JPWO2002024228A1 - How to control osteoclast formation - Google Patents

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Abstract

本発明は、破骨細胞形成シグナルを制御する方法を提供する。II型IFNシグナル伝達を活性化することにより、破骨細胞形成の過程を抑制できることを見出した。II型IFNシグナルの活性化により、RANKLにより誘導されるTRAF6蛋白質の発現がダウンレギュレートされ、破骨細胞形成が抑制された。II型IFN(IFN−γ)は、用量依存的に破骨細胞形成を抑制する作用を示した。II型IFNによる破骨細胞形成抑制には、Stat1を介するシグナルが重要であることが判明した。本発明により、自己免疫性関節炎を含む、病的骨破壊を伴う疾患に対する多くの新たな治療戦略が提供される。The present invention provides a method for controlling an osteoclast-forming signal. It has been found that by activating type II IFN signaling, the process of osteoclast formation can be suppressed. Activation of the type II IFN signal down-regulated the expression of TRAF6 protein induced by RANKL and suppressed osteoclast formation. Type II IFN (IFN-γ) showed an effect of suppressing osteoclast formation in a dose-dependent manner. It has been found that a signal via Stat1 is important for suppression of osteoclast formation by type II IFN. The present invention provides a number of new therapeutic strategies for diseases involving pathological bone destruction, including autoimmune arthritis.

Description

技術分野
本発明は破骨細胞形成シグナルを制御する方法に関する。より具体的には、破骨細胞形成を制御する方法に関する。
背景技術
骨量は、骨芽細胞性骨形成(osteoblastic bone formation)と破骨細胞性骨吸収(osteoclastic bone resorption)の協調的なバランスの上に維持されている。骨吸収の異常は、骨粗鬆症、骨関節炎、転移性骨癌、ならびに慢性関節リウマチ(rheumatoid arthritis;RA)および歯周病などの炎症性骨疾患を含む様々な骨代謝疾患に関与している。従って、破骨細胞による骨吸収を効果的に調節することが極めて重要である。しかしながら、病的骨吸収を制御できる有効な治療法は確立されていない。
免疫応答は宿主にとって重要な防御機構であるが、免疫系は骨吸収にも関与しており、ある種の自己免疫状態などで見られる長期にわたる異常な活性化は、エフェクター細胞による組織破壊を引き起こすことがある(Roodman,G.D.,Exp.Hematol.27,1229−41(1999);Suda,T.et al.,Endocrine Rev.20,345−57(1999))。例えば自己免疫性関節炎においては、破骨細胞による骨吸収の増強により深刻な骨破壊が進み、進行性の関節破壊がもたらされる(Kong,Y.Y.et al.,Nature 402,304−9(1999);Takayanagi,H.et al.,J.Clin.Invest.104,137−46(1999))。このような関節組織では、T細胞におけるRANKLの発現が重要な役割を果たしている。RANKL(receptor activator of nuclear factor κB ligand,別名TRANCE/OPGL/ODF)は破骨細胞形成に必須のTNFファミリー因子であり、in vitroにおいて活性化T細胞がRANKLを産生して破骨細胞形成を誘導することが報告されている(Kong,Y.Y.et al.,Nature 397,315−23(1999);Kong,Y.Y.et al.,Nature 402,304−9(1999);Horwood,N.J.et al.,Biochem.Biophys.Res.Commun.265,144−50(1999))。しかしながら、活性化T細胞が、RANKLの作用を相殺することにより骨のホメオスタシスの維持に関与する作用を持つことは知られていない。RANKLに加え、T細胞で発現する他の免疫調節因子も破骨細胞形成を調節しているが(Roodman,G.D.,Exp.Hematol.27,1229−41(1999);Suda,T.et al.,Endocrine Rev.20,345−57(1999);Takahashi,N.et al.,J.Immunol.137,3544−9(1986))、その調節の分子機構は知られていない。
発明の開示
本発明は、破骨細胞形成シグナルを制御する方法を提供することを課題とする。本発明の方法により、破骨細胞形成を制御することができる。具体的には、本発明は破骨細胞形成に関与するRANKLシグナル伝達の作用を制御する方法を提供する。さらに本発明は、破骨細胞形成に関与するTRAF6の発現もしくはその機能、またはその両方を制御する方法を提供する。本発明により、骨吸収および骨破壊を制御することが可能となる。また本発明は、これらの制御に用いるための薬剤を提供することを課題とする。また本発明は、破骨細胞形成または骨破壊を制御するための医薬を提供することを課題とする。
本発明者らは、破骨細胞形成の調節機構にII型インターフェロン(interferon;IFN)を介したシグナル伝達が関与している可能性を検証するため、IFN−γ受容体(IFN−γR)の成分の1つであるIFNGR1を欠損したマウス(IFN−γR−/−マウス)を用いてエンドトキシンによる骨吸収の誘導を行い、II型IFNシグナルの欠損が及ぼす破骨細胞形成への影響を調べた。その結果、IFN−γR−/−マウスは、野生型マウスに比べ破骨細胞形成が増強され、骨破壊の顕著な増悪化が起こることを見出した。最近、自己免疫性関節炎において、活性化T細胞がRANKLの発現を通して破骨細胞形成を促進し、骨消失を調節していることが報告されている(Kong,Y.Y.et al.,Nature 402,304−9(1999))。これに対し本発明者らの得た知見は、活性化T細胞が、IFN−γの産生を通して破骨細胞形成を負に調節する能力も保持していることを示すものである。すなわち、T細胞によるRANKLおよびIFN−γの発現のバランスが、破骨細胞形成の調節および骨組織の維持に重要であることが判明した。
IFN−γ産生T細胞が破骨細胞形成に及ぼす影響を調べるため、次にin vitro破骨細胞形成系において活性化T細胞の影響を調べた。具体的には、in vitroにおいて破骨細胞前駆細胞である骨髄単球・マクロファージ系前駆細胞(bone marrow monocyte/macrophage precursor cells;BMMs)をM−CSF存在下でRANKLで刺激して破骨細胞形成を誘導する系において、BMMを活性化T細胞と共培養する実験を行った。その結果、抗CD3抗体で活性化させたT細胞と共にBMMを共培養した場合には、BMMの破骨細胞形成は強く阻害されることが判明した。IFN−γR−/−由来のBMMを用いた場合、活性化T細胞による破骨細胞形成の阻害効果は失われた。また、活性化T細胞の培養上清は、BMMの破骨細胞形成を阻害する作用を示したが、この阻害効果は抗IFN−γ抗体により中和されることが確認された。これらの結果から、IFN−γはRANKLにより誘導される破骨細胞形成を抑制することが明らかとなった。RANKLによるBMMの破骨細胞形成は、活性化T細胞の代わりに組み換えIFN−γを用いた場合でも阻害され、過剰量のRANKL存在下においても、極めて低いレベルのIFN−γが破骨細胞形成を強く阻害した。
IFN−γによる破骨細胞形成阻害のシグナル伝達経路をさらに詳細に調べるため、IFN−γR−/−、Stat1−/−、またはIRF−1−/−マウス由来のBMMを用いて、RANKLによる破骨細胞形成に及ぼすIFN−γの効果を検証した。その結果、IFN−γR−/−マウスまたはStat1−/−マウスでは、IFN−γによる破骨細胞形成の抑制能が顕著に低下したが、IRF−1−/−マウスでは野生型マウスと同様のIFN−γによる阻害効果が観察された。この事実は、Stat1(signal transducer and activator of transcription−1)を介するシグナル伝達の活性化が、破骨細胞形成の抑制に本質的な役割を果たすことを示している。このことから、RANKLシグナル伝達経路のIFN−γによる抑制には、Stat1(GAF)を介し、IRF−1に非依存的な遺伝子誘導経路が重要であることが示された。
RANKLがその受容体であるRANKを刺激すると、RANKはアダプター蛋白質であるTRAF(tumor necrosis factor receptor−associated factor)ファミリーを誘導し、NF(nuclear factor)−κBおよびJNK/SAPK(c−Jun N−terminal kinase/stress−activated protein kinase)経路を活性化する(Dougall,W.C.et al,Genes Dev.13,2412−24(1999);Hsu,H.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.U S A 96,3540−5(1999))。RANKLで誘導されるNF−κBとJNKの活性化を、IFN−γ処理したBMMにおいて調べたところ、NF−κBおよびJNK両者の活性化はIFN−γにより阻害されることが判明した。また、RANKシグナル伝達経路の下流のエフェクター分子であるTRAF6の発現が、IFN−γにより顕著に低下することが見出された。BMMにおいてTRAF6遺伝子を外来的に導入して強制発現させたところ、このBMMはIFN−γによる破骨細胞形成の阻害に対して抵抗性を示し、RAINKL刺激によりNF−κBおよびJNKの活性化が起こり破骨細胞への分化が誘導された。これらの分化した細胞はカルシトニン受容体を発現し、象牙(dentin)切片上で骨吸収活性を示した。これらの結果は、IFN−γによる破骨細胞形成の抑制の少なくても一部が、TRAF6発現の低下を介していることを示している。
本発明は、T細胞の活性化において、IFN−γが石灰化組織の破壊を保護するという、IFN−γの新たな生物学的機能を明らかにする。本発明により得られた知見は、破骨細胞の形成は、RANKLとIFN−γとの間のバランスによって調節されていることを示している。IFN−γ受容体欠損マウスで観察されたコラーゲン誘導関節炎(CIA)における所見(Manoury−Schwartz,B.et al.,J.Immunol.158,5501−6(1997);Vermeire,K.et al.,J.mmunol.158,5507−13(1997))は、破骨細胞分化に対するこのIFN−γの抑制効果により、少なくとも部分的に説明することが可能である。例えば、エンドトキシン誘導性の骨吸収モデルで見られるように、急性免疫反応期においてはIFN−γ産生が増強され、RANKLの発現増加を相殺して異常な破骨細胞形成は抑制されると考えられる。これに対し、慢性関節リウマチにおける慢性滑膜炎においては、このバランス作用はRANKL発現の方に傾くと思われる。これに関して、関節炎を起した関節には、有意なT細胞の浸潤が見られるにもかかわらずIFN−γの発現は抑制されており(Firestein,G.S.& Zvaifler,N.J.,Arthritis Rheum.33,768−73(1990);Kinne,R.W.et al.,Biochim.Biophys.Acta 1360,109−41(1997))、一方、RANKLの発現は増強されている(Takayanagi,H.et al.,Arthritis Rheum.43,259−69(2000);Gravallese,E.M.et al.,Arthritis Rheum.43,250−8(2000))ことは注目に値する。すなわち、IFN−γの欠乏とRANKLの発現増強が、関節炎における破骨細胞形成の活性化に貢献していると考えられる。従って、この関節の破骨細胞前駆細胞におけるII型IFNシグナル伝達を促進させることによって、破骨細胞の異常形成を抑制し、骨破壊を防止することが可能となる。
また本発明により、IFN−γを介する破骨細胞形成の抑制において、TRAF6は重要な標的分子であることが示された。これは、炎症性骨疾患を含む病的骨吸収に対する特異的治療薬開発にとって、TRAF6を標的とした薬剤を開発することが極めて重要であることを示している。
本発明により、以下のような骨代謝疾患に対する新たな治療的アプローチが可能となる。
1)破骨細胞の生成および活性の制御は骨代謝疾患の予防および治療に有効である。特に自己免疫性関節炎に対して効果を有する。
2)RANKLシグナル伝達経路の阻害は、自己免疫性関節炎を含む骨代謝疾患における有効な治療戦略となる。
3)TRAF6は、自己免疫性関節炎を含む骨代謝疾患の予防および治療における有効な標的分子である。
4)II型IFN(例えばIFN−γ)は自己免疫性関節炎を含む骨代謝疾患の予防および治療に有効である。
このように本発明者らは、破骨細胞形成の新規な調節機構を解明し、破骨細胞による異常な骨吸収を制御する方法を開発するに至った。すなわち本発明は、破骨細胞形成シグナルを制御する方法、並びに該制御に用いるための薬剤および医薬に関し、より具体的には、
(1)破骨細胞前駆細胞におけるII型IFNシグナル伝達を促進または抑制する工程を含む、破骨細胞形成シグナルを制御する方法、
(2)破骨細胞前駆細胞におけるII型IFNシグナル伝達を促進または抑制する工程を含む、下記(a)から(d)のいずれかを制御する方法、
(a)破骨細胞形成
(b)RANKシグナル伝達
(c)TRAF6発現またはその機能
(d)骨吸収
(3)破骨細胞前駆細胞におけるII型IFNシグナル伝達を促進する工程を含む、炎症性骨破壊の抑制方法、
(4)II型IFNシグナル伝達がStat1を介するシグナル伝達である、(1)から(3)のいずれかに記載の方法、
(5)II型IFNシグナル伝達の促進または抑制が、II型IFN受容体とそのリガンドとの相互作用の促進または抑制である、(1)から(3)のいずれかに記載の方法、
(6)II型IFN受容体とそのリガンドとの相互作用の促進を、下記(a)または(b)に記載の工程により行う、(5)に記載の方法、
(a)II型IFN受容体リガンドの投与
(b)II型IFN受容体リガンドを発現するベクターの投与
(7)リガンドがIFN−γである、(5)または(6)に記載の方法、
(8)(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収に及ぼす化合物の効果を検出する方法であって、
(a)被検化合物を含む試料の存在下で、破骨細胞前駆細胞におけるRANKシグナル伝達、並びにII型IFNシグナル伝達を促進する工程、
(b)(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を検出する工程、を含む方法、
(9)(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を調節する化合物をスクリーニングする方法であって、
(a)被検化合物を含む試料の存在下で、破骨細胞前駆細胞におけるRANKシグナル伝達、並びにII型IFNシグナル伝達を促進する工程、
(b)(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を検出する工程、
(c)対照の条件下に比べ、該(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を調節する化合物を選択する工程、を含む方法、
(10)II型IFNシグナル伝達がStat1を介するシグナル伝達である、(8)または(9)に記載の方法、
(11)II型IFNシグナル伝達の促進が、II型IFN受容体とそのリガンドとの相互作用の促進である、(8)または(9)に記載の方法、
(12)II型IFN受容体とそのリガンドとの相互作用の促進を、下記(a)または(b)に記載の工程により行う、(11)に記載の方法、
(a)II型IFN受容体リガンドの投与
(b)II型IFN受容体リガンドを発現するベクターの投与
(13)リガンドがIFN−γである、(11)または(12)に記載の方法、(14)II型IFN受容体リガンドまたは該リガンドを発現するベクターを含む、下記(a)から(d)のいずれかに記載の薬剤、
(a)破骨細胞形成抑制剤
(b)RANKシグナル伝達抑制剤
(c)TRAF6抑制剤
(d)骨吸収抑制剤
(15)II型IFN受容体のリガンドがIFN−γである、(14)に記載の薬剤、
(16)II型IFN受容体リガンドまたは該リガンドを発現するベクターを含む、骨破壊を抑制するための医薬組成物、
(17)自己免疫性関節炎における骨破壊の予防または治療に用いられる、(16)に記載の医薬組成物、に関する。
本発明はII型IFNシグナル伝達を促進または抑制することにより、破骨細胞形成シグナルを制御する方法に関する。本発明において「破骨細胞形成シグナル」とは、破骨細胞形成を誘導する過程および破骨細胞形成により誘導される過程における作用または該作用の一部を指す。これらの作用には、遺伝子の発現、細胞の形態および機能変化を含む表現型の変化、ならびにこれらの表現型の変化により引き起こされる代謝活動などが含まれる。II型IFNシグナル伝達を促進することによって、破骨細胞形成シグナルは阻害され骨吸収が抑制される。逆にII型IFNシグナル伝達を抑制することによって、破骨細胞形成シグナルの阻害が低下し骨吸収が促進される。
破骨細胞は、造血幹細胞を起源とするマクロファージ・単球系細胞(CFU−M)より分化した単核の破骨細胞前駆細胞が融合して形成される多核巨細胞である(Udagawa,N.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:7260,1990)。一般に成熟した破骨細胞は、酒石酸抵抗性酸フォスファターゼ(TRAP)、カルシトニン受容体、ヴィトロネクチン受容体、およびM−CSF受容体(c−Fms)を発現し、骨吸収能を示す。破骨細胞形成は、これらの指標の少なくとも1つをもとに判断することができる。in vitro培養系において、骨髄単球・マクロファージ系前駆細胞(bone marrow monocyte/macrophage precursor cells;BMMs)は、M−CSF(macrophage−colony stimulating factor;マクロファージコロニー刺激因子)存在下でRANKLの刺激により破骨細胞に分化する。これらの因子以外にも、炎症性関節炎などにおける骨破壊には、IL(interleukin)−1、IL−6、TNF(tumour necrosis factor)−α、FGF(fibroblast growth factor)−2、およびPDGF(platelet−derived growth factor)などのサイトカインや増殖因子が関与している。破骨細胞が骨吸収を行う際には、明帯(clear zone)と呼ばれるアクチンに富んだ部位で骨に接触し、波状縁(ruffled border)という膜陥入構造を形成し、プロトンポンプによる酸性環境下でマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)、カテプシンなどの基質分解酵素を自ら産生することにより骨基質が分解される。本発明によれば、このような破骨細胞の分化および骨吸収などを誘導する破骨細胞形成シグナルを、II型IFNシグナル伝達の調節により制御することができる。すなわち、II型IFNシグナル伝達を促進することにより骨破壊を抑制し、逆にII型IFNシグナル伝達を抑制することによって、骨破壊を促進することができる。
また、上記のように、一般に破骨細胞の形成は、M−CSF存在下、RANKLにより誘導される。RANKLは細胞表面に発現するRANK(receptor activator of nuclear factor κB)のリガンドであり、RANKを介したシグナル伝達を誘導する。RANKの活性化により、シグナルはTRAF2、TRAF6、および他のTRAFファミリー因子を含むエフェクター分子を介して下流に伝達され、破骨細胞への分化および活性化を促し破骨細胞を形成させる。破骨細胞の形成には、RANKL以外にTNFαおよびIL−1も関与しており、TNFαはI型およびII型TNF受容体を介して、またIL−1はIL−1受容体を介して破骨細胞形成シグナルを伝達する。また、TRAFファミリー因子は、TNF受容体およびIL−1受容体を介するシグナルにも関与しており、例えばTRAF6はIL−1受容体のアダプター分子としても機能する。II型IFNシグナル伝達を促進または抑制することにより、これらの破骨細胞形成シグナルをそれぞれ抑制または促進することが可能である。
実施例2に示されるように、II型IFNシグナル伝達を促進または抑制することにより、特にRANKシグナル伝達を効果的に制御することができる。M−CSFに依存するBMMの増殖に対しては、IFN−γは比較的穏やかな抑制効果を示す一方、RANKシグナルにより誘導される破骨細胞形成は、極めて低いレベルのIFN−γでも強い阻害作用を示した(図3)。さらにIFN−γは、M−CSFおよびRANKLに依存して分化するBMMsの破骨細胞形成を阻害するのみならず、M−CSF非依存性のマクロファージ細胞株RAW264.7のRANKLによる破骨細胞形成も阻害する。これらの知見は、II型IFNシグナル伝達を促進することにより、RANKシグナル伝達を特に選択的に抑制することができることを示している。逆にII型IFNシグナル伝達を抑制することにより、RANKシグナル伝達の阻害を低下させることができる。「RANKシグナル伝達」とは、RANKを介した一連のシグナル伝達またはその一部を指し、RANKの下流のシグナル分子の活性化や発現の上昇、標的遺伝子発現の誘導、RANKの活性化により引き起こされる細胞の形質変化などを含む。これらには、TRAF6の発現上昇、TRAF6の活性化、TRAF6を介するシグナル伝達、NF−κBの活性化、JNKの活性化(リン酸化)を含むMAPKシグナル伝達の活性化が挙げられる。またこれらには、破骨細胞形成、並びにTRAP、カルシトニン受容体、およびヴィトロネクチン受容体等の破骨細胞で発現される遺伝子の発現誘導、さらには骨吸収能の獲得などが挙げられる。
また、実施例3に示されるように、II型IFNシグナル伝達の促進は、TRAF6の発現を顕著に阻害することが判明した。イムノブロット解析の結果は、II型IFNシグナル伝達の促進が、TRAF6蛋白質レベルを有意に低下させることを示している(図6c)。従って、II型IFNシグナル伝達を促進することにより、RANKシグナルによるTRAF6発現を抑制することが可能である。TRAF6の発現を抑制することによりTRAF6の機能は抑制される。TRAF6の機能としては、例えばTRAF6が関与するシグナル伝達が挙げられる。すなわち、II型IFNシグナル伝達を促進することにより、TRAF6が関与するシグナル伝達を抑制することができる。TRAF6はRANKシグナル伝達以外にも、CD40、p75NTR、およびToll/IL−1受容体ファミリーのシグナル伝達にも関与していることが示唆されている。例えば、TRAF6はTLR(Toll−like receptor)−2やTLR−4などを含むLPS/エンドトキシンシグナルにも関与している。本発明の方法を用いてTRAF6発現を制御することにより、これらのTRAF6を介するシグナル伝達を制御し得る。TRAF6の発現または機能を阻害する方法が、破骨細胞を抑制する創薬の際の1つの代替戦略ともなることが示唆される。
本発明において「II型IFNシグナル伝達」とは、II型IFNにより誘導されるシグナル伝達またはその一部を言う。すなわち、II型IFNにより誘導されるシグナル伝達、II型IFN受容体の活性化により誘導されるシグナル伝達、およびII型IFN受容体の下流のエフェクター分子により誘導されるシグナル伝達などは、II型IFNシグナル伝達に含まれる。本発明においてII型IFNシグナル伝達は、好適には、II型IFN受容体の活性化により誘導されるシグナル伝達を言う。
II型IFNとしてはIFN−γが挙げられ、IFN−γはII型IFN受容体(IFN−γR)のリガンドとして機能してII型IFNシグナル伝達を活性化する。II型IFN受容体にIFN−γ等のリガンドが結合すると、II型IFN受容体はJAKファミリー(JAK1およびJAK2等)のチロシンキナーゼの活性化を通してStatファミリー(Stat1等)がリン酸化される。Stat1ダイマーはGAF(IFN−γ activated factor)とも呼ばれ、このリン酸化されたダイマーが核に移行しGAS(IFN−γ activated sequence)に結合して標的遺伝子群の転写を促進する。このように、II型IFNシグナル伝達としては、Stat1(GAF)を介するシグナル伝達が挙げられる。また、IRF−1もIFN−γの標的遺伝子の発現を増強する。
II型IFNシグナル伝達を活性化するには、例えばII型IFN受容体のリガンドを作用させる。II型IFN受容体リガンドとしては、IFN−γが挙げられる。また、IRF−1の発現によりIFN−γ発現を誘導してもよい。また、II型IFN受容体の下流のシグナル伝達を活性化することもできる。なかでも、Stat1を介するシグナル伝達を促進することが好ましい。例えば、GAF活性化を促進することにより、II型IFNシグナル伝達を活性化することができる。また、GAS応答性の遺伝子群の発現を促進することにより、II型IFNシグナル伝達を活性化することもできる。
II型IFNシグナル伝達を抑制するには、例えばII型IFN受容体のリガンドを取り除いたり、リガンドと受容体との結合を阻害する。例えば、リガンドに対する抗体を投与することによりリガンドを中和することができる。また、IFN−γ発現を抑制する因子、すなわち他のサイトカイン(IL−4、IL−10を含む)などや、転写抑制因子によりIFN−γ発現を抑制してもよい。また、II型IFN受容体の下流のシグナル伝達を抑制してもよい。
また、例えば活性化型JAKを細胞で発現させるなど、細胞内におけるJAKファミリーのチロシンキナーゼ活性を上昇させることにより、Stat1の二量体化を促進してII型IFNシグナルを促進することも可能である。逆にJAKを阻害すればII型IFNシグナルを抑制することができる。また、Stat1は核内でCBP/p300等の転写コアクチベーターと結合して転写活性が促進される。そこで、CBP/p300等を過剰発現したり、これらとStat1との結合能を高めれば、II型IFNシグナルは亢進する。逆に、CBP/p300等とStat1との結合を阻害すれば、II型IFNシグナルを阻害することができる(Horvai,A.E.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 94:1074−1079(1997))。
II型IFNシグナル伝達の制御を行う標的となる細胞は、破骨細胞前駆細胞である。本発明において「破骨細胞前駆細胞」とは、破骨細胞に分化し得る細胞を指す。このような細胞としては、破骨細胞に分化し得るマクロファージ・単球系細胞等が含まれる。具体的には、骨髄マクロファージ系細胞や滑膜マクロファージなどの、骨軟骨組織に存在するマクロファージ系細胞(例えばマクロファージ・単球系前駆細胞など)などが挙げられる。また、造血幹細胞なども含まれる。細胞が由来する生物種に特に制限はない。RANKLシグナル伝達系およびII型IFNシグナル伝達系は、哺乳動物において広く保存されており、ヒト細胞等においても、これらのシグナル分子群はマウス細胞と共通しており、その機能についても同様であることが知られている。従って、例えばヒトおよびサルを含む霊長類に由来する破骨細胞前駆細胞に対して、本発明に従いII型IFNシグナル伝達の制御を行うことにより、該細胞の破骨細胞形成を制御することが可能である。
例えば、ヒト末梢血単核細胞からのin vitro破骨細胞形成におけるIFN−γの効果を調べるには、健常者から末梢血を採取し、RPMI 1640で1:1に希釈し、フィコール/プラークに重層して400gで30分間遠心する。単離した末梢血単核細胞(10細胞/ウェル)を24ウェルのマルチウェルプレートに加える。これらの細胞は20%ウマ血清を含むα−MEM中、100ng/ml RANKLおよび10ng/ml M−CSFの存在下、かつ組み換えヒトIFN−γの存在下または非存在下で10日間培養し、ヒト破骨細胞形成を検出することにより実施することができる。
II型IFN受容体のリガンドとは、II型IFN受容体に結合して受容体を活性化させる分子を指す。II型IFN受容体のリガンドを用いてシグナル伝達を促進する場合、用いられるII型IFN受容体のリガンドとしては、該受容体に結合し、受容体を活性化させる限り特に制限はない。リガンドには天然のリガンド、天然のリガンドの誘導体、リガンドとして作用する他の蛋白質、および人工的なリガンド等が含まれる。リガンドは蛋白質またはペプチドであっても、非ペプチド性化合物であってもよい。ペプチド性のリガンドは、組み換え体であってよく、また、修飾されていてもよい。また、リガンドは製剤化されたものであってもよい。また、グリコール結合体(glycol−conjugated IFN)など、他の化合物と結合したものであってもよい。
II型IFN受容体のリガンドとしては例えばIFN−γが挙げられる。また、その誘導体も含まれる。本発明においてIFN−γには、野生型IFN−γのみならず、野生型分子の誘導体も含まれる。例えば、野生型IFN−γに1または複数のアミノ酸を付加、欠失、置換、および/または挿入した蛋白質や、主鎖または側鎖が修飾された蛋白質なども、本発明においてIFN−γに含まれる。またIFN−γには、全てのIFN−γ型サブタイプ、およびIFN−γ様活性を示す誘導体などが含まれる。
これらのII型IFN受容体リガンドを投与して、II型IFN受容体にリガンドを相互作用させることにより、II型IFNシグナル伝達を促進することができる。リガンドの投与は、標的細胞の受容体に結合し得るように、適宜公知の投与方法に従って行えばよい。
リガンド自体を用いる代わりに、リガンドを発現するベクターを用いることも考えられる。ペプチド性のリガンドは、これをコードする核酸を発現させることにより産生させることができる。例えばIFN−γまたはこれらの派生体などを発現するベクターを細胞に導入すれば、導入細胞から産生されたこれらの分子がII型IFN受容体に結合してII型IFNシグナルを活性化する。本発明においてベクターは、II型IFN受容体リガンドを発現することができる限り制限はなく、DNAおよびRNAを含むポリヌクレオチド自体、および該ポリヌクレオチドを含む複合体の形態であってよい。リガンドを発現するベクターの作製には、プラスミドベクターおよびウイルスベクターを含む公知のベクター系を用いることができる。ウイルスベクターとしては、例えばレトロウイルスベクター、アデノウイルスベクター、アデノ随伴ウイルスベクターなどが挙げられる。生体へのベクターの投与は、直接ベクターを投与するin vivo法、またはベクターを導入した細胞を投与するex vivo法により行うことができる。
ex vivo法により遺伝子を導入する場合、例えばレトロウイルスベクターを好適に用いることができる。レトロウイルスベクターは、導入遺伝子を宿主染色体に組み込むため、長期間安定した発現が期待できる。例えば関節に対する遺伝子導入においては、体外に取り出した滑膜細胞に対して遺伝子導入を行い、遺伝子が導入された細胞を再び関節に移植することが考えられる。in vivo法により遺伝子を導入する場合、例えばアデノウイルスベクターを用いることができる。アデノウイルスは高濃度に濃縮が可能であり、導入遺伝子がホストのゲノムに組み込まれないため安全性も高い。実際に、滑膜細胞に対してのアデノウイルスベクターの遺伝子導入効率は高いことが報告されており、関節に対する遺伝子導入に用いることが可能である。その他、naked DNAの投与や、センダイウイルスリポソームを用いた方法などにより、非ウイルスベクターを用いた細胞または生体への遺伝子導入を行うこともできる。ベクターを投与する対象となる細胞は特に制限はない。ベクターやベクターを導入した細胞は、生産されたリガンドが破骨細胞前駆細胞に作用し得るように投与される。例えば骨軟骨部位へ局所投与することができる。
また、ベクターを導入した細胞に限らず、II型IFN受容体のリガンドを産生する細胞であれば、この細胞を投与することも考えられる。本発明におけるII型IFN受容体リガンドの投与には、そのリガンドを産生する細胞の投与などのリガンドの間接的な投与も含まれる。天然にIFNを産生する細胞としては、IFN−γであればT細胞、NK細胞、およびNKT細胞などのリンパ球が挙げられる。
また、体内にあるII型IFN産生細胞からのII型IFN産生を促進することにより、II型IFNシグナル伝達を促進することもできる。このためには、II型IFN産生細胞からのIFN産生を促進する刺激を与えればよい。実施例に示すように、活性化されたT細胞はIFN−γを放出して破骨細胞の形成を抑制した。従って、例えばT細胞を活性化させることにより、IFN−γ産生を促進させることができる。一般にII型IFN産生は、ウイルスや微生物の感染、エンドトキシン、合成低分子、抗生物質、多糖体、核酸、マイトジェン、免疫増強剤の投与などによって誘導される(Mayer,E.D.et al.,”Interferons and Other regulatory cytokines”(インターフェロンおよび他の調節性サイトカイン),1998,John Wiley & Sons)。
以上のような方法により、II型IFN受容体リガンドを受容体に相互作用させれば、破骨細胞前駆細胞においてRANKLなどにより誘導される破骨細胞形成が阻害され、骨吸収を抑制することができる。本発明の方法によれば、例えば自己免疫性関節炎における骨破壊を抑制することができる。骨破壊を抑制する対象となる個体に制限はなく、例えばヒト、およびマウス、ラット、ウサギ、サルなどの非ヒト哺乳動物が挙げられる。非ヒト哺乳動物への適用は、ヒト骨破壊性疾患に対する予防法または治療法を開発するためのモデルとする上でも有用である。これにより、例えば自己免疫性関節炎における骨破壊を予防する新たな方法を開発することができる。
例えば、個体を用いてIFN−γの破骨細胞形成抑制の効果を解析するには、実施例1に記載したような炎症性骨破壊のエンドトキシン誘導モデルを利用することができる。具体的には、7〜8週齢のマウス(n=20)の頭蓋冠に、リポ多糖(LPS)(Sigma社)を25mg/kg−体重で局所投与し、同じ部位に続く4日間にわたって組み換えIFN−γ(例えば10000U/day)(n=10)または対照の生理食塩水(n=10)を皮下投与することにより、IFN−γの局所注入の治療効果を検査することができる。LPS注入の5日後に、以前の記載に従って海綿骨梁の骨面のミリメートルあたりの破骨細胞数、および破骨細胞で覆われた骨面(侵食面)の割合を解析する(Chiang,C.Y.et al.,Infect.Immun.67,4231−6(1999))。
例えば炎症部位へのIFN−γ投与を毎日または間隔をおいて行うことにより、破骨細胞形成および骨吸収の阻害を検査することができる。これにより、骨破壊疾患におけるIFN−γの臨床適用の条件をより詳細に検討することが可能である。骨破壊は、複数の骨髄腫および転移性骨癌を含む腫瘍、並びに自己免疫性関節炎などの炎症状態にしばしば付随していることから、IFN−γは癌や関節炎で誘導される骨破壊に対する治療に特に効果を有する可能性がある。骨破壊部位へのIFN−γの局所送達は投与量を低く抑えることができるため、副作用を低減することが可能である。
また、ヒト疾患における病的骨吸収に対するII型IFNの効果を調べるには、慢性関節リウマチ患者由来の培養滑膜細胞からのin vitro破骨細胞形成の系を利用すればよい。この系は、リウマチ滑膜(rheumatoid synovium)で観察される病的破骨細胞形成のex vivoモデルである(Takayanagi,H.et al.Arthritis Rheum.,43,259(2000))。滑膜組織を切り離し、1mg/mlコラゲナーゼ(Wako pure chemicals,Osaka,Japan)および0.15mg/ml DNaseI(Sigma,St.Louis,MO)を含むRPMI 1640を20倍の容量加えて混合し、振盪しながら37℃で90分間インキュベートする。細胞懸濁液を70mmのcell strainerを通して濾過し、最終的に20%ウマ血清(Gibco BRL)を含むα−MEM中に細胞を懸濁する。単離した滑膜細胞(10細胞/ウェル)は24ウェルのマルチウェルプレートに撒き、1,25−dihydroxyvitamin D3[1,25(OH)](10−7M)および2ng/ml組み換えヒトM−CSFの存在下、かつ組み換えヒトIFN−γの存在下または非存在下で20日間培養する。3日おきに、培地の半分を交換する。このex vivo破骨細胞形成モデルにおいて、組み換えIFN−γの破骨細胞形成に対する抑制効果を検出することができる。このような方法により、II型IFNの局所的または全身的投与によりヒト骨疾患における骨吸収を抑制するための新たな戦略を開発することか可能である。
また、最近、蛋白質の機能抑制の方法の一つとして、抗体誘導療法や、DNAワクチンによる抗体誘導療法が開発されている。これらの免疫学的手法を用いて破骨細胞形成シグナルに関与する分子の機能を遮断することにより、骨吸収や骨破壊を制御することが可能である。本発明は、破骨細胞形成シグナルに関与する分子に対する抗体を誘導することにより、破骨細胞形成を調節する方法を提供する。好ましい一態様においては、RANKLシグナル伝達に関与する蛋白質に対する免疫反応を誘導することにより、破骨細胞形成の調節を行う。例えば、癌の骨転移やリウマチなどの病的骨破壊疾患一般に対して、RANKLシグナル伝達を行う蛋白質に対する免疫反応を誘導することにより、骨破壊を抑制するための抗体誘導療法を実施することができる。RANKLシグナル伝達に関与する蛋白質としては、例えばRANKL、RANK、TRAF6、c−Fos、NF−κB、JNK、Fra−1、およびFra−2などが挙げられるがこれらに制限されない。特に好ましい標的蛋白質としては、RANKLおよびRANKが挙げられる。
また、好ましい他の態様においては、II型IFNシグナル伝達に関与する蛋白質に対する免疫反応を誘導することにより、破骨細胞形成の調節を行う。II型IFNシグナルは破骨細胞形成に抑制的に働くことから、このシグナル伝達を抑制することにより、破骨細胞形成を促進することができる。骨形成が亢進する病態に対してII型IFNシグナル伝達に関与する蛋白質に対する免疫療法を実施することにより、破骨細胞形成を促進して骨量の増加を抑制することが可能である。II型IFNシグナル伝達に関与する蛋白質としては、IFN−γなどのII型IFN、その受容体、およびStat1などが挙げられるがこれらに制限されない。特に、IFN−γおよびIFN−γ受容体は、免疫反応の誘導のための標的として好ましい。
破骨細胞形成シグナルに関与する蛋白質を標的とした免疫反応は、これらの蛋白質または抗原性を有する部分蛋白質を抗原として投与することにより誘導される。例えば、RANKLまたはRANKあるいはそれらの部分蛋白質を抗原として投与し、抗体を誘導する。抗原蛋白質は、適宜アジュバントと組み合わせて投与することができる。RANKLまたはRANKに対する免疫反応を誘導する方法を利用してRANKL−RANKの結合を抑制すること(抗RANKL抗体、抗RANK抗体の誘導療法を含む)により、破骨細胞形成は抑制され、骨吸収を低下させることができる。また、II型IFNまたはその受容体に対する免疫反応を誘導する方法を利用してII型IFN−II型IFN受容体の結合を抑制すること(抗II型IFN抗体、抗II型IFN受容体抗体の誘導療法を含む)により、破骨細胞形成の抑制が解除され、骨吸収を促進することができる。本発明は、このような阻害抗体の誘導法による骨吸収の制御により、病的骨破壊または骨形成を病態とする疾患に対する治療を行う方法を提供する。
また、破骨細胞形成を調節するために、抗体以外の可溶性因子を利用することも可能である。例えば、RANKLに対するデコイ受容体として知られるOPGは、RANKLとRANKの結合を阻害することによりRANKLシグナル伝達を遮断する。OPGが関節炎に対して治療効果を有することは、in vitro(Takayanagi,H.et al.,Arthritis Rheum.43,259−269(2000))およびin vivo(Kong,Y.Y.et al.,Nature 402:304−309(1999))で示されている。これらのデコイを利用すれば、破骨細胞形成に関わるRANKやII型IFN等のリガンドの作用を阻害することができる。デコイとして機能する蛋白質は、天然の可溶性受容体などを用いることもできるし、また、膜結合型受容体の細胞外領域の部分蛋白質を製造して利用することもできる。例えば、RANKのリガンド結合領域を含む部分ペプチドによりRANKLを捕捉すれば、RANKLのRANKへの結合を阻害し、破骨細胞形成を抑制することができる。また、II型IFNに結合するデコイを用いれば、II型IFNシグナルを遮断して破骨細胞形成を促進することができる。また、リガンドに結合する蛋白質ではなく、受容体に結合するが受容体を活性化しない因子を用いてシグナルを遮断することもできる。このような因子は、リガンドの変異体や受容体結合部を含む部分ペプチドであってもよく、また非ペプチド性化合物などであってもよい。本発明は、デコイなどによりRANK−RANKL間、あるいはII型IFN−II型IFN受容体間の結合を阻害することにより、骨吸収を制御して病的骨破壊または骨形成を病態とする骨疾患に対する治療を行う方法に関する。また、生体が内因性に持つデコイに対する阻害抗体を上記のように誘導させれば、骨吸収をより多様に制御することも可能と考えられる。
II型IFNシグナル伝達の制御により破骨細胞形成シグナルを調節する方法を利用すれば、これに影響を与え得る化合物のアッセイ系やスクリーニング系を構築することができる。これらの系では、例えば破骨細胞形成、RANKシグナル伝達、TRAF6発現もしくはその機能、または骨吸収に対する調節を指標として、化合物の効果が検証される。例えば、被検化合物の存在下において、II型IFNシグナル伝達による上記の調節効果がどのように変化するかを調べれば、II型IFNシグナル伝達によるこれらの制御を促進または抑制する化合物を見出すことができる。
具体的には、(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収に及ぼす化合物の効果を検出する方法は、
(a)被検化合物を含む試料の存在下、破骨細胞形成を誘導し得る条件で破骨細胞前駆細胞におけるII型IFNシグナル伝達を促進する工程、
(b)(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を検出する工程、を含む方法である。
この検出における「破骨細胞を誘導し得る条件」とは、II型IFNシグナル伝達が活性化されなければ、破骨細胞形成が誘導される条件を指す。このような条件とは、例えば破骨細胞前駆細胞においてRANKシグナル伝達を促進する条件である。
この検出方法は、特にII型IFNシグナル伝達による(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収、の抑制に及ぼす化合物の促進または抑制効果を検出するために有用である。例えば、II型IFNシグナル伝達を促進する条件下においても、(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収が誘導されるならば、用いた被検化合物は、II型IFNシグナル伝達によるこれらの抑制作用を低下させる活性を有していると判断される。また、II型IFNシグナル伝達を促進する条件下において、被検化合物が、(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収の阻害をさらに上昇させるならば、用いた被検化合物は、II型IFNシグナル伝達によるこれらの抑制作用を上昇させる活性を有している可能性がある。さらにII型IFNシグナル伝達が阻害されている条件下で同様の検出を行えば、化合物の効果がII型IFNシグナルに依存しているのかを知ることもできる。このような検出のためには、例えばII型IFNの中和抗体によりIFNを中和したり、実施例で用いられたようなIFN−γR−/−の個体や細胞を用いることができる。
用いられる細胞は、破骨細胞に分化し得る細胞であれば制限はなく、例えば骨髄マクロファージ系細胞等が利用される。RANKシグナル伝達を促進するには、例えばRANKのリガンドであるRANKLを投与すればよい。IFNシグナルを活性化しなければ破骨細胞形成が誘導されるように、必要に応じてM−CSFや他のサイトカイン・増殖因子を投与する。II型IFNシグナル伝達を促進する方法は、上記した方法により行えばよい。具体的には、例えばINF−γなどのII型IFN受容体リガンドを投与することができる。被検化合物を含む試料としては特に制限はなく、例えば、合成低分子化合物のライブラリー、精製タンパク質、遺伝子ライブラリーの発現産物、合成ペプチドのライブラリー、細胞抽出液、細胞培養上清などが挙げられる。
本発明の検出方法を用いれば、(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を調節する化合物のスクリーニングを行うことができる。このスクリーニング方法は、
(a)被検化合物を含む試料の存在下、破骨細胞形成を誘導し得る条件で破骨細胞前駆細胞におけるII型IFNシグナル伝達を促進する工程、
(b)(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を検出する工程、
(c)対照の条件下と比べ、該(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を調節する化合物を選択する工程、を含む方法である。
上記の検出方法と同様に、「破骨細胞を誘導し得る条件」とは、II型IFNシグナル伝達が活性化されなければ、破骨細胞形成が誘導される条件を指す。このような条件とは、例えば破骨細胞前駆細胞においてRANKシグナル伝達を促進する条件である。また、このスクリーニング方法は、上記の検出方法と同様に、II型IFNシグナル伝達による(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収、の抑制作用を上昇または低下させる化合物をスクリーニングするために利用できる。
対照の条件としては特に制限はないが、例えば被検化合物を含む試料の非存在下における場合が挙げられる。すなわち、上記の工程(c)において、被検化合物を含む試料の非存在下における場合と比べ、該(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を上昇または低下させる化合物を選択することにより、これらを調節する化合物を得ることができる。また、対照の条件としては、破骨細胞形成、RANKシグナル伝達、TRAF6発現もしくはその機能、または骨吸収を調節し得る他の化合物の存在下における場合を挙げることもできる。このような態様も、工程(a)における被検化合物を含む試料の非存在下における場合に含まれる。この場合、上記の工程(c)において、対照の化合物の存在下における場合と比べ、該(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を上昇または低下させる化合物を選択する。このようなスクリーニングにおいては、ある化合物に比べより高い効果を有する化合物を得ることができる。また、工程(c)において、工程(a)よりも低い用量の被検化合物を用いた場合を挙げることもできる。これにより化合物の用量依存性が明らかとなる。
本発明の検出方法およびスクリーニング方法は、例えば実施例2に記載したような破骨細胞形成のin vitroアッセイ系を用いて行うことができる。具体的には、例えば、非接触性骨髄細胞(24穴プレートの1ウェル当たり5×10細胞)を10ng/mlのM−CSFを含むα最小必須培地(α−MEM)で2日間培養し、100ng/mlの可溶性RANKL、10ng/mlのM−CSF、さらに適当な濃度のIFN−γの存在下でさらに3日間培養して破骨細胞を形成させる系を利用できる。ここに被検化合物を含む試料を添加して培養する。また、in vivoの系であれば、例えば実施例で用いたようなエンドトキシン誘導性骨吸収動物モデルを用いた系が挙げられる。
破骨細胞形成は、例えば文献(Yasuda,H.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.U S A 95,3597−602(1998))に従って観察することがでる。具体的には、例えば個体であれば、骨切片を作成して骨吸収を観察することができる。また、顕微鏡観察により多核巨細胞を同定したり、TRAP染色や、カルシトニン受容体またはヴィトロネクチン受容体の発現の検出などの公知の検出法により、in vivoおよびin vitro両方で破骨細胞形成を検出することができる。RANKシグナル伝達であれば、例えばNF−κBやJNKの活性化などを実施例に記載の方法等により検出することができる。また、TRAF6発現であれば、TRAF6 mRNAの発現をノーザンブロットやRT−PCR等により検出したり、TRAF6蛋白質をイムノブロットや免疫沈降、ELISA等により検出することができる。TRAF6の機能であれば、例えば上記のRANKシグナル伝達と同様、NF−κBやJNKの活性化などにより検出することができる他、先に記載したように、CD40、p75NTR、またはToll/IL−1受容体ファミリーなどTRAF6を介する他のシグナル伝達の活性化を検出することによって評価することもできる。例えばJNKに限らず、MAPキナーゼ経路の他のシグナル分子のリン酸化を指標としてもよく、また、TRAF6に結合するTAK1またはECSIT(evolutionarily conserved signaling intermediate in Toll pathways)などの分子との結合や修飾を指標とすることも考えられる。骨吸収であれば、例えば象牙切片上での骨吸収活性を公知の方法により検出することができる。
この検出の結果、被検化合物を含む試料の添加により、対照の条件下(例えば試料非存在下で検出した場合など)と比較して(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収が有意に促進または抑制されていれば、用いた被検試料はII型IFNシグナル伝達によるこれらの制御を調節する化合物の候補となる。このスクリーニング方法により単離される化合物は、破骨細胞形成を制御するために有用であり、骨代謝疾患の予防薬や治療薬の開発の上でも有用である。
スクリーニングにより選択された医薬候補化合物は、上記本発明の検査方法を用いて、臨床適用のための詳細な投与条件を決定することができる。すなわち、上記検査方法を用いて投与量、投与間隔、投与ルートを含む投与条件を検討し、適切な予防または治療効果を得られる条件を決定することができる。同様に、II型IFN受容体リガンドの臨床適用のための詳細な投与条件を決定するには、(a)破骨細胞形成を誘導し得る条件で破骨細胞前駆細胞にII型IFN受容体リガンドを接触させる工程工程、(b)(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を検出する工程、を含むII型IFN受容体リガンドの効果を検出する方法を用いることができる。具体的には、本明細書に記載された方法を利用して実施することができる。
また、本発明は、II型IFN受容体リガンド、または該リガンドを発現するベクターを含む、破骨細胞形成シグナルの制御に用いられる薬剤に関する。本発明は、II型IFN受容体リガンド、または該リガンドを発現するベクターを含む、以下の薬剤を提供する。
(a)破骨細胞形成抑制剤
(b)RANKLシグナル伝達抑制剤
(c)TRAF6抑制剤
(d)骨破壊抑制剤
II型IFN受容体リガンド、および該リガンドを発現するベクターは、先に記載したものを用いることができる。本発明において薬剤には、試薬および医薬が含まれる。これらの薬剤は、リガンドやベクター自体を用いる他、滅菌水、生理食塩水、緩衝剤、塩、安定剤、保存剤、界面活性剤、他の蛋白質(BSAなど)、トランスフェクション試薬(リポフェクション試薬、リポソーム等を含む)等と適宜組み合わせて組成物としてもよい。これらは混ぜ合わさっていてもよく、使用時に混合されるまで分離されていてもよい。本発明の薬剤は、破骨細胞形成を抑制する作用を有すること、RANKLシグナル伝達を抑制する作用を有すること、TRAF6蛋白質の発現またはその活性を抑制する作用を有すること、または骨破壊抑制を抑制する作用を有することが、該薬剤の容器、包装箱、または添付される説明書等に記載されているか、あるいは該薬剤に関連付けられていることが好ましい。関連付けられているとは、該薬剤、その容器、包装箱、または添付される説明書等から、該薬剤が上記作用を有するという情報を直接的または間接的に入手可能であることを言う。例えばこれらの薬剤の作用または用途が別途発行される印刷物に記載されていたり、あるいはウェブ上に開示されている場合などが含まれる。本発明の薬剤は、培養細胞系や個体に適用することができる。対象となる個体は、ヒト、サル、マウス、ラット、ウサギなどの哺乳動物、およびその他の脊椎動物が挙げられる。特に、II型IFN受容体リガンド、または該リガンドを発現するベクターを含む本発明の医薬組成物は、ヒト骨破壊疾患に対する予防薬および治療薬として有用である。
II型IFN受容体リガンド、該リガンドを発現するベクター、または上記薬剤を医薬組成物として用いる場合は、リガンドやベクター自体を直接患者や個体に投与する以外に、公知の製剤学的方法により製剤化することも可能である。例えば、薬理学上許容される担体もしくは媒体、具体的には、滅菌水や生理食塩水、植物油、乳化剤、懸濁剤、界面活性剤、安定剤、徐放剤などと適宜組み合わせて製剤化して投与することが考えられる。医薬組成物は、水溶液、錠剤、カプセル、トローチ、バッカル錠、エリキシル、懸濁液、シロップ、点鼻液、または吸入液などの形態であり得る。組成物におけるリガンドやベクターの含有率は適宜決定すればよい。
患者への投与は、有効成分の性質に応じて、例えば経皮的、鼻腔内的、経気管支的、筋内的、腹腔内、静脈内、関節内、皮下、脊髄腔内、脳室内、または経口的に行われうるがそれらに限定されない。また、全身的または局所的に投与され得る。IFN等の薬剤の投与による全身的な副作用が問題となる場合には、局所投与により投与量を抑えることができる。投与量、投与方法は、医薬組成物の有効成分の組織移行性、治療目的、患者の体重や年齢、症状などにより変動するが、当業者であれば適宜選択することが可能である。実施例に示すように、in vitro系において1U/mlのIFN−γが破骨細胞形成をほぼ完全に抑制した。例えばin vivoにおいても、標的とする破骨細胞前駆細胞周辺で、このような有効濃度を維持できるように薬剤の投与量を決定することができる。投与は1回から数回に分けて行うことができる。
本発明の医薬組成物は、特に炎症性骨吸収および炎症性骨破壊の防止に有用である。「炎症性骨吸収および骨破壊」とは、炎症を伴う骨吸収および骨破壊を言う。例えば関節炎においては、滑膜に含まれる滑膜マクロファージからの破骨細胞形成が促進され、パンヌスが骨へと侵入する前線領域で活発な骨吸収が起こっている。特に慢性関節炎においては、この骨吸収により長期的な関節破壊が進行する。本発明の医薬組成物を投与することにより、この病的骨吸収を抑制することができる。このような炎症性骨吸収を伴う関節炎としては、特に慢性関節リウマチ(rheumatoid arthritis;RA)を含む自己免疫性関節炎が挙げられる。慢性関節リウマチは、自己免疫性の慢性炎症性疾患であり、増殖した滑膜が活発に骨軟骨へと侵入し、多発性の関節破壊をもたらす。本発明の医薬組成物は、この関節炎性骨破壊を防止するために好適に用いられる。また、本発明の医薬組成物が適用され得る他の炎症性骨吸収としては、歯周病が挙げられる。
また、本発明の医薬組成物は、巨細胞腫、癌骨転移、および色素性絨毛結節滑膜炎(pigmented villonodular synovitis;PVS)を含む、破骨細胞による骨吸収亢進を病態とする様々な疾患に対しても適用され得る。また、骨粗鬆症および癌の高カルシウム血症の治療への適用も期待される。さらに、Paget病、肝炎やエイズに伴う骨量減少、白血病や多発性骨髄腫に伴う骨吸収・骨破壊、人工関節周囲の骨吸収(ルースニング)に対する予防および治療にも適用され得る。本発明の医薬組成物は、該組成物が上記に示した疾患の少なくとも1つに対して適用できることがその容器、包装箱、または添付される説明書等に記載されているか、あるいは該組成物に関連付けられていることが好ましい。本発明により、破骨細胞の形成および機能の制御による新たな治療介入が可能となる。
発明を実施するための最良の形態
以下実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、本明細書において引用された文献は、全て本明細書の一部として組込まれる。
実験に用いたIFN−γR−/−マウスおよびIRF−1−/−マウスの作製は以前記載されている(Huang,S.et al.,Science 259,1742−5(1993);Matsuyama,T.et al.,Cell 75,83−97(1993))。これらの変異マウスと遺伝的に同一のバックグランドを持つC57BL/6マウスを野生型コントロールとして用いた。Stat1−/−マウス(Meraz,M.A.et al.,Cell 84,431−42(1996))はTaconic社から購入した。
[実施例1] IFN−γによるT細胞を介した破骨細胞形成の調節
エンドトキシンによる骨吸収の誘導は骨吸収モデル系として確立されており、この系において、これまでにT細胞が重要な役割を果たしていることが明らかにされている(Ukai,T.et al.,J.Periodontal.Res.31,414−22(1996);Chiang,C.Y.et al.,Infect.Immun.67,4231−6(1999))。この骨吸収モデル系を利用して、IFN−γ受容体(IFN−γR)の成分の1つであるIFNGR1を欠損したマウス(IFN−γR−/−マウス)(Huang,S.et al.,Science 259,1742−5(1993))における破骨細胞形成を解析した。7〜8週齢のIFN−γR−/−マウスおよびIFN−γR+/−マウス(n=10)の頭蓋冠に、リポ多糖(LPS)(Sigma社)を25mg/kg−体重で局所投与し、5日後に安楽死させ以前の記載(Chiang,C.Y.et al.,Infect,Immun.67,4231−6(1999))に従って解析を行ったところ、破骨細胞形成の増強と骨破壊の顕著な増悪化が起こることが判明した(図1)。この観察結果から、T細胞を介した過程が関与する骨組織の維持に、IFN−γが重要な機能を持っていることが示唆された。
IFN−γ産生T細胞が破骨細胞形成に及ぼす影響を調べるため、次に活性化T細胞または休止脾臓T細胞と骨髄単球・マクロファージ系前駆細胞(bone marrow monocyte/macrophage precursor cells;BMMs)とのin vitro共培養系において、M−CSF存在下でRANKLで刺激する実験を行った。
in vitro破骨細胞形成を観察するため、非接触性骨髄細胞(24穴プレートの1ウェル当たり5×10細胞)を10ng/mlのM−CSF(R&D社)を含むα−最小必須培地(α−MEM)で2日間培養し、BMMとして用いた。これらのBMMは100ng/mlの可溶性RANKL(Peprotech社)および10ng/mlのM−CSFの存在下でさらに3日間培養し破骨細胞を形成させた。多核細胞の観察は以前記載したように行った(Yasuda,H.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.U S A 95,3597−602(1998))。T細胞の活性化のため、精製CD3脾臓細胞(>93%)をRPMI1640で培養し、5μg/mlの抗CD3ε抗体(PharMingen社)で1日間刺激した。活性化T細胞またはT細胞培養上清の添加は、BMM培養へのRANKLの添加と同時に行った。培地は48時間おきに交換した。
図2aに示すように、抗CD3抗体で活性化させたT細胞と共に共培養した場合には、BMMの破骨細胞形成は強く阻害されたが、休止T細胞では阻害されなかった。この条件では、ほとんどのBMMは成熟マクロファージに分化した。活性化T細胞を、IFN−γR−/−のBMMと共培養しRANKLで刺激した場合には、活性化T細胞の抑制効果は完全に失われた(図2b)。これらのIFN−γR−/−BMMは、活性化T細胞の共培養において、組み換えRANKLが存在しなくても低い効率で破骨細胞に分化したことから、破骨細胞形成に対するT細胞の効果は、RANKLとIFN−γのバランスに依存していることが示唆される。活性化T細胞の培養上清は、組み換えRANKLによる破骨細胞形成を抑制する作用を示し、この抑制効果はIFN−γに対する抗体により中和されることが確認された。これらの結果から、IFN−γはRANKLにより誘導される破骨細胞形成のT細胞による抑制にとって必須であることが示された。
[実施例2] RANKLにより誘導される破骨細胞形成における、IFN−γのStat1活性化経路を介した抑制
上記のRANKL刺激によるBMMの破骨細胞形成のin vitroアッセイ系に組み換えマウスIFN−γ(Genzyme社)を添加しその効果を検証した。組み換えIFN−γの添加はBMM培養へのRANKLの添加と同時に行った。その結果、BMMの破骨細胞形成に対するIFN−γの顕著な阻害効果が観察された(図3および4)。過剰量のRANKL存在下において、極めて低いレベルのIFN−γが破骨細胞形成を強く阻害した(図3)。一方、RANKLではなくM−CSFに依存するBMMの増殖に対しては、IFN−γは比較的僅かな抑制効果を示した(図3)。さらにIFN−γは、M−CSF非依存性のマクロファージ細胞株RAW264.7のRANKLによる破骨細胞形成も阻害することが判明した。これらの結果から、IFN−γはRANKLシグナル伝達経路を選択的に抑制することが示唆される。細胞においてIFN−γのシグナルは、転写因子Stat1(Stark,G.R.et al.,Annu.Rev.Biochem.67,227−64(1998))の活性化を介して伝達される。活性型Stat1はIFN−γ activated factor(GAF)とも呼ばれ、直接、または転写因子IRF−1(Taniguchi,T.et al.,Biochim.Biophys.Acta 1333,M9−17(1997))を介してIFN−γの標的遺伝子群の発現を誘導する。図5に示されるように、破骨細胞形成におけるIFN−γの阻害効果は、IFN−γR−/−マウスまたはStat1−/−マウスでは完全に失われたが、IRF−1−/−マウスでは失われなかった。また、同様にIRF−9−/−マウスを用いてRANKL/M−CSFで誘導されるBMMsからの破骨細胞形成に対するIFN−γの効果を調べたところ、IFN−γの阻害効果が観察されたことから、IRF−9はIFN−γによる阻害には必要ないことが判明した(図5b)。このことから、RANKLシグナル伝達経路の抑制には、Stat1(GAF)を介し、IRF−1およびIRF−9に非依存的な遺伝子誘導経路が重要であることが示された。
[実施例3] IFN−γによるRANKLシグナル伝達の阻害は、TRAF6の蛋白発現抑制を介する
RANKLがその受容体であるRANKを刺激すると、RANKはアダプター蛋白質であるTRAFファミリーを誘導し、NF−κBおよびJNK経路を活性化する(Dougall,W.C.et al.,Genes Dev.13,2412−24(1999);Hsu,H.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.U S A 96,3540−5(1999))。TRAFファミリーの中でも、TRAF6はRANKLシグナル伝達に重要であることが知られており、TRAF6−/−マウスは骨吸収を行う破骨細胞が欠損し、大理石骨病の表現型を示す(Lomaga,M.A.et al.,Genes Dev.13,1015−24(1999);Naito,A.et al.,Genes Cells 4,353−62(1999))。破骨細胞形成のIFN−γによる抑制の標的を調べるため、RANKLで誘導されるNF−κBとJNKの活性化を、IFN−γ処理したBMMにおいて調べた。ゲルシフトアッセイ(electrophoretic mobility shift assay;EMSA)の結果、RANKLで誘導されるNF−κBの活性化は、IFN−γ処理したBMMでは顕著に阻害された(図6a)。さらに、RANKLで誘導されるJNKの活性化もIFN−γにより阻害された(図6b)。RANKLとM−CSFで刺激したBMMにおいて、RANKLシグナル伝達経路の下流のエフェクター分子をイムノブロットで解析したところ、IFN−γによりTRAF6の発現が特異的かつ顕著に阻害されることが判明した(図6c)。この結果は、IFN−γによる蛋白質分解系の誘導がTRAF6の分解に関与していることを示すものである。
[実施例4] TRAF6遺伝子発現による破骨細胞形成への影響
TRAF6発現の阻害が、IFN−γが媒介する破骨細胞形成の抑制に重要であるかを調べるため、TRAF6を外来的に発現させたBMMをRANKLで刺激し、IFN−γによる破骨細胞形成の阻害を観察する実験を行った。
TRAF6 cDNAの下流にinternal ribosomal entry site(IRES)−増強緑色蛍光蛋白質(EGFP)をコードするレトロウイルスベクター(pMX−TRAF6−IRES−EGFP)は、マウス全長TRAF6遺伝子の2.0kb EcoRI−StuI断片をpMX−IRES−EGFP(Nosaka,T.et al.,EMBO J.18,4754−65(1999))の同一部位に挿入し、以前の記載(Nosaka,T.et al.,EMBO J.18,4754−65(1999))に従って作製した。レトロウイルスのパッケージングは、これらのpMXベクターとpPAMpsi2(Sato,M.et al.,FEBS Lett.441:106−110(1998))を293T細胞にコトランスフェクトすることにより行った。作製したレトロウイルスベクターをBMMに感染させ、フローサイトメトリーとイムノブロットによる解析を行ったところ、このTRAF6発現ウイルスと、コントロールに用いたEGFPのみを発現するウイルス(pMX−IRES−EGFP)は、効率良くBMMに遺伝子を導入できることが判明した(図7)。
次に、IFN−γによる破骨細胞形成阻害に及ぼす、TRAF6発現の効果を検証した。レトロウイルスをBMMに感染させ、48時間後にRANKL/M−CSFおよびIFN−γを培地に添加した。RANKL添加の3日後に、TRAP染色および骨吸収アッセイ(Yasuda,H.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.U S A 95,3597−602(1998))により破骨細胞形成を評価した。
興味深いことに、BMMにおけるTRAF6の過剰発現は、IFN−γによる破骨細胞形成の抑制に対して抵抗性を示した(図8)。これらの細胞では、RANKLにより誘導されるNF−κBおよびJNKの活性化が観察された。IFN−γの存在下でさえ、GFP陽性細胞の約50%が酒石酸抵抗性酸フォスファターゼ陽性(TRAP)の多核細胞に分化したことは特筆すべきである(図8)。これらの分化した細胞はカルシトニン受容体を発現し、象牙切片上で骨吸収活性を示した。これらの結果は、IFN−γによる破骨細胞形成の抑制の少なくても一部を、TRAF6発現の低下で説明できることを示している。
産業上の利用の可能性
本発明は、これまで知られていなかったIFN−γと骨のホメオスタシス、すなわち破骨細胞形成の抑制による骨量の維持との間の結びつきを明らかにした。ジーンターゲティングによりIFN−γRを破壊すると、炎症時の破骨細胞形成が増強され、炎症に伴う骨破壊の増悪を引き起こす。これは、元来、抗ウイルス応答に関してその効果が確立されたサイトカインが持つ生理機能の興味深い一例である。本発明により、II型IFNシグナルを介して破骨細胞形成を抑制する方法が提供された。本発明の方法によれば、IFN−γの投与などのII型IFNシグナル伝達の活性化により、破骨細胞形成を抑制することが可能となる。破骨細胞形成を制御することにより、異常な骨代謝を制御することができる。本発明の方法は、自己免疫性関節炎を含む、病的骨破壊を伴う疾患を予防または治療するために有用である。
【図面の簡単な説明】
図1は、IFN−γR+/−マウスまたはIFN−γR−/−マウスにおける、生理食塩水またはLPSを注入された頭蓋骨の組織切片(酒石酸耐性酸フォスファターゼ[TRAP]およびヘマトキシリンによる染色)を示す写真である。破骨細胞特異的酵素TRAPによる染色で示される破骨細胞形成の増強に注意。LPS非投与の場合、IFN−γR+/−マウスではTRAP陽性細胞は少数しか見られない。またIFN−γR−/−マウスでも、ごく少数のTRAP陽性細胞が観察される。LPS投与の場合、IFN−γR+/−マウスでは骨吸収が誘導され、吸収腔の骨との接触面にTRAP陽性細胞が観察される。IFN−γR−/−マウスではIFN−γR+/−マウスに比べ著しく増悪した骨吸収が見られ、広範囲の骨表面に破骨細胞の侵食が見られる。海綿骨梁(trabecular bone)表面の1mm当たりの破骨細胞数、および破骨細胞で覆われた骨表面(侵食表面)の割合を測定した(Chiang,C.Y.et al.,Infect.Immun.67,4231−6(1999))。この形態計測により、IFN−γR−/−マウスでは破骨細胞数と侵食表面が2倍以上増加することが判明した。
図2は、IFN−γによるT細胞を介した破骨細胞形成の調節を示す図である。aは活性化T細胞による破骨細胞形成の抑制を示す。抗CD3抗体で刺激した脾臓T細胞または休止T細胞を、RANKL(100ng/ml)およびM−CSF(10ng/ml)の存在下でBMMと共培養した。3日後にTRAP細胞を計数した。bはIFN−γR−/−BMMにおける、T細胞を介した破骨細胞形成の抑制の喪失を示す。IFN−γR−/−BMMを上記と同様に活性化T細胞または休止T細胞と共培養した。
図3は、RANKLにより誘導される破骨細胞形成およびBMM増殖に及ぼすIFN−γの効果を示す図である。IFN−γは、RANKL(100ng/ml)およびM−CSF(10ng/ml)で刺激されたBMMにおける破骨細胞の形成に対しては顕著な阻害効果を示したが、M−CSF依存性の破骨細胞前駆BMMの増殖に対しては僅かな阻害作用を示した。
図4は、in vitro破骨細胞形成系の顕微鏡像(TRAP染色)を示す写真である。C57BL/6マウスのBMMをM−CSF(10ng/ml)単独で培養した(上パネル)。この条件では、細胞は単核でTRAP陰性であった。RANKL(100ng/ml)およびM−CSF(10ng/ml)の存在下では、BMMは高い効率でTRAPで多核の破骨細胞に分化した(中央のパネル)。RANKL/M−CSFおよびIFN−γ(100U/ml)の存在下では破骨細胞形成は抑制された(下パネル)。細胞は融合しておらず単核で、TRAP陰性であった。
図5は、IFN−γによる破骨細胞形成の抑制におけるIFN−γRとStat1の必要性を示す図および写真である。a,IFN−γR、Stat1、またはIRF−1を欠損したマウスに由来するBMMの破骨細胞形成におけるIFN−γの効果を、RANKL(100ng/ml)およびM−CSF(10ng/ml)の存在下で調べた。破骨細胞数(%)は、IFN−γ処理した培養中でのTRAP多核細胞数を、IFN−γを含まないコントロールの培養中での数で除して求めた。b,野生型マウス、あるいはStat1、IRF−9、またはIRF−1欠損マウス由来のBMMsからの破骨細胞形成におけるIFN−γ(10U/ml)の効果の比較を示した。
図6は、RANKLシグナル伝達の下流のエフェクター分子に対するIFN−γの効果を解析した結果を示す写真である。
aはNF−κB活性のEMSA解析を示す。RANKL(100ng/ml)で刺激後、IFN−γの存在下または非存在下で24時間プレインキュベートしたBMMから核抽出液を調製し、イムノグロブリンκBエンハンサー由来のNF−κB結合部位を含むオリゴヌクレオチドプローブを用いて以前に記載した通りに解析を行った(Lomaga,M.A.et al.,Genes Dev.13,1015−24(1999))。複合体は、抗Rel A抗体(Santa Cruz社)によりスーパーシフトが起こり(レーン7)、過剰量の非標識プローブにより複合体形成が阻害された(レーン8)。
bはJNK活性化阻害効果を示す。RANKL(100ng/ml)で刺激後、IFN−γの存在下または非存在下で24時間プレインキュベートしたBMMを、抗リン酸化JNK抗体および抗JNK抗体(New England Biomeds社)を用いたイムノブロットにより解析した。
cは破骨細胞の分化におけるRANKLシグナル伝達に関与する下流のエフェクター分子の発現に及ぼすIFN−γの効果を示す。RANKL添加後24時間おきに、BMMの全細胞溶解物を特異抗体(Santa Cruz社)を用いたイムノブロットにより解析した。
図7は、初代BMMへのレトロウイルス遺伝子導入効率を示す図および写真である。感染2日後に、BMMをフローサイトメトリーにより解析し(上パネル)、イムノブロットを行った(下パネル)。TRAF6ウイルスを感染させたBMMのTRAF6蛋白質レベルは、コントロールBMMの約10倍であった。
図8は、IFN−γによる破骨細胞形成阻害に及ぼすTRAF6過剰発現の効果を示す図および写真である。レトロウイルス感染の2日後にBMM培養にRANKL/M−CSFおよびIFN−γ(10U/ml)を添加した。3日後、GFP陽性細胞を蛍光顕微鏡で同定し、TRAP染色を行った(左パネル)。上段はTRAP染色した細胞を示す。ウイルス非感染細胞およびEGFP発現ウイルスベクター(pMX−IRES−EGFP)感染細胞では、TRAP陽性の破骨細胞は見られない。これに対し、TRAF6発現ウイルスベクター(pMX−TRAF6−IRES−EGFP)を感染させた細胞では多数のTRAP多核細胞が形成された。下段はGFPの蛍光を観察した結果を示す。ほとんどのTRAP多核細胞はGFP陽性であり、IFN−γ存在下でもGFP陽性細胞の50%以上がTRAP多核細胞に分化した(右パネル)。
Technical field
The present invention relates to a method for controlling an osteoclast-forming signal. More specifically, it relates to a method of controlling osteoclast formation.
Background art
Bone mass is maintained on a coordinated balance between osteoblastic bone formation and osteoblastic bone resorption. Abnormal bone resorption has been implicated in a variety of bone metabolic disorders, including osteoporosis, osteoarthritis, metastatic bone cancer, and inflammatory bone diseases such as rheumatoid arthritis (RA) and periodontal disease. Therefore, it is extremely important to effectively regulate bone resorption by osteoclasts. However, no effective treatment has been established to control pathological bone resorption.
Although the immune response is an important defense mechanism for the host, the immune system is also involved in bone resorption, and prolonged abnormal activation, such as in certain autoimmune conditions, causes tissue destruction by effector cells (Rodman, GD, Exp. Hematol. 27, 1229-41 (1999); Suda, T. et al., Endocrine Rev. 20, 345-57 (1999)). For example, in autoimmune arthritis, severe bone destruction progresses due to enhancement of bone resorption by osteoclasts, resulting in progressive joint destruction (Kong, YY et al., Nature 402, 304-9 ( Takayanagi, H. et al., J. Clin. Invest. 104, 137-46 (1999)). In such joint tissues, the expression of RANKL in T cells plays an important role. RANKL (receptor activator ofnuclear factorkB ligand, also known as TRANCE / OPGL / ODF) is a TNF family factor essential for osteoclast formation, and activated T cells produce RANKL to induce osteoclast formation in vitro. (Kong, YY et al., Nature 397, 315-23 (1999); Kong, YY et al., Nature 402, 304-9 (1999); Horwood, NJ et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 265, 144-50 (1999)). However, it is not known that activated T cells have an action involved in maintaining bone homeostasis by offsetting the action of RANKL. In addition to RANKL, other immunomodulators expressed on T cells also regulate osteoclastogenesis (Roodman, GD, Exp. Hematol. 27, 1229-141 (1999); Suda, T. et al. et al., Endocrine Rev. 20, 345-57 (1999); Takahashi, N. et al., J. Immunol. 137, 3544-9 (1986)), and the molecular mechanism of its regulation is unknown.
Disclosure of the invention
An object of the present invention is to provide a method for controlling an osteoclast-forming signal. By the method of the present invention, osteoclast formation can be controlled. Specifically, the present invention provides a method for controlling the action of RANKL signaling involved in osteoclastogenesis. Further, the present invention provides a method for controlling the expression of TRAF6 involved in osteoclastogenesis, its function, or both. According to the present invention, it is possible to control bone resorption and bone destruction. Another object of the present invention is to provide a drug for use in these controls. Another object of the present invention is to provide a medicament for controlling osteoclast formation or bone destruction.
The present inventors investigated the possibility that signaling through type II interferon (IFN) is involved in the regulation mechanism of osteoclastogenesis. A mouse lacking one of the components, IFNGR1 (IFN-γR− / −Bone resorption was induced by endotoxin in mice) to examine the effect of type II IFN signal deficiency on osteoclast formation. As a result, IFN-γR− / −Mice were found to have enhanced osteoclast formation and markedly worsened bone destruction as compared to wild-type mice. Recently, it has been reported that in autoimmune arthritis, activated T cells promote osteoclast formation through RANKL expression and regulate bone loss (Kong, YY et al., Nature). 402, 304-9 (1999)). In contrast, the findings obtained by the present inventors indicate that activated T cells also retain the ability to negatively regulate osteoclastogenesis through the production of IFN-γ. That is, it was found that the balance between the expression of RANKL and IFN-γ by T cells is important for regulating osteoclast formation and maintaining bone tissue.
To investigate the effect of IFN-γ producing T cells on osteoclastogenesis, the effect of activated T cells on the in vitro osteoclastogenesis system was next examined. Specifically, bone marrow monocyte / macrophage progenitor cells (bone marrow monocyte / macrophage precursor cells; BMMs), which are osteoclast precursor cells in vitro, are stimulated with RANKL in the presence of M-CSF to form osteoclasts. An experiment was conducted in which BMM was co-cultured with activated T cells in a system for inducing. As a result, it was found that when BMM was co-cultured with T cells activated with an anti-CD3 antibody, BMM osteoclast formation was strongly inhibited. IFN-γR− / −When derived BMM was used, the inhibitory effect of activated T cells on osteoclast formation was lost. In addition, the culture supernatant of activated T cells showed an effect of inhibiting BMM osteoclast formation, but it was confirmed that this inhibitory effect was neutralized by anti-IFN-γ antibodies. These results revealed that IFN-γ suppressed RANKL-induced osteoclast formation. RANKL-induced osteoclastogenesis of BMM is inhibited even when recombinant IFN-γ is used in place of activated T cells, and extremely low levels of IFN-γ cause osteoclastogenesis even in the presence of excess RANKL. Was strongly inhibited.
To examine the signaling pathway of inhibition of osteoclastogenesis by IFN-γ in more detail, IFN-γR− / −, Stat1− / −Or IRF-1− / −The effect of IFN-γ on RANKL-induced osteoclast formation was examined using mouse-derived BMM. As a result, IFN-γR− / −Mouse or Stat1− / −In mice, the ability of IFN-γ to suppress osteoclast formation was markedly reduced, but IRF-1− / −In mice, the same inhibitory effect of IFN-γ as in wild-type mice was observed. This fact indicates that the activation of signal transduction via Stat1 (signal @ transducer @ and @ activator @ of @ transscription-1) plays an essential role in suppressing osteoclast formation. This indicates that the suppression of the RANKL signaling pathway by IFN-γ requires a Stat1 (GAF) -independent IRF-1 independent gene induction pathway.
When RANKL stimulates its receptor, RANK, it induces the adapter protein TRAF (tumor, factor, receptor, associated-factor) family, and NF (nuclear factor) -κB and JNK / SAPK (c-Jun). Terminal kinase / stress-activated protein kinase) (Dougall, WC et al, Genes Dev. 13, 2412-24 (1999); Hsu, H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci.U S A 96, 3540-5 (1999)). When the activation of NF-κB and JNK induced by RANKL was examined in BMM treated with IFN-γ, it was found that the activation of both NF-κB and JNK was inhibited by IFN-γ. It was also found that the expression of TRAF6, an effector molecule downstream of the RANK signaling pathway, was significantly reduced by IFN-γ. When the TRAF6 gene was exogenously introduced into BMM and forcedly expressed, this BMM was resistant to inhibition of osteoclast formation by IFN-γ, and activation of NF-κB and JNK was stimulated by RAINKL. The differentiation into osteoclasts was induced. These differentiated cells expressed calcitonin receptor and exhibited bone resorption activity on dentin sections. These results indicate that IFN-γ inhibits osteoclastogenesis at least in part through a decrease in TRAF6 expression.
The present invention reveals a new biological function of IFN-γ that protects the destruction of calcified tissue in the activation of T cells. The findings obtained according to the present invention indicate that osteoclast formation is regulated by the balance between RANKL and IFN-γ. Findings in collagen-induced arthritis (CIA) observed in IFN-γ receptor deficient mice (Manoury-Schwartz, B. et al., J. Immunol. 158, 5501-6 (1997); Vermeire, K. et al. 158, 5507-13 (1997)) can be at least partially explained by this inhibitory effect of IFN-γ on osteoclast differentiation. For example, as seen in an endotoxin-induced bone resorption model, it is thought that IFN-γ production is enhanced during the acute immune response phase, and that abnormal osteoblast formation is suppressed by offsetting the increased expression of RANKL. . In contrast, in chronic synovitis in rheumatoid arthritis, this balance effect appears to lean toward RANKL expression. In this regard, the arthritic joints have suppressed IFN-γ expression despite significant T cell infiltration (Firestein, GS & @Zvaifler, NJ, Arthritis). Rheum. 33, 768-73 (1990); Kinne, RW et al., Biochim. Biophys. Acta 1360, 109-41 (1997)), while RANKL expression is enhanced (Takayanagi, H.). It is noteworthy that Gra et al., Arthritis Rheum. 43, 259-69 (2000); Gravallese, EM et al., Arthritis Rheum. 43, 250-8 (2000)). That is, it is considered that IFN-γ deficiency and RANKL expression enhancement contribute to activation of osteoclast formation in arthritis. Therefore, by promoting type II IFN signaling in the osteoclast precursor cells of this joint, abnormal formation of osteoclasts can be suppressed, and bone destruction can be prevented.
Further, according to the present invention, it was shown that TRAF6 is an important target molecule in suppressing osteoclast formation via IFN-γ. This indicates that developing a drug targeting TRAF6 is extremely important for the development of a specific therapeutic drug for pathological bone resorption including inflammatory bone disease.
The present invention enables a new therapeutic approach to the following bone metabolic diseases.
1) Control of osteoclast generation and activity is effective for prevention and treatment of bone metabolic diseases. Particularly effective for autoimmune arthritis.
2) Inhibition of the RANKL signaling pathway is an effective therapeutic strategy for bone metabolic diseases including autoimmune arthritis.
3) TRAF6 is an effective target molecule in the prevention and treatment of bone metabolic diseases including autoimmune arthritis.
4) Type II IFN (eg, IFN-γ) is effective in preventing and treating bone metabolic diseases including autoimmune arthritis.
Thus, the present inventors have elucidated a novel regulatory mechanism of osteoclast formation, and have developed a method for controlling abnormal bone resorption by osteoclasts. That is, the present invention relates to a method for controlling an osteoclast-forming signal, and drugs and medicaments for use in the control, more specifically,
(1) a method of controlling an osteoclast-forming signal, comprising a step of promoting or suppressing type II IFN signaling in osteoclast precursor cells;
(2) a method for controlling any of the following (a) to (d), comprising a step of promoting or suppressing type II IFN signaling in osteoclast precursor cells:
(A) Osteoclast formation
(B) RANK signaling
(C) TRAF6 expression or its function
(D) bone resorption
(3) a method for suppressing inflammatory bone destruction, comprising a step of promoting type II IFN signaling in osteoclast precursor cells;
(4) the method according to any one of (1) to (3), wherein the type II IFN signaling is Stat1-mediated signaling;
(5) The method according to any one of (1) to (3), wherein the promotion or suppression of type II IFN signaling is the promotion or suppression of the interaction between a type II IFN receptor and its ligand.
(6) The method according to (5), wherein the promotion of the interaction between the type II IFN receptor and its ligand is carried out by the following steps (a) or (b):
(A) Administration of type II IFN receptor ligand
(B) Administration of vector expressing type II IFN receptor ligand
(7) The method according to (5) or (6), wherein the ligand is IFN-γ.
(8) A method for detecting an effect of a compound on (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or its function, or (4) bone resorption,
(A) promoting RANK signaling in osteoclast precursor cells and type II IFN signaling in the presence of a sample containing the test compound;
(B) detecting (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) detecting bone resorption;
(9) A method for screening a compound that regulates (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function thereof, or (4) bone resorption,
(A) promoting RANK signaling in osteoclast precursor cells and type II IFN signaling in the presence of a sample containing the test compound;
(B) detecting (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) bone resorption,
(C) selecting a compound that modulates (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) bone resorption compared to control conditions; Including the method,
(10) The method according to (8) or (9), wherein the type II IFN signaling is Stat1-mediated signaling.
(11) The method according to (8) or (9), wherein the promotion of type II IFN signaling is the promotion of interaction between a type II IFN receptor and its ligand.
(12) The method according to (11), wherein the promotion of the interaction between the type II IFN receptor and its ligand is performed by the following steps (a) or (b):
(A) Administration of type II IFN receptor ligand
(B) Administration of vector expressing type II IFN receptor ligand
(13) the method according to (11) or (12), wherein the ligand is IFN-γ; (14) the following (a) to (d) comprising a type II IFN receptor ligand or a vector expressing the ligand. The drug according to any of the above,
(A) Osteoclast formation inhibitor
(B) RANK signaling inhibitor
(C) TRAF6 inhibitor
(D) Bone resorption inhibitor
(15) the agent according to (14), wherein the type II IFN receptor ligand is IFN-γ;
(16) a pharmaceutical composition for suppressing bone destruction, comprising a type II IFN receptor ligand or a vector expressing the ligand;
(17) The pharmaceutical composition according to (16), which is used for prevention or treatment of bone destruction in autoimmune arthritis.
The present invention relates to a method for controlling osteoclast-forming signals by promoting or suppressing type II IFN signaling. In the present invention, the “osteoclast-forming signal” refers to an action or a part of the action in a process of inducing osteoclast formation and a process induced by osteoclast formation. These effects include phenotypic changes, including changes in gene expression, cell morphology and function, and metabolic activities caused by these phenotypic changes. By promoting type II IFN signaling, osteoclastogenic signals are inhibited and bone resorption is suppressed. Conversely, by inhibiting type II IFN signaling, inhibition of osteoclastogenic signals is reduced and bone resorption is promoted.
Osteoclasts are multinucleated giant cells formed by fusing mononuclear osteoclast precursor cells differentiated from macrophage / monocytic cells (CFU-M) originating from hematopoietic stem cells (Udagawa, N.C.). et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA {87: 7260, 1990). Generally, mature osteoclasts express tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), calcitonin receptor, vitronectin receptor, and M-CSF receptor (c-Fms), and exhibit bone resorption ability. Osteoclast formation can be determined based on at least one of these indicators. In an in vitro culture system, bone marrow monocyte / macrophage progenitor cells (BMMs) are transformed into M-CSF (macrophage-colony stimulating factor under the presence of macrophage-stimulating factor L under macrophage-stimulating factor K). Differentiates into osteocytes. In addition to these factors, for bone destruction in inflammatory arthritis and the like, IL (interleukin) -1, IL-6, TNF (tumour necrosis factor) -α, FGF (fibroblast growth factor) -2, and PDGF (platelet) -Derived {growth factor) and growth factors are involved. When osteoclasts perform bone resorption, they come into contact with the bone at a site rich in actin called the clear zone, forming a membrane invaginating structure called a ruffled border, and acid-induced by a proton pump. The bone matrix is degraded by producing matrix degrading enzymes such as matrix metalloprotease (MMP) and cathepsin in the environment. According to the present invention, an osteoclast-forming signal that induces such osteoclast differentiation and bone resorption can be controlled by regulating type II IFN signaling. That is, bone destruction can be suppressed by promoting type II IFN signaling, and conversely, bone destruction can be promoted by suppressing type II IFN signaling.
As described above, osteoclast formation is generally induced by RANKL in the presence of M-CSF. RANKL is a ligand of RANK (receptor / activator / of / nuclear / factor / κB) expressed on the cell surface, and induces RANK-mediated signal transduction. Activation of RANK causes signals to be transmitted downstream via effector molecules, including TRAF2, TRAF6, and other TRAF family factors, to promote osteoclast differentiation and activation to form osteoclasts. In addition to RANKL, TNFα and IL-1 are involved in the formation of osteoclasts, and TNFα is mediated by type I and type II TNF receptors, and IL-1 is mediated by IL-1 receptors. Transmits osteogenic signals. TRAF family factors are also involved in signals mediated by TNF receptor and IL-1 receptor. For example, TRAF6 also functions as an IL-1 receptor adapter molecule. By promoting or suppressing type II IFN signaling, it is possible to suppress or promote these osteoclast-forming signals, respectively.
As shown in Example 2, by promoting or suppressing type II IFN signaling, RANK signaling in particular can be effectively controlled. IFN-γ has a relatively modest inhibitory effect on the proliferation of BMM dependent on M-CSF, whereas osteoclastogenesis induced by RANK signal is strongly inhibited even at very low levels of IFN-γ The effect was shown (FIG. 3). Furthermore, IFN-γ not only inhibits osteoclast formation of BMMs that differentiate depending on M-CSF and RANKL, but also RANKL-induced osteoclast formation of M-CSF-independent macrophage cell line RAW264.7 Also inhibits. These findings indicate that by promoting type II IFN signaling, RANK signaling can be particularly selectively suppressed. Conversely, by inhibiting type II IFN signaling, inhibition of RANK signaling can be reduced. “RANK signal transduction” refers to a series of signal transduction via RANK or a part thereof, and is caused by activation or increase of expression of a signal molecule downstream of RANK, induction of target gene expression, activation of RANK. Includes changes in cell characteristics. These include increased expression of TRAF6, activation of TRAF6, signal transduction via TRAF6, activation of NF-κB, and activation of MAPK signaling including JNK activation (phosphorylation). These include formation of osteoclasts, induction of expression of genes expressed in osteoclasts such as TRAP, calcitonin receptor and vitronectin receptor, and acquisition of bone resorption ability.
Further, as shown in Example 3, it was found that promotion of type II IFN signaling significantly inhibited the expression of TRAF6. The results of the immunoblot analysis indicate that promotion of type II IFN signaling significantly reduces TRAF6 protein levels (FIG. 6c). Therefore, it is possible to suppress the expression of TRAF6 by the RANK signal by promoting the type II IFN signaling. By suppressing the expression of TRAF6, the function of TRAF6 is suppressed. The function of TRAF6 includes, for example, signal transmission involving TRAF6. That is, by promoting type II IFN signaling, TRAF6-related signaling can be suppressed. In addition to RANK signaling, TRAF6 has been suggested to be involved in CD40, p75NTR, and Toll / IL-1 receptor family signaling. For example, TRAF6 is also involved in LPS / endotoxin signals including TLR (Toll-like receptor) -2 and TLR-4. By controlling TRAF6 expression using the method of the present invention, it is possible to control signaling through these TRAF6. It is suggested that a method of inhibiting the expression or function of TRAF6 is also an alternative strategy for drug discovery to suppress osteoclasts.
In the present invention, “type II IFN signaling” refers to signaling induced by type II IFN or a part thereof. That is, signaling induced by type II IFN, signaling induced by activation of type II IFN receptor, signaling induced by effector molecules downstream of type II IFN receptor, etc. Included in signaling. In the present invention, type II IFN signaling preferably refers to signaling induced by activation of type II IFN receptor.
Type II IFNs include IFN-γ, which functions as a ligand for type II IFN receptor (IFN-γR) to activate type II IFN signaling. When a ligand such as IFN-γ binds to the type II IFN receptor, the type II IFN receptor phosphorylates the Stat family (such as Stat1) through the activation of tyrosine kinases of the JAK family (such as JAK1 and JAK2). The Stat1 dimer is also referred to as GAF (IFN-γ activated 、 factor), and the phosphorylated dimer translocates to the nucleus and binds to GAS (IFN-γ activated sequence) to promote transcription of a target gene group. As described above, the type II IFN signaling includes signaling via Stat1 (GAF). IRF-1 also enhances the expression of IFN-γ target genes.
To activate type II IFN signaling, for example, a ligand of type II IFN receptor is acted on. Type II IFN receptor ligands include IFN-γ. Further, IFN-γ expression may be induced by expression of IRF-1. It can also activate signaling downstream of the type II IFN receptor. Especially, it is preferable to promote Stat1-mediated signal transmission. For example, by promoting GAF activation, type II IFN signaling can be activated. Further, by promoting the expression of a group of GAS-responsive genes, type II IFN signaling can be activated.
In order to suppress the type II IFN signaling, for example, the ligand of the type II IFN receptor is removed or the binding between the ligand and the receptor is inhibited. For example, the ligand can be neutralized by administering an antibody against the ligand. Alternatively, IFN-γ expression may be suppressed by a factor that suppresses IFN-γ expression, that is, other cytokines (including IL-4 and IL-10) or a transcriptional repressor. In addition, signaling downstream of the type II IFN receptor may be suppressed.
It is also possible to promote Stat1 dimerization to promote type II IFN signal by increasing intracellular tyrosine kinase activity of the JAK family, for example, by expressing activated JAK in the cell. is there. Conversely, if JAK is inhibited, the type II IFN signal can be suppressed. In addition, Stat1 binds to a transcription coactivator such as CBP / p300 in the nucleus to promote transcription activity. Therefore, if CBP / p300 or the like is overexpressed or the binding ability of these to Stat1 is increased, the type II IFN signal is enhanced. Conversely, if the binding of Stat1 to CBP / p300 or the like is inhibited, the type II IFN signal can be inhibited (Horvai, AE et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA # 94: 1074). -1079 (1997)).
Target cells that control type II IFN signaling are osteoclast precursor cells. In the present invention, “osteoclastic precursor cells” refer to cells that can differentiate into osteoclasts. Such cells include macrophages and monocyte cells that can differentiate into osteoclasts. Specific examples include macrophage cells (eg, macrophage / monocyte precursor cells) present in osteochondral tissue, such as bone marrow macrophage cells and synovial macrophages. Hematopoietic stem cells are also included. The species from which the cell is derived is not particularly limited. The RANKL signaling system and the type II IFN signaling system are widely conserved in mammals. In human cells and the like, these signal molecule groups are common to mouse cells, and their functions are the same. It has been known. Therefore, for example, by controlling type II IFN signaling on osteoclast precursor cells derived from primates including humans and monkeys according to the present invention, it is possible to control osteoclast formation of the cells. It is.
For example, to examine the effect of IFN-γ on in vitro osteoclastogenesis from human peripheral blood mononuclear cells, peripheral blood was collected from a healthy subject, diluted 1: 1 with RPMI 1640, and diluted with Ficoll / plaque. Overlay and centrifuge at 400 g for 30 minutes. The isolated peripheral blood mononuclear cells (106Cells / well) to a 24-well multiwell plate. These cells were cultured in α-MEM containing 20% horse serum in the presence of 100 ng / ml @ RANKL and 10 ng / ml @ M-CSF and in the presence or absence of recombinant human IFN-γ for 10 days. It can be performed by detecting osteoclast formation.
A ligand for a type II IFN receptor refers to a molecule that binds to and activates the type II IFN receptor. When signal transduction is promoted using a ligand of the type II IFN receptor, the ligand of the type II IFN receptor used is not particularly limited as long as it binds to the receptor and activates the receptor. Ligands include natural ligands, derivatives of natural ligands, other proteins that act as ligands, artificial ligands, and the like. The ligand may be a protein or peptide or a non-peptidic compound. The peptidic ligand may be recombinant or modified. Further, the ligand may be formulated. Further, a compound conjugated with another compound such as a glycol conjugate (glycol-conjugated @IFN) may be used.
Examples of ligands for type II IFN receptor include IFN-γ. In addition, derivatives thereof are also included. In the present invention, IFN-γ includes not only wild-type IFN-γ but also derivatives of wild-type molecules. For example, a protein in which one or more amino acids have been added, deleted, substituted, and / or inserted into wild-type IFN-γ, a protein having a modified main chain or side chain, and the like are also included in IFN-γ in the present invention. It is. IFN-γ includes all IFN-γ subtypes, derivatives exhibiting IFN-γ-like activity, and the like.
By administering these type II IFN receptor ligands and allowing the ligand to interact with the type II IFN receptor, type II IFN signaling can be promoted. The administration of the ligand may be appropriately performed according to a known administration method so that the ligand can bind to the receptor of the target cell.
Instead of using the ligand itself, it is conceivable to use a vector that expresses the ligand. A peptidic ligand can be produced by expressing a nucleic acid encoding the ligand. For example, when a vector expressing IFN-γ or a derivative thereof is introduced into a cell, these molecules produced from the introduced cell bind to the type II IFN receptor and activate the type II IFN signal. In the present invention, the vector is not limited as long as it can express the type II IFN receptor ligand, and may be in the form of a polynucleotide containing DNA and RNA itself, or a complex containing the polynucleotide. Known vector systems, including plasmid vectors and viral vectors, can be used to prepare the vector that expresses the ligand. Examples of the virus vector include a retrovirus vector, an adenovirus vector, an adeno-associated virus vector, and the like. The administration of the vector to the living body can be performed by an in vivo method of directly administering the vector, or an ex @ vivo method of administering cells into which the vector has been introduced.
When a gene is introduced by the ex @ vivo method, for example, a retrovirus vector can be suitably used. Since retrovirus vectors integrate a transgene into the host chromosome, stable expression can be expected for a long period of time. For example, when introducing a gene into a joint, it is conceivable to introduce the gene into synovial cells taken out of the body and transplant the cell into which the gene has been introduced again into the joint. When a gene is introduced by the in vivo method, for example, an adenovirus vector can be used. Adenovirus can be concentrated at a high concentration and is highly safe because the transgene is not integrated into the host genome. In fact, it has been reported that the gene transfer efficiency of an adenovirus vector to synovial cells is high, and it can be used for gene transfer to joints. In addition, gene transfer into a cell or a living body using a non-viral vector can be performed by administration of naked DNA or a method using Sendai virus liposome. The cells to which the vector is administered are not particularly limited. The vector or cells into which the vector has been introduced are administered so that the produced ligand can act on osteoclast precursor cells. For example, it can be locally administered to an osteochondral site.
In addition, it is conceivable to administer not only cells into which the vector has been introduced but also any cells that produce a ligand of type II IFN receptor. Administration of a type II IFN receptor ligand in the present invention also includes indirect administration of the ligand, such as administration of a cell that produces the ligand. Cells that naturally produce IFN include lymphocytes such as T cells, NK cells, and NKT cells in the case of IFN-γ.
Further, by promoting type II IFN production from type II IFN-producing cells in the body, type II IFN signaling can also be promoted. For this purpose, a stimulus for promoting IFN production from type II IFN-producing cells may be given. As shown in the Examples, activated T cells released IFN-γ and suppressed the formation of osteoclasts. Therefore, IFN-γ production can be promoted, for example, by activating T cells. In general, type II IFN production is induced by viral or microbial infection, endotoxin, synthetic small molecules, antibiotics, polysaccharides, nucleic acids, mitogens, administration of immunopotentiators, etc. (Mayer, ED et al., "Interferons and Other Regulatory Cytokines" (interferons and other regulatory cytokines), 1998, John Wiley & Sons.
When the type II IFN receptor ligand interacts with the receptor by the above method, osteoclast formation induced by RANKL or the like in osteoclast precursor cells is inhibited and bone resorption is suppressed. it can. According to the method of the present invention, for example, bone destruction in autoimmune arthritis can be suppressed. There are no particular limitations on the individual to which bone destruction is to be suppressed, and examples include humans and non-human mammals such as mice, rats, rabbits and monkeys. The application to non-human mammals is also useful as a model for developing preventive or therapeutic methods for human bone destructive disease. This allows for the development of new methods for preventing bone destruction, for example in autoimmune arthritis.
For example, to analyze the effect of IFN-γ on inhibiting osteoclast formation using an individual, an endotoxin-induced model of inflammatory bone destruction as described in Example 1 can be used. Specifically, lipopolysaccharide (LPS) (Sigma) was locally administered at a dose of 25 mg / kg-body weight to the calvaria of 7-8 week-old mice (n = 20), and the recombinant was treated for 4 days following the same site. The therapeutic effect of local infusion of IFN-γ can be tested by subcutaneous administration of IFN-γ (eg, 10,000 U / day) (n = 10) or control saline (n = 10). Five days after LPS injection, the number of osteoclasts per millimeter of bone surface of the trabecular bone of the trabecular bone and the percentage of bone surface covered by osteoclasts (eroded surface) are analyzed as previously described (Chiang, C. et al. Y. et al., Infect. Immun. 67, 4231-6 (1999)).
For example, by administering IFN-γ to the site of inflammation daily or at intervals, inhibition of osteoclast formation and bone resorption can be examined. Thereby, it is possible to examine the conditions of clinical application of IFN-γ in bone destruction diseases in more detail. Because bone destruction is often associated with tumors, including multiple myeloma and metastatic bone cancers, and inflammatory conditions such as autoimmune arthritis, IFN-γ is a therapeutic for cancer and arthritis-induced bone destruction. May have a particular effect. Local delivery of IFN-γ to the site of bone destruction can reduce the dose, thereby reducing side effects.
In addition, in order to examine the effect of type II IFN on pathological bone resorption in human diseases, a system of in vitro osteoclast formation from cultured synovial cells derived from patients with rheumatoid arthritis may be used. This system is an ex @ vivo model of pathological osteoclastogenesis observed in the rheumatoid synovium (Takayanagi, H. et. Al. Arthritis @ Rheum., 43, 259 (2000)). The synovial tissue is dissected, RPMI @ 1640 containing 1 mg / ml collagenase (Wako pure Chemicals, Osaka, Japan) and 0.15 mg / ml DNase I (Sigma, St. Louis, MO) is added and mixed by 20 times, and shaken. While incubating at 37 ° C for 90 minutes. The cell suspension is filtered through a 70 mm cell strainer and the cells are finally suspended in α-MEM containing 20% horse serum (Gibco BRL). The isolated synovial cells (106Cells / well) were spread on a 24-well multiwell plate, and 1,25-dihydroxyvitamine @ D3 [1,25 (OH)2D3] (10-7M) and 2 ng / ml in the presence of recombinant human M-CSF and in the presence or absence of recombinant human IFN-γ for 20 days. Change the medium half every three days. In this ex @ vivo osteoclast formation model, the inhibitory effect of recombinant IFN-γ on osteoclast formation can be detected. By such a method, it is possible to develop a new strategy for inhibiting bone resorption in human bone diseases by local or systemic administration of type II IFN.
Recently, antibody induction therapy and antibody induction therapy using a DNA vaccine have been developed as one method of suppressing protein function. Using these immunological techniques, it is possible to control bone resorption and bone destruction by blocking the function of molecules involved in osteoclast-forming signals. The present invention provides methods for modulating osteoclastogenesis by inducing antibodies against molecules involved in osteoclastogenesis signals. In a preferred embodiment, osteoclastogenesis is regulated by inducing an immune response to a protein involved in RANKL signaling. For example, an antibody-induced therapy for suppressing bone destruction can be performed by inducing an immune response to a protein that performs RANKL signaling for pathological bone destruction diseases such as cancer bone metastasis and rheumatism. . Examples of proteins involved in RANKL signaling include, but are not limited to, RANKL, RANK, TRAF6, c-Fos, NF-κB, JNK, Fra-1, and Fra-2. Particularly preferred target proteins include RANKL and RANK.
In another preferred embodiment, osteoclast formation is regulated by inducing an immune response to a protein involved in type II IFN signaling. Since the type II IFN signal suppressively acts on osteoclast formation, suppressing this signal transmission can promote osteoclast formation. By performing immunotherapy against a protein involved in type II IFN signaling for a pathological condition in which bone formation is enhanced, it is possible to promote osteoclast formation and suppress an increase in bone mass. Proteins involved in type II IFN signaling include, but are not limited to, type II IFN such as IFN-γ, its receptor, and Stat1. In particular, IFN-γ and IFN-γ receptor are preferred as targets for inducing an immune response.
An immune response targeting proteins involved in the osteoclast-forming signal is induced by administering these proteins or partial proteins having antigenicity as antigens. For example, RANKL or RANK or a partial protein thereof is administered as an antigen to induce an antibody. The antigen protein can be appropriately administered in combination with an adjuvant. Suppression of RANKL-RANK binding (including anti-RANKL antibody and anti-RANK antibody induction therapy) using a method of inducing an immune response to RANKL or RANK suppresses osteoclast formation and reduces bone resorption. Can be reduced. In addition, the binding of type II IFN-II type IFN receptor is suppressed using a method for inducing an immune response to type II IFN or its receptor (anti-type II IFN antibody, anti-type II IFN receptor antibody). Induction therapy), the suppression of osteoclast formation is released, and bone resorption can be promoted. The present invention provides a method for treating a disease having pathological bone destruction or bone formation by controlling bone resorption by such an inhibitory antibody induction method.
It is also possible to utilize soluble factors other than antibodies to regulate osteoclast formation. For example, OPG, known as a decoy receptor for RANKL, blocks RANKL signaling by inhibiting the binding of RANKL to RANK. OPG's therapeutic effects on arthritis have been demonstrated in vitro (Takayanagi, H. et al., Arthritis Rheum. 43, 259-269 (2000)) and in vivo (Kong, YY et al., Nature $ 402: 304-309 (1999)). The use of these decoys can inhibit the action of ligands such as RANK and type II IFN involved in osteoclast formation. As a protein that functions as a decoy, a natural soluble receptor or the like can be used, or a partial protein of the extracellular region of a membrane-bound receptor can be produced and used. For example, if RANKL is captured by a partial peptide containing a ligand binding region of RANKL, it is possible to inhibit the binding of RANKL to RANK and suppress osteoclast formation. When a decoy that binds to type II IFN is used, it is possible to block the type II IFN signal and promote osteoclast formation. Alternatively, the signal can be blocked by using a factor that binds to the receptor but does not activate the receptor, instead of a protein that binds to the ligand. Such a factor may be a mutant of a ligand, a partial peptide containing a receptor binding site, or a non-peptidic compound. The present invention relates to a bone disease in which pathological bone destruction or bone formation is caused by inhibiting bone resorption by inhibiting the binding between RANK-RANKL or between the type II IFN-II type IFN receptor using a decoy or the like. And a method for performing a treatment for In addition, if an inhibitory antibody against decoy intrinsic to the living body is induced as described above, it is considered that bone resorption can be more variously controlled.
If a method of regulating osteoclast-forming signals by controlling type II IFN signaling is used, it is possible to construct an assay system or a screening system for compounds that can affect the signal. In these systems, the effects of the compounds are verified using, for example, regulation on osteoclastogenesis, RANK signaling, TRAF6 expression or its function, or bone resorption as an index. For example, by examining how the above-mentioned regulatory effect by type II IFN signaling changes in the presence of a test compound, it is possible to find a compound that promotes or suppresses these controls by type II IFN signaling. it can.
Specifically, methods for detecting the effects of a compound on (1) osteoclastogenesis, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or its function, or (4) bone resorption, include:
(A) promoting type II IFN signaling in osteoclast precursor cells under conditions that can induce osteoclast formation in the presence of a sample containing the test compound;
(B) (1) Osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) a step of detecting bone resorption.
“Conditions that can induce osteoclasts” in this detection refers to conditions under which osteoclast formation is induced unless type II IFN signaling is activated. Such conditions are, for example, conditions that promote RANK signaling in osteoclast precursor cells.
This detection method is particularly useful for promoting a compound that suppresses (1) osteoclastogenesis, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or its function, or (4) bone resorption by type II IFN signaling. Or it is useful for detecting the suppression effect. For example, if (1) osteoclastogenesis, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) bone resorption is induced even under conditions that promote type II IFN signaling For example, it is determined that the test compound used has an activity of reducing these suppressive actions by type II IFN signaling. In addition, under the conditions that promote type II IFN signaling, the test compound is (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or its function, or (4) bone resorption. If the inhibition is further increased, the test compound used may have an activity to increase these inhibitory effects by type II IFN signaling. Further, if the same detection is performed under the condition that the type II IFN signaling is inhibited, it is possible to know whether the effect of the compound is dependent on the type II IFN signal. For such detection, for example, IFN is neutralized by a neutralizing antibody for type II IFN, or IFN-γR as used in the Examples.− / −Of individuals and cells can be used.
The cells used are not limited as long as they can differentiate into osteoclasts. For example, bone marrow macrophage cells and the like are used. To promote RANK signaling, for example, RANKL, a ligand of RANK, may be administered. If necessary, M-CSF and other cytokines / growth factors are administered so that osteoclast formation is induced unless the IFN signal is activated. The method for promoting type II IFN signaling may be performed by the method described above. Specifically, for example, a type II IFN receptor ligand such as INF-γ can be administered. The sample containing the test compound is not particularly limited, and examples thereof include a library of synthetic low-molecular compounds, a purified protein, an expression product of a gene library, a library of synthetic peptides, a cell extract, and a cell culture supernatant. Can be
By using the detection method of the present invention, a compound that regulates (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or its function, or (4) bone resorption can be screened. . This screening method
(A) promoting type II IFN signaling in osteoclast precursor cells under conditions that can induce osteoclast formation in the presence of a sample containing the test compound;
(B) detecting (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) bone resorption,
(C) selecting a compound that modulates (1) osteoclastogenesis, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) bone resorption compared to control conditions; It is a method including.
Similarly to the above detection method, the “conditions that can induce osteoclasts” refer to conditions under which osteoclast formation is induced unless type II IFN signaling is activated. Such conditions are, for example, conditions that promote RANK signaling in osteoclast precursor cells. In addition, as in the above-described detection method, this screening method comprises (1) osteoclast formation by type II IFN signaling, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or its function, or (4) bone It can be used to screen for compounds that increase or decrease the inhibitory effect of absorption.
The control conditions are not particularly limited, and include, for example, the case in the absence of a sample containing the test compound. That is, in the step (c), (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or its function, as compared to the case where no sample containing the test compound is present. Or (4) by selecting compounds that increase or decrease bone resorption, compounds that regulate these can be obtained. Control conditions can also include cases in the presence of other compounds that can modulate osteoclastogenesis, RANK signaling, TRAF6 expression or function, or bone resorption. Such an embodiment is also included in the case where the sample containing the test compound in step (a) is absent. In this case, in the above step (c), (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or its function, or (4) ) Select compounds that increase or decrease bone resorption. In such a screening, a compound having a higher effect than a certain compound can be obtained. Further, in the step (c), a case where a lower dose of the test compound than in the step (a) is used can also be mentioned. This reveals the dose dependence of the compound.
The detection method and screening method of the present invention can be performed using, for example, an in vitro assay system for osteoclast formation as described in Example 2. Specifically, for example, non-contact bone marrow cells (5 × 10 5 per well of a 24-well plate)5Cells) were cultured for 2 days in α minimum essential medium (α-MEM) containing 10 ng / ml M-CSF, 100 ng / ml soluble RANKL, 10 ng / ml M-CSF, and an appropriate concentration of IFN-γ Can be used to form osteoclasts after further culturing for 3 days in the presence of. Here, a sample containing the test compound is added and cultured. In addition, in the case of an in vivo system, for example, a system using an endotoxin-induced bone resorption animal model as used in the examples may be mentioned.
Osteoclast formation can be observed, for example, according to the literature (Yasuda, H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95, 3597-602 (1998)). Specifically, for example, in the case of an individual, a bone slice can be prepared and bone resorption can be observed. In addition, osteoclast formation can be identified in both in vivo and in vitro by known micronucleated giant cells by microscopic observation, TRAP staining, and the detection of calcitonin receptor or vitronectin receptor expression by known methods. Can be detected. In the case of RANK signaling, for example, activation of NF-κB or JNK can be detected by the methods described in the Examples and the like. In the case of TRAF6 expression, the expression of TRAF6Δ mRNA can be detected by Northern blot, RT-PCR, or the like, and the TRAF6 protein can be detected by immunoblot, immunoprecipitation, ELISA, or the like. If it is a function of TRAF6, it can be detected by, for example, activation of NF-κB or JNK as in the case of the above-mentioned RANK signaling, and as described above, CD40, p75NTR, or Toll / IL-1 It can also be assessed by detecting the activation of other signaling through TRAF6, such as the receptor family. For example, phosphorylation of not only JNK but also other signal molecules of the MAP kinase pathway may be used as an index, and binding or modification with a molecule such as TAK1 or ECSIT (evolutionary conserved signaling intermediate in toll pathways) that binds to TRAF6. It can also be used as an indicator. In the case of bone resorption, for example, the bone resorption activity on an ivory section can be detected by a known method.
As a result of this detection, the addition of the sample containing the test compound allows (1) osteoclast formation, (2) RANK signal transduction, as compared to control conditions (for example, detection in the absence of the sample). If (3) TRAF6 expression or its function, or (4) bone resorption is significantly promoted or suppressed, the test sample used is a candidate for a compound that regulates these controls by type II IFN signaling. The compound isolated by this screening method is useful for controlling osteoclast formation and is also useful for developing preventive and therapeutic drugs for bone metabolic diseases.
The drug candidate compound selected by the screening can be used to determine detailed administration conditions for clinical application using the above-described test method of the present invention. That is, by using the above-described test method, administration conditions including administration amount, administration interval, and administration route can be examined, and conditions for obtaining appropriate preventive or therapeutic effects can be determined. Similarly, to determine detailed administration conditions for clinical application of a type II IFN receptor ligand, it is necessary to: (a) add a type II IFN receptor ligand to an osteoclast precursor cell under conditions capable of inducing osteoclastogenesis; (B) (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) detecting bone resorption. A method for detecting the effect of a body ligand can be used. Specifically, it can be performed using the method described in the present specification.
In addition, the present invention relates to an agent for controlling an osteoclast-forming signal, including a type II IFN receptor ligand or a vector expressing the ligand. The present invention provides the following agents comprising a type II IFN receptor ligand or a vector expressing the ligand.
(A) Osteoclast formation inhibitor
(B) RANKL signaling inhibitor
(C) TRAF6 inhibitor
(D) Bone destruction inhibitor
As the type II IFN receptor ligand and the vector expressing the ligand, those described above can be used. In the present invention, the drug includes a reagent and a medicine. These drugs use ligands and vectors themselves, as well as sterile water, physiological saline, buffers, salts, stabilizers, preservatives, surfactants, other proteins (such as BSA), transfection reagents (lipofection reagents, (Including liposomes) and the like as appropriate. These may be mixed or separated until mixed at the time of use. The agent of the present invention has an effect of suppressing osteoclast formation, an effect of suppressing RANKL signaling, an effect of suppressing the expression or activity of TRAF6 protein, or suppressing the suppression of bone destruction It is preferable that the drug has the action described in a container, a packaging box, an attached instruction, or the like of the drug, or is associated with the drug. The term “associated” means that information that the drug has the above-mentioned effect can be obtained directly or indirectly from the drug, its container, packaging box, or accompanying instructions. For example, there are cases where the action or use of these drugs is described in a separately issued printed matter, or is disclosed on the web. The agent of the present invention can be applied to cultured cell lines and individuals. Target individuals include mammals such as humans, monkeys, mice, rats, rabbits, and other vertebrates. In particular, the pharmaceutical composition of the present invention containing a type II IFN receptor ligand or a vector expressing the ligand is useful as a prophylactic and therapeutic agent for human bone destruction disease.
When a type II IFN receptor ligand, a vector expressing the ligand, or the above drug is used as a pharmaceutical composition, the ligand or vector itself can be formulated by a known pharmaceutical method in addition to directly administering to the patient or individual. It is also possible. For example, pharmacologically acceptable carriers or vehicles, specifically, sterile water or physiological saline, vegetable oils, emulsifiers, suspensions, surfactants, stabilizers, formulated in appropriate combination with a sustained release agent and the like It is conceivable to administer. The pharmaceutical compositions can be in the form of aqueous solutions, tablets, capsules, troches, buccal tablets, elixirs, suspensions, syrups, nasal drops, or inhalants. The content of the ligand or vector in the composition may be appropriately determined.
Administration to patients depends on the nature of the active ingredient, e.g., transdermal, intranasal, transbronchial, intramuscular, intraperitoneal, intravenous, intraarticular, subcutaneous, intraspinal, intraventricular, or It can be performed orally, but not limited to. It can also be administered systemically or locally. When systemic side effects due to administration of a drug such as IFN poses a problem, the dose can be reduced by local administration. The dose and administration method vary depending on the tissue transferability of the active ingredient of the pharmaceutical composition, the purpose of treatment, the weight and age of the patient, symptoms, and the like, but can be appropriately selected by those skilled in the art. As shown in the Examples, 1 U / ml of IFN-γ almost completely suppressed osteoclast formation in the in vitro system. For example, even in in vivo, the dosage of the drug can be determined so as to maintain such an effective concentration around the target osteoclast precursor cell. Administration can be carried out once to several times.
The pharmaceutical composition of the present invention is particularly useful for preventing inflammatory bone resorption and inflammatory bone destruction. "Inflammatory bone resorption and destruction" refers to bone resorption and destruction with inflammation. For example, in arthritis, osteoclast formation from synovial macrophages contained in the synovium is promoted, and active bone resorption occurs in the frontal region where pannus enters bone. Particularly in chronic arthritis, long-term joint destruction proceeds due to this bone resorption. This pathological bone resorption can be suppressed by administering the pharmaceutical composition of the present invention. Such arthritis with inflammatory bone resorption includes, in particular, autoimmune arthritis including rheumatoid arthritis (RA). Rheumatoid arthritis is a chronic, autoimmune, inflammatory disease in which the proliferating synovium actively invades osteochondral, resulting in multiple joint destruction. The pharmaceutical composition of the present invention is suitably used for preventing this arthritic bone destruction. Another inflammatory bone resorption to which the pharmaceutical composition of the present invention can be applied includes periodontal disease.
In addition, the pharmaceutical composition of the present invention can be used for various diseases in which bone resorption is promoted by osteoclasts, including giant cell tumor, cancer bone metastasis, and pigmented villous nodular synovitis (PVS). May also be applied. It is also expected to be applied to the treatment of osteoporosis and hypercalcemia of cancer. Further, the present invention can be applied to prevention and treatment of bone loss associated with Paget disease, hepatitis and AIDS, bone resorption / destruction associated with leukemia and multiple myeloma, and bone resorption (loosening) around artificial joints. The pharmaceutical composition of the present invention is described in a container, a packaging box, an attached instruction, or the like that the composition is applicable to at least one of the above-mentioned diseases, or the composition is Is preferably associated with The present invention allows new therapeutic interventions by controlling osteoclast formation and function.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. All documents cited in this specification are incorporated as a part of this specification.
IFN-γR used in the experiment− / −Mouse and IRF-1− / −The production of mice has been described previously (Huang, S. et al., Science 259, 1742-5 (1993); Matsuyama, T. et al., Cell 75, 83-97 (1993)). C57BL / 6 mice with a genetically identical background to these mutant mice were used as wild-type controls. Stat1− / −Mice (Meraz, MA et al., Cell 84, 431-42 (1996)) were purchased from Taconic.
[Example 1] Regulation of osteoclast formation via T cells by IFN-γ
Induction of bone resorption by endotoxin has been established as a bone resorption model system, and it has been shown that T cells play an important role in this system (Ukai, T. et al., J. 31. 414-22 (1996); Chiang, CY et al., Infect. Immun. 67, 4231-6 (1999)). Using this bone resorption model system, mice lacking IFNGR1 which is one of the components of IFN-γ receptor (IFN-γR) (IFN-γR− / −Osteoclast formation in mice (Huang, S. et al., Science 259, 1742-5 (1993)) was analyzed. 7-8 week old IFN-γR− / −Mouse and IFN-γR+/-Lipopolysaccharide (LPS) (Sigma) was locally administered at 25 mg / kg-body weight to the calvaria of mice (n = 10), euthanized 5 days later, and described previously (Chiang, CY et al. Infect, Immun. 67, 4231-6 (1999)), it was found that osteoclast formation was enhanced and bone destruction was markedly worsened (FIG. 1). These observations suggested that IFN-γ has an important function in maintaining bone tissue involving a process mediated by T cells.
In order to investigate the effect of IFN-γ producing T cells on osteoclast formation, activated T cells or resting spleen T cells and bone marrow monocyte / macrophage precursor cells (bone @ marrow @ monocytochrome / macrophage @ precursor @ cells; BMMs) In an in vitro co-culture system, an experiment was performed in which RANKL was stimulated in the presence of M-CSF.
To observe in vitro osteoclast formation, non-contact bone marrow cells (5 × 10 5 per well of a 24-well plate)5The cells were cultured in α-minimum essential medium (α-MEM) containing 10 ng / ml of M-CSF (R & D) for 2 days and used as BMM. These BMMs were cultured for another 3 days in the presence of 100 ng / ml of soluble RANKL (Peprotech) and 10 ng / ml of M-CSF to form osteoclasts. Observation of multinucleated cells was performed as previously described (Yasuda, H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95, 3597-602 (1998)). For activation of T cells, purified CD3+Spleen cells (> 93%) were cultured in RPMI 1640 and stimulated with 5 μg / ml anti-CD3ε antibody (PharMingen) for 1 day. The addition of activated T cells or T cell culture supernatant was performed simultaneously with the addition of RANKL to the BMM culture. The medium was changed every 48 hours.
As shown in FIG. 2a, when co-cultured with T cells activated with anti-CD3 antibody, BMM osteoclast formation was strongly inhibited but not resting T cells. Under these conditions, most BMMs differentiated into mature macrophages. Activated T cells are isolated from IFN-γR− / −When co-cultured with BMM and stimulated with RANKL, the inhibitory effect of activated T cells was completely lost (FIG. 2b). These IFN-γRs− / −Since BMM differentiated into osteoclasts with low efficiency in the absence of recombinant RANKL in co-culture of activated T cells, the effect of T cells on osteoclast formation was determined by the balance of RANKL and IFN-γ. Is suggested. The culture supernatant of the activated T cells showed an action of suppressing the formation of osteoclasts by the recombinant RANKL, and it was confirmed that this suppressive effect was neutralized by an antibody against IFN-γ. These results indicated that IFN-γ is essential for T cell suppression of RANKL-induced osteoclastogenesis.
[Example 2] Inhibition of IFN-γ in osteoclastogenesis induced by RANKL via Stat1 activation pathway
Recombinant mouse IFN-γ (Genzyme) was added to the above in vitro assay system of BMM osteoclast formation by RANKL stimulation, and the effect was verified. The addition of the recombinant IFN-γ was performed simultaneously with the addition of RANKL to the BMM culture. As a result, a remarkable inhibitory effect of IFN-γ on BMM osteoclast formation was observed (FIGS. 3 and 4). In the presence of excess RANKL, very low levels of IFN-γ strongly inhibited osteoclast formation (FIG. 3). On the other hand, IFN-γ showed a relatively slight inhibitory effect on the proliferation of BMM that depends not on RANKL but on M-CSF (FIG. 3). Furthermore, IFN-γ was also found to inhibit osteoclast formation by RANKL in the M-CSF-independent macrophage cell line RAW264.7. These results suggest that IFN-γ selectively suppresses the RANKL signaling pathway. In cells, the signal of IFN-γ is transmitted via activation of the transcription factor Stat1 (Stark, GR et al., Annu. Rev. Biochem. 67, 227-64 (1998)). Activated Stat1 is also called IFN-γ activated activated factor (GAF) and directly or via a transcription factor IRF-1 (Taniguchi, T. et al., Biochim. Biophys. Acta 1333, M9-17 (1997)). Induces expression of target genes of IFN-γ. As shown in FIG. 5, the inhibitory effect of IFN-γ on osteoclastogenesis was− / −Mouse or Stat1− / −Although completely lost in mice, IRF-1− / −It was not lost in mice. In addition, similarly, IRF-9− / −When the effect of IFN-γ on the formation of osteoclasts from BMMs induced by RANKL / M-CSF was examined using mice, the inhibitory effect of IFN-γ was observed. It was found not necessary for inhibition by γ (FIG. 5b). From this, it was shown that a gene induction pathway independent of IRF-1 and IRF-9 via Stat1 (GAF) is important for suppression of the RANKL signaling pathway.
[Example 3] Inhibition of RANKL signaling by IFN-γ is mediated by suppression of TRAF6 protein expression
When RANKL stimulates its receptor, RANK, it induces the adapter protein TRAF family and activates the NF-κB and JNK pathways (Dougall, WC et al., Genes Dev. 13, 2412-24 (1999); Hsu, H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. US A 96, 3540-5 (1999)). Among the TRAF family, TRAF6 is known to be important for RANKL signaling.− / −Mice lack osteoclasts that undergo bone resorption and exhibit a phenotype of osteopetrosis (Lomaga, MA et al., Genes Dev. 13, 1015-24 (1999); Naito, A. et al. , Genes @ Cells 4,353-62 (1999)). To investigate the target of IFN-γ suppression of osteoclastogenesis, RANKL-induced activation of NF-κB and JNK was examined in IFN-γ treated BMM. As a result of a gel shift assay (electrophoretic mobility shift assay; EMSA), RANKL-induced activation of NF-κB was significantly inhibited in IFN-γ-treated BMM (FIG. 6a). Furthermore, RANKL-induced activation of JNK was also inhibited by IFN-γ (FIG. 6b). In BMM stimulated with RANKL and M-CSF, analysis of effector molecules downstream of the RANKL signaling pathway by immunoblot revealed that IFN-γ specifically and markedly inhibited TRAF6 expression (FIG. 6c). This result indicates that induction of the proteolytic system by IFN-γ is involved in TRAF6 degradation.
[Example 4] Effect of TRAF6 gene expression on osteoclast formation
To examine whether inhibition of TRAF6 expression is important for suppression of IFN-γ-mediated osteoclastogenesis, BMM expressing TRAF6 exogenously was stimulated with RANKL, and osteoclastogenesis by IFN-γ was performed. An experiment was performed to observe the inhibition of the enzyme.
A retroviral vector (pMX-TRAF6-IRES-EGFP) encoding an internal ribosomal entry site (IRES) -enhanced green fluorescent protein (EGFP) downstream of the TRAF6 cDNA is a 2.0 kb EcoRI-StuI fragment of the mouse full-length TRAF6 gene. Inserted into the same site of pMX-IRES-EGFP (Nosaka, T. et al., EMBO J. 18, 4754-65 (1999)) and described previously (Nosaka, T. et al., EMBO J. 18, 4754-65 (1999)). Retrovirus packaging was performed by co-transfecting these pMX vectors and pPAMpsi2 (Sato, M. et al., FEBS @ Lett. 441: 106-110 (1998)) into 293T cells. The prepared retrovirus vector was infected to BMM and analyzed by flow cytometry and immunoblot. The TRAF6-expressing virus and the virus expressing only EGFP used for control (pMX-IRES-EGFP) showed high efficiency. It was found that the gene could be successfully introduced into BMM (FIG. 7).
Next, the effect of TRAF6 expression on the inhibition of osteoclast formation by IFN-γ was examined. Retroviruses were infected with BMM and RANKL / M-CSF and IFN-γ were added to the medium 48 hours later. Three days after RANKL addition, osteoclastogenesis was assessed by TRAP staining and bone resorption assays (Yasuda, H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95, 3597-602 (1998)). .
Interestingly, overexpression of TRAF6 in BMM was resistant to suppression of osteoclast formation by IFN-γ (FIG. 8). In these cells, activation of NF-κB and JNK induced by RANKL was observed. Even in the presence of IFN-γ, about 50% of GFP-positive cells are positive for tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP+It is noteworthy that the cells were differentiated into multinucleated cells (Fig. 8). These differentiated cells expressed calcitonin receptor and showed bone resorption activity on ivory sections. These results indicate that the suppression of osteoclast formation by IFN-γ can be explained at least in part by a decrease in TRAF6 expression.
Industrial potential
The present invention has revealed a previously unknown link between IFN-γ and bone homeostasis, that is, maintenance of bone mass by inhibiting osteoclast formation. Destruction of IFN-γR by gene targeting enhances osteoclast formation during inflammation, causing exacerbation of bone destruction associated with inflammation. This is an interesting example of the physiological function of cytokines whose effects have been originally established on antiviral responses. The present invention has provided a method for suppressing osteoclast formation via a type II IFN signal. According to the method of the present invention, osteoclast formation can be suppressed by activating type II IFN signaling such as administration of IFN-γ. By controlling osteoclast formation, abnormal bone metabolism can be controlled. The method of the present invention is useful for preventing or treating diseases associated with pathological bone destruction, including autoimmune arthritis.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows IFN-γR+/-Mouse or IFN-γR− / −FIG. 2 is a photograph showing a tissue section (stained with tartrate-resistant acid phosphatase [TRAP] and hematoxylin) of a skull injected with saline or LPS in a mouse. Note the enhancement of osteoclast formation as shown by staining with the osteoclast-specific enzyme TRAP. IFN-γR without LPS administration+/-Only a small number of TRAP-positive cells are found in mice. IFN-γR− / −Only a small number of TRAP-positive cells are observed in mice. In the case of LPS administration, IFN-γR+/-In mice, bone resorption is induced, and TRAP-positive cells are observed on the contact surface of the resorption cavity with bone. IFN-γR− / −IFN-γR in mice+/-Bone resorption is significantly worse than in mice, and osteoclasts are eroded over a wide range of bone surfaces. The number of osteoclasts per mm of the surface of the trabecular bone (trabecular bone) and the ratio of the bone surface (eroded surface) covered with osteoclasts were measured (Chiang, CY et al., Infect. Immun. .67, 4231-6 (1999)). By this morphological measurement, IFN-γR− / −In mice, it was found that the number of osteoclasts and the eroded surface increased more than 2-fold.
FIG. 2 is a diagram showing the regulation of osteoclast formation via T cells by IFN-γ. a shows suppression of osteoclast formation by activated T cells. Spleen or resting T cells stimulated with anti-CD3 antibody were co-cultured with BMM in the presence of RANKL (100 ng / ml) and M-CSF (10 ng / ml). 3 days later TRAP+Cells were counted. b is IFN-γR− / −Figure 2 shows the loss of suppression of T cell-mediated osteoclastogenesis in BMM. IFN-γR− / −BMM was co-cultured with activated or resting T cells as described above.
FIG. 3 shows the effect of IFN-γ on RANKL-induced osteoclastogenesis and BMM proliferation. IFN-γ showed a significant inhibitory effect on osteoclast formation in BMM stimulated with RANKL (100 ng / ml) and M-CSF (10 ng / ml), while M-CSF-dependent It showed a slight inhibitory effect on the proliferation of osteoclast precursor BMM.
FIG. 4 is a photograph showing a microscope image (TRAP staining) of an in vitro osteoclast-forming system. BMM of C57BL / 6 mice was cultured with M-CSF (10 ng / ml) alone (upper panel). Under these conditions, the cells were mononuclear and negative for TRAP. In the presence of RANKL (100 ng / ml) and M-CSF (10 ng / ml), BMM can+Differentiated into multinucleated osteoclasts (middle panel). Osteoclast formation was suppressed in the presence of RANKL / M-CSF and IFN-γ (100 U / ml) (lower panel). Cells were unfused, mononuclear and TRAP negative.
FIG. 5 is a diagram and a photograph showing the necessity of IFN-γR and Stat1 in suppressing osteoclast formation by IFN-γ. a, Effect of IFN-γ on osteoclastogenesis of BMM from mice lacking IFN-γR, Stat1, or IRF-1 was determined by the presence of RANKL (100 ng / ml) and M-CSF (10 ng / ml). Checked below. The number of osteoclasts (%) was determined by TRAP in IFN-γ treated cultures.+The number of multinucleated cells was determined by dividing the number in the control culture without IFN-γ. b, Comparison of the effects of IFN-γ (10 U / ml) on osteoclast formation from BMMs derived from wild-type mice or Stat1, IRF-9, or IRF-1 deficient mice.
FIG. 6 is a photograph showing the result of analyzing the effect of IFN-γ on effector molecules downstream of RANKL signaling.
a shows EMSA analysis of NF-κB activity. After stimulation with RANKL (100 ng / ml), a nuclear extract was prepared from BMM preincubated for 24 hours in the presence or absence of IFN-γ, and an oligonucleotide containing an NF-κB binding site derived from the immunoglobulin κB enhancer Analysis was performed as previously described using the probe (Lomaga, MA et al., Genes Dev. 13, 1015-24 (1999)). The complex was supershifted by an anti-Rel @ A antibody (Santa @ Cruz) (lane 7), and complex formation was inhibited by an excessive amount of unlabeled probe (lane 8).
b shows a JNK activation inhibitory effect. After stimulation with RANKL (100 ng / ml), BMM preincubated for 24 hours in the presence or absence of IFN-γ was analyzed by immunoblot using anti-phosphorylated JNK antibody and anti-JNK antibody (New England Biomeds). Analyzed.
c shows the effect of IFN-γ on the expression of downstream effector molecules involved in RANKL signaling in osteoclast differentiation. Every 24 hours after the addition of RANKL, the whole cell lysate of BMM was analyzed by immunoblot using a specific antibody (Santa Cruz).
FIG. 7 is a diagram and a photograph showing the efficiency of retroviral gene transfer into primary BMM. Two days after infection, BMM was analyzed by flow cytometry (upper panel) and immunoblot was performed (lower panel). The BAF infected with the TRAF6 virus had a TRAF6 protein level of about 10 times that of the control BMM.
FIG. 8 is a diagram and a photograph showing the effect of TRAF6 overexpression on the inhibition of osteoclast formation by IFN-γ. Two days after retroviral infection, RANKL / M-CSF and IFN-γ (10 U / ml) were added to the BMM culture. Three days later, GFP-positive cells were identified with a fluorescence microscope, and TRAP staining was performed (left panel). The upper row shows cells stained with TRAP. No TRAP-positive osteoclasts are found in virus-uninfected cells and EGFP-expressing virus vector (pMX-IRES-EGFP) infected cells. In contrast, cells infected with the TRAF6-expressing viral vector (pMX-TRAF6-IRES-EGFP) had a large number of TRAPs.+Multinucleated cells formed. The lower part shows the result of observing the fluorescence of GFP. Most TRAP+Multinucleated cells are GFP-positive, and 50% or more of GFP-positive cells are TRAP even in the presence of IFN-γ.+Differentiated into multinucleated cells (right panel).

Claims (17)

破骨細胞前駆細胞におけるII型IFNシグナル伝達を促進または抑制する工程を含む、破骨細胞形成シグナルを制御する方法。A method for controlling an osteoclast-forming signal, comprising the step of promoting or suppressing type II IFN signaling in osteoclast precursor cells. 破骨細胞前駆細胞におけるII型IFNシグナル伝達を促進または抑制する工程を含む、下記(a)から(d)のいずれかを制御する方法。
(a)破骨細胞形成
(b)RANKシグナル伝達
(c)TRAF6発現またはその機能
(d)骨吸収
A method for controlling any of the following (a) to (d), comprising a step of promoting or suppressing type II IFN signaling in osteoclast precursor cells.
(A) osteoclast formation (b) RANK signaling (c) TRAF6 expression or function (d) bone resorption
破骨細胞前駆細胞におけるII型IFNシグナル伝達を促進する工程を含む、炎症性骨破壊の抑制方法。A method for suppressing inflammatory bone destruction, comprising a step of promoting type II IFN signaling in osteoclast precursor cells. II型IFNシグナル伝達がStat1を介するシグナル伝達である、請求項1から3のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the type II IFN signaling is Stat1 mediated signaling. II型IFNシグナル伝達の促進または抑制が、II型IFN受容体とそのリガンドとの相互作用の促進または抑制である、請求項1から3のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the promotion or suppression of the type II IFN signaling is the promotion or suppression of the interaction between the type II IFN receptor and its ligand. II型IFN受容体とそのリガンドとの相互作用の促進を、下記(a)または(b)に記載の工程により行う、請求項5に記載の方法。
(a)II型IFN受容体リガンドの投与
(b)II型IFN受容体リガンドを発現するベクターの投与
The method according to claim 5, wherein the promotion of the interaction between the type II IFN receptor and its ligand is carried out by the following steps (a) or (b).
(A) Administration of type II IFN receptor ligand (b) Administration of vector expressing type II IFN receptor ligand
リガンドがIFN−γである、請求項5または6に記載の方法。The method according to claim 5 or 6, wherein the ligand is IFN-γ. (1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収に及ぼす化合物の効果を検出する方法であって、
(a)被検化合物を含む試料の存在下で、破骨細胞前駆細胞におけるRANKシグナル伝達、並びにII型IFNシグナル伝達を促進する工程、
(b)(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を検出する工程、を含む方法。
A method for detecting the effects of a compound on (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) bone resorption,
(A) promoting RANK signaling in osteoclast precursor cells and type II IFN signaling in the presence of a sample containing the test compound;
(B) detecting (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) detecting bone resorption.
(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を調節する化合物をスクリーニングする方法であって、
(a)被検化合物を含む試料の存在下で、破骨細胞前駆細胞におけるRANKシグナル伝達、並びにII型IFNシグナル伝達を促進する工程、
(b)(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を検出する工程、
(c)対照の条件下に比べ、該(1)破骨細胞形成、(2)RANKシグナル伝達、(3)TRAF6発現もしくはその機能、または(4)骨吸収を調節する化合物を選択する工程、を含む方法。
A method for screening for a compound that regulates (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) bone resorption,
(A) promoting RANK signaling in osteoclast precursor cells and type II IFN signaling in the presence of a sample containing the test compound;
(B) detecting (1) osteoclast formation, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) detecting bone resorption;
(C) selecting a compound that modulates (1) osteoclastogenesis, (2) RANK signaling, (3) TRAF6 expression or function, or (4) bone resorption compared to control conditions; A method that includes
II型IFNシグナル伝達がStat1を介するシグナル伝達である、請求項8または9に記載の方法。The method according to claim 8 or 9, wherein the type II IFN signaling is Stat1 mediated signaling. II型IFNシグナル伝達の促進が、II型IFN受容体とそのリガンドとの相互作用の促進である、請求項8または9に記載の方法。10. The method according to claim 8 or 9, wherein the promotion of type II IFN signaling is the promotion of interaction between a type II IFN receptor and its ligand. II型IFN受容体とそのリガンドとの相互作用の促進を、下記(a)または(b)に記載の工程により行う、請求項11に記載の方法。
(a)II型IFN受容体リガンドの投与
(b)II型IFN受容体リガンドを発現するベクターの投与
The method according to claim 11, wherein the promotion of the interaction between the type II IFN receptor and its ligand is carried out by the following steps (a) or (b).
(A) Administration of type II IFN receptor ligand (b) Administration of vector expressing type II IFN receptor ligand
リガンドがIFF−γである、請求項11または12に記載の方法。The method according to claim 11 or 12, wherein the ligand is IFF-γ. II型IFN受容体リガンドまたは該リガンドを発現するベクターを含む、下記(a)から(d)のいずれかに記載の薬剤。
(a)破骨細胞形成抑制剤
(b)RANKシグナル伝達抑制剤
(c)TRAF6抑制剤
(d)骨吸収抑制剤
The agent according to any one of the following (a) to (d), comprising a type II IFN receptor ligand or a vector expressing the ligand.
(A) Osteoclast formation inhibitor (b) RANK signaling inhibitor (c) TRAF6 inhibitor (d) Bone resorption inhibitor
II型IFN受容体のリガンドがIFN−γである、請求項14に記載の薬剤。The agent according to claim 14, wherein the ligand of the type II IFN receptor is IFN-γ. II型IFN受容体リガンドまたは該リガンドを発現するベクターを含む、骨破壊を抑制するための医薬組成物。A pharmaceutical composition for suppressing bone destruction, comprising a type II IFN receptor ligand or a vector expressing the ligand. 自己免疫性関節炎における骨破壊の予防または治療に用いられる、請求項16に記載の医薬組成物。The pharmaceutical composition according to claim 16, which is used for preventing or treating bone destruction in autoimmune arthritis.
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