JP7654204B2 - 8-オキソグアニンを含むrna干渉誘導核酸、8-オキソグアニンを含むマイクロrnaと結合する修飾核酸およびこれらの使用 - Google Patents
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Description
[グループ1]
miR-1、miR-184、let-7f-5p、miR-1-3p、miR-122、let-7、miR-124。
[グループ2]
配列番号1の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-Uo8GGAAUGUAAAGAAGUAUGUAU-3’);
配列番号2の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-UGo8GAAUGUAAAGAAGUAUGUAU-3’);
配列番号3の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-UGGAAUo8GUAAAGAAGUAUGUAU-3’);
配列番号65の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-Uo8Go8GAGUGUGACAAUGGUGUUUG-3’);
配列番号66の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-UGAo8GUAGUAGGUUGUAUAGdTdT-3’);
配列番号67の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-UAAo8GGCACGCGGUGAAUGCdTdT-3’)。
(a)細胞からRNAを抽出する工程;
(b)前記抽出したRNAから8-オキソグアニン(o8G)が含まれているRNAを抗-o8G抗体を用いて免疫沈降法(IP)で分離する工程;
(c)前記分離した8-オキソグアニン(o8G)が含まれているRNAを逆転写してcDNAを製造し、8-オキソグアニンの位置を把握するためのシーケンシングライブラリーを製作してシーケンシングする工程;および
(d)前記シーケンシングの結果、グアニン(Guanine;G)がチミン(Thymine;T)に修飾された位置を確認してグアニン(G)が8-オキソグアニン(o8G)に修飾された位置を同定する工程。
前記修飾核酸は、修飾されたマイクロRNAの5’末端から2番目および3番目のうちのいずれか一つのヌクレオチドから始まって6つ以上の連続したポリヌクレオチドに相補的なポリヌクレオチドを含み、
前記マイクロRNAの5’末端から1番目~9番目のヌクレオチドのうちの一つ以上の8-オキソグアニン(o8G)と結合する位置のヌクレオチドにアデニン(Adenine;A)を含む、修飾核酸を提供する。
前記修飾核酸は、マイクロRNAの5’末端から2番目または3番目のうちいずれか一つのヌクレオチドから始まって6つ以上の連続したポリヌクレオチドに相補的なポリヌクレオチドを含み、 前記マイクロRNAの5’末端から2番目、3番目または7番目のヌクレオチドのうちの一つ以上の8-オキソグアニンと結合する位置のヌクレオチドにアデニン(A)を含むことができる。
前記修飾核酸はマイクロRNAの5’末端から2番目および3番目のうちのいずれか一つから始まって6つ以上の連続したポリヌクレオチドに相補的なポリヌクレオチドを含み、
前記マイクロRNAの5’末端から1番目~9番目のヌクレオチドのうち一つ以上の8-オキソグアニン(o8G)と結合する位置のヌクレオチドにアデニン(Adenine;A)を含む修飾核酸、または
前記修飾核酸をコードする遺伝子を含む組換えベクターを含む、心肥大症治療用薬学組成物を提供する。
前記マイクロRNAのヌクレオチドのうち一つ以上のグアニン(G)が8-オキソグアニン(o8G)に修飾されている場合、心肥大症に分類する工程、を含む、心肥大症診断のための情報提供方法を提供する。
(b)前記組換えベクターを動物の受精卵に導入させる工程;および
(c)前記受精卵を代理母に移植した後、受精卵を発生させて形質転換動物モデルを得る工程を含む、ヒトを除いた心肥大症抵抗性動物モデルの製作方法、および前記方法で製作された、ヒトを除いた心肥大症抵抗性動物モデルを提供する。
(b)前記心肥大症動物モデルの心筋細胞で発現されるマイクロRNAのヌクレオチドのうちのグアニン(G)の8-オキソグアニン(o8G)への修飾頻度を分析する工程;および
(c)前記8-オキソグアニン(o8G)が候補物質を処理しない場合に比べて減少する場合、前記候補物質を心肥大症治療剤に選別する工程を含む、心肥大症治療用候補物質のスクリーニング方法を提供する。
[グループ1]
miR-1、miR-184、let-7f-5p、miR-1-3p、miR-122、let-7、miR-124。
[グループ2]
配列番号1の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-Uo8GGAAUGUAAAGAAGUAUGUAU-3’);
配列番号2の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-UGo8GAAUGUAAAGAAGUAUGUAU-3’);
配列番号3の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-UGGAAUo8GUAAAGAAGUAUGUAU-3’);
配列番号65の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-Uo8Go8GAGUGUGACAAUGGUGUUUG-3’);
配列番号66の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-UGAo8GUAGUAGGUUGUAUAGdTdT-3’);
配列番号67の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-UAAo8GGCACGCGGUGAAUGCdTdT-3’)。
(a)細胞からRNAを抽出する工程;
(b)前記抽出したRNAから8-オキソグアニン(o8G)が含まれているRNAを抗-o8G抗体を用いて免疫沈降法(IP)で分離する工程;
(c)前記分離した8-オキソグアニン(o8G)が含まれているRNAを逆転写してcDNAを製造し、8-オキソグアニン(o8G)の位置を把握するためのシーケンシングライブラリーを製作してシーケンシングする工程;および
(d)前記シーケンシングの結果、グアニン(Guanine;G)がチミン(Thymine;T)に修飾された位置を確認して、グアニン(G)が8-オキソグアニン(o8G)に修飾された位置を同定する工程。
前記マイクロRNAのヌクレオチドのうち一つ以上のグアニン(G)が8-オキソグアニン(o8G)に修飾されている場合、心肥大症に分類する工程を含む、
心肥大症診断のための情報提供方法を提供する。
(b)前記組換えベクターを動物の受精卵に導入させる工程;および
(c)前記受精卵を代理母に移植した後、受精卵を発生させて形質転換動物モデルを得る工程を含む、ヒトを除いた心肥大症抵抗性動物モデルの製作方法および前記方法で製作されたヒトを除いた心肥大症抵抗性動物モデルを提供する。
(b)前記心肥大症動物モデルの心筋細胞で発現されるマイクロRNAのヌクレオチドのうち、グアニン(G)が8-オキソグアニン(o8G)に修飾される頻度を分析する工程;および
(c)候補物質による処理をしない場合と比べて、前記8-オキソグアニン(o8G)が減少する場合、前記候補物質を心肥大症治療剤として選別する工程を含む、心肥大症治療用候補物質のスクリーニング方法を提供する。
1.細胞培養
ラット(rat)心筋芽細胞株H9c2(H9c2(2-1)、ATCC CRL-1446;H9c2、韓国細胞株銀行)、ヒト心室心筋細胞株AC16(J.Han、H.-W.Lee、およびW.J.Park提供)、およびヒト子宮頸部腺癌細胞株HeLa(ATCC CCL-2)を10%のウシ胎児血清(FBS;Gibco)、100U/mlのペニシリン(penicillin)、および100μg/mlのストレプトマイシン(streptomycin、Welgene)が補充されたDulbecco’s modified Eagle’s medium(DMEM;Hyclone)で37℃、5%CO2の培養条件で成長させた。
アドレナリン性肥大を誘導するために、別途指示されない限り、rCMC、H9c2またはAC16を200μMのフェニレフリン(phenylephrine、PE)または10μMのイソプロテレノール(isoproterenol、ISO)で通常通り処理し、処理から48時間後に検査した。血清欠乏を心筋肥大に対する前処理条件として使用する場合もあるため、処理24時間前にFBSおよびHSのない同じ培地に交換した。酸化防止剤で処理する場合、PEまたはISOによる処理の間、2mMのN-アセチルシステイン(N-acetylcysteine、NAC)を適用した。
一般に、H9c2、AC16、rCMCまたはHeLa細胞内への二重miRNAを有するベクターの形質導入(transfection)または同時形質導入(cotransfection)はLipofectamine2000または3000(Invitrogen)を使用して行われるが、その反面、miRNAまたはmiRNA阻害剤(50nM)の形質導入はRNAiMAX(Invitrogen)またはLipofectamine3000(Invitrogen)を使用し、製造会社が提供した一般的なプロトコールにより行った。最大効率を達成するために、Countess II Automated Cell Counter(Invitrogen)を使用して正確な細胞数を計数し、形質導入前にプレートに分注した。
細胞ROSレベルの定量的測定のために、ROS蛍光染料およびジヒドロエチジウム(dihydroethidium、DHE)に基づくフローサイトメトリー法をMuse Oxidative Stress Kit(Milipore)と共にMuse Cell Analyzer(Milipore)を使用して実施した。即ち、薬物処理前日にH9c2またはAC16細胞を106細胞/6ウエルプレートの密度で分注した。処理後10分から48時間まで細胞を回収し、製造会社のプロトコールに従って、固定、染色、および測定を繰り返した(n=3。分析のために、同じ数の細胞(n=10,000)をROSレベルおよび細胞サイズの両方ともに対して定量した。細胞サイズとしてFSC(フォワード-Scattered Light)を製造会社のプロトコールにより測定した(log10(FSC)、y軸;肥大、細胞サイズ>3)。
H9c2またはrCMCを4%のパラホルムアルデヒド(PFA;Biosesang)で15分間、室温で固定した。これを0.1%のNP-40(Sigma-aldrich)を含有するPBS(Biosesang)で2回洗浄した後、サンプルを5%のウシ血清アルブミン(BSA;Bovogen)を添加して室温で1時間インキュベートした。その後、2回洗浄し、次の条件で一次抗体と共にインキュベートした:0.1%のNP-40および3%のBSA、MF20(1:1000、Developmental hybridoma)、o8G(15A3、1:1000、QED Bioscience)およびAgo2(ab5072、1:200、Abcam)を含むPBSで4℃で一晩。DAPI(1.5μg/ml、Vector lab)は核染色に使用した。(全てのH9c2細胞が心筋細胞と同一な系統にあるにもかかわらず)H9c2心筋芽細胞における細胞運命の不均質性のため、MF20を使用して心筋細胞を染色した。RNaseの処理のために、一次抗体とインキュベートする前に10μg/mlのRNaseA(Invitrogen)を室温で15分間使用し、Alexa Fluor 488 ロバ抗体マウスIgG(1:1000、Abcam)およびAlexa Fluor 594 ロバ抗ウサギIgG(1:1000、Abcam)を0.1%のNP-40を含むPBS中の2次抗体として、室温で1時間使用した。染色された細胞は倒立蛍光顕微鏡(Leica DMi8)で調査し、Leica Application Suite(LAS)で分析し、ImageJ(≧100cells、https://imagej.nih.gov/)で定量化した。
培養液または組織切片から細胞サイズをImageJ 1.51sソフトウェア(https://imagej.nih.gov/)の“測定”機能を使用して定量した。様々なイメージで一貫した比較のために全てのイメージを35.56×26.67inch2に該当する2560×1962ピクセルのサイズに変換した。その次に、変換されたイメージで細胞面積をinch2(71.9 pixel/inch)の単位で測定し、次の分析に使用した。
TriLink Biotechnologies(USA)、Integrated DNA Technologies(USA)、ST Pharm(Korea)およびBioneer(Korea)の注文型合成および修飾サービスを使用して多様な修飾を有するRNAを生産し、その品質を質量分析を通じてモニタリングおよび確認した。
サイズによってRNAを精製するためにmiRNeasy Mini Kit(Qiagen)を使用して製造会社が提供したプロトコールにより小さな(<~200nt)および大きな(>約200nt)RNA画分を分離した。心臓組織サンプルの場合、Minilys Personal Homogenizer(Bertin)またはglass homogenizerを700μlのQiazol Lysis Reagent(Qiagen)の存在下で使用し、以前に報告された試験管内酸化を防止するために、2.5mMのDFOM(Sigma-aldrich)で補充した。総RNA精製のために、20%のクロロホルム(Merck)の添加後、2.5mMのDFOMを含むQiazol Lysis Reagentのみを使用し、その次に、イソプロピルアルコールでRNA沈殿させ、RQ1 RNase free DNaseで処理した(37℃で30分;熱不活性化によって溶液を停止、65℃で10分;Promega)。RNAの正確な定量のために、分光光度計(Denovix)およびQubit蛍光定量(Invitrogen)を使用した。
o8Gの比色検出および定量化は、製造会社のプロトコールによりOxiSelect Oxidative RNA Damage ELISA kit(Cell Biolabs)を使用して行った。サンプルを調製するために、精製された小RNAまたは大RNA(0.4~5μg)を37℃で1時間、Nuclease P1(Wako)で処理し、エタノール沈殿を通じて抽出し、プレート上に事前コーティングした抗-o8G抗体との結合についてo8G/BSAコンジュゲートと競争するように添加し、その次に検出のために当該キットで提供するHRP結合二次抗体と反応させた。サンプルの吸光度は分光光度計(450nm、GloMax-Multi Detection System;Promega)で測定し、o8Gの濃度は予め決定されたo8G標準曲線と比較して推定し、相対量で示した。
全ての実験手続は高麗大学校実験動物運営委員会の承認を受け、動物保護および実験動物使用ガイドを遵守して行った。アドレナリン性心臓肥大を誘導するために、ISO(75mg/kg)を合計29日間にわたり、2日ごとに、8週から12週齢の雄C57BL/6Jマウス(Koatech)に腹腔内注射(IP)を通じて投与した。模擬-注入対照群(Mock)として、同一な体積のPBSを使用し、抗酸化効果を調査するために100mg/kgのNACを投与した。注射された薬物に応じてマウスを様々なグループに分けた(各グループがn=4、サンプルサイズは以前の研究(Lee、H.S.et al. Nature communications 6、10154)で使用された最小数に基づいて選択される):Mock、ISO、ISO+NAC、およびNAC。最初に注射してから29日後に、それぞれの心臓組織を回収し、心臓重量(heart weight、HW)、体重(body weight、BW)および脛骨長さ(tibia length、TL)を測定し、心臓サイズを正規化するためにHW/BWまたはHW/TLを使用した。全てのサンプルをROS測定、CLEAR-CLIPおよびRNA抽出、次いでo8GのELISA、ドットブロット(dot blot)、ノースウェスタン、IPおよびqPCRによる分析まで-80℃で保管した。パラコート(paraquat)(Sigma-Aldrich)処理のために、10mg/kgのパラコートを、合計4週間にわたり、IPによりマウスに投与した。その後、RNAを抽出してELISAに使用した。RNA-Seqの場合、1日目、3日目および5日目にISOを3回IP注射し、1週後にマウス(n=3)を殺処理し、同じ容積のPBSを対照に注入した。RNA-Seqライブラリーの構築およびqPCR分析に使用されるまで全てのサンプルを-80℃で保管した。
三星医療センターの動物イメージング核心施設の統制下で心臓超音波をモニタリングし、記録した。具体的には、麻酔をかけるためにマウスを最初に2~5%のイソフルラン(isoflurane)に暴露し、約5分間の心臓超音波記録(Visual Sonics Vevo 2100 Imaging System)を測定する間、1%のイソフルランで維持した。M-モードのトレーシング下で2-Dの短軸(short-axis)を個別の記録位置であるマウスの乳頭領域を固定させるために適用した。拡張期および収縮期の壁厚を含む心拍数、左室(left ventricular、LV)径、およびLV末期-拡張期および末期-収縮期チャンバー径を測定した。
ドットブロットの場合、サイズ別RNA(80~300ng)またはゲル精製されたmiRNA(50ng)をZeta-Probeブロッティング膜(Bio-Rad)にプロットし、Spectrolinker XL-1000(Spectroline)の最適架橋(120mJ/cm2)オプションのUV照射によって架橋させた。ノースウェスタンブロットの場合、総RNAをGel Loading Buffer II(90℃で2分;Ambion)で変性させ、22nt miRNAサイズマーカー(合成されたmiR-1)を使用して15%のNovex TBE-尿素ゲル(Invitrogen)で分離し、Zeta-Probeブロッティング膜に移し、UV(120mJ/cm2、Spectrolinker XL-1000)で架橋させた。膜は室温で1時間、5%のBSAと共に1xTBST(Biosesang)でブロッキングし、室温で1時間、1xTBST中で抗-o8G抗体(15A3、1:2000;QED Bioscience)と共にインキュベートした。その後、TBST中のHRP結合ヤギ抗マウスIgG(1:5000、Pierce)を室温で1時間で使用し、次いで検出のためにECL(SuperSignal West Pico PLUS、Pierce)と反応させた。蛍光団が結合された2次抗体(Alexa Fluor 680 ヤギ抗マウスIgG、1xTBSTで1:15000、Invitrogen)を使用する場合、Blocker FL蛍光ブロッキングバッファー(ThermoFisher)をブロッキングおよび抗-o8G抗体とのインキュベーションの両方ともに使用した。蛍光信号をiBright FL100イメージングシステム(Invitrogen)によって直接定量し、SYBR Gold(1:10000、Invitrogen)によって染色された点で表示されたRNAの総量に対する相対的な強度として計算した。
抗-o8G抗体(15A3、QED Bioscience)に対するo8Gの免疫沈降(IP)条件を最適化するために、2つのo8G塩基を含む合成20nt長のRNAであるo8Gスパイクイン(5’p-Uo8Go8GAAUGUAAAGAAGUAUGUAU-3’)をo8GのないGスパイクイン(5’p-UGGAAUGUAAAGAAGUAUGUAU-3’)と比較した。抗-o8G抗体が付着されたビーズ(bead)を製造するために、2.5μgの抗-o8G抗体(15A3、QED Bioscience)を室温で1時間、25μlのDynabeads Protein G(Invitrogen)および200μlのPBSとインキュベートした。抗-o8G抗体の非特異的相互作用を防止するために、250μgのデオキシグアノシン(deoxyguanosine)(dG、Sigma-Aldrich)の添加をビーズ(bead)製造の際に試験した。洗浄および精製のために、DynaMag-2 magnet(Invitrogen)を使用してDynabeads Protein Gを分離した。PBSで3回ビーズを洗った後、IPバッファーの他の条件をo8Gスパイクインvs.Gスパイクイン(10pgまたは100pg、300ngの小RNAの存在下)で確認した:0.04%のNP-40を含有したPBS;低洗浄剤、0.004%のNP-40を含有したPBS;高洗浄剤、PXL(PBS、0.1%のSDS、0.5%のデオキシコレート、0.5%のNP-40)。参考として、全てのIP工程を2.5mMのDFOMおよび40Uの組換えRNase阻害剤(Takara)の存在下、4℃で2時間行った。
miRNAを定量化するために、miRNA qPCR方法またはTaqMan MicroRNA分析法(Applied Biosystems)を使用した。具体的には、miRNeasy Mini Kit(Qiagen)によって精製された1μgの小RNAまたはIP精製されたRNAをポリ(A)ポリメラーゼ(Ambion)を使用して総10μl体積でポリアデニル化させた。その次に、ポリアデニル化されたRNAを2μMのオリゴ(dT)アダプタープライマー(5’-GCGAGCACAGAATTAATACGACTCACTATAGGTTTTTTTTTTTTVN-3’;配列番号22)と共にSuperScript III逆転写酵素(reverse transcriptase)(Invitrogen)を使用して逆転写させた。qPCR反応はフォワード(標的miRNAとして同一な配列)およびリバースプライマー(5’-GCGAGCACAGAATTAATACGACTCAC-3’;配列番号23)と共にSYBR Green PCR Master Mix(Applied Biosystems)で行われた:サイクリング条件(95℃で5分;95℃で15秒、55℃で15秒、および72℃で20秒の45サイクル;および72℃で5分)。U6 snRNAはo8GまたはGスパイクイン(フォワード:5’-TGGAATGTAAAGAAGTATGTAT-3’(配列番号24)、リバース:5’-GCGAGCACAGAATTAATACGACTCAC-3’(配列番号25))またはmiRNA:o8Gスパイクイン(フォワード:5’-TAAGGCACGCGGTGAATGCCAA-3’(配列番号26)、リバース:5’-GCGAGCACAGAATTAATACGACTCAC-3’(配列番号27))を使用することを除いて、一般に参照対照群(control、フォワード:5’-CGCTTCGGCAGCACATATAC-3’(配列番号28)、リバース:5’-TTCACGAATTTGCGTGTCAT-3’(配列番号29))として測定された。
o8GがAと対を成すことができるため、合成された39-オキソ-RにおけるGAAUo8GCのGAATTC(EcoRI部位)への変化に基づいてG→T転換を誘導する効能を調査した。RTプライマー(5’-ACTTCAAAGCTCACGGTTCCGCTACCTCGAGAAGACGGCATACGA-3’(配列番号30)、Bioneer)と共にSuperScript III逆転写酵素(Invitrogen)によってo8G対照群(39-オキソ-R)およびG対照群(39R)の逆転写を行った。cDNAは、PCR反応(98℃で10秒;98℃で10秒、40℃で30秒、72℃で20秒の30サイクル;および72℃で10分)でプライマー(フォワード:5’-CCTGGTCCCAGACTAAAGAAT-3’(配列番号31)、リバース:5’-ACTTCAAAGCTCACGGTTCCG-3’(配列番号32);Bioneer)と共にEx Taq(Takara)で増幅させた。Oligo Clean & Concentratorキット(Zymo)で精製した後、RT-PCR産物をEcoRI(NEB)で消化し、TBE中、12%のPAGEゲル上で分離した。
RT-PCRにおけるo8G IP条件およびo8G誘導G→T転換の最適化に基づいて、酸化されたmiRNAおよびそのo8Gの位置を識別するためのシーケンシング方法(o8G-miSeq)が開発された。1.2mgのデオキシグアノシン(deoxyguanosine)(Sigma)が補充されたPBS(総容量500μl)中の125μlのDynabeads Protein G(Invitrogen)と共に1時間室温で交互に12.5μgの抗-o8G抗体(15A3、QED Bioscience)とインキュベートすることによって抗体が付着されたマグネチックビーズ(bead)を製造した。洗浄および精製のために、DynaMag-2 magnet(Invitrogen)を使用してDynabeads Protein Gを分離した。PBSによる洗浄2回の後、miRNeasy Mini Kit(Qiagen)で精製された7~10μgの小RNAサンプルを2.5mMのDFOM(Sigma)および40Uの組換えRNase阻害剤(Takara)を含む200μlのPXLで準備されたビーズと混合した。4℃で交互に培養して2時間後、超高塩による一連の洗浄を行った:TE(15mMのTris-HCl pH7.5、5mMのEDTA);高洗浄剤(1%のTriton X-100、1%のデオキシコレート、0.1%のSDS、および2.5mMのEGTA)および高塩(1MのNaCl)を含有したTE;高洗浄剤および超高塩(2MのNaCl)を含有したTE;高洗浄剤および塩(120mMのNaCl)を含有したTE;洗浄緩衝剤(50mMのTris-HCl pH7.5、1mMのMgCl、150mMのNaCl、0.05%のNP-40)。ビーズ上の精製された酸化小RNAはそのまま、または抽出後にさらに処理した。
生物情報学分析のために、主にPythonスクリプト(http://clip.korea.ac.kr/oxog/)とUCSCゲノムブラウザー(http://genome.ucsc.edu/)を使用した。RNA-Seq分析は、Tuxedo Suiteを使用して行われた;TopHat2(http://ccb.jhu.edu/software/tophat)、CufflinksおよびCuffdiff(http://cole-trapnell-lab.github.io/cufflinks/)。Bowtie(http://bowtie-bio.sourceforge.net)を使用してmiRNAに対するシーケンシングリードのマッピングを行った。CLIPデータのピーク(peak)分析は、CLIPick(http://clip.korea.ac.kr/clipick/)によって処理された。別途の表示がない限り、基本媒介変数と共にDAVID(http://david.abcc.ncifcrf.gov/)を使用してGO分析を行い、REVIGO(http://revigo.irb.hr/)で視覚化した。機能的錫の補強はGSEA(http://software。broadinstitute。org/gsea/)を使用して分析された。
脱多重化された(demultiplexed)シーケンシングリード(FASTQファイル)は2つのミスマッチ(Bowtie--norc-l7-n2-a-f)を許容するBowtieを使用してアラインし、縮少されたシーケンシングリードはインデキシングされ(基本媒介変数と共にbowtie-build indexer使用)、miRBase(http://www.mirbase.org/)で同一な種の成熟miRNA配列によってマッピングされた。ミスマッチエラーがあるリード値をフィルタリングして結果をさらに構文解析し、その結果、品質スコアは20未満であった。miRNA当りのリード数は総リード値(総リード値百万当りのリード値;RPM)に対して正規化され、log2値(例:log2(入力(input))およびlog2(o8G IP))として使用された。特に、o8Gの富化度(enrichment)は、入力小RNA-Seq(入力;miRNA頻度)のRPMと共にo8G IPシーケンシング(o8G IP)のRPMを測定することで推定し、log2比率として計算し、volcano plot分析で有意性(-log10(P-value)、t-test)として示した。miRNA配列中のGの頻度によって影響を受けるo8G IPバイアスを調査するために、配列中のG-含量(Gの数)およびo8G富化度(bin size=1)によって分類されたmiRNAの数を熱地図分析(Treeview、http://rana.lbl.gov/EisenSoftware.htm)を通じて視覚化した。PE処理による差異的なo8G富化度を分析するために、相対的なo8G富化度値をPE処理vs.mock(無処理)の間のo8G富化度比率から計算した。ベースコールにおいて最高品質スコアを有するミスマッチ(mismatch)の場合のみを考慮して、miRNA配列の各位置で発生するミスマッチの百分率は総マッチ頻度に対して相対的に計算された;ミスマッチ(%)。特に、miR-1:2UおよびmiR-1:3Uからのシード配列は他の哺乳動物miRNAと重複しない(n=17,948;miRBase、http://www.mirbase.org/)が、但し、種-特異的miRNAであるmdo-miR-12320-3pおよびmmu-miR-7216-3p(<80シーケンシング判読値)を有するmiR-1:7Uとは、無視できるほどの非常に低い発現を示す、を除いて。
rCMC(n=3)を100μMのPEで48時間処理するか、ISO(75mg kg-1)を慢性注射(n=3)してマウスで肥大性心臓を誘導した後、小RNAをmiRNeasy Mini Kit(Qiagen)を使用して抽出した。その後、交差-確認として、分光光度計(Denovix)およびQubit蛍光定量法(Invitrogen)の両方によって正確に測定された同じ量の小RNA(2μg、PE処理vs.処理無し)を10pg miRNA:o8Gスパイクイン対照群の存在下でo8G免疫沈降に使用した。Qiazol Lysis ReagentおよびRNA Clean & Concentrator-5 kit(Zymo)を使用してビーズからRNAを抽出した後、TaqMan MicroRNA Assayキット(Applied Biosystems)を使用してo8G IPの特定のmiRNAの量を評価した。参照のために、逆転写前の全ての過程を2.5mMのDFOMの存在下で行い、in vitroのRNAの酸化を防止した。IP工程からの変異を正規化するために、o8G IPでmiRNA:o8Gスパイクインの量をqPCRで測定し、特定miRNAの相対的なo8G値を定量するための分母として使用した。また、o8G IPでU6 snRNAを測定することによって相対レベルを推定し、特定miRNAで酸化の富化を確認するための正規化に使用した。
miRNA仲介遺伝子抑制活性を測定するために、psiCheck-2(Promega)またはpmirGLOベクター(Promega)を使用した。特にmiR-1 オキソ部位の場合、標的部位を並べて繰り返し(n=5)、psiCheck-2のRenilla luciferase(hRLuc)の3’UTRに挿入して検出感度を増加させた。
多様なルシフェラーゼレポーターベクター(pmirGLO、psiCheck-2または所望の部位を含有するその修飾されたプラスミド)および/または合成2本鎖miRNA(50~75nM、別途明示される)をH9c2、rCMCおよびAC16に形質導入した。形質導入から24時間後、発現されたルシフェラーゼの活性を全般的に測定した。薬物処理の場合、明示された濃度のPE、H2O2および/またはNACを明示された時間で処理し、処理は形質導入から24時間後に開始し、処理後のものを得た。製造会社のプロトコールにより複製物(n=6)でGloMax-Multi Detection System(Promega)と共に二重-ルシフェラーゼレポーター分析システム(Promega)を用いて相対活性(ホタルルシフェラーゼで正規化されたRenillaルシフェラーゼ活性)を測定した。miRNA仲介抑制の効率を評価するために、異なる濃度のmiRNA(0~100nM)をHeLaに形質導入した。その後、Scipy(scipy.optimize.curve_fit)を使用してシグモイド関数(sigmoid function)に対して非線形最小自乗フィッティングを行ってIC50を計算した。最小自乗が関数に合わない場合、回帰線で大略的なIC50を計算した。
二重蛍光タンパク質(dFP)レポーターベクターはpsiCheck-2(Promega)に基づいて構築し、ルシフェラーゼ遺伝子を蛍光タンパク質遺伝子で置換した。pUlta(Addgene;Malcolm Moore提供)でeGFP遺伝子を増幅させNheIおよびXhoI部位を介してhRLucを置換した:フォワードプライマー:5’-TAGGCTAGCCACCATGGTGAGCAAGGGCGA-3’(配列番号49)、リバースプライマー:5’-GGGCTCGAGCGATCGCCTAGAATTACTTGTACAGCTCGTCCATGC-3’(配列番号50)。pTRIPZ(Thermo Scientific)でTurboRFP遺伝子を増幅させ、ApaIおよびXbaI部位(フォワードプライマー:5’-GAAGGGCCCTATGAGCGAGCTGATCAAGGAGA-3’(配列番号51)、リバースプライマー:5’-GACTCTAGAATTATTATCTGTGCCCCAGTTTGCTAG-3’(配列番号52))を介してhluc+を置換し、追加的に処理してPCR仲介欠失によるhluc+配列の残存33bpを除去し(フォワードプライマー:5’-GTACTGTTGGTAAAGCCACCATGAGCGAGCTGATCA-3’(配列番号53)、リバースプライマー:5’-TCCTTGATCAGCTCGCTCATGGTGGCTTTACCAACA-3’(配列番号54))、次いで、欠失されなかった骨格プラスミドを除去した(DpnI処理)。全てのPCR反応は製造会社のプロトコールによりPfuUltra High-Fidelity DNAポリメラーゼ(Agilent Technologies)を使用して行った。また、転換されたdFPベクター(Jens Gruberから提供されたp.UTA.3.0 Empty;Addgene plasmid #82447)を使用し、これはpsiCheck-2ベクターに由来し、acGFPがhluc+を置換し、RFPがhRLucを置換し、まるでレポーターおよび対照蛍光遺伝子がdFPで交換されたようものであった。最後に、miR-1 シード部位、7オキソ部位、2オキソ部位および3オキソ部位はpsiCheck-2に使用されたのと同一のサブクローニング(subcloning)方法によってdFPまたは転換されたdFPベクター(p.UTA.3.0)に挿入された。
フローサイトメーターを用いて単一細胞レベルでmiRNA仲介遺伝子抑制を測定するために蛍光タンパク質レポーターベクターを使用した。まず、miR-1 シード、7オキソ、3オキソまたは2オキソ部位を含有するdFP(RFP:GFP部位)または転換されたdFP(GFP:RFP部位)をH9c2に形質導入し、形質導入から24時間後に細胞を回収した。陽性対照として、各標的サイトに対する同族のmiRNA(50nM)を共形質導入させた。miR-1 オキソ部位の抑制が内因性miR-1によって仲介されることを確認するために、miRIDIAN マイクロRNAヘアピン阻害剤(Dharmacon)から得られた50nMのmiR-1特異的阻害剤をまた共形質導入させた。共形質導入の場合、同じ量のNTを対照として使用した。薬物処理のために、200μMのPE(血清枯渇したH9c2)または2mMのNACを形質導入時点から開始して24時間処理した。細胞を4%のBSA(Bovogen)および5mMのEDTA(Sigma)と共にPBS(Biosesang)から回収し、フローサイトメーターで分析した。
NT-6φ、miR-1、miR-1:7o8G、miR-1:2o8G、miR-1:3o8G、miR-1:7U、miR-1:2U、miR-1:3Uを製造会社のプロトコールによりRNAiMaxまたはリポフェクタミン3000(Invitrogen)によってH9c2またはrCMC細胞に形質導入させ、静止画を得るために、倒立顕微鏡(Leica DMi8)を使用し、ImageJ(≧100細胞、https://imagej.nih.gov/)で分析した。時系列の画像を生成するために、miR-1:7o8GまたはmiR-1:7Uの形質導入後、Lumascope 400(Etaluma)を20分間隔で0から50hの間で使用した。
マウスへのmiRNAの生体内送達を行った。具体的に、2本鎖miRNA(5mg kg-1)を製造会社のプロトコールによりin vivo jetPEI(N/P比率=5;Polyplus)を使用して静脈内注射(I.V.)によって12週齢の雄C57BL/6マウス(Koatech)に投与した。注入されたmiRNA(NT vs.miR-1:7o8G、NT vs.miR-1:7U;n=4)に応じてマウスを2つのグループに分配することにより、2セットの実験を設計した。miR-1:7o8G(4mg kg-1)またはmiR-1:7U(4mg kg-1)を注射する場合、NT(1mg kg-1)も共に注射してマウス心臓への送達を確認した。特に、注射に使用されたmiR-1:7o8GまたはmiR-1:7Uの二本鎖は、5’末端にFITCを含有するmiR-1 パッセンジャー鎖を使用して心臓組織への送達を確認することによって生成された。注射は1日目および2日目の2回行われ、マウスは7日目に殺処理した。それぞれの心臓測定用に心臓組織を回収した:HW、BWおよびTL。RNA抽出(小RNAおよび大RNA;miRNeasy Mini Kit、Qiagen)のために切断された心臓組織を直ちに使用し、送達されたNTの量をqPCR(miRNAセクションに対するqPCRの詳細な方法参照)に次いでRNA-SeqおよびqPCR分析で調査した。切断された心臓の一部はまた、免疫組織化学分析のためにスライド上の組織切片として製造された。
RNase-Free DNase Set(Qiagen)を用いたカラムのDNA消化を通じてRNeasy Mini Kit(Qiagen)を使用して総RNAを分離した。SuperScript III逆転写酵素(Invitrogen)およびオリゴ(dT)プライマーで逆転写を行った。qPCR分析はSYBR Green PCR Master Mix(Applied Biosystems)で行った。全ての反応は標準2工程サイクリングプロトコールで3回行い、対照としてACTBおよびGAPDHを使用したΔCT方法によって相対的定量を計算した。
解剖したたマウスの心臓組織を固定し(4%のパラホルムアルデヒド、一晩4℃)、保存し(70%のエタノール)、パラフィンで包埋し、切断した後(横断面、連続切片;5μm幅)、ヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)で染色した。パラフィン包埋した切片の準備、H&E染色、およびマッソンの三重染色は、サービス加入を通じて、心血管製品評価センター(延世大学校医科大学、韓国)または病理学核心施設(ソウル大学校医科大学、韓国)によって行われた。その後、製造されたスライド上で免疫蛍光染色を行った。Histo-Clear(National Diagnostics)で切片を脱パラフィンした後、段階希釈したエタノールで切片を加水分解し、PBSに保存した。製造会社のプロトコールによりBD Retrievagen Antigen Retrieval Systems(BD Biosciences)を使用して抗原を回収した。その次に、PAP pen(Sigma)によって定義した標的染色領域を明示したように免疫染色し、ブロッキング溶液(10%の正常ヤギ血清および1%のBSAを含有したPBS)、室温で1時間;MF20抗体(1:200、Developmental hybridoma)、ブロッキング溶液、4℃で一晩;Alexa Fluor 488ロバ抗マウスIgG(1:1000、Abcam)、ブロッキング溶液、室温で1時間。また、Alex Fluor 594結WGA(50μg/ml;Invitrogen)とDAPI(1.5μg/ml;Vector lab)を適用して細胞膜と核をそれぞれ視覚化した。染色された組織を倒立蛍光顕微鏡(Leica DMi8;20xまたは40x倍率)で観察し、Leica Application Suite(LAS)で分析し、ImageJ(≧100細胞、https://imagej.nih.gov/)で定量化した。
心筋細胞特異的形質転換マウス(TG)を生産するために、アンチ-7オキソ(α-MHC 13x)プラスミドをBamHIを使用して分解して形質転換カセットを分離した。ゲル-精製された形質転換カセットを交配後、過排卵されたC57BL/6雌マウス(PMSGおよびHCGによって誘導される)から製造されたマウス受精卵の核に注射した。その後、マウス胚(受精された単細胞受精卵)を偽妊娠雌マウス(Korea Bio Co.Ltd、Seoul、Korea)に移植した。送達後、全てのアンチ-7オキソTG(+)マウスを、hGHポリ(A)に対応するプライマーセット(フォワード:5’-CCACCAGCCTTGTCCTAATAAA-3’(配列番号55)、リバース:5’-CAGCTTGGTTCCCAATAGA-3’(配列番号56))を使用してゲノムDNA(末端から精製される)のPCR分析によって確認した。アンチ-7オキソTGの場合、4つの独立したファウンダー系統(F0;#44、#65、#68、および#69)が確立され、研究された。全てのマウスは任意に食べ物と水を与えられ、12:12時間の明:暗周期で維持させた。
RNA-Seqライブラリーは、アダプターライゲーションに基づく方法または鎖置換停止/ライゲーション方法を使用して全体または大RNAから生成した。アダプターライゲーションに基づく方法の場合、100ngの総RNA(miRNeasy Mini Kit;Qiagenで精製される)を製造会社のプロトコールによりNeoPrep(Illumina)を使用してTruSeq Stranded mRNA Library Prep Kit(Illumina)に適用した;サンプル名称:H9C2-NT-N1、H9C2-miR-1-2o8G-N1、H9C2-miR-1-3o8G-N1。また、TruSeq Stranded mRNA LibrariesはOmega Bioservices(Norcross、GA、USA)によって構築、シーケンシングおよび脱多重化された;サンプル名称:H9C2-NT-O1、H9C2-NT-O2、H9C2-miR-1-7o8G-O1、H9C2-miR-1-7o8G-O2。
与えられたmiRNAまたはmiRNA阻害剤による推定標的転写体阻害または脱抑制の傾向を試験するために、倍率変化(log2比率)のある累積分率を分析した。推定されるmiR-1:o8G標的は3’UTR(UCSCゲノムブラウザーからダウンロードしたRefSeqによって定義される)にmiR-1 オキソ部位を含有する転写体として選択され、ここで、miR-1:o8Gの2~8位にマッチする全ての6量体(o8G:Cの代わりにo8G:Aのマッチ)について、別途の表示がない限り通常通り調査した。“部位無し”はmRNA配列でmiR-1 シード部位およびオキソ部位を含有しない転写体を示す。“対照部位”は3’UTRにmiR-1対照部位を含有する転写体を示し、オキソ部位でo8Gと結合するヌクレオチドを以前の研究で陰性対照として使用された通り、Gで置換した。KS検定は総mRNAまたは対照部位に対してScipy(scypy.stats.ks_2samp)を使用して行った。倍率変化および有意性(-log10(p値))を計算してVolcano plotを分析し、このうちカットオフを使用して差異的に発現された遺伝子(DEG)を選択した。
心筋症患者の左心室組織からのAgo HITS-CLIP結果はGEOデータベース(GSE83410)から検索された。miRNA配列を含むリードはBowtie(サンプルリードに対する成熟miRNA配列のアラインメント)からの‘逆方向’マッピングによって2つのミスマッチの許容と共に確認され、miRNAリードの位置的ミスマッチがmiR-1に対して分析された。miR-1オキソ部位の富化分析のために、G:U結合によって仲介されたmiR-1シード部位と比較して、以前の研究(Spengler、R.M.et al.、 Nucleic Acids Res 44、7120-7131)によって提供されたAgo2結合クラスターを分析した。脳特異的miRNAであるmiR-124のシード部位は心臓組織には存在しないため、陰性対照として使用された。miR-1の非核生成バルジ部位も陰性対照として使用された。
ISO処理またはPBS処理されたマウスから解剖されたマウス心臓組織(約150mg)を粉砕し、UV照射(400mj/cm2、3回;Spectrolinker XL-1000)してin vivo RNA-タンパク質複合体の架橋共有結合を誘導した。50μU/μlのRNAse A(affymetrix)で37℃で5分間処理することによって得られた処理済みAgo-関連断片mRNAは、60mgのDynabeads Protein A(Invitrogen)に付着された2つの異なる抗Ago抗体(2A8;Diagenode、2E12;Abnova)10μgによって免疫沈降させた。miRNA-標的mRNAキメラを生成するためのライゲーションは、16℃で一晩、0.625U/μlのT4 RNAライゲーズ1(NEB)を処理することによって行われ、25℃で75分間、3%のDMSO(Sigma)および18%のPEG8000(Sigma)の存在下でさらに1U/μlのT4 RNAライゲーズ1(NEB)で処理することによって強化された。同位元素標識されたRNA-タンパク質複合体はNuPAGE 10%のBis-Tris Gel(Invitrogen)を作動させてサイズ別に分離し、ニトロセルロース膜(BA85;Whatman)に移し、切り出し、4mg/mlのプロテネーズK(Roche)および7Mの尿素(Sigma)で処理し、酸フェノール:クロロホルム:IAA(125:24:1;Invitrogen)およびRNA Clean & Concentrator-5キット(Zymo)で抽出した。精製されたRNAはアダプターライゲーションおよびRT-PCRに適用してsmall RNA-Seq Library Prepキット(Lexogen)を使用することによって高処理量シーケンシングのためのライブラリーを生成し、最終的にHiSeq2500システム(Illumina)でシーケンシングした。
心筋細胞においてmiR-1:7o8Gを特異的に抑制するために、心筋細胞特異的α-MHCプロモーターを保有するpJG/ALPHA MHCプラスミドに基づいて複数のmiR-1 7オキソ標的サイトを含有する競合的阻害剤を構築した。13個のmiR-1 7オキソ部位(5’-AAAUUCC-3’;配列番号6)または対照NT標的部位(5’-GGUUGUG-3’;配列番号21)を含む合成二重オリゴ(Macrogen)をSalIおよびHindIII部位を介して、説明書の通りにpJG/ALPHA MHCベクターにクローニングした。アンチ-7オキソ、α-MHC 13x、フォワード:5’-TCGACAAATTCCAAAAATTCCATAAATTCCAGAAATTCCACAAATTCCAAAAATTCCACAAATTCCATAAATTCCAGAAATTCCAAAAATTCCATAAATTCCAGAAATTCCACAAATTCCAA-3’(配列番号57)、リバース:5’-AGCTTTGGAATTTGTGGAATTTCTGGAATTTATGGAATTTTTGGAATTTCTGGAATTTATGGAATTTGTGGAATTTTTGGAATTTGTGGAATTTCTGGAATTTATGGAATTTTTGGAATTTG-3’(配列番号58);対照、アンチ-NT、フォワード:5’-TCGACGGTTGTGAAGGTTGTGATGGTTGTGAGGGTTGTGACGGTTGTGAAGGTTGTGACGGTTGTGATGGTTGTGAGGGTTGTGAAGGTTGTGATGGTTGTGAGGGTTGTGACGGTTGTGAA-3’(配列番号59)、リバース:5’-AGCTTTCACAACCGTCACAACCCTCACAACCATCACAACCTTCACAACCCTCACAACCATCACAACCGTCACAACCTTCACAACCGTCACAACCCTCACAACCATCACAACCTTCACAACCG-3’(配列番号60)。注目すべきことは、対照ベクター(アンチ-NT)は、cel-miR-67(C.elegans-)に由来した非標的siRNA(NT)の結合部位を含むものを除いてはアンチ-7オキソ(α-MHC 13x)に使用されたものと同一なプラスミドであった。pJG/ALPHA MHCベクターはJeffrey Robbins(Addgene plasmid #55594)からDr.Da-Zhi Wangに提供されたものであった。他の競合的miRNA阻害剤はRNAから合成された(RNA合成方法参照)。
競合的miR-1:7o8G阻害剤(アンチ-7オキソ)が生体内でISO-誘導心臓肥大を弱化させることができるかどうかを調査するために、ISO(75mg kg-1)を最初に8週~12週齢の雄C57BL/6Jマウス(Korea Bio Co.LTD)に腹腔内注射(I.P)によって投与し、この時、同じ容量のPBSを対照として使用した(各セットに対してn=5)。8時間後、製造会社のプロトコールにより明示された量および比率でin vivo jetPEI(Polyplus)を使用してアンチ-7オキソまたは対照(アンチ-NT)をマウスに静脈注射した;アンチ-7オキソ(α-MHC 13x)または対照(アンチ-NT 13x)、1.9mg kg-1、N/P比率=8;アンチ-7オキソ(4x)または対照(アンチ-NT 4x)、5mg kg-1、N/P比率=5。連続注射は1日目、2日目および5日目に3回行われ、7日目に全てのマウスを殺処理して心臓を検査した。hGH ポリ(A)(フォワード:5’-TAAATTCCAAATTCCAGAAATTCCACAAATTCCAT-3’(配列番号61)、リバース:5’-CCAGCTTGGTTCCCAATAGA-3’(配列番号62))を含むアンチ-7オキソ転写体のRT-qPCRを行うことによって心臓組織へのアンチ-7オキソ(α-MHC 13x)の送達率を測定した。アンチ-7オキソ(4x)がマウス心臓に送達されることを確認するために、ポリ(A)テールに基づくmiRNA qPCR方法(miRNAに対する定量的PCRの方法参照)をアンチ-7オキソ(4x)(フォワード、5’-TAAATTCCAAATTCCAGAAATTCCACAAATTCCAT-3’;配列番号63)特異的プライマーで行った。
経時的なISO(ISO time course)実験で酸化されたmiR-1の量の変化を調査するために、75mg kg-1のISOをIP注射によってマウスに投与し、注入されたマウスを処理時点から1日目、5日目および7日目に殺処理した(各時点についてn=4)。同じ容量のPBSをさらに注入し、マウスを直ちに殺処理して0日目のサンプルとして使用した(n=4)。心臓を解剖した後、miRNeasy Mini Kit(Qiagen)を使用して小RNAを抽出した。miR-1:o8Gを定量するために、“o8G IPおよびqPCRによる酸化されたmiRNAの定量化”方法に記述された通り、o8G IPおよびその後のmiR-1 qPCRを行ったが、次のように若干の変更があった。ビーズ製造においては、150μlのPXL中の3μgの抗o8G抗体(15A3、QED Bioscience)、30μlのDynabeads Protein G(Invitrogen)、および300μgのデオキシグアノシン(dG、Sigma-Aldrich)を使用;IP培養では、2.5mMのDFOMおよび40Uの組換えRNase阻害剤(Takara)を含有する250μlのPXL中で2μgの小RNAサンプルおよび1pgのo8dG RNAスパイクイン(miR-124-3p:4o8dG:5’p-UAAGo 8 dGCACGCGGUGAAUGCC-3’;配列番号64)を使用。
3’UTRで保存される配列のモチーフを計数する場合、哺乳類に対するPhastCons結果をUCSCゲノムブラウザー(http://genome.ucsc.edu)から得て、スコアが0.9以上である場合にのみ使用し、保存率(保存されたモチーフ数/総モチーフ数;%)を計算した。全ての3’UTR(RefSeqによって定義される)での保存率は、miR-1の4つの異なる部位(シード、2オキソ、3オキソおよび7オキソ部位)に対して保存されたmiRNAファミリーのシード部位(n=103、2~8位の6量体)で計算した。このうち大部分の哺乳動物で配列が保存される(しかし、一般に胎盤哺乳動物を超えてはいない;http://www.targetscan.org)。バックグラウンド対照として、全ての6量体(n=4098)の保存も計算された。得られた分布は累積分率および母集団の比率として表された。
o8G-miSeq(SRP189806、SRP189807、SRP189808、SRP226125)、RNA-Seq(SRP189813、SRP189117、SRP189812、SRP189811、SRP189809、SRP213998、SRP214400、SRP228274)およびCLEAR-CLIP(SRP189810)の全ての生シーケンシングデータはSequence Read Archivesに保管された。スパイクインがあるo8G IPのシーケンシングデータを含む全てのFASTQファイルはプロジェクトウェッブサイト(http://clip.korea.ac.kr/oxog/)でも提供される。
実施例8で記述したのと同様の方法で、ISO注入を通じてマウスの心肥大症を誘導した(図6a)。その後、PBS処理した対照群の3匹と、過剰量のISOで処理した実験群の3匹からそれぞれ700μlの血液を採取した後、4℃、1000xg、で5分間の遠心分離を通じて沈降させて血漿を分離した。各群当り350μl等量の血漿からQiagen社のmiRNeasy Serum/Plasma Kitを使用して小RNAを抽出し、抽出された小RNAにおけるmiR-1の測定は、実施例12で記述した通りqPCRを実施し、U6の量で補正して定量した。また、血漿から分離した100ngの小RNAから実施例11で記述した通り抗体沈降(IP)を通じてo8G修飾されたRNAを特異的に分離し、qPCR方法を通じてmiR-1を定量した。また、o8Gに修飾されたmiR-1の定量は、DNA形態で5位にo8Gが合成された、1pgのmiR-124-3p:4o8dG(UAAGo 8 dGCACGCGGUGAAUGCC-3’;配列番号64)を8G抗体を用いた免疫沈降実験に加え、qPCRで測定し、補正することで行った。
H9c2ラット心筋母細胞細胞株をα-アドレナリン性受容体(AR)作動薬(フェニレフリン;PE)で処理して、PE処理による病理生理学的肥大刺激およびROS生成とmiRNAの酸化を確認した。ROS蛍光染料(DHE)を使用してフローサイトメトリー(10,000細胞、n=3)で分析した結果、PE処理後の細胞内でROSが増加したことを確認し、特にPEで処理された後に発生した肥大細胞のうちの93%は処理後のROS生成が1.8倍に増加した。アドレナリン性肥大を刺激するために確立された前提条件である血清欠乏は、基底ROSレベルの高い拡大表現型を向上させる。
酸化されたmiRNAおよび対応するo8Gの位置を確認するために、o8Gの免疫沈降(IP)を最適化しo8G-誘導されたG→T塩基転換を検出することによってmiRNAでo8Gに対する新たなシーケンシング方法(o8G-miSeq)を開発し、その模式図を図2aに示した。
前記実験例2で確認した通り酸化されたmiRNA(miR-1b、miR-1-3p、miR-184およびlet-7f)に対して、図3aに示したように、PE処理によるo8G IP(miRNA:o8G)を通じてこれらの量の有意な増加を観察しrCMCでこれらを検証した(P<0.05、t-test)。そのうち、miR-1は最も劇的な向上を示し(~2.5-5倍)、図3bに示したようにISO処理後下向調節にもかかわらずISO-処理された肥大性マウス心臓でも確認された。
miR-1が肥大で陰性機能を果たすと報告されたが、PE処理は図4aに示したrCMC細胞の顕微鏡観察結果および細胞サイズ定量結果のようにrCMCのmiR-1-誘導萎縮を減少させた。細胞サイズ(inch2、n=100)はImageJを用いて定量した。
心筋肥大症以外にも酸化ストレスが発生すると知られた他の疾病に対しても様々なマイクロRNAの5’末端から8番目までの発端部分がo8G修飾有無を確認した。
ヒト心筋症患者心臓の左心室から得られたAgo HITS-CLIP結果を分析することによってmiR-1の酸化を調査した(n=6、表5~7参照)。
心肥大症モデルおよび心筋肥大患者の心臓組織でmiR-1のo8G修飾が増加することを観察した後、これを比浸湿的に検出して心肥大症を診断することができるか確認するために、心肥大症を誘導させたマウスの血液からmiR-1のo8G修飾を検出しようとした。先ず、ISO処理を通じてマウスの心肥大症が誘導されたかを確認した。図7aはISOを通じて誘導した心肥大症の代表心臓写真であって、各群当り3匹である。ISOが処理された実験群の心臓が対照群に比べて平均的に約30%(36%のH/B vs 32%のH/T)で心臓サイズが増加した。その詳しい内容は表11に記録した。また、動物モデルの血液でmiR-1:o8Gが測定されるか、また心肥大症にenrichmentされるか確認するために、血漿を分離しmiR-1:o8Gを定量した(n=3)。
PE処理によって誘導された肥大細胞に抗酸化剤NACを処理すれば、図8aに示したように、肥大が減少したことを確認し(n=4;inch2、ImageJ)、図8bに示したように、ISOとNACの共同処理はISO-誘導された心臓肥大を弱化させることを確認した。
配列番号2: miR-1:3(8-オキソグアニン)、3位は8-オキソグアニン
配列番号3: miR-1:7(8-オキソグアニン)、7位は8-オキソグアニン
配列番号4: miR-1 2オキソ部位
配列番号5: miR-1 3オキソ部位
配列番号6: miR-1 7オキソ部位
配列番号7: miR-1、1~22位はmiR-1
配列番号8: miR-1パッセンジャー
配列番号9: miR-1:2GU
配列番号10: miR-1:3GU
配列番号11: miR-1:7GU
配列番号12: cel-miR-67、1~22位はcel-miR-67
配列番号13: チミンデオキヌクレオチド(dT)、23~24位はチミンデオキヌクレオチド(dT)
配列番号14:パッセンジャー鎖、23~24位はチミンデオキヌクレオチド(dT)
配列番号15: 39-オキソ-R、22位は8-オキソグアニン
配列番号16: 39R
配列番号17: 8-オキソグアニンスパイクイン、2~3位は8-オキソグアニン
配列番号18: Gスパイクイン
配列番号19: miRNA:8-オキソグアニンスパイクイン、5位は8-オキソグアニン
配列番号20: miR-1シード部位
配列番号21: 対照 NT部位
配列番号22: オリゴdTアダプタープライマー
配列番号23: miRNAリバースプライマー
配列番号24: 8-オキソグアニンまたはGスパイクインフォワードプライマー
配列番号25: 8-オキソグアニンまたはGスパイクインリバースプライマー
配列番号26: miRNA:8-オキソグアニンスパイクインフォワードプライマー
配列番号27: miRNA:8-オキソグアニンスパイクインリバースプライマー
配列番号28: 対照フォワードプライマー
配列番号29: 対照リバースプライマー
配列番号30: RTプライマー
配列番号31: 39-オキソ-Rまたは39Rフォワードプライマー
配列番号32: 39-オキソ-Rまたは39Rリバースプライマー
配列番号33: 22ntの合成RNA、7位は8-オキソグアニン
配列番号34: 3’アダプター:5’-アデニル化、2位はグアニンメチルホスホネート、2位はジデオキシシトシン
配列番号35: 5’アダプター、31位は2’-メトキシ-C
配列番号36: RTプライマー
配列番号37: ユニバーサルフォワードプライマー
配列番号38: バーコードプライマー
配列番号39: miR-1-シード部位のフォワードプライマー
配列番号40: miR-1-シード部位のリバースプライマー
配列番号41: miR-1-2オキソ部位のフォワードプライマー
配列番号42: miR-1-2オキソ部位のリバースプライマー
配列番号43: miR-1-3オキソ部位のフォワードプライマー
配列番号44: miR-1-3オキソ部位のリバースプライマー
配列番号45: miR-1-7オキソ部位のフォワードプライマー
配列番号46: miR-1-7オキソ部位のリバースプライマー
配列番号47: miR-1対照部位のフォワードプライマー
配列番号48: miR-1対照部位のリバースプライマー
配列番号49: NheIおよびXhoI部位のフォワードプライマー
配列番号50: NheIおよびXhoI部位のリバースプライマー
配列番号51: ApaIおよびXbaI部位のフォワードプライマー
配列番号52: ApaIおよびXbaI部位リバースプライマー
配列番号53: hluc+配列の残存33bp用のフォワードプライマー
配列番号54: hluc+配列の残存33bp用のリバースプライマー
配列番号55: hGHポリ(A)フォワードプライマー
配列番号56: hGHポリ(A)リバースプライマー
配列番号57: アンチ-7オキソ(アルファ-MHC 13x)フォワードプライマー
配列番号58: アンチ-7オキソ(アルファ-MHC 13x)リバースプライマー
配列番号59: 対照(アンチ-NT 13x)フォワードプライマー
配列番号60: 対照(アンチ-NT 13x)リバースプライマー
配列番号61: hGHポリ(A)フォワードプライマー
配列番号62: hGHポリ(A)リバースプライマー
配列番号63: アンチ-7オキソ(4x)プライマー
配列番号64: 8-オキソデオキシグアノシンRNAスパイクイン、5位は8-オキソデオキシグアノシン
配列番号65: miR-122:2,3(8-オキソグアニン)、2位は8-オキソグアニン、3位は8-オキソグアニン
配列番号66: let-7:4(8-オキソグアニン)、4位は8-オキソグアニン
配列番号67: miR-124:4(8-オキソグアニン)、4位は8-オキソグアニン
配列番号68: miR-122
配列番号69: let-7
配列番号70: miR-124
Claims (16)
- RNA干渉誘導核酸であって、
核酸の二本鎖のうちの少なくとも一本鎖において、5’末端から1番目~9番目のヌクレオチドとして一つ以上の8-オキソグアニン(8-oxoguanine;o8G)を含み、
前記5’末端から1番目~9番目のヌクレオチドはマイクロRNAの配列を含み、
前記マイクロRNAはmiR-1であり、
前記RNA干渉誘導核酸を細胞または動物に注入したときに心筋肥大が誘導される、
RNA干渉誘導核酸。 - 下記グループ2のポリヌクレオチドのうちの一つ以上を含む、請求項1に記載のRNA干渉誘導核酸。
[グループ2]
配列番号1の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-Uo8GGAAUGUAAAGAAGUAUGUAU-3’);
配列番号2の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-UGo8GAAUGUAAAGAAGUAUGUAU-3’);
配列番号3の塩基配列からなるポリヌクレオチド(5’p-UGGAAUo8GUAAAGAAGUAUGUAU-3’)。 - 請求項1または2に記載のRNA干渉誘導核酸および抗酸化剤を含む組成物。
- 5’末端から2番目、3番目または7番目のヌクレオチドのうちの一つ以上のグアニン(Guanine;G)が8-オキソグアニン(8-oxoguanine;o8G)に修飾されたマイクロRNAと特異的に結合する修飾核酸であって、
前記修飾核酸は、修飾されたマイクロRNAの5’末端から2番目および3番目のうちのいずれか一つのヌクレオチドから始まって6つ以上の連続したポリヌクレオチドに相補的なポリヌクレオチドを含み、
前記修飾されたマイクロRNAの5’末端から2番目、3番目または7番目のヌクレオチドのうちの一つ以上の8-オキソグアニン(o8G)と結合する位置のヌクレオチドとしてアデニン(Adenine;A)を含み、
前記マイクロRNAは下記グループ1のマイクロRNAのうちの一つ以上である、
修飾核酸。
[グループ1]
miR-1、let-7f-5p、及びmiR-1-3p。 - 5’-ACAUUCA-3’、5’-ACAUUAC-3’、5’-AAAUUCC-3’のうちの一つ以上の塩基配列を含む、請求項4に記載の修飾核酸。
- 請求項4または5に記載の修飾核酸をコードする遺伝子を含む組換えベクター。
- 5’末端から1番目~9番目のヌクレオチドのうちの一つ以上のグアニン(G)が8-オキソグアニン(o8G)に修飾されたマイクロRNAと特異的に結合する修飾核酸であって、
前記修飾核酸はマイクロRNAの5’末端から2番目および3番目のうちのいずれか一つから始まって6つ以上の連続したポリヌクレオチドに相補的なポリヌクレオチドを含み、
前記マイクロRNAの5’末端から1番目~9番目のヌクレオチドのうちの一つ以上の8-オキソグアニン(o8G)と結合する位置のヌクレオチドにアデニン(Adenine;A)を含む修飾核酸、または、
前記修飾核酸をコードする遺伝子を含む組換えベクターを含み、
前記マイクロRNAは、miR-1である、
心肥大症治療用薬学組成物。 - 前記マイクロRNAは、5’末端から2番目、3番目または7番目のヌクレオチドのうちの一つ以上のグアニン(Guanine;G)が8-オキソグアニン(8-oxoguanine;o8G)に修飾されたものである、請求項7に記載の心肥大症治療用薬学組成物。
- 抗酸化剤をさらに含む、請求項7または8に記載の心肥大症治療用薬学組成物。
- 前記抗酸化剤は、N-アセチルシステイン(N-acetylcysteine、NAC)またはブチルヒドロキシアニソール(Butylated hydroxyanisole、BHA)である、請求項9に記載の薬学組成物。
- 動物の心筋細胞から分離されたマイクロRNAのヌクレオチド中の一つ以上のグアニン(Guanine;G)が8-オキソグアニン(8-oxoguanine;o8G)に修飾されているか否かを確認する工程;および
前記マイクロRNAの5’末端から1番目~9番目のヌクレオチド中の一つ以上のグアニン(G)が8-オキソグアニン(o8G)に修飾されている場合、心肥大症に分類する工程を含み、
前記マイクロRNAは、miR-1、let-7f-5p、またはmiR-1-3pである、
心肥大症診断のための情報提供方法。 - 前記8-オキソグアニン(8-oxoguanine;o8G)に修飾されているヌクレオチドは、マイクロRNAの5’末端から2番目、3番目または7番目のヌクレオチドである、請求項11に記載の心肥大症診断のための情報提供方法。
- (a)請求項4に記載の修飾核酸をコードする遺伝子をプロモーターに作動可能に連結して組換えベクターを製作する工程;
(b)前記組換えベクターをヒト以外の動物の受精卵に導入する工程;および
(c)前記受精卵を発生させて形質転換動物モデルを得る工程を含む、ヒト以外の心肥大症抵抗性動物モデルの製作方法。 - 請求項4に記載の修飾核酸をコードする遺伝子をプロモーターに作動可能に連結した組換えベクターを含む、ヒト以外の心肥大症抵抗性動物モデル。
- (a)心肥大症動物モデルの心筋細胞に候補物質を処理する工程;
(b)前記心肥大症動物モデルの心筋細胞で発現されるマイクロRNAのヌクレオチドのうちのグアニン(Guanine;G)の8-オキソグアニン(8-oxoguanine;o8G)への修飾頻度を分析する工程;および
(c)前記8-オキソグアニン(o8G)が候補物質を処理していない場合に比べて減少する場合、前記候補物質を心肥大症治療剤として選別する工程を含み、
前記マイクロRNAは、miR-1である、
心肥大症治療用候補物質のスクリーニング方法。 - 前記候補物質は抗酸化剤である、請求項15に記載の心肥大症治療用候補物質のスクリーニング方法。
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