JPWO2003034818A1 - Sgrf遺伝子改変非ヒト動物 - Google Patents

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Abstract

SGRF遺伝子のエクソン部分を適当な薬剤マーカー遺伝子に置換することによりターゲッティングベクターを構築し、該ベクターをマウスのES細胞株に導入することによりキメラマウスを得た。該キメラマウスをC57BL/6Jマウスと交配させ、SGRF遺伝子の遺伝子対の一方が不活性化された細胞からなるマウスを得た。これらのマウス同士を交配することにより、SGRF遺伝子対の双方が不活性化されたマウスを作製することに成功した。該遺伝子改変動物は、例えばSGRFアンタゴニスト等についての副作用を推測するために使用することができる。

Description

技術分野
本発明は、SGRF遺伝子がノックアウトされた非ヒト動物および細胞、並びにそれらの利用に関する。
背景技術
SGRF(Interleukin−Six,G−CSF Related Factor)/IL−23(以下「SGRF」と記載する)は、ESTをベースに本発明者らがクローニングした新規サイトカインである(特許番号EP1072610、GenBank:AB030000)。Oppmannらも同様の手法で同一の遺伝子を単離し、IL−12のp40サブユニットと結合することで生理機能を発揮する新規サイトカイン(p19/IL−23)として報告しているが(Immunity Vol.13,p715,2000)、その活性については、(1)マウスのCD4CD45RBlowのT細胞の増殖を誘起する、(2)ヒトのメモリーT細胞からIFN−γ産生を誘導すること以外、その生理機能は明らかになっていない。また、従来IL−12 p40欠損マウス(ノックアウトマウス)を用いた解析や、IL−12 p40に対する抗体を用いた研究によって、IL−12の機能とみなされてきたものが、実際はSGRFの機能であった可能性が考えられるようになってきた。
しかしながら、その機能に関しては未だ解明されておらず、その機能の解明に有用な実験系が求められていた。SGRF遺伝子対が不活性化され、SGRFの活性を全く持たない遺伝子改変動物、遺伝子改変動物から樹立された細胞株(遺伝子改変マウス由来細胞株)、あるいはES細胞株があれば、個体レベルおよび細胞レベルでの生理機能の解明が可能となり、該遺伝子に関連した疾患の治療薬などの研究に利用することが可能となる。
発明の開示
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、SGRF遺伝子対が不活性化され、SGRFの活性を持たない遺伝子改変動物を作製することにある。また、本発明は、該動物から樹立された細胞株、およびSGRF遺伝子の発現が抑制されたES細胞、並びに、該動物を用いたSGRFの機能を代替する化合物のスクリーニング方法の提供を目的とする。さらに、該遺伝子改変マウスを利用して得たSGRFの機能に関する知見を基に、SGRFが関与する疾患に対する治療薬の提供を目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべくSGRF遺伝子改変動物の作製を試みた。まず、SGRF遺伝子のエクソン部分を適当な薬剤マーカー遺伝子に置換することにより、ターゲッティングベクターを構築した。このターゲッティングベクターをマウスのES細胞株に導入し、相同組換えを生じた細胞株を選抜した。次いで、SGRF遺伝子対の一方が不活性化されたES細胞を、C57BL/6Jマウス由来の胚盤胞にインジェクションし、キメラマウスを得た。こうして作製されたキメラマウスをC57BL/6Jマウスと交配し、SGRF遺伝子遺伝子対の一方が不活性化された細胞からなるマウス(SGRF/IL−23+/−マウス)を得た。これらのSGRF/IL−23+/−マウス同士を交配することにより、SGRF遺伝子対の双方が不活性化されたマウス(SGRF/IL−23−/−マウス)を作製することに成功した。
この遺伝子改変動物およびES細胞は、SGRF阻害剤、例えば抗SGRF抗体またはSGRFアンタゴニスト等についての副作用を推測するために使用することができる。また、被検タンパク質や低分子がSGRFの機能を代替する機能を有するか否かの判定、並びにSGRFの機能を代替する機能を有するタンパク質をコードするDNAのスクリーニングに利用することも可能である。
さらに本発明者らは上記の遺伝子改変動物を利用して、SGRFの生理機能および病態との関連を明らかにした。まず、遺伝子改変マウスは、病原微生物であるリステリアの感染に弱いことが判明した。従って、SGRFは、病原微生物に対する治療薬となりうることが考えられる。また、遺伝子改変マウスは、実験的脳脊髄炎(EAE)が誘導されにくいこと、および遅延型過敏反応が低下していることが分かった。従って、SGRFはヒトの自己免疫疾患または炎症疾患発症への関与が示唆され、SGRFの機能を阻害する化合物は、自己免疫疾患または炎症疾患の治療のための薬剤となることが期待される。
さらに、SGRFが脳で発現していること、及びSGRF/IL−23−/−マウスではEAEが発症しにくいことから、SGRFは脳疾患に関与していると考えられ、SGRFの機能を阻害する化合物は脳疾患治療のための薬剤になることも期待される。
即ち、本発明は、SGRF遺伝子対が不活性化され、SGRFの活性を持たない遺伝子改変動物、該動物から樹立された細胞株、SGRF遺伝子の発現が抑制されたES細胞、並びに、該動物を用いたSGRFの機能を代替する化合物のスクリーニングのための用途、さらにはSGRF関連疾患に対する治療薬に関し、より具体的には、
〔1〕 SGRF遺伝子の発現が人為的に抑制されていることを特徴とする遺伝子改変非ヒト動物、
〔2〕 SGRF遺伝子の遺伝子対の一方または双方に外来遺伝子が挿入されていることを特徴とする遺伝子改変非ヒト動物、
〔3〕 非ヒト動物がげっ歯類である〔1〕または〔2〕に記載の遺伝子改変動物、
〔4〕 げっ歯類がマウスである〔3〕に記載の遺伝子改変動物、
〔5〕 〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の遺伝子改変動物から樹立された細胞株、
〔6〕 〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の遺伝子改変動物を使用することを特徴とする抗SGRF抗体の作製方法、
〔7〕 SGRF遺伝子の発現が人為的に抑制されていることを特徴とする非ヒトES細胞、
〔8〕 SGRF遺伝子の遺伝子対の一方または双方に外来遺伝子が挿入されていることを特徴とする非ヒトES細胞、
〔9〕 非ヒトES細胞がげっ歯類ES細胞である〔7〕または〔8〕に記載のES細胞、
〔10〕 げっ歯類ES細胞がマウスES細胞である〔9〕に記載のES細胞、
〔11〕 SGRFあるいはそのシグナルを代替する化合物を有効成分として含有する感染防御剤、
〔12〕 SGRFに対するアンタゴニストを有効成分として含有する自己免疫疾患治療薬、
〔13〕 SGRFに対するアンタゴニストを有効成分として含有する炎症疾患治療薬、
〔14〕 アンタゴニストが抗SGRF抗体である〔12〕または〔13〕に記載の治療薬、
〔15〕 下記の工程(a)〜(c)を含む、自己免疫疾患治療薬または炎症疾患治療薬のための候補化合物をスクリーニングする方法、
(a)SGRFと被験化合物を接触させる工程
(b)SGRFと被験化合物との結合活性を測定する工程
(c)SGRFと結合する化合物を選択する工程
〔16〕 下記の工程(a)〜(c)を含むSGRFタンパク質の機能を代替する化合物のスクリーニング方法、
(a)〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の遺伝子改変動物に被験化合物を投与する工程
(b)被験化合物がSGRFの機能を代替しているか否かを判定する工程
(c)SGRFの機能を代替する化合物を選択する工程、を提供するものである。
本発明は、SGRF遺伝子の発現が人為的に抑制されていることを特徴とする、遺伝子改変非ヒト動物およびES細胞を提供する。
本発明のSGRF(Interleukin−Six,G−CSF Related Factor)遺伝子(該遺伝子によってコードされるタンパク質を「SGRF」と記載)は、ヒト(GenBank:AB030000)およびマウス(GenBank:AF301619)等において知られており、4つのエクソンから構成される(GenBank:AB030001)。本発明において「SGRF遺伝子の発現が人為的に抑制されている」とは、通常、SGRF遺伝子の遺伝子対の一方または双方に、ヌクレオチドの挿入、欠失、置換等の遺伝子変異を有することにより該遺伝子の発現が抑制されている状態を指す。正常なSGRFタンパク質としての機能が減少または喪失している変異SGRFタンパク質が発現している場合も、この「SGRF遺伝子の発現の抑制」に含まれる。上記「抑制」には、SGRF遺伝子の発現が完全に抑制されている場合のほか、該遺伝子の遺伝子対の一方の遺伝子の発現のみが抑制されている場合も含まれる。本発明においては、SGRF遺伝子の発現が特異的に抑制されていることが好ましい。また、遺伝子変異の存在する部位は、該遺伝子の発現が抑制されるような部位であれば特に制限されず、例えばエクソン部位、プロモーター部位等を挙げることができる。
本発明においてSGRF遺伝子の改変の対象となる動物は、通常、ヒト以外の動物であり、好ましくはマウス、ラット、ハムスター、ウサギ等のげっ歯類であり、その中でも特にマウスが好ましい。本発明においてSGRF遺伝子の改変の対象となるES細胞もまた、げっ歯類に由来するものが好ましく、特にマウス由来が好ましい。なお、一般的に称される「ノックアウト動物」も本発明の遺伝子改変動物に含まれる。
本発明の遺伝子改変非ヒト動物(単に、「遺伝子改変動物」と記載する場合あり)および遺伝子改変ES細胞において、SGRF遺伝子の発現を人為的に抑制する手段としては、SGRF遺伝子全体またはその一部を欠損させる方法やSGRF遺伝子の発現制御領域の全部またはその一部を欠損させる方法等を例示することができるが、好ましくはSGRF遺伝子の遺伝子対の一方または双方に外来遺伝子を挿入することによりSGRF遺伝子を不活性化する方法である。即ち、本発明の好ましい態様において、遺伝子改変動物および遺伝子改変ES細胞は、SGRF遺伝子の遺伝子対の一方または双方に外来遺伝子が挿入されていることを特徴とする。
本発明の遺伝子改変動物は、当業者においては一般的に公知の遺伝子工学技術により作製することができる。例えば、以下のようにして遺伝子改変マウスを作製することができる。まず、マウスからSGRF遺伝子のエクソン部分を含むDNAを単離し、このDNA断片に適当なマーカー遺伝子を挿入し、ターゲッティングベクターを構築する。このターゲッティングベクターをエレクトロポレーション法などによりマウスのES細胞株に導入し、相同組み換えを生じた細胞株を選抜する。挿入するマーカー遺伝子としては、ネオマイシン耐性遺伝子などの抗生物質耐性遺伝子が好ましい。抗生物質耐性遺伝子を挿入した場合には、抗生物質を含む培地で培養するだけで相同組み換えを生じた細胞株を選抜することができる。また、より効率的な選抜を行うためには、ターゲッティングベクターにチミジンキナーゼ遺伝子などを結合させておくことも可能である。これにより、非相同組み換えを起こした細胞株を排除することができる。また、PCRおよびサザンブロットにより相同組み換え体の検定を行い、SGRF遺伝子の遺伝子対の一方が不活性化された細胞株を効率よく得ることもできる。
相同組み換えを生じた細胞株を選抜する場合、相同組み換え箇所以外にも、遺伝子挿入による未知の遺伝子破壊の恐れがあることから、複数のクローンを用いてキメラ作製を行うことが好ましい。得られたES細胞株をマウス胚盤葉にインジェクションしキメラマウスを得ることができる。このキメラマウスを交配させることで、SGRF遺伝子の遺伝子対の一方を不活性化したマウスを得ることができる。さらに、このマウスを交配させることで、SGRF遺伝子の遺伝子対の双方を不活性化したマウスを取得することができる。より具体的には、後述の実施例に記載の方法に従って、本発明の遺伝子改変マウスを作製することが可能である。マウス以外のES細胞が樹立された動物においても、同様の手法により、遺伝子改変を行うことができる。
また、SGRF遺伝子の遺伝子対の双方を不活性化したES細胞株は、以下の方法により取得することも可能である。すなわち、遺伝子対の一方を不活性化したES細胞株を高濃度の抗生物質を含む培地で培養することにより、遺伝子対のもう一方も不活性化された細胞株、即ち、SGRF遺伝子の遺伝子対の双方を不活性化したES細胞株を得ることができる。また、遺伝子対の一方を不活性化したES細胞株を選抜し、この細胞株に再度ターゲッティングベクターを導入し、相同組換えを生じた細胞株を選択することでも作製することができる。ターゲッティングベクターに挿入するマーカー遺伝子は、前出のマーカー遺伝子とは異なるものを使用することが好ましい。
また本発明は、本発明の遺伝子改変非ヒト動物から樹立された細胞株を提供する。本発明の遺伝子改変動物由来の細胞株を樹立する方法としては、公知の方法を利用することができる。例えば、げっ歯類においては、胎仔細胞の初代培養の方法を用いることが可能である。(新生化学実験講座、18巻、125頁〜129頁、東京化学同人、およびマウス胚の操作マニュアル、262頁〜264頁、近代出版)。
本発明の遺伝子改変動物、該動物から樹立した細胞株、およびES細胞株は、SGRF遺伝子の詳細な機能の解析に利用することができる。例えば抗SGRF抗体またはSGRFアンタゴニスト低分子等のSGRF阻害剤の副作用を推測するために使用することができる。本発明で取得される遺伝子改変マウスは正常に生育し、少なくとも胎生期に死亡することはなかったことから、SGRF阻害剤(アンタゴニスト)は致死性の副作用はないものと考えられる。本発明の遺伝子改変動物を詳細に検討することにより、SGRF阻害剤の副作用を推測することができる。また、遺伝子改変動物の組織から樹立した細胞株を用いることで、各組織でのSGRF阻害剤の副作用を詳細に検討することが可能である。さらに、本発明の遺伝子改変動物は、後述のSGRFタンパク質の機能を代替する化合物のスクリーニング方法に利用することができる。
本発明の遺伝子改変動物は、生まれながらにしてSGRF遺伝子が不活性化されているため、SGRFあるいはIL−12 p40等のようにSGRFと結合するタンパク質に対する抗体を効率よく作製することができる。例えば、完全フロインドアジュバンドとともに、SGRFを本発明の遺伝子改変マウスに免疫することによって、SGRFに対するモノクローナル抗体、あるいはポリクローナル抗体を効率よく作製することができる。この際、免疫するSGRFはマウス由来のもの以外に、ラットやヒト由来であってもよい。
また、本発明の遺伝子改変動物の症状を観察し、これまで原因の明らかでなかった疾患の症状と比較することで、疾患の原因がSGRFの機能不全であることを明らかにすることも可能である。例えば、遺伝子改変マウスあるいは当該マウス由来細胞に特徴的に現れる表現系を観察し、ヒトの疾患の諸症状と比較する。当該ヒト疾患の諸症状のうち半分以上が本発明の遺伝子改変マウスで観察されれば、当該疾患の原因がSGRFの機能不全であると推定することができる。
本発明者らは後述の実施例で示すように、SGRF遺伝子を不活性化したマウス(SGRF KOマウス)を作製し、これを解析することによりSGRF自体の生理機能や病態との関連を明らかにした。このSGRF KOマウスは病原微生物であるリステリアの感染に弱い。このことから、SGRF並びにそのシグナルに関与する代価物質は、病原微生物に対する薬となりうることが期待される。よって本発明は、SGRFを有効成分として含有する感染防御剤を提供する。
また、SGRF KOマウスは実験的脳脊髄炎(Experimental Autoimmune Encephalomyelitis:EAE)が誘導されにくい。即ち、SGRFはヒトの多発性硬化症(Multiple Sclerosis:MS)を始めとする自己免疫疾患発症の重要な因子であることが考えられ、SGRFは自己免疫疾患のための治療のターゲットになり得るものと考えられる。つまり、SGRFに対するアンタゴニストは、自己免疫疾患の治療のための薬剤となることが期待される。従って本発明は、SGRFに対するアンタゴニストを有効成分として含有する自己免疫疾患治療薬を提供する。
さらに、後述の実施例で示すようにSGRF KOマウスは、遅延型過敏反応が低下していることが分かった。このことからSGRFの機能の抑制は、喘息やアレルギー等の様々な炎症疾患の治療の目的になりうるものと考えられる。よって本発明は、SGRFに対するアンタゴニストを有効成分として含有する炎症疾患治療薬を提供する。
さらに本発明は、SGRFに対するアンタゴニストを有効成分として含有する脳疾患治療剤を提供する。
本発明のSGRFに対するアンタゴニストとしては、例えば、抗SGRF抗体、および抗IL−12 p40抗体等を挙げることができる。このSGRFに対するアンタゴニストは、例えば以下のような方法によりスクリーニングすることが可能である。
Ba/F3細胞にIL−12Rβ1とIL−23Rを導入すると、Ba/F3細胞がIL−23に反応して増殖することが知られている(J.Immunol.,Vol.168,p.5699−5708,(2002))。従って、こうした細胞株のIL−23に依存した増殖を特異的に阻害する被検化合物をアンタゴニストとして同定することが可能である。
PHAで活性化させたヒト幼若化T細胞にSGRFを加えると、STAT4のリン酸化が起きることが知られており、この系においてSGRFとの共存下でSTAT4のリン酸化を抑える化合物は、アンタゴニスト候補となるものと考えられる。即ち、PHAで活性化させた幼若化T細胞と、SGRFおよび被験化合物を接触させ、STAT4のリン酸化を抑制する化合物を選択することにより、SGRFアンタゴニストのスクリーニングが可能である。
上記自己免疫疾患としては例えば、多発性硬化症、慢性関節リウマチ、自己免疫性大腸疾患、乾癬、クローン病、潰瘍性大腸炎、脳脊髄炎、多発性筋炎・皮膚筋炎、慢性炎症性脱髄性多発性神経根炎、インスリン依存性糖尿病、特発性血小板減少性紫斑病、全身性エリテマトーデス、自己免疫性溶血性貧血、重症筋無力症、川崎病、習慣性流産等が挙げられる。また、炎症疾患としては、例えば、喘息、アレルギー、肝炎、関節炎(脊椎関節症、慢性関節リウマチ等)、痛風性関節炎、変形性関節症、気管支炎、月経性痙攣、腱炎、滑液包症、皮膚炎、湿疹、乾癬、火傷、炎症性腸疾患、クローン病、胃炎、過敏性大腸症候群、潰瘍性大腸炎、結節性動脈周囲炎、甲状腺炎、再生不良性貧血、ホジキン病、強皮症、リウマチ熱、サルコイドーシス、ネフローゼ症候群、ベーチェット症候群、多発性筋炎、歯肉炎、過敏症、結膜炎、心筋虚血等が挙げられる。
本発明の薬剤における「SGRF」は、天然のタンパク質の他、公知の遺伝子組み換え技術を利用した組換えタンパク質として調製することができる。本発明の薬剤における「SGRF」は、その由来する生物に特に制限はない。ヒトの疾患の治療や予防に用いる場合には、好ましくは哺乳動物由来であり、最も好ましくはヒト由来である。天然のタンパク質は、例えばSGRFが発現していると考えられる精巣、リンパ節、胸腺等の組織の抽出液に対し、SGRFに対する抗体を用いたアフィニティークロマトグラフィーを用いる方法により調製することが可能である。
一方、組換えタンパク質は、当業者においては公知の方法により、例えば組換えポリペプチドとして調製することができる。組み換えポリペプチドは、例えば、SGRF遺伝子をコードするDNAを、適当な発現ベクターに組み込み、これを適当な宿主細胞に導入して得た形質転換体を回収し、抽出物を得た後、イオン交換、逆相、ゲル濾過などのクロマトグラフィー、あるいはSGRFに対する抗体をカラムに固定したアフィニティークロマトグラフィーにかけることにより、または、さらにこれらのカラムを複数組み合わせることにより精製し、調製することが可能である。
また、SGRFをグルタチオンS−トランスフェラーゼ蛋白質との融合ポリペプチドとして、あるいはヒスチジンを複数付加させた組み換えポリペプチドとして宿主細胞(例えば、動物細胞や大腸菌など)内で発現させた場合には、発現させた組み換えポリペプチドはグルタチオンカラムあるいはニッケルカラムを用いて精製することができる。
上記ベクターとしては、例えば、大腸菌を宿主とする場合には、ベクターを大腸菌(例えば、JM109、DH5α、HB101、XL1Blue)等で大量に増幅させ大量調製するために、大腸菌で増幅されるための「ori」をもち、さらに形質転換された大腸菌の選抜遺伝子(例えば、なんらかの薬剤(アンピシリンやテトラサイクリン、カナマイシン、クロラムフェニコールにより判別できるような薬剤耐性遺伝子)を有すれば特に制限はない。ベクターの例としては、M13系ベクター、pUC系ベクター、pBR322、pBluescript、pCR−Script等が挙げられる。また、cDNAのサブクローニング、切り出しを目的とした場合、上記ベクターの他に、例えば、pGEM−T、pDIRECT、pT7等が挙げられる。SGRFを生産する目的においてベクターを使用する場合には、特に、発現ベクターが有用である。発現ベクターとしては、例えば、大腸菌での発現を目的とした場合は、ベクターが大腸菌で増幅されるような上記特徴を持つほかに、宿主をJM109、DH5α、HB101、XL1−Blue等の大腸菌とした場合においては、大腸菌で効率よく発現できるようなプロモーター、例えば、lacZプロモーター(Wardら,Nature(1989)341,544−546;FASEB J.(1992)6,2422−2427)、araBプロモーター(Betterら,Science(1988)240,1041−1043)、またはT7プロモーター等を持っていることが不可欠である。このようなベクターとしては、上記ベクターの他にpGEX−5X−1(ファルマシア社製)、「QIAexpress system」(キアゲン社製)、pEGFP、またはpET等が挙げられる。
また、ベクターには、ポリペプチド分泌のためのシグナル配列が含まれていてもよい。ポリペプチド分泌のためのシグナル配列としては、大腸菌のペリプラズムに産生させる場合、pelBシグナル配列(Lei,S.P.et al J.Bacteriol.(1987)169,4379)を使用すればよい。宿主細胞へのベクターの導入は、例えば塩化カルシウム法、エレクトロポレーション法を用いて行うことができる。
大腸菌以外にも、例えば、SGRFを製造するためのベクターとしては、哺乳動物由来の発現ベクター(例えば、pcDNA3(インビトロゲン社製)や、pEGF−BOS(Nucleic Acids.Res.1990,18(17),p5322)、pEF、pCDM8)、昆虫細胞由来の発現ベクター(例えば「Bac−to−BAC baculovairus expression system」(ギブコBRL社製)、pBacPAK8)、植物由来の発現ベクター(例えばpMH1、pMH2)、動物ウィルス由来の発現ベクター(例えば、pHSV、pMV、pAdexLcw)、レトロウィルス由来の発現ベクター(例えば、pZIPneo)、酵母由来の発現ベクター(例えば、「Pichia Expression Kit)(インビトロゲン社製)、pNV11、SP−Q01)、枯草菌由来の発現ベクター(例えば、pPL608、pKTH50)等が挙げられる。
CHO細胞、COS細胞、NIH3T3細胞等の動物細胞での発現を目的とした場合には、細胞内で発現させるために必要なプロモーター、例えばSV40プロモーター(Mulliganら,Nature(1979)277,108)、MMLV−LTRプロモーター、EF1αプロモーター(Mizushimaら,Nucleic Acids Res.(1990)18,5322)、CMVプロモーター等を持っていることが不可欠であり、細胞への形質転換を選抜するための遺伝子(例えば、薬剤(ネオマイシン、G418等)により判別できるような薬剤耐性遺伝子)を有すればさらに好ましい。このような特性を有するベクターとしては、例えば、pMAM、pDR2、pBK−RSV、pBK−CMV、pOPRSV、pOP13等が挙げられる。
また、in vivoでポリペプチドを産生させる系としては、例えば、動物を使用する産生系や植物を使用する産生系が挙げられる。この動物または植物にSGRFをコードするDNAを導入し、動物または植物の体内でSGRFを産生させ、回収する。
動物を使用する場合、哺乳類動物、昆虫を用いる産生系がある。哺乳類動物としては、ヤギ、ブタ、ヒツジ、マウス、ウシを用いることができる(Vicki Glaser,SPECTRUM Biotechnology Applications,1993)。また、哺乳類動物を用いる場合、トランスジェニック動物を用いることができる。
例えば、SGRFをコードするDNAを、ヤギβカゼインのような乳汁中に固有に産生されるポリペプチドをコードする遺伝子との融合遺伝子として調製する。次いで、この融合遺伝子を含むDNA断片をヤギの胚へ注入し、この胚を雌のヤギへ移植する。胚を受容したヤギから生まれるトランスジェニックヤギ又はその子孫が産生する乳汁から、SGRFを得ることができる。トランスジェニックヤギから産生されるポリペプチドを含む乳汁量を増加させるために、適宜ホルモンをトランスジェニックヤギに使用してもよい(Ebert,K.M.et al.,Bio/Technology(1994)12,699−702)。
また、昆虫としては、例えばカイコを用いることができる。カイコを用いる場合、SGRFをコードするDNAを挿入したバキュロウィルスをカイコに感染させることにより、このカイコの体液や糸からSGRFを得ることができる(Susumu,M.et al.,Nature(1985)315,592−594)。
さらに、植物を使用する場合、例えばタバコを用いることができる。タバコを用いる場合、SGRFをコードするDNAを植物発現用ベクター、例えばpMON 530に挿入し、このベクターをアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)のようなバクテリアに導入する。このバクテリアをタバコ、例えば、ニコチアナ・タバカム(Nicotiana tabacum)に感染させ、本タバコの葉よりSGRFを得ることができる(Julian K.−C.Ma et al.,Eur.J.Immunol.(1994)24,131−138)。
これにより得られたSGRFは、宿主細胞内または細胞外(培地等)から単離し、実質的に純粋で均一なポリペプチドとして精製することができる。ポリペプチドの分離、精製は、通常のポリペプチドの精製で使用されている分離、精製方法を使用すればよく、何ら限定されるものではない。例えば、クロマトグラフィーカラム、フィルター、限外濾過、塩析、溶媒沈殿、溶媒抽出、蒸留、免疫沈降、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動、等電点電気泳動法、透析、再結晶等を適宜選択、組み合わせればポリペプチドを分離、精製することができる。
なお、本発明のSGRFを精製前又は精製後に適当な蛋白質修飾酵素を作用させることにより、任意に修飾を加えたり部分的にペプチドを除去することもできる。蛋白質修飾酵素としては、例えば、トリプシン、キモトリプシン、リシルエンドペプチダーゼ、プロテインキナーゼ、グルコシダーゼ等が用いられる。
本発明の上記抗SGRF抗体としては特に制限はなく、ポリクローナル抗体の他、モノクローナル抗体も含まれる。また、ウサギなどの免疫動物にSGRFを免疫して得た抗血清、すべてのクラスのポリクローナル抗体およびモノクローナル抗体、さらに遺伝子組み換えによるヒト化抗体、ヒト抗体も含まれる。上記抗体は、以下の方法により調製することが可能である。ポリクローナル抗体であれば、例えば、SGRFをウサギなどの小動物に免疫し血清を得て、これをSGRFをカップリングさせたアフィニティーカラムにより、SGRFのみを認識する画分を得て、さらにこの画分から免疫グロブリンGあるいはMを、プロテインA、あるいはプロテインGカラムにより精製することにより調製することができる。また、モノクローナル抗体であれば、SGRFをマウスなどの小動物に免疫を行い、同マウスより脾臓を摘出し、これをすりつぶして細胞にし、マウスミエローマ細胞とポリエチレングリコールなどの試薬により融合させ、これによりできた融合細胞(ハイブリドーマ)の中から、SGRFに対する抗体を産生するクローンを選択する。次いで、得られたハイブリドーマをヌードマウス腹腔内に移植し、同マウスより腹水を回収し、得られたモノクローナル抗体を、例えば、硫安沈殿、プロテインA、プロテインGカラム、DEAEイオン交換クロマトグラフィー、SGRFをカップリングしたアフィニティーカラムなどにより精製することで調製することが可能である。上記抗体は、SGRFの精製や検出に用いられる他、SGRFの機能を制御するための薬剤として用いることが可能である。抗体をヒトのための薬剤として用いる場合には、免疫原性の点で、ヒト抗体またはヒト化抗体が有効である。ヒト抗体またはヒト化抗体は当業者に公知の方法により調製することができる。例えば、ヒト抗体は、例えば、免疫系をヒトと入れ換えたマウスにSGRFを免疫することにより調製することが可能である。あるいは、ヒト抗体のファージライブラリーから、パニングすることにより調製することが可能である。また、ヒト化抗体は、例えば、モノクローナル抗体産生細胞から抗体遺伝子をクローニングし、その抗原決定部位を既存のヒト抗体に移植するCDRグラフト法により調製することが可能である。
また本発明は、自己免疫疾患治療薬または炎症疾患治療薬のための候補化合物をスクリーニングする方法を提供する。本発明のスクリーニング方法は、(a)SGRFと被験化合物を接触させる工程、(b)SGRFと被験化合物との結合活性を測定する工程、および(c)SGRFと結合する化合物を選択する工程を含む。
さらに、本発明のスクリーニングは、脳疾患治療剤のスクリーニングに用いることも可能である。
スクリーニングに用いる被検化合物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、細胞培養上清等が挙げられる。SGRFと被験化合物との結合活性は、当業者に公知の方法によって測定することができる。
SGRFと結合するタンパク質のスクリーニングは、例えば、本発明のタンパク質と結合するタンパク質を発現してることが予想される組織若しくは細胞(例えば、精巣、リンパ節、胸腺等)よりファージベクター(λgt11,ZAPIIなど)を用いたcDNAライブラリーを作製し、これをLB−アガロース上で発現させフィルターに発現させたタンパク質を固定し、本発明のタンパク質をビオチンラベル、あるいはGSTタンパク質との融合タンパク質として精製し、これを上記フィルターと反応させ、結合するタンパク質を発現しているプラークを、ストレプトアビジンや抗GST抗体などにより検出する「ウエストウエスタンブロッテイング法」(Skolnik EY,Margolis B,Mohammadi M,Lowenstein E,Fischer R,Drepps A,Ullrich A,and Schlessinger J(1991)Cloning of PI3 kinase−associated p85 utilizing a novel method for expression/cloning of target proteins for receptor tyrosine kinases.Cell 65,83−90)により実施することが可能である。
また、SGRFに結合するタンパク質またはその遺伝子のスクリーニングは、「twoハイブリッドシステム」(「MATCHMARKER Two−Hybrid System」,「Mammalian MATCHMAKER Two−Hybrid Assay Kit」,「MATCHMAKER One−Hybrid System」(いずれもclontech社製)、「HybriZAP Two−Hybrid Vector System」(stratagene社製)、文献「Dalton S,and Treisman R(1992)Characterization of SAP−1,a protein recruited by serum response factor to the c−fos serum response element.Cell 68,597−612」)に従い実施することも可能である。即ち、SGRFをSRF結合領域またはGAL4結合領域と融合させて酵母細胞の中で発現させ、SGRFと結合するタンパク質を発現していることが予想される細胞より、VP16またはGAL4転写活性化領域と融合する形で発現するようなcDNAライブラリーを作製する。これを上記酵母細胞に導入し、検出された陽性クローンからライブラリー由来cDNAを単離する(酵母細胞内でSGRFと結合するタンパク質が発現すると、両者の結合によりレポーター遺伝子が活性化され、陽性のクローンが確認できる)。単離したcDNAを大腸菌に導入して発現させて、該cDNAによりコードされるタンパク質を得ることができる。
さらに、SGRFを固定したアフィニティーカラムにSGRFと結合するタンパク質を発現していることが予想される細胞の培養上清もしくは細胞抽出物をのせ、カラムに特異的に結合するタンパク質を精製することにより、SGRFに結合するタンパク質のスクリーニングを実施することも可能である。
また、固定したSGRFに、合成化合物、または天然物バンク、もしくはランダムファージペプチドディスプレイライブラリーを作用させ、結合する分子をスクリーニングする方法や、コンビナトリアルケミストリー技術によるハイスループットを用いたスクリーニング(Wrighton NC;Farrell FX;Chang R;Kashyap AK;Barbone FP;Mulcahy LS;Johnson DL;Barrett RW;Jolliffe LK;Dower WJ.,Small peptides as potent mimetics of the protein hormone erythropoietin,Science(UNITED STATES)Jul 26 1996,273 p458−64、Verdine GL.,The combinatorial chemistry of nature.Nature(ENGLAND)Nov 7 1996,384 p11−13、Hogan JC Jr.,Directed combinatorial chemistry.Nature(ENGLAND)Nov 7 1996,384 p17−9)によりSGRFに結合する、低分子化合物、タンパク質(またはその遺伝子)、ペプチド等を単離する方法も当業者に周知の技術である。
さらに本発明は、本発明の遺伝子改変動物を利用した、SGRFタンパク質の機能を代替する化合物のスクリーニング方法を提供する。上記スクリーニング方法は、(a)本発明の遺伝子改変動物に被験化合物を投与する工程、(b)被験化合物がSGRFの機能を代替しているか否かを判定する工程、および(c)SGRFの機能を代替する化合物を選択する工程を含む。
上記工程(a)における遺伝子改変動物への被験化合物の投与は、経口的または非経口的に行うことができる。また、被験化合物がSGRFの機能を代替しているか否かの判定は、例えば以下のような場合に、被験化合物はSGRFの機能を代替しているものと判定される。
(1)本発明の遺伝子改変動物は、リステリア等の病原微生物の感染に弱いことから、被験化合物の投与により、該動物がリステリア等の病原微生物感染に対して耐性を示す場合。
(2)本発明の遺伝子改変動物は、実験的脳脊髄炎(EAE)等の自己免疫疾患の症状が誘導されにくいことから、被験化合物の投与により、該動物がEAE等の自己免疫疾患の症状を誘導するようになる場合。
(3)本発明の遺伝子改変動物は、遅延型過敏反応等の炎症性疾患の症状が軽いことから、被験化合物の投与により、該動物の炎症性疾患が発症する、もしくは症状が悪化する場合。
(4)本発明の遺伝子改変動物(あるいは正常動物)からSGRF受容体を発現している細胞(例えば、ヒト幼若化T細胞)を初代培養、あるいは継代培養し、その培養細胞に被験化合物を加えたときに、JakやSTATがリン酸化される場合。
(5)Ba/F3細胞にIL−12Rβ1とIL−23Rを導入すると、Ba/F3細胞がIL−23に反応して増殖することが知られている。こうした細胞株のIL−23に依存した増殖を特異的に阻害する場合。
上記(1)の病原体の感染に抵抗性を付与するか否かを検討は、例えば、本発明のSGRF遺伝子の遺伝子対の双方が不活性化されているマウスに病原体を感染させ、不活性化されていない正常個体(SGRF/IL−23+/+)と比較すればよい。こうしたマウスの感染実験にはリステリアなどが良く使用されているが、リステリアに限らず病原性の大腸菌、サルモネラ菌、プドウ状球菌などの病原菌、あるいは水庖性口内炎ウイルス(VSV)、リンパ球脈絡髄膜炎ウイルス(LCMV)やインフルエンザ等のウイルス、さらにはリューシュマニアや日本住血吸虫などの寄生虫を感染させて比較することもできる。また、SGRFの生体防御に関わる作用の検討において、上記病原微生物はマウスに感染するものに限らず、その他の動物に感染するもの、例えばHTLV−I、HCV、HBV、あるいはHIVに対してであってもよい。
上記(2)は、具体的には、本発明の遺伝子改変マウスに公知の免疫学的方法で病態モデルを誘導し、正常個体と比較することにより検討することができる。例えば、ヒトの多発性硬化症のモデルとして、実験的脳脊髄炎(Experimental Autoimmune Encephalomyelitis:EAE)が知られている。また、ヒト慢性関節リウマチのモデルとしてはコラーゲン誘導関節炎(Collagen Induced Arthritis)、大腸炎のモデルとして硫酸デキストランナトリウム誘導大腸炎などが知られている。さらに、公知の自然に自己免疫疾患を発病するlpr/lprマウス、あるいはNODマウス等と交配することによって、ヒトの全身性エリテマトーデスのモデルや糖尿病モデルで検討することもできる。
上記(3)は、具体的には、本発明の遺伝子改変動物に公知の免疫学的方法で病態モデルを誘導し、正常個体と比較することにより検討することができる。例えば、OVAを免疫後に再び気道からOVAを感作させれば、喘息のモデルができる。あるいは、コンカナバリンAをマウスの尾静脈から投与すると肝炎を誘導することができる。遅延型過敏反応(Delayed Type Hypersensitivity;DTH)は一般的な炎症のモデルである。
本発明のSGRF、SGRFに対するアンタゴニスト、抗SGRF抗体、またはスクリーニングにより単離しうる化合物をヒトや他の動物の医薬として使用する場合には、これらの化合物自体を直接患者に投与する以外に、公知の製剤学的方法により製剤化して投与を行うことも可能である。例えば、必要に応じて糖衣を施した錠剤、カプセル剤、エリキシル剤、マイクロカプセル剤として経口的に、あるいは水もしくはそれ以外の薬学的に許容し得る液との無菌性溶液、又は懸濁液剤の注射剤の形で非経口的に使用できる。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、香味剤、賦形剤、ベヒクル、防腐剤、結合剤などと適宜組み合わせて、一般に認められた製薬実施に要求される単位用量形態で混和することによって製剤化することが考えられる。これら製剤における有効成分量は指示された範囲の適当な容量が得られるようにするものである。
錠剤、カプセル剤に混和することができる添加剤としては、例えばゼラチン、コーンスターチ、トラガントガム、アラビアゴムのような結合剤、結晶性セルロースのような賦形剤、コーンスターチ、ゼラチン、アルギン酸のような膨化剤、ステアリン酸マグネシウムのような潤滑剤、ショ糖、乳糖又はサッカリンのような甘味剤、ペパーミント、アカモノ油又はチェリーのような香味剤が用いられる。調剤単位形態がカプセルである場合には、上記の材料にさらに油脂のような液状担体を含有することができる。注射のための無菌組成物は注射用蒸留水のようなベヒクルを用いて通常の製剤実施に従って処方することができる。
注射用の水溶液としては、例えば生理食塩水、ブドウ糖やその他の補助薬を含む等張液、例えばD−ソルビトール、D−マンノース、D−マンニトール、塩化ナトリウムが挙げられ、適当な溶解補助剤、例えばアルコール、具体的にはエタノール、ポリアルコール、例えばプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、非イオン性界面活性剤、例えばポリソルベート80(TM)、HCO−50と併用してもよい。
油性液としてはゴマ油、大豆油があげられ、溶解補助剤として安息香酸ベンジル、ベンジルアルコールと併用してもよい。また、緩衝剤、例えばリン酸塩緩衝液、酢酸ナトリウム緩衝液、無痛化剤、例えば、塩酸プロカイン、安定剤、例えばベンジルアルコール、フェノール、酸化防止剤と配合してもよい。調製された注射液は通常、適当なアンプルに充填させる。
患者への投与は、例えば、動脈内注射、静脈内注射、皮下注射などのほか、鼻腔内的、経気管支的、筋内的、経皮的、または経口的に当業者に公知の方法により行いうる。投与量は、患者の体重や年齢、投与方法などにより変動するが、当業者であれば適当な投与量を適宜選択することが可能である。また、該化合物がDNAによりコードされうるものであれば、該DNAを遺伝子治療用ベクターに組込み、遺伝子治療を行うことも考えられる。投与量、投与方法は、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。
化合物の投与量は、症状により差異はあるが、経口投与の場合、一般的に成人(体重60kgとして)においては、1日あたり約0.1から100mg、好ましくは約1.0から50mg、より好ましくは約1.0から20mgであると考えられる。
非経口的に投与する場合は、その1回投与量は投与対象、対象臓器、症状、投与方法によっても異なるが、例えば注射剤の形では通常成人(体重60kgとして)においては、通常、1日当り約0.01から30mg、好ましくは約0.1から20mg、より好ましくは約0.1から10mg程度を静脈注射により投与するのが好都合であると考えられる。他の動物の場合も、体重60kg当たりに換算した量、あるいは体表面積あたりに換算した量を投与することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
[実施例1]SGRF mRNAの発現解析
マウス組織におけるSGRF mRNAの発現解析を、SGRF cDNAをプローブとしてノーザンブロットにより行った。マウスSGRF mRNAは胸腺において高発現しており、脳と精巣においても発現が確認された(図3a)。又、RT−PCRによる解析では、脾臓とリンパ節においても発現が確認された(data not shown)。
[実施例2]マウスの作製
SGRF遺伝子のクローニングは、特許EP1072610に記載の方法に従って行った。マウスSGRFゲノムのスクリーニングは、Genome Systems,Inc.(現Incyte Genomics,Inc.St.Louis,USA)に依頼し、2つのBAC(Bacteria Artificial Chromosome)クローンが得られた。Genome Systems,Inc.が示したクローンアドレス(Clone Address)とGSコントロールナンバー(Control Number)は以下の通りである。
クローンアドレス GSコントロールナンバー
225(L12) 24057
198(A03) 24058
これらのBACクローンを公知の方法によって大量調製し、QIAGEN社のLarge−Construction kitによってBAC DNAを調製した。
これらのBACは制限酵素マッピングの結果、同一のものと考えられたが、GSコントロールナンバーが24057のクローンをHind IIIで切断し、あるいは24058のクローンをBgl IIによって切断し、それぞれから切り出されてくる約13kb、9kbのDNA断片をpBluescriptベクター(STRATAGENE社)のHind IIIサイト、あるいはpGEM−T−Easyベクター(Promega社)のEcoR Vサイト(ただし、Bgl IIに変換済み)にサブクローニングした。それぞれのDNA断片を有するベクターをpBSK−mSGRF(Hind III)、pGEM−mSGRF(Bgl II)と称する。シーケンスの結果、マウスSGRF(mSGRF)遺伝子をコードするゲノムの配列は図1、2、および配列番号:1〜7で示すように決定された(ただし、これは129/SV JIIマウスの配列である)。
以上のシーケンス結果から、マウスSGRF(mSGRF)遺伝子もヒトSGRF(hSGRF)遺伝子(GenBank:AB030001)と同様に、4つのExonからなることが明らかになった。従って、本発明の遺伝子改変マウスは、以下のようにして作製することができる。すなわち、このSGRFのExon部分を適当な薬剤マーカー遺伝子に置換してターゲッティングベクターを構築し、次いで、このターゲッティングベクターをエレクトロポレーション法などによりマウスのES細胞株に導入し、相同組換えを生じた細胞株を選抜すればよい。具体的には以下のようにして行った。
pGEM−mSGRF(Bgl II)に挿入されているmSGRF DNA断片は、開始コドンの18塩基上流のBgl IIサイト、およびそのさらに上流のBgl IIまで約9kbのプロモーター領域を含んでいる。また、pBSK−mSGRF(Hind III)は開始コドンの約1.7kbから下流の約13kbまでを含むDNA断片である。また、Intron2からExon4まで(シーケンスデータの配列5’−CTAAGCCGATGTTGATGTGTC−3’(配列番号:8)から5’−GCAGATGCACAGTACTCCAGACAGC−3’(配列番号:9)まで)の約1.1kbの領域は、pBSK−mSGRF(Hind II)を鋳型に、制限酵素サイト(Sal I、Pst I、Xba I)を付加するような以下のプライマー(FmSGREX2、RSGR−A)を用いてPCRで増幅したものを、pGEM−T−EasyベクターにTAクローニングし、これをSal IおよびXho Iで切断した。
フォワードプライマー;
Figure 2003034818
リバースプライマー;
Figure 2003034818
この場合にプライマーのFmSGRFEX2内と、SGRF遺伝子のExon4内にあるSal Iサイト、およびXho Iサイトで切り出される約0.9kbのフラグメントと、前述のpGEM−mSGRF(Bgl II)に挿入されているmSGRFプロモーター領域の約9kbのフラグメントをノックアウトベクターに用いた。すなわち、これらのフラグメントの間に薬剤耐性遺伝子(neo)を配し、さらにジフテリアトキシンAフラグメント(DT−A)を結合させることにより、相同組換えを起こさなかった細胞株を排除することができる。
以上のように、本実施例ではSGRF遺伝子のExon1とExon2を薬剤耐性遺伝子(neo)に置換することによって、SGRF遺伝子を不活化した(図3(A))。また、薬剤耐性遺伝子(neo)は近傍の遺伝子の発現に影響する可能性が高いことから、neoの両側にはloxP配列(5’−ATA ACT TCG TAT AGC ATA CAT TAT ACG AAG TTA T−3’(配列番号:12))を配置し、SGRF遺伝子の近傍に既知もしくは未知の遺伝子が存在する場合には、neoをCre蛋白で除去することができるようになっている。ターゲッティングベクターは制限酵素(Not I)で1ヶ所切断し、ES細胞にエレクトロポレーションによって導入した。
相同組み換え体作製にあたっては、TAKARAから販売されているThe Mouse Kit(Lexicon Genetics Inc.)を用いて、添付のマニュアルに従ってAB2.2細胞(129SvEvマウス由来のES細胞)に導入し、G418による選抜を行った。組み換え体のスクリーニングには、PCR法を採用した。スクリーニングに用いるES細胞は96穴プレートで培養し、1ウェルあたり200μlのPBSで2回洗浄後、以下の組成の細胞溶解緩衝液(10×LA緩衝液(TAKARA LA Taq用)5μl;5% NP−40 5μl;プロティナーゼK(TAKARA,20mg/l)4μl;蒸留水36μl)を加えて55℃、2時間処理し、続いて95℃にて15分処理することで、プロティナーゼKを失活させてPCRサンプルとした。PCR反応混合物は上記のPCRサンプル1μl、10×LA緩衝液5μl、MgCl(25mM)5μl、dNTP(2.5mM)8μl、プライマー(各50μM)各0.4μl、LA taq(TAKARA)0.5μl、および蒸留水29.7μl(全50μl)とした。また、PCRの条件は、95℃にて1分間の前加熱、95℃にて30秒間、64℃にて30秒間および72℃にて1分20秒間の増幅サイクル35サイクル、並びに72℃にて7分の複加熱とした。
プライマーは以下の通りで、相同組換えを起こしたES細胞のサンプルでは、約1.3kbのバンドが増幅された。プライマーはFneo−1がノックアウトベクターの薬剤耐性遺伝子内で、RSFR−AはSGRF遺伝子のExon4内に配置したが、これはノックアウトベクターの外側の領域である。
リバースプライマー;
Figure 2003034818
フォワードプライマー;
Figure 2003034818
2回の実験で解析したES細胞のクローン数は、それぞれ420個、760個であり、そのうち相同組み換え体は、それぞれ2個、および6個であった。すなわち、組換え効率は2/420(0.467%)、6/760(0.79%)で、両実験あわせての組換え効率は0.68%であった。
SGRF遺伝子対の一方が不活性化されたES細胞の7株を、C57BL/6Jマウス由来の胚盤胞にインジェクションし、キメラマウスを得た。こうして作製されたキメラマウスをC57BL/6Jマウスと交配し、SGRF遺伝子遺伝子対の一方が不活性化された細胞からなるマウス(以下、「SGRF/IL−23+/−マウス」と記載する)を得た。実験に用いた7株のうち、クローンナンバー11、23、75、86の4株で、SGRF/IL−23+/−マウスが得られた。このうちのクローン11、およびクローン86由来のマウスを実験に用いた。これらのSGRF/IL−23+/−マウス同士を交配することにより、SGRF遺伝子対の双方が不活性化されたマウス(以下、「SGRF/IL−23−/−マウス」と記載する)を得た。これらのマウスにおいてSGRF遺伝子対の片方、あるいは双方に変異遺伝子が挿入されていることをサザンブロット解析により確認した(図3(c))。
なお、遺伝子発現の喪失は、胸腺由来のpolyA RNAを対象とした逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)で確認した(図3(d))。SGRF/IL−23のヘテロ接合マウスおよびホモ接合マウスは外見および成長とも正常であり、生殖能力が認められた。
[実施例3]SGRF遺伝子欠損マウスの解析
(1)KLHで免疫したSGRF/IL−23−/−マウスのサイトカイン産生
抗原誘導によるサイトカイン産生能及びT細胞増殖能とSGRF/IL−23との関連を検討するために、キーホールリンペットヘモシアニン(KLH)で免疫した野生型マウス(正常個体、SGRF/IL−23+/+)とSGRF/IL−23−/−マウスから採取したリンパ節細胞のサイトカイン産生能および増殖能について調べた。
具体的には、Th1応答を誘導する為に、2.5mg/mlの結核菌(Mycobacterium tuberculosis)H37Ra株(Difco Laboratories)を含むフロインド完全アジュバンド(CFA)に200μgのKLH(溶媒はPBS)を1:1の割合で溶解した乳濁液を、マウス(オス、10週齢)の尾基部に経皮的に注入することで免疫した。5日後に鼡径リンパ節を切除し、10%FCSと0.3mg/mlのKLHを添加したRPMI1640培地中で細胞を培養した。サイトカインの産生を測定するために、リンパ節細胞を24ウェルのプレート上で6×10細胞/mlとなるように、1mlの培養液中で培養した。培養開始から48時間後に培養上清を回収し、サイトカイン濃度(IL−4、IL−5、IL−10、IFN−γ)を酵素免疫測定法(ELISA)キット(R&D Systemsより入手)を用いて業者指定の方法で決定した。又、48時間インキュベートした後に、0.25μCiの[H]チミジン(Amersham Pharmacia)を添加し、96ウェルの平底マイクロプレート上で総容量200μl中で6×10細胞/mlになるように4時間静置し増殖の程度を測定し、DNAへの放射標識の取り込み率をMicroBetaシンチレーションカウンター(Perkin Elmer)で測定した。
その結果、野生型マウスに由来するリンパ球と比較して、SGRF/IL−23−/−由来のリンパ球のIFN−γ産生は有意に低下した(図4a)。一方、KLHによって誘導されたIL−4およびIL−5の産生は著しく上昇した(図4b,c)。これとは対照的に、IL−10産生およびKLH誘導性のSGRF/IL−23欠損リンパ球の増殖は野生型と同等であった(図4d、e)。
以上のデータは、SGRF/IL−23−/−マウスではTh1型サイトカインの産生が低下し、Th2型サイトカインの産生が上昇することを示している。
(2)病原微生物に対する生体防御及びDTH
Th1型応答はリステリア菌を始めとする細胞内病原体に対する防御に重要であり、IFN−γやTNF−αのようなTh1型サイトカインは生体防御に不可欠である(Kaufmann S H.Immunity to intracellular bacteria.Annu Rev Immunol 11,129−163(1993))。
SGRF/IL−23と病原微生物感染に対する防御との関連を調べるため、リステリア菌感染後のSGRF/IL−23−/−マウスの生存率と、感染から4日後の肝臓中のリステリア菌体数を検討した。
具体的には、リステリア菌(血清型4b)(2.3×10 CFU/mouse)を各SGRF遺伝子型のマウス(オス、10週齢)及び野生型マウス(オス、10週齢)の静脈に注入し(Suzuki H et al,A role for macrophage scavenger receptors in atherosclerosis and susceptibility to infection.Nature 386,292−296(1997))、感染後のマウスの生存率を15日間にわたって毎日調べた。その結果、SGRF/IL−23−/−マウスの生存率は野生型マウスの生存率より低いことが判明した(図5a)。
又、感染後のリステリア菌の増殖を調べるために、3.1×10 CFU/mouseのリステリア菌をマウスに注入し、感染から4日後のマウスの肝臓を無菌的に除去し、滅菌済みのPBS中でホモジナイズした。ホモジナイズした組織をPBSで段階的に希釈して、brain−heart infusion寒天(Difco)にプレーティングして37℃で16時間インキュベートした後にCFUをカウントした。その結果、SGRF/IL−23−/−マウスの肝臓におけるリステリア菌の増殖は、野生型マウスと比べて注射から4日後に有意に上昇した(図5b)。
これらの結果は、SGRF/IL−23−/−マウスは野生型マウスよりも、リステリアに感受性(非抵抗性)であり、SGRF/IL−23がIL−12と同様にリステリア菌の排除に関与することを示唆している。
Th1型免疫反応におけるSGRF/IL−23の役割をさらに調べるため、典型的な細胞媒介性免疫症状である遅延型過敏反応(DTH)について検討した。
遅延型過敏反応は公知の方法で誘導した(Immunity,Vol.4,p471,1996)。すなわち、2.5mg/mlのメチルBSA(SIGMA社)とCFA(ベクトンディッキンソン社)のエマルジョンをマウスの腹の皮内に2ヶ所、それぞれ50μlずつ免疫し、免疫から5日後に足裏の皮下に5.0mg/mlのメチルBSA 30μlを免疫して遅延型過敏反応を誘導した。なお、もう片足の裏の皮下にはコントロールとしてPBSを投与した。24時間後、48時間後、72時間後に足の腫れをマイクロメーター(尾崎製作所)で測定した。足の腫れは、PBSを投与した側の足の腫れを基準にして、メチルBSAを投与した側の足の腫れを数値化し、各群の平均を求めた(n=6)。
その結果、特異的な足蹠の膨張反応はSGRF/IL−23−/−マウスで投与後3日間にわたって抑制された(図5c)。
これらの結果からSGRF/IL−23がTh1型応答に重要な役割を果たすことが示唆された。従って、SGRFが病原微生物に対する感染防御に必要な因子であると考えられる。
(3)自己免疫疾患の発症への関与
多発性硬化症、慢性関節リウマチ、自己免疫性大腸疾患のなどの自己免疫疾患とSGRF/IL−23との関連は、本発明の遺伝子改変マウスに公知の免疫学的方法で病態モデルを誘導し、正常個体と比較することにより検討することができる。
実験的脳脊髄炎(Experimental Autoimmune Encephalomyelitis:EAE)はTh1媒介性の中枢神経系(CNS)自己免疫疾患であり、ヒトの多発性硬化症(MS)のモデルとして知られている。自己免疫疾患におけるSGRF/IL−23の役割を検討するため、以下の実験を行った。
EAEをSGRF/IL−23−/−マウスと野生型マウスに公知の方法で誘導した(J.Exp.Med.Vol.186 p1233,1997)。すなわち、0日目と7日目に、300μgのMOGペプチド(MEV GWY RSP FSR VVH LYR NGK/配列番号:15;サワデーテクノロジー社)を、0.2mlのCFA(500μgの結核菌(Mycobacterium tuberculosis)H37Ra株(Difco Laboratories)を含む)とともに、マウスの片側の腹の皮下に注射した。200ngの百日咳毒素(List Biological Laboratories)を0日目にマウスの静脈内に投与し、最初の免疫から2日後に腹腔内に投与した。
マウスにEAEを誘導した後、病態のスコアリングを行った。病態のスコアリングは、公知の方法にのっとって行った。すなわち、スコア1:正常、スコア2:足がふらつく、スコア3:後ろ脚に麻痺がある、スコア4:四肢に麻痺がある、スコア5:死亡する。個々のマウスでスコアリングし、各群の平均値をまとめた。その結果、SGRF/IL−23−/−マウスは野生型マウスと比較してMOG誘導性EAEに対して著しい耐性を示した。図6の実験では6匹のSGRF/IL−23−/−マウスと6匹の野生型マウスを用いた。6匹中2匹のSGRF/IL−23−/−マウスがEAEを発症したが、いずれもスコアは低いものであった。一方、野生型マウスは全てのマウスが重度のEAEを発症し、6匹中4匹は死亡した。
さらに、EAEを誘導したSGRF/IL−23−/−マウスと野生型マウスについて組織学的分析を行った。組織学的分析を行うために、EAEを誘導したマウスの脊髄を切除して20%中性緩衝ホルマリン液(Wako)で固定化した。パラフィン切片を調整し、ヘマトキシリン/エオジン染色およびKluver−Barrera(「Kluver」の「u」はuにウムラウト)染色の実施を札幌総合病理研究所に依頼して行った。
MOGペプチドを注入した野生型マウスの脊髄を対象に組織学的分析を行ったところ、典型的なリンパ球浸潤(図6b)と脱髄(図6d)が認められた。これとは対照的に、SGRF/IL−23−/−マウスの脊髄に組織学的変化は認められなかった(図6c、e)。
以上の結果から、SGRF/IL−23−/−が、EAEの発症の重要な要因であり、SGRFがヒトの多発性硬化症(MS)治療の新しい標的となりうることが分かった。
(4)骨代謝への関与
SGRFが骨代謝に関与するか否かは、公知の雌マウスの卵巣を取り除くOVXモデルで明らかにすることができる。
産業上の利用の可能性
本発明により、SGRF遺伝子対が不活性化されSGRFの活性を持たない遺伝子改変動物が提供された。本発明の遺伝子改変動物およびES細胞は、SGRF阻害剤、例えば抗SGRF抗体またはSGRFアンタゴニスト等についての副作用を推測するために使用することができる。また、被検タンパク質や低分子がSGRFの機能を代替する機能を有するか否かの判定、並びにSGRFの機能を代替する機能を有するタンパク質をコードするDNAのスクリーニングに利用することも可能である。
また、遺伝子改変マウス(SGRF KOマウス)は、病原微生物であるリステリアの感染に弱いことから、SGRF、あるいはそのシグナルに関与する代価物質は、病原微生物に対する薬となりうることが考えられる。
さらに、SGRF KOマウスは実験的脳脊髄炎が誘導されにくく、遅延型過敏反応が低下している。従って、SGRFの機能を阻害するアンタゴニストは、自己免疫疾患または炎症性疾患の治療薬となるものと大いに期待される。
【配列表】
Figure 2003034818
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【図面の簡単な説明】
図中のWtは野性型マウス、KOはSGRF/IL−23−/−マウスを表わす。
図1は、マウスSGRF遺伝子をコードするゲノム塩基配列を示す図である。
図2は、マウスSGRF遺伝子をコードするゲノム塩基配列を示す、図1の続きの図である。
図3は、マウス組織におけるSGRF mRNAの発現解析とSGRF/IL−23−/−マウスの作製の写真及び図である。
a.マウスSGRF転写物のノーザンブロット解析を示す写真である。ノーザンブロットハイブリダイゼーションに使用されたpolyA RNA(5μg)は、C57BL/6マウス(オス、4週齢)の組織(脳、心臓、胸腺、肺、肝臓、脾臓、リンパ節、腎臓、精巣)から調整した。リファレンスとしてβ−アクチンを用いた。
b.マウスSGRF遺伝子及びジーンターゲッティングベクターの構造を示す。SGRF遺伝子の2つのエクソンを、loxP配列ではさまれたネオマイシン耐性遺伝子(neo)で置換することにより、ターゲティングベクターを構築した。ジフテリアトキシンA(DTA)フラグメント遺伝子は、ゲノムDNAフラグメントの外側(3’側)に配置した。図中の■はエクソンを、矢印黒三角はloxP配列を表す。
c.EcoR−Iで切断したゲノムDNAのサザンブロット分析を示す写真である。相同組換え後、変異アリルをneo遺伝子上に導入したEcoRI切断部位を利用して検出した。
d.胸腺から単離したpolyA RNAのRT−PCR分析を示す写真である。それぞれのSGRF遺伝子型を有するマウスから得られたPCR産物、及びコントロールとして用いたGAPDHのPCR産物を表す。
図4は、野生型マウス及びSGRF/IL−23−/−マウスから採取したリンパ節細胞の抗原誘導サイトカイン産生能と増殖能を示す図である。マウス(オス、10週齢)5匹ずつをCFAで溶解したKLH(200μg)で免疫した。リンパ節は5日後に採取し、300μg/mlのKLH存在下で48時間培養した後に、IFN−γ(a)、IL−4(b)、IL−5(c)、IL−10(d)の産生能力、又は増殖能力(e)を分析した。Concanavalin A(Con A,2μg/ml)は非特異的な増殖のコントロールとして用いた。データは各群5匹のマウスから得た平均±標準偏差で表される。†はP<0.003,‡はP<0.05,§はP<0.03を表す(対応のないt検定によりSGRF/IL−23−/−マウスを野生型マウスと比較)。
図5は、野生型マウスとSGRF/IL−23−/−マウスにおけるL.monocytogenes感染に対する感受性とDTH反応を示す図である。
a.L.monocytogenes.感染後の野生型マウスとSGRF/IL−23−/−マウスの生存率を示す。6匹のマウス(メス、10週齢)の静脈内にL.monocytogenes(2.3×10CFU)を注入した。
b.野生型マウス及びSGRF/IL−23−/−マウス体内でのL.monocytogenesの増殖を示す。感染(3.1×10CFU)から4日後、肝臓を回収し、菌体数を測定した。統計的解析として、Mann−Whitney rank−testを用いた(p<0.004)。
c.野生型マウス及びSGRF/IL−23−/−マウスにおけるDTH反応を示す。6匹のマウス(オス、10週齢)に、CFAに溶解したmBSA(2.5mg/ml)50μlを皮内に免疫した。5日後、30μlのmBSA(5mg/ml)を一方の後ろ足に注射した。P<0.007、それぞれの時点においてSGRF/IL−23−/−マウスを野生型マウスと比較(対応のないt検定)。
図6は、野生型マウス及びSGRF/IL−23−/−マウスにEAEを誘導した結果を示す図及び写真である。マウス(メス、8週齢)をCFAに溶解したMOGペプチド35−55で免疫し、百日咳毒素をEAE誘導プロトコールにしたがって皮下注射した。
a.6匹の野生型マウスと6匹のSGRF/IL−23−/−マウスの平均疾患スコアの臨床経過を示す。グラフには、実験中に死亡した4匹の野生型マウスのスコアが含まれている。その他のマウスはいずれも生存した。
b−e.実験的にEAEを誘導した野生型マウス及びSGRF/IL−23−/−マウスから得たCNSの組織学的切片を示す写真である(b,d:野生型マウス、c,e:SGRF/IL−23−/−マウス)。切片はマウスを感作処理してから1ヶ月後に回収した。図b及びcは組織切片(厚さ4−6μm)をヘマトキシリン及びエオジンで染色したものを表す(×200)。図d及びeは組織切片(厚さ4−6μm)をKluver−Barrera(「Kluver」の「u」はuにウムラウト)染色したものを表す(×200)。矢印はリンパ球浸潤を示し、くさび形は脱髄を示す。

Claims (16)

  1. SGRF遺伝子の発現が人為的に抑制されていることを特徴とする遺伝子改変非ヒト動物。
  2. SGRF遺伝子の遺伝子対の一方または双方に外来遺伝子が挿入されていることを特徴とする遺伝子改変非ヒト動物。
  3. 非ヒト動物がげっ歯類である請求項1または2に記載の遺伝子改変動物。
  4. げっ歯類がマウスである請求項3に記載の遺伝子改変動物。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の遺伝子改変動物から樹立された細胞株。
  6. 請求項1〜4のいずれかに記載の遺伝子改変動物を使用することを特徴とする抗SGRF抗体の作製方法。
  7. SGRF遺伝子の発現が人為的に抑制されていることを特徴とする非ヒトES細胞。
  8. SGRF遺伝子の遺伝子対の一方または双方に外来遺伝子が挿入されていることを特徴とする非ヒトES細胞。
  9. 非ヒトES細胞がげっ歯類ES細胞である請求項7または8に記載のES細胞。
  10. げっ歯類ES細胞がマウスES細胞である請求項9に記載のES細胞。
  11. SGRFあるいはそのシグナルを代替する化合物を有効成分として含有する感染防御剤。
  12. SGRFに対するアンタゴニストを有効成分として含有する自己免疫疾患治療薬。
  13. SGRFに対するアンタゴニストを有効成分として含有する炎症疾患治療薬。
  14. アンタゴニストが抗SGRF抗体である請求項12または13に記載の治療薬。
  15. 下記の工程(a)〜(c)を含む、自己免疫疾患治療薬または炎症疾患治療薬のための候補化合物をスクリーニングする方法。
    (a)SGRFと被験化合物を接触させる工程
    (b)SGRFと被験化合物との結合活性を測定する工程
    (c)SGRFと結合する化合物を選択する工程
  16. 下記の工程(a)〜(c)を含むSGRFタンパク質の機能を代替する化合物のスクリーニング方法。
    (a)請求項1〜4のいずれかに記載の遺伝子改変動物に被験化合物を投与する工程
    (b)被験化合物がSGRFの機能を代替しているか否かを判定する工程
    (c)SGRFの機能を代替する化合物を選択する工程
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