JPH09503384A - Jakキナーゼおよびサイトカインシグナルトランスダクションの調節 - Google Patents
Jakキナーゼおよびサイトカインシグナルトランスダクションの調節Info
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Abstract
(57)【要約】
サイトカインに対する細胞の応答を伝達する少なくとも1つのJakキナーゼ活性を阻害または増強することによって前記応答を調節する方法が提供される;また、本発明の方法において有用なJakキナーゼ活性またはサイトカイン誘導Jakキナーゼ活性化のインヒビターを同定するアッセイが提供される;キナーゼ活性を妨害しないでJakキナーゼに対して特異的な少なくとも1つのエピトープのペプチド断片に対して上昇させた抗体;Jakキナーゼのためのポリペプチド;およびそれをエンコードする核酸。
Description
【発明の詳細な説明】
Jakキナーゼおよびサイトカインシグナルトランスダクションの調節
発明の背景
発明の分野
本発明は、キナーゼのJakファミリーおよびサイトカインのそれらのレセプ
ターへの結合に対する細胞の応答におけるそれらの役割に関する。本発明は、さ
らに詳しくは、Jakキナーゼのファミリーの少なくとも1つのサイトカイン誘
導活性化、特定のサイトカインとJakキナーゼのファミリーの構成員(members
)との間の相互作用の同定、およびこの相互作用に関する化合物、組成物および
方法に関する。
背景技術
真核細胞の成長、分化および機能は、ここにおいて全体的にサイトカインと呼
ぶ、細胞外因子により、大部分において調節される。これらのサイトカインは、
それらのそれぞれのレセプターに結合することによって細胞の応答を誘導する。
サイトカインレセプターは2つの主要なファミリー、すなわち、サイトカインレ
セプターのスーパーファミリーおよびチロシンキナーゼレセプターのスーパーフ
ァミリーに属する。
チロシンキナーゼのスーパーファミリーに属するレセプターは、サイトカイン
−レセプター結合シグナルのトランスダクションに関係する同定可能な細胞質チ
ロシンキナーゼドメインの存在により特徴づけられる。このレセプターのファミ
リーの構成員はさらに3つの構造上のサブグループに分類される(Yarden ら、An
n.Rev.Biochem.57.443-478(1988)。第1サブグループの構成員は、それらの細胞
外ドメイン内に2つのシステインに富んだ領域をもつモノマーとして特徴づけ
られ、そして、例えば、表皮成長因子(EGF)およびTGF−αのレセプター
を包含する(参照、例えば、Ullrichla、Nature 309:418-425(1984))。第2サ
ブグループはヘテロテトラマーとして機能するとして特徴づけられ、そしてイン
スリンのレセプター(Ullrichら、前掲、(1985);Ebinaら、Cell 40:747-758(1985
))およびインスリン様成長因子−1(IGF−1)(Ullrichら、EMBO J.5:2503
-2512(1986))。第3サブグループの構成員は、保存された構造の存在および長
い(77〜107アミノ酸)の挿入配列による触媒ドメインの中断により特徴づ
けられる。この第3サブグループは、例えば、血小板誘導成長因子(PDGF−
R)(Yardenら、Nature 323:226-232(1986))およびコロニー刺激成長因子(C
SF−1)(Sherrら、Cell 41:665-676(1985))を包含する。
サイトカインレセプターのスーパーファミリーに属するレセプターは、細胞外
ドメインにおける4つの位置的に保存されたシステインおよびWSXWS(配列
番号:1)のモチーフの存在により特徴づけられる。このスーパーファミリーは
、また、非常に限定された類似性を示しそしてシグナルのトランスダクションの
機構を示すことができる同定可能なモチーフを含有しない、変動する大きさの細
胞質ドメインにより特徴づけられる。サイトカインレセプターのスーパーファミ
リーの構成員は、造血成長因子のレセプター、成長ホルモンのレセプター、プロ
ラクチンレセプター、毛様好中性因子などを包含する(Bazan、Science 257:410-
413(1992))。インターフェロンのレセプターは、いっそう関係が薄いが、このレ
セプターのスーパーファミリーに共通の祖先から発生したと考えられて来ている
。
触媒ドメインを欠失するにかかわらず、かなりの証拠はサイトカインレセプタ
ーのスーパーファミリーの構成員のシグナルのトランスダクションがチロシンリ
ン酸化を含むことを示唆している(Miyajimaら、Annu.Rev.Immunol.10:295-331(1
992));Metcalf、Nature 339:27-30(1989))。また、このレセプターの配合の構成
員がシグナルのトランスダクションのための共通のチロシンリン酸化経路を
利用できるといういくつかの証拠が存在する。詳しくは、造血成長因子のそれら
のレセプターへの結合はチロシンリン酸化の匹敵するパターンを誘導することが
発見された(Ihle、Interleukins:Molecular Biology and Immunology、Kishimot
o 編、Karger、Basel、pp.65-106(1992))。
前述の両方のファミリーからのサイトカインレセプターは細胞の成長の調節に
おいて重要な役割を演ずることが広く理解されているが、これらのレセプターへ
のサイトカインの結合によりトリガーされる生化学的カスケードについてほとん
ど知られていない。これらのレセプターを通るサイトカインシグナルのトランス
ダクションに関係するステップの理解は、シグナルのトランスダクションにおい
て重要な役割を演じそしてこれらのサイトカインの活性の調節のための標的とし
て働くことができる分子を同定するために有用であろう。
レセプターのシグナルのトランスダクションの研究のモデルがエリトロポイエ
チンレセプター(EPOR)、造血成長因子のレセプターの1つおよびサイトカ
インレセプターのスーパーファミリーについて開発された。インターロイキン−
3(IL−3)依存性細胞系の中へのEPORの導入は、EPOに対する応答し
て増殖する能力を細胞に付与する(D′Andrea ら、Cell 57:277-285(1989);Miura
ら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(1991))。トランスフェクションされた細胞に
おいて、EPOはc−myc、c−fos、c−pim−1およびegr−1を
包含する1系列の直ぐ初期の遺伝子の発現を誘導する(Miuraら、Mol.Cell.Biol.
13:1788-1795(1993))。さらに、EPOは1系列の細胞基質の急速なチロシンリ
ン酸化を誘導し(linnekin ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:6237-6241(1992);D
usanter-Fourtら、j.Biol.Chem.267:10670-10675(1992);QuelleおよびWojchowsk
i、J.Biol.Chem.266:609-614(1991);Miura ら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(19
91);Yosimura およびLodish、Mol.Cell.Biol.12:706-715(1992);Damenら、Blood
80:1923-1932(1992))、EPORがリガンドの結合をタンパク質チロシン
キナーゼの活性化に結び付けることによって機能できることを示唆する。
EPO−EPOR結合に関連する生物学的活性のためのタンパク質チロシンリ
ン酸化の重要性は明瞭に証明されたが、関係しうるキナーゼに関してほとんど知
られていない。EPORのカルボキシル領域のチロシンリン酸化の急速な誘導(M
iuraら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(1991);Yosimura およびLodish、Mol.Cell
.Biol.12:706-715(1992);Dusanter-Fourt ら、J.Biol.Chem.267:10670-10675(19
92))は、レセプターが、構成的にまたはリガンドの結合後に、キナーゼに密接に
関連することを示唆する。1つの研究(Yosimura およびLodish、Mol.Cell.Biol.
12:706-715(1992))は、レセプターと架橋することができそして抗ホスホチロシ
ン抗体により検出される能力により評価して、in vivoまたはin vi
troのキナーゼアッセイにおいてチロシンリン酸化される130kDaの非グ
リコシル化タンパク質を同定した。130kDaのタンパク質がキナーゼである
かどうかは検出することができなかった。最近の研究(Linnekin ら、Proc.Natl.
Acad.Sci.USA 89:6237-6241(1992))は、また、ATPのアジド誘導体で放射性標
識化することができるチロシンリン酸化の97kDaの基質を同定し、それがキ
ナーゼであることを示唆した。130kDaまたは97Kdaの潜在的キナーゼ
が従来特徴づけらているかどうかは決定されなかった。
また、サイトカインインターフェロンガンマ(IFNγ)に対する応答におい
て、チロシンリン酸化が観察された。最近の研究(Shuaiら、Science 259:1808-1
812(1992))は、IFNγが91kDaのタンパク質のチロシンリン酸化を誘導し
、そしてこの91kDaのタンパク質が核に移動しそしてγ−活性化部位に結合
することを証明した。
チロシンリン酸化は、さらに、サイトカイン成長ホルモン(GH)に対する応
答に関連づけられた。多数のタンパク質の急速なGH依存性チロシンリン酸化、
微小管結合タンパク質キナーゼのチロシンリン酸化、および微小管結合タンパク
質キナーゼ活性の刺激、ならびに成長ホルモンレセプター(GHR)結合チロシ
ンキナーゼのインヒビターによるこれらの作用の阻害を示す3T3−F442A
細胞における研究(Campbell ら、J.Biol.Chem.268:7427-7434(1993))は、GHに
よりシグナリングにおけるGHR結合チロシンキナーゼ活性のための中心的な役
割を示唆する。さらに、GH処理線維芽から調製したGHレセプター(GHR)
との複合したチロシンキナーゼ活性の存在が報告された(Carter-Suら、J.Biol.C
hem.264:18654-18661(1989);Stredら、Endocrinol.130.1626-1636(1992);Wangら
、J.Biol.Chem.267:17390-17396(1992))。より最近、非レセプターのチロシンリ
ン酸化122kdのタンパク質はキナーゼ活性GH−GHRの調製において同定
された(Wangら、J.Biol.Chem.268:3573-3579(1993))。
シグナルのトランスダクションに関係しうるIL−3依存性細胞の中で発現さ
れるタンパク質チロシンキナーゼのスペクトルを同定するために、保存されたタ
ンパク質チロシンキナーゼのドメインに対する変性オリゴヌクレオチドを使用し
てポリメラーゼ連鎖反応(PCR)が実施された(Wilks、Methods.Enzymol.200:
533-546(1991))。このアプローチおよびノザンブロット分析を使用して、IL−
3依存性細胞はlyn、Tec、c−fes、Jak1およびJak2を包含す
るある数のタンパク質チロシンキナーゼのための遺伝子を発現するすることが示
された(Mano ら、Oncogene 8:417-424(1993))。これらのチロシンキナーゼ、ま
たは他のまだ同定されていないチロシンキナーゼ、がサイトカインのシグナルの
トランスダクションに関係するかどうかはほとんど未知である。
シグナルのトランスダクションにおけるlynキナーゼの潜在的関係は、IL
−3の刺激が免疫沈降におけるlynキナーゼ活性を増加したことを示した最近
の研究により示された(Torigoeら、Blood 80:617-624(1992))。
IL−3依存性細胞の中で発現された他のチロシンキナーゼの2つ、Jak1
およびJak2、は、キナーゼのJakファミリーに属する。キナーゼのJak
(Janusキナーゼ;また、また、適当な他のキナーゼ(just anot
her kinase)と呼ぶ)ファミリーは、造血細胞におけるチロシンキナ
ーゼドメインのPCR増幅において最初に検出された(Wilks、Proc.Natl.Acad.S
ci.USA 86:1603-1607(1989))。これらの研究は2つの密接に関係する遺伝子(F
D17およびFD22;後にJak2およびJak1と呼ぶ)を同定し、これら
から主要なPCR増幅生成物が誘導された。ヒトJak1遺伝子の完全な構造が
報告され(Wiks ら、Mol.Cell.Biol.11:2057-2065(1991))そして、最近、ネズミ
Jak2遺伝子の部分的配列が発表された(Harpur ら、Oncogene 7:1347-1353(1
992))。c−fms遺伝子からのチロシンキナーゼドメインのプローブでcDNA
ライブラリーをスクリーニングすることによって、ファミリーの第3構成員(T
yk2)が独立に同定された(Firmbach-Kraft ら、Oncogene 5:1329-1336(1990)
)。このファミリーは2つのキナーゼドメインの存在により特徴づけられ、それ
らの1つはタンパク質キナーゼのすべての特質を有するカルボキシルドメインで
ある。第2ドメインはアミノ末端にすぐ接して存在し、そしてタンパク質キナー
ゼのすべての特質を有するが、タンパク質およびセリン/スレオニンキナーゼの
両方から有意に異なる。キナーゼドメインに対してアミノ末端に、非レセプター
のチロシンキナーゼの大部分を特徴づけるSH2およびSH3は存在しない。し
かしながら、Jakファミリーの構成員の間に広範な類似性が存在し、そしてあ
る数の相同性のドメインが定められた(Harpur ら、Oncogene 7:1347-1353(1992)
)。
キナーゼのJakファミリーの1つの構成員とインターフェロンアルファ(I
FNα)のシグナルのトランスダクションとの間の連鎖が最近報告された(Velaz
quezら、Cell 70:313-322(1992);Fu、Cell 70:323-335(1992);Schindler ら、Sc
ience 257:809-813(1992))。遺伝のアプローチを使用して、IFNαに対して非
応答性である突然変異のヒト細胞系におけるIFNαに対する細胞の応答
を機能的に再構成する能力により、Tyk2遺伝子はクローニングされた。Ty
k2、またはJakキナーゼのファミリーの他の構成員と、IFNα以外のサイ
トカインのシグナルのトランスダクションとの間の他の関連は報告されていない
。
毛様好中性因子(CNTF)は、その名前が意味するように、in vitr
oで胚のニワトリ毛様体神経節ニューロンの生存に特別に要求されるタンパク質
である(Manthorpeら、J.Neurochem.34:69-75(1980))。CNTFは、Sendt
nerらによる1990年9月14日に提出された国際出願PCT/US90/
05241号(引用によって加える)に記載されているように、真核ならびに細
菌の発現系においてクローニングおよび合成された。
過去10年にわたって、毛様体神経節ニューロンの生存を支持する能力に加え
て、ある数の生物学的作用がCNTFに帰属された。CNTFは周産期ラットの
視神経および脳における両能性グリア始原細胞の分化を誘導すると信じられる(H
ughes ら、Nature 335:70-73(1988))。さらに、それは胚性ニワトリ背根神経節
感覚ニューロンの生存を促進することが観察された(ShkaperおよびVaron、Brain
Res.389:39-46(1986))。
CNTFのいくつかの新規な活性が、また、発見され、このような活性は運動
ニューロンおよび海馬ニューロンの生存および分化を支持し、そして海馬星状細
胞の増殖速度を増加するその能力を包含する(国際出願PCT/US 90/0
5241号、前掲)。
CNTFレセプター(CNTFRまたはCNTFRα)は、1991年6月3
日に提出された国際出願PCT/US91/03896号(その全体を引用によ
って加える)に記載されているように、真核細胞においてクローニングおよび発
現された。
CNTFRの配列は、細胞外ドメイン、疎水性トランスメンブレンドメイン、
および細胞質ドメインを含有する大部分のレセプターと異なり、CNTFRは細
胞質ドメインを有するように思われない。さらに、トランスメンブレンの疎水性
ドメインはタンパク質分解的にプロセシングされ、CNTFRの成熟形態は、グ
リコホスファチジルイノシトール(GPI)連鎖(Id.)と呼ぶ、普通でない
連鎖により細胞表面に定着されるようになる。GPI連鎖タンパク質、例えば、
CNTFRは、酵素のホスファチジルイノシトール特異的ホスホリパーゼCによ
り、GPIアンカーの切断を通して細胞表面から解放されることができる。他の
既知のレセプター配列のうちで、CNTFRは、IL−6、LIF、G−CSF
およびオンコスタチンM(OSM)を包含する、ここにおいてCNTF/IL−
6/LIFレセプターのファミリーと呼ぶ、ある数のレセプターに関係づけられ
る(Bazan、Neuron 7:197-208(1991);Rose およびBruce、Proc.Natl.Acad.Sci.88
:8641-8645(1991))が、IL−6のレセプターの配列に最も密接に関係づけられ
る。しかしながら、IL−6はGPI連鎖タンパク質であると示されなかった(
例えば、Tagaら、Cell 51:573-581(1989));Hibi ら、Cell 63:1149-1157(1989)
)。
CNTFレセプター(CNTFR)のクローニング、配列決定および発現は、
CNTFRおよびCNTFが膜結合した、シグナル・トランスデューシング成分
と相互作用する複合体であるうるという発見に導き、従って可溶性CNTF/C
NTFRレセプターの複合体の治療作用を示唆した。
CNTFの高いアフィニティー結合および細胞の引き続く機能的応答に関係す
る1つのこのようなシグナル・トランスデューシング化合物は、レセプターのI
L−6、OSM、LIFファミリーに共通のgp130、β成分として同定され
た(Fukunaga ら、EMBO J.10:2855-2865(1991);Gearing ら、EMBO J.10:2839-284
8(1991);Gearing ら、Science 255:1434-1437(1992);Ipら、Cell 69:1121-1132(
1991))。LIF(LIFRβ)に対する応答する結合およびシグナルのトランス
ダクションに関係するとして同定された他のβ成分は、CNTFに対する
応答に必要なβ成分と同一であるか、またはそれに類似するように思われる。(
CNTFの結合およびシグナルのトランスダクションに必要なβ成分の同定の結
果として、本来CNTFRと一般に命名されたものが現在CNTFRαと呼ばれ
ている)。
IL−6は広範な種類の細胞に作用し、時には細胞の分化を伴う、成長促進お
よび阻害および特定の遺伝子の発現を発揮する、多面作用性サイトカインである
;それは炎症、自己免疫性およびリンパ性悪性疾患を包含するいくつかの疾患に
関係するとして結び付けられた(Kishimotoら、Science 258:593(1992))。LIF
、G−CSFおよびOSMは、独特の成長調節活性を有するにかかわらず、造血
の間にならびに他のプロセスにおいていくつかの共通の作用を共有する、すべて
の広く作用する因子する。例えば、すべては増殖を阻害し、そしてネズミ骨髄性
白血病細胞系、M1の分化を誘導する(Rose およびBruce、Proc.Natl.Acad.Sci.
88:8641-8645(1991))。LIFおよびOSMは、CNTFにより誘導された応答
と区別できない、ニューロン細胞におけるチロシンリン酸化および遺伝子の活性
化を誘導した(Ip ら、Cell 69:1121-1132(1992))。
CNTFの結合およびレセプターの活性化を取り囲む事象は最近明らかにされ
た(Davisら、Science 253:59-63(1991);Ipら、Cell 69:1121-1132(1992);Stahl
ら、Cell 74:587-590(1993);Davis ら、Science 260:1805-1018(1993))、細胞の
内側でシグナルのトランスダクションが開始される機構はよく理解されていない
。拡張されたサイトカインファミリー−これはインターロイキン(IL)−3、
IL−5、GM−CSF、G−CSF、EPO、GH、およびインターフェロン
を包含する((Bazan、J.F.、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:6934-6938(1990);Baza
n.J.F.、Neuron 7:197-208(1991))−の他の関係が薄いレセプターに似て、CN
TFレセプターβサブユニットgp130およびLIFRβはそれらの細胞質領
域の中にタンパク質チロシンキナーゼのドメインをもたない(Hibi ら、Cell
63:1149-115(1990);Gearingら、EMBO J.10:2839-2848(1991))。これにかかわら
ず、βサブユニットのCNTF誘導の二量体化はCLIPsと呼ぶチロシンリン
酸化タンパク質の急速な蓄積を多少生ずる(Ip ら、Cell 69:1121-1132(1992))。
前述したように、いっそう顕著なCLIPsの2つはβサブユニットそれら自
体として同定されたが、他の大部分をなお特徴づけられなくてはならない。1ま
たは2以上の細胞質チロシンキナーゼの活性化はCNTF作用のために必須であ
るように思われる。なぜなら、チロシンリン酸化をブロックするインヒビターは
、また、引き続く下流の事象、例えば、遺伝子の誘導をブロックする(Ip ら、Ce
ll 69:1121-1132(1992))。
因子のCNTFファミリーにより活性化された1または2以上の細胞質チロシ
ンキナーゼの同一性に対する可能な手掛かりは、他の関係が薄いサイトカインが
キナーゼのJak/Tykファミリーの活性化を生ずるという発見から得られた
(Firmbach-Kraft ら、Oncogene 5:1329-1336(1990);Wilksら、Mo1.Cell.Biol.11
:2057-2065(1991);Harpur ら、Oncogene 7:1347-1353(1992))。非レセプターの
細胞質タンパク質チロシンキナーゼのこのファミリーは、3つの既知の構成員−
Jak1、Jak2、およびTyk2から成るーこれらはすべて等しく互いに関
係しそして2つの潜在的キナーゼドメインを有するが、Src相同体2(SH2
)ドメインをもたないという特徴を共有する。IFNaに対して応答しない細胞
系における遺伝的欠陥の相補性を包含するエレガントな研究は、IFNαのシグ
ナリングカスケードの要求される成分としてTyk2の同定を生じた((Velasque
zら、Cell 70:313-322(1992))。より最近、サイトカインのレセプター、例えば
、EPO、GM−CSF、およびGHは、Jak2と連合しそしてそれを活性化
することが示された(Argetsingerら、Cell 74:237-244(1993);Silvennoinenら、
Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1993、印刷中);Witthuhnら、Cell 74:227-236(1993))
。キナーゼはレセプターの膜の近位の細胞質領域に結合することが示され、そし
て
Jak2の結合を妨害するこの領域の突然変異は、また、EPO誘導増殖を喪失
させ、Jak2はEPOのシグナリングにおいて重要な役割を演ずることを示唆
する。Jak1はこれらのレセプター系のいずれによっても有意に活性化される
ことは報告されてきていない。
CNTFとレセプターの成分を共有する造血因子の同定は、CNTFおよびこ
のような造血因子に対して通常応答性であるターゲッテッド細胞の活性化に対し
て特異的なそのレセプター成分の利用を可能とするであろう。
ここにおける文献に引用は、このような文献が関係する先行技術であるか、ま
たはこの出願の請求の範囲の特許性に対して考慮した材料であるという容認を意
図しない。文献の内容または日付に関する記述は提出時における出願人に入手可
能な情報に基づき、そしてこのような記述の正確さに関する容認を構成しない。
発明の要約
本発明は、一部分、いくつかのサイトカイン、特にサイトカインレセプターの
スーパーファミリーの構成員に結合することによって機能するサイトカイン、に
対する細胞の応答が、Jakキナーゼのファミリーの構成員の活性化(すなわち
、リン酸化)により伝達されるという発見に基づく。本発明によれば、Jakキ
ナーゼはサイトカイン−レセプターの結合に応答してそれらのチロシンリン酸化
(すなわち、活性化)を通してサイトカイン活性を伝達である。
本発明は、また、Jakキナーゼの活性化によりその活性が伝達されるサイト
カインを調節する方法に関する。
本発明は、少なくとも1つのJakキナーゼ活性の活性化によりその活性が伝
達されるサイトカインに対する細胞の応答を阻害する方法を提供する。
本発明は、また、Jakキナーゼの活性化によりその活性が伝達されるサイト
カインに対する過度の応答により引き起こされる疾患、例えば、サイトカイン誘
導の過度の真核細胞増殖を治療する方法を提供する。
本発明は、また、Jakキナーゼの活性化によりその活性が伝達されるサイト
カインに対する真核細胞の生物学的応答を阻害できる組成物を同定する方法を提
供する。
本発明は、また、Jakキナーゼ活性の活性化によりその活性が伝達されるサ
イトカインに対する真核細胞の生物学的応答を増強する方法を提供する。
本発明は、さらに、特定のJakタンパク質を、そのキナーゼ活性を妨害しな
いで、検出および抽出するために有用である抗体を提供する。
また、その活性が少なくとも1つのJakキナーゼにより伝達される特定のサ
イトカインが提供される。
本発明は、また、ここに記載するような、特定のJakキナーゼの完全なDN
Aおよびアミノ酸配列の解明に基づく。従って、本発明は、また、Jakキナー
ゼのためのオリゴヌクレオチドのプローブの配列、およびJakキナーゼをコー
ドする遺伝子配列、Jakキナーゼの一部分または全長の配列を発現できる遺伝
子配列を含有する発現媒体、およびそれで形質転換された宿主を提供する。
本発明の他の実用性、特徴、態様および方法は、本発明に関する下記の詳細な
説明および非限定的実施例から当業者にとって明らかであろう。
図面の簡単な説明
第1A図〜第1C図
Jak2のオープンリーディングフレームおよびフランキング非コーディング
領域のヌクレオチド配列が示されている(配列番号:8)。単一文字のアミノ酸
配列は下に示されている(配列番号:9)。発表されたJak2cDNA配列(H
arpur ら、Oncogene 7:1347-1353(1992))からのヌクレオチドおよびアミノ酸配
列の情報は、情報が異なる場合、配列の上および下に示されている。ATGコド
ンは示されている(*)。ヌクレオチド位置522の上の矢印(>)は、報告さ
れたJak2配列の5’末端を表示する。ヌクレオチド位置2226における
矢印(∧)は、従来の研究(Harpur、前掲(1992))において検出された、7アミノ
酸のインサートの位置を示す。3’非コーディング領域における括弧の中のヌク
レオチドは従来の研究(Harpur、前掲(1992))において存在したが、われわれの研
究において検出されなかった。
第2A図〜第2E図
ヒトJak1キナーゼについての発表されたアミノ酸(配列番号:11)およ
びDNAコーディング配列(配列番号:10)が示されている(Wilkaら、Mol.Ce
ll.Biol.11:2057-2065(1991))。ヌクレオチドの番号は発表された配列から保持
されており、コーディング配列はヌクレオチド76で開始しそしてヌクレオチド
3504で終わる。
第3A図〜第3E図
ヒトTyk2キナーゼについての発表されたアミノ酸(配列番号:13)およ
びDNAコーディング配列(配列番号:12)が示されている(Firmbach-Kraft
ら、Oncogene 5:1329-1336(1990))。ヌクレオチドの番号は発表された配列から
保持されており、コーディング配列はヌクレオチド307で開始しそしてヌクレ
オチド3867で終わる。
第4図
DA−3細胞を成長因子から取り出し、そして材料および方法に記載するよう
にIL−3で刺激しない(−)か、または刺激した(+)。次いで、細胞抽出物
を、競合ペプチド(αJak2)の不存在または抗血清をそれに対してレイズさ
せたペプチド(30μg/ml)(αJak2+Jak2ペプチド)の存在また
はJak1の匹敵する領域に相当するペプチド(αJak2+Jak1ペプチド
)の同等の量の存在において、正常のウサギ血清(NRS)またはJakキナー
ゼに対して特異的な抗ペプチド抗血清で免疫沈降させた。免疫沈降物は、材料お
よび方法(実施例1)に記載するようにin vitroキナーゼアッセイのた
め
に使用した。反応の生成物をSDS−PAGEにより分離し、ニトロセルロース
に移し、そしてオートラジオグラフィーにより検出した(上部のパネル)。ブロ
ットを引き続いてJak2に対する抗血清でプロービングした(下部のパネル)
。
第5A図〜第5D図
Jak1(ライン1;配列番号:14))、Tyk2(ライン2;配列番号:
13)、およびJak2(ライン3;配列番号:9))のアミノ酸配列、ならび
にインテリジェネティクス(Intelligenetics)コンピューター
プログラム「パイルアップ(Pileup)」を使用して発生したコンセンサス
配列の整列を示す(複数=2.00;限界=1.00;平均重量=1.00;平
均合致=0.54;平均ミスマッチ=−0.4)。
第6図
Jakファミリーのキナーゼのアミノ酸配列の比較。ネズミJak1の(O.S
ilvennoinen、J.H.Ihle、未発表のデータ)、ネズミJak2(Silvennoinen、Pr
oc.Natl.Acad.Sci.USA 90:8429-8433(1993))およびヒトTyk2(Firmbach-Kraf
t ら、Oncogene 5:1329-1336(1990))アミノ酸配列をネズミJak3配列と比較
する。整列は最初にインテリジェネティクスのプログラムを使用するコンピュー
ター分析により作り、そして引き続いて検査により整列させた。ギャップを導入
して整列を最適化した。コンセンサスの整列は、配列の3または4が同一のアミ
ノ酸を有する位置を示す。縮重キナーゼドメインのプライマーおよび一次乳癌組
織からのcDNAを使用するPCR増幅を、従来記載されているように、使用し
て新規なキナーゼ同定した(Canceら、Int.J.Cancer 54:571-577(1993))。PCR
断片(TK5)を使用してマウス前B細胞cDNAライブラリー(Schatzら、Cel
l 59:1035-1048(1989))を標準の技術によりスクリーニングした。4つのcDN
Aクローンが得られ、それらの1つはノザンブロットにより検出された転写体の
大きさに近かった。ジデオキシヌクレオチド、鎖終結配列決定(Sanger ら、
Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:5463-5467(1977))により、ヌクレオチド配列を両方
の方向において決定した。
第7A図〜第7B図
Jakファミリーの構成員のin vitro翻訳および抗血清の特性決定。
第7A図:ネズミJak1、Jak2およびJak3およびヒトTyk2をプロ
メガ(Promega)(ウイスコンシン州ミルウォーキー)TNT T3連結
網状赤血球系を利用してin vitroで転写および翻訳し、そして従来記載
されているように(35S)メチオニンで標識化した(Silvennoinen ら、proc.Nat
l.Acad.Sci.USA 90:8429-8433(1933))。反応生成物を引き続いてSDS−PAG
Eにより分離し、そしてタンパク質をオートラジオグラフィーにより検出した。
第7B図:Jakに対する抗血清の特性決定。前免疫血清(レーン1)、Jak
3に対する抗ペプチド抗血清(レーン2)、抗血清をレイズさせた過剰のペプチ
ド(100μg/ml)の存在におけるJak3に対する抗血清(レーン3)ま
たは無関係のペプチド(レーン4)とのin vitro翻訳反応からの(35S
)標識化Jak3タンパク質。抗ペプチド抗血清は、従来記載された技術(Silve
nnoinen ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:8429-8433(1993))によりJak3のキ
ナーゼドメインの領域から誘導されたペプチドAKLLPLDKDYYVVRE
PG(配列番号:15)に対してレイズさせた。交差反応性抗ペプチド抗血清を
Tyk2からの合成ペプチド(SPSEKEHFYQAQHRLPEPS(配列
番号:7)から誘導された合成ペプチドに対して作った。
第8図
ネズミ細胞系におけるJak3の発現。RNAを前述の技術1により示した細
胞から調製した。全体のRNAのほぼ15μgを電気泳動により分離し、そして
ハイブリダイゼーションのためにフィルターにブロットした。RNAは次のもの
を包含した:(レーン1)IL−3依存性骨髄細胞系(DA3);(レーン2)
IL−3依存性骨髄細胞系、32D(Epo1)、これは内因性EPOレセプタ
ーを発現しそしてEPOに応答して分化した機能を発現する(Migliaccio ら、J.
Cell Biol.109:833-841(1989));(レーン3)IL−3依存性骨髄細胞系、32
Dc13、これはG−CSFに応答して顆粒球の経路に沿って分化することがで
きる(Migliaccio ら、J.Cell Biol.109:833-841(1989));(レーン4)野生MV
EPOレセプターでトランスフェクションされたNIH 3T3線維芽;およ
び(レーン5)EPOレセプターで安定にトランスフェクションされたIL−2
依存性細胞障害性T細胞系、CTLLpoR。RNA標準の移動位置が示されて
いる。単一のJak3転写体は4.0kbの見掛けの大きさで移動する。RNA
試料は細胞から標準の手順により得られた。RNA試料を2.2Mのホルムアル
デヒド−1%アガロースゲル上で電気泳動させ、そしてゼータ結合(NEN)膜
に移した。プローブは、ランダムプライミングにより標識化された、CDNAの
1kbのSstI断片から成っていた。フィルターを65℃において750mM
のNaCl、1mMのEDTA、10mMのTris−HCl、pH7.5、1
0%のフィコール、1%のポリビニルピロリドン、0.1%のSDSおよび10
0μg/mlのサケ精子DNAの中にハイブリダイゼーションさせた。フィルタ
ーを65℃において15mMのNaClの最終のストリンジェンシイに洗浄し、
そして14時間露出した。
第9A図〜第9D図
Jak1およびJak3のチロシンリン酸化のIL−2およびIL−4の活性
化およびJak3のin vivoキナーゼ活性の活性化。第9A図:CTLL
細胞から14時間の間成長因子を除去し、そしてCTLL細胞を剌激しないで放
置し(レーン1、4、7および10)、100U/mlでIL−2(セツス[C
etus])により10分間刺激する(レーン2、5、8および11)か、また
は100ng/mlのIL−4(R&D)で10分間刺激した(レーン3、
6、9および12)。抽出物を従来記載されているように調製し(Witthuhn ら、
Cell:227-236(1993))そして示した抗血清を使用する免疫沈降のために使用した
。免疫沈降物をSDS−PAGEにより分離し、電気泳動的にニトロセルロース
に移し、そして膜をホスホチロシンに対する4G10モノクローナル抗体(UB
1)でプロービングした。第9B図:CTLL細胞から成長因子を14時間の間
除去し、そして上のようにCTLL細胞を刺激せず(レーン1)、IL−2で刺
激し(レーン2)またはIL−4で刺激した(レーン3)。抽出物を調製しそし
てTyk2に対するJak3/Jak1交差反応性抗ペプチド抗血清で免疫沈降
させた。免疫沈降物を従来記載されているように(Witthuhnら、Cell:227-236(1
993))in vitroキナーゼアッセイにおいて使用し、そして生成物をSD
S−PAGEにより分離しそしてオートラジオグラフィーにより可視化した。第
9C図:ヒトIL−2βレセプター鎖(32D/IL2Rβ)でトランスフェク
ションされた32Dc13細胞からIL−2を14時間の間除去し、そしてこれ
らの細胞を刺激しない(レーン1および4)か、または100U/mlのIL−
2(レーン2および5)または10U/mlの11−3および6で刺激した)。
上のように抽出物を作り、SDS−PAGEにより分離し、そしてフィルターに
移した。フィルターをホスホチロシンに対する4G10モノクローナル抗体でプ
ロービングした。第9D図:EPOレセプターでトランスフェクションされたC
TLL細胞からIL−2を14時間の間除去し、そしてこれらの細胞を刺激しな
いで放置する(レーン1および5)か、または100U/mlのIL−2(レー
ン2および6)、100ng/mlのIL−4)または10U/mlのEPO(
レーン4および7)で刺激した。上のように抽出物を調製しそしてブロットを作
り、そしてホスホチロシンに対する4G10モノクローナル抗体でプロービング
した。標準の移動位置を左に示す。細胞を収獲し、そして従来記載されているよ
うに(Witthuhn ら、Cell:227-236(1993))抽出物を0.1%のトリトン中で調
製した。2×107細胞からの細胞抽出物を表示した抗血清を使用する免疫沈降
のために使用し、そして複合体をプロテインAセファローズ(SEPHAROS
E)で集めた。免疫沈降物をSDS−PAGEに付し、そして電気泳動的にニト
ロセルロースのフィルターに移した。フィルターをホスホチロシンに対する4G
10モノクローナル抗体(アプステイト・バイオロジカルス・インコーポレーテ
ッド[Upstate Biologicals inc.])でプロービング
した。増強化学発光、ECL(アマーシャム[Amersham])およびフィ
ルムへの露出により、検出を実施した。in vitroキナーゼアッセイのた
めの条件は従来記載されている通りである(Witthuhn ら、Cell:227-236(1993))
。
第10図
CNTFレセプター複合体との130kDaのタンパク質およびチロシンキナ
ーゼ活性の共精製。EW−1細胞を示した因子で刺激し、次いで細胞をBrij
96洗浄剤の中で溶解し、そして抗LIFRbで免疫沈降させた。左のパネルに
おける試料を抗ホスホチロシンで免疫沈降させたが、右のパネルにおける試料は
実験の節に記載するようにin vitroキナーゼ活性について試験した。
第11A図〜第11B図
Jak1、Jak2、およびTyk2は因子のCNTFファミリーに応答して
チロシンリン酸化されるようになった。EW−1(パネルAおよびB)、U26
6(パネルC)、またはSK−MES(パネルD)を示した因子で刺激し、LI
FRβ、Jak1(J1)、Jak2(J2)、またはTyk2(T2)に対す
る抗血清で免疫沈降させ、次いで抗ホスホチロシンでイムノブロットした。
第12図
LIFRβはJak1およびJak2に因子の不存在において結合する。CO
S細胞をJak1またはJak2をエンコードするプラスミドと、エピトープ標
識化LIFRβ−myc3(LIFR)または細胞質ドメインの74アミノ
酸および引き続くトリプル−myc標識(LIFR74)のみをエンコードする
LIFRβの切形バージョンをエンコードするプラスミドと一緒に共トランスフ
ェクションさせた。抗mycモノクローナル抗体9E10で免疫沈降させた後、
試料をJak1(上部のパネル)またはJak2(下のパネル)に対する抗血清
でイムノブロットした。下部のパネルにおける矢印は、顕著な非特異的バックグ
ラウンドよりより多いゆっくり移動するJak2の結合を示す。
第13A図〜第13D図
gp130とのJak1またはJak2の共発現は、gp130のIL−6依
存性チロシンリン酸化を増強する。COS細胞を0.5mgのJak1またはJ
ak2エンコーディングプラスミドならびに10mgのg130FLAGエンコ
ーディングプラスミドと共トランスフェクションさせ、次いで示すように48時
間後IL6+sIL6Rαで刺激した。細胞リゼイトを抗FLAGモノクローナ
ル抗体(IBI)で免疫沈降させ、そして抗ホスホチロシンでイムノブロットし
た。
発明の詳細な説明
本発明は、一部分、サイトカインに対する細胞の応答を調節する新規な方法に
関する。これらの方法は、サイトカインに対して応答する細胞におけるキナーゼ
のJakファミリーの一般的役割に基づく。
「サイトカイン」とは、他の細胞の機能、例えば、生存、有糸分裂、分化また
は代謝に影響を与える細胞により分泌されたポリペプチドを意味する。サイトカ
インの例は、ペプチド、ホルモンおよび成長因子を包含するが、これらに限定さ
れない。
「サイトカインに対する細胞の応答」または「サイトカイン活性」は、特定の
サイトカインとその細胞のレセプターとの連合から究極的に生ずる真核細胞また
は細胞集団への一般的作用を意味し、そして典型的には細胞内の遺伝子の発現の
変更を包含する。本発明は、Jakキナーゼの活性化により伝達されるサイトカ
イン活性に関する。このような活性の例は、インターロイキン−3(IL−3)
に応答する造血性始原細胞の増殖および分化、エリトロポイエチン(EPO)に
応答する赤血球系列細胞の増殖および分化、成長ホルモン(GH)に応答する幹
細胞の成長、およびこの分野において知られている、および/またはここにおい
て教示される他の同様な応答を包含するが、これらに限定されない。
本発明により教示される方法は、その活性がJakキナーゼの構成員により伝
達される任意のサイトカインに適用され、そしてJakキナーゼのファミリーは
Jak1、Jak2、Jak3およびTyk2を包含するが、これらに限定され
ない。この型のサイトカインは、サイトカインレセプターのスーパーファミリー
の構成員に結合することによって機能するもの、およびまた、チロシンキナーゼ
レセプターのスーパーファミリーの構成員に結合することによって機能するもの
を包含する。さらに詳しくは、これらのサイトカインは、インターロイキン−3
(IL−3)、インターロイキン2(IL−2)、インターロイキン4(IL−
4)、インターロイキン5(IL−5)、インターロイキン6(IL−6)、イ
ンターロイキン7(IL−7)、インターロイキン9(IL−9)、インターロ
イキン11(IL−11)、オンコスタチンM(OSM)、白血病阻害因子(L
IF)、顆粒球−マクロファージ特異的コロニー刺激因子(GM−CSF)、エ
リトロポイエチン(EPO)、顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)。インタ
ーフェロン−γ(IFN−γ)、プロラクチンホルモンおよび成長ホルモンから
成る群より選択される少なくとも1つを包含するが、これらに限定されない。
本発明によれば、Jakキナーゼはサイトカイン−レセプターの結合に応答す
るそれらのチロシンリン酸化(すなわち、活性化)を通してサイトカイン活性を
伝達する。従って、本発明により提供される調節方法に対して感受性のサイトカ
インは、Jakキナーゼのファミリーの1または2以上の構成員のチロシンリン
酸化(すなわち、活性化)を引き起こすそれらの能力に基づいて同定することが
できる。サイトカインの刺激後の細胞の中のJakキナーゼのチロシンリン酸化
は、例えば、抗ホスホチロシンモノクローナル抗体に結合するその能力について
アッセイすることによって、検出することができる;チロシンリン酸化されたJ
akキナーゼのみがこの型の抗体に結合するであろう。
Jakキナーゼのペプチド(JKP)。Jakキナーゼのペプチド(JKP)
は、本発明によれば、Jakキナーゼ(JK)活性を有するJKのサブセットと
呼ぶことができる。本発明によるペプチド断片は、無傷の分子またはその断片の
タンパク質分解の消化により、この分野においてよく知られている化学的ペプチ
ドの合成法により、いっそう詳細に後述する組換えDNA法により、および/ま
たはJKPを生産できる任意の他の方法により、調製することができ、そしてJ
Kの活性部分に類似するコンフォメーションを有しそして、スクリーニングアッ
セイとして、例えば、ここに記載するように、既知のJak活性に従い、Jak
キナーゼ活性を有する。活性を有するために最小のペプチド配列は、特定の領域
、コンセンサス配列、またはJakキナーゼ活性、例えば、少なくとも1つのサ
イトカインにより少なくとも1つのチロシンにおいてリン酸化される能力、を有
するJKのその反復単位を含有するか、または含んでなる最小の単位に基づく。
従って、本発明のJKPは、また、既知のJakキナーゼまたはJKのグルー
プの少なくとも1つの15〜400アミノ酸断片および/またはコンセンサス配
列に実質的に相当するJKアミノ酸配列の一部分を有するポリペプチドを包含し
、ここでJKPは少なくとも80%、例えば、80〜99%の相同性、またはそ
の中の任意の範囲または値の相同性を有すると同時にJakキナーゼの生物学的
活性維持し、ここで本発明のJKPは天然に存在しないか、または天然に存在す
るが、天然に存在しない精製または単離された形態である。好ましくは、本発明
の
JKPは特定のJakキナーゼ、またはJakキナーゼのグループのJakキナ
ーゼドメインに、コンセンサス配列、例えば、Jak1とJak2との間、とし
て、実質的に相当する。
相同性の百分率は、例えば、ウィスコンシン・ジェネティクス・コンピュータ
ー・グループの大学[University of Wisconsin Genetics Computer Group])(UW
GCG)から入手可能なGAPコンピュータープログラム、バージョン6.0、を
使用して配列の情報を比較することによって、決定することができる。GAPプ
ログラムは、スミス(Smith)およびウォーターマン(Waterman)(Adv.Appl.
Math.2:482(1981)により改定された、ニードルマン(Needleman)およびウンシュ(
Wunsch)(J.Mol.Biol.48:443(1970)の整列方法を利用する。簡単に述べると、G
APプログラムは、類似する整列された記号(すなわち、ヌクレオチドまたはア
ミノ酸)の数/2つの配列のうちのより短い配列の中の記号の合計の数として、
類似性を定める。GAPプログラムについて好ましい欠乏のプログラムは、次の
ものを包含する:(1)単項比較マトリックス(同一性について1および非同一
性について0の値)およびGribskovおよびBurgess、Nucl.Acids
Res.14:6745(1986)の重み付き比較マトリックス、Shwartz およびDayhoff、編
、ATLAS OF PROTEIN SEQUENCE AND STRUCTURE、National Biomedical Research
Foundation、pp.353-358(1979)に記載されている;(2)各ギャップについて3
.0のペナルティーおよび各ギャップにおける各記号について追加の0.10ペ
ナルティー;および各ギャップについてペナルティーなし。
好ましい態様において、本発明のペプチドは第6図の配列の活性部分に相当す
る。
JKの活性部分の基本的構造を有する少なくとも約5〜335アミノ酸(また
はその中の任意の範囲または値)のペプチドは、1つの態様において、上のJK
配列に対して80〜99%の相同性(またはその中の任意の範囲または値)を有
するとして特徴づけらることができ、前記ペプチドはJK活性を有し、そして本
発明の範囲内に入ると考えられる。従って、当業者は、この明細書の中に提供さ
れた教示および案内が与えられると、JKの他の位置において他のアミノ酸残基
を置換して、置換された、欠失のまたは挿入の変異型を包含する、他のJKPを
得る方法を知るであろう。
本発明のJKPは、また、ポリペプチドの中の少なくとも1つのアミノ酸残基
が少なくとも1つの異なるアミノ酸により同類置換され、挿入されるか、または
欠失された変異型を包含する。
本発明のJKPのアミノ酸または核酸の配列は、両方の分子の中のアミノ酸ま
たは核酸の配列が、JK活性を有する少なくとも1つのJKの対応する断片に、
定性的または定量的に、実質的に類似する生物学的活性を有するポリペプチドを
提供する場合、それぞれ他のアミノ酸または核酸の配列に「実質的に相当する」
(substantially correspond)と言われる。このような「実質的に相当する」JK
P配列は、同類のアミノ酸またはヌクレオチドの置換、または個々のアミノ酸ま
たはヌクレオチドの置換がこの分野においてよく知られている縮重ヌクレオチド
コドンの置換を包含する。
従って、本発明のJKP、またはそれをコードする核酸は、不都合な実験を行
わないで、ここにおいて提供された教示および案内に基づいて、当業者が日常的
に得るすることができる置換のペプチドまたはポリヌクレオチドとして実質的に
相当する配列の有限の組を包含する。タンパク質の化学および構造の詳細な説明
については、下記の文献を参照されたい:Schulz、G.E.ら、Principles of Prot
ein Structure、Springer-Verlag、ニューヨーク、1978、およびCreighton、T.E
.、Proteins:Structure and Molecular Properties、W.H,Freeman & Co.、サン
フランシスコ、1983、これらをここに引用によって加える。ヌクレオチド配列の
置換、例えば、コドンの採択、の提案について、下記の文献を参照されたい:
Ausubel ら、編、Crent Protocols in Molecular Biology、Greene Publishing
Assoc.、ニューヨーク州、ニューヨーク(1987、1988、1989、1990、1991、1992
、1993、1994)、§§A.1.1-A.1.24、およびSambrookら、Molecular Cloning:A
Laboratory Manual、第2版、Cold Spring Harbor Press、コールド・スプリン
グ・ハーバー、ニューヨーク(1989)、付録C およびD 。
JKPについての天然のJKのアミノ酸の置換。本発明の同類置換は、ポリペ
プチドの中の少なくとも1つのアミノ酸残基が少なくとも1つの異なるアミノ酸
により同類的に置換、挿入または欠失されている変異型を包含する。
このような置換は好ましくは表1に提示されているような下記の列挙に従って
なされ、これらの置換は、合成したポリペプチド分子の修飾された構造的および
機能的性質を提供すると同時に、既知のJK活性のアッセイにより決定して、J
Kの生物学的活性を維持するように日常実験により決定することができる。本発
明の関係において、JKPまたは「に実質的に相当する」という用語はこのよう
な置換を包含する。
従って、特定の置換の上の例に基づいて、別の実験は、例えば、JK活性を提
供するJK断片の1または2以上の同類置換を行うことによって、本発明の別の
JKPを得るように、日常実験により行うことができる。
また、本発明のJKPの置換の他のグループは、タンパク質分子の中の少なく
とも1つのアミノ酸残基が除去され、そして異なる残基が下記の表2に従いその
位置に挿入されたグループである。本発明のタンパク質またはペプチド分子にお
いて行うことができる置換の型は、異なる種の相同的タンパク質、例えば、Sc
hulzら、下を参照、の表1〜2の中に提示されているもの、の間のアミノ酸
の変化の頻度の分析に基づくことができる。このような分析に基づいて、別の同
類置換(conservative substitutions)は下記の5つのグループの1つの範囲内の
交換としてここにおいて定義される。
上の括弧内の3つのアミノ酸残基は、タンパク質の構成において特別の役割を
有する。Glyは側鎖を欠如する唯一の残基であり、従って鎖に柔軟性を付与す
る。しかしながら、これはα−らせん以外の二次構造の形成を促進する。Pro
は、その異常な形状寸法をもつために、鎖を緊密に束縛する。それは一般にβ−
回転様構造を促進する傾向があるが、ある場合においてCysはタンパク質のフ
ォルディングにおいて重要であるジサルファイド結合の形成に参加することがで
きる。Schulzらは上のグループ1および2を合同することに注意すべきで
ある。また、Tyrは、水素結合する可能性をもつので、ser、およびThr
などと有意な類似性を有する。
同類アミノ酸置換は、本発明による、例えば、上に提示したような、「実質的
に相当する」または「相当する」という用語の中に含められ、この分野において
よく知られており、そしてアミノ酸置換後のポリペプチドの生物学的および構造
的性質を維持することが期待されるであろう。本発明による大部分の欠失および
挿入、および置換は、タンパク質またはペプチド分子の特性の残基の変化を生成
しないものである。「特性」は、非包括的方法で、二次構造、例えば、α−らせ
んまたはβ−シートの変化、ならびに生理学的活性、例えば、レセプター結合ア
ッセイの変化の両方を規定するために定義される。
しかしながら、置換、欠失、または挿入の正確な作用を確証すべきとき、1ま
たは2以上の置換の作用は日常のJK活性のスクリーニングアッセイ、イムノア
ッセイまたはバイオアッセイにより、生物学的活性、例えば、Jakキナーゼ(
しかし、これに限定されない)を確証するために、評価されるであろうことを当
業者は理解するであろう。
JKPの中に含まれるようなアミノ酸配列の挿入は、また、1つの残基から本
質的に非限定的長さのポリペプチドまでのアミノおよび/またはカルボキシル−
末端の融合、ならびに単一または多数のアミノ酸残基の配列内の挿入を包含する
。配列内の挿入は一般に約1〜10残基、より好ましくは1〜5の範囲であるこ
とができる。末端の挿入の例は、宿主に対して異種または相同的であるかどうか
にかかわらず、組換え細菌宿主からの分泌を促進するために、シグナル配列のJ
KPへの融合を包含する。
本発明による変異型の1つの追加のグループは、ペプチド分子の中の少なくと
も1つのアミノ酸残基、好ましくは1つのみ、が除去されそして異なる残基がそ
の位置に挿入されたものである。
タンパク質の化学および構造の詳細な説明については、下記の文献を参照のこ
と:Schulzら、Principles of Protein Structure、Singer-Verlag、ニューヨー
ク、1978、;Ausubel、下を参照、これらをここに引用によって加える。
本発明によるJKPの大部分の欠失および挿入、および置換は、ペプチド分子
のJakキナーゼの特性を維持または改良するものである。しかしながら、置換
、欠失、または挿入の正確な作用をそれを実施するの前に予測することが困難で
あるとき、その作用は日常のスクリーニングアッセイにより評価されるであろう
ことを当業者は理解するであろう。例えば、ペプチド分子をエンコードする核酸
の部位特異的突然変異誘発および細胞培養における変異型JKPの発現によりま
たは、また、化学合成により作られた変異型は、Jakキナーゼ活性について試
験することができる(例えば、知られているようにまたはここに記載するように
)。細胞リゼイトまたは精製されたペプチド変異型の活性は、適当なスクリーニ
ングアッセイにおいて、所望の特性、例えば、いくつかのアッセイのいずれかに
おいてJakキナーゼ活性、についてスクリーニングすることができる。
ペプチドの性質、例えば、レドックスまたは熱安定性、疎水性、タンパク質分
解的分解に対する感受性または担体との、またはマルチマーへの凝集の傾向、の
変更は、また、当業者によく知られている方法によりアッセイすることができる
。
また、本発明のJKPの塩は本発明の範囲の中に含められる。ここにおいて使
用するとき、「塩」という用語は、タンパク質またはペプチド分子のカルボキシ
ル基の塩およびアミノ基の酸付加塩の両方を意味する。
本発明のJKPのアミノ酸配列の変異型は、また、DNAにおける突然変異に
より製造することができる。このような変異型は、例えば、アミノ酸配列内にの
残基からの欠失、または残基の挿入または置換を包含する。欠失、挿入、および
置換の任意の組み合わせは、また、最終の構成体が多少のJakキナーゼ活性を
有するかぎり、最終の構成体に到達するように作ることができる。好ましくは、
非変異型のペプチドのJakキナーゼ活性を超えた、改良されたJakキナーゼ
活性が見出される。明らかなように、変異型をエンコードするDNAにおいて作
られる突然変異は、配列をリーディングフレームの外に配置してはならず、そし
て好ましくは二次mRNA構造体を生産することができる相補的領域をつくらな
いであろう(参照、例えば、欧州公開特許出願第75,444号;Ausubel、下を参照;S
ambrook、下を参照)。
遺伝的レベルで、これらの変異型は、通常、JKPをエンコードするDNAに
おけるヌクレオチドの部位特異的突然変異誘発により製造され、これにより変異
型をエンコードするDNAを生産し、そしてその後組換え細胞培養物の中でDN
Aを発現させる。変異型は、典型的には、天然に存在するJKと同一の定性的生
物学的活性を示す(参照、例えば、Ausubel、下を参照;Sambrook、下を参照)。
タンパク質の三次元の構造の知識は、タンパク質が機能する方法を理解する上
で極めて重要である。400より多いタンパク質の三次元構造はタンパク質構造
のデータベースにおいて現在入手可能である(配列のデータベース、例えば、遺
伝子バンク、Chemical Abstracts REGISTRYなど、
における約200,000の既知のタンパク質およびペプチドの配列に比較して
)。これらの構造の分析は、それらが認識可能なクラスまたはモチーフに属する
ことを示す。既知の構造の関係するタンパク質に対する相同性に基づいてタンパ
ク質の三次元構造をモデル化することが可能である。比較的低い配列の相同性を
有するが、ほとんど同一の三次元構造を有することが発見された例が知られてい
る。このような相同体は、また、本発明のJKPの中に含められる。
上の分析を使用してJakキナーゼの構造または特性がいったん決定されると
、既知の方法の工程に従い、JKPを組換え的または合成的に製造するか、また
は
必要に応じて精製して、診断または研究の応用において使用するために商業的に
有用な量のJKPを得ることができる(参照、例えば、Ausbel、下を参照、およ
びSambrook、下を参照、これらの参考文献をここに引用によって加える)。
Jakキナーゼに依存するサイトカイン活性を阻害する方法
本発明によれば、サイトカインの活性は細胞へのサイトカインの作用を伝達す
るJakキナーゼの活性を阻害することによって阻害することができる。
本発明の範囲内のJakキナーゼ活性を阻害する1つの方法は、JK遺伝子の
発現を阻害することによる。Jakキナーゼの発現はアンチセンス分子またはリ
ボザイムを使用して阻害することができる。
アンチセンス分子および遺伝子の発現を阻害のためのそれらの使用はこの分野
においてよく知られている(参照、例えば、Cohen、J.、0ligodeoxyribonucleot
ides、Antisense Inhibitors of Gene Expression、CRC Press(1989);Toole、WO
92/10590)。Jakキナーゼの発現を阻害するために有用であるアンチセンス分
子は、阻害しようとするJakキナーゼのmRNAおよび/またはDNA遺伝子
配列に対して相補的であり、そしてそれに結合することができる核酸配列を含有
する。このようなアンチセンス分子は、米国特許第5,190,931号(Inoue
、M.に対して1993年3 月2 日発行された、これをここに引用によって加える)に
より教示されるように、アンチセンス分子をエンコードするDNAを使用する遺
伝的発現を介して細胞に提供することができる。また、本発明のアンチセンス分
子は合成的に作り、そして細胞に提供することができる。本発明が考える合成の
アンチセンス分子は、未修飾のオリゴヌクレオチドに比較して改良された生物学
的活性を有するこの分野において知られているオリゴヌクレオチドの誘導体を包
含する(参照、例えば、Cohen、J.、前掲;米国特許第5,023,243号、Tullis、R.
H.に対して1991年6 月11日に発行された、そしてこれらをその全体において引用
によって加える)。
リボザイムおよび遺伝子の発現を阻害するためのそれらの使用は、また、この
分野においてよく知られている(参照、例えば、Cechら、j.Biol.Chem.267:1747
9-17482:1992);Hampelら、Biochemistry 28:4929-4933(1989);Haseloffら、Natu
re 334:585-591(1988);Eckstein ら、WO92/07065;および米国特許第5,168,053
号、Altmanらに対して発行され、そしてこれらをその全体において引用によって
加える)。アンチセンス分子に似て、リボザイムがそれらの発現を阻害するよう
に設計された遺伝子のmRNAに対して相補的な標的配列をリボザイムは含有す
る。Jakキナーゼの発現を阻害するために有用なリボザイムは、阻害しようと
するJakキナーゼのmRNA配列に対して相補的である基本的リボザイム構造
の中に、標的配列を組み込むことによって設計することができる。Jakキナー
ゼをターゲティングするリボザイムは商業的に入手可能な試薬(アプライド・バ
イオシステムス[Applied Biosystems])を使用して合成で
きるか、またはそれらをエンコードするDNAから遺伝的に発現させることがで
きる。
当業者は認識するように、アンチセンスおよびリボザイムの分子は、Jakキ
ナーゼのファミリーの特定の構成員に対してユニークな配列をターゲティングす
ることによって、その構成員を阻害するように設計することができる。アンチセ
ンスおよびリボザイムの分子は、阻害しようとするJakの構成員が共有する配
列をターゲティングすることによって、2以上のJakキナーゼを阻害するよう
に設計計することができる。
Jakキナーゼ活性は、また、キナーゼとして機能するJakタンパク質の能
力を阻害する化合物またはペプチドを使用して、阻害することができる。このよ
うなインヒビターは、薬物、抗Jakキナーゼ抗体、Jakキナーゼのアゴニス
トおよびアンタゴニスト、Jakキナーゼのトランス優性突然変異体、およびチ
ロシンキナーゼ活性の一般的インヒビター、例えば、GENESTEINを包含
するが、これらに限定されない。それらのインヒビターはすべてのJakキナー
ゼに対して一般的阻害作用を有するか、またはJakキナーゼのファミリーの特
別の構成員またはサブセットに対していっそう特異的な阻害作用を有することが
できる。
用語「抗体」は、ここにおいて使用するとき、実質的に相同的集団であるモノ
クローナル抗体および異種の集団であるポリクローナル抗体の両方を意味する。
このような抗体は、IgG、IgM、IgE、IgA、IgDを包含する免疫グ
ロブリンのクラスおよびそのサブクラスであることができる。用語「抗体」は、
ここにおいて使用するとき、また、無傷の分子ならびにそれらの断片、例えば、
FabおよびF(ab’)2(これらは無傷の抗体に結合することができる)の
両方を包含することを意味する。FabおよびF(ab’)2断片は、無傷の抗
体のFc断片を欠如し、循環からいっそう急速に除去され、そして無傷の抗体よ
りも少ない非特異的組織結合性を有することができる(Wahl ら、J.Nucl.Med.24:
316-325(1983))。このような断片は、典型的には、酵素、例えば、パパイン(F
ab断片を生成するため)またはペプシン(F(ab’)2断片を生成するため
)を使用する、タンパク質分解的切断により生成される。参照、一般に、Kohler
およびMilstein、Nature 256:495-497(1975);米国特許第4,376,110 号;Ausubel
ら、編、CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY、Greene Publishing Assoc.
およびWiley Interscience、ニューヨーク、(19871、1992、1993、1994);および
HarlowおよびLane、ANTIBODIES:A LABORATORY MANUAL Cold Spring Harbor Labo
ratory(1988);Colliganら、Current Protocols in Immunology、Greene Publish
ing Assoc.およびWiley Interscience、ニューヨーク、(1992、1993)、それら
の参考文献の内容の全体をここに引用によって加える。このような抗体はIgG
、IgM、IgE、IgA、GILDを包含する免疫グロブリンのクラスおよび
そのサブクラスであることができる。
Jakキナーゼに対して両方のモノクローナルおよびポリクローナル抗体はこ
の分野においてよく知られている方法に従い作ることができる(参照、例えば、
Harlow、前掲;Colligan、前掲;Ausubel、前掲、§§11.4.2-11.13.4)。抗体は
組換え的に生産されるか、またはJakキナーゼが天然に存在する細胞および組
織から単離されたJakキナーゼタンパク質に対して発生させることができる。
抗体は全体のJakキナーゼタンパク質に対して発生させるか、または、より好
ましくは、抗体はそのサイトカイン誘導チロシンキナーゼ活性のために要求され
るJakキナーゼタンパク質の機能的ドメインを表すペプチドの下位断片に対し
て発生させる。特定のJakキナーゼを特異的に阻害するための抗体を、そのJ
akキナーゼに対してユニークなペプチド断片に対して発生させることができる
。また、Jakキナーゼのファミリーの2以上の構成員を遺伝的に阻害するため
の抗体を、阻害しようとするJakキナーゼが共有するペプチド断片に対して発
生させることができる。
本発明により教示されるJakキナーゼ活性を阻害する他の方法は、Jakキ
ナーゼのサイトカイン依存性活性化のインヒビターを使用することである。サイ
トカインの刺激前に、細胞のJakキナーゼは活性化されない状態で存在する。
Jakキナーゼ活性のインヒビターは、Jakキナーゼのその触媒的に活性な状
態への変換を阻害する能力により同定することができ、これは後述しかつ実施例
に記載するin vitroキナーゼアッセイにより検出することができる。
本発明者らにより発見されたように、Jakキナーゼはそれらのサイトカイン
誘導チロシンリン酸化により活性化される。従って、また、本発明によれば、イ
ンヒビターはJakキナーゼのその触媒的に活性な形態へのサイトカイン誘導チ
ロシンリン酸化をブロックまたは有意に減少する化合物またはペプチドとして同
定することができる。サイトカイン刺激後のJakキナーゼのチロシンリン酸化
の状態は、例えば、抗ホスホチロシンモノクローナル抗体で検出できるという
Jakキナーゼの能力により、アッセイすることができる。
特定のサイトカインによるJakキナーゼの活性化は、そのサイトカインのレ
セプターとのJakキナーゼの物理的連合を必要とすることがある(実施例2参
照)。本発明によれば、この連合に関係するJakキナーゼまたはサイトカイン
レセプターのそれらの部分を模擬するペプチドのアンタゴニストはJakキナー
ゼ活性のインヒビターとして有用である。これらのペプチドは、サイトカインレ
セプター(Jakキナーゼのペプチドのための)またはJakキナーゼ(サイト
カインレセプターのペプチドのための)と連合し、このようにサイトカインレセ
プターとのJakキナーゼの連合をブロックすることによって、インヒビターと
して作用すると本発明により考えられる。
特に、EPOによるJak2の活性化はEPOレセプター(EPOR)とのJ
ak2の物理的連合を必要とすること、およびこの連合は有糸分裂誘発のために
必須なEPORの膜近位領域を必要とすることを本発明は教示する。本発明によ
れば、この膜近位領域を模擬しそしてEPOR−Jak2相互作用をブロックで
きるペプチドのアンタゴニストは、EPOによるJak2の活性化のインヒビタ
ーとして有用である。
Jakキナーゼ活性のインヒビターのアッセイ
本発明は、また、前述の方法において有用なJakキナーゼ活性のインヒビタ
ーを同定するスクリーニングアッセイを提供する。
Jakチロシンキナーゼ活性は、触媒的に活性なJakキナーゼ、1または2
以上のJakリン酸化基質、および、例えば、32Pのような放射性標識で検出可
能に標識化されたリンをγ位にもつATPを組み合わせることによって、in
vitroでアッセイすることができる。このアッセイにおいて、Jakキナー
ゼはATPから基質への標識化リンの移行を触媒し、そしてJakキナーゼ活性
は検出可能に標識化されたリンを含有する基質(すなわち、標識化基質)の発生
により検出される。Jakキナーゼ活性のインヒビターは、アッセイの中に組み
込んだとき、標識化基質の発生を有意に減少または排除する化合物またはペプチ
ドとして同定される。
このアッセイにおいて使用する触媒的に活性なJakキナーゼは種々の源から
得ることができる。好ましくは、触媒的に活性なJakキナーゼは、Jakキナ
ーゼを高いレベルで発現することができるバキュロウイルスのベクターで形質転
換された昆虫細胞から得られる。この方法において生産されたJak2キナーゼ
は、触媒的に活性でありそしてin vitroキナーゼアッセイにおいて有用
であることが発見された。同様な方法において昆虫細胞の中の大量に生産された
他のJakキナーゼは、また、触媒的に活性であろう。
触媒的に活性なJakキナーゼは、また、Jakキナーゼの構成的活性化を生
ずる突然変異を有する細胞から得ることができる。例えば、CへのR199として
知られているEPOR突然変異はEPORの構成的活性化を生ずる(Yoshimuraら
、Nature 348:647-649(1990))。EPOの不存在下に、この突然変異を発現する
細胞において、Jak2キナーゼは構成的にチロシンリン酸化され、そしてin
vitroキナーゼ活性を有する。
各Jakキナーゼの触媒的に活性な形態は、また、それらの活性化を引き起こ
すサイトカインで刺激された細胞から得ることができる。例えば、触媒的に活性
なJak2は、EPO、成長ホルモン、IL−3、および他のサイトカインで刺
激された細胞得ることができるが、触媒的に活性なTyk2はIFNαで刺激さ
れた細胞から得ることができる。
その活性を決定するJakキナーゼのリン酸化基質をアッセイにおいて使用で
きる。自己リン酸化活性を有するJakキナーゼについて、好ましい基質はJa
kキナーゼそれ自体、または自己リン酸化部位を含有するその下位断片である。
チロシンキナーゼ、例えば、Jakキナーゼは、一般に、自己リン酸化活性
を有する傾向がある(参照、例えば、Hanks、S.K.ら、Science 241:42-52(1988)
。そのうえ、Jak2についての自己リン酸化活性が確立され、そして自己リン
酸化部位はJak2のアミノ酸1000−1015を含有するペプチド断片上に
存在することが発見された(第1図参照;配列はVLPQDKEYYKVKEP
G(配列番号:2)である)。同様なペプチド断片は、Jak1タンパク質の中
にアミノ酸1015−1029に(第2図参照;配列はAIETDKEYYTV
KDDR(配列番号:3)である)そしてJak2タンパク質の中にアミノ酸1
047−1061に(第3図参照;配列はAVPEGHEYYRVREDG(配
列番号:4)である)存在する。Jakキナーゼの間の構造および機能の類似性
、ならびに一般にチロシンキナーゼの間の機能の類似性に基づいて、Jakキナ
ーゼのファミリーの他の構成員はまた自己リン酸化活性を有することが期待され
る。
本発明は、また、Jakキナーゼのサイトカイン誘導活性化のインヒビターの
アッセイを提供する。Jakキナーゼのサイトカイン誘導活性化は、ここに記載
するように、サイトカイン誘導後の細胞からJakキナーゼ抽出物を調製し、そ
してこの抽出物をin vitroキナーゼ活性についてアッセイすることによ
ってアッセイすることができる。サイトカイン誘導活性化のインヒビターは、サ
イトカイン誘導の前および/または間に存在するとき、サイトカイン誘導後の細
胞から調製されたJakキナーゼ抽出物において検出されるin vitroキ
ナーゼ活性を有意に減少または排除する化合物またはペプチドとして同定される
。
本発明は、また、サイトカイン誘導Jakキナーゼ活性化の潜在的インヒビタ
ーである、Jakキナーゼ−サイトカインレセプターの相互作用のインヒビター
についてのアッセイを提供する。活性化Jakキナーゼによりリン酸化されるサ
イトカインレセプターについて、Jakキナーゼ−サイトカインレセプターの相
互作用は、前述のin vitroキナーゼアッセイを使用して、サイトカイン
レセプターをアッセイの中にリン酸化基質の中に組み込むことによって検出する
ことができる。例えば、Jak2キナーゼによるエリトロポイエチンレセプター
(EPOR)のリン酸化は、このアッセイを使用して検出することができる。J
akキナーゼ−サイトカインレセプターの相互作用のインヒビターは、このアッ
セイの中に組み込んだとき、リン酸化(標識化)サイトカインレセプターのタン
パク質の発生を有意に減少または排除する化合物またはペプチドとして同定され
る。
サイトカインレセプターのタンパク質は、好ましくは、Jakキナーゼの生産
についてここに記載するような目的に適当な組換え宿主から生産および精製する
ことによって、このアッセイにおいて使用するために得られる。好ましい宿主は
、サイトカインレセプターを高いレベルで発現できるバキュロウイルスのベクタ
ーで形質転換された昆虫細胞である。また、サイトカインレセプターのタンパク
質は天然源から単離することができる。
Jakキナーゼに依存するサイトカイン活性を増強する方法
サイトカインに対する細胞の生物学的応答をJakキナーゼの不十分な量のた
めに欠如する状況において、本発明は、細胞の中のJakキナーゼのレベルを増
加することによって、この応答を増強することを提供する(実施例4参照)。こ
の状況は、細胞が生産するJakキナーゼの量が正常より低いレベルに減少する
突然変異のためである。この状況は、また、細胞が生産するJakキナーゼのレ
ベルがサイトカイン誘導後の活性化Jakキナーゼの十分なレベルを提供しない
ように、サイトカイン誘導Jak活性化の速度または程度を減少する突然変異の
ためである。
Jakキナーゼのレベルは、Jakキナーゼタンパク質を細胞に添加するか、
またはJakキナーゼを発現できるベクターを細胞の中に導入することによって
、細胞において増加することができる。ベクターおよびJak2の発現方法は後
述
される。当業者にとって容易に明らかなように、これらの方法は、また、Jak
キナーゼのファミリーの他の構成員の生産および発現に適用することができる。
サイトカイン活性を調節する方法の治療上の応用
また、前述したようなJakキナーゼ活性を調節する方法は、その活性がJa
kキナーゼの活性化により伝達されるサイトカインに対する異常な細胞の応答に
より引き起こされる疾患の症状の治療に適用することができることが本発明にお
いて考えられる。従って、その活性がJakキナーゼの活性化により伝達される
サイトカインに対する過度の細胞の応答により引き起こされる疾患の症状を、J
akキナーゼ活性を阻害することによって治療することができる。特に、真核細
胞の過度の増殖により引き起こされる疾患の症状は、その活性がJakキナーゼ
の活性化により伝達されるサイトカインに応答してこの過度の増殖が起こる場合
、Jakキナーゼ活性を阻害することによって治療することができる。このよう
な疾患の症状は、遺伝的に獲得した突然変異または自発的に獲得した突然変異に
より引き起こされる。
例えば、赤血球増加症は始原細胞からの赤血球の過度の増殖を包含する、遺伝
的に獲得した疾患である。過度の生産はエリトロポイエチン(EPO)に依存し
、そしてEPO−EPOR結合によるJak2キナーゼ活性の異常な調節を生ず
るEPOレセプター(EPOR)の中の突然変異により引き起こされる。匹敵す
る突然変異は、また、自発的に起こり、そしてこの疾患の症状を生ずる。さらに
、Jakキナーゼ伝達のサイトカインの応答により調節される、類似の疾患の症
状は、他の細胞系において起こることがある。
また、その活性がJakキナーゼの活性化により伝達されるサイトカインに対
する細胞の応答の欠乏、または非応答性により引き起こされる疾患の症状は、J
akキナーゼ活性を増強することによって治療することができる。
アンチセンス分子、リボザイム、Jak抗体、アンタゴニストなどを包含する
、
Jakキナーゼ活性を阻害できるここに記載する組成物の投与は、当業者に知ら
れている方法によって達成することができることが本発明において考えられる。
例えば、投与は非経口的、皮下、静脈内、筋肉内、腹腔内、または経皮的ルート
によることができるか、または薬学上許容される担体ビヒクルとともに当業者が
適当である認識する任意の手段により投与することができる。
in vivoまたはin vitroで投与される本発明の医薬化合物また
は組成物の投与量は、受容体の年令、性別、健康、および体重、存在する場合、
同時の治療の種類、治療の頻度、および所望の薬学上の作用の特質に依存するで
あろうことが理解されるであろう。ここにおいて提供される有効投与量の範囲は
、限定を意図せず、そして好ましい投与量の範囲を表す。最も好ましい投与量は
、当業者により理解されたかつ決定可能であるように、個々の被検者に対して調
節されるであろう。参照、例えば、下記の参考文献を参照のこと:Berkowら、編
、The Merk Manual、第16版、Merck and Co.、Rahway、ニュージャージイ州(19
92);Goodmanら、編、Goodman and Gilman′s The Pharmacological Basis of Th
erapeutics、第8 版、Pergamon Press、Inc.、ニューヨーク州エルンスフォード
(1990);Avery′s Drug Treatment:Principles and Practice of Clinical Pharm
acology and Therapeutics、第3 版、ADIS Press、LTD、WilliamsおよびWilkins
、マリイランド州バルチモア(1987);Ebadi、Pharmacology、Little、Brawn and
Co.、ボストン(1985);Osol ら、編、Remington′s Pharmaceutical Sciences、
第17版、Mack Publishlng Co.、ペンシルベニア州イーストン(1990);Katzung、
Basic and Clinical Pharmacology、AppletonおよびLange、コネチカット州ノー
ウォーク(1992);これらの参考文献の全体をここに引用によって加える。
各治療に要求される合計の投与量は、多数の投与量または単一の投与量で投与
することができる。診断/医薬の化合物または組成物は、単独で、または病理学
に指示された、または病理学の他の症状に指示された、他の診断薬および/また
は医薬と組み合わせて投与することができる。
本発明の診断/医薬の化合物または組成物の有効量は、約0.001μg/k
g〜約10mg/kg体重であり、4〜72時間の間隔で、2時間〜5年の間、
および/またはここにおける任意の範囲または値で、例えば、0.000001
−0.0001,0.0001−0.01,0.01−1.0,1−10,10
−50and50−100,0.000001−0.00001,0.0000
1−0.0001,0.0001−0.001,0.001−0.01,0.0
1−0.1,0.1−1.0,1.0−10and5−10mg/kg,1−2
,2−4,4−6,6−8,8−10,10−12,12−14,14−16,
16−18,18−20,20−22,22−24,24−26,26−28,
28−30,30−32,32−34,34−36,36−40,40−44,
44−48,48−52,52−56,56−60,60−64,64−68,
68−72時間の間隔で、1,2,4,6,8,10,12,14,16,18
,20,22,24,26,28,30,32,34,36,38,40,42
,44,46,48,50,60,70,80,90,100日または1,2,
4,6,8,10,12,14,16,18,20,24,28,32,36,
40,44,48,52および/またはそれ以上の週、およびまたは1,2,3
,4,5,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,30,
36,40,50および/または60年の間隔で、またはその中の任意の範囲ま
たは値で投与される。
本発明の化合物および/または組成物の投与の受容体は、任意の脊椎動物、例
えば、哺乳動物、鳥類、直骨上目の魚類、カエルおよびヒキガエルであることが
できる。哺乳動物の間で、好ましい受容体は霊長目(ヒト、エイプおよびサルを
含む)、アーテリオダクチラ(Arteriodactyla)目(ウマ、ヤギ
、
ウシ、ヒツジ、ブタを含む)、齧歯目(マウス、ラット、ウサギ、およびハムス
ターを含む)、および食肉目(ネコ、およびイヌを含む)の動物である。鳥類の
間で、好ましい受容体はシチメンチョウ、ニワトリおよび同一目の他の構成員で
ある。最も好ましい受容体はヒトである。
キナーゼ活性を妨害しないで特定のJakタンパク質に結合できる抗体
本発明は、また、それらのキナーゼ活性を崩壊しないで真核細胞から特定のJ
akキナーゼを検出および抽出するために有用な抗体を提供する。これらの抗体
は、各Jakキナーゼについて異なるドメイン1および2の間のJakヒンジ領
域の一部分を表すペプチド断片に対して発生させる。このような抗体の発生に有
用なペプチドは、Jak2のアミノ酸758−776(第1図;この配列はDS
QRKLQFYEDKHQLPAPK(配列番号:5)である)、Jak1のア
ミノ酸786−804(第2図;この配列はTLIEKERFYESRCRPV
TPS(配列番号:6)である)、およびTyk2のアミノ酸819−837(
第3図;この配列はSPSEKEHFYQRQHRLPEPS(配列番号:7)
である)から誘導される。本発明によれば、これらのペプチドに対して発生した
抗体は、ペプチドの抗原を誘導したJakタンパク質に、キナーゼ活性を妨害し
ないで、特異的に結合しそしてそれを認識することができる。
標準の免疫沈降技術の適用により、これらの抗体はin vitroキナーゼ
アッセイにおいて使用するための特定のJakタンパク質を含有する細胞抽出物
を得るために使用することができる。このような使用は、実施例1〜3および5
におけるJak2キナーゼのヒンジ領域に対して発生した抗体について証明され
る。
Jak遺伝子およびタンパク質
本発明によれば、cDNA配列およびJakキナーゼの対応するアミノ酸配列
、例えば、Jak3およびネズミJak2キナーゼが提供される。全長のJak
2
cDNAのヌクレオチド配列は第1図(配列番号:8)に提供されており、そし
てJak2タンパク質をエンコードする3387bpのオープンリーディングフ
レーム(ORF)を含有し、Jak2タンパク質は1129アミノ酸の長さであ
り、そして130kDaの計算分子量を有する。第1図におけるJak2cDN
Aの5’末端は第1ATGの前に3つの停止コドンを有する。第1ATGはコザ
ク(Kozak)コンセンサスフランキング配列を満足させないが、その直ぐ後
に典型的な翻訳開始環境においてATGコドンが続く(Kozak、M.、Nucl.Acids Res
.15:8125-8148(1987))。5’末端は明らかなシグナルペプチドを含有しない。J
ak2クローンの3’−非翻訳領域のコンパイルした大きさは0.9kbであり
、これは4.4kbの転写体に相当する。
Jak3cDNAは3.8kbでありそして1099アミノ酸および122.
6kDaの大きさをもつタンパク質をエンコードする長いオープンリーディング
フレームを含有した。この配列(第6図)は他のJakに高度に関係づけられ、
そしてJak3と命名した。
ここに提示した教示および案内に基づく、本発明のJakキナーゼをエンコー
ドするDNAをクローニングおよび発現するために有用なオリゴヌクレオチドの
プローブを合成する既知の方法の工程は、例えば、下記の文献に開示されている
:例えば、Ausbel、下を参照;Sambrook、下を参照;およびWuら、Prog.Nucl.Acid.Re
s.Molec.Biol.21:101-141(1978)、これらの文献の全体をここに引用によって加え
る。
Jak断片をエンコードすることができる(またはそれをエンコードする配列
に対して相補的である)適当なオリゴヌクレオチド、またはオリゴヌクレオチド
の組は、上のようにして同定し、合成し、そしてJak遺伝子を有しおよび/ま
たはJakキナーゼを発現できる細胞から誘導されたDNAまたは、より好まし
くは、cDNA調製物に対して、この分野においてよく知られている手段により
、ハイブリダイゼーションさせることができる。Jak活性をエンコードする配
列
に対して相補的である一本鎖のオリゴヌクレオチドのプローブは、方法の工程を
使用して合成することができる(参照、例えば、Ausubel、下を参照;Sambrook、下
を参照)。
このような標識化された、検出可能なプローブは、前述したようにゲノムまた
はcDNAライブラリーをスクリーニングする既知の手順により、またはJak
核酸またはアミノ酸配列をエンコードする単離されたRNAから発生したcDN
Aを増幅するためのPCRプローブを合成するための基礎として使用することが
できる。他の非限定的例として、使用するベクター、RNA分析に適当な選択培
地を使用するか、または本発明による方法において使用するJakキナーゼとし
て標的タンパク質に対して特異的な抗体を使用することによって、形質転換体を
Jakキナーゼの宿主細胞による発現について選択することができる。
この種類の標的の検出可能に標識化されたプローブは、Jakキナーゼをエン
コードするポリヌクレオチドに対して相補的であるオリゴヌクレオチドの断片で
あることができる。また、合成オリゴヌクレオチドをJakプローブとして使用
することができ、Jakプローブは好ましくは約10ヌクレオチドの長さ(例え
ば、10、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、2
5、26、27、28、29、30、35、40、45、50、60、70、8
0、90、100、またはそれ以上、またはその中の任意の組み合わせまたは値
、1ヌクレオチドの増分)であって、検出、増幅または発現すべき標的核酸に対
して特異的であるようにする。プローブはJakをエンコードするDNAまたは
RNAのこのような長さ、例えば、配列番号:1の一部分に相当する配列または
第6図に提示されているJak1、Jak2、Jak3またはtrk1配列に相
当することができ、ここでプローブの配列はDNAを含有する宿主細胞に従い、
例えば、Ausubel、下を参照、の表A1.4に提示されているように、選
択される。本発明のJakキナーゼをエンコードする核酸は、15〜1500、
例えば、15〜1009、15〜1006、30〜600、および90〜150
0ヌクレオチド、またはその中の任意の範囲または値を包含することができ、第
6図に提示される配列の一部分に対して実質的に相補的であり、ここでこの分野
においてよく知られているように、コドンは同一または同類置換されたアミノ酸
をエンコードするコドンで置換することができる。
宿主の培養およびタンパク質の発現の誘導は、それ自体知られている方法によ
り誘導することができる。本発明のJakキナーゼをエンコードする核酸配列は
、常用のと技術に従いベクターDNAで組換えることができ、ここでこのような
技術は結合のための平滑末端またはスタッガード末端の末端、適当な末端を得る
ための制限酵素の消化、適当ならば粘着末端のフィルイン、望ましくない接合を
回避するためのアルカリ性ホスファターゼ処理、および適当なリガーゼとの結合
を包含するが、これらに限定されない。このような操作のための既知の技術は、
例えば、Ausubel、下を参照、に開示されており、そしてこの分野におい
てよく知られている。
核酸分子、例えば、DNAは、転写および翻訳の調節の情報を含有するヌクレ
オチド配列を含有する場合、ポリペプチドを「発現することができる」と言い、
そしてこのような配列はそのポリペプチドをエンコードするヌクレオチド配列に
「作用可能に連結」されている。作用可能な連結は、調節DNA配列および発現
させようとするDNA配列がJakキナーゼまたはJak活性を有するペプチド
の遺伝子の発現を回収可能な量で可能とするような方法で接続されている連結で
ある。遺伝子の発現のために必要な調節領域の正確な特質は、類似の技術におい
てよく知られているように、生物毎に変化することができる。参照、例えば、Sa
mbrook、下を参照;Ausubel、下を参照。
本発明によるJak2キナーゼ遺伝子操作する方法は、Jakキナーゼをエン
コードするDNAのクローニングおよびこのような配列の発現により促進される
。
JakキナーゼをエンコードするDNAは、本発明によれば、ゲノムDNA、c
DNA、合成DNA、およびそれらの組み合わせを包含する、種々の源から誘導
することができる。
ゲノムDNAは天然に存在するイントロンを含むか、または含まないことがで
きる。そのうえ、このようなゲノムDNAはJak遺伝子配列の5’プロモータ
ー領域と関連して得ることができる。5’プロモーター領域は保持し、そしてこ
のプロモーター領域の中に存在する発現シグナルを認識する宿主細胞の発現のた
めに使用することができる。
イントロンを含有しないゲノムDNAまたはcDNAはいくつかの方法で得る
ことができる。ゲノムDNAは、この分野においてよく知られている手段により
、適当な細胞から抽出しそして精製することができる。また、メッセンジャーR
NA(mRNA)は、この分野においてよく知られている手段により、Jakキ
ナーゼを生産する細胞から単離し、そしてcDNAの調製に使用することができ
る。このような適当なDNA調製物を酵素的に切断するか、またはランダムに剪
断し、そして組換えベクターの中に結合してゲノムまたはcDNA配列のライブ
ラリーを形成することができる(参照、Ausubel、F.M.ら、Current Protocols in
Molecular Biology、Current Protocols 発行、§§5.0.3-5.10.2(1987、1992、199
3、1994))。次いで、このようなライブラリーは、第1図(配列番号:8)また
は第6図の中に提供されたJak遺伝子の配列に基づく核酸プローブとのハイブ
リダイゼーションについてスクリーニングして、クローニングされたJakをエ
ンコードする配列を同定しそして単離することができる(参照、Ausubel、F.M.ら、
前掲、§§6.0.3-6.6.1)。次いで、このスクリーンにより同定されたライブラリ
ーの構成員を分析して、それらが含有するJak配列の程度および特質を決定す
る。
前述の組換え法の代わりに、Jakキナーゼをエンコードする遺伝子配列をこ
の分野においてよく知られている方法に従い合成的に製造することができる(参
照、Ausubel、F.M.ら、前掲、§§2.11.1-2.11.18)。
前述の方法により得られた、クローニングされたJakをエンコードする配列
は、発現ベクターに作用可能に連結され、そして細菌細胞または真核細胞の中に
導入してJakキナーゼを生産することができる。このような操作の技術はこの
分野においてよく知られており、そしてAusubel、F.M.ら、前掲、§§3.0.3-3.16
.11 に開示されている。
DNAは、それが転写および翻訳の調節の情報を含有するヌクレオチド配列を
含有する場合、ポリペプチドを「発現することができる」と言い、そしてこのよ
うな配列はそのポリペプチドをエンコードするヌクレオチド配列に「作用可能に
連結」されている。作用可能な連結は、調節DNA配列および発現させようとす
るDNA配列がコーディング配列の発現を可能とするような方法で接続されてい
る連鎖である。遺伝子の発現のために必要な調節領域の正確な特質は生物毎に変
化することができるが、一般にプロモーター領域を含み、このプロモーター領域
は、原核生物において、プロモーター(RNAの転写開始を指令する)ならびに
DNA配列の両方を含有し、前記DNA配列は、RNAに転写されるとき、コー
ディング配列の転写開始をシグナルする。このような領域は、通常、転写および
翻訳の開始を含む5’−非コーディング配列、例えば、TATAボックス、キャ
ッピング配列、CAAT配列など、を含むであろう。
所望ならば、Jak2キナーゼをコードする遺伝子配列に対して3’の非コー
ディング領域を前述の方法により得ることができる。この領域はその調節配列、
例えば、転写停止およびポリアデニル化のシグナルのために保持することができ
る。従って、JakキナーゼをコードするDNA配列に対して自然に隣接する3
’−領域をすることによって、これらの調節領域を設けることができる。調節シ
グナルが発現宿主細胞において満足に機能しない場合、宿主細胞の中で機能的な
3’
−領域を置換することができる。
原核細胞(例えば、大腸菌(E.coli)、枯草菌(B.subtilis
)、シュードモナス(Pseudomonas)、ストレプトマイセス(Str
eptomyces)など)の中でJakキナーゼを発現させるために、Jak
キナーゼをエンコードする配列を機能的原核性プロモーターに作用可能に連結す
ることが必要である。このようなプロモーターは構成的であるか、または、より
好ましくは、調節可能(すなわち、誘導可能または抑制解除可能)であることが
できる。構成的プロモーターの例は、バクテリオファージλのintプロモータ
ー、pBR322のβ−ラクタマーゼ遺伝子配列、およびpPR325のクロラ
ンフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子配列のCATプロモーターな
どを包含する。誘導可能な原核性プロモーターの例は、バクテリオファージλの
主要な右および左のプロモーター(PLおよびPR)、大腸菌(E.coli)の
trP、recA、lacZ、lacI、およびgalプロモーター、α−アミ
ラーゼ(Ulmanen、I.ら、J.Bacteriol.162:176-182(1985))および枯草菌(B.
subtilis)のσ−28−特異的プロモーター(Gilman、M.Z.ら、Gene sequ
ence 324:11-20(1984))、バシラス(Bacillus)のバクテリオファージ
のプロモーター(Gryczna、T.J.、The Molecular Biology of the Bacilli、Academi
c Press、Inc.、ニューヨーク(1982))、およびストレプトマイセス(Streptom
yces)のプロモーター(Ward、J.M.ら、Mol.Gen.Genet.203:468-478(1986))を
包含する。原核性プロモーターは下記の文献において概観されている:Glick、B.
R.、J.Ind.Microblol.1:277-282(1987);Cenatiempo、Y.、Biochimie 68:505-516(
1986);およびGottesman、S.、Ann.Rev.Genet.18:415-442(1984)。
原核細胞の中の適切な発現は、また、遺伝子配列をエンコードする配列から上
流のリボソーム結合部位の存在を必要とする。このようなリボソーム結合部位は
、例えば、下記の文献に記載されている:Gold、L.ら、Ann.Rev.Microbiol.35:36
5-
404(1981)。
好ましい真核宿主は、in vivoまたは組織培養における、酵母、真菌、
昆虫細胞、哺乳動物細胞を包含する。宿主として有用であることができる哺乳動
物細胞は、COS細胞および線維芽、骨髄性白血病、または正常の造血組織から
誘導された細胞または細胞系を包含するが、これらに限定されない。
哺乳動物の宿主について、いくつかの可能なベクター系がJakキナーゼの発
現のために入手可能である。広範な種類の転写および翻訳の調節配列を、宿主の
特質に依存して、使用することができる。転写および翻訳の調節シグナルは、ウ
イルス源、例えば、アデノウイルス、ウシ乳頭腫ウイルス、シミアンウイルスな
どから誘導することができ、ここで調節シグナルは高いレベルの発現を有する特
定の遺伝子配列に関連する。また、哺乳動物の発現産物、例えば、アクチン、コ
ラーゲン、ミオシンなどからのプロモーターを使用できる。転写開始の調節シグ
ナルは遺伝子配列の発現を変調できるように、抑制または活性化を可能とする転
写開始の調節シグナルを選択することができる。温度を変化させることによって
、発現を抑制または開始することができるように、温度感受性であるか、または
化学的(例えば、代謝)の調節に付される、調節シグナルは重要である。参照、
例えば、Ausubel、ら、下を参照、§§1.5、1.10、7.1、7.3、8.1、9.6、9.7、13.4、16.2、
16.6、および16.8-16.11。特定のプラスミドまたはウイルスのベクターを選択
するとき重要な因子は、次のものを包含する:ベクターを含有する受容体の細胞
を認識し、そしてベクターを含有しない受容体の細胞から選択することができる
容易さ;特定の宿主において所望のベクターのコピー数;および異なる種の宿主
細胞の間でベクターを「シャトル」することができることを望むかどうか。
触媒的に活性なJakキナーゼの生産のために好ましい宿主は、昆虫細胞、例
えば、ショウジョウバエの幼虫である。昆虫細胞を宿主として使用するとき、シ
ョウジョウバエのアルコールデヒドロゲナーゼのプロモーターを使用できる
(Rubin、G.M.、Science 240:1453-1459(1988))。また、バキュロウイルスのベクタ
ーは昆虫細胞の中で大量のJakキナーゼを発現するように操作することができ
る(参照、例えば、Ausubel、F.M.ら、、Current Protocols in Molecular Biology
、Current Protocols 発行、§§16.8.1-16.11.7(1987、993、1994);Jasny、B.R.、
Science 238:1653(1987);Miller、D.W.ら、Genetic Engineering(1986)、Setlow、J.
K.ら、編、Plenum、Vol.8、pp.277-297)。バキュロウイルスのベクターからの昆虫
細胞の中のJakキナーゼの発現は、前述したようにJakキナーゼ活性のイン
ヒビターについてのスクリーニングアッセイにおいて使用できる活性化Jakキ
ナーゼを生産する。
前述したように、真核宿主におけるJakキナーゼの発現は真核性調節領域の
使用を必要とする。このような領域は、一般に、RNA合成の開始を指令するた
めに十分なプロモーター領域を含む。好ましい真核性プロモーターは次のものを
包含する:マウスのメタロチオネインI遺伝子配列のプロモーター(Hamer、D.ら、
J.Mol.Appl.Gen.1:273-288(1982));ヘルペスウイルスのTKプロモーター(McK
night、S.、Cell 31:355-365(1982));SV40初期プロモーター(Benoist、C.ら、N
ature(London)290:304-310(1981));酵母gal4遺伝子配列プロモーター(John
ston、S.A.、ら、Proc.Natl.Acad.Sci.(USA)79:6971-6975(1982);Silver、P.A.、
ら、Proc.Natl.Acad.Sci.(USA)81:5951-5955(1984));および9−27遺伝子プロ
モーター(Reid、L.E.、ら、Proc.Natl.Acad.Sci.US A86:840-844(1989);Ausubel、
下を参照;Lewin、Genes III、John Wiely & Sons、発行所、ニューヨーク州ニュー
ヨーク(1990);Sambrook ら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual、第2 版、
Cold Spring Harbor Laboratory、コールド・スプリング・ハーバー、ニューヨ
ーク(1989))。
広く知られているように、真核性mRNAの翻訳は第1メチオニンをエンコー
ドするコドンにおける開始される。この理由で、真核性プロモーターとJakキ
ナーゼをエンコードするDNA配列との間の連結はメチオニンをエンコードする
できる介在コドン(すなわち、AUG)を含有しないことを保証することが好ま
しい。このようなコドンの存在は、フラビンタンパク質の形成(AUGがJak
キナーゼをエンコードするDNA配列と同一のリーディングフレームの中に存在
する場合)またはフレームシフトの突然変異(AUGがJakキナーゼをエンコ
ードする配列と同一のリーディングフレームの中に存在しない場合)を生ずる。
Jakキナーゼをエンコードする配列および作用可能に連結されたプロモータ
ーは、受容体の原核細胞または真核細胞の中に、線状分子または、より好ましく
は、閉じた共有結合の円形分子であることができる、非複製性DNA(またはR
NA)分子の一部分として、導入することができる。このような分子は自律的複
製を行うことができないので、Jakキナーゼの発現は導入された一時的発現を
通して起こることができる。また、永久的発現は宿主染色体の中への導入配列の
組込みを通して起こることができる。
1つの態様において、宿主染色体の中に所望の遺伝子配列を組込むことができ
るベクターを使用する。導入されたDNAをそれらの染色体の中に安定に組込ん
だ細胞は、発現ベクターを含有する宿主細胞の選択を可能とする1または2以上
のマーカーをまた導入することによって、選択することができる。このマーカー
は、栄養要求性宿主にプロトトロピー、生物致死剤耐性、例えば、抗生物質、ま
たは重金属、例えば、銅など、を提供することができる。選択可能なマーカーの
遺伝子配列は、DNA遺伝子配列の中に直接連結することができるか、または同
一細胞の中に共トランスフェクションにより導入することができる。また、一本
鎖結合タンパク質のmRNAの最適な合成のために、追加の要素が必要である。
これらの要素は、スプライスシグナル、ならびに転写プロモーター、エンハンサ
ー、および停止シグナルを含むことができる。このような要素を取り込んだcD
NA発現ベクターは、下記の文献に記載されているものを包含する:
Okayama、H.、Molec.Cell.Biol.3:280(1983);Ausubel、下を参照;Sambrook、下を参
照。
好ましい態様において、導入された配列は受容体宿主において自律的複製を行
うことができるプラスミドまたはウイルスのベクターの中に取り込まれるであろ
う。広範な種類のベクターのいずれをもこの目的に使用できる。特定のプラスミ
ドまたはウイルスのベクターの選択において重要な因子は次のものを包含する:
ベクターを含有する受容体の細胞を認識し、そしてベクターを含有しない受容体
の細胞から選択することができる容易さ;特定の宿主において所望のベクターの
コピー数;および異なる種の宿主細胞の間でベクターを「シャトル」することが
できることを望むかどうか。好ましい原核性ベクターは、プラスミド、例えば、
大腸菌(E.coli)の中で複製できるもの(例えば、pBR322、Col
E1、pSC101、pACYC184、πVX。このようなプラスミドは、例
えば、Sambrook、下を参照、に開示されている)を包含する。バシラス
(Bacillus)のプラスミドは、pC194、pC221、pT127な
どを包含する。このようなプラスミドは、Gryczan、T.(The Molecular
Biology of the Bacilli、Academic Press、ニューヨーク(1982)、pp.307-329)
により開示された。適当なストレプトマイセス(Streptomyces)の
プラスミドは、pIJ101(Kendall、K.J.ら、J.Bacteriol.169:4177-4183(198
7))、およびストレプトマイセスのバクテリオファージ、例えば、φC31(Chat
er、K.F.ら、Sixth International Symposium on Actinomycetales Biology、Akade
miai Kaido、ハンガリー国ブタペスト(1986)、pp.45-54)。シュードモナス(Pseudom
onas)のプラスミドは、John、J.F.、ら(Rev.Infect.Dis.8:693-704(1986))、
およびIzaki、K.(Jpn.J.Bacteriol.33:729-742(1978))により概観されて
いる。
好ましい真核性プラスミドは、BPV、ワクシニア、SV40、2−ミクロン
サークルなど、またはそれらの誘導体を包含する。このようなプラスミドはこの
分野においてよく知られている(Botstein、D.、ら、Miami Wntr.Symp.19:265-274(
1982);Broach、J.R.、The Molecular Biology of the Yeast Saccharomyces Lif
e Cycle and Inheritanc e、Cold Spring Harbor Laboratory、コールド・スプリ
ング・ハーバー、ニューヨーク、p.445-470(1981);Broach、J.R.、Cell 28:203-2
04(1982);Bollo n、D.P.、ら、J.Clin.Hematol.Oncol.10:39-48(1980);Maniatis、
T.、Cell Biology:A Comprehensie Treatise、Vol.3、Gene sequence Expression、A
cademic Press、ニューヨーク、pp.563-608(1980))。
1または2以上の構成体を含有するベクターまたはDNA配列が発現のために
いったん調製されると、1または2以上のDNA構成体は種々の適当な手段のい
ずれによっても適当な宿主の中に導入することができる:形質転換、トランスフ
ェクション、接合、プロトプラストの融合、エレクトロポレーション、リン酸カ
ルシウム−沈澱、直接的マイクロインジェクションなど。ベクターの導入後、受
容体細胞を選択培地の中で増殖させ、この培地はベクターを含有する細胞の増殖
について選択する。1または2以上のクローニングした遺伝子配列はJakキナ
ーゼの生産を生ずる。
発現されたJakキナーゼは、ここに記載するように、常用の方法、例えば、
抽出、沈澱、免疫沈降、クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィ
ー、電気泳動などを使用して、単離および精製することができる。
本発明を一般的に記載したが、本発明は下記の実施例を参照することによって
いっそう容易に理解されるであろう。これらの実施例は、例示を目的として提供
されそして本発明の限定を意図しない。
実施例
実施例1: ネズミJak2タンパク質チロシンキナーゼの構造および
IL−3シグナルトランスダクションにおけるその役割
要約
インターロイキン3(IL−3)は、初期の祖先および種々の系列に拘束され
た細胞を包含する種々の造血細胞の増殖および分化を調節する。IL−3のレセ
プターはαおよびβサブユニットから成り、これらは一緒に高いアフィニティー
のレセプターのために要求される。IL−3レセプターの鎖はサイトカインレセ
プターのファミリーの構成員であり、そして同定可能なキナーゼの触媒ドメイン
を欠如する細胞質ドメインを含有する。しかしながら、IL−3の結合はレセプ
ターのβ鎖ならびにある数の細胞タンパク質のチロシンリン酸化を急速に誘導す
る。IL−3のシグナルのトランスダクションにおけるタンパク質チロシンキナ
ーゼのJakファミリーの潜在的役割を研究するために、われわれはネズミJa
k1およびJak2のための全長のcDNAクローンを獲得し、そして予測した
タンパク質に対する抗血清を調製した。Jak2に対する抗血清を使用して、I
L−3の刺激がJak2の急速な特別のチロシンリン酸化を生じそしてそのin
vitroキナーゼ活性を活性化することをわれわれは証明する。これらの結
果は、Jak2がIL−3の結合をチロシンリン酸化に結び付け、そして究極的
にIL−3により伝達される生物学的応答に結び付けるという仮説を支持する。
序論
造血は種々の成長因子をそれらの同種のレセプターとの相互作用により調節さ
れる(Metcalf、D.、Nature 339:27-30(1989);ClarkおよびKamen、Science 236:1229
-1237(1987))。既知の造血成長因子の間で、インターロイキン−3(IL−3)
は初期の祖先ならびにいくつかの骨髄系に拘束された細胞の増殖および分化を支
持する(Ihle、J.N.、Interleukins:Molecular Biology and Immunology、Kishimoto
、T.、編、Karger、Basel、pp.65-106(1992))。IL−3のレセプターは、2つのサ
ブユニット、すなわち、60−70kDaのαサブユニットおよび130−14
0kDaのβサブユニットから構成され、これらのサブユニットはIL−3の高
いアフィニティーの結合のために要求される(Miyajima、A.、ら、Annu.Rev.Immuno
l.10:295-331(1992))。両方のαおよびβサブユニットは、サイトカインレセプ
ターのスーパーファミリーにおいて見出される細胞外の保存されたモチーフを含
有する。このスーパーファミリーの他の構成員に類似して、レセプターのサブユ
ニットの細胞質ドメインは、他のサイトカインレセプターと制限された類似性の
みを共有し、そしてシグナルトランスデューシング機構を示唆しうる検出可能な
触媒ドメインを欠如する。触媒ドメインを欠如するにもかかわらず、かなりの証
拠はシグナルのトランスダクションがチロシンリン酸化を含むことを示唆する(M
etcalf、D.、Nature 339:27-30(1989);Miyajima、A.、ら、Annu.Rev.Immunol.10:29
5-331(1992))。詳しくは、活性化されたチロシンキナーゼはIL−3の要件を除
き、そしてIL−3はいくつかの細胞の基質ならびにIL−3レセプター複合体
のβサブユニットのチロシンリン酸化を急速に誘導する。これらの理由で、レセ
プターに関連させることができそしてリガンドの結合により活性化することがで
きるタンパク質チロシンキナーゼを同定することにおいて、かなりの興味がもた
れてきた。
シグナルのトランスダクションに関係しうるIL−3依存性細胞の中で発現さ
れるタンパク質チロシンキナーゼのスペクトルを同定するために、保存されたタ
ンパク質チロシンキナーゼのドメインに対する縮重オリゴヌクレオチドを使用し
て、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を実施した(Wilks、A.F.、Methods Enzymol.
200:533-546))。このアプローチおよびノザンブロット分析を使用して、IL−
3依存性細胞は、lyn、Tec、c−fes、Jak1およびJak2を包含
するある数のタンパク質チロシンキナーゼのための遺伝子を発現することが示さ
れた(Mano、H.ら、Oncogene 8:417-424(1993))。シグナルのトランスダクションに
おけるlynキナーゼの潜在的掛かり合いは、IL−3の刺激が免疫沈降物にお
いてlynキナーゼ活性を増加させることを示した最近の研究により示された(T
origoe、T.、ら、Blood 80:617-624(1992))。しかしながら、lynキナーゼ活性ま
たはわれわれが検査したネズミIL−3依存性細胞におけるlynチロシンリン
酸化の状態へのIL−3の作用をわれわれは検出しなかった。また、チロシンリ
ン酸化またはTecまたはc−fesのキナーゼ活性の活性化をわれわれは検出
しなかった。従って、われわれの努力は、IL−3シグナルのトランスダクショ
ンにおけるネズミJak1およびJak2遺伝子の役割を評価するための試薬の
開発に集中した。
キナーゼのJak(Janusキナーゼ;また、適当な他のキナーゼ[jus
t another kinase])ファミリーは、造血細胞の中のチロシン
キナーゼのPCR増幅において最初に検出された(Wilks、A.F.、Proc.Natl.Acad.S
ci.USA 86:1603-1607(1989))。これらの研究は2つの密接に関係する遺伝子(F
D17およびFD22;後にJak2およびJak1と命名した)を同定し、こ
れらから主要なPCR増幅生成物を誘導した。
ヒトJak1遺伝子の完全な構造は報告され(Wilks、A.F.、Mol.Cell.Biol.11:2
057-2065(1991))そして、最近、ネズミJak2遺伝子の部分的配列が発表され
た(Harpur、A.G.、ら、Oncogene 7:1347-1353(1992))。独立に、cDNAライブラ
リーをc−fms遺伝子からのチロシンキナーゼドメインのプローブでスクリー
ニングすることによって、ファミリーの第3構成員(Tyk2)が単離された(F
irmbach-Kraft、I.ら、Oncogene 5:1329-1336(1990))。このファミリーは2つの
キナーゼドメインにより特徴づけられ、それらの1つはタンパク質キナーゼのす
べての特質を有するカルボキシルドメインである。第2ドメインはアミノ末端に
すぐ接して存在し、そしてタンパク質キナーゼのすべての特質を有するが、タン
パク質チロシンおよびセリン/スレオニンの両方のキナーゼと有意に異なる。キ
ナーゼドメインに対してアミノ末端に、非レセプターのチロシンキナーゼの大部
分を特性決定するSH2およびSH3ドメインは存在しない。しかしながら、J
akファミリーの構成員の間に広範な類似性が存在し、そしてある数の相同性の
ドメインが定められた(Harpur、A.G.、ら、Oncogene 7:1347-1353(1992))。
インターフェロンアルファ(IFNα)に対する細胞の応答を検査する最近の
研究において、シグナルのトランスダクションにおけるキナーゼのJakファミ
リーの1つの構成員の間の連鎖が確立された(Velazquez、L.ら、Cell 70:313-322
(1992))。遺伝のアプローチを使用して、IFNαに対する非応答性の突然変異
のヒト細胞系において、IFNαに対する細胞の応答を機能的に再構成する能力
によって、Tyk2遺伝子をクローニングした。Tyk2のキナーゼ活性をIF
Nαの結合後に活性化し、そしてインターフェロンで刺激した遺伝子因子3α(
ISFFα)複合体の113および91/84kDaのタンパク質のリン酸化の
原因となる(Fu、X.Y.、Cell 70:323-335(1992);Schindler、C.、ら、Science 257:809
-813(1992))。リン酸化後、この複合体はISGF3γタンパク質と連合し、そ
して複合体は核に移動しそしてインターフェロンで刺激された応答要素に結合す
ることによって遺伝子の発現を活性化する。
エリトロポイエチン(EPO)に対する応答におけるJak2の役割は実施例
2に記載されている。記載する研究は、EPOの刺激がJak2のチロシンリン
酸化を誘導しそしてそのin vitroの自己リン酸化活性を活性化すること
を証明した。1系列のEPORの突然変異体を使用して、Jak2チロシンリン
酸化の誘導は生物学的応答の誘導と相関することが発見された。Jak2は、ま
た、生物学的活性のために要求されるEPOレセプターの膜近位の細胞質領域と
物理的に関連する(associate)ことが示された。
ここに提示する研究において、われわれははネズミJak2遺伝子の完全な構
造を開示する。Jak2はIL−3に応答して急速にチロシンリン酸化され、そ
してそのin vitro自己リン酸化活性の関連した活性化が存在することを
、われわれは証明する。Jak2はIL−3刺激をチロシンリン酸化に連結し、
究極的に生物学的応答に連結するタンパク質チロシンキナーゼであるという証拠
を結果は提供する。そのうえ、IL−3およびEPOの両方に対する応答におけ
るJak2の掛かり合いは、Jak2、またはファミリーの構成員が種々の造血
成長因子のレセプターの有糸分裂誘発性シグナリング経路に関係することを示す
。
材料および方法
ネズミJak2クローンの単離。 保存されたドメインに相当する縮重オリゴ
ヌクレオチドを使用するポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を使用して、前述した
ようにネズミ骨髄誘導単球からcDNAを増幅した(Wilks、A.F.、Proc.Natl.Acad
.Sci.USA 86:1603-1607(1989))。Jak2cDNAクローンをランダムプライミ
ングにより32P標識化し、そしてネズミ単球およびIL−3依存性骨髄性NFS
58およびDA3細胞ファージcDNAライブラリーをスクリーニングするため
に使用した(Yi およびWillman、Oncogene 4:1081-1087(1989);Morishita、K.、ら、
Cell 54:831-840(1988);BartholomewおよびIhle、Mol.Cell.Biol.11:1820-1828(
1991))。単離したcDNA断片をpBluescriptベクターの中にクロー
ニングし、そして制限マッピングおよび配列決定により分析した。大部分の5’
Jak2cDNA断片を使用して、引き続くファージライブラリーのスクリーニ
ングを実施した。最長のcDNAをpBluescriptベクターの中にサブ
クローニングし、そしてジデオキシ連鎖停止法によりヌクレオチド配列を決定し
た(Sanger、F.、ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:5463-5467(1977))。
ノザン分析。 全体の細胞のRNAおよびポリ(A)+RNAを、従来記載さ
れているように、マウスの組織および細胞系から単離した(Cleveland、J.L.、ら、
Mol.Cell.Biol.9:5685-5695(1989))。ほぼ20μgの完全RNAおよび4μgの
ポリ(A)+RNAを1.0%アガロース/ホルムアルデヒドゲル上で分離し、
そしてニトロセルロースのフィルターに移した。フィルターを32P標識化ランダ
ムプライムド800bpのcDNA断片をJak2の5’から誘導した。オート
ラジオグラフィー後、フィルターをストリッピングし、そしてβ−アクチンでプ
ロービングした。
細胞および細胞の培養。 これらの研究において使用した細胞系の性質は記載
された(Ihle およびAskew、Int.J.Cell.Cloning 1:1-30(1989))。10%胎児仔ウ
シ血清(FCS)およびIL3依存性細胞のためにネズミIL−3(25U/m
l)を補充したRPMIの中で細胞を維持した。マウス骨髄誘導単球を従来記載
されているように増殖させた(Yi およびWillman、Oncogene 4:1081-1087(1989))
。
コンピューター分析。 ジェネティクス・コンピューター・グループ(Gen
etics Computer Group)の配列分析のソフトウェアで、D
NAおよびタンパク質のデータベースをサーチした。FASTAおよびTFAS
TAのプログラムで、SWISSPROTおよびGENBANKのデータベース
をサーチした。
抗体の発生。 Jak2タンパク質のN−末端部分(アミノ酸19−31)お
よびドメイン1および2の間のヒンジ領域(アミノ酸758−776(配列番号
:5))に相当する合成ペプチドをMESカップリングによりキーホールリンペ
ットヘモシアニンにカップリングし、そしてウサギの免疫化のために使用した。
Jak1の類似のヒンジ領域(アミノ酸786−804(配列番号:6))に対す
る合成ペプチドを同様に調製し、そして競合の研究のために使用した。特記しな
い限り、Jak2抗体または抗ペプチド抗体、およびJak2抗体を含む操作に
対する示した言及は、ヒンジ領域(アミノ酸758−776(配列番号:5))
に対して発生した抗体を呼ぶ。
in vitro翻訳および転写。 全長のJak1またはJak2のcDN
AをpBSK(ストラタジーン[STRATAGENE])の中に挿入し、そし
て提供されたプロトコールに従いT3RNAポリメラーゼを使用する転写体の調
製に使用した。ほぼ3μgのRNAを、35Sトランスラベル(NEN)の存在に
おいて、翻訳反応(ストラタジーン)に使用した。生成物を等しく分割し、そし
て操作なしにSDS−PAGE上で展開するか、またはJak1またはJak2
抗血清で免疫沈降させた。使用前に、ペプチド(100μg/ml)を抗血清と
4℃において1時間インキュベートすることによって、ペプチドの競合は実施し
た。
in vitroキナーゼアッセイ。 プロテインA−セファローズ(SEP
HAROSE)(Pharmacia)上の免疫沈降タンパク質をキナーゼ緩衝
液(50mMのNaCl、5mMのMgCl2、5mMのMnCl2、0.1mM
のNa2VO4、10mMのHEPES pH7.4)で洗浄し、そして引き続い
て室温において等しい体積の0.25mCi/mlの32P−γ−ATPを含有す
るキナーゼ緩衝液と30分間インキュベートした。よく洗浄した後、調製をSD
S−PAGEのための試料緩衝液で溶離し、そして7%ゲル上で分離した。32P
を含有するタンパク質をオートラジオグラフィーにより可視化した。in vi
troリン酸化Jak2をゲルスライスから単離し、そしてホスホアミノ酸含量
を発表された手順により決定した(Cooper、J.A.、ら、Methods Enzymol.99:387-40
2(1983))。
結果
チロシンキナーゼドメインの保存された領域に相当する縮重オリゴヌクレオチ
ドを使用して、逆転写酵素/ポリメラーゼ連鎖反応(RT/PCR)により、造
血成長因子依存性細胞の中で発現されたタンパク質チロシンキナーゼのスペクト
ルを定した(Wilks、A.F.、Methods Enzymol.200:533-546(1991))。最も頻繁に単離
されたcDNAクローンはクローンFD17(再びJak2と命名した)と同一
であることが発見された(Wilks、A.F.、Proc.Natl.Acad.Sci.USA86:1603-1607(198
9))。
初期の発現の分析において、Jak2は造血細胞の中で豊富にかつ広く発現さ
れることが示され、そして機能の研究のために全長のcDNAクローンを得るこ
とにした。ネズミ骨髄性cDNAライブラリーはいくつかのオーバーラップする
クローンの単離を生じ、それらのうちで最長のもの(4kb)はJak2の全体
のコーディング領域を含有した。
Jak2のヌクレオチド配列は3387bpのオープンリーディングフレーム
(ORF)を含有し、そして5’末端は第1ATGの前に3つの停止コドンを有
する(第1図)。第1ATGはKozakコンセンサスフランキング配列を満足
しないが、そのすぐ後に典型的な転写開始環境の中にATGコドンが存在する(K
ozak、M.、Nucl.Acids Res.15:8125-8148(1987))。5’末端は明らかなシグナルペ
プチドを含有しない。Jak2クローンの3’−非翻訳領域のコンパイルした大
きさは0.9kbであり、これは4.4kbの転写体に相当する。1つのcDN
Aクローンはヌクレオチド3271で分岐し、そして1.4kbの3’−非翻訳
領域を有した。このcDNAのための転写体は4.8kbであり、そして典型的
に見られるより大きい転写体に相当する(下を参照)。
Jak2のORFは、130kDaの計算分子量をもつ1129アミノ酸のタ
ンパク質をエンコードする。KyteおよびDoolitteのアルゴリズムを
使用する親水性の分析は、トランスメンブレン領域を同定できなかった。これら
の研究過程の間に、Jak2の部分的配列が発表され(Harpur、A.G.、Oncogene 7:
1347-1353(1992))、これは最初の143アミノ酸を欠如した。配列を比較すると
、アミノ酸の9つの変化を生ずる、コーディング領域の71ヌクレオチドの差が
示
される(第1図)。われわれが得たcDNAクローンは、Harpurらの研究
(Oncogene 7:1347-1353(1992))の4つのcDNAクローンのうちの1つの中に見
出される位置711に7アミノ酸の挿入を含有しなかった。
ネズミJak2遺伝子は、ヒトTyk2およびJak1遺伝子を包含する他の
Jakファミリーの構成員に非常に密接に関係する(それぞれ、42%および4
3%)。われわれは、また、ネズミJak1遺伝子のための全長のcDNAクロ
ーンを獲得し、これはコーディング領域においてヌクレオチドのレベルでJak
2に対して45.5%の同一性を有した。
このファミリーの他の構成員と同様に、ネズミJak2タンパク質は、明らか
なSH2またはSH3ドメインを欠如する600アミノ酸長さのN−末端を有す
る。この後に、キナーゼに関係するドメイン(ドメイン2)およびカルボキシル
キナーゼドメイン(ドメイン1)が存在する。カルボキシルキナーゼドメインは
、タンパク質チロシンキナーゼに特徴的に関連するサブドメインVI〜VIII
の中に保存された残基を包含する、タンパク質チロシンキナーゼに関連する構造
的および機能的モチーフのすべてを含有する(Hanks、S.K.ら、Science 241:42-52
(1988))。サブドメインVIIIは、ハイブリダイゼーションして基質認識に寄
与し、Jakファミリーのすべての構成員において見出されるユニークなF−W
−Yモチーフを示す。ドメイン2はアミノ酸543において開始し、そしてタン
パク質キナーゼの11の保存された構造のサブドメインのすべてを同定すること
ができる。しかしながら、臨界的なサブドメインI,II,VIおよびVIII
におけるアミノ酸の組成および間隔の明瞭な差(Hanks、S.K.ら、Science 241:42-
52(1988))は、このドメインが調節機能を有するか、または現在未知の基質の特
異性を示す可能性を生ずる。
Jakファミリーのタンパク質のN−末端はキナーゼのドメインより相同性が
低い(36〜39%/49〜56%)が、Jakタンパク質のN−末端の配列を
比較すると、相同性のいくつかのストレッチを明らかにする。Jak2のN−末
端の配列を使用するデータベースのサーチは他のタンパク質との有意な相同性を
示さなかったが、いくつかの高度に保存されたアミノ酸ドメインの存在はJak
タンパク質が機能的に関係することを示す。Jakの相同ドメイン3を厳密に比
較すると、SH2ドメインに対する多少の類似性が示されるが、配列の類似性の
機能的意味は決定されていない。
Jak2の発現パターンを下記のマウス組織におけるノザンブロット分析によ
り研究した:骨髄、輸卵管、卵巣、精巣、胃、腸、骨格筋、腎臓、肝臓、胸腺、
脾臓、脳、胎児脳、胎児肝臓、胎児腸、および胎児肺。Jak2の発現のパター
ンを、また、下記の細胞系においてノザンブロット分析により研究した:線維芽
(NIH 3T3);骨髄性細胞(32D.3、NFS−70、NFS−107
、NFS−124、DA−3、DA−22、DA−29、DA31、DA−24
、M 1)、マスト細胞系(AFSTh2)、B−細胞(DA−8、NFS−1
12、プラズマ細胞腫)、T−細胞(DA−2、EL−4、R−12)およびマ
クロファージ細胞系(BAC1.2F5)。4.4および4.8kbの2つの転
写体は試験したすべての組織および細胞系において検出されたが、2つの転写体
の発現レベルおよび比較的発生量は変化した。より小さい転写体は骨格筋、脾臓
および輸卵管において最も豊富でありそして肝臓、腎および腸においてめったに
検出可能ではなかった。成体の肝臓におけるJak2の発現レベルは非常に低か
ったが、いっそう豊富なメッセージは胎児肝臓において検出された。Jak2の
発現は、3T3線維芽、Bリンパ球系および分化および増殖の要件の異なる段階
を表す種々の骨髄性細胞を包含する、すべての20の細胞系において検出された
。
Jak2タンパク質を生化学的に特性決定するために、ネズミJak1に関し
てJak2についてユニークな領域(アミノ酸758−776(配列番号:5))
に対して抗ペプチド抗血清を調製した。この抗血清の反応性を最初に評価するた
めに、in vitroで合成したJak2を使用して免疫沈降を実施した。J
ak2RNAのin vitro翻訳は期待した130kDaのタンパク質を与
えた。この130kDaのタンパク質は、Jak2抗ペプチド抗血清で免疫沈降
したが、その配列がJak2の中に見出せないペプチドに対して調製した無関係
の抗血清により免疫沈降しなかった。免疫沈降はJak2抗血清をレイズさせた
相同ペプチドにより完結したが、無関係のペプチドまたはJak1の相同領域で
あるペプチドにより完結しなかった。Jak2抗ペプチド抗血清はin vit
roで合成したJak1を免疫沈降させなかった。最後に、Jak2抗ペプチド
抗血清は、また、相同ペプチドが特異的に競合したin vivoメチオニン標
識化細胞からの、匹敵する130kDaのタンパク質を免疫沈降させた。これら
の結果から、Jak2cDNAは130kDaのタンパク質をエンコードし、そ
して抗ペプチド抗血清はJak2タンパク質を特異的に認識することが証明され
る。
成長因子依存性のIL−3刺激は、IL−3レセプターのβサブユニットを包
含するいくつかの細胞の基質のチロシンリン酸化を急速に誘導する(Ihle、J.N.、
Interleukins:Molecular Biology and Immunology、Kishimoto、T.編、Karger、Ba
sel、pp.65-106(1992);Sorensen、P.、ら、J.Biol.Chem.264:19253-19258(1989))。
従って、Jak2がチロシンリン酸化の基質でありうる可能性をわれわれは検査
した。
ホスホチロシンに対するモノクローナル抗体(4G10)を使用する全体の細
胞リゼイトのウェスタンブロットにより、IL−3刺激後、130〜140kD
aにおける広いバンド、70kDaにおける小さいバンドおよび55kDa、5
0kDaおよび38kDaにおける主要なバンドを含む、いくつかのタンパク質
の出現が検出された。細胞抽出物をJak2抗ペプチド抗血清で免疫沈降させた
とき、130kDaのタンパク質は刺激した細胞において容易に検出されたが、
未刺激の細胞において検出されなかった。また、Jak2と共免疫沈降した11
0kDa、70kDaおよび60kDaの誘導されたタンパク質の存在に注意す
べきである。これらの基質はJak2の免疫沈降において絶えず見られた。ネズ
ミJak1に対する抗血清を使用する免疫沈降は、130kDaに弱いバンドを
絶えず検出し、Jak1がまた基質でありうることを示す。IL−3のβ鎖の誘
導可能なチロシンリン酸化は、IL−3刺激細胞においてJak2に関してわず
かに減少した移動度をもつ拡散バンドとして、αIL3Rβ抗血清で免疫沈降さ
せた抽出物において観察された。従って、全体の細胞リゼイトにおいて見られた
広いバンドは、Jak2およびIL−3β鎖の両方から成る。
IL−3がJak2のチロシンリン酸化を誘導することをさらに確立するため
に、応答の反応速度論およびホスホチロシンに対する第2モノクローナル抗体を
使用する誘導を検出する能力を検査した。細胞をIL−3で刺激しそしてホスホ
チロシンを含有する画分を1G2抗ホスホチロシンモノクローナル抗体を含有す
るセファローズビーズへの結合およびそれからの溶離により単離したとき、Ja
k2はJak2抗ペプチド抗血清を使用するウェスタンブロットにおいて容易に
検出された。匹敵する130kDaのバンドは未刺激の細胞において検出されな
かった。
Jak2のチロシンリン酸化は5分のIL−3刺激後容易に明らかであり、そ
して引き続いてIL−3刺激後に見られるチロシンリン酸化の全体的パターンに
匹敵する方法で減少した(Isfort、R.、ら、J.Biol.Chem.263:19203-19029(1988))
。この期間(IL−3刺激後0〜120分)の間に、Jak2抗ペプチド抗血清
を使用するウェスタンブロットにより評価して、Jak2のレベルは変化しなか
った。
IL−3の結合がJak2キナーゼ活性に影響を与えるかどうかを決定するた
めに、細胞をIL−3で10分間刺激し、Jak2を免疫沈降させそしてin
vitroキナーゼアッセイを実施した。結果を第4図に示す。抽出物を正常の
ウサギ血清で免疫沈降させたとき、未刺激または刺激した細胞からの抽出物を使
用して、in vitroのキナーゼ活性は検出されなかった。しかしながら、
抽出物をJak2抗ペプチド抗血清で免疫沈降させたとき、免疫沈降したJak
2と共移動したIL−3刺激細胞からの抽出物で、130kDaが容易に検出さ
れた。対照的に、未刺激の細胞の抽出物を使用したとき、130kDaのバンド
は検出されなかった。130kDaのバンドのホスホアミノ酸分析は主としてホ
スホチロシンの存在を証明した。
興味あることには、IgGの重鎖を含む、これらのin vitro反応にお
いてリン酸化された他の主要なタンパク質のバンドは存在しなかった(第3図)
。後述するように、これはJak2キナーゼの基質特異性を反映することがある
。Jak2に対する特異性はキナーゼ活性の沈降をブロックする対応するペプチ
ドの能力により示されるが、Jak1の対応する領域に対するペプチドは作用を
もたなかった。データを総合すると、IL−3の刺激はJak2のチロシンリン
酸化およびその自己リン酸化活性の活性化を生ずることが証明される。
論考
われわれの研究は、ネズミJak2遺伝子の最初の完全な配列を提供する。3
系統の証拠は、われわれが得たcDNAクローンが全体のコーディング領域を含
有することを示す。第1に、ネズミJak2の5’配列をヒトTyk2およびJ
ak1の発表された配列と比較すると、すべてのタンパク質は同一部位において
開始することが示される。第2に、すべてのリーディングフレームにおいて最初
のATGの前に停止コドンが存在する。最後に、コンパイルしたcDNAの大き
さは4.4および4.8kbの大きさの転写体と一致する。
われわれのJak2cDNAの配列は遺伝子の発表された部分的配列から変化
し(Harpur、A.G.、ら、Oncogene 7:1347-1353(1992))、そして9アミノ酸の変化を
含み、それらの7つは同類置換である。われわれのcDNAクローンは、発表さ
れた配列の中のJak2cDNAクローンの1つにおいて見出される、7アミノ
酸のインサートを欠如した。同様な推定上の追加のエクソンは、また、ヒトTy
k2cDNAにおいて観察された(Velazquez、L.、ら、Cell 70:313-322(1992))。
造血成長因子依存性細胞のIL−3刺激は、ある数の細胞の基質のチロシンリ
ン酸化を急速に誘導することが示された(Ihle、J.N.、Intrleukins:Molecular Bio
logy and Immunology、Kishimoto、T.、編、Karger、Basel、pp.65-106(1992));Ihl e、
J.N.、Peptide Growth Factors and Their Receptors、Sporn and Roberts、編、Sp
ringer Verlag、ニューヨーク(1990))。われわれの結果は、これらの基質の1つがJa
k2であることを証明する(Ihle、J.N.、Intrleukins:Molecular Biology and Imm
unology、Kishimoto、T.、編、Karger、Basel、pp.65-106(1992))。IL−3依存性細
胞において発現されそしてわれわれが検査することができたタンパク質の間に、
Jak2に対する顕著な特異性が存在した。
特に、lyn、tecまたはc−fesのチロシンリン酸化における変化をわ
れわれは検出しなかった。しかしながら、IL−3刺激後にJak1の低いレベ
ルのチロシンリン酸化をわれわれは絶えず見た。これは使用した抗血清の交差反
応性のためではなくそして、Jak1およびJak2の両方は細胞の中で匹敵す
る局所的で発現されるので、タンパク質レベルの差のためではない。従って、J
ak1はIL−3レセプター複合体に弱く連合するために十分な類似性を共有す
るようである。また、潜在的自己リン酸化部位においてJak1とJak2との
間でかなりの配列の相同性が存在するので、Jak1はJak2のための基質で
あることができる。今日まで、in vitroキナーゼアッセイにおいてJa
k1に対するIL−3刺激の作用をわれわれは検出しなかった。
IL−3刺激は、Jak2のチロシンリン酸化の誘導およびin vitro
キナーゼ活性におけるJak2の活性化の両方を生ずる。Jak2のカルボキシ
ルタンパク質チロシンキナーゼのドメインは、ある数のキナーゼの活性化キナー
ゼ活性に関連する特徴をなす自己リン酸化部位を含有する(Hanks、S.K.、ら、Scien
ce 241:42-52(1988))。in vivoチロシンリン酸化は、チロシンリン酸化
および検出可能なin vitroキナーゼ活性の付随的出現に基づいて、この
部位において起こることが期待される。
キナーゼ活性の検出のためのIL−3の結合の要件は、Jak2キナーゼ活性
が細胞において高度に調節され、成長の調節における主要な回転に一致すること
を示す。in vitroキナーゼ反応の主要な基質はJak2であった。特に
、免疫グロブリンの検出可能なリン酸化は存在せず、また、Jak2の基質であ
るエノラーゼは存在せず、Jak2は厳格な基質の特異性を有することができる
ことを示す。レセプターの活性化のための要件および基質の特異性は、従来の研
究における種々の条件下にJak1タンパク質チロシンキナーゼ活性を証明でき
ないことを説明できるであろう(Wilks、A.F.、ら、Mol.Cell.Biol.11.2057-2065))
。
Jak2は、また、EPO刺激後に、チロシンリン酸化されかつ活性化される
(実施例2参照)。そのうえ、これらの研究は、Jak2が機能のために必須で
あるEPOレセプター(EPOR)の細胞質ドメインの膜近位領域に物理的に関
連することを証明した。Jak2がIL−3レセプターの一方または両方のサブ
ユニットに物理的に関連するかどうかは、現在、試験されている。しかしながら
、EPORと同様に、IL−3レセプターのβサブユニットは急速にチロシンリ
ン酸化され、そしてこのリン酸化はJak2により伝達されると仮定することが
できる。
EPORの場合において、チロシンリン酸化は細胞質のカルボキシル末端の中
の部位において起こり、そしてこの領域は有糸分裂誘発のために要求されない。
IL−3のβサブユニットのチロシンリン酸化が生物学的応答に寄与するかどう
かは知られていない。
Tyk2のチロシンリン酸化および活性化を誘導するIL−3およびEPOの
両方の能力は、Jak2がいくつかのサイトカインレセプターのシグナル・トラ
ンスデューシング経路における1成分である可能性を示す。われわれは、また、
GM−CSFおよびG−CSFがJak2のチロシンリン酸化を誘導することを
発見した。これは、これらの造血成長因子がチロシンリン酸化の匹敵するパター
ンを誘導することを示したいくつかの研究と一致する(Ihle、J.N.、In
terleukins:Molecular Biology and Immunology、Kishimoto、T.編、Karger、Basel、
pp.65-106(1992)。われわれは、また、マクロファージ細胞系においてIFNγ
に応答するJak2のチロシンリン酸化を観察した。
造血成長因子のレセプターは、また、成長ホルモンのレセプター、プロラクチ
ンのレセプター、毛様好中性因子などを包含する、レセプターのスーパーファミ
リーの構成員に示す(Bazan、J.F.、Science 257:410-413(1992))。そのうえ、イン
ターフェロンのレセプターは、それほど関係がないが、共通の祖先から進化した
と推測られきている。最近の研究(Velazquez、L.、ら、Cell 70:313-322(1992))は
、Tyk2がIFNαのシグナリングに関係することを示した。われわれの研究
において、IL−3およびEPO(実施例2参照)ならびにG−CSF、GM−
CSFおよびIFNγのシグナリング経路に関係することが示された。さらに、
最近研究は成長ホルモンに対する応答にJak2を関係させた。従って、Jak
キナーゼのファミリーは、レセプターのサイトカイン/インターフェロンのスー
パーファミリーのいくつかの構成員が利用する、シグナル・トランスデューシン
グに関係する。そのうえ、キナーゼのJakファミリーは、また、ISGF3α
タンパク質(Schindler、C.、ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:7836-7839(1992);Fu
、X-Y.、ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:7840-7843(1992))およびICSBP、
IRFI、IRF2および多分mybを包含するISGF3γが関係するDNA
の結合タンパク質(Veals、S.A.、ら、Mol.Cell.Biol.12:3315-3324(1992))に関係す
るファミリーの構成員を含む匹敵する経路を通して、遺伝子の発現を調節するこ
とができる。
実施例2: Jak2はエリトロポイエチンレセプターと関連し、そしてエリト
ロポイエチンで刺激後チロシンリン酸化および活性化される
要約
エリトロポイエチン(EPO)は、そのレセプター(EPOR)とのその相互
作用を通して、赤血球系細胞の増殖および末端の分化を調節する。EPORはサ
イトカインレセプターのファミリーの構成員であり、そして同定可能なキナーゼ
の触媒ドメインを欠如する細胞質ドメインを含有する。しかしながら、EPOの
結合は、EPORならびにある数の細胞のタンパク質のチロシンリン酸化を急速
に誘導する。チロシンリン酸化を誘導する能力は、すぐ接した初期の遺伝子の転
写を誘導しかつ有糸分裂誘発性であるというレセプターの能力と密接に相関する
。これらの生物学的応答は、レセプターの細胞質ドメインの膜近位領域を必要と
することが示された。ここで、われわれは、タンパク質のチロシンリン酸化の基
質の1つが130kDaのJak2、すなわち、タンパク質チロシンキナーゼで
あることを証明する。そのうえ、EPOの刺激はJak2のin vitro自
己リン酸化活性を活性化する。EPORの1系列の突然変異体を使用して、Ja
k2のチロシンリン酸化の誘導および自己リン酸化活性は生物学的応答と相関す
ることが発見された。さらに、Jak2は生物学的活性のために要求されるEP
ORの細胞質ドメインの膜近位領域と物理的に関連することをわれわれはを示す
。結果を総合すると、Jak2はEPOの結合をチロシンリン酸化に連結し、そ
して究極的に赤血球形成に要求される生物学的応答に連結するキナーゼであるこ
とを示す。
序論
造血は種々の造血成長因子とそれらの同種のレセプターとの相互作用を通
して調節される(ClarkおよびKamen、Science 236:1229-1237(1987);Metcalf、D.、
Nature 339:27-30(1989))。造血成長因子のレセプターの大部分は、細胞外ドメ
インにおける4つの位置的に保存されたシトシンおよびWSXWS(配列番号:
1)のモチーフの存在により特徴づけられる、共通のサイトカインレセプターに
属する。このファミリーは、また、変動する大きさの細胞質ドメインにより特徴
づけられ、このドメインは非常に限定された配列の類似性を示しそしてシグナル
・トランスデューシング機構を示すことができる同定可能なモチーフを含有しな
い。エリトロポイエチン(EPO)は、赤血球の系列に拘束された細胞の増殖お
よび末端の分化をユニークに支持する造血成長因子である(Krantz、S.B.、Blood 7
7:419-434(1991))。EPOレセプター(EPOR)を発現クローニングによりク
ローニングされ(D'Andrea ら、Cell 57:277-285(1989))そしてcDNAの配列は
単一の膜スパニングドメインおよびサイトカインレセプターのスーパーファミリ
ーに関連するモチーフをもつ、507アミノ酸のタンパク質を予測する。造血成
長因子のレセプターのいくつかと異なり、単一の遺伝子産物はEPOの結合およ
び機能のために十分同定ことが示された(D'Andrea ら、Cell 57:277-285(1989))
。
IL−3依存性細胞系の中へのEPORの導入はEPOに応答して増殖する能
力を細胞に付与し、そしてこれはレセプターのシグナルのトランスダクションを
研究するために重要なモデルを提供した(D'Andrea ら、Cell 57:277-285(1989);M
iura ら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(1991))。トランスフェクションされた細
胞において、EPOはc−myc、c−fos、c−pim−1およびegr−
1を包含する1系列のすぐ接する初期の遺伝子の発現を誘導する(Miuraら、Mol.C
ell.Biol.13:1788-1795(1993))。さらに、EPOは1系列の細胞の基質の急速な
チロシンリン酸化を誘導し(Linnekin ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:6237-6241
(1992);Dusanter-Fourt ら、J.Biol.Chem.267:10670-10675(1992);Quelle お
よびWojchowsiki、J.Biol.Chem.266:609-614(1991);Miura ら、Mol.Cell.Biol.114
895-4902(1991);Yoshimura およびLodish、Mol.Cell.Biol.12:706-715(1992);Dam
en ら、Blood 80:1923-1932(1992))、EPORがリガンドの結合をタンパク質チ
ロシンキナーゼの活性化に連結することによって機能できることを示唆する。チ
ロシンリン酸化を誘導したEPOの基質の1つはレセプターである(Dusanter-Fo
urt ら、J.Biol.Chem.267:10670-10675(1992);YoshimuraおよびLodish、Mol.Cell.
Biol.12:706-715(1992);Miura ら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(1991))。
EPORの細胞質ドメインは236アミノ酸から成り、そしてIL−2レセプ
ターのβ鎖の細胞質ドメインに対する多少のアミノ酸配列の類似性を含有する(D
'Andrea ら、Cell 58:1023-1024(1989))。EPORは、また、ボックス1および
2という名称の、サイトカインレセプターの保存されたドメインに対する類似性
を有する領域を含有し、前記ドメインは最初にIL−6のシグナル・トランスデ
ューシングsp130タンパク質において定められた(Murakami ら、Proc.Natl.A
cad.Sci.USA 88:11349-11353(1991))。細胞質ドメインの膜近位領域は、レセプ
ターの生物学的活性のために必須であることが示された。108アミノ酸のカル
ボキシル・トランケーションは、すぐ接する初期の遺伝子を誘導し、チロシンリ
ン酸化を誘導し、または有糸分裂誘発を引き起こすレセプターの能力に作用をも
たない(Miuraら、Mol.Cell.Biol.13:1788-1795(1993);Miura ら、Mol.Cell.Biol
.11:4895-4902(1991))。いくつかの細胞系において、カルボキシル・トランケー
ションは有糸分裂誘発の応答を増加し(D'Andrea ら、Mol.Cell.Biol.11:1980-19
87(1991a))、膜遠位領域がEPOに対する応答にマイナスの影響を与えることを
示唆する。
膜近位領域内において、カルボキシル・トランケーションまたはボックス1お
よびボックス2の欠失はすべての生物学的活性についてレセプターを不活性化す
ることができる(Miuraら、Mol.Cell.Biol.13:1788-1795(1993);Miura ら、Mol.
Cell.Biol.11:4895-4902(1991))。この領域の重要性は、さらに、ボックス1と
ボックス2との間の保存されたTrp残基の突然変異による反応機能の不活性化
によって証明された。結果を総合すると、EPORの膜近位領域は、チロシンリ
ン酸化の誘導を包含する、検査した生物学的応答のすべてに必須であることが証
明される。
生物学的活性のためのタンパク質のチロシンリン酸化に連結するためのEPO
Rの重要性は明瞭に証明されたが、関係しうるキナーゼに関してほとんど知られ
てきていない。EPORのカルボキシル領域のチロシンリン酸化の急速な誘導(M
iuraら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(1991);Yoshimura およびLodish、Mol.Cell.
Biol.12:706-715(1992);Dusanter-Fourt ら、J.Biol.Chem.267:0670-10675(1992)
)は、レセプターが、構成的にまたはリガンドの結合後に、キナーゼと密接に関
連することを示唆する。1つの研究(YoshimuraおよびLodish、12:706-715(1992))
は130kDaの非グリコシル化タンパク質を同定し、このタンパク質はレセプ
ターと架橋することができ、そして抗ホスホチロシン抗体により検出される能力
により評価して、in vivoまたはin vitroキナーゼアッセイにお
いてチロシンリン酸化された。この130kDaがキナーゼであるかどうかを決
定することができなかった。最近の研究(Linnekin ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA
89:6237-6241(1992))は、また、ATPのアジド誘導体で放射性標識化すること
ができ、それがキナーゼであることを示唆する、チロシンリン酸化の97kDa
の基質を同定した。130kDaまたは97kDaの潜在的キナーゼが従来特徴
づけられているかどうかは決定されなかった。
EPOのシグナルのトランスダクションに関係しうる、潜在的に新規なタンパ
ク質チロシンキナーゼを検出するために、われわれは下記の文献に記載されてい
るものに匹敵するPCR増幅のアプローチを利用した:Wilks、A.F.、Proc.Natl.A
cad.Sci.USA 86:1603-1607(1989)。Wilks ら(Wilks、A.F.、Proc.Natl.Acad.Sci.
USA 86:1603-1607(1989);Wilks ら、Mol.Cell.Biol.11:2057-2065(1991))ならび
に他の研究者ら(Partanen ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:8913-8917(1990))の
研究と同様に、生成物のうちの2つは2つの密接に関係する遺伝子(Jak1お
よびJak2)をエンコードし、これらの遺伝子はJanusキナーゼ(また、
適当な他のキナーゼファミリーと呼ぶ)を構成し、Janusキナーゼは、また
、Tyk2遺伝子を含む(Firmbach-Kraft ら、Oncogene 5:1329-1336(1990))。T
yk2遺伝子産物は、最近、インターフェロンa(INFα)レセプターによる
シグナルのトランスダクションと関係づけられた(Velazquezら、Cell 70:313-322
(1992))。造血のシグナルのトランスダクションにおけるJak1およびJak
2遺伝子の潜在的役割を探査するために、われわれはネズミ遺伝子のための全長
のcDNAクローンを単離し、そしてタンパク質に対する抗血清を調製した(実
施例1参照)。EPOの刺激がJak2の特異的チロシンリン酸化を急速に誘導
し、そしてそのin vitroキナーゼ活性を活性化することを、われわれは
ここに報告する。チロシンリン酸化の誘導およびキナーゼ活性の活性化は、有糸
分裂誘発のために必須であるEPORの細胞質ドメインの膜近位領域に依存する
。最後に、Jak2はEPORに物理的に関連し、そしてこの関連は膜近位領域
を必要とすることをわれわれは証明する。データを総合すると、Jak2はEP
ORのシグナルのトランスダクションに関係することが証明される。
結果
Jak2はEPO刺激後に特異的にかつ急速にチロシンリン酸化される
EPOは、EPOのレセプターを包含する、ある数の細胞の基質のチロシンリ
ン酸化を誘導し、レセプターが1または2以上の細胞質のチロシンキナーゼと関
連することを示唆する(Yosimura ら、Nature 343:647-649(1990);Damen ら、Blood
80:1923-1932(1992);QuelleおよびWojchowski、J.Biol.Chem.266:609-614(1991)
;Quelleら、J.Biol.Chem.267:17055-17060(1992);Miuraら、Mol.Cell.Biol.11:48
95
-4902(1991);Linnekinら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:6237-6241(1992);Dusante
r-Fourt ら、J.Biol.Chem,267:10670-10675(1992))。関係しうるキナーゼを同定
するために、われわれおよび他の研究者ら(Wilks、A.F.、Proc.Natl.Acad.Sci.USA
86:1603-1607(1989);Wilks ら、Mol.Cell.Biol.11:2057-2065(1991);Partanen
ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:8913-8917(1990);実施例1 参照)は、PCRア
プローチを使用して、造血成長因子依存性細胞系の中に存在する既知のおよび潜
在的に新規なキナーゼを検出した。これらの研究を、ノザンブロット分析と組み
合わせて、DA3骨髄性細胞の中のlyn、c−fes、tec、Jak1およ
びJak2のための転写体を同定した(Mano ら、Oncogene 8:17-424(1993))。
これらのキナーゼのいずれかがEPOのシグナルのトランスダクションに関係
するかどうかを最初に決定するために、われわれは次のようにしてチロシンリン
酸化を誘導するそれらの能力を検査した。DA3(EPOR)細胞をほぼ14時
間の間断片から除去した。細胞を刺激しない(−)か、または30U/mlのヒ
トEPOで10分間刺激した(十)。細胞を引き続いて遠心により集め、そして
下記の実験手順に記載するように細胞抽出物を調製した。未刺激の細胞および刺
激した細胞から抽出物のアリコート(2×107細胞)をJak2、Jak1、
c−fes、lynまたはtecなどに対する抗血清で免疫沈降させた。免疫沈
降物をSDS−PAGEにより分離し、ニトロセルロースのフィルターに移し、
そしてフィルターを実験手順に記載するように4G10ホスホチロシンモノクロ
ーナル抗体でプロービングした。免疫沈降したチロシンキナーゼの各々のレベル
を評価するために、匹敵するブロットを下記の実験手順に記載するように個々の
キナーゼに対する抗血清でプロービングした。
前述の実験において、EPO刺激はJak2に対する抗血清により免疫沈降す
るp130kDaのバンドを出現させた。抗血清をレイズさせたペプチドの存在
において免疫沈降を実施したとき、このバンドは観察されなかった。ホスホチロ
シンに対する異なるモノクローナル抗体(PY20)でブロットをプロービング
したとき、また、匹敵する結果が得られた。対照的に、匹敵する条件下にlyn
、fesまたはtecのチロシンリン酸化の明らかな誘導は存在しなかった。
前述したように実施したいくつかの実験においてJak1に対する抗血清を使
用して、弱い130kDaのバンドが見られた。これは抗血清の交差反応性のた
めであった。両方の抗血清はJak1とJak2との間の最小の配列の同一性を
もつペプチドに対して調製し、そしてin vitro翻訳反応から適当なキナ
ーゼを免疫沈降させるに過ぎない(実施例1参照)。結果を総合すると、Jak
キナーゼはEPOに応答して誘導的にチロシンリン酸化されるが、Jak2は優
先的にリン酸化されることが示される。
EPO刺激がJak2のチロシンリン酸化を誘導することをさらに確立するた
めに、われわれはリン酸化の変化を検出するモノクローナル抗体1G2の能力を
検査した。細胞を上のように処理し、溶解し、そして従来記載されているように
、1G2モノクローナル抗体セファローズビーズへの結合およびそれからの溶離
により、タンパク質のホスホチロシンを含有する画分を離した(Frackelton ら、M
ol.Cell.Biol.3:1343-1352(1983);Isfortら、J.Biol.Chem.263:19203-19209(1988
))。溶離された調製をSDS−PAGEにより分離し、フィルターにブロットし
、そしてフィルターをJak2に対する抗血清でプロービングした。結果は次の
通りであった。EPOはp130kDaのバンドの出現を誘導し、このバンドは
1G2溶出液の中のJak2に対する抗血清で容易に検出可能であった。全体の
細胞リゼイトのウェスタンブロッティングは、刺激した細胞および未刺激の細胞
の両方においてp130kDaのJak2の匹敵するレベルを示した。lyn、
tecまたはc−fesに対する抗血清によるブロットのプロービングはこれら
のキナーゼを検出できなかった。
チロシンリン酸化されたJak2の出現の反応速度論を決定するために、
DA3(EPOR)細胞からの抽出物をEPO処理後0、5、10、30および
60分に調製し、Jak2に対する抗血清で免疫沈降させ、そして免疫沈降物を
SDS−PAGEにより分離した。タンパク質をニトロセルロースに移し、そし
て4G10モノクローナル抗体でウェスタンブロッティングした。これらの条件
下に、130kDaのバンドの誘導は容易に明らかであった。剌激は5分におい
て最大であり、そして引き続いて傾斜し、そして1時間において明らかではなか
った。
上の結果を総合すると、EPOの刺激は、成長因子依存性細胞において、他の
タンパク質チロシンキナーゼに関して、Jak2の急速なかつ特別のチロシンリ
ン酸化を生じた。
EPOの刺激はJak2のin vitroキナーゼ活性を活性化する
タンパク質チロシンキナーゼのチロシンリン酸化は普通にキナーゼ活性の活性
化に関係づけられる(Hanksら、Science 241:42-52(1988))。従って、われわれは
免疫沈降物の中のin vitroのJak2キナーゼ活性を検査した。これら
の実験において、細胞をEPOで10分間刺激し、次いで細胞抽出物を調製し、
そして正常のウサギ血清(NRS)またはJak2に対して特異的な抗血清で免
疫沈降させ、in vitroキナーゼアッセイを実施し、そしてリン酸化タン
パク質をSDS−PAGEにより分離した。未刺激の細胞またはEPO刺激細胞
からの、正常のウサギ血清を使用する抽出物の免疫沈降物は、検出可能なin
vitroキナーゼ活性をもたなかった。対照的に、EPO刺激細胞からのJa
k2抗血清を使用する抽出物の免疫沈降物は容易に検出可能なキナーゼ活性を有
した。リン酸化の主要な生成物は、Jak2と共移動する130kDaのタンパ
ク質であった。匹敵する活性は未刺激の細胞からの抽出物において検出されなか
った。Jak2に対する特異性は、Jak2抗血清をペプチドに対して上昇させ
たペプチドのキナーゼ活性の免疫沈降をブロックする能力により示されたが、
Jak1の匹敵する領域に対するペプチドは作用をもたなかった。2次元の薄層
電気泳動により検出されたin vitroキナーゼアッセイにおける主要なホ
スホアミノ酸はチロシンであると決定された。
Jak2のチロシンリン酸化およびin vitroキナーゼ活性は有糸分裂
誘発と相関する
われわれの前の研究(Miuraら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(1991);Miuraら、M
ol.Cell.Biol.13:1788-1795(1993))は、チロシンリン酸化の誘導、いくつかのす
ぐ接する初期の遺伝子の発現の誘導および有糸分裂誘発のために必須である、E
PORの細胞質ドメインの膜近位領域を定めた。従って、Jak2リン酸化の誘
導が匹敵するドメインを必要とするかどうか、およびJak2のリン酸化をこれ
らの生物学的応答に関係付けることができるかどうかを決定することは重要であ
った。従って、われわれは1系列の突然変異したレセプターにより伝達されるE
PO誘導チロシンリン酸化を検査した。EPORのH突然変異体カルボキシ末端
の108アミノ酸欠如するが、完全な生物学的活性を保持する(Miuraら、Mol.Cel
l.Biol.13:1788-1795(1993))。
H突然変異体を発現する細胞の発現のEPO刺激は、130kDaのバンドの
チロシンリン酸化を生じた。また、H突然変異体を発現する細胞を使用して観察
されたJak2のチロシンリン酸化は、野生型レセプターを発現する細胞より強
かったことに注意すべきである。これは、下のパネルに示すように、Jak2の
レベルが多少より高いためであるか、またはレセプターのカルボキシル領域にお
けるマイナスに作用するドメインの除去のためであろう(D'Andrealら、Mol.Cell.
Biol.11:1980-1987(1991))。また、これらの実験において、野生型レセプターを
発現する細胞の抽出物からのJak2免疫沈降物の中に検出される誘導可能な7
2kDaのリンタンパク質の存在が認められる。これはEPORについて期待さ
れる大きさであり、そしてそれがEPORである可能性はH突然変異体を使用す
る実験における匹敵するバンドの不存在によりさらに支持され、ここでカルボキ
シル・トランケーションはチロシンリン酸化の部位を除去する(Miuraら、Mol.Ce
ll.Biol.11:4895-4902(1991))。この観察はEPORがJak2と物理的に関連
することを示した。
H突然変異体より遠く伸長する、例えば、レセプターのカルボキシル146ア
ミノ酸を欠如するS突然変異体の中に存在する、カルボキシルの欠失は、チロシ
ンリン酸化の誘導、すぐ接する初期の遺伝子の誘導およびDA−3細胞における
有糸分裂誘発のためのレセプターを不活性化する(Miuraら、Mol.Cell.Biol.11:48
95-4902(1991))。この突然変異体を発現する細胞のEPO刺激後に、Jak2の
チロシンリン酸化の誘導は明らかでなかった。
われわれは、以前に、細胞質ドメインの膜近位領域における20アミノ酸の欠
失(PB突然変異体)がすべての生物学的活性のためのレセプターを不活性化す
ることを証明した。Jak2のチロシンリン酸化はこの突然変異体を発現するE
PO処理細胞において検出されなかった。
最後に、われわれは、ボックス1領域とボックス2領域との間の保存されたW
残基のRへの不活性化性突然変異W282を含有する、点突然変異、PM4、を試
験した(Miuraら、Mol.Cell.Biol.13:1788-1795(1993))。Jak2のチロシンリン
酸化はこの突然変異を含有する細胞において見られなかった。
次に、われわれは、Jak2の誘導とin vitroJak2キナーゼ活性
を活性化する能力をもつ突然変異誘発との間の相関を試験した。種々の突然変異
のレセプターを発現する細胞のクローンを刺激しなかったか、またはEPOで1
0分間剌激した。細胞を溶解し、そしてJak2を免疫沈降させ、そして沈降物
を上のようにしてin vitroキナーゼアッセイにおいて使用した。免疫沈
降物をSDS−PAGEおよびオートラジオグラフィーにより分離することによ
って、リン酸化を評価した。
前に記載された結果におけるように、反応において検出されたリン酸化の主要
な生成物はJak2の位置に移動する130kDaのリンタンパク質であった。
有糸分裂誘発的に活性なH突然変異体を発現したEPO刺激細胞において、Ja
k2のリン酸化は明らかであった。突然変異誘発的に不活性のSトランケーショ
ン突然変異、PB欠失突然変異またはPM4点突然変異を発現するEPO刺激細
胞の免疫沈降物において、キナーゼ活性は検出されなかった。これらの結果は、
生物学的活性に必須である膜近位領域が、また、Jak2チロシンリン酸化の誘
導およびそのキナーゼ活性の活性化のために要求されることを証明する。
EPORを発現する3T3細胞におけるチロシンリン酸化の誘導
Jak2は広範な種類の細胞系において発現される(実施例1参照);Harpur
ら、Oncogene 7:1347-1353(1992))。従って、われわれは、Jak2がEPORと
カップリングしそして非造血系において誘導可能にチロシンリン酸化されうるか
どうかを決定した。このために、われわれは、EPOR発現構成体でトランスフ
ェクションされそしてEPOの高いアフィニティーのレセプターを発現する3T
3線維芽の応答を試験した。
EPO刺激がレセプターを発現する線維芽におけるチロシンリン酸化に関係づ
けられるかどうかを最初に決定するために、細胞のタンパク質ならびにレセプタ
ーのチロシンリン酸化を誘導するEPOの能力を検査した。3T3(EPOR)
細胞からの抽出物のブロットを抗ホスホチロシンモノクローナル抗体でプロービ
ングしたとき、種々のバンドが検出されそしてEPOで処理した細胞において検
出可能な差は見られなかった。しかしながら、抽出物をまずEPORに対する抗
血清で免疫沈降させそしてブロットをホスホチロシン含有タンパク質についてプ
ロービングしたとき、72kDaのタンパク質はEPO刺激細胞において検出さ
れ、EPORのチロシンリン酸化の誘導と一致した。
細胞抽出物をまずJak2に対する抗血清で免疫沈降させ、次いでホスホチロ
シン含有タンパク質またはJak2についてウェスタンブロッティングしたとき
、得られた結果は次の通りであった。未刺激の線維芽およびEPOで刺激した線
維芽は、ブロットをJak2に対する抗血清でプロービングすることによって評
価したとき、匹敵するレベルのJak2を含有した。細胞をEPOで刺激した後
、Jak2と共移動する、130kDaのバンドがホスホチロシンに対するモノ
クローナル抗体(4G10)により容易に検出された。EPORを含有しない対
照において、匹敵するバンドは検出されなかった。これらのデータは、EPOR
が線維芽においてJak2と機能的にカップリングし、そしてJak2のEPO
誘導チロシンリン酸化を伝達できることを証明する。
Jak2はエリトロポイエチンの有糸分裂誘発的に活性なレセプターと関連す
る
EPORおよびJak2のチロシンリン酸化の急速な誘導は、Jak2がEP
ORに物理的に関連する可能性を示した。従来の研究(YoshimuraおよびLodish、M
ol.Cell.Biol.12:706-715(1992))はEPORに架橋することができ、そしてin
vitroでリン酸化されるうるであろう130kDaのタンパク質を同定し
たので、この可能性は興味あることであった。Jak2およびEPORの関連の
可能性は、また、ホスホチロシンを含有する72kDaのタンパク質がJak2
と共免疫沈降するいくつかの実験において示された。
EPOと物理的に関連するJak2の能力を直接検査するために、etyおよ
び突然変異のEPORの細胞質ドメインを含有する1系列のGST(グルタチオ
ン−S−トランスフェラーゼ)融合タンパク質を構成し、そして細菌の中で発現
させた。融合タンパク質をグルタチオン−セファローズビーズへのアフィニティ
ー結合により精製し、そしてタンパク質を、ビーズ上で、未刺激またはEPO刺
激のDA3(EPOR)細胞の抽出物とインキュベートした。結合したタンパク
質をビーズから回収し、SDS−PAGE上で分離し、そしてゲルをニトロセル
ロースにブロットした。ブロットを引き続いて種々のチロシンキナーゼに対する
抗血清でプロービングした。
未刺激の細胞または刺激した細胞からの抽出物を使用し、そしてJak2に対
する抗血清でプロービングしたとき、130kDaのタンパク質は容易に検出可
能であった。抗血清をペプチドに対して上昇させたペプチドの過剰量と、抗血清
をインキュベートしたとき、130kDaのタンパク質は検出されなかった。1
30kDaのタンパク質は、また、Jak1に対する抗血清で検出されたが、そ
のレベルはJak2に対する抗血清で見られたレベルより非常に低かった。ブロ
ットをそれぞれの抗血清でプロービングしたとき、lyn、c−fesまたはt
ecの存在と一致するであろうバンドは検出されなかった。これらの結果は、検
査したチロシンキナーゼの間で、Jak2がEPORを含有する細胞質ドメイン
を含有するGST融合タンパク質と関連することを証明した。
上で検出されたJak2およびEPORの物理的関連が生物学的に関係する場
合、レセプターの有糸分裂誘発活性に影響を与える突然変異が結合を変更させそ
して、逆に、生物学的活性に影響を与えないレセプターのトランケーションはに
影響を与えないことを予測できるであろう。この可能性を探査するために、トラ
ンケートしたが、有糸分裂誘発的に活性であるH突然変異体ならびに有糸分裂誘
発的に不活性なPBおよびPM4突然変異体の細胞質部分を含有する融合タンパ
ク質を構成した。細胞抽出物をグルタチオン−セファローズに結合したGST単
独とインキュベートし、そしてブロットをJak2に対する抗血清でプロービン
グしたとき、130kDaのタンパク質は検出されなかった。対照的に、H突然
変異体の完全な細胞質ドメインまたはカルボキシル−トランケートした細胞質ド
メインを含有する融合タンパク質を使用したとき、130kDaのタンパク質は
容易に検出された。PB突然変異体の欠失を含有する融合タンパク質と抽出物を
インキュベートしたとき、130kDaのタンパク質は検出されなかった。しか
しながら、有糸分裂誘発的に不活性なPM4突然変異を含有する融合タンパク質
を使用したとき、130kDaのタンパク質は検出された。これは、後述するよ
うに、機能的相互作用/物理的相互作用を検出するアッセイにおける差のためで
あろう。これらの結果は、有糸分裂誘発のために要求される膜近位ドメインが、
また、EPORおよびJak2の関連を伝達することを示す。
論考
これらの研究は、EPORに関連しかつリガンドの結合に応答してチロシンリ
ン酸化および活性化されるタンパク質チロシンキナーゼを同定した最初のもので
ある。従来の研究は、EPOの結合が細胞の基質、ならびにEPOR、のチロシ
ンリン酸化を急速に誘導すること、およびこの能力が有糸分裂誘発の誘導に密接
に関連することを証明した(Miuraら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(1991);Miura
ら、Mol.Cell.Biol.13:1788-1795(1993))。従って、EPOの結合を生物学的応答
に関連づける1または2以上のキナーゼを同定することに、かなりの興味がもた
れてきている。PCRアプローチ(Wilks、A.F.、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:1603
-1607(1989);Wilks、A.F.、Meth.Enzymol.200:533-546(1991);Partanenら、Proc.Na
tl.Acad.Sci.USA 87:8913-8917(1990);Mano ら、Oncogene 8:417-424(1993))を
使用して、骨髄性細胞の中に存在しそしてシグナルのトランスダクションに寄与
しうるタンパク質チロシンキナーゼのスペクトルを定めことを試みた。
IL−3/EPO依存性細胞の中で発現されたキナーゼの間で、シグナルのト
ランスダクションにおける、src遺伝子ファミリーのキナーゼの1構成員であ
るlynに興味がもたれてきている。これは、T細胞のIL−2刺激が高度に関
係するlckキナーゼのキナーゼ活性を増加させるという証明(Horakら、Proc.Na
tl.Acad.Sci.USA 88:1996-2000(1991))およびlckとIL−2レセプターのβ
鎖の細胞質ドメインとの物理的関連の証明(Hatakeyamaら、Science 252:1523-152
8(1991))に基づいた。しかしながら、lckは有糸分裂誘発のために要求さ
れないIL−2レセプターのβ鎖の領域に関連することに注意すべきである(Hat
akeyama ら、Cell 59:837-845(1989);Hatakeyama ら、Science 252:1523-1528(199
1))。IL−3のシグナルのトランスダクションにおけるlynの役割は、IL
−3刺激がlynキナーゼ活性の増加を誘導することを示す報告により示される
(Torigoeら、Blood 80:617-624(1992))。しかしながら、われわれが検査した造血
成長因子依存性細胞におけるlynキナーゼ活性へのIL−3またはEPOの首
尾一貫した作用をわれわれは見ることができなかった。ここに例示するように、
また、われわれはlynのチロシンリン酸化の状態へのEPO結合の作用を検出
することができず、またはlynとEPORとの関連を証明することができなか
った。
また、tecのチロシンリン酸化、キナーゼ活性の活性化またはEPORとの
関連の変化を検出することができなかった。tecは骨髄性細胞の中で発現され
(Mano ら、Oncogene 8:417-424(1993))そしてその潜在的重要性はT細胞、itk
(IL−2誘導可能なT細胞キナーゼ)およびB細胞BPK/atk(B細胞祖
先のキナーゼ、無ガンマグロブリン血のチロシンキナーゼ)(Silicano ら、Proc
.Natl.Acad.Sci.USA 89:11194-11198(1992);Tsukada ら、Cell(印刷中、1993);Vet
rie ら、Nature 361:226-233(1993))における高度に関係するキナーゼの同定によ
り示唆された。BPK/atk遺伝子はX−連鎖無ガンマグロブリン血(XLA
)に密接に関連づけらせ、そしてキナーゼ活性はXLA前BおよびB細胞系にお
いて減少しまたは存在しない(Tsukadaら、Cell(印刷中、1993))。そのうえ、キナ
ーゼを不活性化することが予測される遺伝的に獲得した突然変異はXLAの患者
におけるBPK/atkにおいて検出された(Vetrie ら、Nature 361:226-233(1
993))。従って、bpaはB細胞のシグナリングにおいて重要な役割を演ずるよ
うである。tec力滑髄性細胞のいっそう特殊化sita応答に関係する可能性
が現在検査されている。
われわれは、また、細胞の増殖を調節するEPOシグナル・トランスデューシ
ング経路におけるc−fes遺伝子の役割についての証拠を観察しなかった。c
−fesの発現のレベルが分化とともに増加し、骨髄性細胞の中へのc−fes
の活性化された形態の導入はそれらの細胞の分化を促進し(Borelliniら、J.Biol.
Chem.266:15850-15854(1991))そしてc−fesアンチセンス構成体は分化を妨
害する(Ferrariら、Cell Growth Differ.1:543-548(1990))ので、最近の研究はc
−fesが骨髄性細胞の熱的分化に関係できることを示唆した(Borelliniら、J.B
iol.Chem.266:15850-15854(1991))。
lyn、tecまたはfesを使用して得られた結果と対照的に、Jak2を
使用する実験はチロシンリン酸化、キナーゼ活性の活性化およびEPORと連合
する能力への作用を容易に証明した。そのうえ、結果はJak1に関するJak
2に対する特異性において非常に顕著であった。Jak1およびJak2は高度
に関係付けられ、そして触媒のドメインならびにアミノ末端の領域の両方におけ
るかなりのアミノ酸配列の同一性を有する(Harpur ら、Oncogene 7:1347-1353(19
92); また、ここにおける実施例1 参照)。Jak2のアミノ酸配列は、ネズミ
Jak1キナーゼと45.5%の同一性を有する、130kDaの計算大きさを
もつ1129アミノ酸のタンパク質をエンコードする。
われわれの研究においてJak2に対する明瞭な特異性が存在したが、Jak
1は低いレベルですべてのアッセイにおいて絶えず検出された。使用したすべて
の抗血清は広範なアミノ酸の同一性を含有しない領域からのペプチドに対するも
のであったので、これは抗血清の交差反応性のためではなかった。さらに、抗血
清交差反応性の欠如は、in vitro翻訳されたタンパク質との反応性を検
査することによって確立された(実施例1参照)。反応性の差は、2つのキナー
ゼが匹敵するレベルで発現されるので、両方のキナーゼの発現のレベルの差のた
めではない。従って、Jak1とJak2との間には、Jak1をEPORと
連合させるために十分な類似性が存在するように思われるが、そのアフィニティ
ーは非常に低い。
Jak2チロシンリン酸化のEPO誘導は、ホスホチロシンに対するモノクロ
ーナル抗体との反応性の変化により評価した。重要なことには、チロシンリン酸
化は4G10およびPY20の両方モノクローナル抗体を使用してウェスタンブ
ロット技術により容易に証明可能である。さらに、セファローズに結合した1G
2抗ホスホチロシンモノクローナル抗体を使用するアフィニティー精製により、
Jak2はEPO刺激細胞から単離できたが、未刺激の細胞から単離できなかっ
た。これらのアプローチは、タンパク質のチロシンリン酸化の変化を検出するた
めに普通に使用される。
われわれの結果は、EPO刺激がJak2のin vitroキナーゼ活性を
活性化し、そして主要な基質がJak2であることを証明する。従来の研究にお
いて、Jak1のキナーゼ活性を証明することは困難であることがわかった。特
に、Wilks ら、Mol.Cell.Biol.11:2057-2065(1991)は、種々の条件下にJak1
の免疫沈降物の中のタンパク質チロシンキナーゼ活性を証明することができなか
った。しかしながら、彼らは、Jak1のカルボキシルキナーゼドメインとの融
合タンパク質を含有する発現構成体を使用して、細菌の中のタンパク質のチロシ
ンリン酸化を証明することができた。アミノ末端のキナーゼ様ドメインを含有す
る匹敵する融合タンパク質は活性をもたなかった。興味あることには、比較的わ
ずかの細菌のタンパク質がリン酸化され、Jak1が制限された基質の特異性を
有することができることを示唆した。Jak2のキナーゼ活性を検出できること
はEPOによる細胞の刺激にもっぱら依存したので、in vitroのJak
1のキナーゼ活性の検出が不可能であることはin vivoの適当な活性化の
欠如のためであることを、われわれの結果は示すであろう。これに関して、われ
われはJak1のin vitroキナーゼ活性を証明することができなかった
が、Jak1はEPORと関連するように思われ、そしてEPO刺激後に弱くチ
ロシンリン酸化される。
in vitro反応におけるチロシンリン酸化の主要な基質はJak2であ
り、そして詳しくは免疫グロブリンの重鎖のリン酸化は検出されなかった。これ
はJak2が非常に特定の基質の特異性を有することができることを示す。Ja
k2の活性化の機構に関すると、リガンドの結合は分子間のリン酸化が生じそし
てキナーゼ活性の活性化を生ずるようなJak2の関連を促進することができる
。次いで、活性化されたJak2は、レセプターのタンパク質チロシンキナーゼ
に完全に類似する方法で、免疫沈降物においてこのような分子間のリン酸化をi
n vitroで続ける能力を有する(Ohtsukaら、Mol.Cell.Biol.10:1664-1671(
1990);Yarden およびSchlessinger、Biochemistry 26:1434-1442(1987))。
EPO刺激は、Jak2のチロシンリン酸化のそれに匹敵する反応速度論で、
EPORレセプターの急速なチロシンリン酸化を生ずる。これはJak2がEP
ORのリン酸化の原因となるキナーゼであることを示す。EPORのリン酸化は
、有糸分裂誘発のために要求されない領域である、膜遠位カルボキシルドメイン
において起こる。膜近位領域に20アミノ酸の欠失を含有するか、またはこの領
域におけるW282がRに突然変異した突然変異体において、このリン酸化は起こ
らない。これらの機構の両方は、また、Jak2のリン酸化およびキナーゼの活
性化に影響を与え、そしてアミノ酸の欠失はin vitroでEPORと連合
するJak2の能力を排除するので、Jak2はEPORのリン酸化のために必
要なキナーゼであるようである。また、他のキナーゼはJak2と関連し、これ
によりレセプターのその領域にもたらさることができる。そうである場合、この
追加のキナーゼは、また、Jak2のリン酸化に要求されるであろう。
Jak2およびEPORを除外して、EPO誘導チロシンリン酸化の基質に関
して比較的ほとんど知られていない。92kDa、70kDaおよび55kDa
の基質はわれわれの研究において絶えず検出されてきており(Miuraら、Mol.Cell
.Biol.11:4895-4902(1991))、そして他のものは同様なならびに追加の基質を同
定した(Damenら、Blood 80:1923-1932(1992);QuelleおよびWojchowski、J.Biol.Ch
em.266:609-614(1991);Quelle ら、J.Biol.Chem.267:17055-17060(1992);Linneki
nら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:6237-6241(1992);Dusanter-Fourt ら、J.Biol.C
hem.267:10670-10675(1992))。また、Jak2と共免疫沈降する55および70
kDaの誘導可能なチロシンリン酸化の容易に検出可能な基質が存在することに
注意することは重要である。われわれは、vav、rat、GAPおよびSHC
を包含する、ある数の潜在的に興味を起こさせる基質を排除した。しかしながら
、われわれは、Jakファミリーのキナーゼ転写開始の基質であることができか
つINFαの応答に関係する113および91/84kDaのISGF3αタン
パク質を試験しなかった(Schindlerら、Science 257:809-813(1992);Fu、X.Y.、Cel
l 70:323-335(1992))。また、EPOに対する応答に関連する遺伝子の転写活性
化を特別に伝達するJak2と相互作用する、関係するタンパク質は存在である
ことがある。
従来の研究において、EPORと連合する130kDaのリンタンパク質が同
定された(YoshimuraおよびLodish、Mol.Cell.Biol.12:706-715(1992))。クロスリ
ンクすることによって、それはEPORと関連することが示され、それがIL−
3またはGM−CSFのβ鎖またはIL−6レセプターのpp130鎖に匹敵す
るレセプター複合体のサブユニットである可能性を示唆する。しかしながら、こ
れらのタンパク質と異なり、p130はN−グリコシル化されず、それが細胞質
ゾルのタンパク質であることを示唆する。p130のチロシンリン酸化は、抗ホ
スホチロシン抗体を使用する免疫沈降により証明された。しかしながら、EPO
R/p130複合体の単離に使用した手順のために、チロシンリン酸化がEPO
Rにより誘導されるかどうかを決定することができなかった。関係なく、
p130の性質はそれがJak2であるという仮説と一致する。
Jak2のチロシンリン酸化およびレセプターの関連が有糸分裂誘発に必須で
ある膜近位領域を必要とすることを、われわれの結果は証明する。これは、欠失
突然変異体(PB)およびW282からRへの点突然変異体により顕著に例示され
、それらの突然変異体の両方は有糸分裂誘発的に不活性であり、そして付随的に
Jak2のチロシンリン酸化またはキナーゼ活性の活性化に関係付けることがで
きない。しかしながら、20アミノ酸の欠失をもつ突然変異体(PB)のみはJ
ak2と物理的に関連する能力を喪失した。点突然変異はEPORおよびJak
2のin vivoの機能的相互作用を崩壊するために十分であるが、高いタン
パク質濃度において物理的相互作用を排除ために相互作用のアフィニティーを十
分に低下しないように思われる。
われわれの結果は、EPORとのJak2の関連がリガンドの結合に対して独
立であることを示す。従って、Jak2のリン酸化は変化の結果として起こり、
レセプター/Jak2複合体に影響を与えるということを仮定することができる
。EPOの結合はレセプターの二量体化およびオリゴマー化を誘導し、そしてこ
れはレセプターの機能のために決定的であるという仮定をかなりの証拠が支持す
る(Watowich ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:2140-2144(1992))。これは、レセ
プターの構成的活性化を生ずる突然変異体EPOR(R199→C)の存在により
支持される(Yshimula ら、Nature 348:647-649(1990))。この突然変異はシステイ
ンの変換を必要とし、そしてリガンドの不存在においてジサルファイド連鎖した
オリゴマーを形成する能力を生ずる(Watowich ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:2
140-2144(1992))。EPOの不存在において、Jak2キナーゼは構成的にチロ
シンリン酸化され、そしてin vitroキナーゼ活性を有する。これらのデ
ータに基づいて、EPOの結合がEPOR/Jak2複合体のオリゴマー化を引
き起こし、キナーゼ分子を十分に近接させて、分子間のチロシンリン酸化を生ず
ることを、われわれはさらに仮定する。このモデルはいくつかのレセプターのタ
ンパク質チロシンキナーゼについて提案されたものと同定である(Ullrichおよび
Schlessinger、Cell 61:203-212(1990))。
IFNαレセプターを使用する研究は、高いアフィニティー結合がTyk2の
関連を必要とすることがあることを示唆した(Firmbach-Kraft ら、Oncogene 5:1
329-1336(1990))。この可能性は、また、EPORについて存在する。特に、J
ak2は偏在的に発現されるので、このレセプターの結合のアフィニティーはJ
ak2の不存在において測定しなかった。そのうえ、ここに証明するように、E
PORは線維芽の中でJak2と機能的関連することができる。従って、レセプ
ターと連合するために十分な相同性をもつJakキナーゼを含有しない、系統発
生的に離れた細胞の中でレセプターを発現させることが必要であろう。このよう
な条件下に、レセプターのアフィニティーへのJak2の結合の役割を処理する
ことができるであろう。
Jakファミリーのキナーゼは偏在的に発現される(Wilksら、Mol.Cell.Biol.
11:2057-2065(1991));また、実施例1 参照)。従って、線維芽において、EPO
Rの発現がチロシンリン酸化の活性化に関連させるために十分であるかどうかを
決定することが重要であった。証明されるように、EPORおよびJak2の両
方のチロシンリン酸化はEPO刺激後に検出された。使用した細胞におけるタン
パク質のチロシンリン酸化のバックグラウンドが高いために、われわれはEPO
刺激が他の細胞の基質のチロシンリン酸化をを生じたかどうかを決定することが
できなかった。しかしながら、血清飢餓細胞のEPO刺激は有糸分裂誘発の応答
を誘導せず、細胞の増殖にリガンドの結合を関連させるために要求されるいくつ
かの成分が欠けていることを示唆する。また、不十分なレセプターが発現される
ことがある。対照的に、最近の報告(Watanabe ら、Mol.Cell.Biol.13:1440-1448(
1993))は、線維芽における再構成されたGM−CSFレセプター複合体が成長
促進シグナルをトランスダクションすることができることを証明した。
Jak2が関連するEPOレセプターの膜近位領域は、他の造血成長因子のレ
セプターとの制限された配列の類似性を含有する(Murakami ら、Proc,Natl.Acad.
Sci.USA 88:11349-11353(1991))。試験したすべての場合において、この領域は
有糸分裂誘発に必須であることが示された。従って、造血サイトカインレセプタ
ーのスーパーファミリーの他の構成員がJak2と連合し、または多分キナーゼ
のJakファミリーの他の構成員と関連するかどうか決定することが重要であろ
う。これに関して、われわれはIL−3、GM−CSFおよびG−CSFが、ま
た、Jak2の特定のチロシンリン酸化を誘導することを発見した。IL−2、
IL−4およびIL−6を包含するJakファミリーのキナーゼの役割をさらに
探査することが重要であろう。
Jakキナーゼの偏在的な発現は、それらのキナーゼが、サイトカインレセプ
ターのスーパーファミリーの他の非造血構成員による有糸分裂誘発にリガンドの
結合を関連させることができることをさらに示す。内分泌成長ホルモン、造血サ
イトカインレセプターの細胞外ドメインにおいて構造的関係、および組織の因子
およびインターフェロンのレセプターといっそう遠い可能な関係が存在すること
が認識された(Bazan、J.F.、Immunol.Today 10:350-354(1991);Bazan、J.F.、Proc.N
atl.Acad.Sci.USA 87:6934-6938(1990);DeVosら、Science 255:306-312(1992))
。これらの関係が1クラスのシグナリングレセプターの分岐進化を反映する場合
、それらはJakキナーゼのファミリーの構成員との相互作用を通して同様な方
法でシグナルのトランスダクションを関連させることができる。従って、INF
αレセプターはTyk2を通して関連させるが、IL−3、GM−CSF、G−
CSFおよびEPOはJak2を通して関連させる。これと一致して、われわれ
はIFNγがマクロファージ細胞系においてJak2のチロシンリン酸化を誘導
することを発見した。さらに、最近の研究は、成長ホルモンのレセプターがJa
k
2に結合しそしてそれを活性化することを発見した。Jakキナーゼのどれがサ
イトカインレセプターのスーパーファミリーの他の構成員と連合しそしてそれを
活性化するかを同定することはかなり興味あることであろう。
キナーゼのJakファミリーが遺伝子の調節に影響を与えるために同様な機構
を利用するかどうかを決定することは、また、興味あることであろう。Tyk2
はISGF3α(インターフェロン刺激遺伝子因子3)複合体の113kDaお
よび91/48kDaのタンパク質のチロシンリン酸化にINFα/βの結合を
関連させることを、かなりの証拠が示唆している(Fu、X.Y.、Cell 70:323-335(199
2))。リン酸化後、この複合体は48kDaのISGF3γタンパク質と関連し
、そして複合体は核に移動し、ここでそれはインターフェロンで刺激された応答
要素に結合し、そして遺伝子の発現を活性化する。最近の研究(Shuaiら、Scienc
e 259:1808-1812(1992))は、IFNγがまた91kDaのタンパク質のチロシン
リン酸化を誘導すること、およびそれは核に移動しそしてγ−活性化部位に結合
することを証明した。上に記載したように、Jak2はIFNγの結合後に誘導
可能にチロシンリン酸化され、従って関係するキナーゼであることができる。正
しい場合、EPO、IL−3、GM−CSFまたはG−CSFによる細胞の刺激
は91kDaのISGF3γタンパク質またはこの遺伝子ファミリーの1構成員
のチロシンリン酸化を生ずることがある。これに関して、EPOまたはIL−3
に応答して見られるチロシンリン酸化の主要な基質の1つは、ほぼ92kDaの
タンパク質であることに注意することは重要である(Miuraら、Mol.Cell.Biol.11:
4895-4902(1991);Miura ら、Mol.Cell.Biol.13:1788-1795(1993))。サイトカイン
レセプターのスーパーファミリーの構成員は、一部分、リガンドの結合後の自己
リン酸化によるJakファミリーのキナーゼの活性化により、リガンドの結合を
遺伝子の発現の誘導に関連させ、リガンドの結合はISGF3γファミリーの構
成員のリン酸化を生じ、後者の構成員は、引き続いて、ICSBP、
IFR−1、IRF−2およびc−mybを包含する、DNA結合タンパク質の
ISGF3αファミリーの構成員と連合すると仮定することができる(Vealsら、
Mol,Cell.Biol.12:3315-3324(1992))。
実験手順
細胞系および培養条件
野生型レセプターを発現するDA3(EPOR)細胞および種々の突然変異体
を発現するDA3細胞を、従来記載されているように5mMのグルタミン、10
%のFCS 1U/miのEPOおよびG418を補充したRPMI−1640
上で維持した(Miuraら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(1991))。細胞をPBSで3
回洗浄し、そして5mMのグルタミンおよび10%のFCSを補充したRPMI
−1640の中で成長因子の不存在において12〜16時間インキュベートする
ことによって、細胞の飢餓を実施した。細胞を10〜30U/mlのEPOで刺
激した。
試薬
Jak1およびJak2からのペプチドに対するウサギモノクローナル抗体の
調製および性質は実施例1に記載されている。c−fesに対する抗血清はJ.
Downing(St.Jude Children’s Research
Hospital、Menphis)により提供され、そしてその性質は記載さ
れた(Haynes およびDowining、Mol.Cell.Biol.8:2419-2427(1988))。lynに対
する抗血清は、また、記載された(Yi ら、Mol.Cell.Biol.11:2391-2398(1991))。
ネズミTecに対する抗血清はGST−融合タンパク質に対して調製され、そし
てTecを発現する細胞から70kDaのタンパク質を免疫沈降させるが、対照
細胞から免疫沈降させない。抗ホスホチロシンモノクローナル抗体は、商業的源
から購入した4G10(UBI)、1G2(Oncogene Science
s)およびPY20(ICN)は商業的源から購入した。H突然変異体EPOは
アムゲン(Amgen)から提供された。
pXM EPORによる3T3のトランスフェクション
プラスミドpXM−EPOR(D'Andrea ら、Cell 57:277-285(1989b))を、従来
記載されているように、エレクトロポレーションにより3T3線維芽の中にトラ
ンスフェクションする(Miuraら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(1991))。細胞を1
0%のFCSを含むダルベッコ変性イーグル培地(DMEM)の中で維持した。
この実験において、0.5%のFCSを含有する培地の中で一夜クローニングす
ることによって細胞を成長因子で飢餓させた。引き続いて細胞を同一培地の中に
おいてEPO(3U/ml)で刺激した。
融合タンパク質の構成
アミノ末端のグルタチオン−S−トランスフェラーゼ(GST)ドメインおよ
びネズミEPOR細胞質ドメインのカルボキシル部分を含有する、細菌的に発現
された融合タンパク質を調製した。EPORcDNAの平滑末端のBgIII−
KpnI断片をpGEX−2TのSmaI部位の中に挿入することによって、全
長のEPOR細胞質ドメイン(アミノ酸257−483)を含有する構成体を調
製した。EPORcDNAの平滑末端のBgIII−HindIII断片をpG
EX−2TのSmaI部位の中に挿入することによって、EPORの膜近位細胞
質ドメイン(アミノ酸257−375)を含有する構成体を調製した。従来記載
されたPBおよびPM−4突然変異を含有するEPORcDNAを使用して、同
一の構成体を調製した(Miuraら、Mol.Cell.Biol.11:4895-4902(1991))。次いで、
従来記載されているように、プラスミド構成体で形質転換された大腸菌(E.c
oli)DH5−アルファ株から融合タンパク質を形成し、そしてグルタチオン
−セファローズ(ファーマシア)でアフィニティー精製した(SmithおよびJohnso
n、Gene 67:31-40(1988))。
融合タンパク質の結合アッセイ
成長因子の刺激後、細胞を5×107細胞/mlで溶解緩衝液[1%のトリト
ンX−100、50mMのNaCl、30mMのNa4P2O7、50mMのNa
F、0.1mMのNa2VO4、5mMのEDTA、0.1%のウシ血清アルブミ
ン(BSA)、0.05mg/mlのフェニルメチルスルホニルフルオライド(
PMSF)、10mMのTris pH7.6]の中で溶解した。リゼイトから
破片を12,000×gにおいて10分間除去し、引き続いてリゼイトをグルタ
チオンセファローズ上に固定化したGST−EPOR融合タンパク質とインキュ
ベートした。樹脂をBSA不含の溶解緩衝液の中でよく洗浄し、次いで連合した
タンパク質をSDS−PAGEのための試料緩衝液で溶離した。溶離されたタン
パク質を8%のSDS−PAGEゲル上で分離し、そして種々の抗血清でイムノ
ブロットした。
in vitroキナーゼアッセイ
プロテインA−セファローズ(ファーマシア)上の免疫沈降したタンパク質を
キナーゼ緩衝液(50mMのNaCl、5mMのMgCl2、5mMのMnCl2
、0.1mMのNa2VO4、10mMのHEPES pH7.4)で洗浄し、引
き続いて室温において等しい体積の0.25mCi/mlの32P−γ−ATPを
含有するキナーゼ緩衝液と30分間インキュベートした。よく洗浄した後、タン
パク質をSDS−PAGEのための試料緩衝液で溶離し、そして7%のゲル上で
分離した。32Pを含有するタンパク質をオートラジオグラフィーで可視化した。
in vitroリン酸化Jak2をゲルスライスから単離し、そしてホスホア
ミノ酸を発表された手順により決定した(Cooper ら、Methods Enzymol.99:387-40
2(1983))。
免疫沈降、SDS−PAGEおよびウェスタンブロット
細胞を収獲し、そして1mlの氷冷溶解緩衝液(50mM)Tris−HCl
(pH7.5)、150mMのNaCl、1%(v/v)のトリトンX−100
、100μMのバナジン酸ナトリウム、1mMのフェニルメチルスルホニルフル
オライド、および1mMのEDTAの中で20分間溶解した。リゼイトを4℃に
おいて30分間遠心することによって前清浄化した。上澄みを取り出し、そして
前免疫血清およびプロテインA−セファローズ(40μlの50%スラリー)と
1時間インキュベートした。次いで、表示した血清またはモノクローナル抗体を
添加し、そして4℃において1〜2時間インキュベートした。必要に応じて、プ
ロテインA−セファローズ(40μlの50%スラリー)を添加し、免疫沈降物
を1mlの冷い溶解緩衝液の中で3回洗浄し、ラメリ(Lamelli)試料緩
衝液10%(v/v)のグリセロール、1mMのDTT、1%(w/v)のSDS
、50mM MのTris−HCl(pH6.8)および0.002%(w/v
)のブロモフェノールブルーの中に再懸濁させ、そして7.5%のSDS−PA
GEに付した。次いで、ゲルをニトロセルロースに電気泳動的に移した。フィル
ターをブロット(TBSS中の5%の脱水乳、10mMのTris−HCl p
H7.6および137mMのNaCl)の中で2時間インキュベートし、次いで
関係する一次抗体の中で1時間インキュベートし、TBSSの中ですすぎ、そし
てセイヨウワサビペルオキシダーゼ(アマーシャム)またはアルカリ性ホスファ
ターゼ(プロメガ)結合抗マウスまたは抗ウサギの中で1時間インキュベートし
た。次いでフィルターを洗浄し、そしてECLTM(アマーシャム・ライフ・サイ
エンス)または5−ブロモ−4−クロロー3−インドリルホスフェート/ニトロ
ブルー四ナトリウムの検出に暴露した。ECL検出を引き続いてKodak X
AR−5フィルム上に記録した。100μg/mlのペプチドを4℃において1
時間インキュベートすることによって、合成ペプチドを使用する競合研究を実施
した
後、この混合物を細胞リゼイトに添加するか、またはウェスタンブロットのため
の溶液の中に希釈した。
実施例3 成長ホルモンレセプター関連チロシンキナーゼとしてのJak2の
同定
要約
成長ホルモンのレセプター(GHR)はチロシンキナーゼと複合体を形成し、
成長ホルモン(GH)による細胞内シグナリングにおいてリガンド活性化チロシ
ンキナーゼの掛かり合いを示唆する。ここで、われわれは、Jak2、すなわち
、非レセプターのチロシンキナーゼをGHR連合チロシンキナーゼとして同定す
る。免疫学的アプローチを使用して、Jak2とGHRとの間のGH依存性複合
体の形成、Jak2チロシンキナーゼ活性の活性化およびJak2およびGHR
の両方のチロシルリン酸化を確立した。ここにおいておよび実施例2に記載する
Jak2−GHRおよびJak2−エリトロポイエチンレセプターの相互作用は
、これらのリガンドに対する生理学的応答におけるチロシルリン酸化の役割につ
いての分子の基礎を提供し、従ってサイトカイン/造血反応のファミリーの構成
員の間の共有されたシグナリング機構を明らかにする。
序論
成長を促進しそして機構を調節する成長ホルモン(GH)の能力は多年にわた
って知られてきている(Cheek、D.B.およびHill、D.E.、¨Effect of growth hormo
ne on cell and somatic growth,¨、E.Knobli およびW.H.Sawyer、編、Handbook
of Physiolog y、Vol.4:159-185、ワシントン、DC(1974);Davidson、M.B.、Rev.8:11
5-131(1987))が、そのレセプターに結合するGHがその多様な応答を引き出す分
子の機構は謎のままであった。GHのシグナリングの機構の新しい洞察は、チロ
シンキナーゼ活性がGH処理した線維芽から調製されたGHレセプター(GHR
)との複合体の中に存在するという証明により提供された(Carter-Su.、
C.ら、J.Biol.Chem.264:18654-18661(1989);Stred、S.E. ら、Endocrinol.130:1626
-1636(1992);Wang、X.ら、J.Biol.Chem.267:17390-17396(1992))。多数のタンパ
ク質の急速なGH依存性チロシルリン酸化、微小管関連タンパク質キナーゼのチ
ロシルリン酸化、および微小管関連タンパク質キナーゼ活性の刺激、ならびにG
HR連合チロシンキナーゼのインヒビターによるこれらの作用の阻害を示す3T
3−F422A細胞における追加の研究(Campbell、G.S.ら、J.Biol.Chem.268:742
7-7434(1993))は、GHによるシグナリングにおけるGHR連合チロシンキナー
ゼのための中心をなす役割を示唆する。最近、非レセプターのチロシルリン酸化
された122kdのタンパク質がキナーゼ活性GH−GHR調製物において同定
された(Wang、X.ら、J.Biol.Chem.268:3573-3579(1993))。自己リン酸化はしばし
ば活性化されたキナーゼの発現であるので、この121kdのリンタンパク質は
GHR連合キナーゼであるということが仮定された。
この研究において、われわれはJak2、すなわち、130kdのチロシンキ
ナーゼ(Harpur、A.G.ら、Oncogene 7:1347-1553(1992))をGHR連合キナーゼとし
て同定する。Jak2はJak1、Jak2、およびTyk2を包含するチロシ
ンキナーゼの最近記載されたJanusファミリーの1構成員である。キナーゼ
ドメインを有することに加えて、これらのタンパク質は第2キナーゼ様ドメイン
の存在およびSrc相同性2(SH2)、SH3、および膜スパニングドメイン
の不存在により特徴づけられる(Wilks、A.F.ら、Mol.Cell.Biol.11:2057-2065(19
91);Firmbach-Kraft、I. ら、Oncogene 5:1329-1336(1990);Harpur、A.F. ら、Onc
ogene 7:1347-1553(1992))。ここで、われわれは、GHの結合はJak2とGH
Rとの関連、Jak2の活性化、およびJak2およびGHRの両方のチロシル
リン酸化を促進することを示す。GHRのシグナルのトランスダクション経路に
おいて初期のシグナリング分子としてのJak2の同定は、GHRによるシグナ
リングおよびJak2の機能の洞察を提供する。添付の実施例2に提示され
る研究はJak2がまたエリトロポイエチン(EPO)のレセプターと関連する
ことを示し、そして他のデータはサイトカイン/造血レセプターのファミリー(
インターロイキン[IL]−3のレセプター)、顆粒球−マクロファージのコロ
ニー刺激因子[GM−CSF]、顆粒球コロニー刺激因子[G−CSF]、およ
びプロラクチン)およびいっそう離れた関係にあるIFNγレセプターの少なく
とも4つの他の構成員がJak2を活性化することを示す(添付の実施例参照)
。従って、ここに示すJak2−GHRおよびJak2−EPOレセプターの相
互作用はこの大きいレセプターのスーパーファミリーの多数の構成員によりシグ
ナリングのためのプロトタイプとして働くするように思われる。
結果
GHはJak2のチロシルリン酸化を刺激する
GHR連合チロシンキナーゼの存在を確立する従来の研究(Carter-Su.、C.ら、J
.Biol.Chem.264:18654-18661(1989);Stred 、S.E. ら、Endocrinol.130:1626-163
6(1992);Wang、X. ら、J.Biol.Chem.268:3573-3579(1993);Campbell、G.S.ら、J.Bio
l.Chem.268:7427-7434(1993))に基づいて、GHR連合チロシンキナーゼは、第
1に、約120kdのタンパク質であること;第2に、GHに応答してチロシル
リン酸化されること;第3に、GHRとの複合体との複合体の中に存在すること
;そして、第4に、GHに応答して増加した活性を示すこと;が期待されるであ
ろう。
Jak2はGHR連合キナーゼであるために正しい大きさ(約130,000
のMr;実施例1参照)のチロシンキナーゼであり、従ってGHRに応答してリ
ン酸化されるその能力について試験した。GH処理した3T3−F442A線維
芽からの安定化タンパク質をJak2に対する抗血清(αJak2)で免疫沈降
させ、そして抗ホスホチロシン抗体(αPY)イムノブロットにより分析した。
細胞を0.5ng/ml〜500ng/mlまで(使用した標準の濃度)の10
倍増分の範囲の変化する生理的濃度のGHと0、0.5、5、50、および60
分間インキュベートした。
Jak2に適当なMr(約130,000)をもつタンパク質のGH依存性チ
ロシルリン酸化は、30秒程度に早い時間にそして5.0ng/ml(230p
M)程度に低いGHの生理的濃度において明瞭に明らかであった。リン酸化は一
時的であり、GHの添加後60分までに大きく減少した。130kdのリンタン
パク質はαJak2の免疫沈降物のαPY免疫芽細胞の中に検出された。この1
30kdのタンパク質の出現は、時間経過およびGH投与量の応答で、従来の研
究においてpp121と表示されたチロシルリン酸化タンパク質の全細胞リゼイ
トの中の出現に対応した(Campbell、G,S,ら、J.Biol.Chem.268:7427-7434(1993);W
ang、X. ら、J.Biol.Chem.268:3573-3579(1993))。これらの2つのチロシルリン酸
化の同一性は、チロシルリン酸化pp121およびJak2の細胞リゼイトにお
けるそれらの共移動およびαJak2で免疫沈降後の細胞リゼイトからのチロシ
ルリン酸化pp121の消耗により示唆される。
130kdのリンタンパク質はαJak2により特異的に沈降される。抗体を
作るために使用したペプチドで前吸着した、非免疫血清、無関係の免疫血清(α
G−LUT−1)、およびαJak2は、pp130を免疫沈降させることがで
きなかった。ネズミJak1からの類似のペプチドによるαJak2の前吸着(
実施例1参照)は、αJak2による130kdのリンタンパク質の沈降を妨害
しなかった。αJak2を使用するこれらの結果と対照的に、Jak1に対して
特異的な抗体(αJak1)およびTyk2に対して特異的な抗体(αTyk2
)による、それぞれ、3T3−F442AおよびIM−9細胞リゼイトの免疫沈
降は、それぞれのタイプの細胞の中のこれらのキナーゼの存在にかかわらず、約
130kdのタンパク質のGH依存性リン酸化をわずかに明らかにした(αJa
k1)か、または全く明らかにしなかった(αTyk2)。
3T3−F442A細胞からαJak2により沈降した130kdのタンパク
質のチロシルリン酸化は、GHにより特異的に増加した。リン酸化は血小板誘導
成長因子、表皮成長因子、またはインスリン様成長因子1により増加しなかった
。これらの成長因子はそれらのレセプターに固有のチロシンキナーゼ活性を刺激
し(Ulrich、A.およびSchlessinger、J.、Cell 61:203-212(1990)そして3T3−F
442A線維芽における多数のタンパク質のチロシルリン酸化を促進する(Campb
ell、G.S.ら、J.Biol.Chem.268:7427-7434(1993))。Jak2チロシルリン酸化を
刺激することができないことは、全細胞リゼイトにおけるpp121のチロシル
リン酸化を刺激するこれらの成長因子の従来報告された不能と一致する(Campbel
l、G.S.ら、J.Biol.Chem.268:7427-7434(1993))。
Jak2はGHレセプターと関連する
Jak2がGHRと複合体を形成するかどうかを決定するために、GH−GH
R複合体および関連したタンパク質を、GHに対する抗体(αGH)を使用して
、安定化しGH処理した3T3−F442Aから免疫沈降させた。αGH免疫沈
降物の中のJak2の存在はαJak2を使用するイムノブロッティングによる
か、またはαJak2を使用する免疫沈降およびαPYを使用するイムノブロッ
ティングにより評価した。αGHを使用して沈降した物質を分析したとき、αJ
ak2は130kdのタンパク質をイムノブロットし、そしてαJak2が認識
するタンパク質を共移動するチロシルリン酸化130kdのタンパク質を免疫沈
降させることが発見され、Jak2をGH−GHR複合体と連合することを示す
。αGH代わりに、GHRの細胞質または細胞外のドメインに対する抗体(αG
HR)を使用して初期の免疫沈降を実施したとき、細胞がGHとインキュベート
したときにのみ、αJak2は130kdのタンパク質を認識した。GH結合G
HRとの連合のためにαGHR沈降物の中のJak2の存在と一致して、細胞を
GHとインキュベートしなかったとき、か、または無関係の免疫血清
(αGLUT−1)を使用して免疫沈降を実施したとき、αGH免疫沈降物のα
Jak2イムノブロットの中にシグナルは検出されなかった。これらの結果は、
GHRとJak2との間の複合体の形成のために、GHのそのレセプターへの結
合が必要であるという証拠を提供する。
Jak2であると信じられる130kdのリンタンパク質に加えて、αPYイ
ムノブロットにより同定された約120kdの拡散的に移動するリンタンパク質
はαGH、αGHRにより沈降し、そしてαJak2によりより低い程度に沈降
する。GHRであるこの拡散のバンドと一致して、その大きさはこれらの細胞に
おいてGHRについて従来報告された大きさに相当し(Schwartz、J.およびCarter
-Su、Endocrinology 122:2247-2256(1988);Stred、S.E.ら、Endocrinol.130:1626-1
636(1992))、そしてそれはαGH免疫沈降物のウェスタンブロットにおけるαG
HRにより同定された、同様に拡散する約120kdのバンドと共移動する。細
胞をGHとインキュベートしたときにのみ、チロシル残基がαGHR免疫沈降物
の中に存在する、拡散の120kdのタンパク質の中のリン酸化されるという発
見は、GHRのチロシルリン酸化が、Jak2のチロシルリン酸化に似て、GH
依存性であるという証拠を提供する。Jak2およびGHRの両方がGHに応答
してチロシルリン酸化されるという追加の証拠は、より小さい(84kd)GH
Rを発現するトランスフェクションされたチャイニーズハムスター卵巣の細胞系
(CHO4)(Eminer、M.ら、Mol.Endocrinol.4:2014-2020(1990);Wang、X.ら、J.Bi
ol.Chem.268:3573-3579(1993))において、αGH、αGHR、およびαJak2
の免疫沈降物の中の130kdのタンパク質およびαGHおよびαGHRの免疫
沈降物の中の拡散的に移動する84kdのタンパク質のチロシルリン酸化がGH
依存性であるという発見により提供される。
Jakキナーゼ活性のGHによる刺激
従来の研究において、αGH沈降物をGH処理したCHO4するから調製する
とき、ATPの添加は130kdおよび84kdの両方のタンパク質のチロシル
リン酸化を生ずることが確立された(Wang、X.ら、J.Biol.Chem.268:3573-3579(199
3))。このin vitroキナーゼアッセイにおいてリン酸化された130k
dおよび84kdのタンパク質が、それぞれ、Jak2およびGHRであるかど
うかを決定するために、GH−GHR複合体および連合したタンパク質をGH処
理細胞および対照CHO4細胞からαGHにより沈降させ、[γ−32P]ATP
とインキュベートし、SDS、β−メルカプトエタノール、およびジチオスレイ
トール(DTT)を含有する緩衝液の中で沸騰させることによって解離させ、そ
してαJak2またはαGHRを使用して再沈降させた。この実験において、α
Jak2はJak2に適当な130kdの32P標識化タンパク質を沈降させるこ
とができ、そしてαGHRはGHRに適当な84kdの32P標識化タンパク質を
沈降させることができ、Jak2およびGHRの両方がin vitroキナー
ゼアッセイにおいて32Pを取り込むことができることを示した。
Jak2がGH依存性チロシンキナーゼとして機能することを評価するために
、Jak2をGH処理および対照の3T3−F442A細胞から、αJak2を
使用する直接の免疫沈降によるか、またはより高い精製度を可能とするために、
αPYおよび引き続いてαJak2を使用する順次の免疫沈降により、精製した
。αJak2免疫複合体を[γ−32P]ATPとインキュベートしたとき、Ja
k2に適当なMr(130,000)で移動する32P標識化タンパク質は、細胞
をGHとインキュベートしたときにのみ、検出され、GHによる活性化に対する
Jak2の絶妙な感度を示した。Jak2がリンをチロシル残基の中に取り込む
ことを評価するために、GH処理した3T3−F442A細胞から単離した32P
標識化130kdのタンパク質についてホスホアミノ酸分析を実施した。32Pは
ほとんどもっぱらチロシル残基の中に取り込まれることが発見され、Jak2が
GH感受性チロシンキナーゼであることと一致した。少量の32P(1%以下)が
αJak2免疫沈降物の中のスレオニン残基の中に取り込まれることは、Jak
2が混合した機能のスレオニン/セリン/チロシンキナーゼである可能性を残す
。
論考
GHRのためのシグナリング分子としてのJak2の同定
GH依存性GHR関連チロシンキナーゼとしてのJak2の同定は、GHRお
よびJak2の両方によるシグナルのトランスダクションのための重要な関係を
有する。GHRに関すると、Jak2はGHRと相互作用しそしてGHの結合に
応答して活性化されるシグナリング分子として同定される。GHに対するその感
受性およびGH添加後の急速な開始は、GHについて知られている最も感受性お
よび急速な応答の間でJak2のチロシルリン酸化を行う;Jak2の活性化は
GHのシグナルのトランスダクションの開始段階である。
チロシンキナーゼはGHに帰属されるものに類似する、代謝的応答(例えば、
インスリンレセプター)および分化(例えば、神経成長因子のレセプター)を包
含する、応答を引き出す(下記の文献により概観されている:Davidson、M.B.、Re
v.8:115-131(1987);Isaksson、O.G.P. ら、Endocrinol.Rev.8:426-438(1987);Levi
-Montaici、R.、Science 237:1154-1162(1987);Kaplan、D.R.、ら、Science 252:554
-558(1991))。従って、Jak2はGHに対する既知の応答を引き出すとき重要
な役割を演ずる。これに一致して、GHの結合以外の生物学的機能は、低いレベ
ルのGHR連合チロシンキナーゼ活性を有する細胞(例えば、COS-7およびマウスL細
胞;Leung、D.W. ら、Nature 330:537-543(1987);Wang、X. ら、J.Biol.Chem.267:173
90-17396(1992))において発現されたGHRについて報告されていない。対照的
に、種々の生物学的機能(例えば、RIN5−AH細胞におけるインスリ
ンの合成およびチャイニーズハムスター卵巣細胞におけるタンパク質の合成、微
小管関連タンパク質キナーゼ活性、c−fos遺伝子の発現、および脂質の合成)
は、合理的に高いレベルのGHR連合キナーゼ活性を有する細胞においてクロー
ニングされた肝臓GHRが発現されるとき、GHの結合により活性化されること
ができる(Bitlestrup、N.ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:7210-7214(1990);Emine
r、M.ら、Mol.Endocrinol.4:2014-2020(1990);Moller、C.、Aspects of the Mechan
ism of Growth Hormone Actio n、Ph.D.Thesis、Karolinska Institute、NO-VUM、Hu
ddinge、Sweden(1992)、pp.1-9;Wang、X.ら、J.Biol.Chem.267:17390-17396(1992);M
oller、C.ら、J.Biol.Chem.267:23403-23408(1992)).
さらに、3T3−F442A細胞において、多数のタンパク質はチロシルリン
酸化のGH依存性増加を示す。これらのリン酸化のために要求されるJak2の
活性化に一致して、Jak2/pp121のチロシルリン酸化は、試験されたす
べての濃度において、GH依存性チロシルリン酸化を示すすべてのタンパク質の
チロシルリン酸化と同時であるか、またはそれに先行する(この研究およびCamp
bell、G.S. ら、J.Biol.Chem.268:7427-7434(1993))。
Jak2は他のタンパク質をリン酸化することによってGHRのためのシグナ
リング分子として働く。2つのタンパク質はJak2の基質として同定された:
Jak2それ自体およびGHR。
トランケートGHRを使用する研究は、GHRの細胞質ドメインにおいて、膜
に最も近位の4チロシル残基のうちの少なくとも1つはGHに応答してリン酸化
される。4チロシンのうちのどれがJak2によりリン酸化されるかを同定する
ために、ならびに、また、リン酸化されるうるGHRのC−末端部分におけるチ
ロシンを同定するために、研究が行われている。Jak2およびGHRにおいて
リン酸化されたチロシンの同一性および数を決定することは重要である。なぜな
ら、これらの部位は細胞間のシグナリング経路におけるSH2を含有するタンパ
ク質(例えば、ホスホリパーゼC−γ、p85ホスファチジルイノシトール−3
キナーゼ、およびGTPアーゼ活性化タンパク質;Koch、A.A.ら、Science 252:6
68-674(1991))のための結合部位であるように思われるからである。リン酸化さ
れたJak2に結合するSH2含有タンパク質を包含するシグナリング経路はJ
ak2を活性化するすべてのリガンドにより共有されることが期待されるであろ
うが、GHRの中のリン酸化されたチロシル残基に結合するSH2含有タンパク
質は、2以上のレセプターにサービスする見掛けの能力をもつキナーゼ(すなわ
ち、Jak2)を利用するシグナリング機構に特異性を提供することができるで
あろう(下を参照)。
Jak2は、また、EPOのそのレセプターへの結合後、活性化されることが
示された(実施例2)。他のデータは、IL−3、GM−CSF、G−CSF、
IFNγ、およびプロラクチンが、また、Jak2を活性化することを示す(実
施例1参照)。従って、Jak2はサイトカイン/造血レセプターのファミリー
の多数の構成員のためのキナーゼとして働く。各リガンドは別々の型の応答を引
き出すので、キナーゼ活性単独は特異性を説明することができない。前述したよ
うに、レセプターのリン酸化に依存する1組の応答は、特異性を提供することが
できるであろう。さらに、特異性は多数のシグナリング経路の間の相互作用によ
るか、または特定の細胞のタイプにおけるただ1つのレセプターのタイプの発現
により得ることができるであろう。この後者の機構は、適当なレセプターからの
cDNAで感染したIL−3依存性細胞の増殖を剌激するGH、G−CSF、お
よびEPOの能力により示唆される(Fukunaga、R.ら、EMBO J.10:2855-2865(1991)
;Isizaka-Ikeda、E. ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:123-127(1993);Yoshimura、
A.ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:4139-4143(1990))。
Jak2の活性化の属性の共有は、Jak2連結レセプターに結合するリガン
ドにより活性化される共有される経路が存在することを示唆する。IFNγによ
り開始される経路は、GHによる遺伝子の調節の洞察を獲得するために特に重要
である。IFNγに応答して、ISGF−3(IFN剌激された遺伝子の因子3)
複合体の91kdのタンパク質はチロシルリン酸化を行い、次いで核に転座し、
ここでそれはDNAにγ活性化された部位において結合する(Shuai、K.ら、Scie
nce 258:1808-1812(1992))。GHに応答してリン酸化された90kdのタンパク
質(Campbell、G.S.ら、J.Biol.Chem.268:7427-7434(1993))のISGF−3複合体
の91kdのタンパク質またはファミリーの構成員として同定は、GHが遺伝子
の転写に対していくつかの作用を引き出すことができる1つの経路を包含するで
あろう。
GHによるJak2の活性化
GHがJak2を活性化する正確な機構はまだ知られていない。外因性基質(
ポリGlu、Tyr)を使用する初期の研究は、GHRを対照細胞からよりもG
H処理した細胞から調製するとき、より多いチロシンキナーゼ活性がGHRとの
複合体の中に存在することを確立した(Stred、S.E.ら、Endocrinol.130:1626-163
6(1992))。この研究は、キナーゼ活性のこのGH誘導増加がJak2に対するG
HRのアフィニティーの増加およびJak2活性の増加の両方から生ずることを
示す。Jak2はGHRに直接結合するように思われる。なぜなら、αPYおよ
び次いでαGHRまたはαGHを使用する順次の免疫沈降により、高度に精製さ
れたキナーゼ活性GH−GHR複合体をGH処理35S標識化3T3−F442A
線維芽から単離したとき、Jak2およびGHRに適当な大きさで移動する2つ
のみのタンパク質が可視化されるからである(Stred、S.E.ら、Endocrinol.130:16
26-1636(19992))。細胞のタンパク質のGH誘導チロシルリン酸化がGHRの二
量体化を必要とするように思われるので、GHがJak2とGHRとの連合およ
びJak2の活性化を促進する機構はGHRの二量体化を必要とするようである
(Sliva、C.M.ら、Endocrinol.32:101-108(1993))。Jak2を介する
シグナリングにおけるレセプターの二量体化のための重要な役割は、実施例2に
記載するEPOレセプターの二量体化へのJak2の活性化の研究によりさらに
示唆される。
ここに報告する結果は、GHRによるGHの結合がJak2に結合できるリガ
ンド結合GHR二量体の形成を生ずるという証拠を提供する。Jak2のレクル
ートメントha、GH−GHR−Jak2複合体の形成、Jak2チロシンキナ
ーゼ活性の刺激、およびJak2、GHRおよび多分他のタンパク質のチロシル
リン酸化に導く。活性化されたJak2がGHRとの複合体の中にのみ存在する
か、またはGHRおよびGHRから物理的に離れているリン酸化タンパク質から
解離することができるかどうかは現在研究されている。また、GHRがJak2
以外の、またはそれに加えた、キナーゼとの複合体を形成できる可能性は研究中
である。明らかな候補のキナーゼはJakファミリーの他の構成員を包含する。
それぞれ、3T3−F442AおよびIM−9細胞において、Jak1およびJ
ak2はJak2と同じ程度にGHRと連合するように思われない。しかしなが
ら、それらまたは他のまだ同定されていないJakキナーゼは他のタイプ細胞に
おいて、または異なる生理学的条件下にそのようになすことができる。
要約すると、ここに提示する実験は、実施例2に提示するEPOのレセプター
およびIL−3、GM−CSF、G−CSF、プロラクチン、およびIFNγの
他のレセプター(実施例1参照)についての同様な発見と組み合わせて、Jak
2−レセプターの複合体を包含する機構によるGHおよびEPOによるJak2
キナーゼ活性の活性化がサイトカイン/造血ファミリーのレセプターの多数の構
成員によるシグナリングのプロトタイプであることを示す。GHRが重要な初期
のシグナリング分子をサイトカイン/造血レセプターのファミリーの他の構成員
と共有するという発見は、GH、IL−3、EPO、プロラクチン、GM−CS
F、G−CSFおよびIFNγが多少のシグナリング経路を共有する
ようであることを示す。各レセプターのリン酸化は各リガンドにユニークなシグ
ナリングの能力を提供するので、特異性はなお達成可能である。個々のレセプタ
ーの変動する発現、異なる細胞のタイプにおけるすべての可能なシグナリング経
路の1サブセットのみの潜在的存在、および他の刺激によるこれらの経路におけ
るシグナリング分子の調節は、追加のレベルの特異性を可能とする。この発見は
GHならびにこれらの他のサイトカインの新しい作用の同定に導く。
実験手順
材料
3τ3−F442AおよびCHO4細胞のストックは、それぞれ、H.グリー
ン(Green)(ハーバード大学、マサチュセッツ州ケンブリッジ)およびG
.ノーステッド(Norstedt)(カロリンスカ研究所[Karonlinska Insti
tute]、スウェーデン国ノブム)から提供された。組換えヒトGH(hGH)は
、エリ・リリイ(Eli Lilly)により提供された。血小板誘導成長因子
(組換えヒトBB)および組換え表皮成長因子は、コラボレイティブ・リサーチ
(Collaborative Research)から入手した。組換えインスリン様成長因子1は、K
abl/ファーマシアから提供された。トリトンX−100(SUPFACT−
AMPS X−100)はピアース・ケミカル・カンパニー(Pierce Chemical C
ompany)から、アプロチニンおよびロイペプシンはベーリンガー・マンヘイム(BO
EHRINGER MANNHEIM)から、組換えプロテインA−アガロースはREPLIGAN
から、[γ−17P]ATP(6000Cl/mmol)はニュー・イングランド
・ニュークリアー・コーポレーション(New England Nuclear Corporation)から
、そして増強化学発光検出システムはアマーシャム・コーポレーション(Amaersh
am Corporation)から入手した。
抗体
αGH(NIDDK−抗hGH−1C3、ロットC11981)は、糖尿病お
よび消化性および腎性疾患のナショナル・インスチチュート(National Institut
e of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases)/ナショナル・ホルモン・
アンド・ピチュイタリー・プログラム(National Hormone and Pituitary Progra
m)、マリイランド大学およびスクール・オブ・メディシン(School of Medicine
)(バルチモア)から入手した。αPY−ShaferはJ.A.シェイファー
(Shafer)(Merck、Sharp、and Dohme Research Laboratory、ペンシルベニ
ア州ウェストポ イント;Pang、D.T.ら、Arch.Biochem.Biophys.242:176-186(19
85))により提供され、そしてαPY−41G10はUBIから購入した。αJa
k2はネズミJak2のドメイン1および2の間のヒンジ領域(アミノ酸758
−776(配列番号:5);実施例1参照)に相当する合成ペプチドに対してウ
サギにおいて調製した。αJak1はネズミJak1における対応する領域(ア
ミノ酸786−804;実施例1参照)に対する合成ペプチドに対して調製した
。1つのαGHR(αGHR−C1)はクローニングしたマウス肝臓GHRの細
胞質ドメインに融合したグルタチオン−S−トランスフェラーゼから構成された
融合タンパク質に対してウサギにおいて調製し、そして固定化GHR細胞質ドメ
インを使用してアフィニティー精製した。第2αGHR(αGHRP−ポリ)は
、W.R.バウムバッチ(Baumbach)博士(アメリカン・サイアナミド
[American Cyanamido)、ニュージャージイ州プリンセトン
)から贈呈され、大腸菌(Escherichia coli)の中で生産され
た組換えラットGH結合タンパク質を使用してウサギにおいて生産した(Sadeghi、
H.ら、Mol.Endocrinol.4:1799-1805(1990))。αTyk2はJ.J.クロレウ
スキー(Krolewuski)博士(コロンビア大学、ニューヨーク)から贈
呈された。αGLUT−1はヒト赤血球から精製したバンド4.5を使用
してウサギにおいて調製した。それはヒトおよび齧歯類の両方のGLUT−1を
認識する(Tal、P.-K、ら、J.Biol.Chem.265:21828-21834(1990))。
免疫沈降およびウェスタンブロッティング
細胞をコンフルエンスに増殖させ、そして従来記載されたように血清を一夜除
去した(Wang、X.ら、J.Biol.Chem.268:3573-3579(1993))。細胞を示した時間の間
ホルモンまたは成長因子と示されるように37℃において95%の空気、5%の
CO2の中でインキュベートし、氷冷10mMのリン酸ナトリウム(pH7.4
)、137mMのNaCl、1mMのNa3VO4の3回の交換ですすぎ、そして
氷上の溶解緩衝液(50mMのTris(pH7.5)、0.1%のトリトンX
−100、137mMのNaCl、2mMのEGTA、1mMのNa3VO4、1
mMのフェニルメチルスルホニルフルオライド、10μg/mlのアプロチニン
、および10μg/mlのロイペプチン)の中にすり落として入れた。細胞リゼ
イトを12,000×gで10分間遠心し、そして生ずる上澄みを氷上で示した
抗体と90分間インキュベートした。免疫複合体をプロテインA−アガロース上
に30〜60分間に集め、8℃においてインキュベートし、洗浄緩衝液(50m
MのTris(pH7.5)、0.1%のトリトンX−100、137mMのN
aCl、2mMのEGTA)で3回洗浄し、そして溶解緩衝液および(250m
MのTris[pH6.8]、10%のSDS、10%のβ−メルカプトエタノ
ール、40%のグリセロール)の混合物の中で5分間沸騰させた。未分画のリゼ
イトをTris、SDS、β−メルカプトエタノール、およびグリセロールの同
一の最終濃度にし、そして5分間沸騰させた。免疫沈降物およびリゼイトをSD
S−PAGEに付し、次いで増強化学発光検出システムにより示した抗体(1:
1000〜1:5000希釈物を使用した)を使用してウェスタンブロット分析
した(Campbell、G.S.ら、J.Biol.Chem.268:74
27−7434(1993))。いくつかの実験において、タンパク質を免
疫複合体から解離させ、次いで再免疫沈降させた後、ウェスタンブロットにより
分析した。
免疫複合体の解離および再免疫沈降
最初の免疫沈降からの免疫複合体を1回50mMのTris、137mMのN
aCl(pH7.5)で洗浄し、等しい体積の2×濃ストックの付加により0.
75%のSDS、2%のβ−メルカプトエタノール、100mMのDTT、10
0μg/mlのアプロチニン、および100μg/mlのロイペプチンの最終濃
度にし、次いで5分間沸騰させた。
溶離したタンパク質を10倍に溶解緩衝液で希釈した。一部分を取り出し、S
DS−PAGEの試料緩衝液と混合(80:20)し、そして5分間沸騰させた
。残りの試料を氷上で第2抗血清と60〜90分間、そしてプロテインA−アガ
ロースと8℃において1時間インキュベートした。免疫複合体を3回溶解緩衝液
で洗浄し、そして洗浄緩衝液およびSDS−PAGEの試料緩衝液の混合物(8
0:20)の中で5分間沸騰させた。
キナーゼアッセイのための免疫沈降
血清欠乏細胞を25℃において30ng/mlのhGHto60分間インキュ
ベートした。比較的長いインキュベーション期間、低いGH濃度、および低い温
度を使用して、キナーゼアッセイの間のpp130の中への32Pのin vit
ro取り込みを最大にした。細胞をリン酸塩緩衝生理食塩水で洗浄し、25mM
のHEPES、2mMのNa2CO4,0.1%のトリトンX−100、0.5m
MのDTT、1mMのフェニルメチルスルホニルフルオライド、10μg/ml
のアプロチニン、10μg/mlのロイペプチン(pH7.4)(HVT)の中
で可溶化し、そして4℃において200,000×gで1時間遠心した。可溶性
タンパク質を氷上でαGH(1:10,000の希釈)、αPY−Shafer
(5μg/細胞のプレート)、またはαJak2(1:1,500の希釈)
と1時間インキュベートした(Carter-Su.、C.ら、J.Biol.Chem.264:18654-18661(1
989))。プロテインA−アガロースをさらに1時間の間8℃においてに添加した
。免疫複合体を3回50mMのHEPES、150mMのNaCl、0.1%の
トリトンX−100、0.5mMのDTT(pH7.6)(NHT)で洗浄し、
次いで1回50mMのHEPES、100mMのNaCl、6.25mMのMn
Cl3,0.1%のトリトンX−100、0.5mMのDTT(pH7.6)(
HNMT)で洗浄した。
αPYおよびαJak2を使用する順次の免疫沈降
αPY−プロテインA−アガロース複合体上に固定化したタンパク質を小さい
プラスチックカラムに移し、そして5分間HNMT(溶離緩衝液)中の10mM
のp−ニトロフェニルホスフェート、20μg/mlのアプロチニン、20μg
/mlのロイペプチンと平衡化させた。次いでリンタンパク質を180μlの溶
離緩衝液で溶離し、αJak2(1:200希釈)を添加し、そしてこの混合物
を氷上で1時間インキュベートした。プロテインA−アガロースおよび0.7m
lの20pg/mlのアプロチニン、20μg/mlのロイペプチンを含有する
HNMT(リン酸化緩衝液)を添加し、そしてインキュベーションを6℃におい
て1時間続けた。免疫複合体を3回NHTで洗浄し、そして1回リン酸化緩衝液
で洗浄した。
in vitroキナーゼアッセイおよびホスホアミノ酸分析
αJak2またはαGH上に固定化されたタンパク質を95μlのリン酸化緩
衝液と混合した。次いで[γ32P]ATPを添加して最終濃度を10μMのAT
Pおよび5mMのMnCl2とした。30℃において10分後、NHT中の10
mMのEDTAの添加により反応を停止させた。免疫複合体を3回NHTで洗浄
し、そして1回リン酸化緩衝液で洗浄した。32P標識化タンパク質を第2免疫沈
降に付すか、またはSDS−PAGE試料緩衝液の中で5分間沸騰させ、
SDS−PAGEにより分離し、そしてオートラジオグラフィーにより可視化し
た。制限した酸加水分解によりハンターおよびセルトンの方法(Hunter、T.および
Selton、B.M.、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 77:1311-1315(1980))の変更を使用して、
従来記載されたように(Carter-Su.、C.ら、J.Biol.Chem.264:18654-18661(1989);S
tred、S.E. ら、Endocrinol.127:2506-2516(1990);Wang、X. ら、J.Biol.Chem.267:
17390-17396(1992))、リン酸化タンパク質のホスホアミノ酸含量を決定した。
SDS−PAGEおよびデンシトメトリー
従来記載されたように3%〜10%の勾配のゲル(30:0.05アクリルア
ミド:ビスアクリルアミド)上のSDS−PAGEにより、タンパク質を分離し
た(Carter-Su.、C.ら、J.Biol.Chem.264:18654-18661(1989))。アップル(App
le)IIEコンピューターに取り付けられたバイオーメド・インスツルメンツ
(Bio−Med Instruments)レーザー走査デンシトメーター(
Bio−Med Instruments VIDEOPHORESIS II
データ分析コンピュータープログラム)を使用して、デンシトメトリーを実施
した。
実施例4 タンパク質チロシンキナーゼJak2によるインターフェロン−γの
シグナル・トランスダクションの経路における突然変異細胞系の欠失
の相補性
要約
細胞表面のマーカーCD2をインターフェロン誘導可能な9−27遺伝子プロ
モーターの制御下に配置し、そしてヒトHT1080細胞の中に導入した。イン
ターフェロン−α、−βおよび−γに対するCD2のすぐれた応答を示す細胞の
クローンを選択し、そして突然変異誘発した細胞のプールをインターフェロン−
γに応答するCD2およびクラスIのHLAの欠陥細胞表面の発現についてスク
リーニングした。異なる相補性グループにおける突然変異体を単離した。突然変
異体γ−1は試験したすべてのインターフェロン−γ誘導可能な遺伝子の誘導を
欠失しているが、インターフェロン−αおよび−βに対する正常の応答を保持す
る。タンパク質チロシンキナーゼJak2を使用する突然変異体γ−1のトラン
スフェクションは、野生型表現型を回復した。インターフェロン−γに対する一
次応答におけるJak2の役割は示された。
序論
インターフェロン(IFN)は細胞に抗ウイルス状態を付与し、そして細胞の
増殖および機能の両方に影響を与えることができる(Pestka、S.ら、Annu.Rev.Bioc
hem.56:727-777(1987))。ヒトIFNの3つの一次抗原型が存在する:アルファ
(α)、ベータ(β)およびガンマ(γ)。IFNs−αβおよびIFN−γに
よる遺伝子の誘導は別々のレセプターを通してなされる。小さいIFN−β特異
的レセプターの存在は排除することができず(Pellegrini、S.ら、Mol.Cell.Biol.9
:4605-4612(1989))そしてIFN−αサブタイプの多様性はこれらとIFN−α
βの1または2以上のレセプターとの相互作用が複雑であろうであることを示す
。
IFN−αβおよびIFN−γの両方のシグナル・トランスダクションの経路
に影響を与える突然変異体の単離は、共通の因子が関係することを示した(John、
J,ら、Mol.Cell.Biol.11:4189-4195(1991);McKendry、R、ら、Proc.Natl.Acad.Sci.
USA 88:11455-11459(1991))。1つのこのような因子(p91、以下および実施
例4)は最近同定された(Schidler、C.、ら、Science 258;1808-1812(1992);Shuai
、K、ら、Science 258;1808-1812(1992)。IFN−結合成分は両方の一次レセプ
ターについてクローニングされた(Aguet、M.、ら、Cell 55:273-280(1988);Uze、G.、
ら、Cell 60:225-234(1990))。シグナル・トランスダクションのサブユニットは
なお単離すべきであるが、IFNs−αおよび−βに応答して活性化された、一
次転写因子ISGF3のp48、p84、p91およびp113のポリペプチド
成分
はクローニングされ、そして特性決定された(Veals、S.A.ら、Mol.Cell.Biol.12:
3315-3324(1992);Sch1ndler、C.ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:7836-7839(1992)
;;Schindler、C.ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:7840-7843(1992))。IFN−
αに応答するp91、p84およびp113およびIFN−γに応答するp91
およびp84のチロシンへの急速なリン酸化が存在する(Shuai、K.ら、Science
258;1808-1812(1992))。さらに、主としてIFN−αβ応答性6−16遺伝子プ
ロモーターの制御下に薬物選択可能なマーカーを発現する細胞から単離された突
然変異体U1A(11.1)の相補性は、IFN−αβ応答経路におけるタンパ
ク質チロシンキナーゼTyk2のための役割を明らかにした(Velazquez、L.、ら
、Cell 70:313-322(1992))。ここで、別の選択技術を使用して、タンパク質チロ
シンキナーゼの同一ファミリーの他の構成員である、Jak2によるIFN−γ
における突然変異体の相補性(Wilks、A.F.ら、Mol.Cell.Biol.11:2057-2065(1991
);Harpur、A.G.ら、Oncogene 7:1347-1353(1992);Firmbach-Kraftら、Oncogene 5
:1329-1336(19990); 実施例1)が報告された。
結果
9−27遺伝子プロモーターはIFN−γならびにIFNs−αおよび−βに
より誘導可能である(Reid、L.E.ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:840-844(1989))
。このプロモーターからの有意な構成的発現は薬物選択のプロトコールを妨げた
。従って、9−27プロモーターの制御下に単純細胞表面のマーカーCD2(通
常T細胞上でのみ発現される)を発現する細胞のクローン(2C4)を誘導し、
そして蛍光活性化細胞のソーター(FACS)を使用してIFN−γの誘導能力
の喪失または獲得についてスクリーニングした。また、内因性クラスIおよびI
IのHLAのIFN誘導可能な発現が挙げられる。2C4細胞において、IFN
−γによりすべての3つの抗原およびIFN−αによるCD2およびクラスIの
すぐれた誘導が観察された。
突然変異体γ−1は2C4の突然変異誘発および数ラウンドの選別により単離
された。シス突然変異体よりむしろトランスの単離および二次IFN−γ応答経
路よりむしろ一次の単離を増強するために、最後の2つの選別をCD2およびク
ラスIについて実施した。突然変異体γ−1はIFN−γに対する応答を欠失し
ていたが、IFN−αまたはIFN−βに対しては欠失していなかった。しかし
ながら、ネズミJak2発現構成体(実施例1)を使用するこの突然変異体のト
ランスフェクションは、トランスフェクション体の濃縮した集団およびクローン
におけるすべての3つの細胞表面のマーカーのIFN−γの応答を回復した。ネ
ズミJak1を使用するトランスフェクションは、同一構成体において、無効で
あった。
IFN−γ誘導可能なmRNAのスペクトルの発現を、また、RNアーゼの保
護によりモニターした。試験したすべての8つのIFN誘導可能なmRNAにつ
いて、陽性のIFN−αの応答(IRF1およびGBPについて最小)は2C4
、突然変異体γ−1およびγ−1/Jak2トランスフェクション体について同
一であったが、IFN−γについて、2C4において観察された応答はγ−1に
おいて喪失したが、γ−1/Jak2トランスフェクション体において回復した
。ガンマ活性化配列(GAS)のモチーフはp91によるGBPおよびIRF1
遺伝子の一次のIFN−γの応答を伝達するとして同定された(参照、実施例1;
Decker、T.、ら、EMBOJ.10:927-932(1991);Kanno、Y.、ら、Mol.Cell.Biol.13:3951-3
963(1993))。試験した遺伝子の残りの一次のIFN−γの応答を支配するDN
A要素/因子を、なお厳密に確立しなくてはならない。しかしながら、試験した
遺伝子のすべてが影響を受けるという事実は、一次のIFN−γの応答経路にあ
る突然変異体γ−1における欠陥と一致する。
すべての場合において、IFN−γの応答はJak2により回復され、そして
野生型2C4およびγ−1/Jak2トランスフェクション体についての投与量
応答曲線は本質的に同一であった:明瞭な応答が10IU/mlにおいて見られ
、そして100IU/mlにおける最大の応答に近づいた。IFN−γの回復は
機能的Tyk2発現のクローンを使用するγ−1細胞のトランスフェクションで
観察されずそして、逆の実験において、Jak2はU1突然変異体においてTy
k2における欠陥を補足しなかった。
野生型に匹敵するレベルがJak1およびTyk2の場合のように、ウェスタ
ン転移で観察されたので、突然変異体γ−1細胞における欠陥はJak2タンパ
ク質の不存在を反映しない。Jak2を免疫沈降させそしてウェスタン転移をプ
ロービングするために使用した抗ペプチド抗体はJak1とJak2とを区別す
るように設計し、そしてJak2に対して高い特異性を有する(実施例1〜2参
照)。従って、γ−1における突然変異はJak2の機能に影響を与えるが、そ
の生産に影響を与えない点または他の突然変異を反映することができる。また、
突然変異は上流の成分であることができ、この成分は、1つの突然変異されると
、正常のレベルの内因性ヒトJak2と生産的に相互作用することができないが
、高いレベル(実施例5参照)のトランスフェクションされたネズミJak2に
よりレスキューされる。
関係する突然変異の正確な特質を確認することができる前に、実質的な追加の
研究を必要とするであろう。しかしながら、突然変異体γ−1における欠陥は、
IFN−γのそのレセプターへの結合に明らかな主要な作用を与えない。本質的
に同一の結合は、野生型2C4および突然変異体γ−1の細胞を使用して再現的
に観察された。これは突然変異U1A(もとのコード11.1)を使用する状況
と対照的であり、ここでTyk2における欠陥はIFN−αについての高いアフ
ィニティーのレセプターの結合の喪失を生ずる(Pellegrini、S.ら、Mol.Cell.Biol
.9:4605-4612(1989))。この欠陥が、それぞれ、U1Aおよびγ−1におけるJ
ak2タンパク質ではなくTyk2の不存在を反映するか、または2つのキナ
ーゼのそれらのそれぞれのレセプターの複合体との推定上の相互作用のいっそう
基本的な差を反映するかどうかを決定することは興味あることであろう。Jak
2タンパク質は、Tyk2と同様に、野生型細胞におけるIFNsγまたは−α
に応答して有意に誘導されるように思われない。
論考
ここで、試験したすべての遺伝子のIFN−γの応答を欠如する、突然変異の
ヒト細胞系はネズミJak2により補足されることが示された。実施例5は下記
の事実を示す:(1)突然変異体γ−1における欠陥は一次応答の経路において
初期であるという直接の証拠;(2)Jak2はIFN−γに応答してチロシン
上で急速にリン酸化される;そして(3)突然変異の細胞ではなく、野生型にお
いて、IFN−γに応答するJak2の急速な活性化および(自己)リン酸化と
一致する結果。
γ−1における突然変異の正確な特質に無関係に、これらのデータは一次のI
FN−γの応答におけるJak2の必須の役割を示す。IFN−γの応答経路に
おける追加の相補性のグループにおけるJak2に対する抗体および突然変異体
の入手可能性は、この応答に関係する成分の数および特質の決定において無価値
であることを証明するであろう。
方法および材料
野生型2C4、突然変異体γ−1細胞およびネズミJak1cDNA発現構成
体で安定にトランスフェクションされた突然変異体γ−1細胞上のIFNs−α
または−γに応答するトランスフェクションされたCD2および内因性クラスI
およびIIのHLAの細胞表面の発現。濃縮された集団およびγ−1/Jak2
トランスフェクション体のクローンについてFACSCAN(BECTON D
ICKINSON)分析装置(3000データ点、Consort 30)を使
用してデータを発生させた。細胞を5×105/10cm皿にプレートし、そ
して次の日に103IU/mlの高度に精製したα−IFNsの混合物(WEL
LFERON 1.5×108IU/mgのタンパク質、WELLCOME R
ESEARCH LABORATORIESにより供給された、Beckenh
am、英国)または組換えヒトIFN−γ(4×107IU/mgのタンパク質
、Gunter Adolf博士から入手した、Ernst Boehring
er Institut fur Arzneimittelforschun
g、オーストリア国ヴィエンナ、そして商業的にまたは容易に入手可能である)
で処理した。
細胞(106)を30分間0℃においてヒトCD2に対するR−フィコエリス
リン接合ネズミモノクローナル抗体(DAKO−CD2 MT910、DAKO
A/S デンマーク国)またはHLA DRA(クローンL243、Bect
on Dickinson)、またはヒトHLA ABCに対するFITC−接
合ネズミモノクローナル抗体(共有決定因子、クローンW6/32、SERAL
AB、英国)で染色し、そして1%のパラホルムアルデヒドで固定した。クロー
ン2C4を、ヒトHT1080細胞の安定な共トランスフェクションにより、G
418耐性クローンのpDW9−27/CD2およびpTKNcoおよびFAC
SCAN分析を使用して誘導した。pDW9−27D2はPJ3オメガの修飾で
あり(Morgaenstern、J.P.、Nucl.Acids Res.18:1068(1990))この修飾においてSV
40プロモーターは9−27遺伝子の1.8kbのHindIII−BspMI
Iプロモーター断片で置換されておりそして前記修飾はポリリンカーのEcoR
I部位に全長のCD2cDNA(Sewel、W.A.、ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 83:871
8-8722(1986))を有する。
ICR191を使用する突然変異誘発(5ラウンド)は従来記載された(McKen
dry、R、ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88:11455-11459(1991))。FACSRAR
Plus細胞ソーター(Becton Dickinson)を使用して、
IFN−γに対して応答しない細胞を「選択」した。5×107の突然変異誘発
させた細胞を500IU/mlの組換えヒトIFN−γで48時間処理し、再懸
濁させ、そしてフィコエリスリン接合したCD2に対する抗体および(最後の2
回の選別)FITC接合したHLAクラスIに対する抗体(上を参照)で染色し
、そして直ちに選別した。蛍光を発する細胞の下部5%を集めた。
6ラウンドの選別後、クローンγ−1を濃縮集団の限界希釈により単離した。
それは従来記載された他のIFN−γ突然変異体と区別される新規なIFN−γ-
−α+−β+表現型を示した(Loh、J.E.、ら、EMBO J.11:1351-1363(1992);Mao、c.
、ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:2880-2884(1993))。この表現型は少なくとも
3カ月間連続的培養に対して安定であった。
突然変異体γ−1は、プロマイシン選択可能なマーカーのプラスミドの存在に
おいて、pRK5の中のCMVプロモーターから下流のネズミJak2の全長の
cDNAでトランスフェクションすることによって補足された。安定なトランス
フェクション体のプロマイシン耐性集団を組換えIFN−γで処理し、FACS
選別し、そして応答細胞の上部7%を集めそして分析した。濃縮した集団の限界
希釈により得られた、γ−1/Jak2トランスフェクションされた細胞のクロ
ーンを、また、分析し、それについてIFN−γ応答の完全な回復が観察された
。
野生型2C4、突然変異体γ−1および突然変異体γ−1/Jak2でトラン
スフェクションされた細胞におけるIFN誘導可能な遺伝子の発現:IFNs−
αまたは−γに応答するmRNAの発現を、下記のIFN誘導可能なmRNAを
検出するためのプローブを使用して、RNアーゼ保護によりモニターした:9−
27、6−16、2−5AおよびISGF3γ遺伝子およびp91/84ISG
F3γ遺伝子のp91およびp84の交互にスプライスされた生成物およびIR
F1およびGBP遺伝子。γ−アクチンmRNAの保護は内部の負荷の対照とし
て働いた。細胞質RNAを単層細胞からNP40溶解およびフェノール/クロロ
ホルムの抽出により調製した(Porter、A.C.G.、ら、EMBO J.7:85-95(1988))。RN
アーゼの保護は2〜5×108cpm/μgのインプットDNAに32P UTP
で標識化したRNAプローブを使用して実施した(Melton、D.A.、ら、Nucl,Acids
Res.12:7035-7056(1984)).1〜3×105cpmの各プローブおよび10μgの
RNAを各アッセイにおいて使用した。
野生型2C4、突然変異体γ−1細胞およびネズミJak2でトランスフェク
ションされた突然変異体γ−1細胞(γ−1Jak2tr)の中のJak2の発
現:Jak2タンパク質を前清浄した細胞抽出物(107細胞)からJak2に
対する抗血清(実施例1)およびプロテインAセファローズ(PHARMACIA;John、J.
ら、Mol.Cell.Biol.11:4189-4195(1991))で免疫沈降させ、そしてSDS−PAG
EおよびJak2に対する抗体を使用するウェスタン転移およびECL検出シス
テム(Amersham International、英国)により分析した
。突然変異体γ−1について、細胞抽出物の免疫沈降は抗血清をレイズさせたJ
ak2ペプチド(Jak2pept)、または、非特異的対照として、無関係の
Jak1ペプチド(Jak1)の不存在(ペプチドなし)または存在(30μg
/ml)において実施した。
2C4および突然変異体γ−1細胞への125I標識化IFN−γの結合:125I
−IFN−γ(667Ci/mM、Amersham Internation
al、英国)処理は、106細胞の三重反復実験の試料を使用して0℃において
90分間実施した。非特異的結合を減じた。それは平行に200倍過剰の非標識
化IFN−γの存在において決定し、そして合計の結合した放射能のほぼ40%
を表した。平行の抗ウイルスアッセイEMCウイルスに対して1fmoleの12 5
I−IFN−γは0.15IUに等しかった。ここで最高のIFN−γ濃度に
おける比結合は約6000レセプター/細胞に相当した。IFNをより低い比活
性に希釈すると、飽和結合がほぼ10,000レセプター/細胞において観察
された。
実施例5: インターフェロン−γに応答するタンパク質チロシンキナーゼ
Jak2の活性化
要約
突然変異体γ−1細胞は通常インターフェロン−αおよび−βに対して応答す
るが、インターフェロン−γに対して試験したすべての遺伝子の応答を欠く。突
然変異体はタンパク質チロシンキナーゼJak2により補足することができる(
実施例4)。野生型細胞において、転写因子p91は、一次のインターフェロン
−γのシグナル・トランスダクション経路において中心となる役割を演じ、イン
ターフェロン−γに応答してチロシン上で急速にリン酸化される。このようなリ
ン酸化は突然変異体γ−1細胞において起こらないが、それはJak2を使用し
てγ−1細胞を補足するとき回復する。そのうえ、Jak2は野生型細胞の中で
インターフェロン−γに応答してチロシン上でそれ自体急速にリン酸化される。
Jak2のインターフェロン−γ依存性リン酸化は、また、ヒトおよびマウスの
細胞からの免疫沈降のin vitroキナーゼアッセイにおいて観察される。
このようなリン酸化は突然変異体γ−1細胞において、またはインターフェロン
−αに応答して見られない。これらの結果は、一次のインターフェロン−γのシ
グナル・トランスダクション経路において初期のJak2についての役割を示す
。
結果
インターフェロン(IFNs)−α、−βおよび−γは明確なレセプターによ
り遺伝子のオーバーラップする組を誘導する(Pestka、S.ら、Ann.Rev.Biochem.56:
717-777(1987))。関係するシグナル・トランスダクション経路の理解は最近急速
に進歩してきている。この中心はp91、すなわち、複合体のIFN−αβ−誘
導可能な転写因子ISGF3の成分、はIFN−αβおよび−γの応答経路にお
いて二重の役割を演ずるという認識であった。
p91はいずれの型のIFNにも応答してチロシン上で急速にリン酸化される
(Schindlerら、Science 257:809-813(1992);Schidler、C.ら、Science 258;1808-18
12(1992))。これに一致して、p91は広いスペクトルの遺伝子のIFN−γの
応答のために要求される。それはGBP遺伝子の転写の活性化のために必要であ
るとして最初に同定された、ガンマ活性化因子(GAF)に相当するように思わ
れ(Decker ら、EMBO J.10:927-932(1991))そして、それ以来、共通のDNAのモ
チーフを通してIFN−γに応答してある数の追加の遺伝子の活性化に関係づけ
られた(Shuaiら、Science 258;1808-1812(1992);Pearse ら、Proc.Natl.Acad.Sci.
USA 90:4314-4318(1993);Knnoら、Mol.Cell.Biol.13:3951(1993))。従って、突
然変異体γ−1をp91のリン酸化についてアッセイした。p91のリン酸化は
、32Piの取り込みによりモニターし、野生型2C4細胞において急速に起こる
。このようなリン酸化は突然変異体γ−1において観察されなかった。
p91のリン酸化は、Jak2で補足したγ−1細胞において、32Piの取り
込みによりまたはホスホチロシンに対する抗体でモニターしたとき、起こらなか
った。正常のレベルのp91が存在しそして、興味あることには、ISGF3α
のp91およびp113成分のIFN−αによるリン酸化は突然変異体の細胞に
おいて正常であった。IFNs−αまたはγに応答するISGF3αのp84成
分のリン酸化は常に低く、そしてしばしば検出困難であった(Schindlerら、Scie
nce 257:809-813(1992);Shuaiら、Science 258;1808-1812(1992))。
さらに、γ−1細胞は機能的p91発現構成体により補足可能でない。従って
、γ−1細胞における欠陥はp91より上流に存在する。
特定の抗体を使用する免疫沈降および引き続くホスホチロシンに対する抗体を
使用する免疫沈降物のウェスタン転移分析により、Jak2のチロシンリン酸化
をモニターした。これに基づいて、Jak2は野生型においてIFN−γに応答
してチロシン上で急速にリン酸化されるが、突然変異体γ−1細胞においてリン
酸化されない。IFN−αによるTyk2のリン酸化が容易に検出される条件と
同一の条件下に、IFN−αに応答するJak2のこのようなリン酸化は観察さ
れなかった。
IFN−γに応答するp91およびIFN−αに応答するp113のチロシン
リン酸化を、IFN活性およびホスホチロシンの検出の両方のための内部の対照
として、Py−20および4G10抗ホスホチロシン抗体の混合物を使用して平
行にモニターした。同一転移をJak2に対する抗体で再プロービンすると、匹
敵するレベルのJak2タンパク質が野生型およびγ−1突然変異体の細胞にお
いて検出された。従って、γ−1における欠陥はJak2の生産よりむしろリン
酸化/機能においてである(実施例4参照)。
推測すると、Jak2の見掛けのリン酸化は免疫学的的に交差反応するタンパ
ク質のものであろう。しかしながら、使用した抗血清は、Jak1において保存
されずそしてJak2に対する高い特異性を有するJak2ペプチドに対してレ
イズされた(実施例1および2参照)。これに一致して、適当な競合するペプチ
ドの存在において免疫沈降を実施したとき、リン酸化されたタンパク質は回収さ
れなかった。
γ−1/Jak2トランスフェクション体において、IFN−γ処理の不存在
においてさえ、過度に発現された外因性ネズミJak2の高い「バックグラウン
ドの」レベルのチロシンリン酸化が存在する。この基礎は知られていない。この
バックグラウンドに対して、補足された細胞におけるIFN−γに対する応答に
おいて、Jak2の全体のチロシンリン酸化の変動する増加が見られる。しかし
ながら、興味あることには、アッセイしたとき、γ−1/Jak2トランスフェ
クション体においてJak2のリン酸化の明らかな増加が観察されなかった実験
においてさえ、平行のin vitroキナーゼアッセィにおいて、IFN−γ
に対する実質的な応答が絶えず観察された(下を参照)。従って、トランスフェ
クションされたJak2はIFN−γに応答してリン酸化されることができる。
野生型細胞においてIFN−γに応答して観察されるリン酸化はJak2のため
のものであると結論することは合理的である。
成長因子に応答するタンパク質チロシンキナーゼの活性化は、古典的には、活
性化された酵素の免疫沈降物において検出できるキナーゼ活性を生ずる。IL3
(実施例1)およびエリトロポイエチン(実施例2)に応答して活性化されたJ
ak2は、同様な見かけ上のin vitroキナーゼアッセイを示す。また、
これはIFN−γに応答するJak2の場合である。野生型2C4または突然変
異体γ−1/Jak2トランスフェクションされた細胞からのJak2免疫沈降
物をアッセイすると、IFN−γ依存性キナーゼ活性が観察された。IFN−α
に対して応答において、または免疫沈降物を突然変異体γ−1細胞からまたは競
合するJak2ペプチドの存在において野生型細胞から調製したとき、このよう
な活性は観察されなかった。Jak2のリン酸化はヒトHT1080誘導細胞に
限定されずそして、また、他のヒトおよび、マウスL−細胞を包含する、種々の
マウス細胞系において、IFN−γに対する応答において見られるが、IFN−
αに対する応答において見られない。
論考
ここに提示された結果を実施例4における結果と総合すると、Jak2はIF
N−γに応答して活性化され、そしてこのような活性化は一次のIFN−γの応
答経路の初期においてある役割を演ずることが示される。p91が同一部位(T
yr701)においてIFN−αおよびγに応答してリン酸化することが認めら
れると(Schindlerら、Science 257:809-813(1992);Shuaiら、Science 258;1808-
1812(1992))、IFN−αに応答するγ−1突然変異体の中のp91の正常のリ
ン酸化はこれに関して興味を起こさせる。Tyk2またはJak2の各々は同一
チロシンのリン酸化を実施することができまたは、いっそう興味あることに
は、関係する1または2以上の追加のキナーゼが存在すると結論することができ
る。
Jak2の活性化に関すると、エリトロポイエチンの場合において、これはエ
リトロポイエチンレセプターとのJak2の直接の相互作用を通して起こるよう
に思われる(実施例2)。IFN−γ経路の場合において同様な相互作用が存在
する場合、明らかにかなり興味を起こさせるであろう。エリトロポイエチン、I
L3およびある数の他のサイトカイン(実施例1〜3参照)によるJak2の共
通の活性化は明らかな問題を発生させる。将来の研究の突進は、Jak2と相互
作用するタンパク質の特質および応答の特異性を決定する因子を同定することで
あろう。
方法および材料
正常および突然変異体のγ−1細胞におけるIFN−γに応答するp91のチ
ロシンリン酸化:野生型(2C4)、突然変異体γ−1およびJak2でトラン
スフェクションされた突然変異体γ−1細胞におけるIFN−γに応答するp9
1のリン酸化を、32P113の取り込みによるか、または抗体を使用するホスホ
チロシンの中へのウェスタン転移によりモニターした。ウェスタン転移により、
p91タンパク質のレベルならびに103IU/mlにおける15〜30分間の
IFN−αに応答するISGF3のp91およびp113成分のチロシンリン酸
化をモニターした。従来記載されたように、p91に対する抗体およびプロテイ
ンAセファローズ(ファーマシア)を使用して、前清浄した全細胞抽出物(107
細胞)からp91を免疫沈降させ(Schindlerら、Science 257:809-813(1992);Sh
uaiら、Science 258;1808-1812(1992))そしてSDS−PAGEおよびウェスタン
転移により、PY20(ICN)および4G10(UBI)抗ホスホチロシン抗
体の混合物そして、0.1MのTris H1 pH8.0の中でストリッピン
グした後、p91に対する抗体を使用して分析した。p91およびp
113(IFN−α活性化ISGF3αの中で複合化した)をp113に対する
抗体で共免疫沈降させ(Schindlerら、Science 257:809-813(1992))そして上のよ
うな抗ホスホチロシン抗体を使用してSDS−PAGEおよびウェスタン転移に
より分析した。ウェスタン転移において、ジアミノベンジジン(アマーシャム、
英国)で染色したp91抗体のスクリーニングした転移を除外して、検出はEC
L(アマーシャム、英国)により実施した。
野生型2C4、突然変異体γ−1および突然変異体のγ−1Jak2トランス
フェクションした細胞における、IFN−αでなく、IFN−γに応答するJa
k2のチロシンリン酸化:Jak2、および対照としてp91およびp113の
リン酸化を、免疫沈降、SDS−PAGEおよびホスホチロシンについてPy−
20および4G10抗ホスホチロシン抗体の混合物を使用するウェスタン転移お
よびECL(アマーシャム・インターナショナル)により検出により、モニター
した。IFN−γ処理した細胞からの抽出物を、Jak2およびp113に対す
る抗体の混合物(後者はIFN−α活性化ISGF3の中で091と共沈降物す
る)で免疫沈降させた。同一ブロットをストリッピングし(前述したように)そ
してJak2に対する抗体で再プロービングした。IFN−γで15分間処理し
た細胞からの抽出物を、Jak2に対する抗体をレイズさせたJak2ペプチド
または無関係のJak1ペプチドの0.1mg/mlの、示すように、存在また
は不存在において、Jak2に対する抗体で免疫沈降させた。免疫沈降物をSD
S−PAGEおよびウェスタン転移により、上のようのようなホスホチロシンに
対する抗体を使用して分析した。細胞の増殖および103IU/mlの高度に精
製したIFN−γまたはーαを使用する処理は前述した通りであった。
in vitroキナーゼアッセイ:Jak2のIFN依存性リン酸化は、(
A)野生型(2C4)および突然変異のγ−1/Jak2でトランスフェクショ
ンされた細胞、(B)野生型(2C4)および突然変異体γ−1細胞および
(C)マウスL−細胞からの免疫沈降においてアッセイした。示すようにIFN
−γまたは−α(500IU/ml)を使用する処理は15分間であった。プロ
テインAセファローズ(ファーマシア)上の免疫沈降物を50mMのNaCl、
5mMのMgCl2、5mMのMnCl2、0.1mMのNa3VO4、10mMの
HEPES pH7.4の中で洗浄し、そして0.25mCi/mlの32P−γ
−ATPを含有する同一緩衝液の中で室温において30分間インキュベートした
(実施例1〜2参照)。よく洗浄した後、タンパク質を試料緩衝液の中に溶離し
、そしてSDS−PAGEにより分析した。前述したように、検出はオートラジ
オグラフィーによるか、またはホスホチロシンについてウェスタン転移により実
施した。ヒト細胞の増殖およびIFN処理は前述したように実施した。マウスL
−細胞の増殖およびIFN処理は同様であったが、組換えネズミIFN−γ(1
〜2×107IU/mgタンパク質、グンター・アドルフ(Gunter Ad
olf)博士(Ernest Boeringer Institut fur
Arzneimittelforshung、オーストリア国ヴイエンナ)か
ら贈呈された、および組換えヒトIFN−αA/D(Bgl)、マウス細胞上の
高度に活性なハイブリッド(2×108IU/mgのタンパク質、シドニー・ペ
ストカ[Sidney Pestka]博士[Robert Wood Joh
nson Medical School、米国ニュージャージイ州]から提供
された)を使用した。
実施例6: EPO活性(ジーンステイン)のインヒビターはJak2キナーゼ
活性を阻害する
Jak2の生化学的活性をin vitroキナーゼアッセイの使用により証
明することができる。このアッセイにおいて、精製したJak2をプロテインA
−セファローズに結合したJak2特異的抗血清を使用して、細胞リゼイトから
沈降させる。次いで、免疫沈降したJak2をキナーゼ緩衝液(50
mMのNaCl、5mMのMgCl2、5mMのMnCl2、0.1mMのNa3
VO4、10mMのHEPES pH7.4)で洗浄し、引き続いて室温におい
て等しい体積の0.25mCi/mlの32P−ガンマ−ATPを含有するキナー
ゼ緩衝液と30分間インキュベートした。よく洗浄した後、タンパク質をSDS
−PAGEのために試料緩衝液で溶離し、そして7%のゲル上で特異的する。次
いで、32を含有するタンパク質をオートラジオグラフィーにより可視化する。
このアッセイ系を使用して、活性なJak2は適当なサイトカイン、例えば、
エリトロポイエチン(EPO)またはインターロイキン−3(IL−3)で処理
してある哺乳動物細胞の中にのみ存在することが証明された。従って、Jak2
の触媒活性の活性化はこれらのサイトカインと相関する。
この相関は、ジーンステイン(genestein)として知られているチロ
シンキナーゼ特異的インヒビターを使用して研究により、さらに支持される。ジ
ーンステインは細胞の増殖を刺激するEPOの能力を阻害することが知られてい
る。
前述のin vitroキナーゼアッセイにジーンステインを0.1mMで含
めると、Jak2のチロシンキナーゼ活性は2倍減少する。従って、EPO誘導
の細胞増殖に対するジーンステインの阻害作用は、Jak2のその阻害により説
明することができる。
実施例7: 昆虫細胞からの構成的に活性なJak2キナーゼの生産
Jak2の活性の形態は、適当なサイトカインで刺激した後にのみ、哺乳動物
細胞から単離することができるので、われわれはサイトカインの刺激を必要とし
ない、触媒的に活性なJak2の発現のための系を開発した。詳しくは、昆虫細
胞の中で高いレベルで発現されたとき、Jak2は構成的に活性な状態にある。
バキュロウイルスの転移ベクターpVL1392(ファーミンゲン[PHARM
INGEN]、カリフォルニア州サンディエゴ)のNotIおよびSmaI部位
の間にJak2cDNAを挿入することによって、この発現は達成された。次い
で、このJak2/ベクターの構成体を欠陥バキュロウイルスDNA(BACU
LOGOLD DNA、ファーミンゲン、カリフォルニア州サンディエゴ)と、
昆虫細胞の中に共トランスフェクションした。
実施例8: Jak3のクローニング、発現および活性
多数のサイトカインは、サイトカインレセプターのスーパーファミリーのレセ
プターとの相互作用により、成長および分化を調節する。サイトカインレセプタ
ーは、触媒ドメインを欠如するが、リガンドの結合をタンパク質のチロシンリン
酸化の誘導にカップリングする。最近の研究において、Janusキナーゼ(J
ak)のファミリーの1または2以上の構成員はサイトカインレセプターと連合
し、リガンドの結合後、チロシンリン酸化されそして活性化されることが示され
た。報告されたJakファミリーの構成員のいずれも、IL−2またはIL−4
のシグナリングにまだ関係づけられてきていない。ここで、われわれは新しいJ
akファミリーのキナーゼ、すなわち、Jak3を記載し、そしてJak3、お
よび少ない程度にJak1、は、チロシンリン酸化され、そしてJak3はIL
−2およびIL−4に応答してならびに骨髄性細胞の中で活性化される。
Janusキナーゼ(Jak)DNAは、低いストリンジェンシイのスクリー
ニング(Firmbach-Kraft ら、Oncogene 5:1329-1336(19990))およびポリメラーゼ
連鎖反応(PCR)のアプローチ(Wilks、A.F.、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:8913
-8917(1990))により同定された。種々のサイトカインは、Jakのチロシンリン
酸化および活性化を誘導する。Jak2は、エリトロポイエチン(EPO)(Wit
thuhn ら、Cell:227-236(1993))、成長ホルモン(Artgetslnger ら、Cell 74:237-
244(1993))、プロラクチンホルモン(Campbell ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA印刷
中、(1993))、顆粒球特異的コロニー刺激因子(G−CSF)、インターロイ
キン−3(IL−3)(Silvennoinen、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:9429-8433)(1
993))および顆粒球−マクロファージコロニー刺激因子(GM−CSF)(Quelle
ら、Mol.Cell.Biol.提出、(1994))により活性化される。インターフェロン(IF
N)−α/βの応答は活性化し、そしてJak1および他のファミリーの構成員
、Tyk2(Velazquezら、Cell 70:313-322(1992);Mullerら、Nature 366、29-135
(1993))が、Jak1およびJak2は活性化し、そしてIFN−γに対する応
答を必要とする(Muller ら、Nature 366、129-135(1993);Watling ら、Nature 366
、166-170(1993))。最後に、共通のpg130、またはオンコスタチンM、白血
病阻害因子(LIF)および毛様好中性因子(CNTF)を包含するgp130
関係サブユニットを利用するサイトカインは、Jak1およびJak2およびあ
る程度Tyk2を活性化する(Stahlら、Science 263:92-95(1994);Narazakiら、Pr
oc.Natl.Acad.Sci.USA、印刷中、(1994))。顕著には、Jak1、Jak2または
Tyk2の活性化はIL−2またはIL−4の応答において報告されてきていず
、これらはまたサイトカインレセプターのスーパーファミリーのレセプターを使
用する。従って、われわれはIL−2およびIL−4により活性化されうる追加
のJakファミリーの構成員を探した。
従来、PCRアプローチは乳癌の細胞系におけるタンパク質チロシンキナーゼ
を同定するために使用され(Canceら、Int.J.Cancer 54:571-577(1993))これらか
ら新規なJakファミリーの構成員をエンコードするcDNA断片が得られた。
同一のキナーゼは最近ラット海馬ニューロンにおいてPCRにより検出された(S
anchezら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91:1819-1823(1994))。乳癌細胞系からの断
片を使用して、われわれはネズミB細胞cDNAライブラリーから4つのオーバ
ーラップするcDNAクローンを得た。最長のcDNAは3.8kbであり、そ
して1099アミノ酸および122.6kDaの予測される大きさをもつタンパ
ク質をエンコードするであろう、長いORFを含有した。予測された配列(第
6図)はJakに高度に関係し、そしてJak3と命名した。ネズミJak3は
、ネズミJak2、ネズミJak1およびヒトTyk2におけるアミノ酸配列と
、それぞれ、47%、36%および36%同一である。Jak3は非定型タンパ
ク質チロシンキナーゼの触媒ドメインならびにアミノ末端のキナーゼ様ドメイン
を含有した。さらに、アミノ末端領域においてJak3と他のJakファミリー
の膜との間に類似性のブロックが存在する。
in vitroのJak3cDNAの翻訳(第7A図〜第7B図)は120
kDaの生成物を与えた。ネズミJak1、ネズミJak2およびヒトTyk2
についてのcDNAのin vitro翻訳生成物を比較すると、各々が大きさ
により区別できることを証明した;Tyk2は最もゆっくり移動し、次いでJa
k1、Jak2およびJak3が続くことはそれらの予測される大きさと一致す
る。in vitro翻訳された生成物を使用して、抗ペプチド抗血清の特異性
を決定した(第7B図)。Jak3のキナーゼドメインのペプチドに対する抗血
清はJak3を免疫沈降させた(レーン2)が、Jak1、Jak2またはTy
k2を免疫沈降させなかった。この沈降は前免疫血清(レーン1)で見られず、
そして免疫化ペプチドが競合したが、無関係のペプチドは競合しなかった(レー
ン4)。同様に、Jak1またはJak2に対する抗ペプチド抗血清(Silvennoi
nen、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:8429-8433(1993))は特異的であり、そしてJa
k3を免疫沈降させなかった。最後に、キナーゼドメインの間からのTyk2の
領域に対する抗ペプチド抗血清を作った。他のものと異なり、この抗血清は交差
反応性であり、そしてJak3およびJak1ならびにTyk2を認識したが、
Jak2をほんの弱く免疫沈降させた。しかしながら、Tyk2に対する商業的
に入手可能な抗ペプチド抗血清(Santa CRUZ BIOTECHNOLOGY Inc.)は特異的であ
ったが、Jak1、Jak2またはJak3と交差反応しなかった。
Jak1、Jak2およびTyk2は偏在的に発現される(Firmbach-Kraft ら
、
Oncogene 5:1329-1336(1990);Silvennoinen、Proc.Natl.Acad.Sci.USA90:8429-84
33(1993);Harpur ら、Oncogene 7:1347-1353(1992);Wilks ら、Mol.Cell.Biol.11:
2057-2065(1991))。Jak3が同様に発現されるかどうかを決定するために、1
系列の細胞系およびマウスの組織をノザンブロット分析により発現について検査
した。第8図に図解するに、最高のレベルの転写体は、単一の4kbの転写体を
含有するIL−2依存性細胞障害性T細胞系において検出された。匹敵する大き
さの転写体は、IL−3依存性骨髄性細胞系において多少低いレベルで検出され
た。しかしながら、Jak3転写体は線維芽またはグリア芽細胞腫細胞系におい
て検出されなかった。組織の間で、転写体は脾臓において最高のレベルで検出さ
れ、そしてより少ない程度に肝臓、腎臓、肺および心臓において検出されたが、
脳または精巣において検出されなかった。初期のPCR増幅の結果(Canceら、In
t.J.Cancer 54:571-577(1993))に一致して、Jak3はまた乳房組織誘導細胞系
で発現された。従って、他のJakファミリーの構成員と異なり、Jak3の発
現は非常にいっそう制限されそして発現部位の1つは造血系列である。
シグナリングにおけるJak3の役割を評価するために、Jak3のチロシン
リン酸化を誘導するいくつかのサイトカインの能力をホスホチロシンに対するモ
ノクローナル抗体を使用する免疫沈降およびウェスタンブロッティングにより検
査した。1系列のIL−3依存性骨髄性細胞系において、EPO、IL−3、G
M−CSF、G−CSF、IFN−α、IFN−γまたはIL−6を使用して、
表3の構成的または誘導性チロシンリン酸化は見られなかった。しかしながら、
Jak3はIL−2またはIL−4剌激CTLL細胞においてチロシンリン酸化
された(第9A図〜第9D図)。CTLL細胞において、IL−2およびIL−
4は120および130kDaのタンパク質のダブレットを包含するいくつかの
細胞のタンパク質のチロシンリン酸化を誘導し、最近発表された結果に一致した
(Kirkenら、J.Biol.Chem.268:22765-22770(1993))。第9A図に図解するに、
IL−2およびIL−4はJak3(αJak3)のチロシンリン酸化を誘導し
、これは主要な120kDaの基質の位置に移動した。IL−2およびIL−4
は、また、130kDaの基質と共移動するJak1(αJak1)のチロシン
リン酸化を誘導し他。Jak2またはTyk2のチロシンリン酸化は、Jak2
またはTyk2特異的抗血清で検出されなかった。最後に、Tyk2に対するJ
ak3/Jak1交差反応性抗血清は、Tyk2の大きさのチロシンリン酸化さ
れたタンパク質を沈降させなかったが、Jak1およびJak3に匹敵する位置
に移動したチロシンリン酸化されたタンパク質を免疫沈降させ、特異的抗血清を
使用した結果に一致した。IL−2またはIL−4に応答するJakのリン酸化
は刺激後1分以内に検出可能であり、20〜30分にピークとなり、そして引き
続いて成長ホルモン、IL−31端EPOによるJak2のリン酸化において見
られるパターンに類似して傾斜した(Witthuhnら、Cell:227-236(1993);Artgetsi
ngerら、Cell 74:237-244(1993);Silvennoinen、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:842
9-8433(1993))。
他のJakのチロシンリン酸化を誘導したサイトカインはそれらのin vi
troキナーゼアッセイ活性化する(Witthuhn ら、Cell:227-236(1993);Artgetsi
ngerら、Cell 74:237-244(1993);Silvennoinen、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:8429
-8433(1993);Mullerら、Nature 366、129-135(1993);Stahl ら、Science 263:92-95
(1994))。従って、われわれはIL−2またはIL−4のJak1またはJak
3のキナーゼ活性への作用を検査した。Jak1のチロシンリン酸化は、EPO
に対して見られる応答に匹敵する免疫沈降物における証明可能なキナーゼ活性の
活性化に関連しなかった(Witthuhn ら、Cell:227-236(1993))。しかしながら、I
L−6またはCNTFに応答するJak1のチロシンリン酸化はキナーゼ活性の
活性化に関連する(Stahlら、Science 263:92-95(1994);Narazaki ら、Proc.Natl.A
cad.Sci.USA、印刷中、(1994))。Jak3のキナーゼ活性は、Jak3特異的抗
ペプチド抗血清の免疫沈降物において検出されなかった。しかしながら、この抗
血清は推定上の自己リン酸化部位を含有するペプチド(KDYY)に対するもの
であり、このペプチドはキナーゼ活性ならびに免疫沈降を妨害することがある。
従って、われわれはTyk2に対するJak1/Jak3交差反応性抗血清を使
用して得られた免疫沈降物をアッセイした。in vitroキナーゼアッセイ
の活性化は、IL−2またはIL−4で刺激した細胞からの免疫沈降物において
容易に検出可能であった(第9B図)。そのうえ、Jak3と共移動するJak
の大きさの範囲に単一のリン酸化されたタンパク質が存在した。Jak1の位置
で移動するタンパク質の検出可能なリン酸化は見られず、Jak1特異的抗血清
を使用して得られた結果と一致した。in vitroリン酸化タンパク質のア
ミノ酸分析は、リン酸化がもっぱらチロシン上で起こることを示した。
EPOレセプターの細胞質ドメインおよびIL−β鎖はかなりの相同性を有す
る(D'Andrea、Cell 58:1023-1024(1989))。従って、われわれはEPOレセプター
を発現する細胞におけるJak3のチロシンリン酸化の特異性を評価した。全長
の野生型EPOレセプターで形質転換されたCTLL細胞は、トランスフェクシ
ョンされた骨髄性細胞に匹敵するレベルの高いアフィニティーのEPOレセプタ
ーを発現する。細胞はEPOに応答して増殖しないが、EPOはJak2のチロ
シンリン酸化を誘導する(第9C図)。しかしながら、IL−2およびIL−4
のいずれもJak2のチロシンリン酸化を誘導しなかった。逆に、IL−2はJ
ak3のチロシンリン酸化を誘導したが、rpoはJak3のリン酸化に対して
作用をもたなかった。
ヒトIL−2レセプターの16鎖を発現するIL−3依存性細胞系、32Dc
13(IL2Rβ)を、また、検査した(第9D図)。これらの細胞はIL−3
に匹敵するヒトIL−2に応答して増殖する。IL−3はJak2のチロシンリ
ン酸化を誘導したが、Jak3のそれを誘導しなかった。IL−3刺激細胞にお
いて、Jak1またはTyk2の検出可能なチロシンリン酸化は存在しなかった
。IL−2による刺激はJak3のチロシンリン酸化を生じたが、Jak2また
はTyk2の検出可能なチロシンリン酸化を生じなかった。重要なことには、ま
た、Jak1の検出可能なチロシンリン酸化は存在しなかった。従って、IL−
2およびIL−4はJak3の特異的な、一定のチロシンリン酸化を引き起こし
たが、他のJakファミリーの構成員のそれを引き起こさなかった。従来の研究
において、IL−2のレセプター鎖の酸性領域がp5611lckの連合および活
性化のために要求されることが示された(Hatakeyama ら、Cell59:837-845(1989))
。従って、われわれはセリンに富んだ領域の内部の70アミノ酸の欠失を含有す
るIL−2レセプターのβ鎖でトランスフェクションされた32Dcl3細胞を
検査した。この突然変異体は、従来特性決定性されたA突然変異体であり、これ
は有糸分裂誘発性を支持するが、P56lck活性化を支持しない(Hatakeyama ら
、Science 252:1523-1528(1991);Hatakeyamaら、Cell 59:837-845(1989))。この
突然変異体を発現する細胞の刺激は、野生型レセプターを発現する細胞において
見られたものに匹敵するJak3チロシンリン酸化の誘導を生じた。
この結果は、試験したサイトカインの間で、Jak3はIL−2およびIL−
4に対する細胞の応答において特異的にチロシンリン酸化され、そして活性化さ
れた。IL−2は、また、p56lck、p59fyn、またはp53/56lynのキ
ナーゼ活性を増加する(Taniguchi、T.およびMinami、Y.、Cell 73:5-8(1993))。し
かしながら、Srcキナーゼの活性化はIL−2レセプターβ鎖の酸性ドメイン
を必要とし、これは有糸分裂誘発およびJak3の活性化のためには不必要であ
る。従って、Srcキナーゼの活性化について役割は不明瞭であった。対照的に
、ボックス1/ボックス2のモチーフを含有する、IL−2P鎖の膜近位の、セ
リンに富んだドメインは有糸分裂誘発のために要求される。EPOレセプターの
同様な領域は、Jak2との連合および有糸分裂誘発のために要求される
(Witthuhnら、Cell:227-236(1993))。Jak3活性化のためのこの領域について
の要件を評価するための検査が現在進行中である。
IL−2はβ鎖に架橋することができる116kDaのタンパク質のチロシン
リン酸化を誘導する(Kirken ら、J.Biol.Chem.268:22765-22770(1993))。これら
の研究は、EPOレセプターに架橋する130kDaのリンタンパク質を同定し
た研究に類似し(YoshimuraおよびLodish、Mol.Cell.Biol.12:706-715(1992))この
タンパク質は引き続いてJak2であることが示された(Witthuhnら、Cell:227-
236(1993))。Jakと他のレセプターの連合におけるボックス1およびボック
ス2の領域の役割に基づいて、われわれはJak3がIL−2レセプターのβ鎖
と関連すると仮定するであろう。この仮定を評価するための実験が現在進行中で
ある。
Jakの活性化は、転写のシグナル・トランスデューサーおよびアクチベータ
ー(signal transuducers and activators
of tansctiption)(STAT)のファミリーの構成員のチロ
シンリン酸化および活性化に関連する。特に、IFN−αはSTAT(p91)
およびSTAT(p113)を活性化し、IFN−γはSTAT1を活性化し(P
ellegrini およびSchindler、Trends in Biochemical Sciences 18:338-342(1993
))、IL−6はAPRFまたはSTAT3と呼ぶ新しいファミリーの構成員を活
性化し(Akiraら、Cell、印刷中、(1994))そしてIL−3は新規なSTATタンパク
質の性質をもつタンパク質を活性化するこれに関して、IL−4は他の新規なS
TATタンパク質の性質とともにDNA結合活性のチロシンリン酸化を誘導する(
KotanidesおよびReich、Science 262:1265-1267(1993))。同様なDNA結合活性
はIL−2によりCTLL細胞において誘導された。IL−2/IL−4誘導S
TAT様タンパク質がSTATファミリーの構成員でありそしてJak3の特定
の基質を構成するかどうかを決定することは重要であろう。それにもかか
わらず、JakおよびSTATのサイトカイン誘導活性化は、サイトカインの結
合が遺伝子の発現の調節に連結されるベクターに一般的機構であるうると仮定す
ることができる。
欠陥バキュロウイルスDNAとJak2/ベクターDNAとの間の組換え事象
は、Jak2を構成的を発現するであろう生活可能なバキュロウイルスをエンコ
ードするDNAを生ずる。昆虫細胞をこの組換えバキュロウイルスで感染させる
と、Jak2特異的抗血清を使用する免疫沈降により精製できる、活性なJak
2の高いレベルの発現を生ずる。活性なJak2のこの源は、この酵素の生化学
的調製の研究において有用でありそして、また、ここに記載するin vitr
oキナーゼアッセイに基づくJak2キナーゼ活性のインヒビターについてのア
ッセイにおいて使用できる。
実施例9: huIL−5RαでトランスフェクションされたBa/F3および
FDCP−I細胞において証明されたIRFIおよびIL−5によ
りJakの活性化
上の実施例と同様に、16時間の間成長因子を除去したBa/F3−huIL
−5RαおよびFDCP−I−huIL−5Rα細胞を刺激しないか、またはI
L3またはIL5で10分間刺激した。細胞を収獲し、そして1mlの氷冷溶解
緩衝液の中で20分間溶解した。リゼイトを抗Jak2血清とインキュベートし
、そして7.5%のSDS−PAGEに付した。次いで、ゲルを電気泳動的にニ
トロセルロースに移した。フィルターをホスホチロシンに対する4G10モノク
ローナル抗体でプロービングしたとき、130kdおよび150kdにおいて移
動する2つのバンドがIL3およびIL5の両方で刺激した細胞において観察さ
れた。IL3およびIL5の刺激はJak2と共移動するバンドの特異的チロシ
ンリン酸化を生じた。Jak2より上のチロシンリン酸化されたバンドはJak
2の連合に帰属され、共通のベータサブユニットはIL3、GM−CSF
およびIL5の間で共有されている。
実施例10: 前B細胞系におけるIL−7によるJak3の活性化
上の実施例と同様に、16時間の間成長因子を除去したD1F9細胞を刺激し
ないか、またはIL7で10分間剌激した。細胞を収獲し、そして1mlの氷冷
溶解緩衝液の中で20分間溶解した。リゼイトを抗Jakファミリーの血清とイ
ンキュベートし、そして7.5%のSDS−PAGEに付した。次いで、ゲルを
電気泳動的にニトロセルロースに移した。フィルターをホスホチロシンに対する
4G10モノクローナル抗体でプロービングしたとき、2つのバンドがIL7で
刺激した細胞において観察された。バンドの移動はそれらをJak1およびJa
k3として同定した。これらの結果はIL2およびIL4で刺激した細胞におい
て見られるものに類似し、IL2R−γサブユニットとして期待されるものはI
L7レセプターの1成分である。
実施例11: muJak2血清により認識されるヒトM−07細胞における
IL−9によるJakの活性化
上の実施例と同様に、16時間の間成長因子を除去したM07細胞を刺激しな
いか、またはhuIL3およびhuIL9で10分間刺激した。細胞を収獲し、
そして1mlの氷冷溶解緩衝液の中で20分間溶解した。リゼイトを抗Jak2
血清とインキュベートし、そして7.5%のSDS−PAGEに付した。次いで
、ゲルを電気泳動的にニトロセルロースに移した。フィルターをホスホチロシン
に対する4G10モノクローナル抗体でプロービングしたとき、IL3刺激細胞
においてJak2を表す期待したバンドが観察された。IL9刺激を表すレーン
において、Jak2より速く移動する単一のバンドが観察された。このバンドの
移動はそれが多分Jak3であることを示す。
実施例12: 線維芽細胞系、3T3−L1、におけるIL−11によるJak
の活性化
上の実施例と同様に、血清飢餓3T3−L1細胞を刺激しないか、またはIL
−11で10分間刺激した。細胞を収獲し、そして1mlの氷冷溶解緩衝液の中
で溶解した。リゼイトを抗Jak1またはJak2血清とインキュベートし、そ
して7.5%のSDS−PAGEに付した。次いで、ゲルを電気泳動的にニトロ
セルロースに移した。フィルターをホスホチロシンに対する4G10モノクロー
ナル抗体でプロービングしたとき、IL11刺激細胞においてJak1を表す期
待したバンドが観察された。Jak2の匹敵するチロシンリン酸化がIL11に
対して応答において観察された。匹敵するブロットをJak2血清およびJak
1血清でプロービングすると、刺激した細胞および未刺激の細胞において等しい
量のJak2およびJak1が存在することが示された。
実施例13: G−CSFによるJakの活性化
上の実施例と同様に、NFS60、Ba/F3/G−CSFR、32Dc13
/G−CSFおよびFDCP−I/G−CSFにおいてJak1およびJak2
のチロシンリン酸化の誘導を実施した。NFS60、Ba/F3/G−CSFR
、32Dcl3/G−CSFおよびFDCP−I/G−CSF細胞から成長因子を
16時間の間除去し、刺激しないか、またはG−CSFで10分間刺激した。細
胞を収獲し、そして1mlの氷冷溶解緩衝液の中で20分間溶解した。リゼイト
を抗Jak2および抗Jak1血清とインキュベートし、そして7.5%のSD
S−PAGEに付し、そして電気泳動的にニトロセルロースに移した。フィルタ
ーをホスホチロシンに対する4G10モノクローナル抗体でプロービングしたと
き、容易に検出可能な結合がJak2免疫沈降についてG−CSF刺激細胞にお
いて明らかであり、そして低い強度のバンドはJak1免疫沈降リゼイトにおい
て見られる。匹敵するブロットをJak2血清およびJak1血清でプロー
ビングすると、刺激した細胞および未刺激の細胞において等しい量のJak2お
よびJak1が存在することが示される。
G−CSF依存性増殖を支持するそれらの能力により特徴づけられたG−CS
Fレセプターの突然変異体を利用して、G−CSF依存性増殖がIL3およびE
poレセプターの突然変異体において証明されるようにJak活性化と相関する
かどうかを検査した。G−CSFレセプターおよびレセプターの突然変異体を発
現する細胞を検査した。Jak2をチロシンリン酸化する能力は、ボックス1の
点突然変異を除外して、すべての場合においてG−CSF依存性に関係付けられ
る。この場合において、レセプターはG−CSF依存性増殖を支持するが、Ja
k2はチロシンリン酸化されない。
刺激されたおよび未剌激のNFS−60細胞抽出物のJak1およびJak2
免疫沈降物についてのin vitroキナーゼアッセイにより、キナーゼ活性
の活性化を検査した。Jak1の免疫沈降は、G−CSF刺激NFS−60にお
いて自己リン酸化の増加の証拠を示さなかった。Ba/F3/G−CSFR、3
2Dcl3/G−CSFおよびFDCP−I/G−CSFにおいて、in vi
troキナーゼアッセイにおけるJak1の検査を実行せず、ここでJak1チ
ロシンリン酸化はNFS−60細胞に関係して増加するように思われる。Jak
2免疫沈降はG−CSFに応答してJak2と共移動する主要なリン酸化された
バンドを有するが、未刺激の細胞において匹敵するバンドは検出されなかった。
実施例14: GM−CSFによるJakの活性化
上の実施例と同様に、GM−CSFレセプターを発現する細胞におけるJak
1およびJak2のチロシンリン酸化の誘導を実施する。GM−CSFレセプタ
ーの細胞から成長因子を16時間の間除去し、細胞を刺激しないか、またはGM
−CSFで10分間剌激した。細胞を収獲し、そして1mlの氷冷溶解緩衝液の
中で20分間溶解した。リゼイトを抗Jak2および抗Jak1血清とインキュ
ベートし、そして7.5%のSDS−PAGEに付し、そして電気泳動的にニト
ロセルロースに移した。フィルターをホスホチロシンに対するモノクローナル抗
体でプロービングしたとき、容易に検出可能な結合がJak2免疫沈降について
GM−CSF刺激細胞において明らかであり、そして低い強度のバンドはJak
1免疫沈降リゼイトにおいて見られる。匹敵するブロットをJak2血清および
Jak1血清でプロービングすると、刺激した細胞および未刺激の細胞において
等しい量のJak2およびJak1が存在することが示される。
GM−CSF依存性増殖を支持するそれらの能力により特徴づけられたGM−
CSFレセプターの突然変異体を利用して、GM−CSF依存性増殖がIL3お
よびEpoレセプターの突然変異体において証明されるようにJak活性化と相
関するかどうかを検査する。GM−CSFレセプターおよびレセプターの突然変
異体を発現する細胞を検査する。Jak2をチロシンリン酸化する能力は、ボッ
クス1の点突然変異を除外して、すべての場合においてGM−CSF依存性に関
係付けられる。
細胞抽出物を含有する刺激されたおよび未刺激のGM−CSFレセプターのJ
ak1およびJak2免疫沈降物についてのin vitroキナーゼアッセイ
により、キナーゼ活性の活性化を検査した。Jak1の免疫沈降は、GM−CS
F刺激細胞において自己リン酸化の増加の証拠をほんのわずかに示すことが期待
される。Jak1チロシンリン酸化はGM−CSF細胞に関係して増加するよう
に思われる。Jak2免疫沈降はGM−CSFに応答してJak2と共移動する
主要なリン酸化されたバンドを有するが、未刺激の細胞において匹敵するバンド
は検出されることが実験されない。
実施例15: キナーゼのJakファミリーは因子のCNTFファミリーによる
シグナルのトランスダクションに関係する
材料および方法
試薬
LIFRβ(Stahlら、J.Biol.Chem.268:7628-7631(1993)、gp130(Davisら
、Science 260:1805-1808(1993)、Jak1およびJak2(Silvennoinen、Proc.
Natl.Acad.Sci.USA、1993(印刷中)に対して特異的な抗血清は記載された。Tyk
2に対するウサギ抗血清をレイズさせ、そしてグルタチオン−S−トランスフェ
ラーゼ(GST)融合タンパク質(Velazquezら、Cell 70:313-322(1992))として
発現されたTyk2の一部分に対して精製した。エピトープ標識化LIFRβお
よびgp130のCOSの発現に適当な発現プラスミドは従来記載され(Davlsら、
Science 260:1805-1808(1993)、ただし選択能力が改良されるようにmycエピ
トープの3つの連続するコピーを含有するように、LIFRβコーディング配列
を修飾した。ネズミJak1およびJak2のための全長のcDNAをプラスミ
ドpRK5の中に準備した。
方法
細胞系を、従来記載されているように、継代しそして維持した(Ip ら、Cell 69
:1121-1132(1992)。COS細胞のトランスフェクションをDEAEプロトコー
ルにより実施した(Davisら、Science 260:1805-1808(1993))。細胞のプレートを
血清不含RPMI培地の中で2〜4時間飢餓させ、次いで50ng/mlの示し
た因子で5分間刺激した。従来記載されているように、細胞を収獲しそして溶解
した(Stahlら、J.Biol.Chem.268:7628-7631(1993))、ただし1%のBrij96
(シグマ)または1%のNP−40(ベーリンガー)をに示すように使用した。
免疫沈降、電気泳動、およびモノクローナル抗体4G10(アプステイト・バイ
オテクノロジー)を使用する抗ホスホチロシンイムノブロッティングおよび増強
した化学発光性(アマシャム)により検出を従来記載されているように実施した
(同上)。in vitroキナーゼアッセイのために、洗浄したビーズを室温
において20mMのHepes(pH7.2)、10mMのMnCl2、30m
Mのナトリウムオルトバナデートおよび10MCiの(g−32P)ATP(NE
N DUPON)の中で15分間インキュベートした。電気泳動の試料緩衝液を
添加し、そして試料を沸騰させ、SDS PAGEに付し、そしてPVDFにエ
レクトロブロットした。次いで、オートラジオグラフィーの前に、膜を1MのN
aOHの中で65℃において60分間インキュベートしてセリンおよびスレオニ
ンホスフェートを破壊した。
結果
CNTF誘導の応答は130kDaのタンパク質に関連する
CNTFの添加後、CNTF、CNTFRα、gp130、およびLIFRβ
から成るレセプター複合体が形成する。洗浄剤Brij96の中で細胞を溶解し
た後、レセプター複合体をLIFRβ(第10図)またはgp130(示されて
いない)に対する抗体で免疫沈降(IP)させると、チロシンリン酸化された1
30kDaのタンパク質は共精製される。また、gp130およびLIFRβに
結合しそしてそれらをヘテロ二量体化するLIFおよびOSM(Gearingら、Scie
nce 260:1434-1437(1992);Baumann ら、J.Biol.Chem.268:8414-8417(1993);Davis
ら、Science 250:1805-1808(1993))は、また、同一の外観をもつタンパク質の
連合およびチロシンリン酸化を示す(第10図)。精製したレセプター複合体は
、また、gp130およびLIFRβの両方のチロシンリン酸化をin vit
roで生ずる連合したタンパク質のチロシンキナーゼ活性、ならびに連合した1
30kdのタンパク質を示す。チロシンキナーゼ活性は、また、CNTFの不存
在においてLIFRβと連合するが、130kdのタンパク質は存在しないか、
または因子の不存在において有意にリン酸化されない。他の実験において、
このin vitroキナーゼ活性は無傷の細胞にCNTFを添加したとき観察
される感受性と同一の感受性をスタウロスポリンに対してを有することが示され
、この連合したチロシンキナーゼ活性がCNTF誘導応答を伝達するために細胞
において要求される活性に関係することが示唆される。さらに、130kdのタ
ンパク質はこのキナーゼのためのすぐれた候補であるように思われる。なぜなら
、NP−40の中の細胞の溶解は130kdのタンパク質またはチロシンキナー
ゼ活性の共精製を生じないからである。
CNTFおよび関係する因子はJak1、Jak2およびTyk2のチロシン
リン酸化を誘導する
Jak1、Jak2およびR2の一部分に対してレイズされた特異的抗血清を
使用する実験において、これらのキナーゼのすべての3つは、CNTF、LIF
、OSM、およびIL6による刺激後、チロシンリン酸化されるようになること
が明らかになる。第11A図は、EW−1細胞の中でCNTFがJak1および
Jak2の両方のチロシンリン酸化を誘導し、そしてこれらのタンパク質は13
0および131kDaのタンパク質と共移動するように思われ、これらのタンパ
ク質はa−LIFRβで免疫沈降したレセプター複合体と共精製することを示す
。さらに、IL6+sIL6Rα(第11B図)、ならびにLIFおよびOSM
(示されていない)をEW−1細胞に添加すると、また、Jak1およびJak
2はリン酸化されるが、Tyk2はリン酸化されない。対照的に、IL6はU2
66細胞を刺激して、Jak2のリン酸化状態を見掛け上変化させないで、Ty
k2およびJak1をチロシンリン酸化させる。OSM処理したSK−MES細
胞は主としてJak2のチロシンリン酸化を明らかにし、Tyk2およびJak
1における変化は小さい。これらの場合の各々において、JakまたはTyk2
のチロシンリン酸化はそれらのin vitroチロシンキナーゼ活性の増加に
関係づけられる(示されていない)。これらの結果は従来の結果と対照
的であり、GM−CSF、EPO、G−CSF、IFN−γ、またはIL−3に
よる刺激のみが、Jak2のチロシンリン酸化を生ずることを示す((Artgetsing
erら、Cell 74:237-244(1993);Silvennoinen ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(印刷中
;1993);Witthuhn ら、Cell 74:227-236(1993))。これらの実験から、われわれは
、因子のCNTFファミリーはJak1、Jak2、およびTyk2を活性化す
ることができるが、多少の変数性が存在し、Jak/Tykファミリーの構成員
は特定の細胞において活性化されるとうことを結論する。
JakはCNTFβレセプター成分と関連する
COS細胞における一時的トランスフェクションを使用して、Jakが因子の
不存在においてβレセプター成分と関連できるかどうかを決定した。これらの実
験において、モノクローナル抗体9E10により認識されたc−mycの10ア
ミノ酸部分を含有するLIFRβのカルボキシル末端でエピトープ標識化された
バージョンを使用した(Davisら、Science 253:59-63(1991))。COS細胞をLI
FRβの全長のバージョンをエンコードする適当な発現ベクターおよびJak1
またはJak2で共トランスフェクションし、そしてBrij96リゼイトを9
E10で免疫沈降させ、次いでJak1またはJak2に対して抗血清でブロッ
トした(第12図)。これらの実験は、いずれのJakお付加したリガンドの不
存在においてLIFRβと関連できることを示す。さらに、細胞質ドメインの最
初の76アミノ酸のみを含有するLIFRβのトランケートのバージョンは同様
によくJak1およびJak2へ完全に結合することができる。これはLIFR
βの膜近位領域をJak結合ドメインとして関係づけ、これは因子の結合のとき
シグナルのトランスダクションのために要求されることが示されたgp130お
よびEPORにおける領域とのレセプターのこの領域の間の相同性と一致する(M
urakami ら、Science 260:11349-11353(1991);Witthuhn ら、Cell 74:227-236(199
3))。
レセプターβ−成分およびJakを使用する共トランスフェクションはリガン
ド誘導の機能的応答を生ずる
COS細胞におけるそれ以上の実験を行って、レセプターβ−成分とJakと
の共トランスフェクションがリガンド誘導の機能的応答を再構成できるかどうか
を確立した。エピトープ標識化gp130FLAGおよびIL6をこれらの実験
のために選択した。なぜなら、gp130はホモ二量体化しそしてIL6+可溶
性IL6Rαに応答してチロシンリン酸化されるようになり、LIFRβとの共
トランスフェクションの必要性を排除するからである(Murakami ら、Proc.Natl.A
cad.Sci.USA 88:11349-11353(1993);Davis ら、Science 260:1805-1808(1993))。
IL6+sIL6Rαにで刺激後、モック・トランスフェクションされた(3T
3−L1)またはgp130FLAGトランスフェクションされたCOS細胞(
レーン2〜3)は、抗FLAGを使用する免疫沈降およびα−pTyrイムノブ
ロッティング後に、gp130の実質的なチロシンリン酸化を明らかにしなかっ
た。(第13図)。対照的に、Jak1(レーン4〜5)、Jak2(レーン6
〜7)、または両方のJak1およびJak2(レーン8〜9)を使用する共ト
ランスフェクションは、IL6+sIL6Rαにで刺激したとき、gp130の
誘導されたチロシンリン酸化を実質的に増加する。
論考
これらの結果を総合すると、JakはCNTFレセプターβ成分と連合し、そ
してCNTF、LIF、IL6、またはOSMに応答してチロシンリン酸化され
るようになることができ、チロシンキナーゼの活性化を伴う。これは、β成分の
リガンド誘導のヘテロ二量体化またはホモ二量体化がそれらの結合したJakを
密接な付着状態にするので、トランスホスホリレーションを通して起こる可能性
が最も強い(StahlおよびYancopoulos、Cell 74:587-590(1993))。Jak1または
Jak2との共トランスフェクションのときのgp130のリガンド誘導のチロ
シンリン酸化のCOS細胞における機能的再構成は、Jak1、Jak2、また
はTyk2がレセプターβサブユニットの二量体化のとき細胞の内側で活性化さ
れた第1キナーゼとして機能することができ、従って因子のCNTFファミリー
のシグナル・トランスダクションの伝達において最も近位の細胞内ステップとし
て、キナーゼのJakファミリーを配置するという認識と一致する。
雑誌の論文または要約、公開されたまたは対応する米国または外国の特許出願
、発行されたまたは対応する米国または外国の特許、または他の参考文献を包含
する、ここに引用したすべての参考文献は、本明細書の一部をなし、引用された
参考文献の中に提示されたすべてのデータ、表、図面、およびテキストを包含す
る。さらに、ここに引用された参考文献内に引用された参考文献の全体の内容も
、また、本明細書の一部とする。
既知の方法の工程、常用の方法の工程、既知の方法または常用の方法に対する
言及は、本発明の任意の面、記載または態様が関係する技術において開示、教示
または示唆されていることをいかなる方法においても認めるものではない。
特定の態様の以上の説明は、当業者の知識(ここに引用した参考文献の内容を
含む)を適用することによって、実験なしに、本発明の一般的概念から逸脱しな
いで、種々の応用、例えば、特定の態様のために容易に修飾しおよび/または適
応させることができる、本発明の一般的特質を完全に明らかにするであろう。従
って、このような適応および修飾は、ここにおいて提示された教示および案内に
基づいて、開示した態様の同等のものの意味および範囲内に入ることを意図する
。ここにおける語句および用語は説明を目的とし、限定を目的とせず、こうして
この明細書の用語または語句はここにおいて提示された教示および案内に照らし
て、当業者の知識と組み合わせて、当業者が解釈すべきであることを理解すべき
である。
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1995年7月25日
【補正内容】
請求の範囲
1. サイトカインに対する真核細胞の生物学的応答を阻害する方法であって
、
(A)前記真核細胞の中のJakキナーゼの活性を阻害することを含んでなり
、ここで前記応答は前記Jakキナーゼの活性化により伝達されそして、前記J
akキナーゼがJak2であるとき、前記サイトカインがエリトロポイエチン(
EPO)またはインターロイキン−3(IL−3)以外である、方法。
2. 前記サイトカインがチロシンキナーゼレセプターに結合することによっ
て前記生物学的応答を誘発する、請求項1に記載の方法。
3. 前記サイトカインがサイトカインレセプターに結合することによって前
記生物学的応答を誘発する、請求項1に記載の方法。
4. JakキナーゼがJak1、Jak2、およびTyk2から成る群より
選択される、請求項1に記載の方法。
5. 前記サイトカインがインターロイキン−3(IL−3)、顆粒球−マク
ロファージ特異的コロニー刺激因子(GM−CSF)、エリトロポイエチン(E
PO)、顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)、インターフェロン−γ(IF
N−γ)、プロラクチンホルモン、および成長ホルモンから成る群より選択され
る、請求項1に記載の方法。
6. 前記サイトカインがインターロイキン2(IL−2)、インターロイキ
ン4(IL−4)、インターロイキン5(IL−5)、インターロイキン60(
IL−6)、インターロイキン7(IL−7)、インターロイキン9(IL−9
)、インターロイキン11(IL−11)、インターロイキン6(IL−6)、
オンコスタチンM(OSM)、白血病阻害因子(LIF)、およびインターフェ
ロンから成る群より選択される、請求項1に記載の方法。
7. 前記真核細胞の中の前記Jakキナーゼの発現を阻害することができる
組成物の有効量を前記真核細胞の中に導入することによって、前記Jakキナー
ゼの活性が阻害される、請求項1に記載の方法。
8. 前記組成物がアンチセンス核酸およびリボザイムから成る群より選択さ
れる、請求項7に記載の方法。
9. 前記Jakキナーゼの活性を阻害することができる組成物の有効量を前
記真核細胞の中に導入することによって、前記Jakキナーゼの活性が阻害され
る、請求項1に記載の方法。
10. 前記組成物が前記Jakキナーゼに対する抗体、前記Jakキナーゼ
に対する拮抗物質、前記Jakキナーゼのトランス−優性突然変異体、および前
記Jakキナーゼのペプチド断片から成る群より選択される、請求項9に記載の
方法。
11. 前記Jakキナーゼの活性化を阻害することができる組成物の有効量
を前記真核細胞の中に導入することによって、前記Jakキナーゼの活性が阻害
される、請求項1に記載の方法。
12. 前記組成物が前記Jakキナーゼに対する抗体、前記Jakキナーゼ
に対する拮抗物質、前記Jakキナーゼのトランス−優性突然変異体、および前
記Jakキナーゼのペプチド断片から成る群より選択される、請求項12に記載
の方法。
13. サイトカインの活性がJakキナーゼの活性化により伝達される、動
物における細胞のサイトカインに対する過度の応答により引き起こされる動物に
おける疾患の症状を治療する方法であって、
(A)前記細胞における前記Jakキナーゼの活性を阻害することを含んでな
り、ここで、前記JakキナーゼがJak2であるとき、前記サイトカインはエ
リトロポイエチン(EPO)またはインターロイキン−3(IL−3)以外であ
る、前記方法。
14. 前記疾患の症状が前記細胞の過度の増殖である、請求項13に記載の
方法。
15. 真核細胞の中のJakキナーゼのレベルを増加させることを含んでな
る、Jakキナーゼの活性化によりその活性が伝達される、インターフェロン−
α(IFNα)以外のサイトカインに対する真核細胞の応答の欠如を治療する方
法であって、前記応答の欠如が、前記サイトカインとの接触後の前記真核細胞の
中のJakキナーゼの活性化形態のレベルが異常に低いことによるものであり、
そして、前記JakキナーゼがJak2であるとき、前記サイトカインはエリト
ロポイエチン(EPO)またはインターロイキン−3(IL−3)以外である、
方法。
16. 前記真核細胞の中のJakキナーゼの発現を増強することによって、
前記真核細胞の中の前記Jakキナーゼのレベルが増加される、請求項15に記
載の方法。
17. 前記真核細胞の中でJakキナーゼを発現することができるベクター
を導入することによって、前記Jakキナーゼの発現が増強される、請求項16
に記載の方法。
18. 真核細胞におけるサイトカインの活性が少なくとも1つのJakキナ
ーゼのチロシンリン酸化により伝達される、サイトカインに対する前記細胞の生
物学的応答を調節することができる組成物を同定するアッセイであって、前記細
胞における前記生物学的応答を調節する前記Jakキナーゼのチロシンリン酸化
の、前記組成物による、変化を検出することを含んでなり、ここで前記応答は前
記細胞上のサイトカインレセプターへの前記サイトカインの結合により誘導され
る、アッセイ。
19. 前記サイトカインがサイトカインレセプタースーパーファミリーの1
つに結合する、請求項18に記載のアッセイ。
20. 前記検出が、
(a)サイトカインの刺激後に前記細胞においてJakキナーゼのチロシンリ
ン酸化活性を測定する;または
(b)サイトカインの刺激後に前記細胞においてJakキナーゼのチロシンリ
ン酸化の状態を測定する;
から選択される、請求項18に記載のアッセイ。
21. 前記検出がリン含有分子、抗体、ペプチド、第1化学物質および核酸
から成る群より選択される少なくとも1つの化合物の使用を包含する、請求項1
8に記載のアッセイ。
22. 前記化合物が標識で検出可能に標識化されている、請求項21に記載
のアッセイ。
23. 前記標識が放射性標識、酵素標識および選択可能なマーカーから成る
群より選択される、請求項22に記載のアッセイ。
24. 前記核酸が転写調節配列、翻訳調節配列、選択可能なマーカー、終止
配列、ポリアデニル化シグナル、構成的プロモーター、調節可能なプロモーター
、リボザイム結合部位およびスプライスシグナルから成る群より選択される少な
くとも1つを含んでなる、請求項21に記載のアッセイ。
25. 前記化合物が第2化学物質、アンチセンス核酸、リボザイム、ペプチ
ド、薬物、Jakキナーゼアンタゴニスト、Jakキナーゼアゴニスト、Jak
キナーゼのトランス優性突然変異体、Jakキナーゼの欠失突然変異体、チロシ
ンキナーゼ活性の一般的インヒビター、チロシンキナーゼ活性の一般的エンハン
サーおよび抗体から成る群より選択される、請求項18に記載のアッセイ。
26. 前記検出工程が、
(a)前記サイトカインで刺激した後、前記真核細胞の第1集団から第1抽出
物を調製し、前記抽出物は前記Jakキナーゼおよび前記Jakキナーゼのため
の基質を含んでなり、
(b)前記サイトカインで刺激した後、前記真核細胞の第2集団から第2抽出
物を調製し、前記抽出物は前記Jakキナーゼおよび前記Jakキナーゼのため
の基質を含んでなり、ここで前記剌激の前または間に前記組成物は前記第2集団
に対して提供され、
(c)キナーゼ緩衝液の中の前記第1抽出物とγ位に検出可能に標識化された
リンをもつアデノシン三リン酸(ATP)との組み合わせを含んでなる第1反応
混合物を調製し、
(d)キナーゼ緩衝液の中の前記第2抽出物とγ位に検出可能に標識化された
リンをもつアデノシン三リン酸(ATP)との組み合わせを含んでなる第2反応
混合物を調製し、そして
(e)前記第1および第2の反応混合物の中の前記検出可能に標識化されたリ
ンを含有する前記基質を検出する、
ことを含んでなり、
ここで前記第2反応混合物が前記第1反応混合物と有意に異なる量で前記検出
可能に標識化されたリンを含有する前記基質を含有する場合に、その活性が前記
Jakキナーゼの活性化により伝達されるサイトカインに対する真核細胞の生物
学的応答を調節できる組成物を同定する、
請求項22に記載のアッセイ。
27. 前記基質が前記Jakキナーゼまたは前記Jakキナーゼの自己リン
酸化部位を含んでなるその断片である、請求項26に記載のアッセイ。
28. 請求項18により生産された、Jakキナーゼ活性のインヒビター。
29. 前記インヒビターが前記Jakキナーゼの前記チロシンリン酸化を阻
害する、請求項28に記載のインヒビター。
30. 前記インヒビターがアンチセンス核酸、リボザイム、ペプチド、薬物
、Jakキナーゼアンタゴニスト、Jakキナーゼのトランス優性突然変異体、
Jakキナーゼの欠失突然変異体、チロシンキナーゼ活性の一般的インヒビター
、および抗体から成る群より選択される、請求項29に記載のインヒビター。
31. Jak1(配列番号:6)のアミノ酸786−804、Jak2(配
列番号:5)のアミノ酸758−776、およびTyk2(配列番号:7)のア
ミノ酸819−837から成る群より選択される配列に実質的に相当する配列を
有するペプチドのエピトープに選択的に結合する抗体であって、前記抗体が、前
記ペプチドが由来するJakキナーゼに前記Jakキナーゼの活性を妨害しない
で特異的に結合することができる、抗体。
32. 少なくとも1つのサイトカインによりチロシンのリン酸化を行うこと
ができるJakキナーゼをエンコードするDNA配列を含んでなる単離されたD
NA分子。
33. 配列番号:2の一部分に相当するDNA配列を含んでなる、請求項3
2に記載の単離されたDNA分子。
34. 第6図(配列番号:17)の一部分に相当するDNA配列を含んでな
る、請求項32に記載の単離されたDNA分子。
35. 前記DNA配列が第1図(配列番号:8)に示すようなネズミJak
2遺伝子配列由来である、請求項32に記載の単離されたDNA分子。
36. 請求項32に記載の単離されたDNA分子を含んでなり、宿主におい
て前記Jakキナーゼを発現することができる発現ベクター。
37. 請求項36に記載の発現ベクターで形質転換された宿主。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
A61K 38/22 7823−4B C12Q 1/48 Z
C07H 21/04 9281−4B C12N 5/00 B
C07K 16/40 9051−4C A61K 37/04 ABB
C12N 5/10 9051−4C 37/24
9/12 9051−4C 37/02
C12Q 1/48 9051−4C 37/66 G
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,MW,SD),AM,AT,
AU,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C
Z,DE,DK,ES,FI,GB,GE,HU,JP
,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LT,LU,
LV,MD,MG,MN,MW,NL,NO,NZ,P
L,PT,RO,RU,SD,SE,SI,SK,TJ
,TT,UA,UZ,VN
(72)発明者 クウル,フレデリック ダブリュ.
アメリカ合衆国テネシー州、ゴルドバ、エ
リクソン、コウブ、8579
(72)発明者 シルベノイネン,オリー
アメリカ合衆国ニューヨーク州、ニューヨ
ーク、ヨーク、アベニュ、1161、アパート
メント、2 エイチ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. サイトカインに対する真核細胞の生物学的応答を阻害する方法であって 、 (A)前記真核細胞の中のJakキナーゼの活性を阻害することを含んでなり 、ここで前記応答は前記Jakキナーゼの活性化により伝達されそして、前記J akキナーゼがJak2であるとき、前記サイトカインはエリトロポイエチン( EPO)またはインターロイキン−3(IL−3)以外である、方法。 2. 前記サイトカインがチロシンキナーゼレセプターに結合することによっ て前記生物学的応答を誘発する、請求項1に記載の方法。 3. 前記サイトカインがサイトカインレセプターに結合することによって前 記生物学的応答を誘発する、請求項1に記載の方法。 4. JakキナーゼがJak1、Jak2、Jak3、およびTyk2から 成る群より選択される、請求項1に記載の方法。 5. 前記サイトカインがインターロイキン−3(IL−3)、顆粒球−マク ロファージ特異的コロニー刺激因子(GM−CSF)、エリトロポイエチン(E PO)、顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)、インターフェロン−γ(IF N−γ)、プロラクチンホルモン、および成長ホルモンから成る群より選択され る、請求項1に記載の方法。 6. 前記サイトカインがインターロイキン2(IL−2)、インターロイキ ン4(IL−4)、インターロイキン5(IL−5)、インターロイキン6(I L−6)、インターロイキン7(IL−7)、インターロイキン9(IL−9) 、インターロイキン11(IL−11)、インターロイキン6(IL−6)、オ ンコスタチンM(OSM)、白血病阻害因子(LIF)、およびインターフェロ ンから成る群より選択される、請求項1に記載の方法。 7. 前記真核細胞の中の前記Jakキナーゼの発現を阻害することができる 組成物の有効量を前記真核細胞の中に導入することによって、前記Jakキナー ゼの活性が阻害される、請求項1に記載の方法。 8. 前記組成物がアンチセンスおよびリボザイムから成る群より選択される 、請求項7に記載の方法。 9. 前記Jakキナーゼの活性を阻害することができる組成物の有効量を前 記真核細胞の中に導入することによって、前記Jakキナーゼの活性が阻害され る、請求項1に記載の方法。 10. 前記組成物が前記Jakキナーゼに対する抗体、前記Jakキナーゼ に対する拮抗物質、前記Jakキナーゼのトランス−優性突然変異体、および前 記Jakキナーゼのペプチド断片から成る群より選択される、請求項9に記載の 方法。 11. 前記Jakキナーゼの活性化を阻害することができる組成物の有効量 を前記真核細胞の中に導入することによって、前記Jakキナーゼの活性が阻害 される、請求項1に記載の方法。 12. 前記組成物が前記Jakキナーゼに対する抗体、前記Jakキナーゼ に対する拮抗物質、前記Jakキナーゼのトランス−優性突然変異体、および前 記Jakキナーゼのペプチド断片から成る群より選択される、請求項11に記載 の方法。 13. サイトカインの活性がJakキナーゼの活性化により伝達される、動 物における細胞のサイトカインに対する過度の応答により引き起こされる動物に おける疾患の症状を治療する方法であって、 (A)前記細胞における前記Jakキナーゼの活性を阻害することを含んでな り、ここで、前記JakキナーゼがJak2であるとき、前記サイトカインはエ リトロポイエチン(EPO)またはインターロイキン−3(IL−3)以外であ る、前記方法。 14. 前記疾患の症状が前記細胞の過度の増殖である、請求項13に記載の 方法。 15. 真核細胞の中のJakキナーゼのレベルを増加させることを含んでな る、Jakキナーゼの活性化によりその活性が伝達される、インターフェロン− α(IFNα)以外のサイトカインに対する真核細胞の応答の欠如を治療する方 法であって、前記応答の欠如が、前記サイトカインとの接触後の前記真核細胞の 中のJakキナーゼの活性化形態のレベルが異常に低いことによるものであり、 そして、前記JakキナーゼがJak2であるとき、前記サイトカインはエリト ロポイエチン(EPO)またはインターロイキン−3(IL−3)以外である、 前記方法。 16. 前記真核細胞の中のJakキナーゼの発現を増強することによって、 前記真核細胞の中の前記Jakキナーゼのレベルが増加される、請求項15に記 載の方法。 17. 前記真核細胞の中でJakキナーゼを発現することができるベクター を導入することによって、前記Jakキナーゼの発現が増強される、請求項16 に記載の方法。 18. サイトカインの活性がJakキナーゼの活性化により伝達される、サ イトカインに対する真核細胞の生物学的応答を阻害することができる組成物を同 定するアッセイであって、前記Jakキナーゼのin vitroキナーゼ活性 を阻害する前記組成物の能力を検出することを含んでなり、ここで、前記Jak キナーゼがJak2であるとき、前記サイトカインはエリトロポイエチン(EP O)またはインターロイキン−3(IL−3)以外である、アッセイ。 19. (a)キナーゼ緩衝液の中で組み合わせられた、活性化された形態の Jakキナーゼ、前記Jakキナーゼのための基質、およびγ位に検出可能に標 識化されたリンをもつアデノシン三リン酸(ATP)を含んでなる第1反応混合 物を調製し、 (b)前記組成物と組み合わせられた前記第1反応混合物を含んでなる第2反 応混合物を調製し、そして (c)前記第1および第2の反応混合物の中の前記検出可能に標識化されたリ ンを含有する前記基質を検出する、 ことを含んでなり、 ここで前記第2反応混合物が前記第1反応混合物より有意に少ない量で前記検 出可能に標識化されたリンを含有する前記基質を含有する場合に、その活性が前 記Jakキナーゼの活性化により伝達されるサイトカインに対する真核細胞の生 物学的応答を阻害できる組成物を同定する、 請求項18に記載のアッセイ。 20. 前記基質がJakキナーゼまたは前記Jakキナーゼの自己リン酸化 部位を含んでなるその断片である、請求項19に記載のアッセイ。 21.前記Jakキナーゼが配列番号:2のアミノ酸100−1015に相当 するアミノ酸配列を含んでなる、請求項20に記載の方法。 22. サイトカインの活性がJakキナーゼの活性化により伝達されるサイ トカインに対する真核細胞の生物学的応答を阻害することができる組成物を同定 するアッセイであって、前記活性化を阻害する前記組成物の能力を検出すること を含んでなるアッセイ。 23. 工程: (a)前記サイトカインで刺激した後、前記真核細胞の第1集団から第1抽出 物を調製し、前記抽出物は前記Jakキナーゼおよび前記Jakキナーゼのため の基質を含んでなり、 (b)前記サイトカインで刺激した後、前記真核細胞の第2集団から第2抽出 物を調製し、前記抽出物は前記Jakキナーゼおよび前記Jakキナーゼのため の基質を含んでなり、前記刺激の前または間に前記組成物は前記第2集団に対し て提供され、 (c)キナーゼ緩衝液の中の前記第1抽出物とγ位に検出可能に標識化された リンをもつアデノシン三リン酸(ATP)との組み合わせを含んでなる第1反応 混合物を調製し、 (d)キナーゼ緩衝液の中の前記第2抽出物とγ位に検出可能に標識化された リンをもつアデノシン三リン酸(ATP)との組み合わせを含んでなる第2反応 混合物を調製し、そして (e)前記第1および第2の反応混合物の中の前記検出可能に標識化されたリ ンを含有する前記基質を検出する、 ことを含んでなり、 ここで前記第2反応混合物が前記第1反応混合物より有意に少ない量で前記検 出可能に標識化されたリンを含有する前記基質を含有する場合に、その活性が前 記Jakキナーゼの活性化により伝達されるサイトカインに対する真核細胞の生 物学的応答を阻害できる組成物を同定する、 請求項22に記載のアッセイ。 24. サイトカインの活性がJakキナーゼの活性化により伝達されるサイ トカインに対する真核細胞の生物学的応答を阻害することができる組成物を同定 するアッセイであって、前記サイトカインの存在下に、前記Jakキナーゼと前 記サイトカインのレセプターとの間の物理的相互作用を阻害する前記組成物の能 力を検出することを含んでなる前記アッセイ。 25. Jak1(配列番号:6)のアミノ酸786−804、Jak2(配 列番号:5)のアミノ酸758−776、およびTyk2(配列番号:7)のア ミノ酸819−837から成る群より選択される配列に実質的に相当する配列を 有するペプチドのエピトープに選択的に結合する抗体であって、前記抗体が、前 記ペプチドが由来するJakキナーゼに前記Jakキナーゼの活性を妨害しない で特異的に結合することができる、抗体。 27. 少なくとも1つのサイトカインによりチロシンのリン酸化を行うこと ができるJakキナーゼをエンコードするDNA配列を含んでなる単離されたD NA分子。 28. 配列番号:2の一部分に相当するDNA配列を含んでなる、請求項2 7に記載の単離されたDNA分子。 29. 第6図(配列番号:)の一部分に相当するDNA配列を含んでなる、 請求項27に記載の単離されたDNA分子。 30. 前記DNA配列が第1図(配列番号:8)に示すようなネズミJak 2遺伝子配列由来である、請求項27に記載の単離されたDNA分子。 31. 請求項27の単離されたDNA分子を含んでなり、宿主において前記 Jakキナーゼを発現することができる発現ベクター。 32. 請求項31に記載の発現ベクターで形質転換された宿主。
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