JP6782412B2 - Pain genes and their uses - Google Patents

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本発明は、疼痛に関与する遺伝子、若年期周期性四肢疼痛の原因となる該遺伝子の変異、及びそれを利用した疼痛抑制物質のスクリーニング方法等に関する。 The present invention relates to a gene involved in pain, a mutation in the gene that causes young periodic limb pain, and a method for screening a pain suppressant using the gene.

疼痛(以下、「痛み」という場合もある)は、急性疼痛と慢性疼痛とに大別される。急性疼痛は、更なる傷害から身体を保護する防御システムとして作用し、怪我や火傷等に伴い一過的に痛みを生じるが、痛み刺激の消失や治癒と共に消失する。これに対し、慢性疼痛は、長期間痛みが継続し、怪我等が回復しても痛みが継続する場合や、糖尿病、がんをはじめとして、変形性脊椎症、腰痛症等の筋骨格系及び結合組織の疾患、神経疾患、リウマチ性疾患、線維筋痛症等の原因不明の疾患等、様々な疾患に付随して生じる場合がある。 Pain (hereinafter, also referred to as "pain") is roughly classified into acute pain and chronic pain. Acute pain acts as a defense system that protects the body from further injuries, causing temporary pain due to injuries, burns, etc., but disappears as the pain stimulus disappears or heals. On the other hand, chronic pain is when the pain continues for a long period of time and the pain continues even after the injury etc. recovers, or the musculoskeletal system such as degenerative spondylosis and low back pain including diabetes and cancer. It may accompany various diseases such as connective tissue diseases, neurological diseases, rheumatic diseases, and diseases of unknown cause such as fibromyalgia.

疼痛罹患者は世界人口の10%にも及んでいる。痛みが長期間継続する慢性疼痛は、患者の生活の質を著しく低下させ、就労困難を招く等、社会的損失が大きいため、適切な痛みの対策が求められている。しかしながら、慢性疼痛に関わる根本的な発痛物質は同定されていない。非炎症性の四肢関節痛は高齢者に多くみられる慢性疼痛の一つであるが、そのメカニズムは未だ不明である。
一方、小児期において周期的に四肢及び/又は四肢関節痛を生じ、そのメカニズムが不明な家系が存在する。当該家系の患者は、乳幼児期から周期的な四肢/四肢関節痛が始まり、成人期に寛解し、時に片頭痛を残す以外は心臓の伝導障害やてんかんなどを伴わない。しかも、臨床検査では炎症所見を認めない等、長らく当該疼痛(以下、本明細書において「若年期周期性四肢疼痛」と略記する場合がある)の原因は不明であった。
Pain affects as much as 10% of the world's population. Chronic pain, in which pain continues for a long period of time, significantly reduces the quality of life of patients and causes difficulty in working, resulting in great social loss. Therefore, appropriate measures for pain are required. However, the underlying pain-causing substance associated with chronic pain has not been identified. Non-inflammatory limb joint pain is one of the most common chronic pains in the elderly, but the mechanism is still unknown.
On the other hand, there are families in which limb and / or limb joint pain occurs periodically in childhood and the mechanism is unknown. Patients in this family do not have cardiac conduction disorders or epilepsy, except that periodic limb / limb joint pain begins in infancy, remits in adulthood, and sometimes leaves migraine. Moreover, the cause of the pain (hereinafter, may be abbreviated as "juvenile periodic limb pain" in the present specification) has been unknown for a long time, such as no inflammatory findings in clinical examination.

単一遺伝子による遺伝性の疼痛性障害の研究は、疼痛に対する分子的な理解を高めるとともに、新規な鎮痛薬の創薬ターゲットを提供してきた。
電位依存性ナトリウムチャネル(Nav)は、興奮性細胞において活動電位を生じるのに不可欠である。ナトリウムチャネルのα-サブユニットをコードする10種の遺伝子が哺乳動物で同定されている。sodium channel voltage gated type XI alpha (SCN11A) は、テトロドトキシンに対して抵抗性のゲート特性を有する電位依存性ナトリウムチャネル(Nav1.9)であり、脊髄後根神経節や三叉神経節に存在する小径感覚ニューロン(small-diameter sensory neuron)に局在する傷害受容性受容器をコードしている。この遺伝子のノックアウトマウスは無痛覚の表現型を示し、また、種々の炎症性メディエーターが痛覚過敏を緩和することから(非特許文献1)、Nav1.9は末梢性の炎症性痛覚過敏の主要なエフェクターであると考えられる。
SCN11Aのパラログ遺伝子としてSCN9A及びSCN10Aが知られている。SCN9Aは、テトロドトキシン感受性のゲート特性を有するNav1.7をコードし、遺伝性肢端紅痛症(Inherited Erythromelalgia)、発作性激痛症(Paroxysmal extreme pain)、先天性無痛症(Congenital Insensitivity to Pain)等の原因遺伝子である。一方、SCN10AはSCN11Aと同じくテトロドトキシンに対して抵抗性のゲート特性を有し、機能的に類似すると推定されているNav1.8をコードしている。SCN10Aは、小径線維ニューロパチー(Small fiber neuropathy)やブルガダ症候群(Brugada syndrome)の原因遺伝子であることが知られている。しかし、SCN11Aについては、変異によって引き起こされるヒトでの症状が知られておらず、機能の解明が遅れていた。
Studies of hereditary pain disorders with a single gene have enhanced the molecular understanding of pain and provided new drug discovery targets for analgesics.
Voltage-gated sodium channels (Nav) are essential to generate action potentials in excitatory cells. Ten genes encoding the α-subunit of sodium channels have been identified in mammals. sodium channel voltage gated type XI alpha (SCN11A) is a potential-dependent sodium channel (Nav1.9) with a gate property that is resistant to tetrodotoxin, and is a small-diameter sensory sensation present in the dorsal root ganglion and trigeminal ganglion. It encodes an injury-acceptor localized in a small-diameter sensory neuron. Since knockout mice of this gene show a painless phenotype and various inflammatory mediators relieve hyperalgesia (Non-Patent Document 1), Nav1.9 is a major peripheral inflammatory hyperalgesia. It is considered to be an effector.
SCN9A and SCN10A are known as paralog genes for SCN11A. SCN9A encodes Nav1.7, which has a tetrodotoxin-sensitive gate characteristic, such as inherited erythromelalgia, paroxysmal extreme pain, and congenital insensitivity to Pain. Is the causative gene of. On the other hand, SCN10A, like SCN11A, has a gate property resistant to tetrodotoxin and encodes Nav1.8, which is presumed to be functionally similar. SCN10A is known to be the causative gene for small fiber neuropathy and Brugada syndrome. However, for SCN11A, the human symptoms caused by the mutation are unknown, and the elucidation of its function has been delayed.

上述のように、SCN9A及びSCN10Aは、それぞれの遺伝子が関与する痛み及び臓器局在性が解明されており、それぞれの遺伝子産物に特異的な阻害薬の開発が行われてきた。しかし、SCN9A及びSCN10Aは神経以外にも存在するため、自律神経系や心臓の刺激伝導系への影響が合併症として認められる。そのため、後根神経節及び三叉神経節に限局するSCN11Aの阻害薬が頭痛薬等として有望視され、その遺伝子産物(Nav1.9)を含む広範なナトリウムチャネルの阻害薬が、これまでにも報告されてはいる(例えば、特許文献1参照)。
しかし、SCN11Aの変異がどのような性質の痛みを引き起こすのかヒトでの症例がなかったため、治療による効果が予想できず、SCN11Aの特異的阻害薬は開発されてこなかった。
As described above, the pain and organ localization associated with each gene of SCN9A and SCN10A have been elucidated, and inhibitors specific to each gene product have been developed. However, since SCN9A and SCN10A exist in addition to nerves, their effects on the autonomic nervous system and the conduction system of the heart are recognized as complications. Therefore, inhibitors of SCN11A localized in the dorsal root ganglion and trigeminal ganglion are promising as headache agents, and a wide range of sodium channel inhibitors including the gene product (Nav1.9) have been reported so far. (See, for example, Patent Document 1).
However, since there were no cases in humans of what kind of pain the mutation of SCN11A causes, the effect of treatment could not be predicted, and a specific inhibitor of SCN11A has not been developed.

特開2013-100374号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-100374

Proc Natl Acad Sci USA Vol.102 No.26 Page.9382-9387 (2005)Proc Natl Acad Sci USA Vol.102 No.26 Page.9382-9387 (2005)

本発明の目的は、疼痛に関連する新規な原因遺伝子を同定し、該遺伝子又はその産物を利用して、新規機序に基づく疼痛抑制物質(鎮痛薬)をスクリーニングする手段を提供することである。
また、本発明の別の目的は、SCN11Aと疼痛との関係を明らかにし、以て、疼痛に対する新規かつ有用な創薬ターゲットを提供することである。
An object of the present invention is to provide a means for identifying a novel causative gene associated with pain and utilizing the gene or a product thereof to screen a pain suppressant (analgesic) based on a novel mechanism. ..
Another object of the present invention is to clarify the relationship between SCN11A and pain, thereby providing a new and useful drug discovery target for pain.

本発明者らは、原因不明の遺伝性の疼痛性障害として、若年期周期性四肢疼痛に着目し、4世代にわたり小児期において周期的に四肢関節痛と四肢痛を訴える患者家系3家系について、その原因遺伝子を究明すべく、連鎖解析及び全ゲノムエクソーム解析を行った。その結果、当該家系の中で、若年期周期性四肢疼痛の発症者のみに、SCN11A遺伝子の222番目のコドン(CGT)にミスセンス変異(CAT(c.665G>A)又はAGT(c.664C>A))が存在し、当該変異により、SCN11A翻訳産物の222番目のアルギニンがヒスチジン(p.R222H)又はセリン(p.R222S)に置換していることを見出した。これら患者の居住地域における一般集団での変異検索の結果、上記の変異は見いだされなかったことから、SCN11Aが疼痛の原因遺伝子であり、3家系における若年期周期性四肢疼痛の原因が、該遺伝子中のp.R222H又はp.R222S変異であると同定した。
本発明者らは、これらの知見に基づいてさらに検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
The present inventors focused on juvenile periodic limb pain as a hereditary pain disorder of unknown cause, and described three patient families who complained of limb joint pain and limb pain periodically in childhood for four generations. Linkage analysis and whole-genome exome analysis were performed to investigate the causative gene. As a result, only those with juvenile periodic limb pain in the family concerned had a missense mutation (C A T (c.665G> A)) or A GT (c) at the 222nd codon (CGT) of the SCN11A gene. It was found that .664C> A)) was present and that the mutation replaced arginine at position 222 of the SCN11A translation product with histidine (p.R222H) or serine (p.R222S). As a result of mutation search in the general population in the residential area of these patients, the above mutation was not found. Therefore, SCN11A is the causative gene of pain, and the cause of juvenile periodic limb pain in 3 families is the gene. It was identified as a p.R222H or p.R222S mutation in.
As a result of further studies based on these findings, the present inventors have completed the present invention.

即ち、本発明は下記のとおりである:
[1]以下の(a)〜(d)のいずれかのタンパク質。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列において、1又は複数個のアミノ酸が欠失及び/又は置換及び/又は挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列(但し、222位のアルギニンへの置換を除く)を有し、かつ、疼痛誘発作用を有するタンパク質
(c)配列番号1に示される塩基配列の相補鎖配列からなる核酸と、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸によってコードされ、かつ、疼痛誘発作用を有するタンパク質
(d)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質の、他の哺乳動物におけるオルソログであって、該アミノ酸配列の222位に対応するアミノ酸残基がアルギニン以外のアミノ酸であり、かつ疼痛誘発作用を有するタンパク質
[2][1]に記載のタンパク質をコードする核酸。
[3][2]に記載の核酸を含むベクター。
[4][3]に記載のベクターで形質転換された宿主細胞。
[5]宿主細胞が哺乳動物細胞であり、内因性のSCN11Aをコードする核酸が[2]に記載の核酸で置換された、[4]に記載の細胞。
[6][4]に記載の細胞を培養し、該培養物から[1]に記載のタンパク質を回収することを含む、該タンパク質の製造方法。
[7][2]に記載の核酸を外因的に発現し、疼痛の表現型を示すトランスジェニック非ヒト哺乳動物又はその生体の一部。
[8]非ヒト哺乳動物の内因性SCN11Aをコードする核酸が[2]に記載の核酸で置換された、[7]に記載の動物又はその生体の一部。
[9]非ヒト哺乳動物がマウス又はラットである、[7]又は[8]に記載の動物又はその生体の一部。
[10][5]に記載の細胞、あるいは[7]−[9]のいずれかに記載の動物又はその生体の一部に被検物質を接触させ、疼痛の表現型を改善した被検物質を選択することを特徴とする、疼痛を抑制する物質をスクリーニングする方法。
[11]疼痛を抑制する物質をスクリーニングする方法であって、
(a)[5]に記載の細胞あるいは[7]−[9]のいずれかに記載の非ヒト哺乳動物又はその生体の一部に、被験物質を接触させる工程、
(b)被検物質を接触させた場合と、させない場合とのそれぞれにおいて、[1]に記載のタンパク質又は[2]に記載の核酸の発現レベルを測定する工程、及び
(c)(b)において、発現レベルを低下させた被検物質を、疼痛を抑制する物質として選択する工程
を含む、方法。
[12][1]に記載のタンパク質に特異的に結合する抗体又はその断片。
[13]被験者から採取した生体試料中の、[1]に記載のタンパク質又は[2]に記載の核酸の存在を検出することを特徴とする、該被験者における疼痛関連疾患の診断のための検査方法。
[14]SCN11A遺伝子に疼痛誘発性変異又は痛覚鈍麻誘発性変異を有する哺乳動物における痛覚異常の治療剤であって、該遺伝子産物で構成されるイオンチャネルの調節薬を含有してなる、剤。
[15]前記疼痛誘発性変異を有するSCN11A遺伝子が、
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質の、他の哺乳動物におけるオルソログであって、該アミノ酸配列の222位に対応するアミノ酸残基がアルギニン以外のアミノ酸であり、かつ疼痛誘発作用を有するタンパク質
をコードする、[14]の記載の剤。
That is, the present invention is as follows:
[1] Any of the following proteins (a) to (d).
(A) Protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, one or more amino acids were deleted and / or substituted and / or inserted and / or added. A protein having an amino acid sequence (excluding the substitution at position 222 with arginine) and having a pain-inducing effect (c) A nucleic acid consisting of a complementary strand sequence of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a stringent. A protein encoded by a nucleic acid that hybridizes under conditions and having a pain-inducing effect (d) A protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, which is an ortholog in another mammal of the amino acid sequence 222. A nucleic acid encoding the protein according to the proteins [2] and [1], wherein the amino acid residue corresponding to the position is an amino acid other than arginine and has a pain-inducing action.
[3] A vector containing the nucleic acid according to [2].
[4] A host cell transformed with the vector according to [3].
[5] The cell according to [4], wherein the host cell is a mammalian cell, and the nucleic acid encoding endogenous SCN11A is replaced with the nucleic acid according to [2].
[6] A method for producing the protein, which comprises culturing the cell according to [4] and recovering the protein according to [1] from the culture.
[7] A transgenic non-human mammal or a part of a living body thereof that exogenously expresses the nucleic acid according to [2] and exhibits a pain phenotype.
[8] The animal according to [7] or a part of a living body thereof, wherein the nucleic acid encoding the endogenous SCN11A of a non-human mammal is replaced with the nucleic acid according to [2].
[9] The animal according to [7] or [8] or a part of a living body thereof, wherein the non-human mammal is a mouse or rat.
[10] A test substance in which the test substance is brought into contact with the cell according to [5] or a part of the animal or a living body thereof according to any one of [7]-[9] to improve the pain phenotype. A method of screening for substances that suppress pain, characterized by the selection of.
[11] A method for screening a substance that suppresses pain.
(A) A step of bringing the test substance into contact with the cell according to [5] or the non-human mammal according to any one of [7]-[9] or a part of the living body thereof.
(B) The steps of measuring the expression level of the protein according to [1] or the nucleic acid according to [2] in each of the cases where the test substance is brought into contact with the test substance and the case where the test substance is not brought into contact with the test substance, and (c) (b) A method comprising the step of selecting a test substance having a reduced expression level as a substance that suppresses pain.
[12] An antibody or fragment thereof that specifically binds to the protein according to [1].
[13] A test for diagnosing a pain-related disease in a subject, which comprises detecting the presence of the protein according to [1] or the nucleic acid according to [2] in a biological sample collected from the subject. Method.
[14] An agent for treating pain sensation in mammals having a pain-inducing mutation or a hypoalgesia-inducing mutation in the SCN11A gene, which comprises an ion channel regulator composed of the gene product.
[15] The SCN11A gene having the pain-inducing mutation is
An ortholog of (a) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or (b) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in other mammals, corresponding to position 222 of the amino acid sequence. The agent according to [14], wherein the amino acid residue is an amino acid other than arginine, and encodes a protein having a pain-inducing action.

本発明によりSCN11Aが疼痛に関連する遺伝子であり、そのp.R222H又はp.R222S変異は若年期周期性四肢疼痛を引き起こすことを明らかにした。SCN11Aは、パラログ遺伝子であるSCN9AやSCN10Aに比べて、その発現が後根神経節及び三叉神経節に限局しているので、SCN11Aの発現又はその遺伝子産物であるNav1.9の機能を選択的に阻害することにより、疼痛の抑制が可能となる。 The present invention reveals that SCN11A is a pain-related gene and its p.R222H or p.R222S mutations cause juvenile periodic limb pain. Since the expression of SCN11A is localized in the dorsal root ganglion and trigeminal ganglion as compared with the paralog genes SCN9A and SCN10A, the expression of SCN11A or the function of its gene product Nav1.9 is selectively used. By inhibiting, pain can be suppressed.

図1は、本発明で解析を行った家系(家系1)の家系図(上)、並びにエクソーム解析結果(下)を示す。■及び●は疼痛発症者、□及び○は非発症者を示し、■及び□は男性、●及び○は女性を示す。矢印は発端者を示す。FIG. 1 shows a family tree (top) of the family tree (family tree 1) analyzed in the present invention, and an exome analysis result (bottom). ■ and ● indicate pain onset, □ and ○ indicate non-onset, ■ and □ indicate male, ● and ○ indicate female. The arrow indicates the proband. 図2は、本発明で解析を行った家系(家系2)の家系図を示す。四角印は男性、丸印は女性を示す。各印について、左半分塗りつぶしは四肢痛発症者、右半分塗りつぶしは頭痛発症者を示す。矢印は発端者を示す。丸で囲った個体から検体を採取し、解析した。FIG. 2 shows a family tree of the family tree (family tree 2) analyzed in the present invention. Squares indicate men and circles indicate women. For each mark, the left half fill indicates the person with limb pain, and the right half fill indicates the person with headache. The arrow indicates the proband. Specimens were collected from the circled individuals and analyzed. 図3は、本発明で解析を行った家系(家系3)の家系図を示す。■及び●は疼痛発症者、□及び○は非発症者を示し、■及び□は男性、●及び○は女性を示す。斜線は、既に死亡しているため症状が不明であることを示す。Pは発端者を示す。数字+yは年齢を示す。丸で囲った個体から検体を採取し、解析した。FIG. 3 shows a family tree of the family tree (family tree 3) analyzed in the present invention. ■ and ● indicate pain onset, □ and ○ indicate non-onset, ■ and □ indicate male, ● and ○ indicate female. The diagonal lines indicate that the symptoms are unknown because they have already died. P indicates the proband. The number + y indicates age. Specimens were collected from the circled individuals and analyzed. 図4は、家系3の発端者とその両親におけるSCN11A遺伝子の222番目のコドンの塩基配列のシークエンシング結果を示す。FIG. 4 shows the sequencing results of the nucleotide sequence of codon 222 of the SCN11A gene in the proband of family 3 and their parents.

以下、本発明の詳細を説明する。
本発明において「疼痛」又は「痛み」とは、国際疼痛学会(IASP, 1981年)で定義された「組織の実質的あるいは潜在的な傷害に結びつくか、そのような傷害を表す言葉を使って表現される、不快な感覚的又は情動的経験」の意味で用いられ、侵害受容性疼痛(体性痛、内臓痛)、神経因性疼痛、心因性疼痛のいずれをも包含する。また、急性疼痛、慢性疼痛のいずれをも含み得るが、主に慢性疼痛の場合をいう。
本発明において、「疼痛誘発作用を有する」とは、ヒト等の哺乳動物に、鈍痛、激痛等の痛みの程度や痛みの種類を問わず、痛みを引き起こす作用を有することをいう。例えば、VAS(visual analogue pain scale)で表現される痛みの程度を、1mm以上、好ましくは10mm以上、より好ましくは20mm以上、100mm(即ち、想像し得る最大の痛み)側に、統計学上有意に変化させる作用を有することをいい、より好ましくは、VASで表現される痛みの程度を、70mm以上、さらに好ましくは80mm以下に増大させることをいう。
一方、「疼痛を抑制する」とは、前記疼痛の程度、種類を問わず、痛みを軽減もしくは消失させることをいう。例えば、VASで表現される痛みの程度を、1mm以上、好ましくは10mm以上、より好ましくは20mm以上、0mm(即ち、全く痛みのない状態)側に、統計学上有意に変化させることをいい、より好ましくは、VASで表現される痛みの程度を、30mm以下、さらに好ましくは20mm以下に減少させることをいう。
本発明において、「疼痛誘発性変異」とは、当該変異により生じる変異タンパク質が、上記「疼痛誘発作用を有する」ような遺伝子変異を意味する。一方、「痛覚鈍麻誘発性変異」とは、当該変異により生じる変異タンパク質が、痛みの感覚を鈍らせるか失くす(無痛覚)を引き起こすような遺伝子変異を意味する。
The details of the present invention will be described below.
In the present invention, "pain" or "pain" is defined by the International Association for the Study of Pain (IASP, 1981) as "leading to or using a term that describes a substantial or potential injury to a tissue. It is used to mean "expressed, unpleasant sensory or emotional experience" and includes any of nociceptive pain (somatic pain, visceral pain), neuropathic pain, and psychogenic pain. In addition, it may include both acute pain and chronic pain, but mainly refers to the case of chronic pain.
In the present invention, "having a pain-inducing action" means having a pain-inducing action on mammals such as humans regardless of the degree of pain such as dull pain and severe pain and the type of pain. For example, the degree of pain expressed by VAS (visual analogue pain scale) is statistically significant on the side of 1 mm or more, preferably 10 mm or more, more preferably 20 mm or more, and 100 mm (that is, the maximum pain that can be imagined). It means that it has an action to change the pain, and more preferably, it means to increase the degree of pain expressed by VAS to 70 mm or more, more preferably 80 mm or less.
On the other hand, "suppressing pain" means reducing or eliminating pain regardless of the degree and type of pain. For example, it means to statistically significantly change the degree of pain expressed by VAS to 1 mm or more, preferably 10 mm or more, more preferably 20 mm or more, and 0 mm (that is, a state where there is no pain at all). More preferably, it means reducing the degree of pain expressed by VAS to 30 mm or less, more preferably 20 mm or less.
In the present invention, the "pain-inducing mutation" means a gene mutation such that the mutant protein generated by the mutation has the above-mentioned "pain-inducing action". On the other hand, the "hypoalgesia-induced mutation" means a gene mutation in which the mutant protein produced by the mutation causes the sensation of pain to be dull or lost (painlessness).

電位依存性ナトリウムチャネル(Nav)は、興奮性細胞が活動電位を引き起こすために不可欠なイオンチャネルであり、膜電位の変化によりゲートが開閉してNaイオンを細胞内外の濃度差に応じて通過させ、それによって細胞膜の荷電状態を変化させるタンパク質である。Navは、その機能の大部分を担うαサブユニットといくつかのβサブユニットにより構成される。αサブユニットとして、現在までに10種類のサブタイプ(Nav1.1〜1.9及びNax)がクローニングされている。そのうち、Nav1.8とNav1.9は、後根神経節(DRG)や三叉神経節等の末梢知覚神経節に存在し侵害刺激情報を伝播すると考えられる小型侵害受容ニューロンに特異的に発現していることから、疼痛発現に関与している可能性がある。実際に、Nav1.8と炎症性痛覚過敏や神経因性疼痛との関連を示唆する報告が数多くなされている。一方、Nav1.9と病的疼痛の発現との関連についての報告はきわめて少ない。 Potential-dependent sodium channels (Navs) are ion channels that are essential for excitatory cells to induce action potentials, and the gate opens and closes due to changes in membrane potential to allow Na ions to pass through according to the difference in concentration inside and outside the cell. , It is a protein that changes the charged state of the cell membrane. Nav is composed of α subunit and several β subunits, which are responsible for most of its functions. To date, 10 subunits (Nav1.1-1.9 and Nax) have been cloned as α subunits. Of these, Nav1.8 and Nav1.9 are specifically expressed in small nociceptive neurons that are present in peripheral sensory ganglia such as the dorsal root ganglion (DRG) and trigeminal ganglion and are thought to transmit noxious stimulus information. Therefore, it may be involved in the onset of pain. In fact, there are many reports suggesting a link between Nav1.8 and inflammatory hyperalgesia and neuropathic pain. On the other hand, there are very few reports on the association between Nav1.9 and the development of pathological pain.

sodium channel voltage gated type XI alpha (SCN11A) 遺伝子は、Nav1.9をコードする遺伝子であり、ヒトSCN11A遺伝子は、1791アミノ酸からなるタンパク質をコードしている。ヒトSCN11A cDNAの塩基配列及び翻訳産物のアミノ酸配列は、それぞれNCBI RefSeq番号NM_001287223及びNP_001274152として、National Center of Biotechnology Information(NCBI)データベースに登録されている。 The sodium channel voltage gated type XI alpha (SCN11A) gene is a gene encoding Nav1.9, and the human SCN11A gene encodes a protein consisting of 1791 amino acids. The nucleotide sequence of the human SCN11A cDNA and the amino acid sequence of the translation product are registered in the National Center for Biotechnology Information (NCBI) database as NCBI RefSeq numbers NM_001287223 and NP_001274152, respectively.

本発明は、疼痛誘発性変異を有する新規SCN11A遺伝子(以下、「本発明の変異SCN11A遺伝子」ともいう。)、並びにその翻訳産物である、疼痛誘発作用を有する変異Nav1.9タンパク質を提供する。本発明の変異Nav1.9タンパク質は、以下の(a)〜(d)のいずれかである。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列において、1又は複数個のアミノ酸が欠失及び/又は置換及び/又は挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列(但し、222位のアルギニンへの置換を除く)を有し、かつ、疼痛誘発作用を有するタンパク質
(c)配列番号1に示される塩基配列の相補鎖配列からなる核酸と、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸によってコードされ、かつ、疼痛誘発作用を有するタンパク質
(d)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質の、他の哺乳動物におけるオルソログであって、該アミノ酸配列の222位に対応するアミノ酸残基がアルギニン以外のアミノ酸であり、かつ疼痛誘発作用を有するタンパク質
なお、本明細書において「及び/又は」は、いずれか一方、あるいは、両方を包含する意味で使用される。
ここで「配列番号2に示されるアミノ酸配列」は、既知のヒトNav1.9タンパク質のアミノ酸配列において、222位のアルギニンがヒスチジン(p.R222H)又はセリン(p.R222S)に置換したアミノ酸配列である。また、「配列番号1に示される塩基配列」は、既知のヒトSCN11A cDNA配列において、コード配列(CDS)の665番目のGがAに(p.R222H変異に対応)又は664番目のCがAに(p.R222Sに対応)置換した塩基配列である。即ち、本発明は、下記(i)〜(vi)の特徴を有する家族性の若年期周期性四肢疼痛の原因遺伝子がSCN11A遺伝子であり、該疼痛を誘発する変異がp.R222H(c.665G>A)又はp.R222S(c.664C>A)であることの発見に基づいている。
(i) 常染色体優性である。
(ii) 痛みは乳幼児期から始まり、成人期に寛解し、時に偏頭痛を残す以外、心臓の伝導傷害やてんかんなどを伴わない。
(iii) 痛みの性状は骨を触られるような強い自発性の四肢及び四肢関節の痛みである。
(iv) 炎症所見を伴わない。
(v) 痛みは周期的であり、天候や寒冷曝露で誘発され温めることで改善する。
(vi) 非ステロイド消炎鎮痛剤が痛みを軽度に緩和する。
The present invention provides a novel SCN11A gene having a pain-inducing mutation (hereinafter, also referred to as “mutant SCN11A gene of the present invention”), and a mutant Nav1.9 protein having a pain-inducing action, which is a translation product thereof. The mutant Nav1.9 protein of the present invention is one of the following (a) to (d).
(A) Protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, one or more amino acids were deleted and / or substituted and / or inserted and / or added. A protein having an amino acid sequence (excluding the substitution at position 222 with arginine) and having a pain-inducing effect (c) A nucleic acid consisting of a complementary strand sequence of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a stringent. A protein encoded by a nucleic acid that hybridizes under conditions and having a pain-inducing effect (d) A protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, which is an ortholog in another mammal of the amino acid sequence 222. A protein in which the amino acid residue corresponding to the position is an amino acid other than arginine and has a pain-inducing effect In addition, "and / or" is used in the present specification in the sense of including either one or both. ..
Here, the "amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2" is an amino acid sequence in which arginine at position 222 is replaced with histidine (p.R222H) or serine (p.R222S) in the amino acid sequence of a known human Nav1.9 protein. is there. In the "base sequence shown in SEQ ID NO: 1", in the known human SCN11A cDNA sequence, the 665th G of the coding sequence (CDS) is A (corresponding to the p.R222H mutation) or the 664th C is A. It is a base sequence substituted with (corresponding to p.R222S). That is, in the present invention, the causative gene of familial juvenile periodic limb pain having the following characteristics (i) to (vi) is the SCN11A gene, and the mutation that induces the pain is p.R222H (c.665G). > A) or p.R222S (c.664C> A) based on the discovery.
(i) It is autosomal dominant.
(ii) Pain begins in infancy, resolves in adulthood, and is not accompanied by cardiac conduction damage or epilepsy, except for occasional migraines.
(iii) The nature of the pain is strong spontaneous limb and limb joint pain that touches the bones.
(iv) No inflammatory findings.
(v) Pain is periodic and is induced by weather and cold exposure and ameliorated by warming.
(vi) Non-steroidal anti-inflammatory drugs relieve pain mildly.

上記(b)に関し、より具体的には、(i)配列番号2に示されるアミノ酸配列中の1〜50個、好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜数(5、4、3もしくは2)個のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列、(ii)配列番号2に示されるアミノ酸配列に1〜50個、好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜数(5、4、3もしくは2)個のアミノ酸が付加したアミノ酸配列、(iii)配列番号2に示されるアミノ酸配列に1〜50個、好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜数(5、4、3もしくは2)個のアミノ酸が挿入されたアミノ酸配列、(iv)配列番号2に示されるアミノ酸配列中の1〜50個、好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜数(5、4、3もしくは2)個のアミノ酸が他のアミノ酸で置換されたアミノ酸配列、又は(v)それらを組み合わせたアミノ酸配列を含むタンパク質が挙げられる。ただし、配列番号2において、222位がアルギニンに置換される場合を除く。
例えば、天然に見出されているアミノ酸置換を生じるヒトSCN11Aの多型としては、481位のグリシンがグルタミン酸に置換したもの(p.G481E; NCBI dbSNPデータベースにrs12059805として登録されている)、777位のメチオニンがアルギニンに置換したもの(p.M777R; NCBI dbSNPデータベースにrs4302324として登録されている)、909位のバリンがイソロイシンに置換したもの(p.V909I; NCBI dbSNPデータベースにrs33985936として登録されている)、1198位のチロシンがヒスチジンに置換したもの(p.Y1198H; NCBI dbSNPデータベースにrs12638601として登録されている)等が挙げられる。
With respect to (b) above, more specifically, (i) 1 to 50, preferably 1 to 20, and more preferably 1 to number (5, 4, 3 or) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. 2) Amino acid sequence lacking 1 amino acid, (ii) 1 to 50, preferably 1 to 20, and more preferably 1 to number (5, 4, 3 or 2) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. ) Amino acid sequence with added amino acids, (iii) 1 to 50, preferably 1 to 20, and more preferably 1 to number (5, 4, 3 or 2) to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. 1 to 50, preferably 1 to 20, and more preferably 1 to number (5, 4, 3 or 2) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (iv). Examples thereof include a protein containing an amino acid sequence in which one of the amino acids is replaced with another amino acid, or (v) an amino acid sequence in which they are combined. However, this excludes the case where position 222 is replaced with arginine in SEQ ID NO: 2.
For example, naturally found polymorphisms of human SCN11A that result in amino acid substitutions include glycine at position 481 replaced with glutamate (p.G481E; registered as rs12059805 in the NCBI dbSNP database), position 777. Methionin replaced with arginine (p.M777R; registered as rs4302324 in NCBI dbSNP database), valine at position 909 replaced with isoleucine (p.V909I; registered as rs33985936 in NCBI dbSNP database) ), The tyrosine at position 1198 is replaced with histidine (p.Y1198H; registered as rs12638601 in the NCBI dbSNP database).

さらに、性質の似たアミノ酸(例えば、グリシンとアラニン、バリンとロイシンとイソロイシン、セリンとトレオニン、アスパラギン酸とグルタミン酸、アスパラギンとグルタミン、リシンとアルギニン、システインとメチオニン、フェニルアラニンとチロシン等)同士の置換等であれば、より多くの個数の置換等があり得る。上述のようにアミノ酸が欠失、置換又は挿入されている場合、その欠失、置換、挿入の位置は、疼痛誘発作用が保持される限り、特に限定されない。そして、変異の導入は、部位特異的突然変異誘発、アラニンスキャニング、又はPCRによる突然変異誘発等、自体公知の方法により行うことができる。 Further, substitution of amino acids having similar properties (for example, glycine and alanine, valine and leucine and isoleucine, serine and threonine, aspartic acid and glutamine, aspartic acid and glutamine, lysine and arginine, cysteine and methionine, phenylalanine and tyrosine, etc.) If so, there may be a larger number of substitutions and the like. When an amino acid is deleted, substituted or inserted as described above, the position of the deletion, substitution or insertion is not particularly limited as long as the pain-inducing action is maintained. Then, the mutagenesis can be carried out by a method known per se, such as site-specific mutagenesis, alanine scanning, or mutagenesis by PCR.

上記(c)において「ストリンジェントな条件」とは、同一性が高いヌクレオチド配列同士、例えば95%以上、好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、いっそう好ましくは99%以上、特に好ましくは99.5%以上の同一性を有するヌクレオチド配列同士がハイブリダイズし、それより同一性が低いヌクレオチド配列同士がハイブリダイズしない条件、具体的には、Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons,6.3.1-6.3.6, 1999に記載される条件、例えば、6×SSC(sodium chloride/sodium citrate)/45℃でのハイブリダイゼーション、次いで0.2×SSC/0.1% SDS/50〜65℃での一回以上の洗浄等が挙げられるが、当業者であれば、これと同等のストリンジェンシーを与えるハイブリダイゼーションの条件を適宜選択することができる。
ここで「ヌクレオチド配列の同一性」は、相同性計算アルゴリズムNCBI BLAST(National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool)を用い、以下の条件(期待値=10;ギャップコスト=Linear;フィルタリング=ON;マッチスコア=1;ミスマッチスコア=-2)にて計算することができる。
また、上記(c)のタンパク質として、配列番号1に示される塩基配列からなるSCN11A遺伝子のスプライシングバリアントによってコードされるNav1.9のアイソフォームも包含される。例えば、ヒトNav1.9のアイソフォームとして、配列番号2に示されるアミノ酸配列において、1444位のスレオニンがリジンに置換し、1445〜1791位のアミノ酸を欠失するアイソフォーム(UniprotKB identifier: Q9UI33-2を参照)、配列番号2に示されるアミノ酸配列において、946〜983位のアミノ酸を欠失するアイソフォーム(UniprotKB identifier: Q9UI33-3を参照)が挙げられる。
In the above (c), the "stringent condition" refers to nucleotide sequences having high identity, such as 95% or more, preferably 97% or more, more preferably 98% or more, still more preferably 99% or more, and particularly preferably. Conditions under which nucleotide sequences having 99.5% or more identity hybridize with each other and nucleotide sequences with lower identity do not hybridize, specifically, Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, 6.3.1 -Matters described in 6.3.6, 1999, eg, hybridization at 6 x SSC (sodium chloride / sodium citrate) / 45 ° C, followed by one or more times at 0.2 x SSC / 0.1% SDS / 50-65 ° C. However, those skilled in the art can appropriately select hybridization conditions that give stringency equivalent to this.
Here, "identity of nucleotide sequence" uses the homology calculation algorithm NCBI BLAST (National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool) and the following conditions (expected value = 10; gap cost = Linear; filtering = ON; It can be calculated with match score = 1; mismatch score = -2).
The protein of (c) above also includes an isoform of Nav1.9 encoded by a splicing variant of the SCN11A gene consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. For example, as an isoform of human Nav1.9, in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, the isoform in which threonine at position 1444 is replaced with lysine and the amino acid at positions 1445-1791 is deleted (UniprotKB identifier: Q9UI33-2). In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, an isoform in which the amino acid at positions 946 to 983 is deleted (see UniprotKB identifier: Q9UI33-3) can be mentioned.

上記(d)においてヒト以外の哺乳動物種由来のSCN11A遺伝子オルソログとしては、NCBIデータベースにRefSeq番号NP_036017として登録されているマウスNav1.9タンパク質のアミノ酸配列において、222位のアルギニンが他のアミノ酸、好ましくはヒスチジン又はセリンに置換したアミノ酸配列を有するもの、RefSeq番号NP_062138として登録されているラットNav1.9タンパク質のアミノ酸配列において、219位のアルギニンが他のアミノ酸、好ましくはヒスチジン又はセリンに置換したアミノ酸配列を有するもの、RefSeq番号XP_002696965として登録されているウシNav1.9タンパク質のアミノ酸配列において、225位のアルギニンが他のアミノ酸、好ましくはヒスチジン又はセリンに置換したアミノ酸配列を有するもの、UniprotKBにアクセッション番号H2QMB6として登録されているチンパンジーNav1.9タンパク質のアミノ酸配列において、222位のアルギニンが他のアミノ酸、好ましくはヒスチジン又はセリンに置換したアミノ酸配列を有するもの等が挙げられる。 In the above (d), as the SCN11A gene ortholog derived from a mammalian species other than human, arginine at position 222 is preferably another amino acid in the amino acid sequence of the mouse Nav1.9 protein registered as RefSeq number NP_036017 in the NCBI database. Has an amino acid sequence substituted with histidine or serine, an amino acid sequence in which arginine at position 219 is substituted with another amino acid, preferably histidine or serine, in the amino acid sequence of rat Nav1.9 protein registered as RefSeq No. NP_062138. In the amino acid sequence of bovine Nav1.9 protein registered as RefSeq No. XP_002696965, the amino acid sequence in which arginine at position 225 is replaced with another amino acid, preferably histidine or serine, has an amino acid sequence, and the accession number is given to Uniprot KB. Examples of the amino acid sequence of the chimpanzee Nav1.9 protein registered as H2QMB6 include those having an amino acid sequence in which arginine at position 222 is replaced with another amino acid, preferably histidine or serine.

上記配列のみならず、他の哺乳動物におけるSCN11A遺伝子又はその遺伝子産物は、配列番号1に示される塩基配列又は配列番号2に示されるアミノ酸配列をクエリーにして、ヒト以外の哺乳動物のゲノム及び/もしくはcDNAのデータベース又はタンパク質のデータベースに対して、BLASTやFASTAを用いて検索を行う等により、所望の種由来のSCN11Aの塩基配列及びアミノ酸配列を取得することができる。 In addition to the above sequences, the SCN11A gene or its gene products in other mammals are queried from the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and the genomes of non-human mammals and / Alternatively, the nucleotide sequence and amino acid sequence of SCN11A derived from a desired species can be obtained by searching the cDNA database or protein database using BLAST or FASTA.

疼痛誘発作用を有する変異Nav1.9タンパク質は、当該変異を有する哺乳動物の末梢知覚神経節の小型侵害受容ニューロン等から、自体公知の膜タンパク質の分離精製方法を用いて単離することができる。あるいは当該細胞からmRNAを抽出し、例えば、配列番号1に示されるヒトSCN11AのcDNA配列情報に基づいてプライマーを設計し、該mRNAを鋳型とするRT-PCRを行うことにより、変異SCN11A cDNAをクローニングし、該cDNAを適当な発現ベクター中に挿入して宿主細胞に導入・発現させ、該宿主細胞の培養物から変異Nav1.9タンパク質を回収することによっても取得することができる。
しかしながら、より簡便には、疼痛誘発性変異を有しない正常SCN11A遺伝子を有する哺乳動物から上記と同様の方法により正常なSCN11A cDNAをクローニングし、自体公知の部位特異的変異誘発法により、配列番号2に示されるアミノ酸配列の222位に対応するアルギニン残基をコードするコドンを、他のアミノ酸、好ましくはヒスチジン又はセリン残基に置換するような変異を導入することにより取得することができる。
The mutant Nav1.9 protein having a pain-inducing action can be isolated from small nociceptive neurons of peripheral sensory ganglia of mammals having the mutation by using a method for separating and purifying a membrane protein known per se. Alternatively, the mutant SCN11A cDNA is cloned by extracting mRNA from the cell, designing a primer based on the cDNA sequence information of human SCN11A shown in SEQ ID NO: 1, and performing RT-PCR using the mRNA as a template. It can also be obtained by inserting the cDNA into an appropriate expression vector, introducing and expressing it in a host cell, and recovering the mutant Nav1.9 protein from the culture of the host cell.
However, more simply, normal SCN11A cDNA is cloned from a mammal having a normal SCN11A gene having no pain-inducing mutation by the same method as described above, and SEQ ID NO: 2 is performed by a site-specific mutagenesis method known per se. It can be obtained by introducing a mutation such that the codon encoding the arginine residue corresponding to position 222 of the amino acid sequence shown in is replaced with another amino acid, preferably a histidine or serine residue.

本発明の変異SCN11A遺伝子は、上記の疼痛誘発作用を有する変異Nav1.9タンパク質をコードする塩基配列を含む核酸である限り特に制限はない。該核酸は、二本鎖DNA、一本鎖DNA、一本鎖RNA、二本鎖RNA、DNA/RNAハイブリッドのいずれであってもよいが、好ましくは二本鎖DNA又は一本鎖RNAであり、より好ましくは二本鎖DNAである。本発明の変異SCN11A遺伝子は、ベクター(クローニングベクター又は発現ベクター)に連結して使用することができる。さらに、目的(例えば、タンパク質の発現)に応じて、当該ベクターを導入する宿主細胞に適したものを適宜選択し、当該ベクターを宿主細胞に形質転換することができる。当該ベクターはさらに、適切なプロモーター、ターミネーター領域、形質転換体を選択するための選択マーカー遺伝子(薬剤耐性遺伝子、栄養要求性変異を相補する遺伝子等)等も含むことができる。 The mutant SCN11A gene of the present invention is not particularly limited as long as it is a nucleic acid containing a base sequence encoding the above-mentioned mutant Nav1.9 protein having a pain-inducing action. The nucleic acid may be any of double-stranded DNA, single-stranded DNA, single-stranded RNA, double-stranded RNA, and DNA / RNA hybrid, but is preferably double-stranded DNA or single-stranded RNA. , More preferably double-stranded DNA. The mutant SCN11A gene of the present invention can be used by linking to a vector (cloning vector or expression vector). Further, depending on the purpose (for example, expression of protein), an appropriate vector suitable for the host cell into which the vector is introduced can be appropriately selected, and the vector can be transformed into the host cell. The vector can also include suitable promoters, terminator regions, selectable marker genes for selecting transformants (drug resistance genes, genes that complement auxotrophic mutations, etc.) and the like.

加えて、当該ベクターはタンパク質の分離・精製に有用なタグ配列(例えばHisタグ、GSTタグ、FLAG(商標)タグ等)をコードする配列等を含んでいてもよく、当該ベクターは、対象宿主細胞のゲノムに組み込まれるものであってもよい。 In addition, the vector may contain a sequence encoding a tag sequence useful for protein separation / purification (for example, His tag, GST tag, FLAG ™ tag, etc.), and the vector may contain a target host cell. It may be integrated into the genome of.

ベクターの種類としては、特に限定されないが、pBTrp2、pBTac1、pBTac2、pBluescript II SK(+)、pBluescript II SK(-)、pSTV28、pUC118、pUC19、pKK233-2、pSE280、pSupex、pUB110、pTP5、pC194、pETベクター、pAGEベクター、pcDNAベクター、pGEXベクター、pMC1neo、λgt11、pkk223-3、pBlue BacIII、pVL1392、pVL1393等が挙げられる。 The type of vector is not particularly limited, but pBTrp2, pBTac1, pBTac2, pBluescript II SK (+), pBluescript II SK (-), pSTV28, pUC118, pUC19, pKK233-2, pSE280, pSupex, pUB110, pTP5, pC194. , PET vector, pAGE vector, pcDNA vector, pGEX vector, pMC1neo, λgt11, pkk223-3, pBlue BacIII, pVL1392, pVL1393 and the like.

宿主細胞としては、前記ベクターを発現することのできる任意の細胞、例えば、細菌細胞、真菌細胞、昆虫細胞、動物細胞等が挙げられる。
細菌細胞としては、特に限定されないが、大腸菌(Escherichia coli)、バチルス(Bacillus)、ブレビバチルス(Brevibacillus)、コリネバクテリウム(Corynebacterium)、ストレプトマイセス(Streptomyces)等が挙げられる。真菌細胞としては、特に限定されないが、サッカロミセス・セレビシア(Saccharomyces cerevisiae)やアスペルギルス(Aspergillus)属真菌等が挙げられる。昆虫細胞としては、特に限定されないが、カイコ(Bombyx mori)、イラクサギンウワバ(Trichoplusia ni)等が挙げられる。動物細胞としては、特に限定されないが、CHO細胞、HeLa細胞、COS-1細胞、COS-7細胞、HEK293細胞、BALL-1細胞、HCT-15細胞、PC12細胞等の細胞株、後根神経節(DRG)ニューロンの初代培養、ES細胞、iPS細胞等が挙げられる。
Examples of the host cell include any cell capable of expressing the vector, for example, a bacterial cell, a fungal cell, an insect cell, an animal cell and the like.
Bacterial cells include, but are not limited to, Escherichia coli, Bacillus, Brevibacillus, Corynebacterium, Streptomyces and the like. The fungal cells are not particularly limited, and examples thereof include Saccharomyces cerevisiae and Aspergillus fungi. The insect cells are not particularly limited, and examples thereof include silkworms (Bombyx mori) and cabbage loopers (Trichoplusia ni). The animal cells are not particularly limited, but are cell lines such as CHO cells, HeLa cells, COS-1 cells, COS-7 cells, HEK293 cells, BALL-1 cells, HCT-15 cells, PC12 cells, and dorsal root ganglion. (DRG) Primary culture of neurons, ES cells, iPS cells, etc. can be mentioned.

ベクターの宿主細胞への導入は、各宿主細胞に応じて自体公知の形質転換法、例えば、コンピテント細胞法、プロトプラスト法、リン酸カルシウム共沈法、エレクトロポレーション法、マイクロインジェクション法、リポフェクション法等を用いて行うことができる。 For the introduction of the vector into the host cell, a transformation method known per se, for example, a competent cell method, a protoplast method, a calcium phosphate co-precipitation method, an electroporation method, a microinjection method, a lipofection method, etc. Can be done using.

形質転換細胞を変異Nav1.9タンパク質の精製の目的で使用する場合、精製を容易にするために、宿主細胞として内因性SCN11A遺伝子を発現しない細胞を用いることが好ましいが、動物細胞を用いる場合でも、ヒトとマウス、ラット等との間ではSCN11Aタンパク質のアミノ酸配列にある程度の差異があるので、例えば、ヒト由来の変異Nav1.9タンパク質を組換え生産する場合には、マウス又はラット等の霊長類以外の哺乳動物細胞を使用することもできる。 When transformed cells are used for the purpose of purifying mutant Nav1.9 protein, it is preferable to use cells that do not express the endogenous SCN11A gene as host cells in order to facilitate purification, but even when animal cells are used. Since there are some differences in the amino acid sequence of SCN11A protein between humans and mice, rats, etc., for example, when recombinantly producing a human-derived mutant Nav1.9 protein, primates such as mice or rats Other mammalian cells can also be used.

一方、該形質転換細胞を、例えば後述の疼痛抑制物質のスクリーニング系として使用することを意図する場合、宿主細胞として哺乳動物細胞、好ましくは神経細胞、特にDRGニューロン等を用いることが好ましく、さらに内因性のSCN11A遺伝子のコード領域を該ベクターに搭載された変異Nav1.9タンパク質をコードする核酸で置換(ノックイン)することが望ましい。変異SCN11Aノックイン細胞を容易に得るために、宿主細胞としてES細胞やiPS細胞を用い、相同組換えによりノックインES又はiPS細胞を作製した後、自体公知の分化誘導法により神経細胞に分化させることができる。 On the other hand, when the transformed cell is intended to be used, for example, as a screening system for a pain-suppressing substance described later, it is preferable to use a mammalian cell, preferably a nerve cell, particularly a DRG neuron or the like as a host cell, and further, an intrinsic cause. It is desirable to replace (knock in) the coding region of the sex SCN11A gene with a nucleic acid encoding the mutant Nav1.9 protein loaded on the vector. In order to easily obtain mutant SCN11A knock-in cells, ES cells or iPS cells can be used as host cells, knock-in ES or iPS cells can be produced by homologous recombination, and then differentiated into nerve cells by a differentiation induction method known per se. it can.

上述の形質転換細胞は、自体公知の方法により培養することができる。培養に使用する培地は、所望の細胞毎に、適宜選択することができる。例えば、大腸菌の培養であれば、LB培地等、酵母の培養であればSD培地等、哺乳動物の培養であれば、DMEM培地、EMEM培地等を使用することができる。さらに、培地(半固形培地、液体培地、粉末培地)には、必要に応じて、各種ビタミン類(ビタミンA、ビタミンB1、ビタミンB2、ビタミンB6、ビタミンC、ビタミンD、ビタミンE等)、各種アミノ酸(天然アミノ酸又は合成アミノ酸も含む)、核酸塩基(プリン、ピリミジン)、無機塩類(MgSO4、MnSO4、FeSO4、NaCl等)抗生物質(アンピシリン、カナマイシン、ハイグロマイシン)等を添加することができる。 The above-mentioned transformed cells can be cultured by a method known per se. The medium used for culturing can be appropriately selected for each desired cell. For example, LB medium or the like can be used for Escherichia coli culture, SD medium or the like can be used for yeast culture, and DMEM medium, EMEM medium or the like can be used for mammalian culture. In addition, the medium (semi-solid medium, liquid medium, powder medium) contains various vitamins (vitamin A, vitamin B1, vitamin B2, vitamin B6, vitamin C, vitamin D, vitamin E, etc.) as required. Amino acids (including natural amino acids or synthetic amino acids), nucleic acid bases (purines, pyrimidines), inorganic salts (DDL4, MnSO4, FeSO4, NaCl, etc.), antibiotics (ampicillin, canamycin, hyglomycin) and the like can be added.

培養時間、培養温度等は細胞の種類に応じて、当業者は適宜決定することができる。例えば、培養温度は10〜45℃、好ましくは、20〜40℃、培養時間は、1時間〜14日間、好ましくは、10時間〜7日間等を設定することができる。pHも適宜調整することができる。 Those skilled in the art can appropriately determine the culturing time, culturing temperature, and the like according to the type of cells. For example, the culture temperature can be set to 10 to 45 ° C., preferably 20 to 40 ° C., and the culture time can be set to 1 hour to 14 days, preferably 10 hours to 7 days, or the like. The pH can also be adjusted as appropriate.

上述の方法で得られる変異Nav1.9タンパク質は、自体公知の方法で精製することができる。例えば、遠心分離等で集菌した菌体を、超音波又はガラスビーズ等で摩砕した後、遠心分離等により細胞片等の固形物を除き、粗酵素液を調製し、さらに、硫安、硫酸ナトリウム等による塩析法、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、アフィニテイクロマトグラフィー等のクロマトグラフ法、ゲル電気泳動法等を用いることができる。 The mutant Nav1.9 protein obtained by the above method can be purified by a method known per se. For example, cells collected by centrifugation or the like are ground by ultrasound or glass beads, and then solid substances such as cell fragments are removed by centrifugation or the like to prepare a crude enzyme solution, and further, sulfate and sulfuric acid are prepared. A chromatographic method such as salting out method using sodium, ion exchange chromatography, gel filtration chromatography, affinity chromatography, gel electrophoresis or the like can be used.

本発明の変異SCN11A遺伝子にコードされる変異Nav1.9タンパク質は、哺乳動物において疼痛誘発作用を有するので、該変異Nav1.9タンパク質をコードする核酸を非ヒト哺乳動物細胞に導入し、トランスジェニック動物を作製することにより、疼痛モデル動物を提供することができる。従って、本発明はまた、本発明の変異SCN11A遺伝子を外因的に発現し、疼痛の表現型を示すトランスジェニック(以下、Tgともいう)非ヒト哺乳動物を提供する。 Since the mutant Nav1.9 protein encoded by the mutant SCN11A gene of the present invention has a pain-inducing effect in mammals, a nucleic acid encoding the mutant Nav1.9 protein is introduced into non-human mammalian cells and transgenic animals. By producing the above, a pain model animal can be provided. Accordingly, the present invention also provides transgenic (hereinafter also referred to as Tg) non-human mammals that exogenously express the mutant SCN11A gene of the present invention and exhibit a pain phenotype.

本発明のTg動物は、非ヒト哺乳動物の受精卵や、未受精卵、精子及びその前駆細胞(始原生殖細胞、卵原細胞、卵母細胞、卵細胞、精原細胞、精母細胞、精細胞等)等に、好ましくは受精卵の胚発生の初期段階(さらに好ましくは8細胞期以前)において、リン酸カルシウム共沈殿法、電気穿孔(エレクトロポレーション)法、リポフェクション法、凝集法、顕微注入(マイクロインジェクション)法、遺伝子銃(パーティクルガン)法、DEAE-デキストラン法等の遺伝子導入法によって、本発明の変異SCN11A遺伝子を導入することにより作製される。
発現ベクターとしてウイルスを用いる場合の一実施態様として、変異Nav1.9タンパク質をコードするDNAを含むウイルスで、非ヒト哺乳動物の初期胚もしくはES細胞を感染させる方法が挙げられる(例えば、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99(4): 2140-2145, 2002参照)。例えば、レトロウイルスやレンチウイルスを用いる場合、ディッシュなどの適当な培養器に細胞を播き、培養液にウイルスベクターを加えて、1〜2日間培養後、初期胚であれば、偽妊娠させた受胚用雌非ヒト哺乳動物の卵管又は子宮内に移植し、ES細胞であれば、G418やハイグロマイシンなどの選択薬剤を添加して培養を続け、ベクターが組み込まれた細胞を選択する。
さらに、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98: 13090-13095 (2001) に記載されるように、雄非ヒト哺乳動物から採取した精原細胞をSTOフィーダー細胞と共培養する間にウイルスベクターに感染させた後、雄性不妊非ヒト哺乳動物の精細管に注入して雌非ヒト哺乳動物と交配させることにより、効率よく外来性変異SCN11A遺伝子へテロTg(+/-)産仔を得ることができる。
The Tg animal of the present invention includes fertilized eggs of non-human mammals, unfertilized eggs, sperms and their precursor cells (primitive germ cells, egg protozoa, egg mother cells, egg cells, sperm cells, sperm cells, sperm cells). Etc.), preferably in the early stages of embryonic development of fertilized eggs (more preferably before the 8-cell stage), calcium phosphate co-precipitation method, electroporation method, lipofection method, aggregation method, microinjection (microinjection), etc. It is produced by introducing the mutant SCN11A gene of the present invention by a gene transfer method such as an injection method, a gene gun (particle gun) method, or a DEAE-dextran method.
One embodiment of the case where a virus is used as an expression vector is a method of infecting an early embryo or ES cell of a non-human mammal with a virus containing a DNA encoding a mutant Nav1.9 protein (eg, Proc. Natl). . Acad. Sci. USA, 99 (4): 2140-2145, 2002). For example, when using retrovirus or lentivirus, cells are sown in an appropriate incubator such as a dish, a viral vector is added to the culture medium, and after culturing for 1 to 2 days, if it is an early embryo, it is pseudo-pregnant. If it is an ES cell, it is transplanted into the oviduct or uterus of a female non-human mammal for embryo, and the culture is continued by adding a selective agent such as G418 or hygromycin, and the cell in which the vector is incorporated is selected.
In addition, as described in Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98: 13090-13095 (2001), a viral vector during co-culture of spermatogonia collected from male non-human mammals with STO feeder cells. Efficiently obtain exogenous mutant SCN11A gene hetero Tg (+/-) offspring by injecting into the seminiferous tubules of male infertile non-human mammals and mating with female non-human mammals. Can be done.

また、該遺伝子導入法により、非ヒト哺乳動物の体細胞、組織、臓器などに本発明の変異SCN11A遺伝子を含むDNAを導入し、細胞培養、組織培養などに利用することもでき、さらに、この細胞を上述の胚(もしくは生殖)細胞と公知の細胞融合法を用いて融合させることによりTg動物を作製することもできる。あるいは、ノックアウト動物を作製する場合と同様に、非ヒト哺乳動物の胚性幹細胞(ES細胞)又は人工多能性幹細胞(iPS細胞)に、上記の遺伝子導入法を用いて本発明の核酸を含むDNAを導入し、予め該DNAが安定に組み込まれたクローンを選択した後に、該ES細胞を胚盤胞に注入するかあるいはES細胞塊と8細胞期胚とを凝集させてキメラマウスを作製し、生殖系列に導入DNAが伝達されたものを選択することによってもTg動物を得ることが可能である。 Further, by the gene transfer method, DNA containing the mutant SCN11A gene of the present invention can be introduced into somatic cells, tissues, organs, etc. of non-human mammals and used for cell culture, tissue culture, etc. Tg animals can also be produced by fusing cells with the embryonic (or germ) cells described above using known cell fusion methods. Alternatively, as in the case of producing a knockout animal, the embryonic stem cell (ES cell) or induced pluripotent stem cell (iPS cell) of a non-human mammal contains the nucleic acid of the present invention using the above gene transfer method. After introducing the DNA and selecting a clone in which the DNA is stably integrated, the ES cells are injected into the blastocyst or the ES cell mass and the 8-cell stage embryo are aggregated to prepare a chimeric mouse. It is also possible to obtain Tg animals by selecting those in which the introduced DNA has been transmitted to the germ line.

さらに、Tg動物は、内在性SCN11A遺伝子が変異ヒトNav1.9タンパク質をコードする配列で置換されたノックイン(KI)動物であることがより好ましい。そのため、本発明のTg動物は、ES又はiPS細胞へ、目的DNAを適当なターゲッティングベクターを用いて導入し、相同組換えにより内在性のSCN11A遺伝子を、変異ヒトNav1.9タンパク質をコードする配列で置換することによっても作製され得る。 Furthermore, the Tg animal is more preferably a knock-in (KI) animal in which the endogenous SCN11A gene is replaced with a sequence encoding a mutant human Nav1.9 protein. Therefore, in the Tg animal of the present invention, the target DNA is introduced into ES or iPS cells using an appropriate targeting vector, and the endogenous SCN11A gene is obtained by homologous recombination with a sequence encoding the mutant human Nav1.9 protein. It can also be made by substitution.

本発明は、上述のように作製されたTg動物(好ましくはKI動物)の生体の一部(例えば、(1)キメラSCN11A遺伝子を安定に保持する細胞(例えば、小型侵害受容性ニューロン)、組織(例、後根神経節、三叉神経節)等、(2)これらに由来する細胞又は組織を培養し、必要に応じて継代したもの等)も、本発明の変異ヒトNav1.9タンパク質を産生し得るキメラSCN11A遺伝子を発現可能な状態で保持するトランスジェニック非ヒト哺乳動物の生体の一部として、本発明のヒト型変異Nav1.9タンパク質を産生し得るキメラSCN11A遺伝子を発現可能な状態で保持する非ヒト哺乳動物と同様な目的に用いることができる。
上述の方法で得られるTg非ヒト哺乳動物又はその生体の一部は、疼痛誘発モデル動物又はモデル細胞として使用し得る。
The present invention relates to a part of a living body of a Tg animal (preferably a KI animal) prepared as described above (for example, (1) cells stably holding the chimeric SCN11A gene (for example, small nociceptive neurons), tissues. (Example, dorsal root ganglion, trigeminal ganglion), etc. (2) cells or tissues derived from these are cultured and passaged as necessary, etc.), and the mutant human Nav1.9 protein of the present invention is also used. Retaining a capable chimeric SCN11A gene in an expressible state As a part of the living body of a transgenic non-human mammal, in a state in which the chimeric SCN11A gene capable of producing the human-type mutant Nav1.9 protein of the present invention can be expressed. It can be used for the same purposes as non-human mammals to be retained.
The Tg non-human mammal obtained by the above method or a part of the living body thereof can be used as a pain-inducing model animal or a model cell.

本発明で対象とし得る非ヒト哺乳動物(レシピエント動物)は、トランスジェニック系(KI動物の場合はノックアウト系)が確立されたヒト以外の哺乳動物であれば特に制限はなく、例えば、マウス、ラット、ウシ、サル、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウサギ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスターなどが挙げられる。好ましくは、疾患モデル動物作製の面から個体発生及び生物サイクルが比較的短く、繁殖が容易な齧歯動物がより好ましく、とりわけマウス(例えば、純系としてC57BL/6系統、BALB/c系統、C3H系統、FVB系統、DBA2系統等、交雑系としてB6C3F1系統、BDF1系統、B6D2F1系統、ICR系統等)及びラット(例えば、Wistar、SD等)が好ましい。
また、哺乳動物以外にもニワトリ等の鳥類が本発明で対象とする非ヒト哺乳動物と同様の目的に用いることができる。
The non-human mammal (recipient animal) that can be targeted in the present invention is not particularly limited as long as it is a non-human mammal for which a transgenic system (knockout system in the case of a KI animal) has been established. Examples include rats, cows, monkeys, pigs, sheep, goats, rabbits, dogs, cats, guinea pigs, hamsters and the like. Preferably, rodents, which have a relatively short ontogeny and biological cycle and are easy to reproduce, are more preferable from the viewpoint of producing disease model animals, and in particular, mice (for example, C57BL / 6 strains, BALB / c strains, and C3H strains as pure strains) are preferable. , FVB line, DBA2 line, etc., and as hybrid lines, B6C3F1 line, BDF1 line, B6D2F1 line, ICR line, etc.) and rats (for example, Wistar, SD, etc.) are preferable.
In addition to mammals, birds such as chickens can be used for the same purposes as non-human mammals targeted in the present invention.

さらに、本発明は、本発明の変異Nav1.9タンパク質に作用する物質をスクリーニングする方法も含まれる。作用する物質とは、該変異Nav1.9タンパク質に結合する物質、該変異Nav1.9タンパク質の疼痛誘発作用と関連する物質等が含まれ、例えば、変異Nav1.9タンパク質のナトリウムチャネル機能を阻害又は促進する物質を探索する等の目的で、当該スクリーニングを行うことができる。 Furthermore, the present invention also includes a method of screening for substances acting on the mutant Nav1.9 protein of the present invention. The substance that acts includes a substance that binds to the mutant Nav1.9 protein, a substance that is related to the pain-inducing action of the mutant Nav1.9 protein, and the like, and for example, inhibits or inhibits the sodium channel function of the mutant Nav1.9 protein. The screening can be performed for the purpose of searching for a substance to be promoted.

当該手法としては、特に限定されないが、上述の変異Nav1.9タンパク質又はその断片をを発現する細胞、組織又はトランスジェニック非ヒト哺乳動物に対し、被験物質の存在下及び非存在下における前記細胞等の変化を評価し、比較する方法、例えば、パッチクランプ法など自体公知の方法により、該細胞等におけるナトリウムイオン電流、活動電位等を測定し、被験物質の存在下及び非存在下におけるナトリウム電流や活動電位等の変動を調べる方法等が挙げられる。 The method is not particularly limited, but for cells, tissues or transgenic non-human mammals expressing the above-mentioned mutant Nav1.9 protein or fragments thereof, the cells and the like in the presence and absence of the test substance, etc. Sodium ion current, action potential, etc. in the cells are measured by a method for evaluating and comparing the changes in the cells, for example, a method known per se, such as the patch clamp method, and the sodium current in the presence and absence of the test substance can be measured. Examples thereof include a method of examining fluctuations in action potentials and the like.

さらに、本発明には、疼痛を抑制する物質をスクリーニングする方法も含まれる。当該方法としては、特に限定されないが、例えば、上記の変異Nav1.9タンパク質又はその断片を発現する細胞、組織又はトランスジェニック非ヒト哺乳動物に被検物質を接触させ、該被検物質を接触させない場合との間で、該細胞、組織又は動物における疼痛の表現型の変化を測定・比較し、疼痛の表現型を改善した被検物質を、疼痛抑制物質の候補として選択する方法が挙げられる。 Furthermore, the present invention also includes a method of screening for substances that suppress pain. The method is not particularly limited, but for example, the test substance is brought into contact with a cell, tissue or transgenic non-human mammal expressing the above-mentioned mutant Nav1.9 protein or a fragment thereof, and the test substance is not brought into contact with the test substance. Examples thereof include a method of measuring and comparing changes in the pain phenotype in the cells, tissues or animals, and selecting a test substance having an improved pain phenotype as a candidate for a pain suppressant.

被検物質の接触は、細胞もしくは組織にあっては、培地又は緩衝液などに被検物質を添加することにより、トランスジェニック非ヒト哺乳動物にあっては、被検物質を経口もしくは非経口的に投与することにより行われ得る。培地等への添加量、動物への投与量は、被検物質に応じて適宜選択することができる。 In the case of cells or tissues, the test substance is contacted by adding the test substance to a medium or buffer solution, and in the case of transgenic non-human mammals, the test substance is orally or parenterally. It can be done by administering to. The amount added to the medium and the like and the amount to be administered to the animal can be appropriately selected according to the test substance.

疼痛抑制作用は、疼痛の表現型、例えば、細胞・組織にあってはナトリウムイオン電流の変化等、動物にあっては疼痛症状の緩和を、それぞれ指標として評価することができる。 The pain-suppressing action can be evaluated as an index of pain phenotype, for example, change of sodium ion current in cells / tissues, and relief of pain symptoms in animals.

あるいは、疼痛を抑制する物質をスクリーニングする別の方法として、以下の(a)〜(c)の工程:
(a)上述の変異Nav1.9タンパク質を発現する細胞、組織又はトランスジェニック非ヒト哺乳動物に対し、被験物質を接触させる工程、
(b)被検物質を接触させた場合と、させない場合とにおいて、それぞれ変異Nav1.9タンパク質又はそれをコードする核酸の発現レベルを測定する工程、及び
(c)(b)において、発現レベルを低下させた被検物質を疼痛抑制物質の候補として選択する工程、を含む方法が挙げられる。
Alternatively, as another method for screening a substance that suppresses pain, the following steps (a) to (c):
(A) A step of contacting a test substance with a cell, tissue or transgenic non-human mammal expressing the above-mentioned mutant Nav1.9 protein.
(B) The expression level was determined in the steps of measuring the expression level of the mutant Nav1.9 protein or the nucleic acid encoding the mutant Nav1.9 protein or the nucleic acid encoding the same in the case where the test substance was brought into contact with the test substance and the case where the test substance was not brought into contact with the test substance, respectively. Examples thereof include a method including a step of selecting a reduced test substance as a candidate for a pain suppressant.

工程(a)における被検物質の接触は、上記と同様に行うことができる。工程(b)における発現レベルの測定は、自体公知のタンパク質又はRNAの検出方法を用いて行うことができる。ここで使用される細胞、組織、Tg動物は、内因性のSCN11A遺伝子を発現しないものが好ましく、また、変異SCN11A遺伝子の発現が内因性SCN11A遺伝子の発現調節領域により制御されることが好ましい。従って、好ましい一実施態様においては、変異Nav1.9タンパク質をコードする核酸で内因性SCN11A遺伝子のコード領域を置換したノックイン細胞・組織又は動物が使用される。しかし、内因性SCN11A遺伝子を発現する形質転換細胞やTg動物を用いた場合でも、後述の疼痛関連疾患の診断のための臨床検査に使用し得る、抗変異Nav1.9タンパク質特異的抗体(即ち、内因性のNav1.9タンパク質とは交叉反応しない抗体)や、変異Nav1.9タンパク質をコードするmRNAのみを特異的に検出するプライマー及び/又はプローブを用いて、変異Nav1.9タンパク質又はそれをコードするmRNAのみを測定することができる。 The contact of the test substance in the step (a) can be performed in the same manner as described above. The expression level in the step (b) can be measured by using a method for detecting a protein or RNA known per se. The cells, tissues, and Tg animals used here are preferably those that do not express the endogenous SCN11A gene, and the expression of the mutant SCN11A gene is preferably regulated by the expression regulatory region of the endogenous SCN11A gene. Therefore, in one preferred embodiment, knock-in cells / tissues or animals in which the coding region of the endogenous SCN11A gene is replaced with a nucleic acid encoding a mutant Nav1.9 protein are used. However, even when transformed cells or Tg animals expressing the endogenous SCN11A gene are used, anti-mutant Nav1.9 protein-specific antibodies (ie, that can be used in clinical tests for the diagnosis of pain-related diseases described below). An antibody that does not cross-react with the endogenous Nav1.9 protein) or a primer and / or probe that specifically detects only the mRNA encoding the mutant Nav1.9 protein is used to encode the mutant Nav1.9 protein or it. Only the mRNA that can be measured can be measured.

上記いずれかのスクリーニング方法において試験され得る被験物質としては、特に限定されないが、例えば、低分子化合物、高分子化合物、タンパク質(サイトカイン、ケモカイン、抗体等)、核酸(DNA、RNA等)、ウイルス、コンビナトリアルケミストリー技術を用いて作製された化合物ライブラリー、固相合成やファージディスプレイ法により作製されたランダムペプチドライブラリー、微生物、動植物若しくは海洋生物等由来の天然成分等が挙げられる。このような物質は、当業者が適宜決定することができる。 The test substance that can be tested in any of the above screening methods is not particularly limited, and is, for example, a low molecular weight compound, a high molecular weight compound, a protein (cytogen, chemokine, antibody, etc.), a nucleic acid (DNA, RNA, etc.), a virus, Examples thereof include a compound library prepared by using combinatorial chemistry technology, a random peptide library prepared by solid phase synthesis or a phage display method, and natural components derived from microorganisms, animals, plants, marine organisms, and the like. Such substances can be appropriately determined by those skilled in the art.

上述の方法で得られる疼痛を抑制する物質は、当該物質を有効成分とし、賦形剤、結合剤、崩壊剤、滑沢剤等を添加して製剤化し、疼痛治療剤又は予防剤として使用することもできる。 The substance that suppresses pain obtained by the above method contains the substance as an active ingredient, is formulated by adding excipients, binders, disintegrants, lubricants, etc., and is used as a pain therapeutic agent or a preventive agent. You can also do it.

本発明は、さらに一態様として、被験者のSCN11A遺伝子のp.R222H(c.665G>A)又はp.R222S(c.664C>A)変異(被験者がヒト以外の哺乳動物である場合は、ヒトNav1.9タンパク質の222位のアルギニンに対応するアルギニン残基が、他のアミノ酸、好ましくはヒスチジン又はセリンに置換されるような変異)を検出する工程を含む、該被験者における疼痛関連疾患の診断のための検査方法も提供する。 In a further aspect of the present invention, the p.R222H (c.665G> A) or p.R222S (c.664C> A) mutation of the subject's SCN11A gene (human if the subject is a non-human mammal). Diagnosis of pain-related disorders in the subject, comprising the step of detecting a mutation in which the arginine residue corresponding to arginine at position 222 of the Nav1.9 protein is replaced by another amino acid, preferably histidine or serine). It also provides an inspection method for.

一実施態様においては、当該変異は公知のいずれかのSNP検出法を用いて検出され得る。例えば、被験者の細胞等から抽出したゲノムDNAを試料とし、上記したいずれかの多型部位の塩基を含む約15〜約500塩基の連続した塩基配列を含有してなる核酸をプローブとして用い、例えばWallaceら(Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 80, 278-282 (1983))の方法に従って、ストリンジェンシーを正確にコントロールしながらハイブリダイゼーションを行い、プローブと完全相補的な配列のみを検出する方法や、上記核酸と上記核酸において多型部位の塩基が他の塩基に置換された核酸のいずれか一方を標識し、他方を未標識としたミックスプローブを用い、変性温度から徐々に反応温度を低下させながらハイブリダイゼーションを行い、一方のプローブと完全相補的な配列を先にハイブリダイズさせ、ミスマッチを有するプローブとの交差反応を防ぐ方法などが挙げられる。ここで標識剤としては、例えば、放射性同位元素(例、125I、131I、3H、14Cなど)、酵素(例、β-ガラクトシダーゼ、β-グルコシダーゼ、アルカリフォスファターゼ、ペルオキシダーゼ、リンゴ酸脱水素酵素など)、蛍光物質(例、フルオレスカミン、フルオレッセンイソチオシアネート、Cy3、Cy5など)、発光物質(例、ルミノール、ルミノール誘導体、ルシフェリン、ルシゲニンなど)などが用いられる。 In one embodiment, the mutation can be detected using any known SNP detection method. For example, a genomic DNA extracted from a subject's cell or the like is used as a sample, and a nucleic acid containing a continuous base sequence of about 15 to about 500 bases containing the base of any of the above polymorphism sites is used as a probe. Hybridization is performed according to the method of Wallace et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 80, 278-282 (1983)) with precise control of stringency to detect only sequences that are completely complementary to the probe. Using a mixed probe in which one of the above-mentioned nucleic acid and the above-mentioned nucleic acid in which the base of the polymorphism site is replaced with another base is labeled and the other is unlabeled, the reaction temperature is gradually increased from the modification temperature. Examples thereof include a method in which hybridization is performed while reducing the amount, and a sequence that is completely complementary to one of the probes is first hybridized to prevent cross-reaction with a probe having a mismatch. Here, examples of the labeling agent include radioisotopes (eg, 125 I, 131 I, 3 H, 14 C, etc.), enzymes (eg, β-galactosidase, β-glucosidase, alkaline phosphatase, peroxidase, and malic acid dehydrogenation. Enzymes, etc.), fluorescent substances (eg, fluorescamine, fluoressen isothiocyanate, Cy3, Cy5, etc.), luminescent substances (eg, luminol, luminol derivatives, luciferin, lucigenin, etc.) are used.

好ましくは、多型の検出は、例えば、WO 03/023063に記載された種々の方法、例えば、RFLP法、PCR-SSCP法、ASOハイブリダイゼーション、ダイレクトシークエンス法、ARMS法、変性剤濃度勾配ゲル電気泳動法、RNase A切断法、化学切断法、DOL法、TaqMan PCR法、インベーダー法、MALDI-TOF/MS法、TDI法、モレキュラー・ビーコン法、ダイナミック・アレルスペシフィック・ハイブリダイゼーション法、パドロック・プローブ法、UCAN法、DNAチップ又はDNAマイクロアレイを用いた核酸ハイブリダイゼーション法、及びECA法などにより実施することができる(WO 03/023063, 第17頁第5行〜 第28頁第20行を参照)。 Preferably, the detection of the polymorphism is carried out by, for example, various methods described in WO 03/023063, such as RFLP method, PCR-SSCP method, ASO hybridization, direct sequencing method, ARMS method, denaturing agent concentration gradient gel electricity. Migration method, RNase A cleavage method, chemical cleavage method, DOL method, TaqMan PCR method, Invader method, MALDI-TOF / MS method, TDI method, molecular beacon method, dynamic allergic hybridization method, padlock probe method , UCAN method, nucleic acid hybridization method using DNA chip or DNA microarray, ECA method, etc. (see WO 03/023063, page 17, line 5 to page 28, line 20).

上記検査方法に実施に適したキットとして、上述の変異Nav1.9タンパク質をコードする核酸の塩基配列の中から、例えば、変異SCN11A遺伝子のp.R222H(c.665G>A)又はp.R222S(c.664C>A)を含む領域を増幅し得るプライマーを含むキットが挙げられる。当該プライマーは、自体公知の方法により作製することができる。例えばヒトの場合、配列番号1に示される塩基配列の15個以上の連続した核酸を有し、変異SCN11A遺伝子のp.R222H(c.665G>A)又はp.R222S(c.664C>A)を含む領域を増幅し得るプライマーとすることができる。 As a kit suitable for carrying out the above-mentioned test method, for example, from the base sequence of the nucleic acid encoding the above-mentioned mutant Nav1.9 protein, for example, p.R222H (c.665G> A) or p.R222S (p.R222H (c.665G> A)) or p.R222S ( Examples include kits containing primers capable of amplifying regions containing c.664C> A). The primer can be produced by a method known per se. For example, in the case of humans, it has 15 or more consecutive nucleic acids of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and has a mutant SCN11A gene p.R222H (c.665G> A) or p.R222S (c.664C> A). It can be a primer capable of amplifying a region containing.

SCN11A遺伝子のp.R222H(c.665G>A)又はp.R222S(c.664C>A)変異を検出する別の態様として、被検者の変異Nav1.9タンパク質の発現を検出する方法が挙げられる。例えば、DRGの生検サンプル中の変異Nav1.9タンパク質は、例えば、ウェスタンブロッティング法、放射性同位元素免疫測定法(RIA法)、蛍光抗体法、ELISA法等の免疫学的手法を用いて検出することができる。 Another aspect of detecting the p.R222H (c.665G> A) or p.R222S (c.664C> A) mutation of the SCN11A gene is a method of detecting the expression of the mutant Nav1.9 protein in a subject. Be done. For example, the mutant Nav1.9 protein in a DRG biopsy sample is detected using, for example, immunological techniques such as Western blotting, radioimmunoassay (RIA), fluorescent antibody, and ELISA. be able to.

上記変異Nav1.9タンパク質の検出には、変異Nav1.9タンパク質のみに特異的に結合し、p.R222H又はp.R222S変異を有しないNav1.9タンパク質には結合いない抗体又はその断片が使用される。当該抗体の作製法は周知であり、自体公知の手法で作製することができる。免疫原としては、上記変異Nav1.9タンパク質の全部を用いてもよいし、222位のヒスチジン又はセリンを含むそのフラグメントを用いてもよい。該抗体はモノクローナル抗体でも、ポリクローナル抗体でもよいが、好ましくはモノクローナル抗体である。抗体断片としては、特に限定されないが、scFv、Fab、Fab’、(Fab’)2、Fv、Fd、scFv、sdFv等が挙げられる。 For the detection of the above-mentioned mutant Nav1.9 protein, an antibody or a fragment thereof that specifically binds only to the mutant Nav1.9 protein and does not bind to the Nav1.9 protein that does not have the p.R222H or p.R222S mutation is used. To. The method for producing the antibody is well known, and the antibody can be produced by a method known per se. As the immunogen, all of the above-mentioned mutant Nav1.9 protein may be used, or a fragment thereof containing histidine or serine at position 222 may be used. The antibody may be a monoclonal antibody or a polyclonal antibody, but is preferably a monoclonal antibody. The antibody fragment is not particularly limited, and examples thereof include scFv, Fab, Fab', (Fab') 2 , Fv, Fd, scFv, and sdFv.

疼痛関連疾患としては、四肢関節痛、外傷による神経障害あるいは代謝性の神経炎症による疼痛、糖尿病性末梢神経傷害、癌性疼痛等が挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、家族性の若年期周期性四肢疼痛であり、特に好ましくは、下記(i)〜(vi)の特徴を有する家族性の若年期周期性四肢疼痛である。
(i) 常染色体優性である。
(ii) 痛みは乳幼児期から始まり、成人期に寛解し、時に偏頭痛を残す以外、心臓の伝導傷害やてんかんなどを伴わない。
(iii) 痛みの性状は骨を触られるような強い自発性の四肢及び四肢関節の痛みである。
(iv) 炎症所見を伴わない。
(v) 痛みは周期的であり、天候や寒冷曝露で誘発され温めることで改善する。
(vi) 非ステロイド消炎鎮痛剤が痛みを軽度に緩和する。
これらの痛みの特徴のうち、(ii) 乳幼児期から始まり、成人期で寛解し、心臓や自律神経の異常を伴わないことと、(v) 寒冷曝露で誘発され、温めることで改善することの2点は、SCN11Aのパラログ遺伝子であるSCN9AやSCN10Aの変異による遺伝性疼痛の痛みと大きく異なることから、家族性、孤発性(de novo変異による)を問わず、SCN11A遺伝子を原因とする特有の機序に基づく痛みの存在が示された。
Pain-related diseases include, but are not limited to, limb arthralgia, neuropathy due to trauma or pain due to metabolic nerve inflammation, diabetic peripheral nerve injury, and cancer pain. It is preferably familial juvenile periodic limb pain, and particularly preferably familial juvenile periodic limb pain having the following characteristics (i) to (vi).
(i) It is autosomal dominant.
(ii) Pain begins in infancy, resolves in adulthood, and is not accompanied by cardiac conduction damage or epilepsy, except for occasional migraines.
(iii) The nature of the pain is strong spontaneous limb and limb joint pain that touches the bones.
(iv) No inflammatory findings.
(v) Pain is periodic and is induced by weather and cold exposure and ameliorated by warming.
(vi) Non-steroidal anti-inflammatory drugs relieve pain mildly.
Among the characteristics of these pains are (ii) beginning in infancy, remission in adulthood, without cardiac or autonomic abnormalities, and (v) being induced by cold exposure and ameliorating by warming. The two points are significantly different from the pain of hereditary pain caused by mutations in the SCN11A paralog genes SCN9A and SCN10A, so they are peculiar to the SCN11A gene regardless of familial or sporadic (due to de novo mutation). The presence of pain based on this mechanism was shown.

本発明は、SCN11Aが疼痛の原因遺伝子であり、その特定の遺伝子変異が家族性の若年期周期性四肢疼痛を誘発することを初めて見出したことに基づく。即ち、SCN11A遺伝子産物であるNav1.9ナトリウムチャネルの機能異常が、疼痛の発現や、あるいは痛覚鈍麻を引き起こし得ることが、本発明により初めて実証された。このことは、SCN11A遺伝子に疼痛誘発性変異や痛覚鈍麻誘発性変異を有する痛覚異常を発症した哺乳動物において、SCN11A遺伝子産物であるNav1.9ナトリウムチャネルの機能を調節することにより、当該痛覚異常を治療することができることを示している。
従って、本発明はまた、SCN11A遺伝子に疼痛誘発性変異又は痛覚鈍麻誘発性変異を有する哺乳動物における痛覚異常の治療剤であって、該遺伝子産物で構成されるイオンチャネルの調節薬を含有してなる、剤を提供する。
The present invention is based on the first finding that SCN11A is the causative gene of pain and that a particular gene mutation induces familial juvenile periodic limb pain. That is, it was demonstrated for the first time by the present invention that dysfunction of Nav1.9 sodium channel, which is an SCN11A gene product, can cause the onset of pain or hypoalgesia. This means that in mammals with pain-inducing mutations or hypoalgesia-inducing mutations in the SCN11A gene, the pain-sensing abnormalities are caused by regulating the function of the Nav1.9 sodium channel, which is the SCN11A gene product. It shows that it can be treated.
Therefore, the present invention is also a therapeutic agent for hyperalgesia in mammals having a pain-inducing mutation or a hypoalgesia-inducing mutation in the SCN11A gene, and contains an ion channel regulator composed of the gene product. Providing an agent.

治療対象となるSCN11A遺伝子に疼痛誘発性変異又は痛覚鈍麻誘発性変異を有する哺乳動物(例、ヒト、サル、ウシ、ブタ、イヌ、ネコ、マウス、ラット等)は、疼痛又は痛覚鈍麻の症状を示す哺乳動物について、例えばゲノムDNAもしくはDRGニューロン由来mRNAを単離し、SCN11A遺伝子のコード領域にアミノ酸の変化を引き起こす変異を有するか否かを調べることにより推定することができる。疼痛誘発性変異がp.R222H又はp.R222S(ヒト以外の哺乳動物においてはヒトNav1.9タンパク質の222位のアルギニンに対応するアルギニン残基の他のアミノ酸、好ましくはヒスチジン又はセリンへの置換)である場合には、上記の疼痛関連疾患の診断のための検査方法と同様の方法を用いて、当該変異を検出することができる。 Mammalian animals (eg, humans, monkeys, cows, pigs, dogs, cats, mice, rats, etc.) that have a pain-inducing or blunting mutation in the SCN11A gene to be treated develop pain or blunting. The indicated mammal can be estimated, for example, by isolating genomic DNA or mRNA derived from DRG neurons and examining whether or not there is a mutation in the coding region of the SCN11A gene that causes a change in amino acids. Pain-inducing mutations p.R222H or p.R222S (in non-human mammals, substitution of other amino acids of the arginine residue corresponding to arginine at position 222 of the human Nav1.9 protein, preferably histidine or serine) If this is the case, the mutation can be detected by using the same method as the above-mentioned test method for diagnosing a pain-related disease.

疼痛誘発性変異又は痛覚鈍麻誘発性変異を有するSCN11A遺伝子によりコードされる変異Nav1.9タンパク質によって構成されるナトリウムチャネルの特性を決定するために、同定された変異SCN11A遺伝子を哺乳動物由来のDRGニューロン細胞等に導入し、得られる変異Nav1.9タンパク質発現細胞において、パッチクランプ法等の自体公知の電気生理学的アッセイを実施して、ナトリウムチャネルの特性を野生型Nav1.9と比較することができる。 DRG neurons derived from mammals with the identified mutant SCN11A gene to characterize a sodium channel composed of a mutant Nav1.9 protein encoded by the SCN11A gene with a pain-inducing or blunting-induced mutation. In the mutant Nav1.9 protein-expressing cells obtained by introducing into cells or the like, it is possible to carry out an electrophysiological assay known per se, such as the patch clamp method, to compare the characteristics of sodium channels with wild-type Nav1.9. ..

同定された変異SCN11A遺伝子によりコードされる変異Nav1.9タンパク質の、野生型Nav1.9と異なるチャネル特性(例、ナトリウム電流の大きさ、持続性等)を、野生型Nav1.9のそれに近づける作用を有するNav1.9ナトリウムチャネルの調節薬(モジュレーター)を、該変異SCN11A遺伝子を有する哺乳動物に投与することにより、該哺乳動物における疼痛や痛覚鈍麻等の痛覚異常を治療することができる。例えば、痛覚異常が、野生型Nav1.9に比べて過剰な変異Nav1.9によるナトリウム電流の発生による場合、Nav1.9ナトリウムチャネルの遮断薬を投与することにより、当該症状を緩和することができる。そのようなチャネル遮断薬としては、例えば、特開2013-100374号公報、特開2012-149084、特開2012-126751、特開2012-126745、特開2012-126744等に記載の化合物などが挙げられるが、これらに限定されず、他の既知のチャネル遮断薬や、上記の本発明のスクリーニング法により選択される新規薬剤も、好ましく用いることができる。あるいは、変異Nav1.9タンパク質の発現阻害薬として、SCN11A mRNAを標的とするsiRNA、shRNA、miRNA、アンチセンスオリゴ核酸、リボザイムを、Nav1.9ナトリウムチャネルの選択的阻害を目的として用いることもできる。 The action of the mutant Nav1.9 protein encoded by the identified mutant SCN11A gene to bring channel characteristics different from wild-type Nav1.9 (eg, sodium current magnitude, persistence, etc.) closer to those of wild-type Nav1.9. By administering a Nav1.9 sodium channel regulator having the above to a mammal having the mutant SCN11A gene, it is possible to treat pain and pain sensation abnormalities such as blunted pain in the mammal. For example, if the hyperalgesia is due to the generation of sodium currents due to mutation Nav1.9, which is excessive compared to wild-type Nav1.9, the symptoms can be alleviated by administering a Nav1.9 sodium channel blocker. .. Examples of such channel blockers include compounds described in JP2013-100374, JP2012-149084, JP2012-126751, JP2012-126745, JP2012-126744 and the like. However, but not limited to these, other known channel blockers and novel agents selected by the screening method of the present invention described above can also be preferably used. Alternatively, siRNA, shRNA, miRNA, antisense oligonucleic acid, and ribozyme targeting SCN11A mRNA can be used as an expression inhibitor of the mutant Nav1.9 protein for the purpose of selectively inhibiting the Nav1.9 sodium channel.

以下の実施例により本発明をより具体的に説明するが、実施例は本発明の単なる例示にすぎず、本発明の範囲を何ら限定するものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the examples are merely examples of the present invention and do not limit the scope of the present invention in any way.

サンプル
以下の実施例では、4世代にわたり、小児期において周期的に四肢痛を訴える患者家系3家系(家系1〜3)を選択した。被験者全員からインフォームドコンセントを得た。また、本研究は、京都大学及び秋田大学の倫理委員会により承認を受けて行った。
Samples In the examples below, three patient families (family 1-3) who periodically complain of limb pain during childhood were selected for four generations. Informed consent was obtained from all subjects. This study was approved by the Ethics Committee of Kyoto University and Akita University.

実施例1 家系1の連鎖解析及び全ゲノムエクソーム解析
本家系では、乳児期より突発的な四肢痛を生じる。四肢痛は思春期まで、ほぼ低気圧が来ると疼痛が30〜40分持続し、その後1時間半くらい痛みのない時間が生じ、再び痛くなるという2時間サイクルの発作を繰り返す程度の頻度にて推移するものの、その後徐々に改善を認め、成人期では1〜2回/年程度の頻度となる。疼痛は四肢に限定しているものの疼痛部位は不定であり、単肢のみの場合から四肢全ての場合まで様々であり、上肢のみの場合もある。疼痛部位の腫脹・発赤を認めず、拍動痛を伴わず、冷感を伴う鈍痛であり、加温にてやや改善する。骨・筋変化を認めず、神経所見も異常所見を認めない。成人後の体格の異常を認めない。本家系の家系図(第II〜IV世代)を図1(上パネル)に示す。
Example 1 Linkage analysis and whole-genome exome analysis of family 1 In this family, sudden limb pain occurs from infancy. Limb pain lasts for 30 to 40 minutes when a low pressure system arrives until puberty, after which there is a pain-free time of about one and a half hours, and then it becomes painful again. Although it changes, it gradually improves after that, and in adulthood, the frequency is about 1 to 2 times / year. Although the pain is limited to the limbs, the pain site is indefinite, and varies from the case of only one limb to the case of all limbs, and may be only the upper limb. There is no swelling or redness of the painful area, no pulsatile pain, and dull pain with a feeling of coldness, which is slightly improved by warming. No bone / muscle changes were observed, and no abnormal neurological findings were observed. No abnormalities in physique after adulthood are observed. The family tree of the main family (generations II to IV) is shown in Fig. 1 (upper panel).

本家系にて連鎖解析を行い、第3番染色体領域にLODスコア1.20の連鎖領域を認めた。本家系の参加者全8名のエクソームの結果を図1(下パネル)に示す。全患者が有し、非発症者が有さない新規遺伝多型は、ANKRD23、SCN11A、STAB1、RPAP1、ITGA11の5遺伝子であり、機能から、SCN11Aが原因遺伝子であることが予測された。SCN11A遺伝子の変異は、p.R222Hであった。エクソーム解析のQuality Control (QC)およびQuality Assurance(QA)の詳細を以下に示す。 Linkage analysis was performed in the original family, and a linkage region with an LOD score of 1.20 was found in the chromosome 3 region. Figure 1 (lower panel) shows the results of the exomes of all eight participants of the original family. The five novel genetic polymorphisms that all patients have and no non-symptomatic individuals have are ANKRD23, SCN11A, STAB1, RPAP1, and ITGA11, and their functions predicted that SCN11A was the causative gene. The mutation in the SCN11A gene was p.R222H. Details of Quality Control (QC) and Quality Assurance (QA) for exome analysis are shown below.

次世代シークエンサーであるイルミナ社HiSeq 2000を用いて全ゲノムエクソーム解析を行った。ゲノムDNAのキャプチャーにはAgilent社のSureSelect Human All Exon V4 + UTRs Kitを使用し、イルミナ社のプロトコールに従いライブラリを作製した。被験者から調製したゲノムDNAを断片化し、150-200bp(アダプターを含まず)の該ゲノム断片を前記キャプチャーと連結させライブラリーとした。イルミナ社指定のフローセルを使用し、Multiplex sequencingを行った。Read lengthは100bpsとした。RefSeqのデータベースとしてUCSC Genome Browser hg19を使用し、Burrows-Wheeler Aligner 0.6.2 (BWA)を用いて解析した。SNP、In/delの解析にはThe Genome Analysis Toolkit 1.6-13- g91f02df (GATK) を使用した。有効なリード数、塩基数は、後述の家系2の3検体を加えた計11検体で平均して、約8486万read pair、約5.3Gbpであった。解析結果を表1にまとめた。 Whole-genome exome analysis was performed using the next-generation sequencer, Illumina HiSeq 2000. The SureSelect Human All Exon V4 + UTRs Kit from Agilent was used to capture the genomic DNA, and the library was prepared according to the Illumina protocol. Genomic DNA prepared from the subjects was fragmented, and the 150-200 bp (without adapter) genomic fragment was ligated with the capture to form a library. Multiplex sequencing was performed using a flow cell specified by Illumina. The Read length was set to 100 bps. The UCSC Genome Browser hg19 was used as the RefSeq database, and the analysis was performed using Burrows-Wheeler Aligner 0.6.2 (BWA). The Genome Analysis Toolkit 1.6-13-g91f02df (GATK) was used for SNP and In / del analysis. The number of effective reads and bases was about 84.86 million read pairs and about 5.3 Gbps on average for a total of 11 samples including 3 samples from family 2 described later. The analysis results are summarized in Table 1.

MS/NS/Indel/SS/FS/RT (MS, Missense; NS, Nonsense; Indel, Insertion or deletion; SS, Splice Site; FS, Fragile Sites; RT, Read through)を含め、各検体それぞれにおいて、変異は約1万個認められ、発症者に共通し、非発症者に存在しないヘテロ接合体変異は61個であった。そのうち、1kゲノムにおいて、マイナー対立遺伝子頻度 (Minor Allele Frequency, MAF) 1%以下の変異は23個であり、日本人におけるMAF 1%以下の変異は11個であった。その中でdbSNP135に登録されていない新規変異は5個であった。 Mutations in each sample, including MS / NS / Indel / SS / FS / RT (MS, Missense; NS, Nonsense; Indel, Insertion or deletion; SS, Splice Site; FS, Fragile Sites; RT, Read through) Approximately 10,000 were found, and there were 61 heterozygous mutations that were common to affected individuals and were not present in non-affected individuals. Among them, in the 1k genome, there were 23 mutations with a minor allele frequency (MAF) of 1% or less, and 11 mutations with a MAF of 1% or less in Japanese. Among them, 5 new mutations were not registered in dbSNP135.

実施例2 家系2の連鎖解析及び全ゲノムエクソーム解析
家系2(家系図を図2に示す)は、すでに論文として報告されており(Brain Res., 2006, 28(10): 660-662)、家系1とほぼ同様の症状を示している。発端者(IV-1)の兄(IV-2)、弟(IV-3)、母(III-1)及び父(III-1の配偶者)からゲノムDNAを採取し、うち3検体(IV-3、III-1及びIII-1の配偶者)について、実施例1と同様にしてエクソーム解析を行い、その結果を表2にまとめた。
Example 2 Linkage analysis of family tree 2 and whole-genome exome analysis Family tree 2 (family tree is shown in Fig. 2) has already been reported as a paper (Brain Res., 2006, 28 (10): 660-662). , Shows almost the same symptoms as Family 1. Genomic DNA was collected from the proband (IV-1) brother (IV-2), younger brother (IV-3), mother (III-1) and father (spouse of III-1), of which 3 samples (IV) -3, III-1 and III-1 spouses) were subjected to exome analysis in the same manner as in Example 1, and the results are summarized in Table 2.

MS/NS/Indel/SS/FS/RTを含め、各検体それぞれにおいて、変異は約1万個認められ、発症者に共通し、非発症者に存在しないヘテロ接合体変異は1332個であった。そのうち、1kゲノムにおいて、MAF1%以下の変異は238個であり、日本人におけるMAF 1%以下の変異は165個であった。その中でdbSNP135に登録されていない新規変異は59個であった。このうち、イオンチャネルの遺伝子は家系1と共通するSCN11Aのみで、変異はp.R222Sであった。この症例では、発症時に三叉神経節に存在する神経終末から放出されることが知られているsubstance P(9.3-12.6 pg/ml; 対照4.8+2.4 pg/ml)の上昇、CGRPの上昇(20.9-30.7 pg/ml; 対照13.4+4.4 pg/ml)が認められた。 Approximately 10,000 mutations were found in each sample, including MS / NS / Indel / SS / FS / RT, and there were 1332 heterozygous mutations common to affected individuals and not present in non-affected individuals. .. Of these, in the 1k genome, there were 238 mutations with MAF of 1% or less, and 165 mutations with MAF of 1% or less in Japanese. Among them, 59 new mutations were not registered in dbSNP135. Of these, the only ion channel gene was SCN11A, which is common to family 1, and the mutation was p.R222S. In this case, elevation of substance P (9.3-12.6 pg / ml; control 4.8 + 2.4 pg / ml) and elevation of CGRP (20.9), which are known to be released from nerve endings present in the trigeminal ganglion at the time of onset. -30.7 pg / ml; control 13.4 + 4.4 pg / ml) was observed.

実施例3 家系3の解析
本家系の第IV世代発端者(IV-1)は、2歳男児で、41週、2954g、仮死なしである。熱性痙攣5回の既往があるが、脳波異常はみられない。1歳11カ月頃から、突如泣きだすエピソードが出現した。下肢が床につけられないなど自分で訴えるようになったので気付いた。疼痛部位は四肢の関節で、肘、膝、足首、手首など。膝が多い。1回の疼痛は5分程度が多いが1日に何度も生じる。疼痛発作時に他の随伴症状はない(発熱、発赤、腫脹等)。天気の悪い時、気圧の低下時、また日中よりは夜に多い。疼痛時にはバファリンを内服している。父(III-5)も幼少期から同症状を呈したが、学生時代はサッカー部に所属し、成人になって疼痛の頻度は圧倒的に減少した。本家系では、少なくともII-4、III-5、IV-1では頭痛はなく、III-3、III-4もIII-5によれば頭痛はないとのことである(III-1、III-2については、詳細は不明)。III-5とIII-6とは近親婚ではない。I-2はすでに死亡しており、症状の有無は確認されていない。II-2は、III-5が知る限り症状はない。
本家系において、SCN11Aの全エクソンの遺伝子配列を、発端者IV-1及びその両親(III-5及びIII-6)のゲノムについて調べたところ、IV-1と父(III-5)においてp.R222H変異を認めた(図4)この変異は、非発症の母(III-6)には認めなかった。
Example 3 Analysis of Family 3 The IV-1 proband (IV-1) of the original family was a 2-year-old boy, 41 weeks, 2954 g, without asphyxia. He has a history of febrile convulsions 5 times, but no EEG abnormalities are observed. From around 1 year and 11 months, an episode that suddenly started crying appeared. I noticed that I started complaining about my lower limbs not being able to touch the floor. The pain area is the joints of the limbs, such as the elbows, knees, ankles, and wrists. I have a lot of knees. One pain is usually about 5 minutes, but it occurs many times a day. There are no other concomitant symptoms during a pain attack (fever, redness, swelling, etc.). More often at night than during the day, when the weather is bad, when the air pressure drops. I take bufferin when I have pain. My father (III-5) also had the same symptoms from an early age, but he belonged to the soccer club when he was a student, and the frequency of pain decreased overwhelmingly as an adult. In the original family, at least II-4, III-5, IV-1 have no headache, and III-3, III-4 also have no headache according to III-5 (III-1, III-). Details of 2 are unknown). III-5 and III-6 are not consanguineous marriages. I-2 has already died and no symptoms have been confirmed. II-2 has no symptoms as far as III-5 knows.
In the original family, the gene sequences of all exons of SCN11A were examined for the genomes of proband IV-1 and its parents (III-5 and III-6), and as a result, IV-1 and father (III-5) p. R222H mutation was observed (Fig. 4) This mutation was not observed in non-onset mothers (III-6).

実施例4 患者居住地域の一般集団でのSCN11A遺伝子変異のアレル頻度
患者の居住地域における一般人口150人において、制限酵素を用いて変異アレルp.R222H及びp.R222Sの頻度を解析した。一般人口150人において、2つの変異は認められず、95%CIは0-0.0122であった。
Example 4 Allele frequency of SCN11A gene mutation in the general population of the patient's residential area The frequencies of the mutant alleles p.R222H and p.R222S were analyzed using restriction enzymes in the general population of 150 in the patient's residential area. In the general population of 150, no two mutations were found, with a 95% CI of 0-0.0122.

本発明を好ましい態様を強調して説明してきたが、好ましい態様が変更され得ることは当業者にとって自明である。 Although the present invention has been described with emphasis on preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that preferred embodiments can be modified.

ここで述べられた特許及び特許出願明細書を含む全ての刊行物に記載された内容は、ここに引用されたことによって、その全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。 The contents of all publications, including the patents and patent application specifications mentioned herein, are incorporated herein by reference in their entirety to the same extent as expressly stated. ..

現在に至るまで、SCN11Aの関わる痛みについては不明であった。本発明により、きわめて特徴的な若年期周期性四肢疼痛を発症する3家系において、SCN11Aが原因遺伝子であることと、痛み発現に関わるアミノ酸の部位が222位のアルギニンの置換であることを明らかにした。このことにより、高齢者に多発する四肢関節の痛み、慢性炎症による疼痛、担癌患者の骨の痛みなどに有効な新たな機序による副作用の少ない鎮痛剤の創薬の可能性が示された。
SCN11A遺伝子の発現は、神経細胞、特に末梢知覚神経節の小型侵害受容ニューロンに限局していることから、他臓器への影響の非常に少ない選択性の高い疼痛治療薬の開発が可能となる。従って、本発明は産業上きわめて有用である。
To date, the pain associated with SCN11A has been unknown. The present invention reveals that SCN11A is the causative gene and that the amino acid site involved in pain development is a substitution of arginine at position 222 in three families that develop extremely characteristic juvenile periodic limb pain. did. This indicates the possibility of discovering analgesics with few side effects by a new mechanism that is effective for pain in limb joints that frequently occur in elderly people, pain due to chronic inflammation, and bone pain in cancer-bearing patients. ..
Since the expression of the SCN11A gene is localized to nerve cells, especially small nociceptive neurons of peripheral sensory ganglia, it is possible to develop highly selective pain therapeutic agents having very little effect on other organs. Therefore, the present invention is extremely useful industrially.

Claims (13)

以下の(a)〜()のいずれかのタンパク質。
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列において、1〜50個のアミノ酸が欠失及び/又は置換及び/又は挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列(但し、222位の置換を除く)を有し、かつ、疼痛誘発作用を有するタンパク
(c)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質の、他の哺乳動物におけるオルソログであって、該アミノ酸配列の222位に対応するアミノ酸残基がヒスチジン又はセリンであり、かつ疼痛誘発作用を有するタンパク質
Any of the following proteins (a) to ( c ).
(A) Protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, 1 to 50 amino acids were deleted and / or substituted and / or inserted and / or added. amino acid sequence (except for substitution of position 222) has, and protein having a pain-inducing activity
(C ) An ortholog of the protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in other mammals, in which the amino acid residue corresponding to position 222 of the amino acid sequence is histidine or serine, and has a pain-inducing effect. Protein
請求項1に記載のタンパク質をコードする核酸。 A nucleic acid encoding the protein according to claim 1. 請求項2に記載の核酸を含むベクター。 A vector containing the nucleic acid according to claim 2. 請求項3に記載のベクターで形質転換された宿主細胞。 A host cell transformed with the vector according to claim 3. 宿主細胞が哺乳動物細胞であり、内因性のSCN11Aをコードする核酸が請求項2に記載の核酸で置換された、請求項4に記載の細胞。 The cell according to claim 4, wherein the host cell is a mammalian cell, and the nucleic acid encoding endogenous SCN11A is replaced with the nucleic acid according to claim 2. 請求項4に記載の細胞を培養し、該培養物から請求項1に記載のタンパク質を回収することを含む、該タンパク質の製造方法。 A method for producing a protein, which comprises culturing the cell according to claim 4 and recovering the protein according to claim 1 from the culture. 請求項2に記載の核酸を外因的に発現し、疼痛の表現型を示すトランスジェニック非ヒト哺乳動物又はその生体の一部。 A transgenic non-human mammal or a part of a living body thereof that exogenously expresses the nucleic acid according to claim 2 and exhibits a pain phenotype. 非ヒト哺乳動物の内因性SCN11Aをコードする核酸が請求項2に記載の核酸で置換された、請求項7に記載の動物又はその生体の一部。 The animal or part of a living body thereof according to claim 7, wherein the nucleic acid encoding the endogenous SCN11A of a non-human mammal is replaced with the nucleic acid according to claim 2. 非ヒト哺乳動物がマウス又はラットである、請求項7又は8に記載の動物又はその生体の一部。 The animal or part of a living body thereof according to claim 7 or 8, wherein the non-human mammal is a mouse or rat. 請求項5に記載の細胞、あるいは請求項7−9のいずれか1項に記載の動物又はその生体の一部に被検物質を接触させ、疼痛の表現型を改善した被検物質を選択することを特徴とする、疼痛を抑制する物質をスクリーニングする方法。 A test substance is selected by bringing the test substance into contact with the cell according to claim 5 or a part of the animal or a living body thereof according to any one of claims 7-9 to improve the pain phenotype. A method of screening for substances that suppress pain. 疼痛を抑制する物質をスクリーニングする方法であって、
(a)請求項5に記載の細胞あるいは請求項7−9のいずれか1項に記載の非ヒト哺乳動物又はその生体の一部に、被験物質を接触させる工程、
(b)被検物質を接触させた場合と、させない場合とのそれぞれにおいて、請求項1に記載のタンパク質又は請求項2に記載の核酸の発現レベルを測定する工程、及び
(c)(b)において、発現レベルを低下させた被検物質を、疼痛を抑制する物質として選択する工程
を含む、方法。
A method of screening for substances that suppress pain
(A) A step of bringing a test substance into contact with the cell according to claim 5 or a part of the non-human mammal according to any one of claims 7-9 or a living body thereof.
(B) The steps of measuring the expression level of the protein according to claim 1 or the nucleic acid according to claim 2 in the case where the test substance is brought into contact with the test substance and in the case where the test substance is not brought into contact with each other, and (c) (b). A method comprising the step of selecting a test substance having a reduced expression level as a substance that suppresses pain.
被験者から採取した生体試料中の、請求項1に記載のタンパク質又は請求項2に記載の核酸の存在を検出することを特徴とする、該被験者における疼痛関連疾患の診断のための検査方法。 A test method for diagnosing a pain-related disease in a subject, which comprises detecting the presence of the protein according to claim 1 or the nucleic acid according to claim 2 in a biological sample collected from a subject. SCN11A遺伝子に疼痛誘発性変異を有する哺乳動物における痛覚異常の治療剤であって、該遺伝子産物で構成されるイオンチャネルの遮断薬、又は該遺伝子のmRNAを標的とするsiRNA、shRNA、miRNA、アンチセンスオリゴ核酸及びリボザイムからなる群から選択される該遺伝子の発現阻害薬を含有し、かつ前記疼痛誘発性変異を有するSCN11A遺伝子が、
(a)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(b)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質の、他の哺乳動物におけるオルソログであって、該アミノ酸配列の222位に対応するアミノ酸残基がヒスチジン又はセリンであり、かつ疼痛誘発作用を有するタンパク質をコードする、剤。
A therapeutic agent for pain sensation abnormalities in mammals having a pain-inducing mutation in the SCN11A gene, which is a blocker of an ion channel composed of the gene product, or siRNA, shRNA, miRNA, anti, which targets the mRNA of the gene. The SCN11A gene, which contains an expression inhibitor of the gene selected from the group consisting of sense oligonucleic acid and ribozyme, and has the pain-inducing mutation,
An ortholog of (a) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or (b) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in other mammals, corresponding to position 222 of the amino acid sequence. An agent that encodes a protein whose amino acid residue is histidine or serine and has a pain-inducing effect.
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