JP7353631B2 - Probe, kit for determining mitochondrial status, method for determining mitochondrial status, and screening method for mitochondrial function improving agents - Google Patents

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本発明は、プローブ、ミトコンドリアの状態判定用キット、ミトコンドリアの状態判定方法及びミトコンドリア機能改善剤のスクリーニング方法に関する。 The present invention relates to a probe, a kit for determining mitochondrial status, a method for determining mitochondrial status, and a method for screening mitochondrial function improving agents.

人類の肥満化は解決されるべき喫緊の課題である。肥満化を抑制するために、蓄積したエネルギー、すなわち脂肪を熱へと放散させる褐色脂肪細胞及びベージュ細胞の機能を高めることが考えられる。褐色脂肪細胞による熱産生に重要な細胞小器官がミトコンドリアである。ミトコンドリアを活性化する薬剤があれば肥満化の抑制の他、ミトコンドリア病の治療が可能となる。 Human obesity is an urgent issue that must be solved. In order to suppress obesity, it is possible to enhance the function of brown fat cells and beige cells that dissipate accumulated energy, that is, fat, into heat. Mitochondria are important organelles for heat production by brown fat cells. If there is a drug that activates mitochondria, it would be possible to suppress obesity and treat mitochondrial diseases.

特許文献1には、カルノシン又はアンセリンを有効成分とする、ミトコンドリア活性化剤が開示されている。当該ミトコンドリア活性化剤によって、ミトコンドリアの生合成が促進される。 Patent Document 1 discloses a mitochondrial activator containing carnosine or anserine as an active ingredient. The mitochondrial activator promotes mitochondrial biogenesis.

特開2015-097507号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-097507

上記特許文献1に開示されたミトコンドリア活性化剤のようにミトコンドリアの量を増加させるのではなく、個々のミトコンドリアを活性化させる薬剤を探索するには、ミトコンドリアの活性化、特にミトコンドリアにおける熱産生及びエネルギー代謝の活性化を反映する指標が必要である。しかし、ミトコンドリアの制御機構はあまりよく理解されておらず、ミトコンドリアの活性化に関連する有望なマーカーは特定されていないのが現状である。 In order to search for a drug that activates individual mitochondria rather than increasing the amount of mitochondria as the mitochondrial activator disclosed in Patent Document 1 mentioned above, it is necessary to activate mitochondrial activation, especially heat production in mitochondria. An index that reflects the activation of energy metabolism is needed. However, the regulatory mechanism of mitochondria is not very well understood, and no promising markers related to mitochondrial activation have currently been identified.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ミトコンドリアの活性化をモニターし、ミトコンドリアの状態を判定することができるプローブ、ミトコンドリアの状態判定用キット及びミトコンドリアの状態判定方法、並びにミトコンドリアの活性化に基づいて被験物質を評価できるミトコンドリア機能改善剤のスクリーニング方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a probe capable of monitoring mitochondrial activation and determining the mitochondrial state, a kit for determining the mitochondrial state, a method for determining the mitochondrial state, and a method for determining the mitochondrial state. The purpose of the present invention is to provide a screening method for mitochondrial function improving agents that can evaluate test substances based on activation.

本発明者は、鋭意研究を重ね、小胞体(ER)に存在するセンサー分子であるPKR-like endoplasmic reticulum kinase(以下、「PERK」ともいう)の所定のアミノ酸残基がミトコンドリアストレス依存的にリン酸化されること、さらにはこのリン酸化が褐色脂肪細胞の熱産生及びエネルギー代謝の活性化に必須であることを見出し、本発明を完成させた。 The present inventor has conducted extensive research and found that specific amino acid residues of PKR-like endoplasmic reticulum kinase (hereinafter also referred to as "PERK"), a sensor molecule present in the endoplasmic reticulum (ER), are phosphorylated in a mitochondrial stress-dependent manner. We have completed the present invention by discovering that brown fat cells are oxidized and that this phosphorylation is essential for activation of heat production and energy metabolism in brown fat cells.

本発明の第1の観点に係るプローブは、
PKR-like endoplasmic reticulum kinaseのキナーゼインサートのN末端側からC末端側に向かってRSRSFSVで示されるアミノ酸配列における少なくとも1個のリン酸化されたセリン残基を認識して、前記PKR-like endoplasmic reticulum kinaseに結合する。
The probe according to the first aspect of the present invention is
Recognizing at least one phosphorylated serine residue in the amino acid sequence shown in RSRSFSV from the N-terminal side to the C-terminal side of the kinase insert of the PKR-like endoplasmic reticulum kinase, the PKR-like endoplasmic reticulum kinase join to.

上記本発明の第1の観点に係るプローブは、
抗体である、
こととしてもよい。
The probe according to the first aspect of the present invention includes:
is an antibody,
It may also be a thing.

本発明の第2の観点に係るミトコンドリアの状態判定用キットは、
上記本発明の第1の観点に係るプローブを備える。
The mitochondrial status determination kit according to the second aspect of the present invention includes:
The probe according to the first aspect of the present invention is provided.

本発明の第3の観点に係るミトコンドリアの状態判定方法は、
細胞において、PKR-like endoplasmic reticulum kinaseのキナーゼインサートのN末端側からC末端側に向かってRSRSFSVで示されるアミノ酸配列における少なくとも1個のリン酸化されたセリン残基を検出する検出ステップを含む。
The method for determining the state of mitochondria according to the third aspect of the present invention includes:
The method includes a detection step of detecting at least one phosphorylated serine residue in the amino acid sequence represented by RSRSFSV from the N-terminal side to the C-terminal side of the kinase insert of PKR-like endoplasmic reticulum kinase in the cell.

この場合、前記細胞は、
褐色脂肪細胞である、
こととしてもよい。
In this case, the cell is
brown fat cells,
It may also be a thing.

本発明の第4の観点に係るミトコンドリア機能改善剤のスクリーニング方法は、
細胞を被験物質に暴露する暴露ステップと、
前記細胞において、PKR-like endoplasmic reticulum kinaseのキナーゼインサートのN末端側からC末端側に向かってRSRSFSVで示されるアミノ酸配列における少なくとも1個のリン酸化されたセリン残基を検出する検出ステップと、
前記検出ステップの結果に基づいて前記被験物質を選択する選択ステップと、
を含む。
The method for screening mitochondrial function improving agents according to the fourth aspect of the present invention includes:
an exposure step of exposing the cells to the test substance;
a detection step of detecting at least one phosphorylated serine residue in the amino acid sequence represented by RSRSFSV from the N-terminal side to the C-terminal side of the kinase insert of PKR-like endoplasmic reticulum kinase in the cell;
a selection step of selecting the test substance based on the result of the detection step;
including.

この場合、前記細胞は、
褐色脂肪細胞である、
こととしてもよい。
In this case, the cell is
brown fat cells,
It may also be a thing.

本発明に係るプローブ、ミトコンドリアの状態判定用キット及びミトコンドリアの状態判定方法によれば、ミトコンドリアの活性化をモニターし、ミトコンドリアの状態を判定することができる。また、本発明に係るミトコンドリア機能改善剤のスクリーニング方法によれば、ミトコンドリアの活性化に基づいて被験物質を評価できる。 According to the probe, mitochondrial state determination kit, and mitochondrial state determination method of the present invention, mitochondrial activation can be monitored and mitochondrial state can be determined. Furthermore, according to the screening method for mitochondrial function improving agents according to the present invention, test substances can be evaluated based on mitochondrial activation.

マウスPERKの構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the structure of mouse PERK. 試験例1に係る未分化細胞及び成熟褐色脂肪細胞の電子顕微鏡解析の結果を示す図である。(A)及び(B)は、それぞれ未分化細胞及び成熟褐色脂肪細胞の電子顕微鏡画像を示す図である。(C)はミトコンドリア-ER近接領域の長さの平均値を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the results of electron microscopic analysis of undifferentiated cells and mature brown adipocytes according to Test Example 1. (A) and (B) are diagrams showing electron microscopic images of undifferentiated cells and mature brown adipocytes, respectively. (C) is a diagram showing the average length of the mitochondria-ER proximal region. 試験例2に係るマウスのPERK及びER内腔領域を欠失させたPERK変異体の構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the structure of a mouse PERK and a PERK mutant in which the ER luminal region is deleted according to Test Example 2. 試験例2に係る褐色脂肪細胞の分化過程におけるPERK等の発現を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the expression of PERK and the like during the differentiation process of brown adipocytes according to Test Example 2. 試験例2に係るPERK変異体を発現させた褐色脂肪細胞の分化過程におけるPERKの発現を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the expression of PERK during the differentiation process of brown adipocytes expressing the PERK mutant according to Test Example 2. 試験例3に係るPERKの発現抑制によるミトコンドリア形態異常を示す図である。(A)及び(B)は、それぞれコントロールとしての標的のないsiRNA(sictrl)及びPERKを標的とするsiRNA(siPERK)を導入した細胞の電子顕微鏡画像を示す。(C)及び(D)は、それぞれ(A)及び(B)の白枠で囲った部分の拡大像を示す。(E)は細胞あたりの発達したミトコンドリアの割合を示す。FIG. 7 is a diagram showing abnormal mitochondrial morphology due to suppression of PERK expression according to Test Example 3. (A) and (B) show electron microscopy images of cells transfected with siRNA without a target (sictrl) and siRNA targeting PERK (siPERK) as controls, respectively. (C) and (D) show enlarged images of the parts surrounded by white frames in (A) and (B), respectively. (E) shows the percentage of developed mitochondria per cell. 試験例4に係るPERKを介したミトコンドリア関連タンパク質の発現を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the expression of mitochondrial-related proteins via PERK according to Test Example 4. 試験例5に係る酸化的リン酸化によるATP産生の割合の経時変化を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing changes over time in the rate of ATP production due to oxidative phosphorylation according to Test Example 5. 実施例1に係る抗体で検出された、リン酸化されたPERKを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing phosphorylated PERK detected with the antibody according to Example 1. 実施例2に係る褐色脂肪細胞の分化過程におけるPERK等の発現を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the expression of PERK and the like during the differentiation process of brown adipocytes according to Example 2. 実施例3におけるβ3アドレナリン受容体刺激により誘導されるPERKのリン酸化の解析結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the analysis results of PERK phosphorylation induced by β3 adrenergic receptor stimulation in Example 3. 実施例4における細胞染色によるミトコンドリアストレス依存的なPERKのリン酸化を示す図である。(A)及び(B)は、それぞれミトコンドリアストレスを加えていない細胞及びミトコンドリアストレスを加えた細胞の顕微鏡画像を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing mitochondrial stress-dependent phosphorylation of PERK by cell staining in Example 4. (A) and (B) are diagrams showing microscopic images of cells to which mitochondrial stress has not been applied and cells to which mitochondrial stress has been applied, respectively. 実施例5におけるドットブロット法の結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of the dot blotting method in Example 5. 試験例6におけるβ3アドレナリン受容体刺激による熱産生の解析結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the analysis results of heat production due to β3 adrenergic receptor stimulation in Test Example 6.

本発明に係る実施の形態について説明する。なお、本発明は下記の実施の形態によって限定されるものではない。 Embodiments according to the present invention will be described. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below.

(実施の形態1)
本実施の形態に係るプローブは、PERKのキナーゼインサートに含まれるリン酸化されたセリン残基を認識して、PERKに結合する。図1は全長1114残基からなるマウスPERKの構造を示す。PERKは、ER内腔に配置されるER内腔領域、膜貫通領域及びキナーゼ領域を含む。キナーゼ領域にはキナーゼインサートが含まれる。上記セリン残基はキナーゼインサートにおける3個のセリン残基である。マウスPERKのアミノ酸配列を配列番号1に示す。マウスPERKの場合、上記の3個のセリン残基は、PERKのN末端側から715、717及び719番目のセリン残基である。
(Embodiment 1)
The probe according to this embodiment recognizes the phosphorylated serine residue contained in the kinase insert of PERK and binds to PERK. Figure 1 shows the structure of mouse PERK, which consists of a total length of 1114 residues. PERK includes an ER lumen region located in the ER lumen, a transmembrane region, and a kinase region. The kinase region includes a kinase insert. The serine residues mentioned above are the three serine residues in the kinase insert. The amino acid sequence of mouse PERK is shown in SEQ ID NO: 1. In the case of mouse PERK, the three serine residues mentioned above are the 715th, 717th, and 719th serine residues from the N-terminus of PERK.

哺乳類のPERKでは、上記セリン残基を含む部分のアミノ酸配列が高度に保存されている。例えば、マウスPERKのN末端側から714番目から720番目までのアミノ酸配列、ヒトPERKのN末端側から718番目から724番目までのアミノ酸配列、及びラットPERKのN末端側から714番目から720番目までのアミノ酸配列は、いずれも“RSRSFSV”(配列番号2)である。 In mammalian PERK, the amino acid sequence of the portion containing the serine residue is highly conserved. For example, the amino acid sequence from positions 714 to 720 from the N-terminus of mouse PERK, the amino acid sequence from positions 718 to 724 from the N-terminus of human PERK, and the amino acid sequence from positions 714 to 720 from the N-terminus of rat PERK. The amino acid sequence of both is "RSRSFSV" (SEQ ID NO: 2).

プローブは、“RSRSFSV”で示されるアミノ酸配列における少なくとも1個のリン酸化されたセリン残基を認識して、PERKに結合するものであれば限定されない。プローブとしては、上記のリン酸化されたセリン残基を認識してPERKに結合する、抗体、アプタマー及び化合物等が挙げられる。アプタマーは、少なくともリン酸化された上記セリン残基を含むPERKの部分配列(ペプチド)を標的としたin vitro selection法及びSELEX法等の公知の方法で取得できる。化合物は、結合アッセイ、例えば、アフィニティクロマトグラフィ、分光学的方法、ゲルろ過法及び表面プラズモン共鳴測定法等で選択することができる。 The probe is not limited as long as it recognizes at least one phosphorylated serine residue in the amino acid sequence shown by "RSRSFSV" and binds to PERK. Examples of the probe include antibodies, aptamers, and compounds that recognize the above-mentioned phosphorylated serine residues and bind to PERK. Aptamers can be obtained by known methods such as in vitro selection methods and SELEX methods that target a partial sequence (peptide) of PERK containing at least the phosphorylated serine residue. Compounds can be selected by binding assays, such as affinity chromatography, spectroscopic methods, gel filtration methods and surface plasmon resonance measurements.

好ましくは、プローブは抗体である。抗体は上記ペプチドを抗原ペプチドとして公知の方法で作製できる。免疫の対象とする動物は、マウス、ラット、ウサギ、ヤギ及びニワトリ等である。好適には、上記ペプチドは上記のリン酸化された3個のセリン残基を含む。 Preferably the probe is an antibody. Antibodies can be produced using the above-mentioned peptides as antigen peptides by known methods. Animals targeted for immunization include mice, rats, rabbits, goats, and chickens. Preferably, said peptide comprises three phosphorylated serine residues as described above.

抗体はポリクローナル抗体であってもモノクローナル抗体であってもよい。ポリクローナル抗体の作製では、動物に抗原ペプチドを繰り返し注射し、所定期間経過後に回収した血液から抗体を精製すればよい。好ましくは、ポリクローナル抗体は、抗原ペプチドをアジュバントともに感作させたウサギ等の動物から採血し、抗原ペプチドによりaffinity精製した後、上記抗原ペプチドと同じアミノ酸配列で、かつセリン残基がリン酸化されていないペプチドを用いた吸収作業により得られる。 The antibody may be a polyclonal antibody or a monoclonal antibody. In producing polyclonal antibodies, an antigen peptide may be repeatedly injected into an animal, and the antibody may be purified from blood collected after a predetermined period of time. Preferably, the polyclonal antibody is obtained by collecting blood from an animal such as a rabbit that has been sensitized with an antigenic peptide together with an adjuvant, and after affinity purification with the antigenic peptide, the polyclonal antibody has the same amino acid sequence as the antigenic peptide and has no serine residue phosphorylated. obtained by absorption work using peptides that do not contain peptides.

モノクローナル抗体の作製では、抗原ペプチドで免疫した動物の脾臓又はリンパ節からB細胞を採取し、細胞融合によってハイブリドーマを得る。抗原ペプチドに反応するハイブリドーマを選択し、クローン化すればよい。当該ハイブリドーマによってモノクローナル抗体を産生することができる。 In producing monoclonal antibodies, B cells are collected from the spleen or lymph nodes of animals immunized with antigenic peptides, and hybridomas are obtained by cell fusion. Hybridomas that react with the antigen peptide may be selected and cloned. Monoclonal antibodies can be produced by the hybridoma.

抗原ペプチドのアミノ酸残基数は特に限定されないが、例えばリン酸化された上記3個のセリンを含む10~20、11~15又は12~14個である。抗原ペプチドのアミノ酸配列は、例えば配列番号2に示されるアミノ酸配列を包含するPSPERSRSFSVGI(配列番号3)である。 The number of amino acid residues in the antigenic peptide is not particularly limited, but is, for example, 10 to 20, 11 to 15, or 12 to 14, including the three phosphorylated serines. The amino acid sequence of the antigenic peptide is, for example, PSPERSRSFSVGI (SEQ ID NO: 3), which includes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2.

下記試験例2及び下記実施例1に示すように、当該プローブは、褐色脂肪細胞の分化過程においてERストレス非依存的にリン酸化された上記セリン残基を認識してPERKに結合する。下記試験例2及び下記試験例4によれば、PERKの上記セリン残基のリン酸化は、褐色脂肪細胞のミトコンドリアにおける熱産生因子UCP1の発現に必須である。また、PERKの上記セリン残基のリン酸化は、分化誘導した褐色脂肪細胞におけるミトコンドリアの発達に重要であり(下記試験例3参照)、かつ分化過程におけるミトコンドリアでの酸化的リン酸化によるATP産生に関与する(下記試験例5参照)。さらに下記試験例6によれば、上記セリン残基のリン酸化によって制御されるミトコンドリア発生が熱産生に必須である。よって、PERKの上記セリン残基のリン酸化は、ミトコンドリアにおける熱産生及びエネルギー代謝の活性化に関与する。 As shown in Test Example 2 and Example 1 below, the probe recognizes the serine residue that is phosphorylated in an ER stress-independent manner during the differentiation process of brown adipocytes and binds to PERK. According to Test Example 2 and Test Example 4 below, phosphorylation of the serine residue of PERK is essential for the expression of thermogenic factor UCP1 in the mitochondria of brown adipocytes. In addition, phosphorylation of the serine residue of PERK is important for mitochondrial development in differentiated brown adipocytes (see Test Example 3 below), and is also important for ATP production through oxidative phosphorylation in mitochondria during the differentiation process. (See Test Example 5 below). Furthermore, according to Test Example 6 below, mitochondrial development controlled by phosphorylation of the serine residues is essential for thermogenesis. Therefore, phosphorylation of the serine residue of PERK is involved in activation of heat production and energy metabolism in mitochondria.

本実施の形態に係るプローブは、細胞における熱産生及びエネルギー代謝の活性化に関与するPERKのリン酸化された上記セリン残基を認識してPERKに結合するため、当該プローブを検出することで、ミトコンドリアの活性化をモニターすることができる。 The probe according to this embodiment recognizes the phosphorylated serine residue of PERK, which is involved in the activation of thermogenesis and energy metabolism in cells, and binds to PERK. Therefore, by detecting the probe, Mitochondrial activation can be monitored.

当該プローブは、公知の方法で検出できる。例えば、プローブを検出するには、プローブを直接標識すればよい。プローブとしての抗体を直接標識する場合、抗体は、放射性同位体、蛍光色素又は発色反応で用いる酵素等で標識される。標識された抗体は、免疫反応によってPERKのリン酸化された上記セリン残基に結合する。放射性同位体で標識した抗体を用いる場合、免疫反応後に放射性同位体の放射線を検出すればよい。蛍光色素で標識した抗体を用いる場合、免疫反応の後に蛍光色素に対する励起波長の光を当て、その蛍光を検出すればよい。発色反応で用いる酵素で標識した抗体を用いる場合、免疫反応後に当該酵素に対する発色基質を反応させ、生じた色によってPERKを検出すればよい。 The probe can be detected by a known method. For example, to detect a probe, the probe may be directly labeled. When directly labeling an antibody as a probe, the antibody is labeled with a radioactive isotope, a fluorescent dye, an enzyme used in a coloring reaction, or the like. The labeled antibody binds to the phosphorylated serine residue of PERK by immunoreaction. When using an antibody labeled with a radioisotope, the radiation of the radioisotope may be detected after the immune reaction. When using an antibody labeled with a fluorescent dye, after the immunoreaction, light at an excitation wavelength for the fluorescent dye may be applied and the fluorescence detected. When using an antibody labeled with an enzyme used in a chromogenic reaction, a chromogenic substrate for the enzyme may be reacted after the immunoreaction, and PERK may be detected based on the resulting color.

放射性同位体としては、例えば、重水素(H)、三重水素(H)、10B、11B、13C、15N及び18O等が挙げられる。発色反応で用いる酵素は、公知の酵素、例えば、アルカリホスファターゼ及びペルオキシダーゼ等である。蛍光色素は、公知の任意のものが使用でき、例えば、FITC、Cy2、Cy3、フルオレセイン、ローダミン、ダンシル及びカルボシアニン誘導体等である。蛍光色素は、蛍光タンパク質でもよく、例えば緑色蛍光タンパク質及びその変異体等である。 Examples of radioactive isotopes include deuterium ( 2 H), tritium ( 3 H), 10 B, 11 B, 13 C, 15 N, and 18 O. Enzymes used in the color reaction are known enzymes, such as alkaline phosphatase and peroxidase. Any known fluorescent dye can be used, such as FITC, Cy2, Cy3, fluorescein, rhodamine, dansyl, and carbocyanine derivatives. The fluorescent dye may be a fluorescent protein, such as green fluorescent protein and variants thereof.

プローブとして抗体を採用する場合、上記プローブとしての一次抗体と、当該一次抗体に特異的に結合する二次抗体とを用いる間接蛍光抗体法でプローブを検出してもよい。二次抗体は、例えば蛍光色素で標識される。一次抗体として、ヒト以外の動物、例えばヤギで作製した上記セリン残基がリン酸化されたPERKに対するヤギ抗体を使用し、二次抗体として、蛍光色素で標識されたロバ抗ヤギ抗体を使用すればよい。なお、抗体の標識には、アビジン-ビオチンシステムを用いてもよい。 When an antibody is employed as a probe, the probe may be detected by an indirect fluorescent antibody method using a primary antibody as the probe and a secondary antibody that specifically binds to the primary antibody. The secondary antibody is labeled with, for example, a fluorescent dye. As the primary antibody, a goat antibody against PERK prepared in a non-human animal, for example, a goat, in which the serine residue is phosphorylated, is used, and as the secondary antibody, a donkey anti-goat antibody labeled with a fluorescent dye is used. good. Note that an avidin-biotin system may be used to label the antibody.

本実施の形態に係るプローブは、ミトコンドリアにおける熱産生及びエネルギー代謝の活性化に必要なリン酸化された上記セリン残基を介してPERKに結合する。このため、当該プローブを用いて、ミトコンドリアの状態を判定することができる。そこで、他の実施の形態では、上記プローブを備える、ミトコンドリアの状態判定用キットが提供される。 The probe according to this embodiment binds to PERK via the phosphorylated serine residue, which is necessary for activation of heat production and energy metabolism in mitochondria. Therefore, the state of mitochondria can be determined using the probe. Therefore, in another embodiment, a kit for determining the state of mitochondria is provided, which includes the above probe.

ミトコンドリアの状態判定方法として、ミトコンドリアの状態判定用キットの使用方法について説明する。当該方法は、検出ステップを含む。検出ステップでは、細胞において、PERKの少なくとも1個のリン酸化された上記セリン残基を検出する。細胞は特に限定されず、例えば、ヒト、サル、ウシ、ウマ、ウサギ、マウス、ラット、モルモット及びハムスター等の哺乳動物の各種細胞である。細胞としては、心筋細胞、平滑筋細胞、脂肪細胞、線維芽細胞、骨細胞、軟骨細胞、破骨細胞、実質細胞、表皮角化細胞、上皮細胞、内皮細胞、神経細胞、グリア細胞、脾細胞、膵臓β細胞、メサンギウム細胞、ランゲルハンス細胞、肝細胞、及びこれらの前駆細胞が例示される。細胞は、間葉系幹細胞、胚性幹細胞、胚性生殖細胞、成体幹細胞及び人工多能性幹細胞(iPS細胞)等であってもよい。また、細胞は、正常細胞の他、癌細胞等の細胞、又はHeLa細胞、CHO細胞、Vero細胞、HEK293細胞、HepG2細胞、Cos-7細胞、NIH3T3細胞及びSf9細胞等の株化された細胞等であってもよい。 As a method for determining the state of mitochondria, a method of using a kit for determining the state of mitochondria will be described. The method includes a detection step. In the detection step, at least one phosphorylated serine residue of PERK is detected in the cell. The cells are not particularly limited, and include various cells of mammals such as humans, monkeys, cows, horses, rabbits, mice, rats, guinea pigs, and hamsters. Cells include cardiomyocytes, smooth muscle cells, adipocytes, fibroblasts, osteocytes, chondrocytes, osteoclasts, parenchymal cells, epidermal keratinocytes, epithelial cells, endothelial cells, nerve cells, glial cells, and splenocytes. , pancreatic β cells, mesangial cells, Langerhans cells, hepatocytes, and their precursor cells. The cells may be mesenchymal stem cells, embryonic stem cells, embryonic germ cells, adult stem cells, induced pluripotent stem cells (iPS cells), and the like. In addition to normal cells, cells include cells such as cancer cells, established cells such as HeLa cells, CHO cells, Vero cells, HEK293 cells, HepG2 cells, Cos-7 cells, NIH3T3 cells, and Sf9 cells. It may be.

好ましくは、当該細胞は、分化誘導又は刺激によってPERKの上記少なくとも1個のセリン残基がリン酸化された細胞である。例えば、当該細胞は、褐色脂肪組織から単離された未分化細胞を分化誘導した褐色脂肪細胞である。検出ステップの前に、分化誘導した褐色脂肪細胞を、ミトコンドリアストレスを付与するCCCP(carbonylcyanide m-chlorophenylhydrazone)に暴露して当該細胞に刺激を加えてもよい。また、検出ステップの前に、分化誘導した褐色脂肪細胞を、β3アドレナリン受容体アゴニスト、例えばCL316,243で刺激してもよい。これにより、上記セリン残基のリン酸化が亢進される。 Preferably, the cell is a cell in which the at least one serine residue of PERK is phosphorylated by differentiation induction or stimulation. For example, the cells are brown adipocytes that are induced to differentiate from undifferentiated cells isolated from brown adipose tissue. Before the detection step, the differentiated brown adipocytes may be stimulated by exposing them to CCCP (carbonylcyanide m-chlorophenylhydrazone), which imparts mitochondrial stress. Additionally, prior to the detection step, the differentiated brown adipocytes may be stimulated with a β3 adrenergic receptor agonist, such as CL316,243. This enhances phosphorylation of the serine residues.

リン酸化された上記セリン残基は、上記プローブを用いて公知の方法で検出できる。例えば、ウエスタンブロット法等を用いて上記プローブとしての一次抗体を二次抗体で検出すればよい。この場合、当該ミトコンドリアの状態判定用キットは、二次抗体をさらに備えてもよい。蛍光標識を利用して細胞を顕微鏡下で観察してシグナルを検出してもよい。シグナルの検出には、近接ライゲーションアッセイ(Proximity Ligation Assay:PLA)を用いてもよい。 The phosphorylated serine residue can be detected by a known method using the probe described above. For example, the primary antibody as the probe may be detected with a secondary antibody using Western blotting or the like. In this case, the mitochondrial status determination kit may further include a secondary antibody. Cells may be observed under a microscope using fluorescent labels to detect signals. Proximity Ligation Assay (PLA) may be used to detect the signal.

続いて、例えば、上記プローブを用いて検出されたシグナル又はバンドを公知の方法で定量する。PERKの上記セリン残基のリン酸化はミトコンドリアの活性化と相関するため、シグナル等の大きさに基づいて、ミトコンドリアの状態としてミトコンドリアの活性化の程度を判定できる。例えば、シグナルが大きい細胞は、小さい細胞と比較して、ミトコンドリアの活性化の程度が大きいと判定できる。また、本実施の形態に係るミトコンドリアの状態判定用キットによれば、刺激後のミトコンドリアの活性化の程度を評価することで、ミトコンドリアの状態として、刺激前の細胞についてミトコンドリアの活性化のポテンシャルを判定できる。 Subsequently, for example, the signal or band detected using the above probe is quantified by a known method. Since phosphorylation of the serine residue of PERK correlates with mitochondrial activation, the degree of mitochondrial activation can be determined as the mitochondrial state based on the magnitude of the signal. For example, it can be determined that a cell with a large signal has a large degree of mitochondrial activation compared to a cell with a small signal. Further, according to the mitochondrial state determination kit according to the present embodiment, by evaluating the degree of mitochondrial activation after stimulation, the mitochondrial activation potential of the cell before stimulation is determined as the mitochondrial state. Can be judged.

なお、ミトコンドリアの状態判定用キットは、未分化細胞を分化誘導するための試薬に加え、緩衝液、希釈液及びその他試薬を備えてもよい。なお、CCCPで刺激を加える細胞は、分化誘導した褐色脂肪細胞に限らず、CCCPの刺激によってPERKの上記少なくとも1個のセリン残基がリン酸化される細胞であれば任意の細胞を用いることができる。 Note that the kit for determining the state of mitochondria may include a buffer, a diluent, and other reagents in addition to the reagent for inducing differentiation of undifferentiated cells. The cells to be stimulated with CCCP are not limited to differentiation-induced brown adipocytes, but any cell can be used as long as at least one serine residue of PERK is phosphorylated by stimulation with CCCP. can.

また、ミトコンドリアの状態を判定することは、細胞の状態を判定することになるため、ミトコンドリアの状態判定用キットは、細胞の状態判定用キットとしても利用することができる。また、上述のミトコンドリアの状態判定方法を、例えば、iPS細胞又は心筋細胞シートを構成する心筋細胞等に適用することで、iPS細胞又は心筋細胞シートの細胞の品質を評価することもできる。当該用途はiPS細胞又は心筋細胞シートの品質管理に有用である。 Further, since determining the state of mitochondria means determining the state of cells, the kit for determining the state of mitochondria can also be used as a kit for determining the state of cells. Furthermore, by applying the above-described mitochondrial state determination method to, for example, iPS cells or cardiomyocytes constituting a cardiomyocyte sheet, it is also possible to evaluate the quality of the cells in the iPS cells or cardiomyocyte sheet. This application is useful for quality control of iPS cells or cardiomyocyte sheets.

なお、上記ミトコンドリアの状態判定方法を、ヒトから採取した褐色細胞に適用することで、褐色脂肪細胞による熱産生の程度を評価することもできる。また、上記ミトコンドリアの状態判定方法を、ヒトから採取した任意の細胞に適用することで、ミトコンドリア病の易罹患性の予測又は診断も可能である。 Note that by applying the above mitochondrial state determination method to brown cells collected from humans, it is also possible to evaluate the degree of heat production by brown fat cells. Further, by applying the above method for determining the state of mitochondria to any cells collected from humans, it is also possible to predict or diagnose susceptibility to mitochondrial diseases.

(実施の形態2)
続いて、実施の形態2について説明する。本実施の形態に係るミトコンドリア機能改善剤のスクリーニング方法は、暴露ステップと、検出ステップと、選択ステップとを含む。暴露ステップでは、細胞を被験物質に暴露する。例えば、暴露ステップでは、細胞の培地に被験物質を添加すればよい。暴露ステップで用いる細胞は、上記ミトコンドリアの状態判定用キットの使用方法における細胞と同様である。被験物質に暴露する前に、細胞にCCCP又はβ3アドレナリン受容体アゴニスト等で刺激を与えてもよい。被験物質は、特に限定されず、化合物、ペプチド及び核酸等、任意の物質である。検出ステップは、上記ミトコンドリアの状態判定用キットの使用方法における検出ステップと同様である。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 will be described. The method for screening mitochondrial function improving agents according to the present embodiment includes an exposure step, a detection step, and a selection step. The exposure step exposes the cells to the test substance. For example, in the exposure step, the test substance may be added to the cell culture medium. The cells used in the exposure step are the same as those used in the method for using the mitochondrial status determination kit described above. Prior to exposure to the test substance, the cells may be stimulated with CCCP or a β3 adrenergic receptor agonist. The test substance is not particularly limited, and can be any substance such as a compound, peptide, or nucleic acid. The detection step is the same as the detection step in the method for using the mitochondrial state determination kit described above.

選択ステップでは、検出ステップの結果に基づいて被験物質を選択する。上記プローブを用いて検出されたシグナルの大きさに基づいて、ミトコンドリアの機能を改善、特には熱産生及びエネルギー代謝を活性化させる被験物質を選択できる。例えば、被験物質に暴露しなかった細胞と被験物質に暴露した細胞との間でシグナルの大きさを比較してもよい。この場合、被験物質に暴露しなかった細胞のシグナルを超えるシグナルが検出された被験物質をミトコンドリアの機能改善剤として選択すればよい。 In the selection step, a test substance is selected based on the results of the detection step. Based on the magnitude of the signal detected using the probe, a test substance that improves mitochondrial function, particularly activates thermogenesis and energy metabolism, can be selected. For example, the magnitude of the signal may be compared between cells that were not exposed to the test substance and cells that were exposed to the test substance. In this case, a test substance for which a signal exceeding that of cells not exposed to the test substance is detected may be selected as a mitochondrial function improving agent.

また、選択ステップでは、PERKの上記セリン残基のリン酸化を亢進させることが既知であるβ3アドレナリン受容体アゴニスト等を陽性対照に用い、陽性対照と被験物質との間でシグナルの大きさを比較してもよい。この場合、陽性対照のシグナルと同等以上のシグナルが検出された被験物質をミトコンドリア機能改善剤として選択すればよい。 In addition, in the selection step, a β3 adrenergic receptor agonist, etc., which is known to enhance the phosphorylation of the serine residue of PERK, is used as a positive control, and the magnitude of the signal is compared between the positive control and the test substance. You may. In this case, a test substance for which a signal equivalent to or higher than that of the positive control is detected may be selected as a mitochondrial function improving agent.

本実施の形態に係るミトコンドリア機能改善剤のスクリーニング方法によれば、PERKの上記セリン残基のリン酸化の程度に基づいて被験物質を選択する。上記セリン残基のリン酸化の程度は、熱産生及びエネルギー代謝の活性化の指標となるため、ミトコンドリアの活性化に基づいて被験物質を評価できる。 According to the method for screening mitochondrial function improving agents according to the present embodiment, a test substance is selected based on the degree of phosphorylation of the serine residue of PERK. The degree of phosphorylation of the serine residues is an indicator of the activation of heat production and energy metabolism, so the test substance can be evaluated based on mitochondrial activation.

なお、選択ステップでは、あらかじめ基準として設定された基準値とシグナルの大きさを比較してもよい。また、シグナルの大きさは、β-アクチン等のシグナルで補正して比較してもよい。 Note that in the selection step, the magnitude of the signal may be compared with a reference value set in advance as a reference. Further, the signal magnitude may be compared after being corrected using a signal such as β-actin.

なお、本実施の形態に係るミトコンドリア機能改善剤は、ミトコンドリア活性化剤、抗肥満薬、ミトコンドリア病肥満薬としても用いることができる。 Note that the mitochondrial function improving agent according to the present embodiment can also be used as a mitochondrial activator, an anti-obesity drug, and an obesity drug for mitochondrial disease.

以下の試験例及び実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は試験例及び実施例によって限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail with reference to the following test examples and examples, but the present invention is not limited by the test examples and examples.

(試験例1:褐色脂肪細胞の分化誘導に伴うミトコンドリアとERの近接)
ICRマウスの新生仔の褐色脂肪組織から未分化細胞を単離し、8日間培養後(day 0)に分化誘導培地に培地交換し、分化誘導した。分化誘導培地の組成は、20%FBS、20nMインシュリン、1nMトリヨードサイロニン(T3)、5μMデキサメタゾン、0.125mMインドメタシン、0.5mM IBMX及び1μMロシグリタゾンを含むDMEM(ダルベッコ改変イーグル培地)とした。分化誘導から2日後及び4日後に分化増強培地に培地交換し、細胞を維持した。分化増強培地の組成は、20% FBS(ウシ胎児血清)、20nMインシュリン、1nM T3を含むDMEMとした。分化誘導6日目の細胞を成熟褐色脂肪細胞(day 6)とした。
(Test Example 1: Proximity of mitochondria and ER associated with induction of differentiation of brown fat cells)
Undifferentiated cells were isolated from the brown adipose tissue of a newborn ICR mouse, and after culturing for 8 days (day 0), the medium was replaced with a differentiation-inducing medium to induce differentiation. The composition of the differentiation induction medium was DMEM (Dulbecco's modified Eagle medium) containing 20% FBS, 20 nM insulin, 1 nM triiodothyronine (T3), 5 μM dexamethasone, 0.125 mM indomethacin, 0.5 mM IBMX, and 1 μM rosiglitazone. . Two and four days after differentiation induction, the medium was replaced with differentiation-enhancing medium to maintain the cells. The composition of the differentiation-enhancing medium was DMEM containing 20% FBS (fetal bovine serum), 20 nM insulin, and 1 nM T3. Cells on day 6 of differentiation induction were designated as mature brown adipocytes (day 6).

day 0の細胞及びday 6の細胞をPBSで洗浄し、Karnovsky固定液(パラフォルムアルデヒド及びグルタールアルデヒドの混合液)で固定した。細胞をエタノールで脱水処理後に酢酸ウラニル染色し、電子顕微鏡観察を行った。画像解析ソフトウェア(Image J)を用いて、電子顕微鏡観察像においてミトコンドリアとERとの間が30nm以内で近接している領域(ミトコンドリア-ER近接領域)の長さを算出した。 Cells on day 0 and cells on day 6 were washed with PBS and fixed with Karnovsky's fixative (a mixture of paraformaldehyde and glutaraldehyde). Cells were dehydrated with ethanol, stained with uranyl acetate, and observed with an electron microscope. Using image analysis software (Image J), the length of a region where mitochondria and ER are close to each other within 30 nm (mitochondria-ER proximal region) in the electron microscopy image was calculated.

(結果)
図2(A)及び図2(B)は、それぞれday 0の細胞及びday 6の細胞の電子顕微鏡画像を示す。観察像中の点線はミトコンドリア-ER近接領域である。図2(C)は、26枚の観察像におけるミトコンドリア-ER近接領域の長さの平均値を示す。分化誘導に伴ってミトコンドリア-ER近接領域の長さが有意に長くなる、すなわちミトコンドリアとERとが近接することが示された(t検定、n=3)。
(result)
FIGS. 2(A) and 2(B) show electron microscope images of cells on day 0 and cells on day 6, respectively. The dotted line in the observed image is the mitochondria-ER proximal region. FIG. 2(C) shows the average length of the mitochondria-ER proximal region in 26 observed images. It was shown that the length of the mitochondria-ER proximal region increased significantly with induction of differentiation, that is, mitochondria and ER were brought into close proximity (t-test, n=3).

(試験例2:分化過程におけるERストレス非依存的なPERKリン酸化)
未分化細胞(day -2)を24ウェルプレートに0.5×10細胞/ウェルで播種し、2日後(day 0)に分化誘導培地に培地交換することで分化誘導し、4日後(day 2)及び6日後(day 4)に分化増強培地に培地交換した。分化誘導2日目(day 2)の分化増強培地への培地交換前及び培地交換してから6時間後及び12時間後に細胞を回収した。
(Test Example 2: ER stress-independent PERK phosphorylation during differentiation process)
Undifferentiated cells (day -2) were seeded in a 24-well plate at 0.5 x 10 cells/well, 2 days later (day 0), differentiation was induced by changing the medium to differentiation-inducing medium, and 4 days later (day 0), differentiation was induced by changing the medium to differentiation-inducing medium. 2) and 6 days later (day 4), the medium was replaced with a differentiation-enhancing medium. Cells were collected before changing the medium to the differentiation-enhancing medium on day 2 of differentiation induction, and 6 hours and 12 hours after changing the medium.

一方、細胞へPERKを標的とするsiRNA(siPERK)をday -2に導入した。詳細には、siPERKとしてInvitrogen社製のMSS203819(配列番号4)を、Lipofectamine(商標) RNAiMAX Transfection Reagent(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて細胞へ導入した。 On the other hand, siRNA targeting PERK (siPERK) was introduced into the cells on day -2. Specifically, MSS203819 (SEQ ID NO: 4) manufactured by Invitrogen as siPERK was introduced into cells using Lipofectamine (trademark) RNAiMAX Transfection Reagent (manufactured by Thermo Fisher Scientific).

細胞に導入する下記遺伝子をpMXs-IPプラスミドに組み込んだ。PEI-Maxを用いて、エコトロピックエンベロープでパッケージングしたレトロウイルス(Platinum-GP)に当該プラスミドを導入した。siPERKを細胞に導入した24時間後(day -1)に、レトロウイルスを含む培養液と7.5μg/mL(終濃度)のポリブレンとを細胞の培地に添加して、24時間後に培地を交換した。 The following genes to be introduced into cells were incorporated into the pMXs-IP plasmid. The plasmid was introduced into a retrovirus (Platinum-GP) packaged in an ecotropic envelope using PEI-Max. 24 hours after introducing siPERK into cells (day -1), culture medium containing retrovirus and 7.5 μg/mL (final concentration) of polybrene were added to the cell culture medium, and after 24 hours, the culture medium was replaced. did.

レトロウイルスの感染によって細胞に導入した遺伝子は、C末端にFLAGタグが付加されたキナーゼ不活性型のPERK(PERK-ΔLD-KA)をコードする遺伝子である。図3は、哺乳類のPERK及びPERK-ΔLD-KAの構造を示す。PERKはキナーゼ領域のATP結合領域にATPが結合することで自己リン酸化される。このため、PERK-ΔLD-KAでは、N末端から618番目である、ATP結合領域のリジン(K618)をアラニンに置換して自己リン酸化が生じないようにした。PERK-ΔLD-KAは、ER内腔領域における、PERKのN末端から数えて29番目から502番目までのアミノ酸配列で構成される部分を欠失している。当該部分を欠くことで、PERKはERストレスへの反応が抑制される。 The gene introduced into cells by retrovirus infection is a gene encoding a kinase-inactive form of PERK (PERK-ΔLD-KA) with a FLAG tag added to the C-terminus. Figure 3 shows the structures of mammalian PERK and PERK-ΔLD-KA. PERK is autophosphorylated when ATP binds to the ATP-binding region of the kinase domain. Therefore, in PERK-ΔLD-KA, lysine (K618) in the ATP binding region, which is the 618th position from the N-terminus, was replaced with alanine to prevent autophosphorylation. PERK-ΔLD-KA lacks a portion of the ER luminal region consisting of the 29th to 502nd amino acid sequence counting from the N-terminus of PERK. By lacking this portion, PERK's response to ER stress is suppressed.

PERK-ΔLD-KAを発現させた細胞を、day 0及び分化誘導2日目(day 2)に回収した。1ウェル当たり200μLの溶解バッファーを添加後、4℃にて30分間細胞を溶解し、4℃、15000rpm、10分間遠心して上清150μLを回収した。溶解バッファーの組成は、20mM Tris-HCl pH7.5、150mM NaCl、10mM EDTA pH8.0、1%デオキシコール酸ナトリウム及び1%TritonX-100とした。 Cells expressing PERK-ΔLD-KA were collected on day 0 and on the second day of differentiation induction (day 2). After adding 200 μL of lysis buffer per well, the cells were lysed at 4° C. for 30 minutes, and centrifuged at 4° C., 15,000 rpm for 10 minutes to collect 150 μL of supernatant. The composition of the lysis buffer was 20mM Tris-HCl pH 7.5, 150mM NaCl, 10mM EDTA pH 8.0, 1% sodium deoxycholate and 1% TritonX-100.

細胞溶解液に150μLの2×SDSサンプルバッファー(20mMのジチオスレイトールを含む)を加えて98℃で5分間ボイルし、ウエスタンブロッティング解析へと供した。SDS-PAGE電気泳動後、ゲルから2フッ化ポリビニリデンメンブレン(0.45μm、Pall社製)にタンパク質を転写し、1%スキムミルクを含むTBS-T(150mM NaCl、50mM Tris-HCl pH8.0及び0.05%Tween 20)で室温にて1時間ブロッキングした後、5%ウシ血清アルブミンと0.1%NaNを含むTBS-Tで希釈した各一次抗体で4℃にて一晩反応させた。TBS-Tで3回洗浄後、1%スキムミルクを含むTBS-Tで希釈した二次抗体で室温にて1時間反応させ、TBS-Tで30分間洗浄した。高感度ケミルミネッセンス法にてバンドを検出した。 150 μL of 2×SDS sample buffer (containing 20 mM dithiothreitol) was added to the cell lysate, boiled at 98° C. for 5 minutes, and subjected to Western blotting analysis. After SDS-PAGE electrophoresis, proteins were transferred from the gel to polyvinylidene difluoride membrane (0.45 μm, manufactured by Pall), and TBS-T containing 1% skim milk (150 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl pH 8.0 and After blocking with 0.05% Tween 20) at room temperature for 1 hour, the cells were reacted overnight at 4°C with each primary antibody diluted in TBS-T containing 5% bovine serum albumin and 0.1% NaN3 . . After washing three times with TBS-T, the plate was reacted with a secondary antibody diluted in TBS-T containing 1% skim milk for 1 hour at room temperature, and washed with TBS-T for 30 minutes. The band was detected using a high-sensitivity chemiluminescence method.

(結果)
図4は、day 2の分化増強培地への培地交換前(0hr)及び培地交換してから6時間後(6hr)及び12時間後(12hr)の細胞におけるPERK、IRE1α及びGRP78のバンドを示す。PERKでは高分子量側にシフトしたバンドが見られた。これにより、分化過程においてPERKがリン酸化されていることが示された。ERには3つのセンサータンパク質(PERK、IRE1α及びATF6)があり、いずれもER膜貫通型である。IRE1α及びATF6の下流で発現誘導されるGRP78に関してはバンドに変化が見られなかった。このことから、分化過程におけるリン酸化は、PERKに特異的であることが示唆された。
(result)
FIG. 4 shows the bands of PERK, IRE1α, and GRP78 in the cells before (0 hr) and 6 hours (6 hr) and 12 hours (12 hr) after the medium exchange to the differentiation-enhancing medium on day 2. In PERK, a band shifted toward higher molecular weight was observed. This showed that PERK was phosphorylated during the differentiation process. There are three sensor proteins (PERK, IRE1α, and ATF6) in the ER, all of which span the ER membrane. No change was observed in the band for GRP78, whose expression is induced downstream of IRE1α and ATF6. This suggested that phosphorylation during the differentiation process is specific to PERK.

図5は、siPERKでPERKをノックダウンした細胞にPERK-ΔLD-KAを発現させた細胞のday 0及びday 2におけるPERKのバンドを示す。分化過程においてPERKのリン酸化を示すバンドのシフトが確認された。既知のPERK経路は、PERKがER内腔領域でERストレスを感知してリン酸化され、eIF2αのリン酸化を介して翻訳を抑制する。PERK-ΔLD-KAはPERKのER内腔領域を欠失しており、キナーゼ不活性型である。このため、図5の結果は、図4に示された分化過程におけるPERKのリン酸化がERストレス非依存的であることを示している。PERKは、分化過程において未知の機能を担うことが示唆された。 FIG. 5 shows PERK bands on day 0 and day 2 of cells in which PERK-ΔLD-KA was expressed in cells in which PERK was knocked down with siPERK. A shift in the band indicating phosphorylation of PERK was observed during the differentiation process. In the known PERK pathway, PERK senses ER stress in the ER lumen region, is phosphorylated, and suppresses translation through phosphorylation of eIF2α. PERK-ΔLD-KA lacks the ER lumen region of PERK and is a kinase-inactive type. Therefore, the results in FIG. 5 indicate that phosphorylation of PERK during the differentiation process shown in FIG. 4 is independent of ER stress. It was suggested that PERK plays an unknown function in the differentiation process.

(試験例3:PERKの発現抑制によるミトコンドリア形態異常)
試験例2と同様にday -2において未分化細胞にコントロールとしての標的のないsiRNA(Stealth RNAi(商標) Negative Control Medium GC Duplex、Invitrogen社製、以下「sictrl」ともいう)又はsiPERK(MSS203821、Invitrogen社製(配列番号5))を導入後、分化誘導し、day 6まで培養した。試験例1と同様に、細胞を固定、染色し、電子顕微鏡で観察した。平行で密度の大きいクリステの構造を有するミトコンドリアを発達したミトコンドリアとして、計数した。
(Test Example 3: Abnormal mitochondrial morphology due to suppression of PERK expression)
Similarly to Test Example 2, on day -2, undifferentiated cells were treated with siRNA (Stealth RNAi (trademark) Negative Control Medium GC Duplex, manufactured by Invitrogen, hereinafter also referred to as "sictrl") or siPERK (MSS203821) without a target as a control. , Invitrogen (SEQ ID NO: 5)) was introduced, differentiation was induced, and cultured until day 6. As in Test Example 1, cells were fixed, stained, and observed with an electron microscope. Mitochondria with a parallel and dense cristae structure were counted as developed mitochondria.

(結果)
図6(A)及び(B)は、それぞれsictrl及びsiPERKを導入した細胞の電子顕微鏡画像を示す。スケールバーは2μmを示す。図6(C)及び(D)は、それぞれ図5(A)及び(B)の白枠で囲った部分の拡大像を示す。図6(E)は、細胞あたりの発達したミトコンドリアの割合を示す。当該割合は、50細胞の平均値である。PERKの発現を抑制すると、正常なミトコンドリアで見られる平行で密度の大きいクリステの割合が減少し、異常な形態のクリステの割合が増加した。分化誘導した細胞におけるミトコンドリアの発達にはPERKが重要であることが示された。
(result)
FIGS. 6(A) and (B) show electron microscopy images of cells into which sictrl and siPERK were introduced, respectively. The scale bar indicates 2 μm. FIGS. 6(C) and (D) show enlarged images of the portions surrounded by white frames in FIGS. 5(A) and (B), respectively. Figure 6(E) shows the percentage of developed mitochondria per cell. The percentage is an average value of 50 cells. Suppression of PERK expression decreased the proportion of parallel, dense cristae found in normal mitochondria and increased the proportion of abnormally shaped cristae. It was shown that PERK is important for the development of mitochondria in differentiated cells.

(試験例4:PERKを介したミトコンドリア関連タンパク質の発現)
試験例2と同様にday -2において未分化細胞にsictrl又はsiPERK(MSS203821)を導入後、分化誘導し、0、2、4、6日目に細胞を回収した。試験例2と同様の方法で、ミトコンドリア、熱産生関連タンパク質及びERストレス関連タンパク質についてウエスタンブロッティング解析を行った。
(Test Example 4: Expression of mitochondrial-related proteins via PERK)
As in Test Example 2, sictrl or siPERK (MSS203821) was introduced into undifferentiated cells on day -2, differentiation was induced, and cells were collected on days 0, 2, 4, and 6. Western blotting analysis was performed on mitochondria, thermogenesis-related proteins, and ER stress-related proteins in the same manner as in Test Example 2.

(結果)
図7に示すように、分化過程におけるPERKの発現抑制によって、主にミトコンドリア内膜を構成するタンパク質及び熱産生に関連するUCP1の発現が低下した。
(result)
As shown in FIG. 7, by suppressing the expression of PERK during the differentiation process, the expression of UCP1, a protein that mainly constitutes the mitochondrial inner membrane and that is associated with thermogenesis, was reduced.

(試験例5:PERKを介した酸化的リン酸化によるATP産生)
試験例2と同様にday -2において未分化細胞にsictrl又はsiPERK(MSS203821)を導入後、分化誘導し、0、2、4、6日目に細胞を回収した。回収した細胞を、1μg/mLオリゴマイシン Aで45分間処理又は無処理後、PBSで洗浄し、500μLのATP assay buffer(100mM Tris-HCl pH7.5、4mM EDTA pH7.5)を加え、回収した。細胞懸濁液を98℃で3分間ボイルし、4℃、15000rpmで1分間遠心後に上清を回収した。上清中のATPは、ATP Bioluminescence Assay Kit HS II(Roche社製)を用いて測定した。オリゴマイシン Aで処理しなかった無処理群の細胞内のATP量を細胞内の総ATP量とし、処理群を解糖系依存的なATP産生量とした。ミトコンドリアでの酸化的リン酸化依存的なATP産生量は、細胞内の総ATP量と解糖系依存的なATP産生量の測定値とから算出した。
(Test Example 5: ATP production by oxidative phosphorylation via PERK)
As in Test Example 2, sictrl or siPERK (MSS203821) was introduced into undifferentiated cells on day -2, differentiation was induced, and cells were collected on days 0, 2, 4, and 6. The collected cells were treated with or without treatment with 1 μg/mL oligomycin A for 45 minutes, washed with PBS, added with 500 μL of ATP assay buffer (100 mM Tris-HCl pH 7.5, 4 mM EDTA pH 7.5), and collected. . The cell suspension was boiled at 98°C for 3 minutes, and the supernatant was collected after centrifugation at 4°C and 15,000 rpm for 1 minute. ATP in the supernatant was measured using ATP Bioluminescence Assay Kit HS II (manufactured by Roche). The amount of intracellular ATP in the untreated group that was not treated with oligomycin A was defined as the total amount of intracellular ATP, and the amount of ATP produced in the treated group was defined as the glycolysis-dependent ATP production amount. The amount of ATP production dependent on oxidative phosphorylation in mitochondria was calculated from the total amount of intracellular ATP and the measured value of the amount of ATP production dependent on glycolysis.

(結果)
図8に示すように、sictrlを導入した細胞では、分化誘導に伴って酸化的リン酸化依存的なATP産生量の割合が増加した。一方、PERKの発現を抑制することで、酸化的リン酸化依存的なATP産生量の割合が増加しなかった。このことから、PERKが分化過程におけるミトコンドリアでの酸化的リン酸化によるATP産生に関与することが示された。
(result)
As shown in FIG. 8, in cells introduced with sictrl, the rate of oxidative phosphorylation-dependent ATP production increased as differentiation was induced. On the other hand, by suppressing the expression of PERK, the proportion of ATP production dependent on oxidative phosphorylation did not increase. This indicates that PERK is involved in ATP production through oxidative phosphorylation in mitochondria during the differentiation process.

(実施例1:ミトコンドリアストレス特異的に反応するPERKリン酸化抗体の作製)
試験例2で示されたERストレス非依存的にリン酸化されるセリン残基の予想部位は、図1に示すキナーゼインサート内の3個のセリン残基である(N末端側から715、717及び719番目)。そこで、リン酸化された715、717及び719番目のセリン残基を含む13個のアミノ酸からなるペプチド(配列番号3)を抗原として抗体(pPERK(3S)抗体)を作製した。pPERK(3S)抗体の作製では、ウサギに上記ペプチドをアジュバントとともに4回皮内注射することで感作させ、9週後に全採血し、上記ペプチドによりaffinity精製した後、上記ペプチドと同じアミノ酸配列で、かつ3個のセリン残基がリン酸化されていないペプチドにより吸収作業を行った。
(Example 1: Production of PERK phosphorylated antibody that specifically reacts with mitochondrial stress)
The predicted sites of the serine residues that are phosphorylated in an ER stress-independent manner shown in Test Example 2 are the three serine residues in the kinase insert shown in Figure 1 (715, 717, and 717 from the N-terminal side). 719th). Therefore, an antibody (pPERK (3S) antibody) was produced using a peptide (SEQ ID NO: 3) consisting of 13 amino acids containing phosphorylated serine residues at positions 715, 717, and 719 as an antigen. For the production of pPERK (3S) antibody, rabbits were sensitized by intradermally injecting the above peptide together with an adjuvant four times, whole blood was collected after 9 weeks, and after affinity purification with the above peptide, a rabbit with the same amino acid sequence as the above peptide was sensitized. , and the absorption work was carried out using a peptide in which the three serine residues were not phosphorylated.

day -2の未分化細胞にsictrl又はsiPERK(MSS203819)を導入し、day -1においてレトロウイルスを用いて、Venus-FLAG又はPERK-ΔLD-KAを発現させ、分化誘導を行った。分化誘導3日目の細胞を、10μM CCCPで刺激前と刺激後に回収し、試験例2と同様の方法で、ウエスタンブロッティング解析へと供した。 Sictrl or siPERK (MSS203819) was introduced into undifferentiated cells on day -2, and Venus-FLAG or PERK-ΔLD-KA was expressed using a retrovirus on day -1 to induce differentiation. Cells on day 3 of differentiation induction were collected before and after stimulation with 10 μM CCCP, and subjected to Western blotting analysis in the same manner as Test Example 2.

(結果)
図9はウエスタンブロッティング解析の結果を示す。PERKは、CCCPによるミトコンドリアストレスによってリン酸化され、当該リン酸化を示すバンドをpPERK(3S)抗体で検出できた。siPERKでPERKをノックダウンした細胞にPERK-ΔLD-KAを発現させた細胞でもpPERK(3S)抗体でバンドを検出できた。これにより、ミトコンドリアストレスによるERストレス非依存的なPERKのリン酸化をpPERK(3S)抗体で検出できることが示された。
(result)
Figure 9 shows the results of Western blotting analysis. PERK was phosphorylated by mitochondrial stress caused by CCCP, and a band indicating the phosphorylation could be detected using the pPERK (3S) antibody. A band could be detected with the pPERK(3S) antibody even in cells in which PERK was knocked down with siPERK and PERK-ΔLD-KA was expressed. This demonstrated that ER stress-independent phosphorylation of PERK caused by mitochondrial stress can be detected using the pPERK(3S) antibody.

(実施例2:分化過程において誘導されるPERKのリン酸化の解析)
day -2の未分化細胞にsictrl又はsiPERK(MSS203819)を導入し、24時間後(day -1)にレトロウイルスを用いて、Venus-FLAG、PERK-ΔLD又はPERK-ΔLD-3SAを発現させ、分化誘導を行った。分化誘導2日目に分化増強培地に培地交換し、12時間後に細胞を回収した。回収した細胞を試験例2と同様の方法で、ウエスタンブロッティング解析へと供した。
(Example 2: Analysis of PERK phosphorylation induced during the differentiation process)
sictrl or siPERK (MSS203819) is introduced into undifferentiated cells on day -2, and 24 hours later (day -1), Venus-FLAG, PERK-ΔLD or PERK-ΔLD-3SA is expressed using a retrovirus, Differentiation was induced. On the second day of differentiation induction, the medium was replaced with a differentiation-enhancing medium, and the cells were collected 12 hours later. The collected cells were subjected to Western blotting analysis in the same manner as in Test Example 2.

PERK-ΔLDは、ER内腔領域における、PERKのN末端から数えて29番目から502番目までのアミノ酸配列で構成される部分を欠失している。なお、PERK-ΔLDのC末端にもFLAGタグが付加されている。 PERK-ΔLD lacks a portion of the ER luminal region consisting of the 29th to 502nd amino acid sequence counting from the N-terminus of PERK. Note that a FLAG tag is also added to the C-terminus of PERK-ΔLD.

PERK-ΔLD-3SAは、PERK-ΔLDと同様に、ER内腔領域における、PERKのN末端から数えて29番目から502番目までのアミノ酸配列で構成される部分を欠失している。さらに、PERK-ΔLD-3SAでは、上記3個のセリン残基がアラニン残基に置換されている。なお、PERK-ΔLD-3SAのC末端にもFLAGタグが付加されている。 PERK-ΔLD-3SA, like PERK-ΔLD, lacks a portion in the ER lumen region consisting of the amino acid sequence from the 29th to the 502nd amino acid sequence counting from the N-terminus of PERK. Furthermore, in PERK-ΔLD-3SA, the above three serine residues are replaced with alanine residues. Note that a FLAG tag is also added to the C-terminus of PERK-ΔLD-3SA.

(結果)
図10はウエスタンブロッティング解析の結果を示す。ER内腔領域の欠失によって、PERKのリン酸化は影響を受けなかった(“PERK”参照)。pPERK(3S)抗体によって、褐色脂肪細胞の分化における3個のセリン残基の少なくとも1つのリン酸化がPERK及びPERK-ΔLDで検出できたが、PERK-ΔLD-3SAでは、検出されなかった。pPERK(3S)抗体によって、褐色脂肪細胞の分化においてPERKのキナーゼインサート内が生理的にリン酸化されることが示された。
(result)
Figure 10 shows the results of Western blotting analysis. Deletion of the ER luminal region did not affect phosphorylation of PERK (see "PERK"). Phosphorylation of at least one of the three serine residues during brown adipocyte differentiation could be detected in PERK and PERK-ΔLD using the pPERK(3S) antibody, but not in PERK-ΔLD-3SA. Using the pPERK (3S) antibody, it was shown that the kinase insert of PERK is physiologically phosphorylated during brown adipocyte differentiation.

(実施例3:β3アドレナリン受容体刺激により誘導されるPERKのリン酸化の解析)
day -2の未分化細胞にsiPERK(MSS203819)を導入し、day -1においてPERK-ΔLD-KA又はPERK-ΔLD-3SAを発現させ、分化誘導を行った。
(Example 3: Analysis of PERK phosphorylation induced by β3 adrenergic receptor stimulation)
siPERK (MSS203819) was introduced into undifferentiated cells on day -2, and PERK-ΔLD-KA or PERK-ΔLD-3SA was expressed on day -1 to induce differentiation.

分化誘導6日目の細胞を、50nM CL316,243での刺激前又は刺激後60分で回収した。1ウェル当たり550μLの溶解バッファーを添加後、4℃にて30分間細胞を溶解し、4℃、15000rpmで10分間遠心して上清500μLを回収した。細胞溶解液に20μLの抗FLAG M2 アフィニティーゲルを添加し、4℃にて30分間反応させた。上清を除去後、洗浄バッファー(20mM Tris-HCl pH7.5、5mM EGTA pH8.0、5M NaCl、1%TritonX-100)で2回洗浄し、50μLの2×SDS サンプルバッファー(20mMのジチオスレイトールを含む)を加えて98℃で5分間ボイルし、ウエスタンブロッティング解析へと供した。 Cells on day 6 of differentiation induction were collected before or 60 minutes after stimulation with 50 nM CL316,243. After adding 550 μL of lysis buffer per well, cells were lysed at 4° C. for 30 minutes, centrifuged at 4° C. and 15,000 rpm for 10 minutes, and 500 μL of supernatant was collected. 20 μL of anti-FLAG M2 affinity gel was added to the cell lysate and reacted at 4° C. for 30 minutes. After removing the supernatant, wash twice with washing buffer (20mM Tris-HCl pH 7.5, 5mM EGTA pH 8.0, 5M NaCl, 1% Triton (containing toll) was added thereto, boiled at 98°C for 5 minutes, and subjected to Western blotting analysis.

(結果)
図11はウエスタンブロッティング解析の結果を示す。PERK-ΔLD-KAを発現させた細胞では、CL316,243による刺激によって3個のセリン残基のリン酸化が誘導された。一方、PERK-ΔLD-3SAを発現させた細胞では、pPERK(3S)抗体でバンドが検出されないことを確認した。これにより、β3アドレナリン受容体の刺激によって、ERストレス非依存的にPERKがリン酸化されることが示された。
(result)
Figure 11 shows the results of Western blotting analysis. In cells expressing PERK-ΔLD-KA, stimulation with CL316,243 induced phosphorylation of three serine residues. On the other hand, it was confirmed that no band was detected with the pPERK(3S) antibody in cells expressing PERK-ΔLD-3SA. This demonstrated that PERK was phosphorylated in an ER stress-independent manner by stimulation of β3 adrenergic receptors.

(実施例4:PLAによるミトコンドリアストレス依存的PERKリン酸化の検出)
6ウェルプレートに10%FBSを含んだDMEMで維持したHeLa細胞を2.0×10細胞/ウェルで播種し12~16時間後に、PERK-ΔLD-KAをコードする遺伝子を0.5μg/ウェルで導入した。遺伝子導入から24時間後に、コラーゲンコートしたカバーガラスを1枚入れた24ウェルプレートに細胞を0.5×10細胞/ウェルで播種し、24時間後にグルコースフリー培地(10%FBS、1mM ピルビン酸ナトリウム、10mMガラクトースを含んだグルコース不含DMEM)に培地交換した。培地交換から24時間後、細胞を10μM CCCPで1時間刺激し、PBSで2回洗浄し、4%パラフォルムアルデヒドにて固定した。
(Example 4: Detection of mitochondrial stress-dependent PERK phosphorylation by PLA)
HeLa cells maintained in DMEM containing 10% FBS were seeded in a 6-well plate at 2.0 x 10 5 cells/well, and 12 to 16 hours later, 0.5 μg/well of the gene encoding PERK-ΔLD-KA was added. It was introduced in 24 hours after gene introduction, cells were seeded at 0.5 x 10 cells/well in a 24-well plate containing one collagen-coated coverslip, and 24 hours later, cells were seeded in a glucose-free medium (10% FBS, 1 mM pyruvate). The medium was replaced with glucose-free DMEM containing sodium and 10 mM galactose. 24 hours after medium exchange, cells were stimulated with 10 μM CCCP for 1 hour, washed twice with PBS, and fixed with 4% paraformaldehyde.

固定後、細胞をPBSで3回洗浄し、100μg/mLジギトニンで5分間の細胞膜透過処理を行った。PBSで5回洗浄後、1%BSA溶液でブロッキングし、pPERK(3S)抗体と抗FLAG抗体で1次抗体反応を行った。2次抗体反応は、Duolink(商標) In situ PLA(商標) probe Anti-Mouse PLUSとDuolink(商標) In situ PLA(商標) probe Anti-Rabbit Minusとを用いた(いずれもシグマアルドリッチ社製)。2次反応後、Duolink(商標) in Situ Detection Green(シグマアルドリッチ社製)で細胞を処理し、共焦点レーザー顕微鏡解析を行った。核はDAPI染色で可視化した。 After fixation, cells were washed three times with PBS and cell membrane permeabilized with 100 μg/mL digitonin for 5 minutes. After washing five times with PBS, blocking was performed with a 1% BSA solution, and a primary antibody reaction was performed with pPERK (3S) antibody and anti-FLAG antibody. For the secondary antibody reaction, Duolink (trademark) In situ PLA (trademark) probe Anti-Mouse PLUS and Duolink (trademark) In situ PLA (trademark) probe Anti-Rabbit Minus were used (both manufactured by Sigma-Aldrich). After the secondary reaction, the cells were treated with Duolink (trademark) in Situ Detection Green (manufactured by Sigma-Aldrich) and analyzed using a confocal laser microscope. Nuclei were visualized by DAPI staining.

(結果)
図12(A)はCCCPで刺激しなかった細胞の顕微鏡画像を示す。CCCPによる刺激がない場合、PLAシグナルは検出されなかった。図12(B)はCCCPで刺激した細胞の顕微鏡画像を示す。pPERK(3S)抗体によって、CCCP刺激によるERストレス非依存的なPERKのリン酸化を検出することができた。
(result)
FIG. 12(A) shows a microscopic image of cells that were not stimulated with CCCP. In the absence of stimulation by CCCP, no PLA signal was detected. FIG. 12(B) shows a microscopic image of cells stimulated with CCCP. Using the pPERK(3S) antibody, it was possible to detect ER stress-independent phosphorylation of PERK induced by CCCP stimulation.

(実施例5:ミトコンドリア機能改善剤アッセイ系の構築)
ドットブロット法でPERK3Sのリン酸化誘導因子、すなわちミトコンドリア機能改善剤を同定するためのアッセイ系を構築した。35mmディッシュに10%FBSを含むDMEMで維持したPERK-FLAG-ノックインHEK293細胞を1×10細胞播種した。PERK-FLAG-ノックインHEK293細胞における細胞内因性PERKのC末端には、3×FLAGタグが付加されている。3×FLAGタグのアミノ酸配列及び3×FLAGタグをコードする塩基配列をそれぞれ配列番号6及び配列番号7に示す。
(Example 5: Construction of mitochondrial function improving agent assay system)
An assay system was constructed to identify a PERK3S phosphorylation inducer, that is, a mitochondrial function improving agent, using the dot blotting method. 1×10 6 PERK-FLAG-knockin HEK293 cells maintained in DMEM containing 10% FBS were seeded in a 35 mm dish. A 3×FLAG tag is added to the C-terminus of cell-intrinsic PERK in PERK-FLAG-knockin HEK293 cells. The amino acid sequence of the 3×FLAG tag and the base sequence encoding the 3×FLAG tag are shown in SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7, respectively.

播種してから12~16時間後に、グルコースフリー培地(10%FBS、1mMピルビン酸ナトリウム及び10mMガラクトースを含むDMEM)に培地交換した。培地交換から16時間後、細胞を10μM CCCPで30分間刺激した。上記試験例2と同様に細胞を溶解バッファーで溶解し、抗Flag抗体(DDDDK-タグ抗体、MBLライフサイエンス社製)にて免疫沈降し、上記試験例2と同様に2×SDSサンプルバッファーにて溶出した。溶出液の1/10量をニトロセルロースメンブレンにスポットし、上記試験例2と同様に、pPERK(3S)抗体とDDDDK-tag抗体を用いた免疫反応によってスポットを検出した。 12 to 16 hours after seeding, the medium was replaced with glucose-free medium (DMEM containing 10% FBS, 1mM sodium pyruvate, and 10mM galactose). Sixteen hours after medium change, cells were stimulated with 10 μM CCCP for 30 minutes. Cells were lysed with lysis buffer in the same manner as in Test Example 2 above, immunoprecipitated with anti-Flag antibody (DDDDK-tag antibody, manufactured by MBL Life Sciences), and then in 2x SDS sample buffer in the same manner as in Test Example 2 above. It eluted. 1/10 of the eluate was spotted on a nitrocellulose membrane, and the spot was detected by immunoreaction using pPERK (3S) antibody and DDDDK-tag antibody in the same manner as in Test Example 2 above.

(結果)
図13に示すように、無刺激の細胞(レーン1)又はグルコース不含培地に順化させた細胞(レーン2)ではpPERK(3S)抗体によるシグナルが検出されなかった。一方、CCCPで刺激した細胞(レーン3)では、pPERK(3S)抗体による明確なシグナルが検出された。CCCPの代わりに被験物質を作用させてpPERK(3S)抗体のシグナルを検出することで、当該被験物質をPERK3Sのリン酸化誘導因子又はミトコンドリア機能改善剤として同定できる。
(result)
As shown in FIG. 13, no signal from the pPERK(3S) antibody was detected in unstimulated cells (lane 1) or cells adapted to glucose-free medium (lane 2). On the other hand, in cells stimulated with CCCP (lane 3), a clear signal due to the pPERK(3S) antibody was detected. By allowing a test substance to act instead of CCCP and detecting the pPERK(3S) antibody signal, the test substance can be identified as a PERK3S phosphorylation inducer or mitochondrial function improving agent.

(試験例6:PERKを介した熱産生の制御)
β3アドレナリン受容体刺激時の熱産生におけるPERKの機能を解析した。day -2において、sictrl又はsiPERK(MSS203819)を未分化細胞に導入した。24時間後のsiPERK細胞にレトロウイルスを用いて、PERK-ΔLD又はPERK-ΔLD-3SAを発現させ、分化誘導を行った。day 5まで培養し、ガラスボトムディッシュに細胞を播種した。24時間後(day 6)、細胞をPBSで1回、0.5%グルコース溶液で1回洗浄し、温度センサープローブ溶液(0.04%Cellular Thermoprobe for Fluorescence(フナコシ社製)、5%グルコース)を10分間遮光しながら室温に静置することでプローブを細胞に取り込ませた。
(Test Example 6: Control of thermogenesis via PERK)
The function of PERK in thermogenesis upon stimulation of β3 adrenergic receptors was analyzed. On day -2, sictrl or siPERK (MSS203819) was introduced into undifferentiated cells. After 24 hours, siPERK cells were induced to differentiate by expressing PERK-ΔLD or PERK-ΔLD-3SA using a retrovirus. The cells were cultured until day 5, and the cells were seeded in a glass bottom dish. After 24 hours (day 6), the cells were washed once with PBS and once with 0.5% glucose solution, and then treated with a temperature sensor probe solution (0.04% Cellular Thermoprobe for Fluorescence (manufactured by Funakoshi), 5% glucose). The probe was incorporated into the cells by allowing it to stand at room temperature while shielding from light for 10 minutes.

細胞を0.5μM CL316,243で刺激後、10分毎に共焦点レーザー顕微鏡(TSC-SP8、Leica社製)で撮影し、蛍光像を取得した。画像解析ソフト(Image J)を用いて蛍光像から蛍光強度を測定し、細胞内の温度変化を算出した(sictrlが20細胞、siPERKが19細胞、siPERK+PERK-ΔLDが21細胞、siPERK+PERK-ΔLD-3SAが18細胞)。検定処理では反復測定分析を行った。 After stimulating the cells with 0.5 μM CL316,243, images were taken every 10 minutes using a confocal laser microscope (TSC-SP8, manufactured by Leica) to obtain fluorescent images. Fluorescence intensity was measured from the fluorescent image using image analysis software (Image J), and intracellular temperature changes were calculated (20 cells for sictrl, 19 cells for siPERK, 21 cells for siPERK+PERK-ΔLD, siPERK+PERK-ΔLD-3SA). (18 cells). A repeated measures analysis was performed in the testing process.

(結果)
図14は、各細胞の蛍光強度を示す。sictrlで確認されたCL316,243刺激による細胞内温度の上昇がPERKの発現を抑制することで抑制された(siPERK)。PERKの発現抑制によって上昇が抑制された細胞内温度は、外因性のPERK-ΔLDの発現で上昇したが(siPERK+PERK-ΔLD)、PERK-ΔLD-3SAではほとんど上昇しなかった(siPERK+PERK-ΔLD-3SA)。本試験例の結果及び試験例4の結果によって、PERKのキナーゼインサート内の3個のセリン残基のリン酸化によって制御されるミトコンドリア発生が熱産生に必須であることが示された。
(result)
Figure 14 shows the fluorescence intensity of each cell. The increase in intracellular temperature caused by CL316,243 stimulation, which was confirmed with sictrl, was suppressed by suppressing the expression of PERK (siPERK). The intracellular temperature, whose rise was suppressed by suppressing PERK expression, increased by expression of exogenous PERK-ΔLD (siPERK+PERK-ΔLD), but hardly increased by PERK-ΔLD-3SA (siPERK+PERK-ΔLD-3SA). ). The results of this test example and the results of test example 4 showed that mitochondrial development, which is controlled by phosphorylation of three serine residues within the kinase insert of PERK, is essential for thermogenesis.

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等な発明の意義の範囲内で施される様々な変形が本発明の範囲内とみなされる。 The present invention is capable of various embodiments and modifications without departing from the broad spirit and scope of the invention. Further, the embodiments described above are for explaining the present invention, and do not limit the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is indicated by the claims rather than the embodiments. Various modifications made within the scope of the claims and within the meaning of the invention equivalent thereto are considered to be within the scope of the present invention.

本発明は、細胞の状態判定、品質管理、及び薬剤のスクリーニング方法に好適である。 The present invention is suitable for cell state determination, quality control, and drug screening methods.

Claims (7)

PKR-like endoplasmic reticulum kinaseのキナーゼインサートのN末端側からC末端側に向かってRSRSFSVで示されるアミノ酸配列における少なくとも1個のリン酸化されたセリン残基を認識して、前記PKR-like endoplasmic reticulum kinaseに結合する、
プローブ。
Recognizing at least one phosphorylated serine residue in the amino acid sequence shown in RSRSFSV from the N-terminal side to the C-terminal side of the kinase insert of the PKR-like endoplasmic reticulum kinase, the PKR-like endoplasmic reticulum kinase join to,
probe.
抗体である、
請求項1に記載のプローブ。
is an antibody,
The probe according to claim 1.
請求項1又は2に記載のプローブを備える、
ミトコンドリアの状態判定用キット。
comprising the probe according to claim 1 or 2;
Kit for determining mitochondrial status.
細胞において、PKR-like endoplasmic reticulum kinaseのキナーゼインサートのN末端側からC末端側に向かってRSRSFSVで示されるアミノ酸配列における少なくとも1個のリン酸化されたセリン残基を検出する検出ステップを含む、
ミトコンドリアの状態判定方法。
a detection step of detecting at least one phosphorylated serine residue in the amino acid sequence represented by RSRSFSV from the N-terminal side to the C-terminal side of the kinase insert of PKR-like endoplasmic reticulum kinase in the cell;
Method for determining mitochondrial status.
前記細胞は、
褐色脂肪細胞である、
請求項4に記載のミトコンドリアの状態判定方法。
The cell is
brown fat cells,
The method for determining the state of mitochondria according to claim 4.
細胞を被験物質に暴露する暴露ステップと、
前記細胞において、PKR-like endoplasmic reticulum kinaseのキナーゼインサートのN末端側からC末端側に向かってRSRSFSVで示されるアミノ酸配列における少なくとも1個のリン酸化されたセリン残基を検出する検出ステップと、
前記検出ステップの結果に基づいて前記被験物質を選択する選択ステップと、
を含む、ミトコンドリア機能改善剤のスクリーニング方法。
an exposure step of exposing the cells to the test substance;
a detection step of detecting at least one phosphorylated serine residue in the amino acid sequence represented by RSRSFSV from the N-terminal side to the C-terminal side of the kinase insert of PKR-like endoplasmic reticulum kinase in the cell;
a selection step of selecting the test substance based on the result of the detection step;
A screening method for mitochondrial function improving agents, including:
前記細胞は、
褐色脂肪細胞である、
請求項6に記載のミトコンドリア機能改善剤のスクリーニング方法。
The cell is
brown fat cells,
The method of screening for a mitochondrial function improving agent according to claim 6.
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