瘍細胞(bulk tumor cells)の培養物に接触させる工程と、バルク腫瘍細胞に結合しないファージを前記がん細胞株のがん幹細胞またはがん幹細胞様細胞の培養物に接触させる工程と、前記がん幹細胞またはがん幹細胞様細胞に結合するファージから、がん幹細胞を特異的に標的とするペプチドをスクリーニングする工程と、を含む。
前述の概要の説明と、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではなく、例示と説明のみを目的としていると理解されるべきである。
本発明の前述の概要、および以下の詳細な説明は、添付の図面を参照しながら読むことでより理解されるであろう。本発明の例示を目的として、現時点で好ましい実施形態が図面に記載されている。
がん幹細胞(CSC)ホーミングペプチド(HP)のCSCへの選択的結合を示す図である。ローダミンBで標識されたCSC HP1(Rd-CSC HP-1とCSC HP2(Rd-CSC HP-2)、およびFITCで標識されたCSC HP11(FITC-CSC HP-11)がEMT6 CSCとCCの染色に直接使用された。細胞はDAPIで対比染色された。同一の撮影条件で蛍光画像が撮影された。 CSC HPのCSCへの選択的結合を示す図である。EMT-6、CT26、Hepa1-6、PANC-1のCSCが、Rd-CSC HP-1、Rd-CSC HP-2、FITC-CSC HP-3、FITC-CSC HP-8、FITC-CSC HP-9、FITC-CSC HP-10またはFITC-CSC HP-11で個別に染色された。同一の撮影条件で蛍光画像が撮影された。 CSC HP-hP1-DsRedのPANC-1 CC及びCSCへの結合を示す図である。最終濃度25μg/mLのCSC HP-hP1-DsRed組換えタンパク質がPANC-1 CCとCSCの染色に使用された。矢印はPANC-1 CCのケースで観察された弱いシグナルを示す。 グリカンマイクロアレイと免疫蛍光染色(IF)により分析されたCSC HPの標的を示し、ビオチン標識されたCSC HP-hP1のグリカンマイクロアレイ分析結果を示す。 ビオチン標識されたCSC HP-9のグリカンマイクロアレイ分析結果を示す。 グロボ系グリカン(グリカン26)対ラクト/ネオラクト系グリカン(グリカン19)シグナルの相対強度を示すグラフである。15のCSC HPから収集された同じマイクロアレイの陽性対照シグナル3で標準化(normalized)されている。 15のCSC HPからのグリカン63とグリカン69シグナルの相対強度を示すグラフである。 CSC HP-10、CSC HP-11、CSC HP-hP2チップから収集された、グリカン66(Gal−β-1,3-GalNAc-β-)、グリカン67(Gal−β-1,3-(Neu5Ac-α−2,6)-GalNAc-β-)、グリカン68(Neu5Ac-α−2,6-Gal−β-1,3-GalNAc-β-)、グリカン69(Neu5Ac−α-2,6-Gal−β-1,3-(Neu5Ac−α-2,6)-GalNAc-β-)、グリカン70(Neu5Ac−α-2,3-Gal-β−1,3-(Neu5Ac−α-2,6)-GalNAc-β-)シグナルの相対強度を示すグラフである。 グロボ系(SSEA-4とGbH)、ラクト/ネオラクト(Lc/nLc)系(SSEA-1とSSEA-5)、ルイスYに対するモノクローナル抗体で実施された、PANC-1 CSC上の幹細胞特異的グリカンマーカーのIF画像である。 オリジナルのM13 PhD7ライブラリーからEMT6 CSC HP-ライブラリーを作製する一次スクリーニングと、CT26 CSC HP-ライブラリー、Hepa1-6 CSC HP-ライブラリー、CSC/ESC HP-ライブラリー、CSC HP-ライブラリーを生成するための二次スクリーニングを示すフローチャートである。 PANC-1 CSC HP-ライブラリーの確立を示すフローチャートである。
別途定義されている場合を除き、ここで使用されるすべての技術的および科学的用語は、当業者により一般的に理解されるものと同じ意味を持つ。
一態様において、本発明は、配列番号1〜配列番号15までのいずれかのアミノ酸配列からなる、がん幹細胞を標的とする合成ペプチドを提供する。本発明の合成ペプチドは、選択的に、または特異的に、がん幹細胞にホーミングし、従って、全身投与された治療薬をがん幹細胞に選択的に標的化するためのコンジュゲートの形態で役立つ。そのような治療薬の選択的標的化は、がん幹細胞に送達される薬剤の有効量を増加すると同時に、体の他の細胞または他の部分にそのような薬剤が副作用を生じる可能性を減少する。
本明細書で使用される「がん幹細胞(CSC)」という用語は、例えばマウスやヒトなど哺乳動物のがん幹細胞を指す。
本発明の合成ペプチドは、CSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合するが、(通常の)腫瘍細胞(CC)には結合しない、または非常に弱く結合する。前記がん幹細胞は、乳がん、肝臓がん、すい臓がん、結腸がんを含むがこれらに限らない、がんのものである。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列SQPTWMF(配列番号1)(CSC HP-1とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-1は、乳がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。別の一実施態様において、CSC HP-1は、結腸がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列GMMSSPP(配列番号2)(CSC HP-2とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-2は、乳がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。別の一実施態様において、CSC HP-2は、結腸がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列FSGGGNH(配列番号3)(CSC HP-3とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-3は、乳がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。別の一実施態様において、CSC HP-3は、結腸がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。別の一実施態様において、CSC HP-3は、肝臓がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列FPFTKNL(配列番号4)(CSC HP-4とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-4は、乳がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列ATYGNLW(配列番号5)(CSC HP-5とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-5は、乳がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。別の一実施態様において、CSC HP-5は、結腸がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列YHMPALM(配列番号6)(CSC HP-6とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-6は、乳がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。別の一実施態様において、CSC HP-6は、結腸がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列HGGVRLY(配列番号7)(CSC HP-7とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-7は、乳がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。別の一実施態様において、CSC HP-7は、結腸がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列ELTPLTL(配列番号8)(CSC HP-8とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-8は、乳がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。別の一実施態様において、CSC HP-8は、結腸がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列GPSASRN(配列番号9)(CSC HP-10とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-10は、乳がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列GLAPFNA(配列番号10)(CSC HP-11とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-11は、乳がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列KIYTTLD(配列番号11)(CSC HP-9とも呼ばれる)からなる。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列NLQPPAY(配列番号12)(CSC HP-12とも呼ばれる)からなる。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列GPKVTIW(配列番号13)(CSC HP-Hp1とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-Hp1は、すい臓がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列GSPVMSW(配列番号14)(CSC HP-Hp2とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-Hp2は、すい臓がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の一実施態様によれば、前記合成ペプチドは、アミノ酸配列YHQVKPH(配列番号15)(CSC HP-Hp3とも呼ばれる)からなる。一実施態様において、CSC HP-Hp3は、すい臓がんのCSCにホーミングする、CSCを標的とする、またはCSCに特異的に結合する。
本発明の合成ペプチドは、例えば化学合成など、従来の方法で作製または合成することができる。
本発明の特定の実施態様によれば、前記合成ペプチドはがんを診断することにおける使用のためのものである。本発明の別のいくつかの実施態様によれば、前記合成ペプチドは治療薬をがん幹細胞に標的化することにおける使用のためのものである。
本発明によれば、前記合成ペプチドは検出可能部分(detectable moiety)に融合されて(fused)もよい。本発明の特定の実施態様において、前記検出可能部分は、放射標識、蛍光色素分子、または磁気撮像用造影剤である。
本発明によれば、前記合成ペプチドは治療薬に融合されてもよい。本発明の特定の好ましい実施態様において、前記治療薬は抗腫瘍薬である。前記抗腫瘍薬は、化学療法薬、放射線療法薬、または免疫療法薬を含むが、これらに限らない。本明細書で使用される「免疫療法薬」という用語は、その薬剤によって治療される被験者の免疫系を治療的に強化または抑制する薬剤を指す。
前述の検出可能部分または治療薬は、例えば、共有結合、またはイオン結合を通じた結合により、本発明の合成ペプチドに直接または間接的に結合または融合することができる。
別の一態様において、本発明は、本発明に基づいた合成ペプチドと、薬学的に許容可能な担体または希釈剤を含む組成物を提供する。好ましくは、前記合成ペプチドが治療薬に融合される。前記組成物は医薬組成物として使用してもよい。前記組成物は、前記合成ペプチドを薬学的に許容可能な担体または希釈剤と混合する、または前記ペプチドを薬学的に許容可能な担体または希釈剤と化学的に結合させることで作製することができる。
本発明の合成ペプチドまたは組成物は、静脈投与により必要とする被験者に投与することができる。
さらに一態様において、本発明はがん幹細胞を特異的に標的とするペプチドをスクリーニングする方法を提供し、前記方法は、ファージ発現システム(phage expression system)を使用してオリゴペプチドライブラリーを確立する工程と、ライブラリー中のファージをがん細胞株のバルク(通常の)腫瘍細胞の培養物に接触させる工程と、バルク腫瘍細胞に結合しないファージを前記がん細胞株のがん幹細胞またはがん幹細胞様細胞の培養物に接触させる工程と、前記がん幹細胞に結合するファージから、がん幹細胞を特異的に標的とするペプチドをスクリーニングする工程と、を含む。
本発明の好ましい実施態様によれば、前記がん幹細胞またはがん幹細胞様細胞は、通常の腫瘍細胞から作製された腫瘍塊(tumorosphere)に由来する(Weiswald et al.、Neoplasia、17(1): 1-15(2015))。前記腫瘍塊は無血清培養法により作製することができる。例えば、Eramo et al.、Cell Death Differentiation、15: 504-514(2008);Cioce et al.、Cell Cycle、9: 2878-2887(2010);Cao et al.、BMC Gastroenterol.、11: 71(2011);またはChen et al.,、Clin.Exp.Metastasis、28(8): 751-763(2011)に方法が開示されている。
先行技術において、一つには細胞培養によって取得できるがん幹細胞の量が少ないため、(通常の)がん細胞を標的とするペプチドまたはその他物質がほとんどの注目を集めてきた。さらに、発明者の知る限りにおいて、通常のがん細胞には結合せず、がん幹細胞またはがん幹細胞様細胞に結合するペプチドをスクリーニングする方法が提示されたことはない。しかしながら、発明者は、前述の方法を通じ、腫瘍塊に由来するがん幹細胞またはがん幹細胞様細胞を使用して、がん幹細胞に特異的に結合するペプチドを効果的にスクリーニングできることを予期せず発見した。
以下、限定ではなく例示を目的として提供される次の実施例により、本発明についてさらに説明する。
材料および方法
1. がん細胞とがん幹細胞(CSC)の培養
CSCはCD44やCD133などの表面マーカーによってエンリッチできるが、研究にはCSCを選択的に増殖できる実践的で簡潔な方法が不可欠であった。ヒト肺CSCを懸濁状態で選択的に増殖できる先駆的な無血清培養法が2008年に開発された(Eramo et al.、Cell Death Differentiation、15: 504-514(2008))。それ以降、乳房(Cioce et al.、Cell Cycle、9: 2878-2887(2010))、肝臓(Cao et al.、BMC Gastroenterol.、11: 71(2011))、結腸(Chen et al.、Clin.Exp.Metastasis、28(8): 751-763(2011))のCSCが報告された。CSCはスフィア様の凝集された形状で増殖し、腫瘍塊としての命名が示唆された(Weiswald et al.、Neoplasia、17(1): 1-15(2015))。
組換え成長因子がPeproTechより購入された。マウス乳がんEMT6、肝臓がんHepa1-6、ヒト膵管腺がんPANC-1細胞株が10%FCSを添加したDMEMで維持された。マウス結腸がんCT26細胞株が10%FCSを添加したRPMI1640で培養された。CSC用基礎培地はグルタミン2mMを添加したDMEM/F12で、EMT6 CSC用添加物は25ng/mLのrmEGF、25ng/mLのrmFGF2、5μg/mLのインスリン、4μg/mLのヘパリン、0.5μg/mLのヒドロコルチゾン、1%のBSAで、CT26 CSC用添加物は、20ng/mLのrmEGF、5μg/mLのインスリン、2%のB27、0.4%のBSAで、Hepa1-6 CSC用添加物は、20ng/mLのrmEGF、10ng/mLのrmFGF2、2%のB27、1%のN2で、PANC-1 CSC用添加物は、2%のB27と20ng/mLのrhFGF2であった。腫瘍塊を作製するために、がん細胞が無血清培地で、低密度(例:<10 細胞/mL)培養された。7日間のインキュベーション後、腫瘍塊が40μmの細胞ろ過フィルターを使用して採取され、それらは室温で900×g、5分間遠心分離された。腫瘍塊のペレットがトリプシンによって単細胞に解離され、その後得られた細胞が再び7日間腫瘍塊に増殖された。成長因子が1日おきに補充され、増殖の3〜5ラウンド目で単離された腫瘍塊が実験に使用された。
2. M13ファージディスプレイ
10の独立クローンを含むM13 PhD-7ライブラリー(NEB、E8100)がNew England Biolabs Inc.より購入された。DMEM 10 mL中のM13 PhD-7ファージの1013プラーク形成単位(pfu)が、T75フラスコで2回、毎回1時間ずつ、がん細胞により吸着処理された。続いて、上清が5×10のCSCを含むT25フラスコに移され、1時間培養された。非結合および弱結合のファージが遠心分離と、DMEM/0/2%BSA中での3回の懸濁で除去された。細胞ペレットが10の大腸菌ER2738を含む1mLのPBS中で懸濁され、振とう機で1時間培養された。その後10mLのLB/5mM MgClが添加された。37℃でのオーバーナイト培養後、遠心分離で細胞が除去され、上清中のファージが滴定された。前述の選択手順がEMT6とPANC-1について3ラウンド実施され、それぞれプライマリEMT6 CSCホーミングペプチド(HP)-とPANC-1 CSC HP-ライブラリーが取得された。その後、M13プラークがピックアップされ、シークエンシングのためのDNAが作製された。EMT6 CSC HP-ライブラリーがさらにCT26 CSC、Hepa1-6 CSC、およびマウス胚性幹細胞(mESC)により再び選択され、セカンダリCT26 CSC HP-、Hepa1-6 CSC HP-、CSC/ES HP-ライブラリーが作製された。mESC吸着後の非結合分画が収集され、CSC PH-ライブラリーとして割り当てられた。図4Aと図4Bを参照する。
3. CSC HPのCSCへの結合
20μg/mLのローダミンBで標識されたCSC HP1(Rd-CSC HP-1とCSC HP2(Rd-CSC HP-2)、およびFITCで標識されたCSC HP11(FITC-CSC HP-11)がEMT6 CSCとCCの染色に直接使用された。細胞はDAPIで対比染色された。
4. グリカンマイクロアレイ分析
下の表Aに記載された配列を持つN末端ビオチン結合性CSC HPが純度95%以上のGeneDirexにより合成された。ビオチン-CSC HPがDMSO中で溶解され、10mg/mLのストックが作製された。
ビオチン標識されたCSC HP
Figure 0006636413
Glycan Array 100マイクロチップ(Cat.# GA−Glycan−100)がRayBiotechより購入され、メーカーの指示に従い、かつ若干の変更を加えて処理された。簡単に説明すると、400μLのサンプル希釈剤(Sample Diluent)(Item E)で、室温で30分間ブロッキングした後、ビオチン結合性CSC HPがサンプル希釈剤1μg/400μLで希釈され、室温で2時間ハイブリダイゼーション反応が実施された。洗浄後、400μLの1×Cy3標識ストレプトアビジンが各ウェルに添加された。暗室での培養中光線への暴露を避けるため、培養チャンバがプラスチック粘着ストリップで覆われ、スライドがアルミホイルで覆われた。スライドがCy3標識ストレプトアビジンとともに室温で1時間、そっと揺動または振とうさせながら培養された。しっかり洗浄した後、スライドは完全に流され、その上の蛍光シグナルがレーザースキャナーAxon GenePixで読み取られた。グリカンXの相対強度が(Xの平均 - 陰性対照)/(陽性対照 - 陰性対照)×100%として定義された。
5. 免疫蛍光染色(IF)アッセイ
一次抗体ウサギポリクローナル抗CD44(GTX102111)、抗E-カドヘリン(GTX61823)、抗CDSN(GTX110093)およびマウスモノクローナル抗SSEA-1(IgM、GTX48038)、抗SSEA-5(IgG、GTX70019)、抗ルイスY(IgM、GTX75903)がGeneTexより購入され、マウスモノクローナル抗SSEA-4(IgG、90230)、抗TRA-1-60およびTRA-1-81(IgM、90232中)がMilliporeより購入され、マウスモノクローナル抗GbH(IgM、ALX-804-550)がEnzoより購入された。二次抗体DyLight594標識ヤギ抗ウサギIgG(111-515-144)とDyLight488標識ロバ抗マウスIgG(715-485-151)がJackson Lab.より取得され、DyLight594標識ヤギ抗マウスIgM(GTX76754)がGeneTexより取得された。がん細胞と腫瘍塊が4%パラホルムアルデヒド/PBSにより固定され、0.5%NP-40/1%BSA/PBS(PBSNB)により透過処理された。その後、細胞はPBSNB中で50〜100倍希釈された一次抗体で2時間培養された。0.05%NP-40/PBS(PBSN)で4回洗浄した後、細胞は二次抗体(PBSNB中で1/200希釈)で2時間培養された。PBSNで4回洗浄し、水で1回簡単に洗浄した後、細胞はDAPIとともにマウントされた。
マウスEMT6、CT26、Hepa1-6 CSCの同定
がん幹細胞に特異的なM13ファージによってディスプレイされたペプチドを選択する基準は、CSCとがん細胞(CC)間の表面の特徴の違いに依存する。腫瘍塊の形態で作製されたマウスEMT6、CT26、Hepa1-6 CSC(データは示されていない)は、特異的な幹細胞表面マーカーによって同定された。幹細胞表面マーカーTRA-1-60は3つすべてのCSCで高度に発現されたが、対応するCCでの発現が少ない、または検出不能であった一方で、構成的に発現された表面タンパク質コルネデスモシン(CDSN)はCSCとCCの両方で検出された(データは示されていない)。EMT6 CSCで弱く発現されたものとして示されたSSEA-4を除き、すべてのヒトCSC一般マーカー、CD44とE-カドヘリン、及び多能性幹細胞マーカー、SSEA-1、SSEA-5、TRA-1-60、TRA-1-81が3つのマウスCSCのすべてで強く発現されることが示された(データは示されていない)。
プライマリEMT6 CSC HP-ライブラリー
CSC特異的HPを調べるために、M13 PhD7ヘプタペプチドライブラリーがEMT6 CCにより吸着処理され、一般的がんHPが除去された後、自由なファージがポジティブセレクションのためにEMT6 CSCに移された。EMT6 CSCに結合したファージが捕捉され、大腸菌ER2738で増幅された。前述の選択手順が3ラウンド実施され、エンリッチされたプライマリEMT6 CSC HPライブラリーが作製された。独立したプラークが無作為に選ばれ、31の有効な配列が読み取られ、下の表1にまとめられた。
プライマリ及びセカンダリCSC HP-ライブラリーでCSC HP配列が検出された回数
Figure 0006636413
ペプチドSQPTWMF(CSC HP-1と呼ばれる)(配列番号1)、GMMSSPP(CSC HP-2と呼ばれる)(配列番号2)、FSGGGNH(CSC HP-3と呼ばれる)(配列番号3)、FPFTKNL(CSC HP-4と呼ばれる)(配列番号4)、ATYGNLW(CSC HP-5と呼ばれる)(配列番号5)はそれぞれ10、6、5、3、2回見られた。ペプチドYHMPALM(CSC HP-6と呼ばれる)(配列番号6)、HGGVRLY(CSC HP-7と呼ばれる)(配列番号7)、ELTPLTL(CSC HP-8と呼ばれる)(配列番号8)、GPSASRN(CSC HP-10と呼ばれる)(配列番号9)、GLAPFNA(CSC HP-11と呼ばれる)(配列番号10) は1回見られた。M13 PhD7ライブラリーは10の独立クローンを含むと予測されたため、選択手順は非常に効果的であると結論付けることができる。
セカンダリCT26 CSC HP-、Hepa1-6 CSC HP-、CSC/ESC HP-、CSC HP-ライブラリー
異なる種類のがんに対するCSC HPアフィニティのバイアスを試験するためにプライマリCSC HP-ライブラリーがCT26またはHepa1-6 CSCのいずれかにより直接一度選択された。表1に示すように、CSC HP-8とCSC HP-3はそれぞれCT26とHepa1-6 CSCにより特異的であった。CSCと胚性幹細胞(ESC)間のCSC HPアフィニティのバイアスはもう1つの興味深い問題であった。CSC HP-1はESC結合分画(CSC/ESC-HP-ライブラリー)でさらにエンリッチされた。2つの新しいペプチド配列、KIYTTLD(CSC HP-9)(配列番号11)とNLQPPAY(CSC HP-12)(配列番号12)がESC非結合分画(CSC HP-ライブラリー)で読み取られた(表1)。
CSC HPとCSC間の相互作用
上述の結果に従い、CSC HP-1、CSC HP-2、CSC HP-3、CSC HP-8、CSC HP-9、CSC HP-10、CSC HP-11が選択され、N末端結合でローダミンBまたはフルオレセインと化学合成された。これらペプチドのすべてがEMT6、CT26、Hepa1-6 CSCと特異的に結合した。それらは並行CC実験では検出不能であった(図1Aと図1B)。マウスのがんに由来するこれらCSC HPがヒトCSCを認識できるか否かの判定は興味を引いた。ヒトすい臓がん細胞株PANC-1から作製された腫瘍塊は7つのペプチドに確実に結合することが分かった(図1B)。
プライマリPANC-1 CSC HPライブラリー
マウスCSCによって選択されたCSC HPがヒトCSCとも交差反応するなら、ヒトCSCにより選択されたCSC HPはマウスCSCと結合できるだろうか。EMT6 CSC HPスクリーニングと類似した手順に従い、ヒトすい臓PANC-1 CCでのネガティブセレクションと、PANC-1 CSCでのポジティブセレクション3ラウンド後、プライマリPANC-1 CSC HP-ライブラリーが確立された。独立したプラークが無作為に選ばれ、20の有効な配列が読み取られた。ペプチドGPKVTIW(CSC HP-hP1と記載)、GSPVMSW(CSC HP-hP2)、YHQVKPH(CSC HP-hP3)がそれぞれ17、2、1回見られた。下の表2に示す。
プライマリPANC-1CSC HP-ライブラリーでCSC HP配列が検出された回数
Figure 0006636413
CSC HP-hP系のアミノ酸配列はマウスCSC HPのそれと一致しなかった。ヒトとマウス両方のCSCに選択的に結合できる(データを示さない)化学合成されたFITC-CSC HP-hP1に加え、CSC HP-hP1とPANC-1 CSC間の相互作用がCSC HP-hP1ペプチドのC末端に融合された大きな分子カーゴの影響を受けるか否かを試験するため、CSC HP-hP1-DsRed組換えタンパク質が作製された。CSC HP-hP1-DsRed組換えタンパク質は、PANC-1 CSCに選択的に結合することが示された一方で、CC内のいくつかの細胞も、図2の矢印で示されるように、組換えタンパク質により染色された。
CSC HPの標的
形成されたCSC HPはCCからCSCを区別することができ、この現象はヒトとマウスの異種間で確認された。これらCSC HPの標的を見つけることに対する関心が高まった。SDS PAGEにより分離されたCSC膜タンパク質でブロットされた(データは示さない)ニトロセルロースメンブレン上に残留するFITC-CSC HPの検出可能な蛍光シグナルはなかった。オリゴ糖100種類が4回スポットされたグリカンマイクロアレイ(Glycan Array 100マイクロチップ)を使用してオリゴ糖とCSC HP間の相互作用の可能性を分析した。表2に記載されたビオチン-CSC HPがチップ上でグリカンとハイブリダイズされた。チップ上に捕捉されたビオチン-CSC HPがCy3標識ストレプトアビジンで調べられ、その蛍光シグナルがレーザースキャナーで読み取られた。2つの主要なパターンを図3A〜図3Fに示す。最初のものはグリカン16(Gal−β-1,4-Glc-β-)、18(Gal-α−1,4-Gal-β−1,4-Glc-β-)、26(GalNAc-β-1,3-Gal-α−1,4-Gal-β−1,4-Glc-β-)グロボ系を含む(図3A)。典型ケースはCSC HP-1とCHC HP-hP1であった(図3C)。グロボ系シグナルに加え、2つ目の主要なパターンは、グリカン26のレベルに類似した、グリカン19(GlcNAc−β-1,3-Gal−β-1,4-Glc-β-、すなわちラクト/イソラクト三糖主鎖)を含んだ(図3B)。典型ケースはCSC HP5、CSC HP6、CSC HP7、CSC HP9であった(図3C)。2つの悪性腫瘍及び転移グリカンマーカー、グリカン63(Fuc−α-1,2-Gal-β−1,4-(Fuc-α−1,3)-GlcNAc-β-、ルイスYエピトープとも呼ばれる)と、グリカン69(Neu5Ac−α-2,6-Gal−β-1,3-(Neu5Ac-α−2,6)-GalNAc-β-)も検出された。CSC HP-1とCSC HP-hP1はグリカン63においてより高いシグナルを示し、CSC HP-9、CSC HP-10、CSC HP-11、CSC HP-hP2、CSC HP-hP3はグリカン69においてより高いシグナルを示した(図3D)。2つのNeu5Ac-α-2,6-残基両方がCSC HPの結合に必要であった(図3E)。上述の結果によれば、ヒトすい臓がん細胞PANC-1のCSCが作製され、グロボ系のCSCグリカンマーカー、SSEA-4とGbH、ラクト/イソラクト系のSSEA-1とSSEA-5、及びルイスYのすべてが、図3Fに示すように、IFアッセイによりPANC-1 CSCで示された。
グリカンマイクロアレイデータによれば、CSC HP-1とCSC HP-hP1は強く、かつ特異的に、四糖のグロボ基本構造であるグリカン26に結合した。一方で、CSC HP5、CSC HP6、CSC HP7、CSC HP9は、ラクト及びネオラクト基本構造四糖の母核三糖である、グリカン19に強く結合した。それぞれ肝臓と結腸CSCに特異的と考えられたCSC HP-3とCSC HP-8は、グリカン26に弱く結合することが分かった。CSC HP-1とCSC HP-hP1は、グリカン63、ルイスYエピトープにより強く結合する2つのCSC HPメンバーであった。

Claims (8)

  1. がん幹細胞を標的とする合成ペプチドであって、配列番号1〜6および8のアミノ酸配列からなる群から選択される、合成ペプチド。
  2. がんを診断することにおける使用のための、請求項1に記載の合成ペプチド。
  3. 治療薬をがん幹細胞に標的化することにおける使用のための、請求項1に記載の合成ペプチド。
  4. 求項1に記載の合成ペプチドおよび検出可能部分を含む融合ペプチド
  5. 求項1に記載の合成ペプチドおよび治療薬を含む融合ペプチド
  6. 前記検出可能部分が、放射標識、蛍光色素分子または磁気撮像用造影剤である、請求項4に記載の融合ペプチド。
  7. 前記治療薬が抗腫瘍薬である、請求項5に記載の融合ペプチド。
  8. 前記抗腫瘍薬が、化学療法薬、放射線療法薬または免疫療法薬である、請求項7に記載の融合ペプチド。
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