JPWO2005093068A1 - Novel proteins and promoters - Google Patents

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Abstract

生体内でのエネルギー代謝に関与する、配列番号2、4もしくは6に記載のアミノ酸配列からなる新規タンパク質:PGC1αb、配列番号33、34もしくは35に記載の塩基配列等からなる当該PGC1αbのプロモーター、及びこれらを用いる糖代謝異常を伴う疾患の治療剤の探索方法等を提供する。A novel protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, 4 or 6 involved in energy metabolism in vivo: PGC1αb, the PGC1αb promoter consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 33, 34 or 35, and the like; A method for searching for a therapeutic agent for a disease associated with abnormal sugar metabolism using these is provided.

Description

本発明は、生体内でのエネルギー代謝に関与する新規遺伝子:PGC1αb、そのプロモーター、及びこれらを用いる糖代謝異常を伴う疾患の治療剤の探索方法等に関する。  The present invention relates to a novel gene involved in energy metabolism in a living body: PGC1αb, its promoter, a method for searching for a therapeutic agent for diseases associated with abnormal sugar metabolism, and the like.

ホメオスタシス(恒常性)の維持は、生体にとって基本となる制御機能であり、特にエネルギーの摂取と消費のバランスの維持は生体機能を維持するために必須である。このエネルギーバランスの調節が崩れると、生体は代謝異常を伴う疾患、例えば、肥満症、糖尿病又は高脂血症などを引き起こす。すなわち、エネルギー代謝異常は、高血圧症、動脈硬化症、糖尿病などのいわゆる生活習慣病の原因となっていると考えられている。
糖・脂質代謝の調節で、最も重要な役割を果たしているのはインスリンである。インスリンは糖、脂質、蛋白質の代謝作用の他、細胞増殖、細胞骨格の制御、筋肉もしくは肝臓細胞の分化、転写調節、アポトーシスの抑制と多岐にわたる生理作用を有するホルモンである。生体内でのエネルギー代謝において、エネルギー代謝がインスリンによって制御されており、肝臓、筋肉もしくは脂肪といった組織の果たす役割は大きい。
インスリン作用不全はインスリン抵抗性と呼ばれ、インスリンの分泌不全と共に代謝異常を引き起こす大きな要因と考えられている。すなわち、インスリン抵抗性とは、「細胞、臓器、個体レベルでインスリンの各種の作用のために、通常量以上のインスリンを必要とする状態」と定義される。インスリン抵抗性を伴う疾患として2型糖尿病が挙げられるが、近年、糖尿病や耐糖能障害だけではなく、高血圧、高脂血症、肥満など多くの病態でインスリン抵抗性が認められることが明らかとなってきている。従って、インスリン抵抗性は各々の病態に密接に関連しているだけでなく、相互の合併症を引き起し易く、その結果、相乗的に動脈硬化症等を発症・進展させることとなる。
ところで、2型糖尿病において、空腹時と糖摂取時ではインスリン抵抗性の責任臓器、組織が異なっていると考えられている。すなわち、空腹時には血中インスリン濃度や血糖値が正常人よりも高値にもかかわらず、肝臓での糖新生が増加することから肝臓におけるインスリン抵抗性を改善することが重要となる。一方、糖摂取時、すなわち血中インスリン濃度上昇時のインスリン抵抗性においては骨格筋での糖取り込みの低下及び肝臓での糖産生抑制の障害を改善することが重要である。
従って、骨格筋におけるインスリンの機能、すなわち糖取り込み、グリコーゲン合成等の同化作用、運動に伴う解糖によるエネルギー供給、体温維持のための熱産生作用を改善することがインスリン抵抗性に伴う症状の改善に重要である。事実De Fronzoらは、2型糖尿病においては末梢組織(骨格筋)でのインスリンを介した糖取り込みの低下が問題であると指摘している(非特許文献1を参照)。しかしながら、骨格筋におけるインスリンの機能を選択的に改善する薬剤は見出されていない。
最近になって、熱産生作用の制御に関与する新たな因子として、マウス由来のPPARγの転写コアクチベーター:peroxisome proliferator−activated receptor gamma coactivator−1α(PGC1α)が見出された(非特許文献2を参照)。PGC1αは核内受容体PPARγと相互作用し、その転写活性を補助する因子としてクローニングされた因子で、白色脂肪細胞を褐色脂肪細胞に形質転換することが知られている(特許文献1を参照)。また、熱産生作用に関わる一連のタンパク質(UCP1、ミトコンドリア酵素など)の合成やミトコンドリアの増殖にPGC1αが重要な調節作用を営んでいることが明らかにされた(非特許文献3を参照)。
例えば、筋肉細胞においてPGC1αは、ミトコンドリアにおいてエネルギー消費を起こすと考えられているUCP2の発現を誘導する。また、PGC1αを強制発現させることによって、ミトコンドリアのゲノム複製や転写反応に重要な役割を示す転写因子:mtTFA(mitochondrial transcription factor A)の発現が誘導され、細胞内の酸素消費量や細胞内のミトコンドリア数が増加することも明らかとなった(非特許文献4を参照)。また、PGC1αは筋肉細胞において、糖輸送蛋白質であるGLUT4の発現を誘導し、糖輸送を増大させることも報告されている(非特許文献5を参照)。更に、骨格筋ミトコンドリア機能不全とインスリン抵抗性との関係についての報告が相次ぎ、骨格筋におけるPGC1αとの関係が示唆されている(非特許文献6〜8を参照)。
また、PGC1αの発現促進活性を指標として、ミトコンドリア活性化を作用機序とする抗肥満・抗糖尿病薬をスクリーニングする方法が知られている(特許文献2を参照)。
しかしながら、PGC1αは、肝臓においては糖新生系遺伝子の誘導機構に関与している。すなわち、PGC1αは糖新生系遺伝子を誘導するグルココルチコイドやグルカゴンの細胞内セカンドメッセンジャーであるcAMPによって発現が誘導され、グルココルチコイド受容体やHNF4αの転写活性を刺激することにより、糖新生系遺伝子の発現を誘導することが報告されている(非特許文献9及び10を参照)。従って、PGC1αの機能亢進は肝臓においては糖新生作用を促進し、インスリン抵抗性を伴う疾患等においては好ましくない。
これまでに、骨格筋における熱産生作用等のインスリンの機能を選択的に改善する方法は知られていなかった。
特表2002−531079号公報 国際公開パンフレット第01/090356号 DeFronzo et al.,J.Clin.Invest.76,149−155(1985). Cell,92,829−838(1998). Lowell,et al.,Nature,404,652−660(2000). Cell,98,115−124(1999). Proc.Nat.Am.Soc.,98,3820−3825(2001). Mootha,V.K.et al.Nat.Genet.,34:267−273.(2003). Patti,M.E.et al.Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,100:8466−8471.(2003). Petersen,K.F.et al.Science,300:1140−1142.(2003). Yoon,et al.,Nature,413,131−138(2001). Herzig,et al.,Nature,413,179−183(2001).
The maintenance of homeostasis (homeostasis) is a basic control function for the living body, and particularly the maintenance of the balance between the intake and consumption of energy is essential for maintaining the biological function. When this regulation of energy balance is lost, the living body causes diseases accompanied by metabolic abnormalities such as obesity, diabetes or hyperlipidemia. That is, the energy metabolism abnormality is considered to cause so-called lifestyle-related diseases such as hypertension, arteriosclerosis and diabetes.
Insulin plays the most important role in regulating sugar and lipid metabolism. Insulin is a hormone that has a variety of physiological functions, including metabolic effects of sugars, lipids, and proteins, cell proliferation, cytoskeleton control, muscle or liver cell differentiation, transcriptional regulation, and apoptosis inhibition. In energy metabolism in the living body, energy metabolism is controlled by insulin, and a role such as liver, muscle, or fat plays a large role.
Insulin dysfunction is called insulin resistance and is considered to be a major factor causing metabolic abnormalities together with insulin secretion failure. In other words, insulin resistance is defined as “a state in which more than a normal amount of insulin is required for various actions of insulin at the cell, organ, and individual levels”. Type 2 diabetes is mentioned as a disease accompanied by insulin resistance. Recently, it has become clear that insulin resistance is observed not only in diabetes and impaired glucose tolerance but also in many pathologies such as hypertension, hyperlipidemia and obesity. It is coming. Accordingly, insulin resistance is not only closely related to each disease state, but also easily causes mutual complications, and as a result, synergistically develops and develops arteriosclerosis and the like.
By the way, in type 2 diabetes, it is considered that the organs and tissues responsible for insulin resistance differ between fasting and sugar intake. That is, it is important to improve the insulin resistance in the liver because the gluconeogenesis in the liver increases despite the blood insulin concentration and blood glucose level being higher than those in a normal person on an empty stomach. On the other hand, in insulin resistance at the time of sugar intake, that is, at the time of increasing blood insulin concentration, it is important to improve the decrease in sugar uptake in skeletal muscle and the inhibition of glucose production inhibition in the liver.
Therefore, improvement of insulin resistance in skeletal muscle, that is, anabolic effects such as sugar uptake and glycogen synthesis, energy supply by glycolysis accompanying exercise, and heat production for maintaining body temperature can improve symptoms associated with insulin resistance. Is important to. In fact, De Fronzo et al. Point out that a decrease in glucose uptake via insulin in peripheral tissues (skeletal muscles) is a problem in type 2 diabetes (see Non-Patent Document 1). However, no drug has been found that selectively improves the function of insulin in skeletal muscle.
Recently, a transcriptional co-activator of mouse-derived PPARγ: peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α (PGC1α) was found as a new factor involved in the control of heat production (Non-patent Document 2). See). PGC1α is a factor that interacts with the nuclear receptor PPARγ and is cloned as a factor that assists in its transcription activity, and is known to transform white adipocytes into brown adipocytes (see Patent Document 1). . It has also been clarified that PGC1α plays an important regulatory action in the synthesis of a series of proteins (UCP1, mitochondrial enzymes, etc.) involved in the heat production action and in the growth of mitochondria (see Non-Patent Document 3).
For example, in muscle cells, PGC1α induces the expression of UCP2, which is thought to cause energy expenditure in mitochondria. In addition, the forced expression of PGC1α induces the expression of a transcription factor: mtTFA (mitochondrial transcription factor A), which plays an important role in mitochondrial genome replication and transcription reaction, and induces intracellular oxygen consumption and intracellular mitochondria. It has also been clarified that the number increases (see Non-Patent Document 4). PGC1α has also been reported to induce the expression of GLUT4, a sugar transport protein, in muscle cells and increase sugar transport (see Non-Patent Document 5). Furthermore, reports on the relationship between skeletal muscle mitochondrial dysfunction and insulin resistance have been repeated, suggesting a relationship with PGC1α in skeletal muscle (see Non-Patent Documents 6 to 8).
In addition, a method of screening for anti-obesity / anti-diabetic drugs having mitochondrial activation as an action mechanism using PGC1α expression promoting activity as an index is known (see Patent Document 2).
However, PGC1α is involved in the induction mechanism of gluconeogenic genes in the liver. That is, PGC1α is induced by cAMP which is an intracellular second messenger of glucocorticoid and glucagon that induces gluconeogenic genes, and stimulates the transcriptional activity of glucocorticoid receptor and HNF4α to express gluconeogenic genes. Has been reported (see Non-Patent Documents 9 and 10). Therefore, enhancement of PGC1α function promotes gluconeogenic action in the liver, and is not preferable in diseases associated with insulin resistance.
Until now, there has been no known method for selectively improving insulin functions such as heat production in skeletal muscle.
Japanese translation of PCT publication No. 2002-531079 International pamphlet No. 01/090356 DeFronzo et al. , J .; Clin. Invest. 76, 149-155 (1985). Cell, 92, 829-838 (1998). Lowell, et al. , Nature, 404, 652-660 (2000). Cell, 98, 115-124 (1999). Proc. Nat. Am. Soc. 98, 3820-3825 (2001). Mootha, V .; K. et al. Nat. Genet. 34: 267-273. (2003). Patti, M.M. E. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. , 100: 8466-8471. (2003). Petersen, K.M. F. et al. Science, 300: 1140-1142. (2003). Yoon, et al. , Nature, 413, 131-138 (2001). Herzig, et al. , Nature, 413, 179-183 (2001).

本発明が解決しようとする課題は、糖代謝改善剤、すなわち、生体内でのエネルギー代謝に重要な役割を果たしているPGC1αの新規バリアント:PGC1αb、そのプロモーター、これらを利用した、骨格筋における熱産生作用等の改善により、インスリン抵抗性時の骨格筋の機能を改善する糖代謝改善剤の探索方法、及びPGC1αbの発現を促進する物質を有効成分とする医薬(特にミトコンドリア活性化を作用機序とする抗肥満・抗糖尿病薬)等を提供することにある。
発明者らは、鋭意検討を行った結果、PGC1αの新規なバリアントである、PGC1αbを見出した。次いで、PGC1αbの組織分布を調べたところ、驚くべきことに当該PGC1αbは肝臓等の組織ではほとんど発現せず、骨格筋で特異的に発現していることがわかった。更に、PGC1αbは、骨格筋において運動によるエネルギー消費、熱産生の条件下で誘導された。上記のことから、PGC1αbは骨格筋特異的に熱産生などのエネルギー代謝を促進することがわかった。インスリン抵抗性の患者においては、運動によってエネルギー代謝を促進する運動療法が有効であることが知られていることから、PGC1αbは、インスリン抵抗性患者における骨格筋の熱産生亢進によるインスリン抵抗性治療のターゲット因子となり得る。すなわち、PGC1αbの発現もしくは活性を促進する物質は、インスリン抵抗性など疾患の予防、改善又は治療剤となり得る。また、骨格筋におけるエネルギー代謝を促進することにより、糖代謝などのエネルギー代謝異常を伴う疾患、例えば、肥満症、糖尿病、高脂血症、又は動脈硬化症などのいわゆる生活習慣病の改善剤ともなり得る。
次いで発明者らは、ヒトゲノムDNAより約3kbからなるプロモーター活性を有する領域を単離することに成功した。本プロモーター領域中に約1.3kbからなるプロモーター活性を示すために必須となる領域を同定した。また、マウスゲノムDNAより約3kbからなるプロモーター活性を有する領域を単離することに成功した。さらに単離したプロモーターDNAを用いることにより、PGC1αb遺伝子の発現制御能力の評価方法、該評価方法にて該プロモーター活性を促進する物質を選別することを特徴とする、糖代謝改善剤等の探索方法を見出した。
本発明は上記の知見をもとに完成するに至ったものである。
尚、以下、本明細書、要約書及び特許請求の範囲においては、前述の、本発明以前に知られていたPGC1αを本発明遺伝子と区別するために、PGC1αaと呼ぶこととする。
即ち本発明は、
〔1〕 以下の(a)〜(f)のいずれかのタンパク質;
(a)配列番号2、4又は6に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2、4又は6に記載のアミノ酸配列において1もしくは複数のアミノ酸が欠失、付加もしくは置換されたアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(c)配列番号2に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(d)配列番号1、3又は5に記載の塩基配列からなるDNAによりコードされるアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(e)配列番号1、3又は5に記載の塩基配列からなるDNAと80%以上の配列同一性を有する塩基配列からなるDNAによりコードされるアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(f)配列番号1、3又は5に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAと、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有する蛋白質のアミノ酸配列からなるタンパク質;
〔2〕 〔1〕に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする塩基配列を含む遺伝子;
〔3〕 〔2〕に記載の遺伝子を特異的に認識するポリヌクレオチド、またはそれに相補的なポリヌクレオチドからなるプライマー又はプローブ;
〔4] 〔1〕に記載のタンパク質を特異的に認識する抗体。
〔5〕 以下の(g)〜(i)のいずれかに記載される遺伝子を含むことを特徴とする〔1〕に記載のタンパク質の発現を制御し得るプロモーター;
(g)配列番号33、34または35で示される塩基配列からなる遺伝子、
(h)配列番号33、34または35で示される塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、かつ転写制御能力を有する遺伝子、
(i)配列番号33、34または35で示される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ転写制御能力を有する遺伝子;
〔6〕 〔2〕に記載の遺伝子を含有することを特徴とする発現ベクター;
〔7〕 〔5〕に記載のプロモーターを含有することを特徴とする発現ベクター;
〔8〕 更に、プロモーターの下流(3’側)に当該プロモーターによって転写が制御される遺伝子をコードする塩基配列を含有することを特徴とする〔7〕に記載の発現ベクター;
〔9〕 遺伝子が、〔2〕に記載の遺伝子である、〔8〕に記載の発現ベクター;
〔10〕 〔6〕〜〔9〕のいずれかに記載の発現ベクターが導入されてなる形質転換細胞;
〔11〕 下記の工程(1)、(2)及び(3)を含むPGC1αb遺伝子の発現制御能力の評価方法:
(1)被験物質とPGC1αb遺伝子を発現可能な細胞とを接触させる工程、
(2)被験物質を接触させた細胞のPGC1αb遺伝子の発現量を測定し、該発現量を、被験物質を接触させない対照細胞の上記遺伝子の発現量と比較する工程、
(3)(2)の比較結果に基づいて、PGC1αb遺伝子の発現量を変動させるか否かを指標として被験物質のPGC1αb遺伝子の発現制御能力を評価する工程;
〔12〕 下記の工程(1)、(2)及び(3)を含むPGC1αbの発現制御能力の評価方法:
(1)被験物質とPGC1αbを発現可能な細胞とを接触させる工程、
(2)被験物質を接触させた細胞のPGC1αbの発現量を測定し、該発現量を、被験物質を接触させない対照細胞のPGC1αbの発現量と比較する工程、
(3)(2)の比較結果に基づいて、PGC1αbの発現量を変動させるか否かを指標として被験物質のPGC1αbの発現制御能力を評価する工程;
〔13〕 下記の工程(1)〜(3)を含む、PGC1αb遺伝子の発現制御能力の評価方法:
(1)被験物質と、〔5〕に記載のプロモーターを結合されてなるレポーター遺伝子を発現可能な細胞とを接触させる工程、
(2)被験物質を接触させた細胞の前記レポーター遺伝子の発現量を測定し、該発現量を、被験物質を接触させない対照細胞の前記レポーター遺伝子の発現量と比較する工程、及び
(3)(2)の比較結果に基づいて、前記レポーター遺伝子の発現量を変動させるか否かを指標として被験物質のPGC1αb遺伝子の発現制御能力を評価する工程;
〔14〕 〔11〕〜〔13〕のいずれかに記載の評価方法で評価された被験物質のPGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現制御能力を指標として、PGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導活性を有する物質又はPGC1αbの発現抑制活性を有する物質を選別することを特徴とする、PGC1αbの発現制御物質の探索方法;
〔15〕 〔11〕〜〔13〕のいずれかに記載の評価方法で評価された被験物質のPGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現制御能力を指標として、PGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導活性を有する候補物質を選別することを特徴とする、糖代謝改善剤の探索方法;
〔16〕 糖代謝異常を伴う疾患の予防、改善又は治療剤の、候補物質の探索のために行われることを特徴とする、〔15〕に記載の探索方法;
〔17〕 インスリン抵抗性疾患の予防、改善または治療剤の、候補物質の探索のために行われることを特徴とする、〔15〕又は〔16〕に記載の探索方法;
〔18〕 更に、被験物質がPGC1αa遺伝子もしくはPGC1αaの発現を変動させないことを指標として化合物を選別することを特徴とする、〔15〕〜〔17〕のいずれかに記載の探索方法;
〔19〕 〔15〕〜〔18〕のいずれかに記載の探索方法により選別される化合物を有効成分として含有する、糖代謝改善剤;
〔20〕 〔15〕〜〔18〕のいずれかに記載の探索方法により選別される化合物を有効成分として含有する、インスリン抵抗性疾患の予防、改善又は治療剤;
〔21〕 PGC1αbもしくはPGC1αb遺伝子の発現誘導物質を有効成分として含有する、糖代謝改善剤;
〔22〕 PGC1αbもしくはPGC1αb遺伝子の発現誘導物質を有効成分として含有する、インスリン抵抗性改善剤;
〔23〕 PGC1αaもしくはPGC1αa遺伝子の発現を変動させないことを特徴とする、〔21〕又は〔22〕に記載の改善剤;
〔24〕 生体において筋肉細胞に特異的に作用することを特徴とする、〔23〕に記載の改善剤;
〔25〕 以下の(1)及び(2)の工程を有することを特徴とする、〔5〕に記載のプロモーターと結合する物質の探索方法:
(1)〔5〕に記載のプロモーターと被験物質とを接触させる工程、及び
(2)前記(1)の工程後に、当該プロモーターと被験物質との複合体生成の有無を調べる工程;
〔26〕 〔5〕に記載のプロモーターと結合する物質の精製方法であって、
(1)〔5〕記載のプロモーターと試料とを接触させて、当該プロモーターと当該試料中に含有される当該プロモーターと結合する物質との複合体を生成させる工程、及び、
(2)前記(1)の工程後、生成させた複合体から当該結合物質を単離する工程、を有することを特徴とする精製方法;
〔27〕 配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有するポリペプチド;
〔28〕 配列番号53〜55のいずれかに記載のアミノ酸配列を含有する〔27〕に記載のポリペプチド;
〔29〕 〔27〕又は〔28〕に記載のペプチドを特異的に認識することを特徴とする、〔4〕に記載の抗体;
〔30〕 〔27〕又は〔28〕に記載のポリペプチドをコードする遺伝子;
〔31〕 配列番号:7に記載の塩基配列を含有するポリヌクレオチド;
〔32〕 配列番号50〜52のいずれかに記載の塩基配列を含有する〔31〕に記載のポリヌクレオチド;
〔33〕 〔31〕もしくは〔32〕に記載のポリヌクレオチド、又はそれに相補的なポリヌクレオチドのうち、少なくとも5以上の連続する塩基配列を含むことを特徴とする、〔3〕に記載のプライマー又はプローブ;
に関する。
The problem to be solved by the present invention is a sugar metabolism improving agent, that is, a novel variant of PGC1α that plays an important role in energy metabolism in vivo: PGC1αb, its promoter, and heat production in skeletal muscle using these A method for searching for a sugar metabolism-improving agent that improves the function of skeletal muscle during insulin resistance by improving the action and the like, and a drug containing a substance that promotes the expression of PGC1αb as an active ingredient (especially mitochondrial activation Providing anti-obesity / anti-diabetic drugs).
As a result of intensive studies, the inventors have found PGC1αb, which is a novel variant of PGC1α. Next, when the tissue distribution of PGC1αb was examined, it was surprisingly found that the PGC1αb was hardly expressed in tissues such as the liver and was specifically expressed in skeletal muscle. Furthermore, PGC1αb was induced in skeletal muscle under the conditions of energy consumption by heat and heat production. From the above, it was found that PGC1αb promotes energy metabolism such as heat production specifically for skeletal muscle. Since it is known that exercise therapy that promotes energy metabolism by exercise is effective in insulin resistant patients, PGC1αb is an insulin resistant treatment by enhancing skeletal muscle heat production in insulin resistant patients. Can be a target factor. That is, a substance that promotes the expression or activity of PGC1αb can be a preventive, ameliorating, or therapeutic agent for diseases such as insulin resistance. Further, by promoting energy metabolism in skeletal muscle, it is also an agent for improving diseases associated with abnormal energy metabolism such as sugar metabolism, such as so-called lifestyle-related diseases such as obesity, diabetes, hyperlipidemia, or arteriosclerosis. Can be.
Next, the inventors succeeded in isolating a region having a promoter activity of about 3 kb from human genomic DNA. In this promoter region, a region essential for exhibiting a promoter activity of about 1.3 kb was identified. In addition, a region having a promoter activity of about 3 kb was successfully isolated from mouse genomic DNA. Furthermore, by using an isolated promoter DNA, a method for evaluating the expression control ability of the PGC1αb gene, and a method for searching for a sugar metabolism improving agent, etc., comprising selecting a substance that promotes the promoter activity by the evaluation method I found.
The present invention has been completed based on the above findings.
In the following description, abstract and claims, the above-mentioned PGC1α known before the present invention is referred to as PGC1αa in order to distinguish it from the gene of the present invention.
That is, the present invention
[1] A protein of any one of the following (a) to (f):
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 4 or 6,
(B) consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, 4 or 6, comprising the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 at the N-terminus; And a protein having mitochondrial activation ability,
(C) a protein comprising an amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, comprising the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 at the N-terminus, and having a mitochondrial activation ability;
(D) a protein comprising an amino acid sequence encoded by DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3 or 5 and containing the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8 at the N-terminus and having the ability to activate mitochondria ,
(E) consisting of an amino acid sequence encoded by DNA consisting of a base sequence having a sequence identity of 80% or more with DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3 or 5; A protein having the amino acid sequence of and having the ability to activate mitochondria,
(F) an N-terminal consisting of an amino acid sequence encoded by a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3 or 5 and a DNA that hybridizes under stringent conditions A protein comprising the amino acid sequence of a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 and having the ability to activate mitochondria;
[2] A gene comprising a base sequence encoding a protein comprising the amino acid sequence according to [1];
[3] A primer or probe comprising a polynucleotide that specifically recognizes the gene according to [2], or a polynucleotide complementary thereto;
[4] An antibody that specifically recognizes the protein according to [1].
[5] A promoter capable of controlling the expression of the protein according to [1], comprising the gene described in any of (g) to (i) below;
(G) a gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34 or 35,
(H) a gene comprising a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted or added in the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34 or 35, and having transcriptional control ability,
(I) a gene that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34, or 35 and has a transcriptional control ability;
[6] An expression vector comprising the gene according to [2];
[7] An expression vector comprising the promoter according to [5];
[8] The expression vector according to [7], further comprising a base sequence encoding a gene whose transcription is controlled by the promoter downstream (3 ′ side) of the promoter;
[9] The expression vector according to [8], wherein the gene is the gene according to [2];
[10] A transformed cell into which the expression vector according to any one of [6] to [9] has been introduced;
[11] Evaluation method of expression control ability of PGC1αb gene including the following steps (1), (2) and (3):
(1) contacting a test substance with a cell capable of expressing the PGC1αb gene;
(2) measuring the expression level of the PGC1αb gene in a cell contacted with a test substance, and comparing the expression level with the expression level of the gene in a control cell not contacted with the test substance;
(3) A step of evaluating the expression control ability of the PGC1αb gene of the test substance using as an index whether or not to change the expression level of the PGC1αb gene based on the comparison result of (2);
[12] Evaluation method of expression control ability of PGC1αb including the following steps (1), (2) and (3):
(1) contacting a test substance with a cell capable of expressing PGC1αb;
(2) measuring the expression level of PGC1αb in a cell contacted with a test substance, and comparing the expression level with the expression level of PGC1αb in a control cell not contacted with the test substance;
(3) Based on the comparison result of (2), a step of evaluating the expression control ability of PGC1αb of the test substance using whether or not the expression level of PGC1αb is varied as an index;
[13] A method for evaluating the ability to control the expression of the PGC1αb gene, comprising the following steps (1) to (3):
(1) A step of contacting a test substance with a cell capable of expressing a reporter gene formed by binding the promoter according to [5],
(2) measuring the expression level of the reporter gene in a cell contacted with the test substance, and comparing the expression level with the expression level of the reporter gene in a control cell not contacted with the test substance, and (3) ( A step of evaluating the expression control ability of the test substance PGC1αb gene using as an index whether or not the expression level of the reporter gene is varied based on the comparison result of 2);
[14] A substance having PGC1αb gene or PGC1αb expression-inducing activity or PGC1αb, using the PGC1αb gene or PGC1αb expression control ability of the test substance evaluated by the evaluation method according to any one of [11] to [13] as an index A method for searching for a PGC1αb expression control substance, which comprises selecting a substance having an expression suppression activity of
[15] A candidate substance having PGC1αb gene or PGC1αb expression-inducing activity, using as an index the PGC1αb gene or PGC1αb expression control ability of the test substance evaluated by the evaluation method according to any one of [11] to [13] A method for searching for a sugar metabolism-improving agent, characterized by screening;
[16] The search method according to [15], which is performed for searching for a candidate substance for a preventive, ameliorating, or therapeutic agent for a disease associated with abnormal sugar metabolism;
[17] The searching method according to [15] or [16], which is carried out for searching for a candidate substance for an agent for preventing, improving or treating an insulin resistant disease;
[18] The search method according to any one of [15] to [17], further comprising selecting a compound using as an index that the test substance does not change the expression of the PGC1αa gene or PGC1αa;
[19] A sugar metabolism improving agent comprising as an active ingredient a compound selected by the search method according to any one of [15] to [18];
[20] An agent for preventing, ameliorating or treating an insulin resistance disease, comprising as an active ingredient a compound selected by the search method according to any one of [15] to [18];
[21] A sugar metabolism-improving agent comprising a PGC1αb or PGC1αb gene expression inducer as an active ingredient;
[22] An insulin resistance ameliorating agent comprising PGC1αb or a PGC1αb gene expression inducer as an active ingredient;
[23] The improving agent according to [21] or [22], which does not change the expression of the PGC1αa or PGC1αa gene;
[24] The improving agent according to [23], which specifically acts on muscle cells in a living body;
[25] The method for searching for a substance that binds to the promoter according to [5], comprising the following steps (1) and (2):
(1) a step of bringing the promoter according to [5] into contact with a test substance, and (2) a step of examining the presence or absence of complex formation between the promoter and the test substance after the step (1);
[26] A method for purifying a substance that binds to the promoter according to [5],
(1) The step of bringing the promoter according to [5] into contact with a sample to form a complex of the promoter and a substance that binds to the promoter contained in the sample, and
(2) A purification method comprising the step of isolating the binding substance from the produced complex after the step (1);
[27] a polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8;
[28] The polypeptide of [27], comprising the amino acid sequence of any of SEQ ID NOs: 53 to 55;
[29] The antibody according to [4], which specifically recognizes the peptide according to [27] or [28];
[30] a gene encoding the polypeptide according to [27] or [28];
[31] a polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
[32] The polynucleotide according to [31], comprising the base sequence according to any of SEQ ID NOs: 50 to 52;
[33] The primer according to [3], comprising at least 5 or more consecutive base sequences of the polynucleotide according to [31] or [32], or the polynucleotide complementary thereto probe;
About.

図1は、マウス各組織におけるPGC1αb及びPGC1αaの発現を示す図である。発現量をRT−PCRで定量し、コントロールの36B4の値を1として相対値で示した。
図2は、骨格筋におけるPGC1αbの運動依存的発現誘導を示す図である。発現量をRT−PCRで定量し、コントロールの36B4の値を1として相対値で示した。
図3は、培養筋細胞におけるPGC1αb遺伝子の発現誘導を示す図である。発現量をRT−PCRで定量し、コントロールの36B4の値を1として相対値で示した。AxはアデノウイルスAxCAwt−mPGC1αbを示し、括弧内は添加したウイルス量を示す。
図4は、培養筋細胞におけるPGC1αb遺伝子の発現誘導を示す図である。発現量をRT−PCRで定量し、コントロールの36B4の値を1として相対値で示した。AxはアデノウイルスAxCAwt−mPGC1αbを示し、括弧内は添加したウイルス量を示す。
図5は、マウス横紋筋由来培養細胞におけるPGC1αb遺伝子の発現誘導(実施例11の結果)を示す図である。発現量をRT−PCRで定量し、コントロールの36B4の値を1として相対値で示した。
図6は、本発明ヒトPGC−1αbプロモーターが有する転写開始能力の測定結果(実施例18の結果)を示した。発現量をRT−PCRで定量し、コントロールの36B4の値を1として相対値で示した。BasicはpGL3−Basic、P1はphPGC1αb−P1(3.0)−pGL3basic、P2はphPGC1αb−P2(1.8)−pGL3basic、P3はphPGC1αb−P3(1.3)−pGL3basicを示し、DMSOはコントロールとしてのDMSO添加、FSKはForskolin添加を示す。
図7は、本発明マウスPGC−1αbプロモーターが有する転写開始能力の測定結果(実施例19の結果)を示した。発現量をRT−PCRで定量し、コントロールの36B4の値を1として相対値で示した。BasicはpGL3−Basic、mPGC−1αb(1kb)はmPGC1αb−P2(1.0)−pGL3basicを示す。DMSOはコントロールとしてのDMSO添加、ForskolinはForskolin添加を示す。
FIG. 1 is a diagram showing the expression of PGC1αb and PGC1αa in each mouse tissue. The expression level was quantified by RT-PCR, and the value of 36B4 of the control was taken as 1 and expressed as a relative value.
FIG. 2 is a diagram showing exercise-dependent expression induction of PGC1αb in skeletal muscle. The expression level was quantified by RT-PCR, and the value of 36B4 of the control was taken as 1 and expressed as a relative value.
FIG. 3 is a diagram showing the induction of PGC1αb gene expression in cultured muscle cells. The expression level was quantified by RT-PCR, and the value of 36B4 of the control was taken as 1 and expressed as a relative value. Ax represents adenovirus AxCAwt-mPGC1αb, and the amount of virus added is shown in parentheses.
FIG. 4 is a diagram showing the induction of PGC1αb gene expression in cultured muscle cells. The expression level was quantified by RT-PCR, and the value of 36B4 of the control was taken as 1 and expressed as a relative value. Ax represents adenovirus AxCAwt-mPGC1αb, and the amount of virus added is shown in parentheses.
FIG. 5 is a diagram showing the induction of PGC1αb gene expression in mouse striated muscle-derived cultured cells (result of Example 11). The expression level was quantified by RT-PCR, and the value of 36B4 of the control was taken as 1 and expressed as a relative value.
FIG. 6 shows the measurement results of the transcription initiation ability of the human PGC-1αb promoter of the present invention (results of Example 18). The expression level was quantified by RT-PCR, and the value of 36B4 of the control was taken as 1 and expressed as a relative value. Basic is pGL3-Basic, P1 is phPGC1αb-P1 (3.0) -pGL3basic, P2 is phPGC1αb-P2 (1.8) -pGL3basic, P3 is phPGC1αb-P3 (1.3) -pGL3basic, DMSO is control DMSO addition, FSK indicates Forskolin addition.
FIG. 7 shows the measurement results of the transcription initiation ability of the mouse PGC-1αb promoter of the present invention (results of Example 19). The expression level was quantified by RT-PCR, and the value of 36B4 of the control was taken as 1 and expressed as a relative value. Basic represents pGL3-Basic, and mPGC-1αb (1 kb) represents mPGC1αb-P2 (1.0) -pGL3basic. DMSO indicates the addition of DMSO as a control, and Forskolin indicates the addition of Forskolin.

以下に本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられる遺伝子工学的技術は、たとえば、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd edition」(1989),Cold Spring Harbor Laboratory Press及び D.,M.,Glover著、DNA クローニング(DNA Cloning)、IRL発行、1985年などに記載されている通常の方法に準じて行うことができる。
本明細書において、アミノ酸、(ポリ)ペプチド、(ポリ)ヌクレオチドなどの略号による表示は、IUPAC−IUBの規定〔IUPAC−IUB Communication on Biological Nomenclature,Eur.J.Biochem.,138:9(1984)〕、「塩基配列又はアミノ酸配列を含む明細書等の作成のためのガイドライン」(日本国特許庁編)、および当該分野における慣用記号に従う。
本明細書において「遺伝子」または「DNA」とは、2本鎖DNAのみならず、それを構成するセンス鎖およびアンチセンス鎖といった各1本鎖DNAを包含する趣旨で用いられる。また、「遺伝子」または「ポリヌクレオチド」は、RNAおよびDNAのいずれをも包含する趣旨で用いられる。またその長さによって特に制限されるものではない。従って、本明細書において遺伝子(DNA)とは、特に言及しない限り、ヒトゲノムDNAを含む2本鎖DNAおよびcDNAを含む1本鎖DNA(正鎖)並びに該正鎖と相補的な配列を有する1本鎖DNA(相補鎖)、およびこれらの断片のいずれもが含まれる。また、RNAには、total RNA、mRNA、rRNA、及び合成のRNAのいずれもが含まれる。
(I)PGC1αb及びPGC1αb遺伝子
本発明は、新規なPGC1αのバリアントである、PGC1αbに関する。
本明細書において、「PGC1αb」とは、peroxisome proliferator−activated receptor gamma coactivator−1αのバリアントの一種を表し、具体的には配列番号2で表されるタンパク質(ヒトPGC1αb)を例示することができる。本発明のPGC1αbは、既に報告されているPGC1αa(Genbank Acc.No.NM_013261)のN末端の約50残基に配列番号8に記載のアミノ酸配列からなる部分ペプチドを含むことを特徴とする。好ましくは、PGC1αbはPGC1αaの1残基目のメチオニンを除くN末端の17アミノ酸残基に相当する部分が、配列番号8で表されるアミノ酸配列で置換されたポリペプチドである。例えば、ヒトPGC1αbは、PGC1αaの1残基目のメチオニンをのぞくN末端の17アミノ酸残基に相当する部分が、LGLSSMDSILK(配列番号53)からなるアミノ酸配列で置換された、配列番号2で表されるポリペプチドである。
また、本発明のPGC1αbには、同族体(ホモログ)および変異体等が包含される。例えば、同族体(ホモログ)としては、ヒトのタンパク質に対応するマウスやラットなど他生物種のタンパク質が例示でき、これらはHomoloGene(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/HomoloGene/)により同定された遺伝子の塩基配列から演繹的に同定することができる。具体的には、マウスPGC1αbは、PGC1αaの1残基目のメチオニンをのぞくN末端の17アミノ酸残基に相当する部分が、LGLSSMDSILK(配列番号54)からなるアミノ酸配列で置換された、配列番号4で表されるタンパク質(マウスPGC1αb)である。また、ラットPGC1αbは、PGC1αaの1残基目のメチオニンをのぞくN末端の17アミノ酸残基に相当する部分が、SGLSSMDSTLK(配列番号55)からなるアミノ酸配列で置換された、配列番号6で表されるタンパク質(ラットPGC1αb)である。
また変異体としては、天然に存在するアレル変異体及び天然に存在しない変異体が挙げられ、具体的には下記の(b)、(c)、(e)及び(f)に示されるタンパク質が挙げられる。
すなわち、本発明においてPGC1αbとは、前記配列番号2、4又は6で表されるタンパク質に限定されず、以下の(a)〜(f)のいずれかのタンパク質を表す:
(a)配列番号2、4又は6に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2、4又は6に記載のアミノ酸配列において1もしくは複数のアミノ酸が欠失、付加もしくは置換されたアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(c)配列番号2に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(d)配列番号1、3又は5に記載の塩基配列からなるDNAによりコードされるアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(e)配列番号1、3又は5に記載の塩基配列からなるDNAと80%以上の配列同一性を有する塩基配列からなるDNAによりコードされるアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(f)配列番号1、3又は5に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAと、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有する蛋白質のアミノ酸配列からなるタンパク質。
前記(b)〜(f)における「ミトコンドリア活性化能力」とは、本発明のタンパク質が細胞内で発現する条件下において細胞内でのミトコンドリア活性化作用の確認をすることにより評価できる。ミトコンドリア活性化作用の確認は、ミトコンドリアに存在する酵素の活性の測定あるいはミトコンドリア機能に関わる遺伝子の発現を測定し、その活性あるいは発現が上昇することにより判定することが可能となる。
具体的には、例えばミトコンドリア酵素活性の検討には生細胞のミトコンドリア内脱水素酵素活性を比色法により測定できる試薬WST−1(DOJINDO,342−06451)を使用することができる。具体的には例えば本発明のタンパク質の発現ベクターをトランスフェクトしたL6細胞を直径10cmの組織培養皿で培養し、コンフルエントに達したところで細胞を96wellの組織培養皿へ移す。この際、培地を、フェノールレッドを含まないダルベッコ改変イーグル培地(GIBCO BRL,USA,21063−029)に変更する。6時間培養後、培地を、ウシ胎児血清を含まないものに変更し、適当な時間培養を続ける。培養後、一旦培地を吸引廃棄し、ここにフェノールレッド及びウシ胎児血清を含まないダルベッコ改変イーグル培地100μl、5mM WST−1及び0.2mM 1−Methoxy PMS(DOJINDO,345−04001)を含むPBS 10μlを加える。37℃で4時間反応させた後に、450nmの測定波長で吸光度を測定することによりミトコンドリア酵素活性を測定できる。
あるいは、具体的には例えばミトコンドリア機能に関わる遺伝子の発現を測定する方法としては以下のようなRT−PCR法が挙げられる。
RT−PCR法を利用する場合は、本発明のタンパク質の発現ベクターをトランスフェクトした細胞を培養した後、当該細胞から調製したRNAを、あるいは得られたRNAを鋳型として調製したcDNAを鋳型としてミトコンドリア機能に関わる遺伝子をコードする塩基配列領域が特異的に増幅できるように、一対のプライマー(上記cDNA(−鎖)に結合する正鎖、+鎖に結合する逆鎖)を設計し、通常の方法で合成する。例えば、具体的にはマウス由来の細胞を用いて検討する場合、ミトコンドリアにおいてエネルギー消費を起こすと考えられているUCP2(Genbank Acc.No.AF111998)、ミトコンドリアのゲノム複製や転写反応に重要な役割を示す転写因子:mtTFA(mitochondrial transcription factor A;Genbank Acc.No.NM_009360)、多くのミトコンドリア遺伝子のプロモーターに結合する転写因子NRF1(Genbank Acc.No.AF098077)、ミトコンドリアでの酸化的リン酸化経路に関わる遺伝子群であるβ ATPsynthase(Genbank Acc.No.AF030559)、及び/又はcytochrome c oxidase subunits II(COXII;Genbank Acc.No.AF378830)の配列に従い、合成したプライマーを用いることができる。RT−PCR法に用いる鋳型としては、具体的は例えば、マウス筋肉組織、あるいはマウス横紋筋由来培養細胞C2C12から調製したRNAを、あるいは得られたRNAを鋳型としてTaqMan Reverse Transcription Reagents(ABI社製)を用いて調製したcDNAを用いることができる。RT−PCRの反応は具体的には、例えばSYBR Green法を用いる場合にはSYBR Green RT−PCR Reagents(Applied Biosystems社製)を用いてプロトコールに従ってRT−PCR反応液を調製し、ABI PRIME 7900 Sequence Detection System(Applied Biosystems社製)で反応させることで、該反応物を検出、定量することができる。
前記(b)における、アミノ酸の「欠失、付加もしくは置換」や前記(d)における「80%以上の配列同一性」には、例えば、配列番号2、4又は6で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質が細胞内で受けるプロセシング、該蛋白質が由来する生物の種差、個体差、組織間の差異等により天然に生じる変異や、人為的なアミノ酸の変異等が含まれる。
前記(b)におけるアミノ酸の「欠失、付加もしくは置換」(以下、総じてアミノ酸の改変と記すこともある。)を人為的に行う場合の手法としては、例えば、配列番号2、4又は6で表されるアミノ酸配列をコードするDNAに対して慣用の部位特異的変異導入を施し、その後このDNAを常法により発現させる手法が挙げられる。ここで部位特異的変異導入法としては、例えば、アンバー変異を利用する方法(ギャップド・デュプレックス法、Nucleic Acids Res.,12,9441−9456(1984))、変異導入用プライマーを用いたPCRによる方法等が挙げられる。
前記で改変されるアミノ酸の数については、少なくとも1残基、具体的には1若しくは数個、又はそれ以上である。かかる改変の数は、ミトコンドリア活性化能力、及び/または免疫学的活性を見出すことのできる範囲であれば良い。
前記(c)及び(e)における「配列同一性」とは、2つのDNA又は2つの蛋白質間における配列の同一性及び相同性をいう。前記「配列同一性」は、比較対象の配列の領域にわたって、最適な状態にアラインメントされた2つの配列を比較することにより決定される。ここで、比較対象のDNA又は蛋白質は、2つの配列の最適なアラインメントにおいて、付加又は欠失(例えばギャップ等)を有していてもよい。このような配列同一性に関しては、例えば、Vector NTIを用いて、ClustalWアルゴリズム(Nucleic Acid Res.,22(22):4673−4680(1994)を利用してアラインメントを作成することにより算出することができる。尚、配列同一性は、配列解析ソフト、具体的にはVector NTI、GENETYX−MACや公共のデータベースで提供される解析ツールを用いて測定される。前記公共データベースは、例えば、ホームページアドレスhttp://www.ddbj.nig.ac.jpにおいて一般的に利用可能である。
本発明における配列同一性は、80%以上であればよいが、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらにより好ましくは97%である。
また、前記(f)における「ストリンジェントな条件」に関して、ここで使用されるハイブリダイゼーションは、例えば、Sambrook J.,Frisch E.F.,Maniatis T.著、モレキュラークローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールド スプリング ハーバー ラボラトリー発行(Cold Spring Harbor Laboratory press)等に記載される通常の方法に準じて行うことができる。また「ストリンジェントな条件下」とは、例えば、6xSSC(1.5M NaCl、0.15M クエン酸三ナトリウムを含む溶液を10xSSCとする)、50%フォルムアミドを含む溶液中で45℃にてハイブリッドを形成させた後、2xSSCで50℃にて洗浄するような条件(Molecular Biology,John Wiley & Sons,N.Y.(1989),6.3.1−6.3.6)等を挙げることができる。洗浄ステップにおける塩濃度は、例えば、2xSSCで50℃の条件(低ストリンジェンシーな条件)から0.2xSSCで50℃までの条件(高ストリンジェンシーな条件)から選択することができる。洗浄ステップにおける温度は、例えば、室温(低ストリンジェンシーな条件)から65℃(高ストリンジェンシーな条件)までの温度から選択することができる。また、塩濃度と温度の両方を変えることもできる。
前記(f)における「相補的な塩基配列」とは、PGC1αb遺伝子の塩基配列に対して、A:TおよびG:Cといった塩基対関係に基づいて、塩基的に相補的な関係にあるポリヌクレオチドを意味するものである。
なお、タンパク質におけるアミノ酸の変異数や変異部位は、その生物学的機能、すなわちミトコンドリア活性化能力、及び/または免疫学的活性が保持される限り制限はない。生物学的機能や免疫学的活性を喪失することなくアミノ酸残基が、どのように、何個置換、挿入あるいは欠失されればよいかを決定する指標は、当業者に周知のコンピュータプログラム、例えばDNA Star softwareを用いて見出すことができる。例えば変異数は、典型的には、全アミノ酸の10%以内であり、好ましくは全アミノ酸の5%以内であり、さらに好ましくは全アミノ酸の1%以内である。また置換されるアミノ酸は、置換後に得られるタンパク質がPGC1αbの生物学的機能及び/または免疫学的活性を保持している限り、特に制限されないが、タンパク質の構造保持の観点から、残基の極性、電荷、可溶性、疎水性、親水性並びに両親媒性など、置換前のアミノ酸と似た性質を有するアミノ酸であることが好ましい。例えば、Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Met、Phe及びTrpは互いに非極性アミノ酸に分類されるアミノ酸であり、Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn及びGlnは互いに非荷電性アミノ酸に分類されるアミノ酸であり、Asp及びGluは互いに酸性アミノ酸に分類されるアミノ酸であり、またLys、Arg及びHisは互いに塩基性アミノ酸に分類されるアミノ酸である。ゆえに、これらを指標として同群に属するアミノ酸を適宜選択することができる。
また、本発明は、前記PGC1αbをコードする塩基配列を含む遺伝子に関する。当該「遺伝子」または「DNA」には、特定の塩基配列(配列番号:1)で示される「遺伝子」または「DNA」だけでなく、これらによりコードされるタンパク質と生物学的機能が同等であるタンパク質(例えば、同族体(ホモログ)等)をコードする「遺伝子」または「DNA」が包含される。具体的には、「PGC1αb遺伝子」は配列番号1で表されるヒトPGC1αb遺伝子のみならず、その同族体(ホモログ)や、前記(d)に記載の「80%以上の配列同一性を有する塩基配列からなるDNA」や、前記(f)に記載の「配列番号1で表されるヒトPGC1αb遺伝子の相補鎖とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA」を包含している。すなわち、これらの遺伝子(DNA)によりコードされるアミノ酸配列からなり、かつN末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有するタンパク質がミトコンドリア活性化能力を有している限り、本発明のPGC1αb遺伝子の範疇である。
例えばヒト由来のタンパク質の同族体をコードする遺伝子(ホモログ)としては、当該タンパク質をコードするヒト遺伝子に対応するマウスやラットなど他生物種の遺伝子が例示できる。これらの遺伝子(ホモログ)は、HomoloGene(http://www.ncbi.nlm.nih.Gov/HomoloGene/)により同定することができる。当該遺伝子(ホモログ)は、具体的には、例えば下記のようにして取得することができる:特定のヒト遺伝子の塩基配列をBLAST(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:5873−5877,1993、http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)にかけて一致する(Scoreが最も高く、E−valueが0でかつIdentityが100%を示す)配列のアクセッション番号を取得する。そのアクセッション番号をUniGene(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/UniGene/)に入力して得られたUniGene Cluster ID(Hs.で示す番号)をHomoloGeneに入力する。結果として得られた他生物種遺伝子とヒト遺伝子との遺伝子ホモログの相関を示したリストから、特定の塩基配列で示されるヒト遺伝子に対応する遺伝子(ホモログ)としてマウスやラットなど他生物種の遺伝子を選抜する。具体的には、配列番号3で表されるマウスPGC1αb遺伝子や、配列番号5で表されるラットPGC1αb遺伝子を挙げることができる。
なお、遺伝子またはDNAは、機能領域の別を問うものではなく、例えば発現制御領域、コード領域、エキソン、またはイントロンを含むことができる。
本発明のPGC1αb遺伝子は、前述のとおり公知遺伝子であるPGC1αaのバリアントである。従って、PGC1αb遺伝子は、配列番号1に示す配列のうち、40番目の塩基以降の配列についてはPGC1αa遺伝子と同様の方法で取得することができる。PGC1αa遺伝子は、Genbank Accession No.NM_013261として公知であり、その取得方法についてもCell 92(6),829−839(1998)に記載されるように公知である。その同族体(ホモログ)としては、配列番号3に記載のマウスPGC1αb遺伝子の49番目の塩基以降の配列についてはマウスPGC1αa遺伝子(Genbank Accession No.NM_008904)や配列番号5に記載のラットPGC1αb遺伝子の64番目の塩基以降の配列についてはラットPGC1αa遺伝子(Genbank Accession No.NM_031347)が挙げられ、これらの取得方法についてもCell 92(6),829−839(1998)、J.Biol.Chem.277.(19),16750−16757(2002)に記載されるように公知である。
また、PGC1αb遺伝子は、通常の遺伝子工学的方法〔例えば、Sambrook J.,Frisch E.F.,Maniatis T.著、モレキュラークローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールド スプリング ハーバー ラボラトリー発行(Cold Spring Harbor Laboratory press)等に記載されている方法〕に準じて取得することができる。
具体的には、まず、ヒト、マウス又はラット等の組織、細胞やこれらに由来する培養細胞などからRNAを調製する。例えば、ラット筋肉を塩酸グアニジンやグアニジンチオシアネート等の強力な蛋白質変性剤を含む溶液中で粉砕し、さらに該粉砕物にフェノール、クロロホルム等を加えることにより蛋白質を変性させる。変性蛋白質を遠心分離等により除去した後、回収された上清画分から塩酸グアニジン/フェノール法、SDS−フェノール法、グアニジンチオシアネート/CsCl法等の方法により全RNAを抽出する。なお、これらの方法に基づいた市販の試薬としては、例えばISOGEN(ニッポンジーン製)、トリゾル試薬(Gibco BRL)等がある。
得られた全RNAを鋳型としてオリゴdTプライマーをRNAのポリA配列にアニールさせ、逆転写酵素を作用させることにより一本鎖cDNAを合成する。次いで、該一本鎖cDNAを鋳型とし、かつPGC1αb遺伝子の塩基配列(例えば、配列番号1、3又は5に記載の塩基配列)に基づいて設計されたオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いてポリメラーゼチェイン反応(以下、PCRと記す。)を行うことにより、PGC1αb遺伝子を増幅し、取得することができる。
また、上記の一本鎖cDNAを鋳型としてDNAポリメラーゼを作用させることにより二本鎖のcDNAを合成する。得られた二本鎖cDNAを、例えばプラスミドpUC118やファージλgt10などのベクターに挿入することによりcDNAライブラリーを作製する。このようにして得られるcDNAライブラリーや市販のcDNAライブラリーから、PGC1αb遺伝子の塩基配列(例えば、配列番号1、3又は5で示される塩基配列)の部分塩基配列を有するDNAをプローブとして用いるハイブリダイゼーション法や、PGC1αb遺伝子の塩基配列(例えば、配列番号1、3又は5で示される塩基配列)に基づいて設計されたオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いるPCRにより、PGC1αb遺伝子を取得することもできる。
PCRに用いるプライマーとしては、例えば、約15bpから約50bp程度の長さでかつGまたはC塩基の割合が約40%から約60%程度の塩基配列を、上記のような本発明のタンパク質をコードする既知の塩基配列から選択し、該塩基配列に基いてオリゴヌクレオチドを設計し、合成するとよい。
得られたPGC1αb遺伝子の塩基配列は、Maxam Gilbert法(例えば、Maxam,A.M & W.Gilbert,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,74,560,1977等に記載の方法)やSanger法(例えばSanger,F.& A.R.Coulson,J.Mol.Biol.,94,441,1975、Sanger,F,& Nicklen and A.R.Coulson.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,74,5463,1977等に記載の方法)により確認することができる。
上記のようにして得られたPGC1αb遺伝子は、例えば、J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著;モレキュラー クローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールドスプリング ハーバー ラボラトリー(Cold Spring Harbor Laboratory)発行、1989年等記載の遺伝子工学的方法に準じてベクターにクローニングすることができる。
ベクターとしては、PGC1αb遺伝子を挿入可能な限り特に限定は無く、公知のベクターや市販されているベクターを適宜用いることができる。PGC1αb遺伝子を挿入したベクターも又本発明の範疇である。
具体的には、大腸菌を宿主細胞とする場合には、例えばプラスミドpUC119(宝酒造(株)製)や、ファージミドpBluescriptII(ストラタジーン社製)等をあげることができる。出芽酵母を宿主細胞とする場合には、プラスミドpACT2(Clontech社製)などをあげることができる。また、哺乳類動物細胞を宿主細胞とする場合には、pRC/RSV、pRC/CMV(Invitrogen社製)等のプラスミド、ウシパピローマウイルスプラスミドpBPV(アマシャムファルマシア社製)、EBウイルスプラスミドpCEP4(Invitrogen社製)等のウイルス由来の自律複製起点を含むベクター、ワクシニアウイルス等のウイルスなどをあげることができる。昆虫類動物細胞(以下、昆虫細胞と記す。)を宿主細胞とする場合には、バキュロウイルス等の昆虫ウイルスをあげることができる。
PGC1αb遺伝子の上流に、宿主細胞で機能可能なプロモーターを機能可能な形で結合させ、これを上述のようなベクターに組み込むことにより、PGC1αb遺伝子を宿主細胞で発現させることの可能な発現ベクターを構築することができる。
ここで、「機能可能な形で結合させる」とは、PGC1αb遺伝子が宿主細胞に導入された際に、宿主細胞においてプロモーターの制御下に発現されるように、当該プロモーターとPGC1αb遺伝子とを結合させることを意味する。宿主細胞で機能可能なプロモーターとしては、前記〔5〕に記載の本発明のプロモーターを挙げるこあとができる。また、例えば、宿主細胞が大腸菌である場合には、大腸菌のラクトースオペロンのプロモーター(lacP)、トリプトファンオペロンのプロモーター(trpP)、アルギニンオペロンのプロモーター(argP)、ガラクトースオペロンのプロモーター(galP)、tacプロモーターもしくはtrcプロモーター等の大腸菌内で機能可能な合成プロモーター、T7プロモーター、T3プロモーター、λファージのプロモーター(λ−pL、λ−pR)等をあげることができる。また、宿主細胞が動物細胞や分裂酵母である場合には、例えば、ラウス肉腫ウイルス(RSV)プロモーター、サイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、シミアンウイルス(SV40)の初期もしくは後期プロモーター、マウス乳頭腫ウイルス(MMTV)プロモーター等をあげることができる。宿主細胞が出芽酵母である場合には、ADH1プロモーター(尚、ADH1プロモーターは、例えばADH1プロモーター及び同ターミネーターを保持する酵母発現ベクターpAAH5〔Washington Research Fundationから入手可能、Ammererら、Method in Enzymology、101 part(p.192−201)〕から通常の遺伝子工学的方法により調製することができる。)などをあげることができる。
一般的には、宿主細胞で機能可能なプロモーターとPGC1αb遺伝子とが機能可能な形で接続されてなるDNAを、宿主細胞で利用可能なベクターに組込んで、これを宿主細胞に導入する。宿主細胞において機能可能なプロモーターをあらかじめ保有するベクターを使用する場合には、ベクター保有のプロモーターとPGC1αb遺伝子とが機能可能な形で結合するように、該プロモーターの下流にPGC1αb遺伝子を挿入すればよい。例えば、前述のプラスミドpRC/RSV,pRC/CMV等は、動物細胞で機能可能なプロモーターの下流にクローニング部位が設けられており、該クローニング部位にPGC1αb遺伝子を挿入し動物細胞へ導入することにより、PGC1αb遺伝子を発現させることができる。また、前述の酵母用プラスミドpACT2はADH1プロモーターを有しており、該プラスミドまたはその誘導体のADH1プロモーターの下流にPGC1αb遺伝子を挿入すれば、PGC1αb遺伝子を例えばCG1945(Clontech社製)等の出芽酵母内で発現させることが可能な発現ベクターが構築できる。マーカー遺伝子(例えば、カナマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等の抗生物質耐性付与遺伝子など)を含むベクターを用いると、PGC1αb遺伝子が導入された形質転換細胞を当該マーカー遺伝子の表現型等を指標にして選択する際に便利である。
さらなる高発現を導くことが必要な場合には、PGC1αb遺伝子の上流にリボゾーム結合領域を連結してもよい。用いられるリボゾーム結合領域としては、Guarente L.ら(Cell 20,p543)や谷口ら(Genetics of Industrial Microorganisms,p202,講談社)による報告に記載されたものを挙げることができる。
上記のようにして得られる本ベクターを宿主細胞へ導入することにより、形質転換細胞(以下、本形質転換細胞と記すこともある。)を得ることができる。本形質転換細胞も又本発明の範疇である。宿主細胞としては、大腸菌などの原核生物細胞、酵母、動物細胞もしくは昆虫細胞などの真核生物細胞のいずれでもよく、用いる発現ベクターに応じて選択することができる。
PGC1αb遺伝子が組み込まれたベクター(以下、本ベクターと記すこともある。)を宿主細胞へ導入する方法としては、宿主細胞に応じた通常の導入方法を適用することができる。
例えば、大腸菌を宿主細胞とする場合には、「モレキュラー・クローニング」(J.Sambrookら、コールド・スプリング・ハーバー、1989年)等に記載される塩化カルシウム法やエレクトロポレーション法等の通常の方法を用いることにより本ベクターを宿主細胞へ導入することができる。また、哺乳類動物細胞または昆虫細胞を宿主細胞とする場合には、例えば、リン酸カルシウム法、DEAEデキストラン法、エレクトロポレーション法またはリポフェクション法等の一般的な遺伝子導入法により前記細胞に本ベクターを導入することができる。酵母菌を宿主細胞とする場合には、例えば、リチウム法を基にしたYeast transformation kit(Clontech社製)などを用いて導入することができる。
本ベクターが導入された形質転換細胞を選抜するには、例えば、本ベクターと同時に下記のようなマーカー遺伝子を宿主細胞に導入し、導入されたマーカー遺伝子の性質に応じた方法で本ベクターが導入された宿主細胞を培養すればよい。例えば、当該マーカー遺伝子が、宿主細胞に致死活性を示す選抜薬剤に対する薬剤耐性を付与する遺伝子(薬剤耐性付与遺伝子)である場合には、該薬剤を添加した培地を用いて、本ベクターが導入された宿主細胞を培養すれば良い。薬剤耐性付与遺伝子と選抜薬剤との組み合わせとしては、例えば、ネオマイシン耐性付与遺伝子とネオマイシンとの組み合わせ、ハイグロマイシン耐性付与遺伝子とハイグロマイシンとの組み合わせ、ブラストサイジンS耐性付与遺伝子とブラストサイジンSとの組み合わせ等を挙げることができる。また、当該マーカー遺伝子が宿主細胞の栄養要求性を相補する遺伝子である場合には、該栄養素を含まない最少培地を用いて、本ベクターが導入された細胞を培養すればよい。
上述のようにして得られた本ベクターが導入された形質転換細胞を培養することによりPGC1αb遺伝子を発現させることができる。
形質転換細胞の培養は、微生物培養、昆虫細胞もしくは哺乳動物細胞の培養に使用される通常の方法によって行うことができる。例えば大腸菌の場合、適当な炭素源、窒素源およびビタミン等の微量栄養物を適宜含む培地中で培養を行う。培養方法としては、固体培養、液体培養のいずれの方法でもよく、好ましくは、通気撹拌培養法等の液体培養を挙げることができる。
PGC1αb遺伝子は、前述の如く調製すればよいが、例えば、PGC1αb遺伝子の塩基配列からなる核酸を含有する組換えベクター又は組換えウイルス等の形態で使用されることもある。このような形態では、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、アデノ関連性ベクター、単純ヘルペスウイルスベクター、SV40ベクター、ポリオーマウイルスベクター、乳頭腫ウイルスベクター、ピコルナウイルスベクター及びワクシニアウイルスベクター等のウイルスベクターをあげることができる。さらに、アデノウイルスベクターを使用する場合には、例えばQUANTUM社製のAdEasy Kitを用い、PGC1αb遺伝子をTransfer Vectorのマルチクローニングサイトに組み込み、得られた組換えベクターを直線化した後に、pAdEasy vectorと共に大腸菌にトランスフォームし、相同組換え体DNAをヒト293A細胞に組み込むことにより、PGC1αb遺伝子を含有する組換えウイルスを産生させ、これを回収し、使用することもできる。
また、ヒトサイトメガウイルスのプロモーター領域を有するプラスミドDNA等のような非ウイルス系のベクターを用いることもできる。PGC1αb遺伝子を線維化組織部位に直接注入する場合のように、非ウイルスベクターを用いてPGC1αb遺伝子を局所的に送達するシステムにおいては、プラスミドDNAの使用は極めて有益である。体外に取り出された細胞に発現ベクターを導入して体内に戻す方法、すなわち、ex vivo法を使えば、あらゆる既知の導入方法が利用可能である。例えば、a)直接注入、b)リポソームを介する形質導入、c)リン酸カルシウム法・エレクトロポレーション法・DEAE−デキストラン法による細胞トランスフェクション、d)ポリブレンを介した送達、e)プロトプラスト融合、f)マイクロインジェクション、g)ポリリシンを使った形質導入などによって、非ウイルスベクターを導入することができる。
PGC1αbの取得は、一般の蛋白質の単離・精製に通常使用される方法を組み合わせて実施することができる。例えば、前記の培養により得られた形質転換細胞を遠心分離等で集め、該形質転換細胞を破砕または溶解させればよい。必要であれば蛋白質の可溶化を行い、イオン交換、疎水、ゲルろ過等の各種クロマトグラフィーを用いた工程を単独で、もしくは組み合わせることにより精製すればよい。必要であれば、精製された蛋白質の高次構造を復元する操作をさらに行ってもよい。
また、PGC1αbは、前述のとおりPGC1αaのバリアントであり、PGC1αaと同様の方法で取得することができる。具体的には、Biochemical Journal.Vol367 p413−22(2002)に記載された方法が挙げられる。
(II)プライマー又はプローブ
また、本発明は、PGC1αb遺伝子の塩基配列を特異的に認識するポリヌクレオチド、またはそれに相補的なポリヌクレオチドからなるプライマー又はプローブに関する。
本明細書において「ポリヌクレオチド」とは、RNAおよびDNAのいずれをも包含する趣旨で用いられ、前記DNAには、cDNA、ゲノムDNA、及び合成DNAのいずれもが含まれる。また前記RNAには、total RNA、mRNA、rRNA、及び合成のRNAのいずれもが含まれる。
ここで「特異的に認識する」とは、例えばノーザンブロット法を用いた場合は、PGC1αb遺伝子またはこれらに由来するポリヌクレオチドが特異的に検出できること、またRT−PCR法を用いた場合は、PGC1αb遺伝子またはこれらに由来するポリヌクレオチドが特異的に生成されることを意味するが、それに限定されることなく、当業者が上記検出物または生成物がこれらの遺伝子に由来するものであると判断できるものであればよい。本発明のプライマー又はプローブは、PGC1αbをPGC1αaと区別して認識できることが好ましい。
PGC1αbは、PGC1αaのスプライシングバリアントの一種であり、コード領域(ORF)のN末端付近の塩基配列が異なっている。従って、2つのプライマーのうち少なくとも1つ、又は両方のプライマーを、配列番号7に記載の塩基配列を特異的に認識するポリヌクレオチドとすることによって、PGC1αbを選択的に認識することができる。
ここで、「配列番号7に記載の塩基配列を特異的に認識するポリヌクレオチド」は、配列番号7に記載の塩基配列の内、少なくとも連続する5塩基以上、好ましくは10塩基以上の塩基配列を有するポリヌクレオチドであれば特に限定は無いが、PGC1αb遺伝子の部分配列からなるポリヌクレオチドであることが好ましい。すなわち、配列番号1、3又は5で表される塩基配列のうち連続する15以上の塩基配列を含有するポリヌクレオチドであって、かつN末端の部分配列に相当する配列番号7に記載の塩基配列の内、少なくとも連続する5塩基以上、好ましくは10塩基以上の塩基配列を有するポリヌクレオチドである。
「配列番号7に記載の塩基配列」として更に具体的には、配列番号50で表されるヒトPGC1αb由来の部分配列、配列番号51で表されるマウスPGC1αb由来の部分配列、配列番号52で表される、ラットPGC1αb由来の部分配列を挙げることができる。
一方、「配列番号7に記載の塩基配列を特異的に認識するポリヌクレオチド」とともに用いられるもう1つのプライマーは、「配列番号7に記載の塩基配列を特異的に認識するポリヌクレオチド」とともに用いることによって、PGC1αbを特異的に認識できるものであれば特に限定は無く、PGC1αbにおいて連続する少なくとも15塩基の長さを有するものであればよく、長さについては適宜選択し設定することができる。通常15bp〜100bp、好ましくは15bp〜50bp、より好ましくは15bp〜35bpの塩基長を有するものが例示できる。また検出プローブとして用いる場合には、通常15bp〜全配列の塩基数、好ましくは15bp〜1kb、より好ましくは100bp〜1kbの塩基長を有するものが例示できる。
そのようなプライマーもしくはプローブは、配列番号1、配列番号3、又は配列番号5で示される塩基配列等のPGC1αb遺伝子の塩基配列をもとに、例えばprimer3(http://www.genome.wi.mit.edu/cgi−bin/primer/primer3.cgi http://www.genome.wi.mit.edu/cgi−bin/primer/primer3.cgi)あるいはベクターNTI(Infomax社製)を利用して設計することができる。
具体的にはPGC1αb遺伝子をprimer 3またはベクターNTIのソフトウエアにかけて得られる、プライマーまたはプローブの候補配列、若しくは少なくとも該配列を一部に含む配列をプライマーまたはプローブとして使用することができる。
ここで相補的なポリヌクレオチド(相補鎖、逆鎖)とは、PGC1αb遺伝子の全長配列、または該塩基配列において少なくとも連続した15塩基長の塩基配列を有するその部分配列(ここでは便宜上、これらを「正鎖」ともいう)に対して、A:TおよびG:Cといった塩基対関係に基づいて、塩基的に相補的な関係にあるポリヌクレオチドを意味するものである。ただし、かかる相補鎖は、対象とする正鎖の塩基配列と完全に相補配列を形成する場合に限らず、対象とする正鎖とストリンジェントな条件でハイブリダイズすることができる程度の相補関係を有するものであってもよい。なお、ここでストリンジェントな条件は、Berger and Kimmel(1987,Guide to Molecular Cloning Techniques Methods in Enzymology,Vol.152,Academic Press,San Diego CA)に教示されるように、複合体或いはプローブを結合する核酸の融解温度(Tm)に基づいて決定することができる。例えばハイブリダイズ後の洗浄条件として、通常「1xSSC、0.1%SDS、37℃」程度の条件を挙げることができる。相補鎖はかかる条件で洗浄しても対象とする正鎖とハイブリダイズ状態を維持するものであることが好ましい。ストリンジェントな条件としては、特に制限されないが、前述のものが挙げられる。
具体的には、このような相補鎖として、対象の正鎖の塩基配列と完全に相補的な関係にある塩基配列からなる鎖、並びに該鎖と少なくとも90%、好ましくは95%の相同性を有する塩基配列からなる鎖を例示することができる。
また、正鎖側のポリヌクレオチドには、PGC1αb遺伝子の塩基配列またはその部分配列を有するものだけでなく、上記相補鎖の塩基配列に対してさらに相補的な関係にある塩基配列からなる鎖を含めることができる。
さらに上記正鎖のポリヌクレオチド及び相補鎖(逆鎖)のポリヌクレオチドは、各々一本鎖の形態で使用されても、また二本鎖の形態で使用されてもよい。
本発明のプライマー又はプローブは、ヒト等の哺乳動物の細胞や生体由来物(例えば尿、血液、組織片等)におけるPGC1αb遺伝子の発現の有無またはその程度(発現量)の検出に使用することもできる。すなわち本発明のプライマーは、ヒト等の哺乳動物の筋肉において、運動負荷の結果生じるミトコンドリア遺伝子群の活性化を正確に判断することができる。すなわち、本発明のプライマー又はプローブは運動応答的ミトコンドリア活性化の応答性を評価するためのツール(糖代謝マーカー)として有用である。
また本発明のプライマー又はプローブは、後述する、被験物質の、ミトコンドリア活性促進能力等の糖代謝改善能力、もしくはGlut4発現誘導能力の評価方法において、PGC1αb遺伝子の発現の有無や発現レベルを検出するために用いることができる。
(III)抗体
また本発明は、前記(I)における本発明のタンパク質、すなわちPGC1αbを特異的に認識する抗体に関する。
本明細書でいう「抗体」は、その形態に特に制限はなく、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体、キメラ抗体、一本鎖抗体、またはFabフラグメントやFab発現ライブラリーによって生成されるフラグメントなどのように抗原結合性を有する上記抗体の一部が包含される。また、「PGC1αbを特異的に認識する」は、PGC1αbをPGC1αaと区別して認識できることが好ましい。
本発明の抗体は、PGC1αbの部分ペプチドである配列番号8で表されるアミノ酸配列を含む配列を免疫抗原とするポリクローナル抗体であっても、またそのモノクローナル抗体であってもよい。さらに、PGC1αbを構成するアミノ酸配列のうち少なくとも連続する、通常8アミノ酸、好ましくは15アミノ酸、より好ましくは20アミノ酸からなり、かつ配列番号8で表されるアミノ酸配列を含むポリペプチドに対して抗原結合性を有する抗体である。
「配列番号8で表されるアミノ酸配列を含むポリペプチド」として、具体的には、配列番号53で表されるヒトPGC1αb特異的な部分配列を含むポリペプチド、配列番号54で表されるマウスPGC1αb特異的な部分配列を含むポリペプチド、又は配列番号55で表されるラットPGC1αb特異的な部分配列を含むポリペプチドを挙げることができる。
これらの抗体の製造方法は、すでに周知であり、本発明の抗体もこれらの常法に従って製造することができる(Current protocols in Molecular Biology edit.Ausubel et al.(1987)Publish.John Wiley and Sons.Section 11.12〜11.13)。具体的には、本発明の抗体がポリクローナル抗体の場合には、常法に従って大腸菌等で発現し精製したPGC1αbを用いて、あるいは常法に従って当該いずれかの本発明タンパク質の部分アミノ酸配列を有するオリゴペプチドを合成して、家兎等の非ヒト動物に免疫し、該免疫動物の血清から常法に従って得ることが可能である。例えば(Genes Dev,11:2052−2065,1997)記載の方法で取得することもできる。一方、モノクローナル抗体の場合には、常法に従って大腸菌等で発現し精製したPGC1αb、あるいはこれらタンパク質の部分アミノ酸配列を有するオリゴペプチドをマウス等の非ヒト動物に免疫し、得られた脾臓細胞と骨髄腫細胞とを細胞融合させて調製したハイブリドーマ細胞の中から得ることができる(Current protocols in Molecular Biology edit.Ausubel et al.(1987)Publish.John Wiley and Sons.Section 11.4〜11.11)。
また、抗体の作製に使用されるタンパク質は、後述する配列表に記載する遺伝子の配列情報(配列番号1、3、5)等に基づいて、DNAクローニング、各プラスミドの構築、宿主へのトランスフェクション、形質転換細胞の培養および培養物からのタンパク質の回収の操作等、通常の遺伝子工学的方法により得ることができる。これらの操作は、当業者に既知の方法、あるいは文献記載の方法[例えば、Sambrook J.,Frisch E.F.,Maniatis T.著、モレキュラークローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールド スプリング ハーバー ラボラトリー発行(Cold Spring Harbor Laboratory press;DM.Gloverら著、DNAクローニング(IRLプレス発行、1985)等に記載されている方法]などに準じて行うことができる。具体的にはPGC1αbをコードする遺伝子が所望の宿主細胞中で発現できる組み換えDNA(発現ベクター)を作成し、これを宿主細胞に導入して形質転換し、該形質転換細胞を培養して、得られる培養物から、目的タンパク質を回収することによって実施することができる。また、これらPGC1αbは、後記配列表に記載するアミノ酸配列の情報(配列番号2、4、6)等に従って、一般的な化学合成法(ペプチド合成)によって製造することもできる。
また本発明の抗体は、PGC1αbの部分アミノ酸配列を有するオリゴペプチドを用いて調製されるものであってよい。かかる抗体誘導のために用いられるオリゴペプチドは、機能的な生物活性を有することは要しないが、PGC1αbと同様な免疫原特性を有するものであることが望ましい。好ましくはかかる特性を有しPGC1αbのアミノ酸配列において少なくとも連続する、通常8アミノ酸、好ましくは15アミノ酸、より好ましくは20アミノ酸からなるポリペプチドであって、かつ配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有するポリペプチドを例示することができる。
なお、ここで「PGC1αbと同様な免疫原特性を有するオリゴペプチド」とは、免疫学的活性においてPGC1αbと同等の活性を有するオリゴペプチドを表し、適当な動物あるいはその細胞において特定の免疫反応を誘発し、かつPGC1αbに対する抗体と特異的に結合する能力を有するタンパク質を挙げることができる。当該抗体は、PGC1αbとPGC1αaと区別して認識できることが好ましい。
かかるポリペプチドに対する抗体の生成は、宿主に応じて種々のアジュバントを用いて免疫学的反応を高めることによって行うこともできる。限定はされないが、そのようなアジュバントには、フロイントアジュバント、水酸化アルミニウムのようなミネラルゲル、並びにリゾレシチン、プルロニックポリオル、ポリアニオン、ペプチド、油乳剤、キーホールリンペットヘモシアニン及びジニトロフェノールのような表面活性物質、BCG(カルメット−ゲラン桿菌)やコリネバクテリウム−パルヴムなどのヒトアジュバントなどがある。
本発明の抗体はPGC1αbに特異的に結合する性質を有することから、該抗体を利用することによって、ヒト等の哺乳動物の細胞や生体由来物(例えば尿、血液、組織片等)中の上記本発明タンパク質を特異的に検出することができる。すなわち、当該抗体はヒト等の哺乳動物の組織内、具体的には筋肉におけるPGC1αbのタンパク発現の有無を検出するために有用である。例えばヒト等の哺乳動物の筋肉において、運動負荷の結果生じるミトコンドリア遺伝子群の活性化を正確に判断することができる。従って、本発明の抗体は、運動応答的ミトコンドリア活性化の応答性を評価するためのツール(糖代謝マーカー)として有用である。
また、本発明の抗体は、後述する、被験物質の、ミトコンドリア活性促進能力などの糖代謝改善能力、もしくはGlut4発現誘導能力の評価方法において、PGC1αbの発現の有無や発現レベルを検出するために用いることができる。
ここで、該抗体をヒト等の哺乳動物における糖代謝の評価や糖代謝異常に関する診断に用いる場合、該マーカーは、配列番号2に記載されたヒトPGC1αbのアミノ酸配列を認識する抗体であることが好ましい。
(IV)PGC1αbプロモーター、発現ベクター及び形質転換細胞
本発明はまた、新規な、PGC1α(peroxisome proliferator−activated receptor gamma coactivator−1α)のバリアントであるPGC1αbのプロモーターを包含する。
本発明プロモーターは、(g)配列番号33、34または35で示される塩基配列からなるDNA、(h)配列番号33、34または35で示される塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、かつ転写を制御する能力を有するDNA、(i)配列番号33、34または35で示される塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ転写を制御する能力を有するDNAを含むプロモーターである。ここで、配列番号33で示される塩基配列からなるDNAは、ヒト由来の約3kbのPGC1αbプロモーター領域を表し、配列番号34で示される塩基配列からなるDNAは、ヒト由来の約1.3kbのPGC1αbプロモーター領域を表し、配列番号35で示される塩基配列からなるDNAは、マウス由来の約1.3kbのPGC1αbプロモーター領域を表す。
本明細書において「プロモーター」とは、調節遺伝子の一種で、RNAポリメラーゼが結合し、オペロンの転写を開始する部位であり、転写を促すために必要な配列を含むDNAを意味し、さらに、例えば、細胞型特異的もしくは組織特異的な制御を受けるプロモーター要素、又は外来性のシグナルもしくは因子(例えば、転写活性化蛋白質)によって誘導されるプロモーター依存的遺伝子発現を引き起こすために十分なプロモーター要素を含んでいてもよい。
前記(h)における「欠失、付加もしくは置換」(以下、総じて塩基の改変と記すこともある。)には、例えば、配列番号33、34または35で表される塩基配列を有するDNAの由来する生物の種差、個体差、組織間の差異等により天然に生じる変異や、人為的な塩基配列の変異等が含まれる。ここで、塩基配列の「欠失、付加もしくは置換」を人為的に行う場合の手法としては、例えば、配列番号33、34または35で表される塩基配列からなるDNAに対して慣用の部位特異的変異導入を施し、その後このDNAを常法により発現させる手法が挙げられる。ここで部位特異的変異導入法としては、例えば、ギャップド・デュープレックス法(、Nucleic Acids Res.,12,9441−9456(1984))、変異導入用プライマーを用いたPCRによる方法等が挙げられる。
前記で改変される塩基の数については、少なくとも1残基、具体的には1若しくは数個、又はそれ以上である。かかる改変の数は、転写を制御する能力を保持している限り特に限定はない。
前記(i)における「ストリンジェントな条件下」とは、例えば、6xSSC(1.5M NaCl、0.15M クエン酸三ナトリウムを含む溶液を10xSSCとする)、50%フォルムアミドを含む溶液中で45℃にてハイブリッドを形成させた後、2xSSCで50℃にて洗浄するような条件(Molecular Biology,John Wiley & Sons,N.Y.(1989),6.3.1−6.3.6)等を挙げることができる。洗浄ステップにおける塩濃度は、例えば、2xSSCで50℃の条件(低ストリンジェンシーな条件)から0.2xSSCで50℃までの条件(高ストリンジェンシーな条件)から選択することができる。洗浄ステップにおける温度は、例えば、室温(低ストリンジェンシーな条件)から65℃(高ストリンジェンシーな条件)までの温度から選択することができる。また、塩濃度と温度の両方を変えることもできる。
本発明プロモーターの調製方法としては、例えば、化学合成法、PCR、ハイブリダイゼーション法等が挙げられる。
化学合成法を用いて調製する場合、DNA自動合成機、例えばDNA合成機モデル380A(ABI社製)等を用いることができる。
次に、PCRを用いて本発明プロモーターを調製する方法について説明する。鋳型とするゲノムライブラリーは、例えば、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd edition」(1989)、Cold Spring Harbor Laboratory Press等に記載されている方法に準じてヒト、マウス等の哺乳動物の組織から調製することができる。また、ヒトゲノムDNA(クローンテック製)等の市販のゲノムDNAや、ヒトゲノムウォーカーキット(クローンテック製)等の市販ゲノムライブラリーを用いることができる。次いで、増幅させるプロモーターに対応したプライマー、例えば配列番号33で示される塩基配列からなるDNAを含む本発明プロモーターを調製する場合であれば、例えば配列番号36で示される塩基配列からなるプライマーと、配列番号37で示される塩基配列からなるプライマーとを用いてPCRを行う。尚、前記プライマーは、配列番号33で示される塩基配列に基づいて適宜設計することができ、また、その5’末端側に、制限酵素認識配列等を付加してもよい。前記のようにして増幅されたDNAは、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd edition」(1989),Cold Spring Harbor Laboratory Press、「Current Protocols In Molecular Biology」(1987),John Wiley & Sons,Inc.ISBN0−471−50338−X等に記載される通常の方法に準じてベクターにクローニングすることができる。具体的には例えばInvitrogen製のTAクローニングキットに含まれるプラスミドベクターやStratagene製のpBluescriptIIなどのプラスミドベクターを用いてクローニングすることができる。クローニングされたDNAの塩基配列は、F.Sanger,S.Nicklen,A.R.Coulson著、Proceedings of National Academy of Science U.S.A.(1977),74,5463−5467等に記載されるダイデオキシターミネーティング法などにより分析することができる。
次に、ハイブリダイゼーション法を用いて本発明プロモーターを調製する方法について説明する。
まず、プローブに用いるDNAを標識する。プローブに用いるDNAとしては、調製しようとするプロモーターの塩基配列の少なくとも一部を有するDNA、例えば、配列番号33又は35で示される塩基配列もしくはその連続した一部の塩基配列からなるDNAであってその鎖長が20塩基以上160塩基以下であるDNA、前記DNAの塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなるDNA、前記DNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズするDNA等を挙げることができる。
具体的には、配列番号33の塩基番号1番から600番で示される塩基配列からなるDNA、配列番号33の塩基番号400番から1100番で示される塩基配列からなるDNA、配列番号33の塩基番号900番から1600番で示される塩基配列からなるDNA、配列番号33の塩基番号1400番から2100番で示される塩基配列からなるDNA、配列番号33の塩基番号1900番から2600番で示される塩基配列からなるDNA、配列番号33の塩基番号2400番から3000番で示される塩基配列からなるDNA等を挙げることができる。
また、配列番号35の塩基番号1番から600番で示される塩基配列からなるDNA、配列番号35の塩基番号400番から1100番で示される塩基配列からなるDNA、配列番号35の塩基番号900番から1600番で示される塩基配列からなるDNA、配列番号35の塩基番号1400番から2100番で示される塩基配列からなるDNA、配列番号35の塩基番号1900番から2600番で示される塩基配列からなるDNA、配列番号35の塩基番号2400番から3000番で示される塩基配列からなるDNA等を挙げることができる。
プローブに用いる前記DNAは、例えば、化学合成法、PCR、ハイブリダイゼーション法等、「本発明プロモーターの調製方法」として前述した通常のDNAの調製方法によって得ることができる。なお、プローブに用いる前記DNAは、それ自身が例えば配列番号2で示されるアミノ酸配列を有するPGC1αbをコードする遺伝子の転写を制御する能力を有していても良い。
プローブに用いる前記DNAを放射性同位元素により標識するには、例えば、ベーリンガー製、宝酒造製のRandom Labelling Kit等を用いることができ、通常のPCR反応組成中のdCTPを[α−32P]dCTPに替えて、プローブに用いる前記DNAを鋳型にしてPCR反応を行うことにより、標識を行うこともできる。また、プローブに用いるDNAを蛍光色素で標識する場合には例えば、ECL Direct Nucleic Acid Labelling and Ditection System(Amersham Pharmacia Biotech製)等を用いることができる。プローブをハイブリダイズさせるDNAライブラリーとしては、例えば、ラットなどのげっ歯類等の動物由来のゲノムDNAライブラリー等を使用することができる。当該DNAライブラリーには、市販のゲノムDNAライブラリーを用いることもできるし、また「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd edition」(1989),Cold Spring Harbor Laboratory Pressや「Current Protocols In Molecular Biology」(1987),John Wiley & Sons,Inc.ISBN0−471−50338−X等に記載される通常のライブラリー作製法に従い、例えば、Stratagene製のλ FIX II、λ EMBL3、λ EMBL4、λ DASH II等のλベクターを用い、Gigapack packaging Extracts(Stratagene製)等をin vitroパッケージングに用いてゲノムDNAライブラリーを作製し、これを用いることもできる。
ハイブリダイゼーション方法としては、コロニーハイブリダイゼーションやプラークハイブリダイゼーションをあげることができ、ライブラリーの作製に用いられたベクターの種類に応じて方法を選択するとよい。例えば、使用されるライブラリーがプラスミドベクターで構築されたライブラリーである場合には、コロニーハイブリダイゼーションを行うことができる。具体的にはまず、ライブラリーのDNAを宿主微生物に導入して形質転換細胞を取得し、得られた形質転換細胞を希釈して寒天培地にまき、コロニーが現れるまで37℃で培養を行う。また、使用されるライブラリーがファージベクターで構築されたライブラリーである場合には、プラークハイブリダイゼーションを行うことができる。具体的にはまず、宿主微生物とライブラリーのファージを感染可能な条件下で混合した後さらに軟寒天培地と混合し、これを寒天培地上にまく。その後プラークが現れるまで37℃で培養を行う。より具体的には、例えば、Molecular Cloning 2nd edition(J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著、Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989年)2.60から2.65等に記載されている方法に準じて、NZY寒天培地に寒天培地1mm当り0.1〜1.0pfuの密度で、約9.0×10pfuのファージライブラリーを広げ、37℃で6〜10時間培養する。
次いで、前記のいずれのハイブリダイゼーション法を用いた場合も、前述の培養を行った寒天培地の表面にメンブレンフィルターをのせ、プラスミドを保有する形質転換細胞やファージを当該メンブレンフィルターに転写する。このメンブレンフィルターをアルカリ処理した後、中和処理し、次いで、DNAを当該フィルターに固定する処理を行う。より具体的には例えば、プラークハイブリダイゼーションの場合には、クローニングとシークエンス:植物バイオテクノロジー実験マニュアル(渡辺、杉浦編集、農村文化社1989年)等に記載の通常の方法に準じて、前記寒天培地の上にニトロセルロースフィルター又はナイロンフィルター等、例えば、Hybond−N(Amersham Pharmacia Biotech製)を置き、約1分間静置してファージ粒子をメンブレンフィルターに吸着させる。次に、当該フィルターをアルカリ溶液(1.5M塩化ナトリウム、0.5N水酸化ナトリウム)に約3分間浸してファージ粒子を溶解させてファージDNAをフィルター上に溶出させた後、中和溶液(1.5M塩化ナトリウム、0.5Mトリス塩酸、pH7.5)に約5分間浸す処理を行う。当該フィルターを洗浄溶液(300mM塩化ナトリウム、30mMクエン酸ナトリウム、200mMトリス塩酸)で約5分間洗った後、例えば、約80℃で約90分間ベーキングすることによりファージDNAをフィルターに固定する。このように調製されたフィルターと、前記プローブとを用いてハイブリダイゼーションを行う。ハイブリダイゼーションを行う際の試薬及び温度条件は、例えば、D.M.Glover編「DNA cloning,a practical approach」IRL PRESS(1985)ISBN 0−947946−18−7、クローニングとシークエンス:植物バイオテクノロジー実験マニュアル(渡辺、杉浦編集、農村文化社1989年)、または、Molecular Cloning 2nd edition(J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989年)等の記載の方法に準じて行うことができる。例えば、450〜900mMの塩化ナトリウム、45〜90mMのクエン酸ナトリウムを含み、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を0.1〜1.0%(W/V)の濃度で含み、変性した非特異的DNAを0〜200μg/mLの濃度で含み、場合によってはアルブミン、フィコール、ポリビニルピロリドン等をそれぞれ0〜0.2%(W/V)の濃度で含んでいてもよいプレハイブリダイゼーション溶液、好ましくは、900mMの塩化ナトリウム、90mMのクエン酸ナトリウム、1%(W/V)のSDSおよび100μg/mLの変性Calf−thymus DNAを含むプレハイブリダイゼーション溶液を、前記のようにして作製したフィルター1cm当り50〜200μLの割合で準備し、当該溶液に前記フィルターを浸して42〜68℃で1〜4時間、好ましくは、45℃で2時間保温する。次いで、例えば、450〜900mMの塩化ナトリウム、45〜90mMのクエン酸ナトリウムを含み、SDSを0.1〜1.0%(W/V)の濃度で含み、変性した非特異的DNAを0〜200μg/mLの濃度で含み、場合によってはアルブミン、フィコール、ポリビニルピロリドン等をそれぞれ0〜0.2%(W/V)の濃度で含んでいてもよいハイブリダイゼーション溶液、好ましくは、900mMの塩化ナトリウム、90mMのクエン酸ナトリウム、1%(W/V)のSDSおよび100μg/mLの変性Calf−thymus DNAを含むハイブリダイゼーション溶液と、前述の方法で調製して得られたプローブ(フィルター1cm当り1.0×10〜2.0×10cpm相当量)とを混合した溶液をフィルター1cm当り50〜200μLの割合で準備し、当該溶液にフィルターを浸し42〜68℃で4〜20時間、好ましくは、45℃で16時間保温しハイブリダイゼーション反応を行う。当該ハイブリダイゼーション反応後、フィルターを取り出し、15〜300mMの塩化ナトリウム、1.5〜30mMのクエン酸ナトリウム、および0.1〜1.0%(W/V)のSDS等を含む42〜68℃の洗浄溶液等、好ましくは、300mMの塩化ナトリウム、30mMのクエン酸ナトリウム、および1%(W/V)のSDSを含む55℃の洗浄溶液で、10〜60分間のフィルター洗浄を1〜4回、好ましくは15分間の洗浄を2回行う。さらに、フィルターを2×SSC溶液(300mM塩化ナトリウム、および30mMクエン酸ナトリウムを含む。)で軽くすすいだのち乾燥させる。このフィルターを、例えば、オートラジオグラフィーなどに供してフィルター上のプローブの位置を検出することにより、用いたプローブとハイブリダイズするDNAのフィルター上の位置を検出する。検出されたDNAのフィルター上の位置に相当するクローンをもとの寒天培地上で特定しこれを釣菌することにより、当該DNAを有するクローンを単離することができる。具体的には例えば、フィルターをイメージングプレート(富士フィルム)に4時間露光させ、次いで当該プレートを、BAS2000(富士フィルム)を用いて解析し、シグナルを検出する。フィルターの作製に用いた寒天培地のうち、シグナルが検出された位置に相当する部分を約5mm角にくり抜き、これを約500μLのSMバッファー(50mMトリス−塩酸pH7.5、0.1M塩化ナトリウム、7mM硫酸マグネシウム、および0.01%(W/V)ゼラチンを含む。)に2〜16時間、好ましくは3時間浸してファージ粒子を溶出させる。得られたファージ粒子溶出液をMolecular Cloning 2nd edition(J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989年)2.60から2.65に記載の方法に準じて寒天培地に広げ、37℃で6〜10時間培養する。この寒天培地を用いて前述の方法と同様の方法でファージDNAをフィルターに固定し、このフィルターと前述のプローブを用いてハイブリダイゼーションを行う。フィルターの作製に用いた寒天培地のうちの、シグナルが検出された位置に相当する部分からファージ粒子を溶出し、これを寒天培地に広げ、前述の方法と同様にフィルターを作製し、ハイブリダイゼーションを行う。このようなファージクローンの特定と純化を繰り返すことにより、用いたプローブとハイブリダイズする塩基配列からなるDNAを含むファージクローンが得られる。前述のようなハイブリダイゼーションによるスクリーニングを行うことにより得られたクローンの保有するDNAは、DNA調製や解析が容易なプラスミドベクター、例えば市販のpUC18、pUC19、pBLUESCRIPT KS+、pBLUESCRIPT KS− 等にサブクローニングして、プラスミドDNAを調製し、F.Sanger,S.Nicklen,A.R.Coulson著、Proceedings of National Academy of Science U.S.A.(1977),74,5463−5467等に記載されるダイデオキシターミネーティング法を用いてその塩基配列を決定することができる。塩基配列分析に用いる試料の調製は、例えば、Molecular Cloning 2nd edition(J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989年)13.15等に記載されているプライマーエクステンション法に準じて行うことができる。また、ファージクローンをMolecular Cloning 2nd edition(J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989年)2.60から2.65等に記載の方法に準じてNZYM液体培地で増幅し、ファージ液を調製して、これから例えば、Lambda−TRAPPLUS DNA Isolation Kit(Clontech製)等を用いてファージクローンDNAを抽出し、当該DNAを鋳型として、例えば前述のプライマーエクステンション法により塩基配列分析用の試料を調製し、塩基配列を分析することもできる。このようにして得られるDNAの転写を制御する能力は、後述のようにして確認することもできる。尚、本願において「転写を制御する能力」とは、例えば、プロモーターの下流に位置する遺伝子の転写を開始させる活性等を意味する(以下、プロモーター活性と記すこともある。)。
本発明プロモーターは、配列番号33の塩基番号1番から3000番又は配列番号35の塩基番号1番から3022番で示される塩基配列からなるDNAを含むプロモーター等に変異を導入することによって作製しても良い。具体的には、例えば、A.Greener,M.Callahan、Strategies(1994)7,32−34等に記載される方法を用いてランダムに変異を導入することによって取得することができ、W.Kramer,et al.、Nucleic Acids Research(1984)12,9441もしくはW.Kramer,H.J.Frits、Methods in Enzymology(1987)154,350等に記載のギャップド・デュープレックス(gapped duplex)法、またはT.A.Kunkel、Proc.of Natl.Acad.Sci.U.S.A.(1985)82,488もしくはT.A.Kunkel,et al.、Methods in Enzymology(1987)154,367等に記載のクンケル(Kunkel)法を用いて部位特異的に変異を導入することによって取得することができる。あるいは、配列番号33で示される塩基配列からなるDNAを含むプロモーター等のうち1ヶ所ないし数カ所の部分塩基配列を、他のプロモーターの、DNAの一部と入れ換えたキメラDNAを作製することによって取得することができ、例えば、S.Henikoff,et al.、Gene(1984)28,351、C.Yanisch−Perron,et al.、Gene(1985)33,103等に記載された方法を用いることができる。
本明細書において、「プロモーターの下流(3’側)に当該プロモーターによって転写が制御される遺伝子」とは、前記プロモーターによって、転写が開始する遺伝子であれば特に限定は無いが、具体的には、PGC1αb遺伝子又は後述するレポータージーンアッセイに用いられるレポーター遺伝子等を挙げることができる。
ここで、PGC1αb遺伝子には、配列番号2で示されるヒトPGC1αbをコードする、配列番号1で示される塩基配列からなるヒトPGC1αb遺伝子のみならず、その同族体(ホモログ)および変異体等が包含される。例えば、同族体(ホモログ)としては、ヒトのタンパク質に対応するマウスやラットなど他生物種のタンパク質が例示でき、これらはHomoloGene(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/HomoloGene/)により同定された遺伝子の塩基配列から演繹的に同定することができる。具体的には、配列番号4で示されるマウスPGC1αbをコードする、配列番号3で示される塩基配列からなるマウスPGC1αb遺伝子、又は配列番号6で示されるラットPGC1αbをコードする、配列番号5で示される塩基配列からなるラットPGC1αb遺伝子を挙げることができる。
前記の種々の方法で調製される本発明プロモーターを、通常の方法、例えば、「田村隆明著(羊土社刊)、新転写制御のメカニズム(2000年)」33〜40頁、「野村慎太郎、渡辺俊樹監修著(秀潤社刊)、脱アイソトープ実験プロトコール(1998年)」等に記載された方法に準じて、プロモーター活性を維持したまま、その一部分の塩基を欠失させて得られる(即ち、適当な制限酵素を用いて切り出すことにより調製される)DNAも本発明プロモーターとして使用することができる。得られたDNAの、PGC1αb遺伝子の転写を制御する能力は後述する方法により確認することができる。
本発明プロモーターを機能可能な形で含有する発現ベクターも又、本発明の範疇である。当該発現ベクターとしては、後述するプラスミド等を挙げることができる。すなわち、本発明プロモーターを挿入するためのプラスミドとしては、所望の細胞内で機能可能なプラスミドであれば良く、当該プラスミドが導入された細胞を選択するためのマーカー遺伝子(例えば、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子又はネオマイシン耐性遺伝子等)を含んでいてもよい。また、前記プラスミドにおいて、本発明プロモーターおよび所望の遺伝子がプラスミド上で機能可能な形で連結されるような位置、例えば当該プロモーターを挿入する部位の下流に遺伝子挿入部位がさらに有ると、所望の遺伝子を細胞内で発現させるためのプラスミドの構築等に好ましく利用できる。ここで遺伝子挿入部位とは、例えば、遺伝子工学的手法で通常用いられる制限酵素が特異的に認識切断可能な塩基配列であり、本発明プロモーターを有するプラスミド上に唯一存在する種類の制限酵素認識配列が好ましい。当該プラスミドとして具体的には、例えば、pUC系プラスミド[pUC118,pUC119(宝酒造製)など]、pSC101系プラスミド、Ti−プラスミド[pBI101,pBI121(Clontech製)など]、pBR322プラスミド(Boehringer Mannheim製)、pcDNA3プラスミド(Invitrogen製)等が挙げられる。
本発明プロモーターの前記プラスミドへの挿入は、通常の方法、例えば「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd edition」(1989),Cold Spring Harbor Laboratory Press、「Current Protocols In Molecular Biology」(1987),John Wiley & Sons,Inc.ISBN0−471−50338−X等に記載される方法に準じて行うことができる。
また、例えば前記プラスミドのうち本発明プロモーターの制御下にルシフェラーゼ遺伝子等のレポーター遺伝子を含むプラスミドは、当該プラスミド中の本発明プロモーターのプロモーター活性を測定する場合に好ましく利用することができる。具体的には、ルシフェラーゼ遺伝子を含む市販のプラスミド、例えば、pGL3−basic(Promega製)、PicaGene Basic Vector(東洋インキ製)等のプラスミドを使って作製することができる。具体的には、pGL3−basicの遺伝子挿入部位に通常の方法により本発明プロモーターを機能可能な形で挿入することにより、本発明プロモーターの制御下にルシフェラーゼ遺伝子を含むプラスミドを作製することができる。
前記の本発明プロモーターを含有する本発明の発現ベクターが導入されてなる本発明形質転換細胞の調製方法について以下に説明する。
本発明プロモーター又は本発明発現ベクターを導入する宿主細胞としては、大腸菌、酵母、植物細胞、動物細胞等の細胞を挙げることができ、本発明プロモーター又は本発明発現ベクターが細胞内で増幅可能な形態を保てる細胞であればよい。好ましくは動物細胞、特に好ましくは骨格筋由来細胞を挙げることができる。本発明プロモーター又は本発明発現ベクターの宿主細胞への導入法としては、細胞に応じた導入方法を適用することができ、例えば動物細胞にはりん酸カルシウム法、電気導入法、DEAEデキストラン法、ミセル形成法などを適用することができる。具体的には例えば、りん酸カルシウム法としては、Grimm,S. et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,93,10923−10927等に記載の方法を挙げることができ、電気導入法およびDEAEデキストラン法としては、Ting,A.T.et al.,EMBO J.,15,6189−6196等に記載の方法を挙げることができ、ミセル形成法としては、Hawkins,C.J.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,93,13786−13790等に記載の方法を挙げることができる。ミセル形成法としては例えば、リポフェクトアミン(GibcoBRL製)やフュージーン(Boehringer Mannheim製)等の市販の試薬を使用することが可能である。
(V)発現制御能力の評価方法
(V−1)プライマー又はプローブを用いる方法
また本発明は、下記の工程(1)、(2)及び(3)の工程を含むPGC1αb遺伝子の発現制御能力の評価方法を包含する。
(1)被験物質とPGC1αb遺伝子を発現可能な細胞とを接触させる工程、
(2)被験物質を接触させた細胞のPGC1αb遺伝子の発現量を測定し、該発現量を、被験物質を接触させない対照細胞の上記遺伝子の発現量と比較する工程、
(3)(2)の比較結果に基づいて、PGC1αb遺伝子の発現量を変動させるか否かを指標として被験物質のPGC1αb遺伝子の発現制御能力を評価する工程。
ここで用いられるPGC1αb遺伝子としては、使用する細胞の内在性のPGC1αb遺伝子、外来遺伝子として細胞に導入されたPGC1αb遺伝子のいずれでも良いが、使用する細胞の内在性のPGC1αb遺伝子が好ましい。外来遺伝子として導入する場合、PGC1αb遺伝子は用いられる細胞の由来動物種のPGC1αb遺伝子であることが好ましい。
かかるスクリーニングに用いられる細胞としては、PGC1αb遺伝子を発現している細胞であれば特に限定は無いが、例えば筋肉組織由来細胞、前述のPGC1αb遺伝子発現ベクターを導入されてなる形質転換細胞等が挙げられる。由来動物種としては、ラット、マウス、モルモット等のげっ歯類哺乳動物、イヌ、サル、ヒト等が挙げられる。
以上に挙げたような細胞の他、細胞の集合体である組織(例えば筋肉組織片)も、本発明のスクリーニングに用いられる「細胞」の範疇に含まれる。
被験物質となりえるものとしては、制限されないが、核酸、ペプチド、タンパク質、有機化合物、無機化合物などであり、スクリーニングは、具体的には被験物質を含む試料(被験試料)を上記組織/または細胞と接触させて行うことができる。かかる被験試料としては特に限定は無く、細胞抽出液、遺伝子ライブラリーの発現産物、合成低分子化合物、合成ペプチド、天然化合物、土壌抽出液などが挙げられるが、これに制限されない。
前記の工程(2)における「対照細胞」とは前記工程(1)で用いられるPGC1αb遺伝子を発現可能な細胞において、被験物質を接触させない場合の当該細胞を表す。「被験物質を接触させない場合」には、被験物質の代わりに被験物質と同量の溶媒(ブランク)を添加する場合や、PGC1αb遺伝子の発現に影響を与えないネガティブコントロール物質を添加する場合も含まれる。
また、被験物質と細胞とを接触させる条件は、特に制限されないが、該細胞が死なないように、その培養条件(温度、pH、培地組成など)を大きく変化させない条件を採用することが好ましい。
このような遺伝子の発現レベルの検出及び定量は、前記細胞から調製したRNA又はそれから転写された相補的なポリヌクレオチドを用いて、ノーザンブロット法、RT−PCR法など公知の方法で実施できる。
ノーザンブロット法を利用する場合は、具体的には、PGC1αb遺伝子の塩基配列において連続する少なくとも15塩基を有するポリヌクレオチド及び/又はその相補的なポリヌクレオチドをプライマーまたはプローブとして用いることによって、RNA中のPGC1αb遺伝子の発現の有無やその発現レベルを検出、測定することができる。
ここで相補的なポリヌクレオチド(相補鎖、逆鎖)とは、PGC1αb遺伝子の全長配列、または該塩基配列において少なくとも連続した15塩基長の塩基配列を有するその部分配列(ここでは便宜上、これらを「正鎖」ともいう)に対して、A:TおよびG:Cといった塩基対関係に基づいて、塩基的に相補的な関係にあるポリヌクレオチドを意味するものである。ただし、かかる相補鎖は、対象とする正鎖の塩基配列と完全に相補配列を形成する場合に限らず、対象とする正鎖とストリンジェントな条件でハイブリダイズすることができる程度の相補関係を有するものであってもよい。なお、ここでストリンジェントな条件は、前述のとおりである。具体的には、このような相補鎖として、対象の正鎖の塩基配列と完全に相補的な関係にある塩基配列からなる鎖、並びに該鎖と少なくとも90%、好ましくは95%の相同性を有する塩基配列からなる鎖を例示することができる。
また、正鎖側のポリヌクレオチドには、PGC1αb遺伝子の塩基配列またはその部分配列を有するものだけでなく、上記相補鎖の塩基配列に対してさらに相補的な関係にある塩基配列からなる鎖を含めることができる。
さらに上記正鎖のポリヌクレオチド及び相補鎖(逆鎖)のポリヌクレオチドは、各々一本鎖の形態でプライマーもしくはプローブとして使用されても、また二本鎖の形態で使用されてもよい。
前記プライマーもしくはプローブは、具体的にはヒトPGC1αb遺伝子の塩基配列に関する配列番号1に記載される塩基配列(全長配列)からなるポリヌクレオチドであってもよいし、その相補配列からなるポリヌクレオチドであってもよい。また、マウスPGC1αb遺伝子の塩基配列に関する配列番号3に記載される塩基配列(全長配列)もしくはラットPGC1αb遺伝子の塩基配列に関する配列番号5に記載される塩基配列(全長配列)からなるポリヌクレオチドであってもよいし、その相補配列からなるポリヌクレオチドであってもよい。更に、前記各配列番号で示されるPGC1αb遺伝子もしくは該遺伝子に由来するポリヌクレオチドを選択的に(特異的に)認識するものであれば、上記全長配列若しくはその相補配列の部分配列からなるポリヌクレオチドであってもよい。この場合、前記(II)に記載のプライマーもしくはプローブを用いればよい。
なお、ここで「選択的に(特異的に)認識する」とは、例えばノーザンブロット法を用いた場合は、PGC1αb遺伝子またはこれらに由来するポリヌクレオチドが特異的に検出できること、またRT−PCR法を用いた場合は、PGC1αb遺伝子またはこれらに由来するポリヌクレオチドが特異的に生成されることを意味するが、それに限定されることなく、当業者が上記検出物または生成物がこれらの遺伝子に由来するものであると判断できるものであればよい。
上記のプローブもしくはプライマーは、PGC1αb遺伝子の発現によって生じたRNAまたはそれに由来するポリヌクレオチドを特異的に認識し増幅するためのプライマーとして、または該RNAまたはそれに由来するポリヌクレオチドを特異的に検出するためのプローブとして利用することができる。
具体的には、前記プライマーもしくはプローブを放射性同位元素(32P、33Pなど:RI)や蛍光物質などで標識し、それを、常法に従ってナイロンメンブレン等にトランスファーした細胞由来のRNAとハイブリダイズさせた後、形成された前記プライマーもしくはプローブ(DNAまたはRNA)とRNAとの二重鎖を、前記プライマーもしくはプローブの標識物(RI若しくは蛍光物質)に由来するシグナルを放射線検出器(BAS−1800II、富士フィルム社製)または蛍光検出器で検出、測定する方法を例示することができる。また、AlkPhos Direct Labelling and Detection System(Amersham PharamciaBiotech社製)を用いて、プロトコールに従って前記プローブを標識し、被験者の生体組織由来のRNAとハイブリダイズさせた後、前記プローブの標識物に由来するシグナルをマルチバイオイメージャーSTORM860(Amersham Pharmacia Biotech社製)で検出、測定する方法を使用することもできる。
RT−PCR法を利用する場合は、PGC1αb遺伝子の塩基配列において連続する少なくとも15塩基を有するポリヌクレオチド及び/又はその相補的なポリヌクレオチドをプライマーとして用いることによって、RNA中のPGC1αb遺伝子の発現の有無や発現レベルを検出、測定することができる。具体的には、被験者の生体組織由来のRNAから常法に従ってcDNAを調製して、これを鋳型として標的のPGC1αb遺伝子の領域が増幅できるように、PGC1αb遺伝子の配列に基づき調製した一対のプライマー(上記cDNA(−鎖)に結合する正鎖、+鎖に結合する逆鎖)をこれとハイブリダイズさせて、常法に従ってPCR法を行い、得られた増幅二本鎖DNAを検出する方法を例示することができる。なお、増幅された二本鎖DNAの検出は、上記PCRを予めRIや蛍光物質で標識しておいたプライマーを用いて行うことによって産生される標識二本鎖DNAを検出する方法、産生された二本鎖DNAを常法に従ってナイロンメンブレン等にトランスファーさせて、標識した前記プライマーをプローブとして使用してこれとハイブリダイズさせて検出する方法などを用いることができる。なお、生成された標識二本鎖DNA産物はアジレント2100バイオアナライザ(横河アナリティカルシステムズ社製)などで測定することができる。また、SYBR Green RT−PCR Reagents(Applied Biosystems社製)で該プロトコールに従ってRT−PCR反応液を調製し、ABI PRIME 7900 Sequence Detection System(Applied Biosystems社製)で反応させて、該反応物を検出することもできる。
また、PGC1αb遺伝子の遺伝子発現レベルは、DNAチップを利用して検出あるいは定量することもできる。この場合、前記のPGC1αb遺伝子を特異的に認識するポリヌクレオチドをチップのプローブとして使用することができる(例えば、Affymetrix社のGene Chip Human Genome U95 A,B,C,D,Eの場合、25bpの長さのポリヌクレオチドプローブとして用いられる)。かかるDNAチップを、本評価方法で用いる細胞から調製される標識DNAまたは標識RNAとハイブリダイズさせて、ハイブリダイズによって形成されたチップ上の前記プローブと標識DNAまたは標識RNAとの複合体を、該標識DNAまたは標識RNAの標識を指標として検出することにより、細胞でのPGC1αb遺伝子の発現の有無または発現レベル(発現量)が評価できる。
被験物質を添加した細胞におけるPGC1αb遺伝子の発現量が被験物質を添加しない対照細胞での発現量と比較して1.5倍以上、好ましくは2倍以上、更に好ましくは3倍以上であれば、該被験物質はPGC1αbの発現誘導物質として選択することができる。一方、被験物質(候補物質)を添加した細胞におけるPGC1αb遺伝子の発現が被験物質(候補物質)を添加しない対照細胞での発現量と比較して3/4倍以下、好ましくは1/2倍以下、更に好ましくは1/3倍以下であれば、該被験物質はPGC1αbの発現抑制物質として選択することができる。
あるいは、被験物質存在下における、PGC1αb遺伝子の発現量(以下、測定値1と記す。)を、被験物質非存在下における当該遺伝子の発現量(以下、測定値2と記す。)と比較することによって、被験物質のPGC1αb遺伝子の発現誘導活性もしくは発現抑制活性を評価することができる。この場合、前記測定値を用いて、下記の式に従って発現誘導率として求めるとよい。
発現誘導率(%)={(測定値1−測定値2)/測定値2}×100
被験物質のPGC1αb遺伝子発現誘導率が、統計学的に有意な値を示す物質、具体的に好ましくは、例えば、30%以上を示す物質、より好ましくは50%以上を示す物質を、PGC1αb発現誘導能力を有する物質として選抜する。尚、測定値が負の値を示す場合、当該被験物質は発現抑制物質である。
実施例に示すように、筋肉細胞では、運動刺激により特異的かつ迅速にPGC1αb遺伝子が発現上昇している。この知見は、PGC1αb遺伝子の発現は糖代謝応答性であることを示している。
よって、本発明の評価方法で得られるPGC1αb遺伝子発現促進剤は、後述する糖代謝改善剤等として利用される。
(V−2)抗体を用いる方法
また、本発明は下記の工程(1)、(2)及び(3)の工程を含む、PGC1αbの発現制御能力の評価方法に関する:
(1)被験物質とPGC1αbを発現可能な細胞とを接触させる工程、
(2)被験物質を接触させた細胞のPGC1αbの発現量を測定し、該発現量を、被験物質を接触させない対照細胞のPGC1αbの発現量と比較する工程、
(3)(2)の比較結果に基づいて、PGC1αbの発現量を変動させるか否かを指標として被験物質のPGC1αbの発現制御能力を評価する工程。
本発明スクリーニング方法に用いられる細胞は、内在性および外来性を問わず、PGC1αbを有する培養細胞全般を挙げることができる。具体的には上記(V−1)項に記載された細胞を挙げることができる。
PGC1αbの発現はPGC1αb遺伝子発現産物であるタンパク質を検出することにより、容易に確認することができる。
本発明の評価方法にかかるPGC1αbの発現量は、前記(III)に記載の抗体(例えば配列番号2で表されるヒトPGC1αb、または配列番号4もしくは6で表されるそのホモログを認識する抗体)を用いたウェスタンブロット法等の公知方法に従って定量できる。ウェスタンブロット法は、一次抗体として本発明の抗体を用いた後、二次抗体として125Iなどの放射性同位元素、蛍光物質、ホースラディッシュペルオキシダーゼ(HRP)等の酵素等で標識した一次抗体に結合する抗体を用いて標識し、これら標識物質由来のシグナルを放射線測定器(BAI−1800II:富士フィルム社製など)、蛍光検出器などで測定することによって実施できる。また、一次抗体として本発明の抗体を用いた後、ECL Plus Western Blotting Detection System(アマシャム ファルマシアバイオテク社製)を利用して該プロトコールに従って検出し、マルチバイオメージャーSTORM860(アマシャム ファルマシアバイオテク社製)で測定することもできる。
被験物質となりえるもの、または対照細胞としては、前記(V−1)と同じものが挙げられる。
被験物質を添加した細胞におけるPGC1αbの発現量が被験物質を添加しない対照細胞での発現量と比較して1.5倍以上、好ましくは2倍以上、更に好ましくは3倍以上であれば、該被験物質はPGC1αbの発現誘導物質として選択することができる。一方、被験物質(候補物質)を添加した細胞におけるPGC1αbの発現が被験物質(候補物質)を添加しない対照細胞での発現量と比較して3/4倍以下、好ましくは1/2倍以下、更に好ましくは1/3倍以下であれば、該被験物質はPGC1αbの発現抑制物質として選択することができる。
あるいは、被験物質存在下における、PGC1αbの発現量(以下、測定値1と記す。)を、被験物質非存在下におけるPGC1αbの発現量(以下、測定値2と記す。)と比較することによって、当該被験物質のPGC1αbの発現誘導活性もしくは発現抑制活性を評価することができる。この場合、前記測定値を用いて、下記の式に従って発現誘導率として求めるとよい。
発現誘導率(%)={(測定値1−測定値2)/測定値2}×100
被験物質のPGC1αb発現誘導率が、統計学的に有意な値を示す物質、具体的に好ましくは、例えば、30%以上を示す物質、より好ましくは50%以上を示す物質を、PGC1αb発現誘導能力を有する物質として選抜する。尚、測定値が負の値を示す場合、当該被験物質は発現抑制物質である。
(V−3)プロモーター活性を指標とする方法
また本発明は、下記の工程(1)、(2)及び(3)を含む、PGC1αb遺伝子の発現制御能力の評価方法を包含する:
(1)被験物質と、本発明のプロモーターを結合されてなるレポーター遺伝子を発現可能な細胞とを接触させる工程、
(2)被験物質を接触させた細胞の前記レポーター遺伝子の発現量を測定し、該発現量を、被験物質を接触させない対照細胞の前記レポーター遺伝子の発現量と比較する工程、及び
(3)(2)の比較結果に基づいて、前記レポーター遺伝子の発現量を変動させるか否かを指標として被験物質のPGC1αb遺伝子の発現制御能力を評価する工程。
使用される細胞としては、哺乳動物細胞を宿主とする本発明形質転換細胞が好ましく、哺乳動物の骨格筋由来細胞を宿主とする本発明形質転換細胞が特に好ましい。由来動物種としては、ラット、マウス、モルモット等のげっ歯類哺乳動物、イヌ、サル、ヒト等が挙げられる。以上に挙げたような細胞の他、細胞の集合体である組織(例えば筋肉組織片)も、本発明のスクリーニングに用いられる「細胞」の範疇に含まれる。
前記形質転換細胞は、以下のようにして調製することができる。
まず本発明プロモーターを、グルクロニダーゼ(GUS)、ルシフェラーゼ、クロラムフェニコールトランスアセチラーゼ(CAT)、β−ガラクトシダーゼ及びグリーン蛍光蛋白質(GFP)等のレポーター遺伝子(その発現を解析することができる遺伝子)に機能可能な形で連結することにより、本発明プロモーターを機能可能な形で連結されてなるレポーター遺伝子を調製する。ここで「機能可能な形で連結する」とは、ある遺伝子と一つまたはそれ以上の調節配列とが、適した外来性のシグナル又は因子が調節配列に結合した時に遺伝子発現が可能となるような様式で連結することを意味する。次に、本発明プロモーターを機能可能な形で連結されてなるレポーター遺伝子を通常の遺伝子工学的手法を用いて、当該レポーター遺伝子を導入する細胞において使用可能なベクターに挿入することにより、プラスミドを作製する。次いで、前記プラスミドを細胞へ導入する。細胞への導入法としては、例えば、リン酸カルシウム法、電気導入法、DEAEデキストラン法、ミセル形成法等を挙げることができる。リン酸カルシウム法としてはGrimm,S.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,93,10923−10927等に記載される方法、電気導入法及びDEAEデキストラン法としてはTing,A.T.et al.,EMBO J.,15,6189−6196等に記載される方法、ミセル形成法としてはHawkins,C.J.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,93,13786−13790等に記載される方法を挙げることができる。ミセル形成法を用いる場合には、リポフェクトアミン(ギブコ製)やフュージーン(ベーリンガー製)等の市販の試薬を利用するとよい。
前記プラスミドの導入処理を施した細胞を、例えば、当該ベクターに予め含まれる選抜マーカー遺伝子を利用し、当該選択マーカー遺伝子に応じた選抜条件の培地で培養することにより、形質転換細胞を選抜することができる。
また、前記形質転換細胞は、後述する形質転換非ヒト動物の組織から通常の方法により調製してもよい。
被験物質となりえるものとしては、制限されないが、核酸、ペプチド、タンパク質、有機化合物、無機化合物などであり、スクリーニングは、具体的には被験物質を含む試料(被験試料)を上記組織/または細胞と接触させて行うことができる。かかる被験試料としては特に限定は無く、細胞抽出液、遺伝子ライブラリーの発現産物、合成低分子化合物、合成ペプチド、天然化合物、土壌抽出液などが挙げられるが、これに制限されない。
上記の工程(1)において、本発明プロモーターを機能可能な形で連結されてなるレポーター遺伝子を含有する細胞と接触させる被験物質の濃度は、通常約0.1μM〜約100μMであればよく、約1μM〜約50μMが好ましく、約1μM〜約10μMがより好ましい。当該細胞と被験物質とを接触させる時間は、通常、約1時間以上5日程度であり、数時間から4日程度が好ましい。好ましくは、18時間以上60時間程度であり、より好ましくは24時間から40時間程度が挙げられる。
当該細胞と被験物質との接触は、当該細胞が成育可能な条件で培養しながら行えばよい。例えば、哺乳動物細胞を宿主とする本発明形質転換細胞の場合、適宜ウシ胎児血清等の哺乳動物由来の血清を添加したD−MEM、OPTI−MEM、RPMI1640培地(Gibco−BRL製)等の市販の培地中で培養できる。培養は、通常約30℃〜約40℃、約2%(V/V)〜10%(V/V)二酸化炭素存在下で実施すればよく、約35℃〜約37℃、約4%(V/V)〜約6%(V/V)二酸化炭素存在下で実施するのがより好ましい。
被験物質と接触させる際の当該細胞の細胞数は、例えば24ウェルプレートを用いる場合、通常約1×10個/ウェル〜約1×10個/ウェルであればよく、約5×10個/ウェル〜約8×10個/ウェルが好ましい。
前記の工程(2)における「対照細胞」とは、前記工程(1)で用いられるレポーター遺伝子を発現可能な細胞において、被験物質を接触させない場合の当該細胞を表す。「被験物質を接触させない場合」には、被験物質の代わりに被験物質と同量の溶媒(ブランク)を添加する場合や、レポーター遺伝子の発現に影響を与えないネガティブコントロール物質を添加する場合も含まれる。
また、被験物質と細胞とを接触させる条件は、特に制限されないが、該細胞が死なないように、その培養条件(温度、pH、培地組成など)を大きく変化させない条件を採用することが好ましい。
上記の探索方法において、「レポーター遺伝子の発現量をモニターする」方法としては、前記形質転換細胞中におけるレポーター遺伝子の発現量を時間経過に沿って連続的に又は不連続に測定できる方法であればどのような方法であってもよい。例えば、レポーター遺伝子として酵素遺伝子を用いる場合には当該酵素の活性測定を利用し、またレポーター遺伝子の発現産物、即ち当該遺伝子に対応するmRNAもしくは当該遺伝子に対応する蛋白質を検出する方法(具体的にはノザンブロッティング、ウェスタンブロッティング等)等を利用すればよい。
レポーター遺伝子として酵素遺伝子を用いる場合における当該酵素の活性測定を利用する方法において、使用され得るレポーター遺伝子としては、例えば、ルシフェラーゼ遺伝子、GFP(Green Fluorescent Protein)、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ、βガラクトシダーゼ等、発現生成した蛋白質の活性の測定が容易であるものを好ましく挙げることができる。レポーター遺伝子としてはルシフェラーゼ遺伝子を用いる場合には次のようにすればよい。(1)例えば本発明プロモーターの制御下にルシフェラーゼ遺伝子を含む本発明プラスミドを導入された本発明形質転換細胞を数日間培養後、当該細胞の抽出物を得る。(2)当該抽出物をルシフェリンおよびATPと反応させて化学発光させ、その発光強度を測定することによりプロモーター活性を検出できる。この際、ピッカジーンデュアルキット(東洋インキ製)等の市販のルシフェラーゼ反応検出キットを用いることができる。
前記のようにして、前記細胞と被験物質との接触および前記細胞における本発明プロモーターのプロモーター活性の測定を行い、当該プロモーター活性の上昇または低下が検出された場合、当該被験物質を、当該プロモーターに作用し当該プロモーター活性を制御する物質として選抜することができる。
すなわち、被験物質存在下におけるレポーター遺伝子の発現量が、被験物質非存在下におけうるレポーター遺伝子の発現量よりも大きければ、当該被験物質は、本発明プロモーターの機能を亢進するPGC1αb遺伝子の発現誘導剤であるとして評価することができる。一方、被験物質存在下におけるレポーター遺伝子の発現量が、被験物質非存在下におけるレポーター遺伝子の発現量よりも小さければ、当該被験物質は、本発明プロモーターの機能を抑制するPGC1αb遺伝子の発現抑制剤であるとして評価することができる。
具体的には、被験物質を添加した細胞におけるレポーター遺伝子の発現が被験物質を添加しない対照細胞での発現量と比較して1.5倍以上、好ましくは2倍以上、更に好ましくは3倍以上であれば、該被験物質はPGC1αb遺伝子の発現誘導物質として選択することができる。一方、被験物質(候補物質)を添加した細胞におけるレポーター遺伝子の発現が被験物質(候補物質)を添加しない対照細胞での発現量と比較して3/4倍以下、好ましくは1/2倍以下、更に好ましくは1/3倍以下であれば、該被験物質はPGC1αbの発現抑制物質として選択することができる。
あるいは、被験物質存在下における、本発明プロモーターを機能可能な形で連結されてなるレポーター遺伝子の発現量(以下、測定値1と記す。)を、被験物質非存在下における当該レポーター遺伝子の発現量(以下、測定値2と記す。)と比較することによって、当該被験物質のPGC1αb遺伝子の発現誘導活性もしくは発現抑制活性を評価することができる。この場合、前記測定値を用いて、下記の式に従って発現誘導率として求めるとよい。
発現誘導率(%)={(測定値1−測定値2)/測定値2}×100
被験物質のPGC1αb遺伝子発現誘導率が、統計学的に有意な値を示す物質、具体的に好ましくは、例えば、30%以上を示す物質、より好ましくは50%以上を示す物質を、PGC1αb発現誘導能力を有する物質として選抜する。尚、測定値が負の値を示す場合、当該被験物質は発現抑制物質である。
(VI)糖代謝改善剤等の探索方法
本発明実施例に示されるように、PGC1αb遺伝子の発現が亢進することにより、ミトコンドリア活性化作用が生ずる。
従って、前記(V−1)〜(V−3)に記載の評価方法で評価された被験物質のPGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現促進能力を指標として、ミトコンドリア活性化能力を有する物質、すなわち糖代謝改善剤を選別する方法も又、本発明の範疇である。
すなわち、本発明は前記(V−1)〜(V−3)に記載の評価方法で評価された被験物質のPGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導活性を指標として、PGC1αb遺伝子又はPGC1αbの発現誘導物質(発現量を増大させる物質)を、ミトコンドリア活性化能力を有する物質、すなわち糖代謝改善剤として選択する工程を含む探索方法を提供する。
ここでミトコンドリア活性化能力とは前記と同義である。
また、前記(V−1)〜(V−3)に記載の評価方法で評価された被験物質のPGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導活性を指標として、PGC1αb遺伝子又はPGC1αbの発現誘導物質(発現量を増大させる物質)を、Glut4発現誘導活性を有する物質、すなわちGlut4発現誘導剤として選択する工程を含む、Glut4発現誘導剤の探索方法を提供する。
Glut4は、細胞における糖(すなわちグルコース)の取り込みを制御するタンパク質であり、Glut4の発現量が上昇することにより、細胞外から細胞内へ、トランスポーターを介して糖が取り込まれ、細胞へのエネルギーの補充が行われる。
運動によりエネルギーが消費される場合、細胞内のAMPレベルが上昇し、ATPレベルは低下する。キナーゼの一種であるAMPKはこのような環境下で活性が上昇する。発明者らは、PGC1αbの発現が運動により誘導され、誘導されたPGC1αbはGlut4の発現を誘導することを見出した。更にAMPKを活性化することが知られている化合物:5−aminoimidazole−4−carboxamide rebonucleoside(AICAR)によってもPGC1αb遺伝子が発現誘導されることを見出した(実施例9を参照)。
上記のように、PGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導物質は、Glut4の発現を誘導することによって、細胞内への糖取り込みを促進する活性を有する。PGC1αbは筋肉細胞特異的に発現しており、PGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導物質は、筋肉細胞における糖取り込みを選択的に促進することを特徴とする。
上記のことから、PGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導物質は、糖代謝改善能力を有する。すなわち、本発明はPGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導物質(発現量を増大させる物質)を、糖代謝改善能力を有する物質、すなわち糖代謝改善剤として選択する工程を含む、糖代謝改善剤の探索方法を提供する。
本発明実施例に示されるようにPGC1αbは、筋肉細胞等に特異的に発現している。一方、従来知られているPGC1αaは筋肉細胞のみならず肝臓、腎臓、脳などの他の組織細胞でも発現している。従って、PGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現を選択的に誘導させる物質は、筋肉細胞特異的に作用する糖代謝改善剤として非常に有用である。また、PGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現を選択的に誘導または抑制する物質は、例えば当該遺伝子の翻訳産物の発現過少もしくは発現過多に起因する疾患のための医薬として有用である。
従って、糖代謝改善剤の候補物質のうち、被験物質を添加した細胞におけるPGC1αa遺伝子の発現量が被験物質を添加しない対照細胞における当該遺伝子の発現量と比較して、有意な発現誘導もしくは発現抑制を示さない物質、すなわちPGC1αa遺伝子もしくはPGC1αaの発現量を変動させない物質であるものを選別することが望ましい。尚、被験物質がPGC1αaの発現を誘導もしくは制御するかどうかは、前記(V−1)〜(V−3)に記載の評価方法と同様の方法で、被験物質の存在下及び非存在下にPGC1αaの発現レベルを定量することで判断することができる。
また、前記(V−3)に記載の方法で評価することによって選別される、本発明プロモーターを活性化する物質は、本発明プロモーターの制御下に連結した所望のDNA、例えば前記PGC1αb等の筋肉細胞における作用等を検討する際の転写調節剤として利用することもできる。
(VII)予防剤、改善剤及び治療剤
本発明の探索方法で得られる糖代謝改善剤は、糖代謝の異常な低下の改善作用を示す。
すなわち、本発明の探索方法は、インスリン抵抗性糖尿病、及び/又は肥満等の代謝性疾患の予防/改善/治療薬の有効成分となる候補物質を提供するものである。
当該有効成分となるPGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導物質もしくは発現抑制物質(これらをまとめて発現制御物質と称する。)は、上記のスクリーニング方法を利用して選別されたもののみならず、選別された物質に関する情報に基づいて常法に従って工業的に製造されたものであってもよい。
上記探索方法によって選別されるPGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導剤の候補物質の中から、さらにインスリン抵抗性糖尿病及び/又は肥満等の代謝性糖代謝疾患の改善薬または治療薬の有効成分となる候補物質を選別する方法としては、従来公知である如何なる選別方法をも用いることができるが、代表的な方法として、例えばインスリン負荷試験、ブドウ糖負荷試験を挙げることができる。
本発明遺伝子・タンパク質の発現制御物質は、そのままもしくは自体公知の薬学的に許容される担体(賦形剤、増量剤、結合剤、滑沢剤などが含まれる)や慣用の添加剤などと混合して医薬組成物として調製することができる。当該医薬組成物は、調製する形態(錠剤、丸剤、カプセル剤、散剤、顆粒剤、シロップ剤などの経口投与剤;注射剤、点滴剤、外用剤、坐剤などの非経口投与剤)等に応じて経口投与または非経口投与することができる。また投与量は、有効成分の種類、投与経路、投与対象または患者の年齢、体重、症状などによって異なり一概に規定できないが、1日投与用量として、数mg〜2g、好ましくは数十mg程度を、1日1〜数回にわけて投与することができる。
また、上記の物質がDNAによりコードされるものであれば、該DNAを遺伝子治療用ベクターに組み込み、遺伝子治療を行うことも考えられる。これらの場合も、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。
上記遺伝子治療につき詳述すれば、該遺伝子治療は、通常のこの種の遺伝子治療と同様にして、例えばPGC1αb遺伝子またはそれらの化学的修飾体(以下本遺伝子と称することがある。)を直接患者の体内に投与することにより目的遺伝子の発現を制御する方法、もしくはこれらの遺伝子を患者の標的細胞に導入することにより該細胞による目的遺伝子の発現を制御する方法により実施できる。
ここで前記化学修飾体としては、例えばホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、アルキルホスホトリエステル、アルキルホスホナート、アルキルホスホアミデートなどの、細胞内への移行性または細胞内での安定性を高め得る誘導体(″Antisense RNA and DNA″WILEY−LISS刊、1992年、pp.1−50、J.Med.Chem.36,:1923−1937(,1993))が含まれる。これらは常法に従い合成することができる。
本遺伝子は、その投与に当たり、通常慣用される安定化剤、緩衝液、溶媒などを用いて製剤化され得る。
本遺伝子を患者の標的細胞に導入する方法において、用いられるポリヌクレオチドは、好ましくは100塩基以上、より好ましくは300塩基以上、さらに好ましくは500塩基以上の長さを有するものでミトコンドリア活性化能力を有する蛋白質を発現するものとすればよい。また、この方法は、生体内の細胞に遺伝子を導入するin vivo法および一旦体外に取り出した細胞に遺伝子を導入し、該細胞を体内に戻すex vivo法を包含する(日経サイエンス,1994年4月号,20−45頁、月刊薬事,36(1),23−48(1994)、実験医学増刊,12(15),全頁(1994)など参照)。この内ではin vivo法が好ましく、これには、ウイルス的導入法(組換えウイルスを用いる方法)と非ウイルス的導入法がある(前記各文献参照)。
上記組換えウイルスを用いる方法としては、例えばレトロウイルス、アデノウイルス、アデノ関連ウイルス、ヘルペスウイルス、ワクシニアウイルス、ポリオウイルス、シンビスウイルスなどのウイルスゲノムにPGC1αb遺伝子のポリヌクレオチドを組込んで生体内に導入する方法が挙げられる。この中では、レトロウイルス、アデノウイルス、アデノ関連ウイルスなどを用いる方法が特に好ましい。非ウイルス的導入法としては、リポソーム法、リポフェクチン法などが挙げられ、特にリポソーム法が好ましい。他の非ウイルス的導入法としては、例えばマイクロインジェクション法、リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法なども挙げられる。
遺伝子治療用製剤組成物は、本遺伝子又はこれらを含む組換えウイルスおよびこれらウイルスが導入された感染細胞などを有効成分とするものである。該組成物の患者への投与形態、投与経路などは、治療目的とする疾患、症状などに応じて適宜決定できる。例えば注射剤などの適当な投与形態で、静脈、動脈、皮下、筋肉内などに投与することができ、また患者の疾患対象部位に直接投与、導入することもできる。in vivo法を採用する場合、遺伝子治療用組成物は、本遺伝子を含む注射剤などの投与形態の他に、例えば本遺伝子を含有するウイルスベクターをリポソームまたは膜融合リポソームに包埋した形態(センダイウイルス(HVJ)−リポソームなど)とすることができる。これらのリポソーム製剤形態には、懸濁剤、凍結剤、遠心分離濃縮凍結剤などが含まれる。また、遺伝子治療用組成物は、本遺伝子を含有するベクターを導入されたウイルスで感染された細胞培養液の形態とすることもできる。これら各種形態の製剤中の有効成分の投与量は、治療目的である疾患の程度、患者の年齢、体重などにより適宜調節することができる。通常、患者成人1人当たり約0.0001−100mg、好ましくは約0.001−10mgが数日ないし数カ月に1回投与される量とすればよい。本遺伝子を含むレトロウイルスベクターの場合は、レトロウイルス力価として、1日患者体重1kg当たり約1x10pfu−1x1015pfuとなる量範囲から選ぶことができる。本遺伝子を導入した細胞の場合は、1x10細胞/body−1x1015細胞/body程度を投与すればよい。
(VIII)本発明プロモーターと結合する物質の探索方法
本発明は、以下の(1)及び(2)の工程を有することを特徴とする、本発明プロモーターと結合する物質の探索方法を包含する:
(1)〔5〕記載のプロモーターと被験物質とを接触させる工程、
(2)前記(1)の工程後に、当該プロモーターと被験物質との複合体生成の有無を調べる工程。
本発明プロモーターと被験物質とを接触させる工程(1)に使用されるプロモーターは、例えば市販のDNA標識キットを用い、ラジオアイソトープ若しくは蛍光色素化合物で標識したものを用いることができ、当該プロモーターと被験物質との複合体の検出が容易になる点で好ましい。当該プロモーターを放射性同位元素により標識するには、例えば、市販のRandom Labelling Kit等を用いることができ、通常のPCR反応組成中のdCTPを[α−32P]dCTPに替えて、当該DNAを鋳型にしてPCR反応を行うことにより、標識を行うこともできる。また、当該DNAを蛍光色素で標識する場合には例えば、ECL Direct Nucleic Acid Labelling and Detection System等を用いることができる。
当該プロモーターと被験物質とを、約4℃〜約37℃、好ましくは約20℃〜約30℃で、約5分間〜約60分間、好ましくは約10分間〜約30分間適当なバッファー中、例えばトリス、Hepes、MES等のバッファー中、好ましくはHepesバッファー中で接触させる。被験物質の濃度は通常約0.1μM〜約1,000μMであればよく、1μM〜100μMが好ましい。当該DNAの量は通常約1fmol〜約10fmolであればよく、2fmol〜7fmolが好ましい。
当該プロモーターと被験物質との複合体生成の有無を調べる方法としては、ゲルシフト法、フットプリント法、BIACORE法等を挙げることができる。被験物質が比較的高分子量の化合物(例えばタンパク質、DNA等)の場合、ゲルシフト法、フットプリント法等を用いるとよい。被験物質が比較的低分子量の化合物の場合、BIACORE法、例えば「永田和宏・半田宏共著 生体物質相互作用のリアルタイム解析実験法−BIACOREを中心に− シュプリンガー・フェアラーク東京株式会社」記載の方法を用いるとよい。例えば、ゲルシフト法の場合、先ず当該DNAと被験物質混合液を、通常の方法でポリアクリルアミドゲル電気泳動に供する。電気泳動後のポリアクリルアミドゲルを乾燥した後、例えば、オートラジオグラフィーなどに供してゲル上の当該DNAの位置を検出することにより、当該DNAと被験物質が結合しているかどうか調べることが出来る。具体的には例えば、乾燥したゲルをイメージングプレートに約1時間〜約1晩、より好ましくは6〜8時間感光し、BAS2000で画像イメージを取得する。被験物質が当該プロモーターと結合した場合、プロモーター−被験物質複合体の移動度が遊離のプロモーターより小さくなり、画像イメージ上のバンドのシフトが起こる。バンドのシフトが検出された場合の被験物質を、本発明プロモーターと結合する物質として選抜することが出来る。当該結合物質は、本発明プロモーターに結合できることから、本発明プロモーターのプロモーター活性を制御し得る。さらに、本発明プロモーターの制御下にある遺伝子の細胞内での発現を制御し得る。具体的には、本発明プロモーターに結合する転写因子等が挙げられる。よって、当該物質は、当該遺伝子の翻訳産物の発現過多もしくは発現過少に起因する疾患のための医薬として有用である。また、本発明プロモーターの制御下に連結した所望のDNA、例えば骨格筋との関連が推定されるDNA等の骨格筋における作用やミトコンドリア活性化への影響を検討する際の転写調節剤として利用することもできる。
前記被験物質としては、特に限定は無く、例えば上記(V−1)に記載の物質を用いることができる。
(IX)本発明のプロモーターと結合する物質の精製方法
また、本発明は、以下の(1)及び(2)の工程を含む、本発明のプロモーターと結合する物質の精製方法に関する:
(1)〔5〕記載のプロモーターと試料とを接触させて、当該プロモーターと当該試料中に含有される当該プロモーターと結合する物質との複合体を生成させる工程、及び、
(2)前記(1)の工程後、生成させた複合体から当該結合物質を単離する工程、を有することを特徴とする精製方法。
本発明精製方法について以下に説明する。
本発明精製方法は、本発明プロモーターと試料とを接触させて、当該プロモーターと当該試料中に含有される当該プロモーターと結合する物質との複合体を生成させる第一工程、及び、前記第一工程後、生成させた複合体から当該結合物質を単離する第二工程を含む。
本発明プロモーターと試料とを接触させる際には、通常、当該プロモーターを担体に結合させた形態で試料との接触を行うと、当該プロモーターもしくは当該プロモーターと結合物質との複合体を容易に回収できる点で好ましい。当該プロモーターを結合させる担体の種類は特に限定されないが、例えば、市販のアフィニティークロマトグラフィー用担体、好ましくは臭化シアン活性化セファロース4B(Amersham Pharmacia Biotech製)等を使用することができる。当該プロモーターを担体に結合させる場合には、当該プロモーターを直接担体に結合させる方法と、スペーサーを介して結合させる方法がある。結合させる際の条件は、例えば、当該プロモーターと臭化シアン活性化セファロース4Bを混合し、約4℃〜約10℃で1晩1000rpmで撹拌し、当該プロモーターをセファロース上に固定する。ついで、未反応の臭化シアンの活性基を無くすために、アミノ基を持つ化合物を含んだバッファー、例えば、1Mグリシンを含む炭酸水素ナトリウム溶液中で、例えば約4℃〜約10℃で1晩放置する。得られたゲルは、通常のバッチ法により試料と接触させてもよく、また、そのゲルを市販のクロマトグラフ管に充填することで、本発明プロモーターと結合する物質用アフィニティーカラムを作製し、通常のカラムクロマトグラフィー法により試料と接触させてもよい。
例えば、カラムクロマトグラフィー法で接触・単離を行う場合、前記した試料をアフィニティーカラムに供し当該プロモーターとプロモーター結合物質の複合体を形成せしめた後、担体の洗浄、結合物質の溶出を通常の方法で行うことで、結合物質を単離することができる。具体的には、まず試料をロードし、次いで、ロードするときと同組成のバッファーで洗浄し、複合体形成しなかった試料中成分を除去する。その後、バッファーに含まれる塩濃度を上昇させるグラジエントを行い本発明プロモーターと結合する物質を溶出することによって、本発明プロモーターと結合する物質を単離することができる。溶出に使われる前記の塩は、例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫安等を挙げることができる。
ここで「試料」として用いられるものには特に限定は無く、上述の(V−1)等に挙げられる被験物質、合成化合物ライブラリー、生体由来試料等が挙げられる。生体由来試料としては、任意の培養細胞由来の縣濁液もしくは抽出物、動物組織由来の縣濁液もしくは抽出物等が挙げられる。試料としてヒト由来の組織・細胞の抽出物を用いることによって、PGC1αbプロモーターと結合する内因性の物質を探索することができる。
本発明精製方法によって、本発明プロモーターのプロモーター活性を制御する物質の選抜方法によって選抜される物質又は本発明プロモーターと結合する物質の選抜方法によって選抜される物質を精製することができる。
The present invention is described in detail below.
Genetic engineering techniques used in the present invention are described in, for example, “Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd edition” (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press and D.C. , M.M. , Glover, DNA Cloning, published by IRL, 1985, and the like.
In this specification, the abbreviations such as amino acids, (poly) peptides, (poly) nucleotides, etc. are defined in the IUPAC-IUB [IUPAC-IUB Communication on Biological Nomenclature, Eur. J. et al. Biochem. , 138: 9 (1984)], “Guidelines for the preparation of specifications including base sequences or amino acid sequences” (edited by the Japan Patent Office), and conventional symbols in the field.
In this specification, “gene” or “DNA” is used to include not only double-stranded DNA but also each single-stranded DNA such as a sense strand and an antisense strand constituting the DNA. In addition, “gene” or “polynucleotide” is used to include both RNA and DNA. The length is not particularly limited. Therefore, in this specification, unless otherwise specified, a gene (DNA) is a double-stranded DNA containing human genomic DNA and a single-stranded DNA containing DNA (positive strand) and a sequence having a sequence complementary to the positive strand. Both double-stranded DNA (complementary strand) and fragments thereof are included. The RNA includes any of total RNA, mRNA, rRNA, and synthetic RNA.
(I) PGC1αb and PGC1αb genes
The present invention relates to PGC1αb, which is a novel variant of PGC1α.
In the present specification, “PGC1αb” represents one type of variant of peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α, specifically, a protein represented by SEQ ID NO: 2 (human PGC1αb). The PGC1αb of the present invention is characterized in that it includes a partial peptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 at about 50 residues at the N-terminus of PGC1αa (Genbank Acc. No. NM — 0316261) that has already been reported. Preferably, PGC1αb is a polypeptide in which the portion corresponding to the N-terminal 17 amino acid residues excluding the first methionine residue of PGC1αa is substituted with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8. For example, human PGC1αb is represented by SEQ ID NO: 2 in which the portion corresponding to the N-terminal 17 amino acid residues excluding the first methionine of PGC1αa is replaced with an amino acid sequence consisting of LGLSSMDSILK (SEQ ID NO: 53). Polypeptide.
Further, PGC1αb of the present invention includes homologues (homologues), mutants and the like. For example, as homologues, proteins of other species such as mice and rats corresponding to human proteins can be exemplified, and these are homogenes (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/homologene/). Can be a priori identified from the base sequence of the gene identified by. Specifically, mouse PGC1αb has a portion corresponding to the N-terminal 17 amino acid residues excluding the first methionine residue of PGC1αa substituted with an amino acid sequence consisting of LGLSSMDSILK (SEQ ID NO: 54). (Mouse PGC1αb). Rat PGC1αb is represented by SEQ ID NO: 6, in which the portion corresponding to the N-terminal 17 amino acid residues excluding the first methionine of PGC1αa is replaced with an amino acid sequence consisting of SGLSSMDSTLK (SEQ ID NO: 55). Protein (rat PGC1αb).
Examples of the mutant include naturally occurring allelic mutants and non-naturally occurring mutants. Specifically, the proteins shown in the following (b), (c), (e) and (f) are: Can be mentioned.
That is, in the present invention, PGC1αb is not limited to the protein represented by SEQ ID NO: 2, 4 or 6, and represents any one of the following proteins (a) to (f):
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 4 or 6,
(B) consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, 4 or 6, comprising the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 at the N-terminus; And a protein having mitochondrial activation ability,
(C) a protein comprising an amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, comprising the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 at the N-terminus, and having a mitochondrial activation ability;
(D) a protein comprising an amino acid sequence encoded by DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3 or 5 and containing the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8 at the N-terminus and having the ability to activate mitochondria ,
(E) consisting of an amino acid sequence encoded by DNA consisting of a base sequence having a sequence identity of 80% or more with DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3 or 5; A protein having the amino acid sequence of and having the ability to activate mitochondria,
(F) an N-terminal consisting of an amino acid sequence encoded by a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3 or 5 and a DNA that hybridizes under stringent conditions A protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 and comprising the amino acid sequence of a protein having the ability to activate mitochondria.
The “mitochondrial activation ability” in the above (b) to (f) can be evaluated by confirming the mitochondrial activation action in the cell under the condition that the protein of the present invention is expressed in the cell. Confirmation of the mitochondrial activation action can be made by measuring the activity of an enzyme present in mitochondria or measuring the expression of a gene related to mitochondrial function and increasing its activity or expression.
Specifically, for example, a reagent WST-1 (DOJINDO, 342-06451) capable of measuring the mitochondrial dehydrogenase activity of living cells by a colorimetric method can be used for examining mitochondrial enzyme activity. Specifically, for example, L6 cells transfected with the expression vector of the protein of the present invention are cultured in a tissue culture dish having a diameter of 10 cm, and when reaching confluence, the cells are transferred to a 96-well tissue culture dish. At this time, the medium is changed to Dulbecco's modified Eagle medium (GIBCO BRL, USA, 21063-029) not containing phenol red. After culturing for 6 hours, the medium is changed to one that does not contain fetal calf serum, and culturing is continued for an appropriate time. After the culture, the medium was once discarded by aspiration, and 100 μl of Dulbecco's modified Eagle medium without phenol red and fetal calf serum was added. 10 μl of PBS containing 5 mM WST-1 and 0.2 mM 1-Methoxy PMS (DOJINDO, 345-040001) Add After reacting at 37 ° C. for 4 hours, mitochondrial enzyme activity can be measured by measuring absorbance at a measurement wavelength of 450 nm.
Or, specifically, for example, the following RT-PCR method can be used as a method for measuring the expression of genes involved in mitochondrial function.
When using the RT-PCR method, after culturing the cell transfected with the expression vector of the protein of the present invention, mitochondria using RNA prepared from the cell or cDNA prepared using the obtained RNA as a template. Design a pair of primers (a normal strand that binds to the cDNA (-strand) and a reverse strand that binds to the + strand) so that the base sequence region encoding the gene involved in the function can be specifically amplified. Synthesize with For example, when studying specifically using mouse-derived cells, UCP2 (Genbank Acc. No. AF111998), which is thought to cause energy consumption in mitochondria, plays an important role in mitochondrial genome replication and transcription reactions. Transcription factors shown: mtTFA (mitochondrial transcription factor A; Genbank Acc. No. NM_009360), transcription factor NRF1 (Genbank Acc. No. AF098077) that binds to the promoters of many mitochondrial genes, oxidative phosphorylation pathway in mitochondria Β ATP synthase (Genbank Acc. No. AF030559) and / or cytochrome c oxidas which are gene groups subunits II; according to the sequence of (COXII Genbank Acc.No.AF378830), synthesized primer may be used. As a template used for the RT-PCR method, specifically, for example, RNA prepared from mouse muscle tissue or mouse striated muscle-derived cultured cell C2C12, or TaqMan Reverse Transcription Reagents (manufactured by ABI) using the obtained RNA as a template. ) Can be used. Specifically, for the RT-PCR reaction, for example, when using the SYBR Green method, an RT-PCR reaction solution is prepared according to the protocol using SYBR Green RT-PCR Reagents (manufactured by Applied Biosystems), and ABI PRIME 7900 Sequence is used. The reaction can be detected and quantified by reacting with Detection System (Applied Biosystems).
Examples of the “deletion, addition or substitution” of amino acids in (b) and “80% or more sequence identity” in (d) include, for example, the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, 4, or 6. It includes naturally occurring mutations due to the processing that the protein has in the cell, species differences of individuals from which the protein is derived, individual differences, differences between tissues, and the like, and artificial amino acid mutations.
As a technique for artificially performing the “deletion, addition or substitution” of amino acids in the above (b) (hereinafter sometimes referred to as amino acid modification as a whole), for example, SEQ ID NO: 2, 4 or 6 An example is a method in which conventional site-directed mutagenesis is performed on DNA encoding the amino acid sequence represented, and then this DNA is expressed by a conventional method. Here, as a site-specific mutagenesis method, for example, a method utilizing amber mutation (gapped duplex method, Nucleic Acids Res., 12, 9441-9456 (1984)), a PCR method using a mutagenesis primer. Etc.
The number of amino acids modified as described above is at least one residue, specifically one or several, or more. The number of such modifications may be within a range where mitochondrial activation ability and / or immunological activity can be found.
The “sequence identity” in the above (c) and (e) refers to sequence identity and homology between two DNAs or two proteins. The “sequence identity” is determined by comparing two sequences that are optimally aligned over the region of the sequence to be compared. Here, the DNA or protein to be compared may have an addition or a deletion (for example, a gap) in the optimal alignment of the two sequences. Such sequence identity can be calculated, for example, by creating an alignment using the ClustalW algorithm (Nucleic Acid Res., 22 (22): 4673-4680 (1994)) using Vector NTI. The sequence identity is measured by using sequence analysis software, specifically, an analysis tool provided by Vector NTI, GENETYX-MAC or a public database, for example, the homepage address http Generally available at //www.ddbj.nig.ac.jp.
The sequence identity in the present invention may be 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 97%.
Regarding the “stringent conditions” in (f) above, the hybridization used here is, for example, Sambrook J. et al. Frisch E .; F. Maniatis T. It can be carried out according to the usual methods described in the author, Molecular Cloning 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory press, etc. “Stringent conditions” means, for example, 6 × SSC (a solution containing 1.5 M NaCl and 0.15 M trisodium citrate is set to 10 × SSC) and a hybrid at 45 ° C. in a solution containing 50% formamide. And the like (Molecular Biology, John Wiley & Sons, NY (1989), 6.3.1-6.3.6) and the like that are washed with 2 × SSC at 50 ° C. Can do. The salt concentration in the washing step can be selected from, for example, conditions of 2 × SSC at 50 ° C. (low stringency conditions) to 0.2 × SSC at 50 ° C. (high stringency conditions). The temperature in the washing step can be selected, for example, from a temperature from room temperature (low stringency conditions) to 65 ° C. (high stringency conditions). It is also possible to change both the salt concentration and the temperature.
The “complementary base sequence” in the above (f) is a polynucleotide that is in a base-complementary relationship with respect to the base sequence of the PGC1αb gene based on a base pair relationship such as A: T and G: C. Means.
The number of amino acid mutations and mutation sites in the protein are not limited as long as the biological function, that is, the ability to activate mitochondria and / or immunological activity is retained. Indicators that determine how many amino acid residues need to be substituted, inserted or deleted without loss of biological function or immunological activity are computer programs well known to those skilled in the art, For example, it can be found using DNA Star software. For example, the number of mutations is typically within 10% of all amino acids, preferably within 5% of all amino acids, and more preferably within 1% of all amino acids. The amino acid to be substituted is not particularly limited as long as the protein obtained after substitution retains the biological function and / or immunological activity of PGC1αb, but from the viewpoint of maintaining the structure of the protein, the polarity of the residue An amino acid having properties similar to that of the amino acid before substitution, such as charge, solubility, hydrophobicity, hydrophilicity, and amphiphilicity, is preferable. For example, Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Met, Phe and Trp are amino acids classified as nonpolar amino acids, and Gly, Ser, Thr, Cys, Tyr, Asn and Gln are mutually non-charged amino acids. Asp and Glu are amino acids that are classified as acidic amino acids, and Lys, Arg, and His are amino acids that are classified as basic amino acids. Therefore, amino acids belonging to the same group can be appropriately selected using these as indices.
The present invention also relates to a gene comprising a base sequence encoding the PGC1αb. The “gene” or “DNA” has not only a “gene” or “DNA” represented by a specific base sequence (SEQ ID NO: 1) but also a biological function equivalent to the protein encoded by them. “Gene” or “DNA” encoding a protein (eg, a homolog) is included. Specifically, the “PGC1αb gene” is not only the human PGC1αb gene represented by SEQ ID NO: 1, but also its homologues or the base having 80% or more sequence identity described in (d) above. "DNA comprising a sequence" and "DNA hybridizing under stringent conditions with the complementary strand of the human PGC1αb gene represented by SEQ ID NO: 1" described in (f) above. That is, as long as the protein comprising the amino acid sequence encoded by these genes (DNA) and containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 at the N-terminus has mitochondrial activation ability, the PGC1αb gene of the present invention This is a category.
For example, as a gene (homolog) encoding a homologue of a human-derived protein, genes of other species such as mouse and rat corresponding to the human gene encoding the protein can be exemplified. These genes (homologues) can be identified by HomoMoloGene (http://www.ncbi.nlm.nih.Gov/HomoloGene/). Specifically, the gene (homologue) can be obtained, for example, as follows: The base sequence of a specific human gene is BLAST (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 5873-5877, 1993). , Http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/), the accession number of the sequence is obtained (Score is the highest, E-value is 0 and Identity is 100%). The UniGene Cluster ID (the number indicated by Hs.) Obtained by inputting the accession number into UniGene (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/UniGene/) is input into Homogene. From the list showing the correlation of gene homologues between the other species gene and the human gene obtained as a result, genes of other species such as mice and rats as homologues corresponding to the human gene indicated by a specific base sequence To select. Specifically, the mouse PGC1αb gene represented by SEQ ID NO: 3 and the rat PGC1αb gene represented by SEQ ID NO: 5 can be exemplified.
The gene or DNA does not ask for distinction of the functional region, and can include, for example, an expression control region, a coding region, an exon, or an intron.
The PGC1αb gene of the present invention is a variant of PGC1αa, which is a known gene as described above. Therefore, the PGC1αb gene can be obtained by the same method as the PGC1αa gene for the sequence after the 40th base in the sequence shown in SEQ ID NO: 1. The PGC1αa gene can be found in Genbank Accession No. It is known as NM_013261 and its acquisition method is also known as described in Cell 92 (6), 829-839 (1998). The homologue thereof includes the mouse PGC1αa gene (Genbank Accession No. NM — 008904) and the rat PGC1αb gene described in SEQ ID NO: 5 for the sequence after the 49th base of the mouse PGC1αb gene described in SEQ ID NO: 3. Regarding the sequence after the 1 st base, rat PGC1αa gene (Genbank Accession No. NM — 031347) can be mentioned, and Cell 92 (6), 829-839 (1998), J. Biol. Biol. Chem. 277. (19), 16750-16757 (2002).
The PGC1αb gene can be obtained by a conventional genetic engineering method [for example, Sambrook J. et al. Frisch E .; F. Maniatis T. And the method described in Molecular Cloning 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory press, etc.].
Specifically, RNA is first prepared from tissues, cells such as humans, mice or rats, or cultured cells derived therefrom. For example, rat muscles are pulverized in a solution containing a strong protein denaturant such as guanidine hydrochloride or guanidine thiocyanate, and the protein is denatured by adding phenol, chloroform or the like to the pulverized product. After the denatured protein is removed by centrifugation or the like, total RNA is extracted from the collected supernatant fraction by a method such as guanidine hydrochloride / phenol method, SDS-phenol method, guanidine thiocyanate / CsCl method or the like. Examples of commercially available reagents based on these methods include ISOGEN (manufactured by Nippon Gene) and Trisol reagent (Gibco BRL).
Using the obtained total RNA as a template, an oligo dT primer is annealed to the poly A sequence of RNA, and reverse transcriptase is allowed to act to synthesize a single-stranded cDNA. Next, a polymerase chain reaction using the single-stranded cDNA as a template and an oligonucleotide designed based on the base sequence of the PGC1αb gene (for example, the base sequence described in SEQ ID NO: 1, 3 or 5) as a primer ( Hereinafter, the PGC1αb gene can be amplified and obtained by performing PCR.
In addition, double-stranded cDNA is synthesized by allowing DNA polymerase to act using the single-stranded cDNA as a template. The obtained double-stranded cDNA is inserted into a vector such as plasmid pUC118 or phage λgt10 to prepare a cDNA library. A DNA having a partial base sequence of the base sequence of the PGC1αb gene (for example, the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3 or 5) is used as a probe from the cDNA library thus obtained or a commercially available cDNA library. The PGC1αb gene can also be obtained by a hybridization method or PCR using an oligonucleotide designed based on the base sequence of the PGC1αb gene (for example, the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3 or 5) as a primer.
As a primer used for PCR, for example, a base sequence having a length of about 15 bp to about 50 bp and a G or C base ratio of about 40% to about 60% is encoded with the protein of the present invention as described above. The known nucleotide sequence is selected, and an oligonucleotide is designed and synthesized based on the nucleotide sequence.
The base sequence of the obtained PGC1αb gene was determined using the Maxam Gilbert method (for example, the method described in Maxam, AM & W. Gilbert, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74, 560, 1977) or the Sanger method. (For example, Sanger, F. & AR Coulson, J. Mol. Biol., 94, 441, 1975, Sanger, F, & Nicklen and AR Coulson., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74, 5463, 1977, etc.).
The PGC1αb gene obtained as described above is disclosed in, for example, J. Sambrook, E .; F. Frisch, T .; It can be cloned into a vector according to the genetic engineering method described by Maniatis; published by Molecular Cloning 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory (1989).
The vector is not particularly limited as long as the PGC1αb gene can be inserted, and a known vector or a commercially available vector can be appropriately used. A vector into which the PGC1αb gene is inserted is also within the scope of the present invention.
Specifically, when Escherichia coli is used as a host cell, for example, plasmid pUC119 (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.), phagemid pBluescript II (manufactured by Stratagene) and the like can be mentioned. When budding yeast is used as a host cell, plasmid pACT2 (Clontech) and the like can be mentioned. When mammalian cells are used as host cells, plasmids such as pRC / RSV and pRC / CMV (manufactured by Invitrogen), bovine papilloma virus plasmid pBPV (manufactured by Amersham Pharmacia), and EB virus plasmid pCEP4 (manufactured by Invitrogen) And the like, vectors containing an autonomous origin of replication derived from viruses, viruses such as vaccinia virus, and the like. When an insect animal cell (hereinafter referred to as an insect cell) is used as a host cell, an insect virus such as baculovirus can be used.
An expression vector capable of expressing the PGC1αb gene in the host cell is constructed by linking a promoter capable of functioning in the host cell upstream of the PGC1αb gene and incorporating it into the above-described vector. can do.
Here, “to bind in a functional manner” means that when the PGC1αb gene is introduced into the host cell, the promoter and the PGC1αb gene are bound so that they are expressed in the host cell under the control of the promoter. Means that. Examples of the promoter that can function in the host cell include the promoter of the present invention described in [5] above. Further, for example, when the host cell is E. coli, the lactose operon promoter (lacP) of E. coli, the tryptophan operon promoter (trpP), the arginine operon promoter (argP), the galactose operon promoter (galP), the tac promoter Alternatively, synthetic promoters that can function in E. coli such as trc promoter, T7 promoter, T3 promoter, λ phage promoter (λ-pL, λ-pR) and the like can be mentioned. When the host cell is an animal cell or fission yeast, for example, Rous sarcoma virus (RSV) promoter, cytomegalovirus (CMV) promoter, simian virus (SV40) early or late promoter, mouse papilloma virus ( MMTV) promoter and the like. When the host cell is budding yeast, the ADH1 promoter (where the ADH1 promoter is, for example, the yeast expression vector pAAH5 carrying the ADH1 promoter and the terminator available from Washington Research Fundation, Ammerer et al., Method in Enzymology, 101 part. (P.192-201)] can be prepared by an ordinary genetic engineering method.
In general, a DNA in which a promoter that can function in a host cell and a PGC1αb gene are connected in a functional manner is incorporated into a vector that can be used in the host cell, and this is introduced into the host cell. When using a vector having a promoter that can function in the host cell in advance, the PGC1αb gene may be inserted downstream of the promoter so that the promoter possessed by the vector and the PGC1αb gene are linked in a functional manner. . For example, the above-mentioned plasmids pRC / RSV, pRC / CMV, etc. have a cloning site downstream of a promoter that can function in animal cells. By inserting the PGC1αb gene into the cloning site and introducing it into the animal cells, The PGC1αb gene can be expressed. Moreover, the aforementioned yeast plasmid pACT2 has an ADH1 promoter, and if the PGC1αb gene is inserted downstream of the ADH1 promoter of the plasmid or its derivative, the PGC1αb gene can be transformed into a budding yeast such as CG1945 (manufactured by Clontech). An expression vector that can be expressed in can be constructed. When using a vector containing a marker gene (for example, a gene conferring antibiotic resistance such as a kanamycin resistance gene or a neomycin resistance gene), a transformed cell into which the PGC1αb gene has been introduced is selected using the phenotype of the marker gene as an index Useful when doing.
If it is necessary to induce higher expression, a ribosome binding region may be linked upstream of the PGC1αb gene. Examples of the ribosome binding region used include Guarente L. et al. (Cell 20, p543) and Taniguchi et al. (Genetics of Industrial Microorganisms, p202, Kodansha).
By introducing the present vector obtained as described above into a host cell, a transformed cell (hereinafter sometimes referred to as the present transformed cell) can be obtained. The transformed cells are also within the scope of the present invention. The host cell may be any prokaryotic cell such as E. coli or eukaryotic cell such as yeast, animal cell or insect cell, and can be selected according to the expression vector used.
As a method for introducing a vector incorporating the PGC1αb gene (hereinafter sometimes referred to as the present vector) into a host cell, a normal introduction method corresponding to the host cell can be applied.
For example, when Escherichia coli is used as a host cell, conventional methods such as the calcium chloride method and electroporation method described in “Molecular Cloning” (J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor, 1989) and the like. This vector can be introduced into a host cell. When mammalian cells or insect cells are used as host cells, the vector is introduced into the cells by a general gene transfer method such as calcium phosphate method, DEAE dextran method, electroporation method or lipofection method. be able to. When yeast is used as a host cell, it can be introduced using, for example, a yeast transformation kit (Clontech) based on the lithium method.
In order to select transformed cells into which this vector has been introduced, for example, the following marker gene is introduced into a host cell at the same time as this vector, and this vector is introduced by a method according to the nature of the introduced marker gene. The cultured host cells may be cultured. For example, when the marker gene is a gene that imparts drug resistance to a selected drug that exhibits lethal activity on host cells (drug resistance-conferring gene), the vector is introduced using a medium containing the drug. The host cells can be cultured. Examples of combinations of a drug resistance-conferring gene and a selective drug include, for example, a combination of a neomycin resistance-conferring gene and neomycin, a combination of a hygromycin resistance-conferring gene and hygromycin, a blasticidin S resistance-conferring gene, and blasticidin S. And the like. In addition, when the marker gene is a gene that complements the auxotrophy of the host cell, the cell into which the present vector has been introduced may be cultured using a minimal medium that does not contain the nutrient.
The PGC1αb gene can be expressed by culturing the transformed cells introduced with the present vector obtained as described above.
The transformed cells can be cultured by a conventional method used for culturing microorganisms, insect cells or mammalian cells. For example, in the case of Escherichia coli, culturing is performed in a medium appropriately containing an appropriate carbon source, nitrogen source, and micronutrients such as vitamins. The culture method may be any of solid culture and liquid culture, and preferred examples include liquid culture such as aeration and agitation culture.
The PGC1αb gene may be prepared as described above. For example, the PGC1αb gene may be used in the form of a recombinant vector or a recombinant virus containing a nucleic acid comprising the base sequence of the PGC1αb gene. In such a form, for example, viruses such as retrovirus vectors, adenovirus vectors, adeno-associated vectors, herpes simplex virus vectors, SV40 vectors, polyoma virus vectors, papilloma virus vectors, picorna virus vectors and vaccinia virus vectors. You can give a vector. Further, when an adenovirus vector is used, for example, an AdEasy Kit manufactured by QUANTUM is used, the PGC1αb gene is incorporated into the multi-cloning site of Transfer Vector, the resulting recombinant vector is linearized, and then E. coli together with pAdEasy vector. The recombinant virus containing the PGC1αb gene can be produced by incorporating the homologous recombinant DNA into human 293A cells, and this can be recovered and used.
A non-viral vector such as plasmid DNA having a human cytomegavirus promoter region can also be used. In systems that deliver PGC1αb genes locally using non-viral vectors, such as when directly injecting the PGC1αb gene into the fibrotic tissue site, the use of plasmid DNA is extremely beneficial. Any known introduction method can be used by introducing an expression vector into a cell taken out of the body and returning it to the body, that is, using an ex vivo method. For example, a) direct injection, b) transduction via liposome, c) cell transfection by calcium phosphate method, electroporation method, DEAE-dextran method, d) delivery via polybrene, e) protoplast fusion, f) micro Non-viral vectors can be introduced by injection, g) transduction using polylysine, and the like.
PGC1αb can be obtained by combining methods commonly used for isolation and purification of general proteins. For example, the transformed cells obtained by the above culture may be collected by centrifugation or the like, and the transformed cells may be crushed or lysed. If necessary, the protein may be solubilized and purified by singly or in combination with various chromatographic processes such as ion exchange, hydrophobicity, and gel filtration. If necessary, an operation for restoring the higher-order structure of the purified protein may be further performed.
Moreover, PGC1αb is a variant of PGC1αa as described above, and can be obtained by the same method as PGC1αa. Specifically, Biochemical Journal. The method described in Vol367 p413-22 (2002) is mentioned.
(II) Primer or probe
The present invention also relates to a primer or probe comprising a polynucleotide that specifically recognizes the base sequence of the PGC1αb gene, or a polynucleotide complementary thereto.
In the present specification, “polynucleotide” is used to include both RNA and DNA, and the DNA includes any of cDNA, genomic DNA, and synthetic DNA. The RNA includes any of total RNA, mRNA, rRNA, and synthetic RNA.
Here, “specifically recognize” means that, for example, when the Northern blot method is used, the PGC1αb gene or a polynucleotide derived therefrom can be specifically detected, and when the RT-PCR method is used, PGC1αb This means that genes or polynucleotides derived therefrom are specifically produced, but without limitation, those skilled in the art can judge that the above-mentioned detection products or products are derived from these genes. Anything is acceptable. It is preferable that the primer or probe of the present invention can recognize PGC1αb separately from PGC1αa.
PGC1αb is a kind of splicing variant of PGC1αa, and has a different base sequence near the N-terminus of the coding region (ORF). Therefore, PGC1αb can be selectively recognized by using at least one or both of the two primers as a polynucleotide that specifically recognizes the base sequence described in SEQ ID NO: 7.
Here, the “polynucleotide specifically recognizing the base sequence described in SEQ ID NO: 7” means a base sequence of at least 5 bases, preferably 10 bases or more in the base sequence described in SEQ ID NO: 7. Although it will not specifically limit if it is a polynucleotide to have, It is preferable that it is a polynucleotide which consists of a partial sequence of PGC1 (alpha) b gene. That is, the base sequence described in SEQ ID NO: 7 is a polynucleotide containing 15 or more consecutive base sequences among the base sequences represented by SEQ ID NO: 1, 3 or 5, and corresponding to the N-terminal partial sequence Among them, a polynucleotide having a base sequence of at least 5 consecutive bases, preferably 10 bases or more.
More specifically, the “base sequence described in SEQ ID NO: 7” is a partial sequence derived from human PGC1αb represented by SEQ ID NO: 50, a partial sequence derived from mouse PGC1αb represented by SEQ ID NO: 51, and represented by SEQ ID NO: 52. And a partial sequence derived from rat PGC1αb.
On the other hand, another primer used together with “polynucleotide specifically recognizing the base sequence described in SEQ ID NO: 7” should be used together with “polynucleotide specifically recognizing the base sequence described in SEQ ID NO: 7.” The PGC1αb is not particularly limited as long as it can specifically recognize PGC1αb, and may have a length of at least 15 bases continuous in PGC1αb, and the length can be appropriately selected and set. Examples thereof usually have a base length of 15 bp to 100 bp, preferably 15 bp to 50 bp, more preferably 15 bp to 35 bp. When used as a detection probe, those having a base length of usually 15 bp to the total number of sequences, preferably 15 bp to 1 kb, more preferably 100 bp to 1 kb can be exemplified.
Such a primer or probe is based on the base sequence of the PGC1αb gene such as the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 3, or SEQ ID NO: 5, for example, primer3 (http: //www.genome.wi. design using mit.edu/cgi-bin/primer/primer3.cgi http://www.genome.wi.mit.edu/cgi-bin/primer/primer3.cgi) or vector NTI (Infomax) can do.
Specifically, a candidate primer or probe sequence obtained by applying the PGC1αb gene to the software of primer 3 or vector NTI, or a sequence partially including at least the sequence can be used as a primer or probe.
Here, a complementary polynucleotide (complementary strand, reverse strand) is a full-length sequence of the PGC1αb gene, or a partial sequence having a base sequence of at least 15 bases in the base sequence (here, for convenience, these are “ It is also meant to be a polynucleotide that is in a base-complementary relationship based on a base pair relationship such as A: T and G: C. However, such a complementary strand is not limited to the case where it forms a completely complementary sequence with the target positive strand base sequence, but has a complementary relationship that allows it to hybridize with the target positive strand under stringent conditions. You may have. It should be noted that the stringent conditions here are taught by a combination of Berger and Kimmel (1987, Guide to Molecular Cloning Techniques in Enzymology, Vol. 152, Academic Press, San Diego CA). It can be determined based on the melting temperature (Tm) of the nucleic acid. For example, as washing conditions after hybridization, conditions of about “1 × SSC, 0.1% SDS, 37 ° C.” can be mentioned. The complementary strand is preferably one that maintains a hybridized state with the target positive strand even when washed under such conditions. The stringent conditions are not particularly limited, but include those described above.
Specifically, as such a complementary strand, a strand consisting of a base sequence that is completely complementary to the target base strand, and at least 90%, preferably 95% homology with the strand. An example is a chain composed of a base sequence having the same.
In addition, the polynucleotide on the positive strand side includes not only those having the base sequence of the PGC1αb gene or a partial sequence thereof but also a strand comprising a base sequence that is more complementary to the base sequence of the complementary strand. be able to.
Further, the above-mentioned normal and complementary (reverse) polynucleotides may be used in a single-stranded form or in a double-stranded form.
The primer or probe of the present invention can also be used to detect the presence or absence of the expression of PGC1αb gene in mammalian cells such as humans and biological materials (eg, urine, blood, tissue fragments, etc.) or the extent (expression level). it can. That is, the primer of the present invention can accurately determine the activation of the mitochondrial gene group resulting from exercise load in the muscle of mammals such as humans. That is, the primer or probe of the present invention is useful as a tool (sugar metabolism marker) for evaluating the responsiveness of exercise-responsive mitochondrial activation.
In addition, the primer or probe of the present invention is used to detect the presence or absence and expression level of the PGC1αb gene in a method for evaluating the ability of a test substance to improve glucose metabolism such as the ability to promote mitochondrial activity or the ability to induce Glut4 expression, which will be described later. Can be used.
(III) Antibody
The present invention also relates to an antibody that specifically recognizes the protein of the present invention in (I), that is, PGC1αb.
The “antibody” as used herein is not particularly limited in its form, and is an antigen such as a polyclonal antibody, a monoclonal antibody, a chimeric antibody, a single chain antibody, or a Fab fragment or a fragment generated by a Fab expression library. Some of the above antibodies having binding properties are included. Further, “specifically recognize PGC1αb” preferably recognizes PGC1αb separately from PGC1αa.
The antibody of the present invention may be a polyclonal antibody having a sequence containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8 which is a partial peptide of PGC1αb as an immunizing antigen, or a monoclonal antibody thereof. Furthermore, antigen binding to a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8, which is at least continuous among the amino acid sequences constituting PGC1αb, usually consisting of 8 amino acids, preferably 15 amino acids, more preferably 20 amino acids. It is an antibody having sex.
Specifically, the “polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8” specifically includes a polypeptide comprising a partial sequence specific to human PGC1αb represented by SEQ ID NO: 53, mouse PGC1αb represented by SEQ ID NO: 54 A polypeptide containing a specific partial sequence or a polypeptide containing a rat PGC1αb-specific partial sequence represented by SEQ ID NO: 55 can be exemplified.
Methods for producing these antibodies are already well known, and the antibodies of the present invention can also be produced according to these conventional methods (Current protocol in Molecular Biology edit. Ausubel et al. (1987) Publ. John Wiley and Sons. Section 11.12-11.13). Specifically, when the antibody of the present invention is a polyclonal antibody, an oligo having a partial amino acid sequence of the protein of the present invention using PGC1αb expressed and purified in Escherichia coli according to a conventional method or according to a conventional method Peptides can be synthesized to immunize non-human animals such as rabbits, and obtained from the sera of the immunized animals according to conventional methods. For example, it can also be obtained by the method described in (Genes Dev, 11: 2052-2065, 1997). On the other hand, in the case of a monoclonal antibody, spleen cells and bone marrow obtained by immunizing non-human animals such as mice with PGC1αb expressed and purified in Escherichia coli according to a conventional method or oligopeptides having partial amino acid sequences of these proteins are obtained. It can be obtained from hybridoma cells prepared by cell fusion with tumor cells (Current protocol in Molecular Biology edit. Ausubel et al. (1987) Publ. John Wiley and Sons. Section 11.1-11.11). .
In addition, proteins used for antibody production are DNA cloning, construction of each plasmid, transfection into a host based on the sequence information (SEQ ID NOs: 1, 3, 5) of genes described in the sequence listing described later. It can be obtained by ordinary genetic engineering methods such as culture of transformed cells and recovery of proteins from the culture. These operations are carried out by methods known to those skilled in the art or methods described in the literature [for example, Sambrook J. et al. Frisch E .; F. Maniatis T. Authors, Molecular Cloning 2nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (Methods described in Cold Spring Harbor Laboratory Press; DM Glover et al., DNA Cloning (IRL Press Issue, 1985), etc.], etc. Specifically, a recombinant DNA (expression vector) in which a gene encoding PGC1αb can be expressed in a desired host cell, introduced into the host cell, transformed, The PGC1αb can be obtained by culturing the transformed cells and recovering the target protein from the obtained culture, and the PGC1αb is amino acid sequence information (SEQ ID NO: 2, 4, Accordance), etc., can also be produced by general chemical synthesis method (peptide synthesis).
The antibody of the present invention may be prepared using an oligopeptide having a partial amino acid sequence of PGC1αb. The oligopeptide used for antibody induction does not need to have a functional biological activity, but desirably has the same immunogenic properties as PGC1αb. Preferably, it is a polypeptide having such properties and comprising at least 8 amino acids, preferably 15 amino acids, more preferably 20 amino acids, which is at least continuous in the amino acid sequence of PGC1αb, and contains the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8 Polypeptides can be exemplified.
Here, “an oligopeptide having immunogenic properties similar to PGC1αb” refers to an oligopeptide having an immunological activity equivalent to that of PGC1αb, and induces a specific immune response in an appropriate animal or its cells. And a protein having the ability to specifically bind to an antibody against PGC1αb. It is preferable that the antibody can be distinguished from PGC1αb and PGC1αa.
Generation of antibodies against such polypeptides can also be performed by enhancing the immunological response using various adjuvants depending on the host. Such adjuvants include, but are not limited to, Freund's adjuvant, mineral gels such as aluminum hydroxide, and surfaces such as lysolecithin, pluronic polyol, polyanions, peptides, oil emulsions, keyhole limpet hemocyanin and dinitrophenol. There are active substances, human adjuvants such as BCG (Bacille Calmette-Guerin) and Corynebacterium parvum.
Since the antibody of the present invention has a property of specifically binding to PGC1αb, the use of the antibody makes it possible to use the antibody in the cells of mammals such as humans and biological products (for example, urine, blood, tissue fragments, etc.) The protein of the present invention can be specifically detected. That is, the antibody is useful for detecting the presence or absence of PGC1αb protein expression in tissues of mammals such as humans, specifically in muscle. For example, in the muscles of mammals such as humans, the activation of mitochondrial genes resulting from exercise load can be accurately determined. Therefore, the antibody of the present invention is useful as a tool (sugar metabolism marker) for evaluating the responsiveness of exercise-responsive mitochondrial activation.
In addition, the antibody of the present invention is used to detect the presence or absence and expression level of PGC1αb in a method for evaluating the ability of a test substance to improve glucose metabolism such as the ability to promote mitochondrial activity or the ability to induce Glut4 expression, which will be described later. be able to.
Here, when the antibody is used for evaluation of sugar metabolism or diagnosis of abnormal sugar metabolism in mammals such as humans, the marker may be an antibody that recognizes the amino acid sequence of human PGC1αb described in SEQ ID NO: 2. preferable.
(IV) PGC1αb promoter, expression vector and transformed cell
The present invention also includes a promoter of PGC1αb, which is a novel variant of PGC1α (peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α).
The promoter of the present invention comprises (g) DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34 or 35, and (h) one or more bases deleted in the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34 or 35 Hybridizing under stringent conditions with a DNA comprising a substituted or added base sequence and having the ability to control transcription, (i) a DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34 or 35, And a promoter containing DNA having the ability to control transcription. Here, the DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 33 represents an about 3 kb PGC1αb promoter region derived from human, and the DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 34 is about 1.3 kb PGC1αb derived from human. The DNA representing the promoter region and consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 35 represents a mouse-derived PGC1αb promoter region of about 1.3 kb.
As used herein, the term “promoter” refers to a kind of regulatory gene, a site where RNA polymerase binds and initiates transcription of an operon, and means DNA that contains a sequence necessary to promote transcription. A promoter element under cell-type or tissue-specific control, or sufficient promoter element to cause promoter-dependent gene expression induced by an exogenous signal or factor (eg, a transcriptional activation protein) You may go out.
In the “deletion, addition or substitution” in (h) (hereinafter sometimes referred to as base modification as a whole), for example, the origin of the DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34 or 35 It includes naturally occurring mutations due to species differences, individual differences, differences between tissues, etc., and artificial base sequence mutations. Here, as a technique for artificially performing “deletion, addition or substitution” of a base sequence, for example, a conventional site-specific method for DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34 or 35 is used. There is a technique in which the mutation is introduced and then this DNA is expressed by a conventional method. Examples of the site-specific mutagenesis method include a gapped duplex method (Nucleic Acids Res., 12, 9441-9456 (1984)), a PCR method using a mutagenesis primer, and the like.
The number of bases modified as described above is at least one residue, specifically one or several, or more. The number of such modifications is not particularly limited as long as it retains the ability to control transcription.
The “stringent conditions” in the above (i) are, for example, 6 × SSC (a solution containing 1.5 M NaCl and 0.15 M trisodium citrate is set to 10 × SSC), 45% in a solution containing 50% formamide. Conditions for washing at 50 ° C. with 2 × SSC after forming a hybrid at 0 ° C. (Molecular Biology, John Wiley & Sons, NY (1989), 6.3.1-6.3.6) Etc. The salt concentration in the washing step can be selected from, for example, conditions of 2 × SSC at 50 ° C. (low stringency conditions) to 0.2 × SSC at 50 ° C. (high stringency conditions). The temperature in the washing step can be selected, for example, from a temperature from room temperature (low stringency conditions) to 65 ° C. (high stringency conditions). It is also possible to change both the salt concentration and the temperature.
Examples of the method for preparing the promoter of the present invention include chemical synthesis methods, PCR, and hybridization methods.
When preparing using a chemical synthesis method, an automatic DNA synthesizer such as a DNA synthesizer model 380A (manufactured by ABI) or the like can be used.
Next, a method for preparing the promoter of the present invention using PCR will be described. A genomic library used as a template is prepared from a tissue of a mammal such as a human or mouse according to a method described in, for example, “Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd edition” (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press, etc. can do. Further, commercially available genomic DNA such as human genomic DNA (manufactured by Clontech) or commercially available genomic library such as human genome walker kit (manufactured by Clontech) can be used. Next, when preparing the primer of the present invention containing a primer corresponding to the promoter to be amplified, for example, the promoter of the present invention containing DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 33, for example, a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 36 and a sequence PCR is performed using a primer having a base sequence represented by No. 37. The primer can be appropriately designed based on the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, and a restriction enzyme recognition sequence or the like may be added to the 5 ′ end side. The DNA amplified as described above can be obtained from "Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd edition" (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press, "Current Protocols In Molecular Bios. 1987". It can be cloned into a vector according to the usual method described in ISBN0-471-50338-X or the like. Specifically, for example, cloning can be performed using a plasmid vector included in a TA cloning kit manufactured by Invitrogen or a plasmid vector such as pBluescript II manufactured by Stratagene. The base sequence of the cloned DNA is F.I. Sanger, S.M. Nicklen, A.M. R. Coulson, Proceedings of National Academy of Science U. S. A. (1977), 74, 5463-5467, and the like.
Next, a method for preparing the promoter of the present invention using a hybridization method will be described.
First, the DNA used for the probe is labeled. The DNA used for the probe is a DNA having at least a part of the base sequence of the promoter to be prepared, for example, a DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 33 or 35 or a part of the base sequence thereof. DNA having a chain length of 20 to 160 bases, DNA having a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted or added in the base sequence of the DNA, under stringent conditions with the DNA DNA which hybridizes to can be mentioned.
Specifically, DNA comprising a base sequence represented by base numbers 1 to 600 of SEQ ID NO: 33, DNA comprising a base sequence represented by base numbers 400 to 1100 of SEQ ID NO: 33, bases of SEQ ID NO: 33 DNA consisting of a base sequence indicated by numbers 900 to 1600, DNA consisting of a base sequence indicated by base numbers 1400 to 2100 of SEQ ID NO: 33, bases indicated by base numbers 1900 to 2600 of SEQ ID NO: 33 Examples thereof include DNA comprising a sequence, DNA comprising a base sequence represented by base numbers 2400 to 3000 of SEQ ID NO: 33, and the like.
Further, DNA consisting of the base sequence indicated by base numbers 1 to 600 of SEQ ID NO: 35, DNA consisting of the base sequence indicated by base numbers 400 to 1100 of SEQ ID NO: 35, base number 900 of SEQ ID NO: 35 DNA consisting of the base sequence shown by the 1600th to 1600, DNA consisting of the base sequence shown by the 1st to 2100th bases of the SEQ ID No. 35, and the base sequence shown by the 1900th to 2600th bases of the SEQ ID No. 35 Examples thereof include DNA, DNA having a base sequence represented by base numbers 2400 to 3000 of SEQ ID NO: 35, and the like.
The DNA used for the probe can be obtained by the usual DNA preparation method described above as the “method for preparing the promoter of the present invention” such as a chemical synthesis method, PCR, or hybridization method. The DNA used for the probe may itself have the ability to control transcription of a gene encoding PGC1αb having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, for example.
In order to label the DNA used for the probe with a radioisotope, for example, Random Labeling Kit manufactured by Boehringer or Takara Shuzo can be used, and dCTP in a normal PCR reaction composition is [α- 32 Instead of P] dCTP, labeling can also be performed by performing a PCR reaction using the DNA used for the probe as a template. In addition, when the DNA used for the probe is labeled with a fluorescent dye, for example, ECL Direct Nucleic Acid Labeling and Detection System (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech) or the like can be used. As a DNA library for hybridizing the probe, for example, a genomic DNA library derived from an animal such as a rodent such as a rat can be used. As the DNA library, a commercially available genomic DNA library can be used, and “Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd edition” (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press and “Current Protocols In Molecular 7 Biomolecules”. ), John Wiley & Sons, Inc. In accordance with a normal library preparation method described in ISBN0-471-50338-X or the like, for example, using λ vectors such as λ FIX II, λ EMBL3, λ EMBL4, λ DASH II manufactured by Stratagene, Gigapack packaging Extracts (Stratagene) Etc.) can be used for in vitro packaging and a genomic DNA library can be prepared and used.
Examples of the hybridization method include colony hybridization and plaque hybridization, and the method may be selected according to the type of vector used for preparing the library. For example, when the library used is a library constructed with a plasmid vector, colony hybridization can be performed. Specifically, first, DNA of the library is introduced into a host microorganism to obtain transformed cells, the obtained transformed cells are diluted and spread on an agar medium, and cultured at 37 ° C. until colonies appear. Moreover, when the library used is a library constructed with a phage vector, plaque hybridization can be performed. Specifically, first, host microorganisms and library phages are mixed under conditions allowing infection, and further mixed with a soft agar medium, which is then spread on the agar medium. Thereafter, the cells are cultured at 37 ° C. until plaques appear. More specifically, for example, a method described in Molecular Cloning 2nd edition (written by J. Sambrook, EF Frisch, T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989) 2.60 to 2.65, etc. In accordance with NZY agar medium, agar medium 1mm 2 About 9.0 x 10 at a density of 0.1 to 1.0 pfu per 5 Spread the pfu phage library and incubate at 37 ° C. for 6-10 hours.
Next, in any of the above-described hybridization methods, a membrane filter is placed on the surface of the agar medium on which the above-described culture is performed, and the transformed cells or phages carrying the plasmid are transferred to the membrane filter. The membrane filter is treated with an alkali, then neutralized, and then subjected to a treatment for fixing DNA to the filter. More specifically, for example, in the case of plaque hybridization, the agar medium according to the usual method described in Cloning and Sequence: Plant Biotechnology Experiment Manual (Watanabe, Sugiura Editing, Rural Bunkasha 1989) and the like. Nitrocellulose filter or nylon filter, for example, Hybond-N + (Amersham Pharmacia Biotech) is placed and allowed to stand for about 1 minute to adsorb phage particles to the membrane filter. Next, the filter is immersed in an alkaline solution (1.5 M sodium chloride, 0.5 N sodium hydroxide) for about 3 minutes to dissolve the phage particles and elute the phage DNA on the filter. .5M sodium chloride, 0.5M Tris-HCl, pH 7.5) for about 5 minutes. The filter is washed with a washing solution (300 mM sodium chloride, 30 mM sodium citrate, 200 mM Tris-HCl) for about 5 minutes, and then, for example, baked at about 80 ° C. for about 90 minutes to fix the phage DNA to the filter. Hybridization is performed using the thus prepared filter and the probe. Reagents and temperature conditions for performing hybridization are, for example, D.I. M.M. Glover, “DNA cloning, a practical approach” IRL PRES (1985) ISBN 0-947946-18-7, Cloning and Sequence: Plant Biotechnology Experiment Manual (Watanabe, Sugiura, Rural Bunkasha 1989), or Molecular Cloning 2nd edition (by J. Sambrook, EF Frisch, T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) and the like. For example, denatured non-specific DNA containing 450-900 mM sodium chloride, 45-90 mM sodium citrate, sodium dodecyl sulfate (SDS) at a concentration of 0.1-1.0% (W / V) In a concentration of 0 to 200 μg / mL, and in some cases albumin, ficoll, polyvinylpyrrolidone and the like may be included in a concentration of 0 to 0.2% (W / V) respectively, preferably A prehybridization solution containing 900 mM sodium chloride, 90 mM sodium citrate, 1% (W / V) SDS and 100 μg / mL denatured Calf-thymus DNA was prepared as described above. 2 The filter is prepared at a rate of 50 to 200 μL per unit, and the filter is immersed in the solution and incubated at 42 to 68 ° C. for 1 to 4 hours, preferably at 45 ° C. for 2 hours. Next, for example, 450 to 900 mM sodium chloride, 45 to 90 mM sodium citrate, SDS at a concentration of 0.1 to 1.0% (W / V), A hybridization solution containing 200 μg / mL and optionally containing albumin, Ficoll, polyvinylpyrrolidone, etc. at a concentration of 0 to 0.2% (W / V), preferably 900 mM sodium chloride A hybridization solution containing 90 mM sodium citrate, 1% (W / V) SDS and 100 μg / mL denatured Calf-thymus DNA, and the probe prepared by the above-described method (filter 1 cm 2 1.0 × 10 per 4 ~ 2.0 × 10 6 1 cm of filter solution mixed with cpm equivalent) 2 Prepare a 50-200 μL per solution, soak the filter in the solution, and incubate at 42-68 ° C. for 4-20 hours, preferably at 45 ° C. for 16 hours to carry out the hybridization reaction. After the hybridization reaction, the filter is taken out and contains 42 to 68 ° C. containing 15 to 300 mM sodium chloride, 1.5 to 30 mM sodium citrate, 0.1 to 1.0% (W / V) SDS, and the like. 1 to 4 times of filter washing for 10 to 60 minutes with a washing solution at 55 ° C. containing 300 mM sodium chloride, 30 mM sodium citrate, and 1% (W / V) SDS. Preferably, 15 minutes of washing is performed twice. Further, the filter is lightly rinsed with 2 × SSC solution (containing 300 mM sodium chloride and 30 mM sodium citrate) and then dried. This filter is subjected to, for example, autoradiography to detect the position of the probe on the filter, thereby detecting the position on the filter of the DNA hybridized with the probe used. A clone having the DNA can be isolated by identifying a clone corresponding to the position of the detected DNA on the filter on the original agar medium and catching it. Specifically, for example, the filter is exposed to an imaging plate (Fuji Film) for 4 hours, and then the plate is analyzed using BAS2000 (Fuji Film) to detect a signal. The portion corresponding to the position where the signal was detected in the agar medium used for the production of the filter was cut out to about 5 mm square, and this was cut into about 500 μL of SM buffer (50 mM Tris-HCl pH 7.5, 0.1 M sodium chloride, 7 mM magnesium sulfate and 0.01% (W / V) gelatin) for 2-16 hours, preferably 3 hours to elute phage particles. The obtained phage particle eluate was prepared according to the method described in Molecular Cloning 2nd edition (J. Sambrook, EF Frisch, T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) 2.60 to 2.65. Spread on agar medium and incubate at 37 ° C. for 6-10 hours. Using this agar medium, phage DNA is immobilized on a filter in the same manner as described above, and hybridization is performed using this filter and the probe described above. The phage particles are eluted from the portion corresponding to the position where the signal is detected in the agar medium used for the preparation of the filter, spread on the agar medium, and the filter is prepared in the same manner as described above. Do. By repeating such identification and purification of the phage clone, a phage clone containing DNA having a base sequence that hybridizes with the probe used is obtained. The DNA possessed by the clone obtained by screening by hybridization as described above is subcloned into a plasmid vector that is easy to prepare and analyze DNA, such as commercially available pUC18, pUC19, pBLUESCRIPT KS +, pBLUESCRIPT KS-, etc. Preparing plasmid DNA; Sanger, S.M. Nicklen, A.M. R. Coulson, Proceedings of National Academy of Science U. S. A. (1977), 74, 5463-5467, etc., and the base sequence can be determined using the dideoxy terminating method. Preparation of a sample used for base sequence analysis is described in, for example, Molecular Cloning 2nd edition (J. Sambrook, EF Frisch, T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) 13.15. It can be performed according to the primer extension method. In addition, phage clones were prepared according to the method described in Molecular Cloning 2nd edition (J. Sambrook, EF Frisch, T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) 2.60 to 2.65, etc. Amplified in a liquid medium to prepare a phage solution, from which phage clone DNA is extracted using, for example, Lambda-TRAPPLUS DNA Isolation Kit (manufactured by Clontech), and the DNA is used as a template, for example, by the primer extension method described above. It is also possible to prepare a sample for base sequence analysis and analyze the base sequence. The ability to control the transcription of the DNA thus obtained can also be confirmed as described below. In the present application, “ability to control transcription” means, for example, an activity for initiating transcription of a gene located downstream of a promoter (hereinafter also referred to as promoter activity).
The promoter of the present invention is prepared by introducing a mutation into a promoter or the like containing a DNA consisting of a base sequence represented by base numbers 1 to 3000 of SEQ ID NO: 33 or base numbers 1 to 3022 of SEQ ID NO: 35. Also good. Specifically, for example, A.I. Greener, M.M. Can be obtained by randomly introducing mutations using the method described in Callahan, Strategies (1994) 7, 32-34, and the like. Kramer, et al. Nucleic Acids Research (1984) 12, 9441; Kramer, H .; J. et al. Gapped duplex method described in Frits, Methods in Enzymology (1987) 154, 350, or the like. A. Kunkel, Proc. of Natl. Acad. Sci. U. S. A. (1985) 82,488 or T.W. A. Kunkel, et al. , Methods in Enzymology (1987) 154, 367 and the like, can be obtained by introducing a site-specific mutation using the Kunkel method. Alternatively, it is obtained by preparing a chimeric DNA in which one or several partial base sequences of a promoter containing DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 33 are replaced with a part of the DNA of another promoter. For example, S.M. Henikoff, et al. Gene (1984) 28, 351, C.I. Yanish-Perron, et al. The method described in Gene (1985) 33, 103 etc. can be used.
In the present specification, the “gene whose transcription is controlled by the promoter downstream (3 ′ side) of the promoter” is not particularly limited as long as it is a gene whose transcription is initiated by the promoter. Specifically, , PGC1αb gene, or a reporter gene used in a reporter gene assay described later.
Here, the PGC1αb gene includes not only the human PGC1αb gene encoding the human PGC1αb represented by SEQ ID NO: 2 and comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, but also homologues and mutants thereof. The For example, as homologues, proteins of other species such as mice and rats corresponding to human proteins can be exemplified, and these are homogenes (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/homologene/). Can be a priori identified from the base sequence of the gene identified by. Specifically, the mouse PGC1αb gene comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 3 encoding the mouse PGC1αb represented by SEQ ID NO: 4 or the rat PGC1αb represented by SEQ ID NO: 6 is represented by SEQ ID NO: 5. A rat PGC1αb gene comprising a base sequence can be exemplified.
The promoter of the present invention prepared by the various methods described above can be prepared by a conventional method, for example, “Tamura Takaaki (published by Yodosha), New Transcriptional Control Mechanism (2000)” pages 33-40, “Nomura Shintaro, According to the method described in Toshiki Watanabe (published by Toshiki Watanabe (published by Shujunsha), Deisotope Experiment Protocol (1998)), etc., it is obtained by deleting a part of the base while maintaining the promoter activity (ie, DNA prepared by excision using an appropriate restriction enzyme can also be used as the promoter of the present invention. The ability of the obtained DNA to control the transcription of the PGC1αb gene can be confirmed by the method described later.
Expression vectors containing the promoter of the present invention in a functional form are also within the scope of the present invention. Examples of the expression vector include plasmids described later. That is, the plasmid for inserting the promoter of the present invention may be any plasmid that can function in a desired cell, and a marker gene (for example, a kanamycin resistance gene, a high-gloss gene) for selecting a cell into which the plasmid has been introduced. A mycin resistance gene or a neomycin resistance gene). In addition, in the plasmid, if there is a gene insertion site at a position where the promoter of the present invention and the desired gene are operably linked on the plasmid, for example, downstream of the site where the promoter is inserted, the desired gene Can be preferably used for the construction of a plasmid for the expression in a cell. Here, the gene insertion site is, for example, a base sequence that can be specifically recognized and cleaved by a restriction enzyme that is usually used in genetic engineering techniques, and is a kind of restriction enzyme recognition sequence that exists only on a plasmid having the promoter of the present invention. Is preferred. Specific examples of the plasmid include pUC plasmids [pUC118, pUC119 (manufactured by Takara Shuzo), etc.], pSC101 plasmids, Ti-plasmids [pBI101, pBI121 (manufactured by Clontech), etc.], pBR322 plasmid (manufactured by Boehringer Mannheim), Examples include pcDNA3 plasmid (manufactured by Invitrogen).
The promoter of the present invention can be inserted into the plasmid by a conventional method, for example, “Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd edition” (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press, “Current Protocols in Biomolecular 7”. Sons, Inc. This can be carried out according to the method described in ISBN0-471-50338-X or the like.
For example, a plasmid containing a reporter gene such as a luciferase gene under the control of the promoter of the present invention among the plasmids can be preferably used when measuring the promoter activity of the promoter of the present invention in the plasmid. Specifically, it can be prepared using a commercially available plasmid containing a luciferase gene, for example, a plasmid such as pGL3-basic (manufactured by Promega) or PicaGene Basic Vector (manufactured by Toyo Ink). Specifically, a plasmid containing the luciferase gene under the control of the promoter of the present invention can be prepared by inserting the promoter of the present invention into a functional form in the gene insertion site of pGL3-basic by a usual method.
A method for preparing the transformed cell of the present invention into which the expression vector of the present invention containing the promoter of the present invention is introduced will be described below.
Examples of the host cell into which the promoter of the present invention or the expression vector of the present invention is introduced include cells such as Escherichia coli, yeast, plant cells and animal cells, and the promoter or the expression vector of the present invention can be amplified in the cell. Any cell that can maintain Preferred examples include animal cells, and particularly preferred are skeletal muscle-derived cells. As a method for introducing the promoter of the present invention or the expression vector of the present invention into a host cell, a method suitable for the cell can be applied. For example, for animal cells, the calcium phosphate method, the electrotransfer method, the DEAE dextran method, the micelle A formation method or the like can be applied. Specifically, for example, as a calcium phosphate method, Grimm, S. et al. et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 10923-10927, and the like. Examples of the electric introduction method and the DEAE dextran method include Ting, A. et al. T. T. et al. , EMBO J. et al. , 15, 6189-6196, and the like. As a micelle formation method, Hawkins, C .; J. et al. et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 13786-13790, and the like. As the micelle formation method, for example, commercially available reagents such as Lipofectamine (manufactured by GibcoBRL) and Fugene (manufactured by Boehringer Mannheim) can be used.
(V) Evaluation method of expression control ability
(V-1) Method using primer or probe
Moreover, this invention includes the evaluation method of the expression control capability of PGC1 (alpha) b gene including the process of the following process (1), (2), and (3).
(1) contacting a test substance with a cell capable of expressing the PGC1αb gene;
(2) measuring the expression level of the PGC1αb gene in a cell contacted with a test substance, and comparing the expression level with the expression level of the gene in a control cell not contacted with the test substance;
(3) A step of evaluating the expression control ability of the PGC1αb gene of the test substance using as an index whether or not the expression level of the PGC1αb gene is varied based on the comparison result of (2).
The PGC1αb gene used here may be either the endogenous PGC1αb gene of the cell to be used or the PGC1αb gene introduced into the cell as a foreign gene, but the endogenous PGC1αb gene of the cell to be used is preferred. When introduced as a foreign gene, the PGC1αb gene is preferably a PGC1αb gene derived from the cell species used.
The cells used for such screening are not particularly limited as long as they express the PGC1αb gene. Examples thereof include muscle tissue-derived cells and transformed cells into which the aforementioned PGC1αb gene expression vector has been introduced. . Examples of the derived animal species include rodent mammals such as rats, mice and guinea pigs, dogs, monkeys, humans and the like.
In addition to the cells listed above, tissues (eg, muscle tissue fragments) that are aggregates of cells are also included in the category of “cells” used in the screening of the present invention.
Examples of substances that can be used as test substances include, but are not limited to, nucleic acids, peptides, proteins, organic compounds, inorganic compounds, and the like. Specifically, screening includes a sample containing a test substance (test sample) as the tissue / or cell. Can be done in contact. Such test samples are not particularly limited and include, but are not limited to, cell extracts, gene library expression products, synthetic low-molecular compounds, synthetic peptides, natural compounds, and soil extracts.
The “control cell” in the above step (2) represents a cell that can express the PGC1αb gene used in the above step (1) when the test substance is not contacted. “When the test substance is not contacted” includes the case where the same amount of solvent (blank) as the test substance is added instead of the test substance or the case where a negative control substance that does not affect the expression of the PGC1αb gene is added. It is.
In addition, the conditions for bringing the test substance into contact with the cells are not particularly limited, but it is preferable to employ conditions that do not greatly change the culture conditions (temperature, pH, medium composition, etc.) so that the cells do not die.
Detection and quantification of the expression level of such a gene can be carried out by a known method such as Northern blotting or RT-PCR using RNA prepared from the cells or a complementary polynucleotide transcribed therefrom.
When utilizing the Northern blotting method, specifically, a polynucleotide having at least 15 bases continuous in the base sequence of the PGC1αb gene and / or its complementary polynucleotide is used as a primer or a probe. The presence or absence of the expression of the PGC1αb gene and its expression level can be detected and measured.
Here, a complementary polynucleotide (complementary strand, reverse strand) is a full-length sequence of the PGC1αb gene, or a partial sequence having a base sequence of at least 15 bases in the base sequence (here, for convenience, these are “ It is also meant to be a polynucleotide that is in a base-complementary relationship based on a base pair relationship such as A: T and G: C. However, such a complementary strand is not limited to the case where it forms a completely complementary sequence with the target positive strand base sequence, but has a complementary relationship that allows it to hybridize with the target positive strand under stringent conditions. You may have. Here, the stringent conditions are as described above. Specifically, as such a complementary strand, a strand consisting of a base sequence that is completely complementary to the target base strand, and at least 90%, preferably 95% homology with the strand. An example is a chain composed of a base sequence having the same.
In addition, the polynucleotide on the positive strand side includes not only those having the base sequence of the PGC1αb gene or a partial sequence thereof but also a strand comprising a base sequence that is more complementary to the base sequence of the complementary strand. be able to.
Furthermore, the above-mentioned normal-strand polynucleotide and complementary-strand (reverse-strand) polynucleotide may each be used as a primer or probe in a single-stranded form, or in a double-stranded form.
Specifically, the primer or probe may be a polynucleotide comprising the base sequence (full-length sequence) described in SEQ ID NO: 1 relating to the base sequence of the human PGC1αb gene, or a polynucleotide comprising the complementary sequence thereof. May be. A polynucleotide comprising the base sequence described in SEQ ID NO: 3 relating to the base sequence of the mouse PGC1αb gene (full-length sequence) or the base sequence described in SEQ ID NO: 5 relating to the base sequence of the rat PGC1αb gene (full-length sequence). Alternatively, it may be a polynucleotide consisting of its complementary sequence. Furthermore, if the PGC1αb gene represented by each SEQ ID NO. Or a polynucleotide derived from the gene is selectively (specifically) recognized, a polynucleotide comprising the full-length sequence or a partial sequence of its complementary sequence can be used. There may be. In this case, the primer or probe described in (II) above may be used.
Here, “selectively (specifically)” means that, for example, when Northern blotting is used, the PGC1αb gene or a polynucleotide derived therefrom can be specifically detected, and RT-PCR method. Means that the PGC1αb gene or a polynucleotide derived therefrom is specifically produced, but the present invention is not limited thereto, and those skilled in the art can derive the above detection product or product from these genes. As long as it can be determined that it is to be performed.
The probe or primer is used as a primer for specifically recognizing and amplifying RNA generated from expression of the PGC1αb gene or a polynucleotide derived therefrom, or for specifically detecting the RNA or polynucleotide derived therefrom. Can be used as a probe.
Specifically, the primer or probe is a radioisotope ( 32 P, 33 P or the like: labeled with RI) or a fluorescent substance, and hybridized with cell-derived RNA transferred to a nylon membrane or the like according to a conventional method, and then the primer or probe (DNA or RNA) and RNA formed A method of detecting and measuring a signal derived from a labeled product (RI or fluorescent substance) of the primer or probe with a radiation detector (BAS-1800II, manufactured by Fuji Film) or a fluorescence detector can do. In addition, using the AlkPhos Direct Labeling and Detection System (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech), the probe is labeled according to the protocol, hybridized with RNA derived from the biological tissue of the subject, and then a signal derived from the labeled product of the probe. A method of detecting and measuring with a multi-bioimager STORM860 (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech) can also be used.
When the RT-PCR method is used, the presence or absence of expression of the PGC1αb gene in RNA by using a polynucleotide having at least 15 bases continuous in the base sequence of the PGC1αb gene and / or its complementary polynucleotide as a primer And the expression level can be detected and measured. Specifically, a pair of primers prepared based on the sequence of the PGC1αb gene so that a cDNA can be prepared from RNA derived from the biological tissue of a subject according to a conventional method and the target PGC1αb gene region can be amplified using this as a template ( An example of a method for detecting the amplified double-stranded DNA obtained by hybridizing the above-described cDNA (-strand) to the positive strand and the reverse strand bound to the + strand and performing PCR according to a conventional method. can do. In addition, the detection of the amplified double-stranded DNA was performed by a method for detecting the labeled double-stranded DNA produced by performing the PCR using a primer previously labeled with RI or a fluorescent substance. For example, a method may be used in which double-stranded DNA is transferred to a nylon membrane or the like according to a conventional method, and the labeled primer is used as a probe to hybridize with this to detect it. The produced labeled double-stranded DNA product can be measured with an Agilent 2100 Bioanalyzer (manufactured by Yokogawa Analytical Systems). Also, an RT-PCR reaction solution is prepared according to the protocol using SYBR Green RT-PCR Reagents (manufactured by Applied Biosystems), and reacted with ABI PRIME 7900 Sequence Detection System (manufactured by Applied Biosystems). You can also
The gene expression level of the PGC1αb gene can also be detected or quantified using a DNA chip. In this case, the polynucleotide specifically recognizing the PGC1αb gene can be used as a chip probe (for example, in the case of Gene Chip Human Genome U95 A, B, C, D, E of Affymetrix, 25 bp) Used as a polynucleotide probe of length). Such a DNA chip is hybridized with labeled DNA or labeled RNA prepared from the cells used in this evaluation method, and the complex of the probe and labeled DNA or labeled RNA on the chip formed by hybridization is obtained. By detecting the label of labeled DNA or labeled RNA as an indicator, the presence or absence of expression of PGC1αb gene in cells or the expression level (expression level) can be evaluated.
If the expression level of the PGC1αb gene in the cell to which the test substance is added is 1.5 times or more, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more compared to the expression level in the control cell to which no test substance is added, The test substance can be selected as a PGC1αb expression inducer. On the other hand, the expression of the PGC1αb gene in the cells to which the test substance (candidate substance) is added is 3/4 times or less, preferably 1/2 times or less than that in the control cells to which the test substance (candidate substance) is not added. More preferably, if it is 1/3 or less, the test substance can be selected as a substance that suppresses the expression of PGC1αb.
Alternatively, the expression level of the PGC1αb gene in the presence of the test substance (hereinafter referred to as measurement value 1) is compared with the expression level of the gene in the absence of the test substance (hereinafter referred to as measurement value 2). Thus, the expression-inducing activity or the expression-inhibiting activity of the PGC1αb gene of the test substance can be evaluated. In this case, using the measured value, the expression induction rate may be obtained according to the following formula.
Expression induction rate (%) = {(measured value 1−measured value 2) / measured value 2} × 100
A substance whose PGC1αb gene expression induction rate of a test substance shows a statistically significant value, specifically, for example, a substance showing 30% or more, more preferably a substance showing 50% or more is induced to induce PGC1αb expression Select as a substance with ability. In addition, when a measured value shows a negative value, the said test substance is an expression inhibitory substance.
As shown in the Examples, the expression of the PGC1αb gene is specifically and rapidly increased in muscle cells by exercise stimulation. This finding indicates that the expression of the PGC1αb gene is responsive to glucose metabolism.
Therefore, the PGC1αb gene expression promoter obtained by the evaluation method of the present invention is used as a sugar metabolism improving agent described later.
(V-2) Method using antibody
The present invention also relates to a method for evaluating the expression control ability of PGC1αb, comprising the following steps (1), (2) and (3):
(1) contacting a test substance with a cell capable of expressing PGC1αb;
(2) measuring the expression level of PGC1αb in a cell contacted with a test substance, and comparing the expression level with the expression level of PGC1αb in a control cell not contacted with the test substance;
(3) A step of evaluating the PGC1αb expression control ability of the test substance using as an index whether or not the expression level of PGC1αb is varied based on the comparison result of (2).
The cells used in the screening method of the present invention may include all cultured cells having PGC1αb regardless of whether they are endogenous or exogenous. Specifically, the cells described in the above section (V-1) can be mentioned.
The expression of PGC1αb can be easily confirmed by detecting a protein that is a PGC1αb gene expression product.
The expression level of PGC1αb according to the evaluation method of the present invention is the antibody described in (III) above (for example, an antibody that recognizes human PGC1αb represented by SEQ ID NO: 2 or a homolog thereof represented by SEQ ID NO: 4 or 6). Can be quantified according to a known method such as Western blot method using Western blotting uses an antibody of the present invention as a primary antibody and then binds to a primary antibody labeled with a radioisotope such as 125I, a fluorescent substance, an enzyme such as horseradish peroxidase (HRP) as a secondary antibody, etc. And a signal derived from these labeling substances can be measured with a radiation measuring instrument (BAI-1800II: manufactured by Fuji Film Co., Ltd.), a fluorescence detector or the like. In addition, after using the antibody of the present invention as a primary antibody, detection is performed according to the protocol using an ECL Plus Western Blotting Detection System (Amersham Pharmacia Biotech), and measurement is performed with a multibiomea Storm860 (Amersham Pharmacia Biotech) You can also
Examples of the test substance or the control cell include the same ones as in the above (V-1).
If the expression level of PGC1αb in the cells to which the test substance is added is 1.5 times or more, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more compared to the expression level in the control cells to which no test substance is added, The test substance can be selected as a PGC1αb expression inducer. On the other hand, the expression of PGC1αb in the cells to which the test substance (candidate substance) is added is 3/4 or less, preferably 1/2 or less, compared to the expression level in the control cells to which the test substance (candidate substance) is not added. More preferably, if it is 1/3 or less, the test substance can be selected as a substance that suppresses the expression of PGC1αb.
Alternatively, the expression level of PGC1αb in the presence of the test substance (hereinafter referred to as measurement value 1) is compared with the expression level of PGC1αb in the absence of the test substance (hereinafter referred to as measurement value 2). The PGC1αb expression-inducing activity or expression-inhibiting activity of the test substance can be evaluated. In this case, using the measured value, the expression induction rate may be obtained according to the following formula.
Expression induction rate (%) = {(measured value 1−measured value 2) / measured value 2} × 100
A substance whose PGC1αb expression induction rate of a test substance shows a statistically significant value, specifically, for example, a substance showing 30% or more, more preferably a substance showing 50% or more is used as a PGC1αb expression inducing ability. Selected as a substance with In addition, when a measured value shows a negative value, the said test substance is an expression inhibitory substance.
(V-3) Method using promoter activity as an index
The present invention also includes a method for evaluating the expression control ability of the PGC1αb gene, comprising the following steps (1), (2) and (3):
(1) contacting a test substance with a cell capable of expressing a reporter gene to which the promoter of the present invention is bound;
(2) measuring the expression level of the reporter gene in the cell contacted with the test substance, and comparing the expression level with the expression level of the reporter gene in the control cell not contacted with the test substance;
(3) A step of evaluating the expression control ability of the PGC1αb gene of the test substance using as an index whether or not the expression level of the reporter gene is varied based on the comparison result of (2).
The cell used is preferably a transformed cell of the present invention using a mammalian cell as a host, and particularly preferably a transformed cell of the present invention using a mammalian skeletal muscle-derived cell as a host. Examples of the derived animal species include rodent mammals such as rats, mice and guinea pigs, dogs, monkeys, humans and the like. In addition to the cells listed above, tissues (eg, muscle tissue fragments) that are aggregates of cells are also included in the category of “cells” used in the screening of the present invention.
The transformed cell can be prepared as follows.
First, the promoter of the present invention is used as a reporter gene (a gene whose expression can be analyzed) such as glucuronidase (GUS), luciferase, chloramphenicol transacetylase (CAT), β-galactosidase and green fluorescent protein (GFP). By linking in a functional manner, a reporter gene is prepared by ligating the promoter of the present invention in a functional manner. As used herein, “operably linked” means that a gene and one or more regulatory sequences are capable of gene expression when a suitable foreign signal or factor is bound to the regulatory sequence. Means linking in a simple manner. Next, a reporter gene in which the promoter of the present invention is operably linked is inserted into a vector that can be used in a cell into which the reporter gene is introduced, using a conventional genetic engineering technique, thereby preparing a plasmid. To do. The plasmid is then introduced into the cell. Examples of the introduction method into the cell include a calcium phosphate method, an electric introduction method, a DEAE dextran method, and a micelle formation method. As the calcium phosphate method, Grimm, S. et al. et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 10923-10927, etc., as Ting, A. et al. T. T. et al. , EMBO J. et al. , 15, 6189-6196, etc., and micelle formation methods include Hawkins, C .; J. et al. et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 13786-13790, and the like. When using the micelle formation method, commercially available reagents such as Lipofectamine (manufactured by Gibco) and Fugene (manufactured by Boehringer) may be used.
Selection of transformed cells by culturing cells subjected to the plasmid introduction treatment, for example, using a selection marker gene previously contained in the vector and culturing in a medium under selection conditions according to the selection marker gene Can do.
The transformed cell may be prepared from a tissue of a transformed non-human animal described later by a usual method.
Examples of substances that can be used as test substances include, but are not limited to, nucleic acids, peptides, proteins, organic compounds, inorganic compounds, and the like. Specifically, screening includes a sample containing a test substance (test sample) as the tissue / or cell. Can be done in contact. Such test samples are not particularly limited and include, but are not limited to, cell extracts, gene library expression products, synthetic low-molecular compounds, synthetic peptides, natural compounds, and soil extracts.
In the above step (1), the concentration of the test substance to be brought into contact with the cell containing the reporter gene operably linked to the promoter of the present invention may be usually about 0.1 μM to about 100 μM, 1 μM to about 50 μM is preferred, and about 1 μM to about 10 μM is more preferred. The time for contacting the cells with the test substance is usually about 1 hour to about 5 days, preferably about several hours to about 4 days. Preferably, it is about 18 hours or more and about 60 hours, more preferably about 24 hours to 40 hours.
The contact between the cell and the test substance may be performed while culturing the cell under conditions that allow the cell to grow. For example, in the case of the transformed cell of the present invention using a mammalian cell as a host, commercially available D-MEM, OPTI-MEM, RPMI1640 medium (manufactured by Gibco-BRL) and the like supplemented with serum derived from mammals such as fetal bovine serum as appropriate. Can be cultured in the medium. The culture is usually carried out in the presence of about 30 ° C. to about 40 ° C., about 2% (V / V) to 10% (V / V) carbon dioxide, about 35 ° C. to about 37 ° C., about 4% ( More preferably, it is carried out in the presence of (V / V) to about 6% (V / V) carbon dioxide.
For example, when a 24-well plate is used, the number of cells in contact with the test substance is usually about 1 × 10 6. 5 Pieces / well to about 1 × 10 6 Individual / well, about 5 × 10 5 Pieces / well to about 8 × 10 5 Pieces / well are preferred.
The “control cell” in the step (2) represents a cell that is not contacted with a test substance in a cell capable of expressing the reporter gene used in the step (1). “When the test substance is not contacted” includes the case where the same amount of solvent (blank) as the test substance is added instead of the test substance or the case where a negative control substance that does not affect the expression of the reporter gene is added. It is.
In addition, the conditions for bringing the test substance into contact with the cells are not particularly limited, but it is preferable to employ conditions that do not greatly change the culture conditions (temperature, pH, medium composition, etc.) so that the cells do not die.
In the above search method, the method of “monitoring the expression level of the reporter gene” is any method that can measure the expression level of the reporter gene in the transformed cells continuously or discontinuously over time. Any method may be used. For example, when an enzyme gene is used as a reporter gene, the enzyme activity measurement is used, and an expression product of the reporter gene, that is, a mRNA corresponding to the gene or a protein corresponding to the gene (specifically, May be used such as Northern blotting and Western blotting.
Examples of reporter genes that can be used in the method of measuring enzyme activity when an enzyme gene is used as a reporter gene include luciferase gene, GFP (Green Fluorescent Protein), chloramphenicol acetyltransferase, β-galactosidase, etc. Preferred examples include those in which the activity of the expressed and produced protein can be easily measured. When a luciferase gene is used as a reporter gene, the following may be performed. (1) For example, after culturing the transformed cell of the present invention into which the plasmid of the present invention containing the luciferase gene under the control of the promoter of the present invention is introduced for several days, an extract of the cell is obtained. (2) Promoter activity can be detected by reacting the extract with luciferin and ATP to cause chemiluminescence and measuring the luminescence intensity. At this time, a commercially available luciferase reaction detection kit such as Picker Gene Dual Kit (manufactured by Toyo Ink) can be used.
As described above, contact between the cell and the test substance and measurement of the promoter activity of the promoter of the present invention in the cell are performed, and when an increase or decrease in the promoter activity is detected, the test substance is added to the promoter. It can be selected as a substance that acts and controls the promoter activity.
That is, if the expression level of the reporter gene in the presence of the test substance is larger than the expression level of the reporter gene that can be present in the absence of the test substance, the test substance induces the expression of the PGC1αb gene that enhances the function of the promoter of the present invention. It can be evaluated as an agent. On the other hand, if the expression level of the reporter gene in the presence of the test substance is smaller than the expression level of the reporter gene in the absence of the test substance, the test substance is an expression inhibitor of the PGC1αb gene that suppresses the function of the promoter of the present invention. It can be evaluated as being.
Specifically, the expression of the reporter gene in the cells to which the test substance is added is 1.5 times or more, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more compared to the expression level in the control cells to which no test substance is added. If so, the test substance can be selected as a PGC1αb gene expression inducer. On the other hand, the expression of the reporter gene in the cells to which the test substance (candidate substance) is added is 3/4 times or less, preferably 1/2 times or less compared to the expression level in the control cells to which no test substance (candidate substance) is added. More preferably, if it is 1/3 or less, the test substance can be selected as a substance that suppresses the expression of PGC1αb.
Alternatively, the expression level of the reporter gene in which the promoter of the present invention is operably linked in the presence of the test substance (hereinafter referred to as measurement value 1) is expressed as the expression level of the reporter gene in the absence of the test substance. (Hereinafter referred to as measured value 2), the PGC1αb gene expression inducing activity or the expression suppressing activity of the test substance can be evaluated. In this case, using the measured value, the expression induction rate may be obtained according to the following formula.
Expression induction rate (%) = {(measured value 1−measured value 2) / measured value 2} × 100
A substance whose PGC1αb gene expression induction rate of a test substance shows a statistically significant value, specifically, for example, a substance showing 30% or more, more preferably a substance showing 50% or more is induced to induce PGC1αb expression Select as a substance with ability. In addition, when a measured value shows a negative value, the said test substance is an expression inhibitory substance.
(VI) Methods for searching for sugar metabolism improvers, etc.
As shown in the Examples of the present invention, the mitochondrial activation action is caused by the enhanced expression of the PGC1αb gene.
Therefore, a substance having mitochondrial activation ability, that is, improved glucose metabolism, using the expression promoting ability of PGC1αb gene or PGC1αb of the test substance evaluated by the evaluation method described in the above (V-1) to (V-3) as an index The method of selecting the agent is also within the scope of the present invention.
That is, the present invention uses the PGC1αb gene or PGC1αb expression-inducing activity of the test substance evaluated by the evaluation method described in (V-1) to (V-3) as an index, and the PGC1αb gene or PGC1αb expression-inducing substance ( There is provided a search method including a step of selecting a substance that increases the expression level as a substance having mitochondrial activation ability, that is, a sugar metabolism improving agent.
Here, the ability to activate mitochondria has the same meaning as described above.
Further, using the PGC1αb gene or PGC1αb expression inducing activity of the test substance evaluated by the evaluation method described in (V-1) to (V-3) as an index, an expression inducer (expression amount of PGC1αb gene or PGC1αb) There is provided a method for searching for a Glut4 expression inducer, comprising a step of selecting a substance to be increased) as a substance having a Glut4 expression induction activity, that is, a Glut4 expression inducer.
Glut4 is a protein that controls the uptake of sugar (ie, glucose) in the cell. When the expression level of Glut4 increases, the sugar is taken from the outside of the cell into the cell via the transporter, and the energy to the cell. Is replenished.
When energy is consumed by exercise, intracellular AMP levels increase and ATP levels decrease. The activity of AMPK, which is a kind of kinase, increases in such an environment. The inventors have found that the expression of PGC1αb is induced by exercise, and the induced PGC1αb induces the expression of Glut4. Furthermore, it was found that the expression of the PGC1αb gene was also induced by a compound known to activate AMPK: 5-aminoimidazole-4-carboxamide rebonucleoside (AICAR) (see Example 9).
As described above, the PGC1αb gene or the PGC1αb expression inducer has an activity of promoting sugar uptake into cells by inducing the expression of Glut4. PGC1αb is expressed specifically in muscle cells, and a PGC1αb gene or a PGC1αb expression inducer selectively promotes sugar uptake in muscle cells.
From the above, the PGC1αb gene or the PGC1αb expression inducer has the ability to improve sugar metabolism. That is, the present invention includes a step of selecting a PGC1αb gene or a PGC1αb expression inducer (a substance that increases the expression level) as a substance having an ability to improve sugar metabolism, that is, a sugar metabolism improving agent. I will provide a.
As shown in Examples of the present invention, PGC1αb is specifically expressed in muscle cells and the like. On the other hand, conventionally known PGC1αa is expressed not only in muscle cells but also in other tissue cells such as liver, kidney and brain. Therefore, a substance that selectively induces the expression of the PGC1αb gene or PGC1αb is very useful as a sugar metabolism improving agent that acts specifically on muscle cells. In addition, a substance that selectively induces or suppresses the expression of the PGC1αb gene or PGC1αb is useful as a medicament for diseases caused by underexpression or overexpression of the translation product of the gene.
Therefore, among the candidate substances for improving sugar metabolism, the expression level of the PGC1αa gene in the cells to which the test substance is added is significantly different from the expression level of the gene in the control cells to which the test substance is not added. It is desirable to select a substance that does not exhibit the expression, that is, a substance that does not change the expression level of the PGC1αa gene or PGC1αa. Whether or not the test substance induces or controls the expression of PGC1αa is the same as the evaluation method described in (V-1) to (V-3) above, in the presence or absence of the test substance. This can be determined by quantifying the expression level of PGC1αa.
The substance that activates the promoter of the present invention, which is selected by the evaluation according to the method described in (V-3) above, is a desired DNA linked under the control of the promoter of the present invention, such as a muscle such as the PGC1αb. It can also be used as a transcriptional regulator when examining effects on cells.
(VII) preventive agent, ameliorating agent and therapeutic agent
The sugar metabolism-improving agent obtained by the search method of the present invention exhibits an action for improving an abnormal decrease in sugar metabolism.
That is, the search method of the present invention provides a candidate substance that becomes an active ingredient of a drug for preventing / ameliorating / treating metabolic diseases such as insulin-resistant diabetes and / or obesity.
The PGC1αb gene or PGC1αb expression-inducing substance or expression-suppressing substance (collectively referred to as expression control substances) as the active ingredient was selected not only those selected using the above screening method, but also selected. It may be industrially produced according to a conventional method based on information on the substance.
Among the candidate substances for the PGC1αb gene or PGC1αb expression inducer selected by the above search method, candidates that are further effective ingredients for ameliorating or treating metabolic glucose metabolism diseases such as insulin-resistant diabetes and / or obesity As a method for selecting a substance, any conventionally known selection method can be used, and typical methods include, for example, an insulin tolerance test and a glucose tolerance test.
The gene / protein expression control substance of the present invention is mixed as it is or with a pharmaceutically acceptable carrier known per se (including excipients, extenders, binders, lubricants, etc.) and conventional additives. And can be prepared as a pharmaceutical composition. The pharmaceutical composition is prepared in a form (oral administration such as tablets, pills, capsules, powders, granules, syrups; parenteral administration such as injections, drops, external preparations, suppositories, etc.), etc. Depending on the dosage, it can be administered orally or parenterally. The dosage varies depending on the type of active ingredient, administration route, administration subject or patient's age, weight, symptoms, etc., and cannot be defined unconditionally, but the daily dosage is several mg to 2 g, preferably about several tens mg. It can be administered once to several times a day.
In addition, if the above substance is encoded by DNA, it may be possible to incorporate the DNA into a gene therapy vector and perform gene therapy. In these cases, the dose and administration method vary depending on the weight, age, symptoms, etc. of the patient, but those skilled in the art can appropriately select them.
The gene therapy will be described in detail. In the gene therapy, for example, the PGC1αb gene or a chemically modified form thereof (hereinafter sometimes referred to as the present gene) is directly treated in the same manner as this type of gene therapy. Can be carried out by a method of controlling the expression of the target gene by administering it into the body of the patient, or a method of controlling the expression of the target gene by the cell by introducing these genes into the target cells of the patient.
Here, as the chemical modification, for example, phosphorothioate, phosphorodithioate, alkylphosphotriester, alkylphosphonate, alkylphosphoamidate, etc., derivatives that can enhance the ability to migrate into cells or stability in cells ("Antisense RNA and DNA" published by WILEY-LISS, 1992, pp. 1-50, J. Med. Chem. 36, 1923-1937 (, 1993)). These can be synthesized according to conventional methods.
The gene can be formulated using a stabilizer, buffer, solvent, or the like that is commonly used for administration.
In the method of introducing the present gene into a target cell of a patient, the polynucleotide used preferably has a length of 100 bases or more, more preferably 300 bases or more, and even more preferably 500 bases or more, and has a mitochondrial activation ability. What is necessary is just to express the protein which has. This method also includes an in vivo method for introducing a gene into cells in a living body and an ex vivo method for introducing a gene into a cell once taken out of the body and returning the cell to the body (Nikkei Science, 1994 4). Monthly issue, pages 20-45, monthly pharmacy, 36 (1), 23-48 (1994), experimental medicine special edition, 12 (15), all pages (1994), etc.). Among these, the in vivo method is preferable, and there are a viral introduction method (method using a recombinant virus) and a non-viral introduction method (see the above-mentioned documents).
As a method of using the above recombinant virus, for example, a PGC1αb gene polynucleotide is incorporated into a living body such as a retrovirus, an adenovirus, an adeno-associated virus, a herpes virus, a vaccinia virus, a poliovirus, or a simbis virus. The method to introduce is mentioned. Of these, methods using retroviruses, adenoviruses, adeno-associated viruses and the like are particularly preferred. Examples of non-viral introduction methods include the liposome method and the lipofectin method, and the liposome method is particularly preferable. Other non-viral introduction methods include, for example, a microinjection method, a calcium phosphate method, an electroporation method, and the like.
The pharmaceutical composition for gene therapy comprises the present gene or a recombinant virus containing these genes and infected cells into which these viruses have been introduced as active ingredients. The dosage form and route of administration of the composition to a patient can be appropriately determined according to the disease or symptom to be treated. For example, it can be administered in an appropriate administration form such as an injection, intravenously, artery, subcutaneously, intramuscularly, etc., or can be directly administered and introduced into a disease target site of a patient. When adopting the in vivo method, the composition for gene therapy includes, for example, a form in which a viral vector containing the gene is embedded in liposomes or membrane-fused liposomes in addition to the administration form such as an injection containing the gene (Sendai). Virus (HVJ) -liposomes). These liposome preparation forms include suspensions, freezing agents, centrifugal concentrated freezing agents, and the like. Moreover, the composition for gene therapy can also be made into the form of the cell culture solution infected with the virus which introduce | transduced the vector containing this gene. The dosage of the active ingredient in these various forms of preparation can be appropriately adjusted depending on the degree of the disease to be treated, the age of the patient, the body weight, and the like. Usually, about 0.0001-100 mg, preferably about 0.001-10 mg per patient adult may be administered once every several days to several months. In the case of a retroviral vector containing this gene, the retroviral titer is about 1 × 10 6 per kg of patient body weight per day. 3 pfu-1x10 15 It can be selected from a range of amounts that will be pfu. 1x10 for cells transfected with this gene 4 Cells / body-1 × 10 15 What is necessary is just to administer a cell / body grade.
(VIII) Method for searching for a substance that binds to the promoter of the present invention
The present invention includes a method for searching for a substance that binds to the promoter of the present invention, which comprises the following steps (1) and (2):
(1) A step of bringing the promoter according to [5] into contact with a test substance,
(2) A step of examining the presence or absence of complex formation between the promoter and the test substance after the step (1).
As the promoter used in the step (1) for bringing the promoter of the present invention into contact with the test substance, a promoter labeled with a radioisotope or a fluorescent dye compound using, for example, a commercially available DNA labeling kit can be used. This is preferable in that a complex with a substance can be easily detected. In order to label the promoter with a radioisotope, for example, a commercially available Random Labeling Kit can be used, and dCTP in a normal PCR reaction composition is [α- 32 Instead of P] dCTP, labeling can also be performed by performing a PCR reaction using the DNA as a template. Further, when the DNA is labeled with a fluorescent dye, for example, ECL Direct Nucleic Acid Labeling and Detection System can be used.
The promoter and test substance are placed in a suitable buffer at about 4 ° C. to about 37 ° C., preferably about 20 ° C. to about 30 ° C., for about 5 minutes to about 60 minutes, preferably about 10 minutes to about 30 minutes. Contact is made in a buffer such as Tris, Hepes, MES, preferably in a Hepes buffer. The concentration of the test substance is usually about 0.1 μM to about 1,000 μM, and preferably 1 μM to 100 μM. The amount of the DNA is usually about 1 fmol to about 10 fmol, and preferably 2 fmol to 7 fmol.
Examples of the method for examining the presence or absence of complex formation between the promoter and the test substance include a gel shift method, a footprint method, and a BIACORE method. When the test substance is a relatively high molecular weight compound (eg, protein, DNA, etc.), a gel shift method, a footprint method, or the like may be used. When the test substance is a compound having a relatively low molecular weight, a BIACORE method, for example, a method described in “Co-authored by Kazuhiro Nagata and Hiroshi Handa, a real-time analysis method of biological substance interaction—mainly BIACORE—Springer Fairlark Tokyo Co., Ltd.” Use it. For example, in the case of the gel shift method, first, the DNA and the test substance mixed solution are subjected to polyacrylamide gel electrophoresis by a usual method. After drying the polyacrylamide gel after electrophoresis, it is possible to examine whether or not the DNA and the test substance are bound by detecting the position of the DNA on the gel by, for example, autoradiography. Specifically, for example, the dried gel is exposed to an imaging plate for about 1 hour to about 1 night, more preferably 6 to 8 hours, and an image image is acquired with BAS2000. When the test substance binds to the promoter, the mobility of the promoter-test substance complex becomes smaller than that of the free promoter, and a band shift on the image image occurs. A test substance when a band shift is detected can be selected as a substance that binds to the promoter of the present invention. Since the binding substance can bind to the promoter of the present invention, it can control the promoter activity of the promoter of the present invention. Furthermore, the expression of a gene under the control of the promoter of the present invention in a cell can be controlled. Specific examples include a transcription factor that binds to the promoter of the present invention. Therefore, the substance is useful as a medicament for diseases caused by overexpression or underexpression of the translation product of the gene. In addition, it is used as a transcriptional regulator when investigating effects on skeletal muscles such as desired DNA linked under the control of the promoter of the present invention, such as DNA that is presumed to be associated with skeletal muscles, and effects on mitochondrial activation. You can also.
There is no limitation in particular as said test substance, For example, the substance as described in said (V-1) can be used.
(IX) Method for purifying a substance that binds to the promoter of the present invention
The present invention also relates to a method for purifying a substance that binds to the promoter of the present invention, comprising the following steps (1) and (2):
(1) The step of bringing the promoter according to [5] into contact with a sample to form a complex of the promoter and a substance that binds to the promoter contained in the sample, and
(2) A purification method comprising the step of isolating the binding substance from the produced complex after the step (1).
The purification method of the present invention will be described below.
The purification method of the present invention comprises a first step of bringing the promoter of the present invention into contact with a sample to produce a complex of the promoter and a substance that binds to the promoter contained in the sample, and the first step Thereafter, a second step of isolating the binding substance from the produced complex is included.
When the promoter of the present invention is brought into contact with the sample, usually, the promoter or the complex of the promoter and the binding substance can be easily recovered by contacting the promoter in a form in which the promoter is bound to a carrier. This is preferable. The type of the carrier to which the promoter is bound is not particularly limited. For example, a commercially available carrier for affinity chromatography, preferably cyanogen bromide activated Sepharose 4B (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech) or the like can be used. When the promoter is bound to a carrier, there are a method of directly binding the promoter to the carrier and a method of binding via a spacer. For example, the promoter and cyanogen bromide-activated Sepharose 4B are mixed and stirred at about 1000 ° C. overnight at about 4 ° C. to about 10 ° C. to fix the promoter on Sepharose. Then, in order to eliminate the unreacted cyanogen bromide active group, in a buffer containing an amino group, for example, sodium bicarbonate solution containing 1 M glycine, for example, at about 4 ° C. to about 10 ° C. overnight. put. The obtained gel may be brought into contact with the sample by an ordinary batch method, and an affinity column for a substance that binds to the promoter of the present invention is prepared by filling the gel in a commercially available chromatographic tube. The sample may be brought into contact with the sample by column chromatography.
For example, when contact / isolation is performed by column chromatography, the above-described sample is applied to an affinity column to form a complex of the promoter and a promoter binding substance, followed by washing of the carrier and elution of the binding substance. In this way, the binding substance can be isolated. Specifically, the sample is first loaded, and then washed with a buffer having the same composition as that used for loading to remove components in the sample that have not formed a complex. Thereafter, a substance that binds to the promoter of the present invention can be isolated by performing a gradient that increases the salt concentration contained in the buffer and eluting the substance that binds to the promoter of the present invention. Examples of the salt used for elution include sodium chloride, potassium chloride, and ammonium sulfate.
There are no particular limitations on what is used as the “sample” here, and examples include test substances, synthetic compound libraries, biological samples, and the like listed in (V-1) above. Examples of biological samples include suspensions or extracts derived from any cultured cells, suspensions or extracts derived from animal tissues, and the like. By using a human tissue or cell extract as a sample, an endogenous substance that binds to the PGC1αb promoter can be searched.
By the purification method of the present invention, a substance selected by the method for selecting a substance that controls the promoter activity of the promoter of the present invention or a substance selected by the method for selecting a substance that binds to the promoter of the present invention can be purified.

以下の実施例で本発明を具体的に詳細に説明するが、もとより本発明はこれに限定されるものではない。
実施例1
(cDNAの調製)
RNeasy Mini Kit(QIAGEN)を用いて、組織からtotal RNAを抽出した。得られたtotal RNA 10μg、T7−(dT)24プライマー(Amersham社製)100pmolを含む11μlの混合液を、70℃、10分間加熱後、氷上で冷却した。冷却後、当該混合液に、SuperScript Choice System for cDNA Synthesis(Gibco−BRL社製)に含まれる5xFirst Strand cDNA Buffer 4μl、該キットに含まれる0.1M DTT 2μl及び当該キットに含まれる10mM dNTP Mix 1μlを添加し、この混合液を42℃、2分間加熱した。更に、当該混合液に、当該キットに含まれるSuper ScriptII RT 2μl(400U)を添加し、この混合液を42℃、1時間加熱後、氷上で冷却した。冷却後、当該混合液にDEPC処理滅菌蒸留水91μl、当該キットに含まれる5xSecond Strand Reaction Buffer 30μl、10mM dNTP Mix 3μl、当該キットに含まれるE.coli DNA Ligase 1μl(10U)、当該キットに含まれるE.coli DNA Polymerase I 4μl(40U)及び当該キットに含まれるE.coli RNaseH 1μl(2U)を添加し、この混合液を16℃、2時間反応させた。次いで、当該混合液に当該キットに含まれるT4 DNA Polymerase 2μl(10U)を加え、この混合液を16℃、5分間反応させた後、当該混合液に0.5M EDTA 10μlを添加した。次いで、この混合液にフェノール/クロロホルム/イソアミルアルコール溶液(ニッポンジーン社製)162μlを添加し、混合した。当該混合液を、予め室温、14,000rpm、30秒間遠心分離しておいたPhase Lock Gel Light(エッペンドルフ社製)に移し、これを室温、14,000rpm、2分間遠心分離した。遠心分離後、145μlの水層をエッペンドルフチューブに回収した。回収された水層に、7.5M酢酸アンモニウム溶液72.5μl及びエタノール362.5μlを加え混合した後、この混合液を4℃、14,000rpm、20分間遠心分離した。遠心分離後、上清を捨て、DNAペレットを得た。その後、DNAペレットに80%エタノール0.5mLを添加した。この混合液を4℃、14,000rpm、5分間遠心分離した後、上清を捨て、DNAペレットを再び得た。得られたDNAペレットに再度80%エタノール0.5mLを添加した。この混合液を4℃、14,000rpm、5分間遠心分離した後、上清を捨て、DNAペレットを得た。得られたDNAペレットを乾燥させた後、DEPC処理滅菌蒸留水12μlに溶解することにより、cDNA溶液を得た。
実施例2
(ヒトPGC−1αb遺伝子のクローニング)
ヒトcDNAライブラリー(Clontech製)1μL、配列番号9で示される塩基配列からなるプライマー20pmol、配列番号10で示される塩基配列からなるプライマー 20pmol、Ex−taq(宝酒造社)1μL、Ex−taq添付のバッファー 5μL及びdNTP 4μLを含む50μLの反応液を調製し、PCRを行った。当該PCRでは、まず94℃で1分間、次いで60℃で1分間、更に72℃で2分間からなる保温サイクルが40回繰り返された。PCRにより増幅されたPCR産物を、アガロースゲル電気泳動することにより、約2.4kbpの大きさのDNAを回収した。回収されたDNAをQIAEX II Gel Extraction Kit(QIAGEN社)を用いて精製した。精製されたDNAを水20μLに溶解し、そのうち1μLとpT7−Blue(宝酒造社)とを混合し当該混合物をライゲーションキットver.1(宝酒造社)を用いて16℃で1時間のライゲーション反応に供した。このようにして得られたライゲーション反応液20μLとE.coliJM109株コンピテントセル(東洋紡社)とを用いて、E.coliJM109形質転換細胞を得た。当該形質転換細胞を50μg/mLアンピシリン含有LB培地100mLで培養して得られた培養菌体からQIAGEN Plasmid Maxi kit(QIAGEN社)を用いて配列番号1に示す本発明ヒトPGC1αb遺伝子の塩基配列を含む組換えベクターを精製・単離した。
実施例3
(マウスPGC−1αb遺伝子のクローニング)
マウス骨格筋cDNAライブラリー(宝酒造製)1μL、配列番号11で示される塩基配列からなるプライマー20pmol、配列番号12で示される塩基配列からなるプライマー 20pmol、Ex−taq(宝酒造社)1μL、Ex−taq添付のバッファー 5μL及びdNTP 4μLを含む50μLの反応液を調製し、PCRを行った。当該PCRでは、まず94℃で1分間、次いで65℃で1分間、更に72℃で2分間からなる保温サイクルが40回繰り返された。PCRにより増幅されたPCR産物を、アガロースゲル電気泳動することにより、約2.4kbpの大きさのDNAを回収した。回収されたDNAをQIAEX II Gel Extraction Kit(QIAGEN社)を用いて精製した。精製されたDNAを水20μLに溶解し、そのうち1μLとpT7−Blue(宝酒造社)とを混合し当該混合物をライゲーションキットver.1(宝酒造社)を用いて16℃で1時間のライゲーション反応に供した。このようにして得られたライゲーション反応液20μLとE.coliJM109株コンピテントセル(東洋紡社)とを用いて、E.coliJM109形質転換細胞を得た。当該形質転換細胞を50μg/mLアンピシリン含有LB培地100mLで培養して得られた培養菌体からQIAGEN Plasmid Maxi kit(QIAGEN社)を用いて配列番号3に示す本発明マウスPGC1αb遺伝子の塩基配列を含む組換えベクターを精製・単離した。
実施例4
(ラットPGC−1αb遺伝子のクローニング)
ラットcDNAライブラリー(Clontech製)1μL、配列番号13で示される塩基配列からなるプライマー20pmol、配列番号14で示される塩基配列からなるプライマー 20pmol、Ex−taq(宝酒造社)1μL、Ex−taq添付のバッファー 5μL及びdNTP 4μLを含む50μLの反応液を調製し、PCRを行った。当該PCRでは、まず94℃で1分間、次いで65℃で1分間、更に72℃で2分間からなる保温サイクルが40回繰り返された。PCRにより増幅されたPCR産物を、アガロースゲル電気泳動することにより、約2.4kbpの大きさのDNAを回収する。回収されたDNAをQIAEX II Gel Extraction Kit(QIAGEN社)を用いて精製する。精製されたDNAを水20μLに溶解し、そのうち1μLとpT7−Blue(宝酒造社)とを混合し当該混合物をライゲーションキットver.1(宝酒造社)を用いて16℃で1時間のライゲーション反応に供する。このようにして得られたライゲーション反応液20μLとE.coliJM109株コンピテントセル(東洋紡社)とを用いて、E.coliJM109形質転換細胞を得る。当該形質転換細胞を50μg/mLアンピシリン含有LB培地100mLで培養して得られた培養菌体からQIAGEN Plasmid Maxi kit(QIAGEN社)を用いて配列番号5に示す本発明ラットPGC1αb遺伝子の塩基配列を含む組換えベクターを精製・単離できる。
実施例5
(RT−PCR)
RT−PCR法を利用する場合は、マウス筋肉組織、あるいはマウス横紋筋由来培養細胞C2C12から調製したRNAを、あるいは得られたRNAを鋳型としてTaqMan Reverse Transcription Reagents(ABI社製)を用いて調製したcDNAを鋳型として定量しようとする遺伝子をコードする塩基配列領域が特異的に増幅できるように、一対のプライマー(上記cDNA(−鎖)に結合する正鎖、+鎖に結合する逆鎖)を設計し、通常の方法で合成した。マウスPGC1αbを定量する際には配列番号15で示される塩基配列からなるプライマー及び配列番号16で示される塩基配列からなるプライマーを用いた。合成したプライマーを用いてSYBR Green RT−PCR Reagents(Applied Biosystems社製)を用いてプロトコールに従ってRT−PCR反応液を調製し、ABI PRIME 7900 Sequence Detection System(Applied Biosystems社製)で反応させて、該反応物を検出、定量した。以下実施例6及び7においては本実施例の方法でRT−PCRを行った。
実施例6
(マウス各組織におけるPGC1αbの発現)
マウス各組織から調製したRNAを鋳型として、cDNAを調製し、RT−PCRによりマウスPGC1αbの発現の解析を行った。発現の内部標準としては36B4遺伝子の発現定量を用い、配列番号17で示される塩基配列からなるプライマー及び配列番号18で示される塩基配列からなるプライマーを用いた。それぞれのサンプルにおける解析対象遺伝子の発現定量値を36B4遺伝子発現定量値で除することで相対発現量を求めた。比較のため、配列番号19で示される塩基配列からなるプライマー及び配列番号20で示される塩基配列からなるマウスPGC1αa遺伝子を特異的に定量するプライマーを用いて比較した。結果を図1に示す。PGC1αbは筋肉、心臓でのみ明らかな発現が検出され、褐色脂肪組織でわずかに発現が認められた。他の肝臓を含む臓器ではこの条件においては全く発現は認められなかった。一方、これまで知られているPGC1αaにおいては褐色脂肪組織、筋肉、腎臓、脳、心臓で明らかな発現が見られ、肝臓でも発現が認められた。
実施例7
(骨格筋におけるPGC1αbの運動依存的発現誘導)
47〜55週齢の雄性C57BL6jマウス(日本クレア)を用いた。飼育室の照明時間は、6時〜18時までを明期、18時〜6時までを暗期とした。飼育飼料としてCE−2型固形飼料(日本クレア)、飲料水として水道水を与え飼育した。
運動負荷試験にはトレッドミル機種:MK−680S(ラット・マウス兼用型トレッドミル/室町機械株式会社製)を使用し、運動条件は14m/min x 45min x 2(10min interval)で実施した。運動終了から3時間後に下肢よりヒラメ筋、長指伸筋をすばやく摘出し、液体窒素にて急速凍結することによりRNAのRNaseによる分解を防いだ。摘出したヒラメ筋、長指伸筋よりRNAを抽出し、RT−PCRを行なった。
5−aminoimidazole−4−carboxamide ribonucleoside(AICAR)処理試験にはAICAR(Tronto Research Chemicals Inc.)を1mg/g of body weight(50mg/ml in sterile 0.9%NaCl)皮下より投与した。投与12時間後にヒラメ筋、長指伸筋を摘出し、液体窒素にて早急に凍結し、RNAのRNaseによる分解を防いだ。摘出したヒラメ筋、長指伸筋よりRNAを抽出し、RT−PCRを行なった。
発現の内部標準としては36B4遺伝子の発現定量を用い、配列番号17で示される塩基配列からなるプライマー及び配列番号18で示される塩基配列からなるプライマーを用いた。それぞれのサンプルにおける解析対象遺伝子の発現定量値を36B4遺伝子発現定量値で除することで相対発現量を求めた。RT−PCRは3連で実施し、平均値、及び標準誤差を算出した。
結果を図2に示す。PGC1αbは運動、及びAICAR処理でヒラメ筋、長指伸筋のいずれにおいても明らかな発現誘導が共通して認められた。一方、これまで知られているPGC1αaにおいては長指伸筋のAICAR処理で誘導される傾向が見られたものの、ヒラメ筋、長指伸筋のいずれにおいても運動、及びAICAR処理で共通した誘導は見られなかった。
実施例8
(マウスPGC1αbアデノウイルスベクターの構築)
実施例3で調製されたマウスPGC1αb遺伝子のセンス鎖をコスミドベクターpAxCAwt(宝酒造社)のSwaI部位に挿入し、pAxCAwt−mPGC1αbを得た。得られたpAxCAwt−mPGC1αbをλパッケージングキットGigapackXL(Stratagene社)を用いてインビトロパッケージングを行い大腸菌DH5αに感染させた。感染させた大腸菌を、50ml 50μg/mlアンピシリン含有LB培地で培養し、Lambda DNA purification Kit(東洋紡社)によりコスミドDNAを大量調製した。
293細胞(宝酒造社)を10%FCS添加D−MEM培地(宝酒造社)で37℃、5%二酸化炭素下で培養する。前述のようにして調製されたpAxCAwt−mPGC1αb 8μgと制限酵素処理済みDNA−TPC(宝酒造)5μlとを混合し、当該混合物を用いてリン酸カルシウム法にて293細胞にコトランスフェクションを行った。当該細胞をそのまま18時間培養後、培地を10%FCS添加D−MEM培地(宝酒造社)と交換し、さらに12時間培養する。培養終了後、後細胞をディッシュから剥がすことにより、回収された細胞懸濁液と293細胞を混ぜてさらに10%FCS添加D−MEM培地(宝酒造社)にて培養をつづけ、293細胞が完全に死滅した時点で培養液をドライアイスにて急凍した。凍結融解6回後、5000rpm 5分間遠心することにより得られた上清を1次組換えアデノウイルス液(AxCAwt−mPGC1αb)として保存した。
293細胞(宝酒造社)に前述方法で調製された1次組換えウイルス液を10μl加え、これに5%FCS添加D−MEM培地(宝酒造社)を加えた後、当該混合物を37℃、5%二酸化炭素下で1時間培養した。さらに当該混合物に5%FCS添加D−MEM培地(宝酒造社)を加えた後、これを37℃、5%二酸化炭素下で培養した。3日間培養後、感染させた293細胞を回収し、細胞から蛋白画分を抽出し、PGC1α抗体(Santa Cruz Biotechnology社)を用いたイムノブロットに供した。PGC1α蛋白の発現の有無を確認することにより、組換えアデノウイルスの作成を確認した。また、ウイルス感染させた293細胞(宝酒造社)の培養液を回収し、これをドライアイスにて急凍した。凍結融解6回後、5000rpm 5分間遠心することにより得られた上清を2次組換えアデノウイルス液として保存した。続いてこの組換えアデノウイルスDNAを前記操作を繰り返すことにより継代培養した。このようにして、高力価組換えウイルスを作製した。力価の測定は既存の方法(特開平7−298877)により測定した。
実施例9
(培養筋細胞におけるPGC1αb遺伝子の発現誘導)
マウス横紋筋由来培養細胞C2C12へのアデノウイルスAxCAwt−mPGC1αbの感染実験は以下のように行った。
C2C12細胞を10%FCS添加D−MEM培地(宝酒造社)にてコンフルエントになるまで培養した後に、2%FCS添加D−MEM培地(宝酒造社)にて5日間培養することにより筋筒細胞への分化を誘導した。筋筒細胞への分化後、AxCAwt−mPGC1αbで感染させ、48時間後に細胞を回収し、RNAを抽出した。実施例5に記載の方法で、RT−PCRを行い、マウスPGC1αbの発現定量を行った。
発現の内部標準としては36B4遺伝子の発現定量を用い、配列番号17で示される塩基配列からなるプライマーと配列番号18の塩基配列からなるプライマーを用いた。それぞれのサンプルにおける解析対象遺伝子の発現定量値を36B4遺伝子発現定量値で除することで相対発現量を求めた。mtTFA遺伝子の定量には、配列番号21で示される塩基配列からなるプライマーと配列番号22で示される塩基配列からなるプライマー、UCP−2遺伝子の定量には、配列番号23で示される塩基配列からなるプライマーと配列番号24で示される塩基配列からなるプライマー、COXII遺伝子の定量には、配列番号25で示される塩基配列からなるプライマーと配列番号26で示される塩基配列からなるプライマー、NRF遺伝子の定量には、配列番号27で示される塩基配列からなるプライマーと配列番号28で示される塩基配列からなるプライマー、βATPsynthase遺伝子の定量には、配列番号29で示される塩基配列からなるプライマーと配列番号30で示される塩基配列からなるプライマー、Glut4遺伝子の定量には、配列番号31で示される塩基配列からなるプライマーと配列番号32で示される塩基配列からなるプライマーを用いて定量、比較した。結果を図3及び図4に示す。
アデノウイルスAxCAwt−mPGC1αbの感染により、PGC1αbの発現が見られ、その発現はウイルス量の増加により上昇した。ミトコンドリア機能に関わる遺伝子であり、ミトコンドリアにおいてエネルギー消費を起こすと考えられているUCP2、ミトコンドリアのゲノム複製や転写反応に重要な役割を示す転写因子:mtTFA(mitochondrial transcription factor A、多くのミトコンドリア遺伝子のプロモーターに結合する転写因子NRF1、ミトコンドリアでの酸化的リン酸化経路に関わる遺伝子群であるβATPsynthase、cytochrome c oxidase subunits II(COXII)のいずれにおいてもPGC1αbの発現の上昇に呼応した発現上昇が見られた。
実施例10
(探索方法)
PGC1αb遺伝子を発現する筋肉組織、あるいは培養細胞を用いて化合物がその発現を促進するか否かを判定することにより、PGC1αb遺伝子発現誘導物質を探索することができる。マウス横紋筋由来培養細胞C2C12を10cm Dish(コーニング社)に1Dish当たり5×10細胞ずつ巻き込む。この細胞を、10%ウシ胎児血清(JRH life sciences社。以下、FCSと記す。)、及び1mMピルビン酸ナトリウム(Gibco−BRL社)が添加されたD−MEM培地(高グルコース、SIGMA社)を用い、37℃、5%二酸化炭素下で培養する。培養開始後、3日目に2% HS(Gibco−BRL社)入りの培地に交換して分化誘導を行なう。分化開始7日目のマウス横紋筋由来培養細胞C2C12に例えば、被験物質もしくは培養溶媒(対照の場合)、および必要に応じて0.5%ジメチルスルホキシド(以下、DMSOと記す。)を添加した培地に交換することができる。15時間後に培養されたC2C12培養細胞を回収し、それぞれ培養混合物よりtotalRNAを調製、さらにcDNAを調製する。調製したサンプルをノーザンブロット法で分析し、PGC1αb遺伝子の発現レベルを定量する。被験物質を添加した細胞におけるPGC1αb遺伝子の発現が被験物質を添加しない対照細胞での発現量と比較して1.5倍以上であれば、該被験物質はPGC1αbの発現誘導物質であり、糖代謝改善物質の候補物質として選択することができる。このとき、同様の方法で対照としてPGC1αa遺伝子の発現レベルを定量する。糖代謝改善物質の候補物質のうち、被験物質を添加した細胞におけるPGC1αa遺伝子の発現が被験物質を添加しない対照細胞と比較して、有意な発現誘導を示さない物質であるものを選別する。
実施例11
(培養筋細胞におけるPGC1αb遺伝子の発現誘導)
マウス横紋筋由来培養細胞C2C12を10cm Dish(コーニング社)に1Dish当たり5×10細胞ずつまき込んだ。この細胞を、10%ウシ胎児血清(JRH life sciences社。以下、FCSと記す。)、及び1mMピルビン酸ナトリウム(Gibco−BRL社)が添加されたD−MEM培地(高グルコース、SIGMA社)を用い、37℃、5%二酸化炭素下で培養した。培養開始後、3日目に2% HS(Gibco−BRL社)入りの培地に交換して分化誘導を行い、分化開始7日目に5−aminoimidazole−4−carboxamide ribonucleoside(AICAR;Tronto Research Chemicals Inc.)500μM、Isoproterenol(SIGMA社)10μM、Forkolin(DMSO溶液SIGMA社)50μM、Caffeine(SIGMA社)57mM、CoCl(SIGMA社)100μM、A23187(SIGMA社)500nMを含む培地に交換した。15時間後に培養されたC2C12培養細胞を回収し、RNAの抽出を行なった。発現の内部標準としては36B4遺伝子の発現定量を用い、配列番号40と41の配列を有するプライマーを用いた。それぞれのサンプルにおける解析対象遺伝子の発現定量値を36B4遺伝子発現定量値で除することで相対発現量を求めた。結果を図5に示す。Forkolin、Caffeine、AICAR処理条件で明らかなPGC1αb遺伝子の発現誘導が認められた。
実施例12
(本発明ヒトPGC−1αbプロモーターのクローニング)
Human Genomic DNA(CLONTECH社)1μL、配列番号36で示される塩基配列からなるプライマー20pmol、配列番号37で示される塩基配列からなるプライマー 20pmol、Ex−taq(宝酒造社)1μL、Ex−taq添付のバッファー 5μL及びdNTP 4μLを含む50μLの反応液を調製し、PCRを行った。当該PCRでは、まず94℃で30秒間、次いで60℃で30秒間、更に72℃で3分間からなる保温サイクルが40回繰り返された。PCRにより増幅されたPCR産物を、アガロースゲル電気泳動することにより、約3kbpの大きさのDNAを回収した。
同様に配列番号44で示される塩基配列からなるプライマー20pmol、配列番号45で示される塩基配列からなるプライマー 20pmolを用いて約1.8kbの大きさのDNA、配列番号46で示される塩基配列からなるプライマー20pmol、配列番号47で示される塩基配列からなるプライマー 20pmolを用いて約1.3kbの大きさのDNAを回収した。回収されたDNAをQIAEX II Gel Extraction Kit(QIAGEN社)を用いて精製した。精製されたDNAを水20μLに溶解し、そのうち1μLとpT7−Blue(宝酒造社)とを混合し当該混合物をライゲーションキットver.1(宝酒造社)を用いて16℃で1時間のライゲーション反応に供した。このようにして得られたライゲーション反応液20μLとE.coliJM109株コンピテントセル(東洋紡社)とを用いて、E.coliJM109形質転換細胞を得た。当該形質転換細胞を50μg/mLアンピシリン含有LB培地100mLで培養して得られた培養菌体からQIAGEN Plasmid Maxi kit(QIAGEN社)を用いて本発明ヒトPGC−1αbプロモーターの塩基配列を含む組換えベクターhPGC1αb−P1(3.0)−pT7Blue、hPGC1αb−P2(1.8)−pT7Blue、hPGC1αb−P3(1.3)−pT7Blueを精製・単離した。
実施例13
(本発明ヒトPGC−1αbプロモーターの塩基配列の決定)
実施例5で精製・単離された、本発明ヒトPGC−1αbプロモーターの塩基配列を含む組換えベクターを鋳型として、Thermo Sequenase IIダイ・ターミネーターキット(Amersham Pharmacia Biotech社)及びABI373DNA配列読み取り装置(PE Applied Biosystems社)を用いて、サンガーの方法〔F.Sanger,S.Nicklen,A.R.Coulson著、Proceedings of National Academy of Science U.S.A.(1977),74,5463−5467〕により、本発明ヒトPGC−1αbプロモーターの塩基配列を決定した。決定された約3kbpの断片の塩基配列を配列番号33に、約1.8kbpの断片の塩基配列を配列番号33で示される塩基配列における塩基番号1157から塩基番号3000までの塩基配列、約1.3kbpの断片の塩基配列を配列番号34に示す。尚、配列番号34に示される塩基配列は、配列番号33で示される塩基配列における塩基番号1648〜塩基番号3000までの塩基配列に対応している。
実施例14
(本発明ヒトPGC−1αbプロモーター及びルシフェラーゼレポーター遺伝子を含有するプラスミドの構築)
実施例13で精製・単離された、本発明ヒトPGC−1αbプロモーターの塩基配列を含む組換えベクターhPGC1αb−P1(3.0)−pT7Blue、hPGC1αb−P2(1.8)−pT7Blue、hPGC1αb−P3(1.3)−pT7Blue5μgを、KpnI及びSalI各5Uを用いて70μLの反応液中で37℃で1時間消化した。一方、pGL3−Basic(Promega社)5μgをKpnI及びXhoI各5Uを用いて70μLの反応液中で37℃で1時間消化した。両者の消化反応液をそれぞれ別々にアガロースゲル電気泳動に供することにより、DNA断片を回収した。回収されたDNA断片をQIAEXII Gel Extraction Kitを用いて精製した。精製されたDNA断片をそれぞれ水20μLに溶解し、この溶解液各1μLとライゲーションキットver.1に含まれるA液16μLとB液2μLとを混合した。当該混合物を16℃で1時間のライゲーション反応に供した。このようにして得られたライゲーション反応液20μLとE.coliJM109株コンピテントセルとを用いて、E.coliJM109形質転換細胞を得た。当該形質転換細胞を50μg/mLアンピシリン含有LB培地100mLで培養して得られた培養菌体からQIAGEN Plasmid Maxi kitを用いて本発明ヒトPGC−1αbプロモーターの下流(3’側)にルシフェラーゼレポーター遺伝子を含む組換え発現ベクター(以下、phPGC1αb−P1(3.0)−pGL3basic、phPGC1αb−P2(1.8)−pGL3basic、phPGC1αb−P3(1.3)−pGL3basicと記す。)を精製・単離した。
実施例15
(本発明マウスPGC−1αbプロモーターのクローニング)
Mouse Genomic DNA(CLONTECH社)1μL、配列番号48で示される塩基配列からなるプライマー20pmol、配列番号49で示される塩基配列からなるプライマー 20pmol、Ex−taq 1μL、Ex−taq添付のバッファー 5μL及びdNTP 4μLを含む50μLの反応液を調製し、PCRを行った。当該PCRでは、まず94℃で30秒間、次いで65℃で30秒間、更に72℃で3分間からなる保温サイクルが40回繰り返された。PCRにより増幅されたPCR産物を、アガロースゲル電気泳動することにより、約3kbpの大きさのDNAを回収した。回収されたDNAをQIAEX II Gel Extraction Kitを用いて精製した。精製されたDNAを水20μLに溶解し、そのうち1μLとpT7−Blueとを混合し当該混合物をライゲーションキットver.1を用いて16℃で1時間のライゲーション反応に供した。このようにして得られたライゲーション反応液20μLとE.coliJM109株コンピテントセルとを用いて、E.coliJM109形質転換細胞を得た。当該形質転換細胞を50μg/mLアンピシリン含有LB培地100mLで培養して得られた培養菌体からQIAGEN Plasmid Maxi kitを用いて本発明マウスPGC−1αbプロモーターの塩基配列を含む組換えベクターを精製・単離した。
実施例16
(本発明マウスPGC−1αbプロモーターの塩基配列の決定)
実施例15で精製・単離された、本発明マウスPGC−1αbプロモーターの塩基配列を含む組換えベクターを鋳型として、Thermo Sequenase IIダイ・ターミネーターキット(Amersham Pharmacia Biotech社)及びABI373DNA配列読み取り装置(PE Applied Biosystems社)を用いて、サンガーの方法〔F.Sanger,S.Nicklen,A.R.Coulson著、Proceedings of National Academy of Science U.S.A.(1977),74,5463−5467〕により、本発明マウスPGC−1αbプロモーターの塩基配列を決定した。決定された塩基配列を配列番号35に示す。
実施例17
(本発明マウスPGC−1αbプロモーター及びルシフェラーゼレポーター遺伝子を含有するプラスミドの構築)
実施例15で精製・単離された、本発明マウスPGC−1αbプロモーターの塩基配列を含む組換えベクター5μgを、MluI及びSmaI各5Uを用いて70μLの反応液中で37℃で1時間消化した。一方、pGL3−Basic(Promega社)5μgをMluI及びSmaIを用いて70μLの反応液中で37℃で1時間消化した。両者の消化反応液をそれぞれ別々にアガロースゲル電気泳動に供することにより、DNA断片を回収した。回収されたDNA断片をQIAEXII Gel Extraction Kitを用いて精製した。精製されたDNA断片をそれぞれ水20μLに溶解し、この溶解液各1μLとライゲーションキットver.1に含まれるA液16μLとB液2μLとを混合した。当該混合物を16℃で1時間のライゲーション反応に供した。このようにして得られたライゲーション反応液20μLとE.coliJM109株コンピテントセルとを用いて、E.coliJM109形質転換細胞を得た。当該形質転換細胞を50μg/mLアンピシリン含有LB培地100mLで培養して得られた培養菌体からQIAGEN Plasmid Maxi kitを用いて配列番号35で示される塩基配列における塩基番号1から塩基番号3022までの塩基配列からなる本発明マウスPGC−1αbプロモーターの下流(3’側)にルシフェラーゼレポーター遺伝子を含む組換え発現ベクター(以下、mPGC1αb−P1(3.0)−pGL3basicと記す。)を精製・単離した。
また、実施例15で精製・単離された、本発明マウスPGC−1αbプロモーターの塩基配列を含む組換えベクターがKpnI及びSmaIで切断されることにより得られたDNA断片をpGL3−BasicのKpnI及びSmaIサイトに導入すること以外は上記と同様な方法に準じて、配列番号35で示される塩基配列における塩基番号1631から塩基番号3022までの塩基配列からなる本発明マウスPGC−1αbプロモーターの下流(3’側)にルシフェラーゼレポーター遺伝子を含む組換え発現ベクター(以下、mPGC1αb−P2(1.0)−pGL3basicと記す。)を取得した。
実施例18
(本発明ヒトPGC−1αbプロモーターが有する転写開始能力の測定)
マウス横紋筋由来培養細胞C2C12を24ウエルプレート(Becton Dickinson社)に1ウエル当たり5.0×10細胞ずつまき込んだ。このC2C12培養細胞を、10%ウシ胎児血清(JRH life sciences社。以下、FCSと記す。)及び、1mMピルビン酸ナトリウム(Gibco−BRL社)が添加されたD−MEM培地(高グルコース、SIGMA社)を用い、37℃、5%二酸化炭素下で一晩培養した。次いで、phPGC1αb−P1(3.0)−pGL3basic、あるいはphPGC1αb−P2(1.8)−pGL3basic、phPGC1αb−P3(1.3)−pGL3basic 100ngと、LacZ遺伝子を含むプラスミドpME18s−LacZ 100ngとを混合し、これにPLUS Reagent(Invitrogen社)2μL及びLipofectamine Reagent(Invitrogen社)0.5μLを添加、混合し、これを24ウエルプレート1ウエル当たりのトランスフェクション用DNA液とした。このトランスフェクション用DNA液を前記のC2C12培養細胞に添加し、これをさらに一晩培養した。翌日、Forskolin(50μM)またはAICAR(500μM)を含む培地に交換し、10から14時間後に培養されたC2C12培養細胞を回収した。細胞をD−PBSで1回洗浄した後、1mg/mlのウシ血清アルブミンを含むD−PBSで希釈したピッカジーンキット(東洋インキ)専用の細胞溶解剤を、1ウエル当たり100μLずつ添加した。これを室温で15分間放置することにより細胞溶解液を得た。ピペットを用いて当該細胞溶解液を1.5mlエッペンドルフチューブに移し、遠心分離(15,000rpm、2分間、4℃)することにより上澄み液を得た。得られる上澄み液のうち20μLを、上記キット付属のホタルルシフェラーゼ用発光基質液100μLに添加し、10秒間の発光量をルミノメーター(Fluoroskan Ascent FL;Thermo Labsystems社)で定量した。測定された値をホタルルシフェラーゼ活性測定値(測定値A)とした。次いで、前記の上澄み液にLacZ用基質液(25mMのo−Nitrophenyl β−D−Galactopyranoside;SIGMA社)10μLを添加し、マイクロプレートリーダー(model 3550;Bio−Rad社)で定量した。測定された値をβ−ガラクトシダーゼ活性測定値(測定値B)とした。上記の測定値Aを上記の測定値Bで割った値(A/B値)を算出した後、各C2C12培養細胞細胞におけるA/B値を対照におけるA/B値で割って、各C2C12培養細胞における相対ルシフェラーゼ活性(相対値)を算出した。尚、ここで「対照」とは、組換えプラスミドphPGC1αb−P1(3.0)−pGL3basic、phPGC1αb−P2(1.8)−pGL3basic、phPGC1αb−P3(1.3)−pGL3basicの代わりにpGL3−Basicのみを同様な方法によりトランスフェクションして得られた対照横紋筋由来細胞を意味する。
C2C12培養細胞を分化誘導して測定する場合には、上記と同様にトランスフェクションを行なった後、翌日に2% HS入りの培地に交換して分化誘導を行い、さらにその翌日にForskolin(50μM)またはAICAR(500μM)による刺激を行なった。10から14時間後に培養されたC2C12培養細胞を回収し、活性の測定を行なった。
結果を図6に示す。分化誘導を行なわなかったマウス横紋筋由来培養細胞C2C12(未分化)と分化誘導を行なったマウス横紋筋由来培養細胞C2C12のいずれにおいてもphPGC1αb−P1(3.0)−pGL3basic、phPGC1αb−P2(1.8)−pGL3basic、phPGC1αb−P3(1.3)−pGL3basicの全てにおいて対照と比較して有意なプロモーター活性が検出され、その活性はForskolinで約5.5から8.5倍に増強された。
実施例19
(本発明マウスPGC−1αbプロモーターが有する転写開始能力の測定)
マウス横紋筋由来培養細胞C2C12を24ウエルプレート(Becton Dickinson社)に1ウエル当たり5.0×10細胞ずつまき込んだ。この細胞を、10%ウシ胎児血清(JRH life sciences社。以下、FCSと記す。)及び1mMピルビン酸ナトリウム(Gibco−BRL社)が添加されたD−MEM培地(高グルコース、SIGMA社)を用い、37℃、5%二酸化炭素下で一晩培養した。次いで、mPGC1αb−P2(1.0)−pGL3basic 100ngと、LacZ遺伝子を含むプラスミドpME18s−LacZ 100ngとを混合し、これにPLUS Reagent(Invitrogen社)2μL及びLipofectamine reagent(Invitrogen社)0.5μLを添加、混合し、これを24ウエルプレート1ウエル当たりのトランスフェクション用DNA液とした。このトランスフェクション用DNA液を前記のC2C12培養細胞に添加し、これをさらに一晩培養した。翌日、Forskolin(50μM)を含む培地に交換し、10から14時間後に培養されたC2C12培養細胞を回収し、これをD−PBSで1回洗浄した後、1mg/mlのウシ血清アルブミンを含むD−PBSで希釈したピッカジーンキット(東洋インキ)専用の細胞溶解剤を、1ウエル当たり100μLずつ添加した。これを室温で15分間放置することにより細胞溶解液を得た。ピペットを用いて当該細胞溶解液を1.5mlエッペンドルフチューブに移し、遠心分離(15,000rpm、2分間、4℃)することにより上澄み液を得た。得られる上澄み液のうち20μLを、上記キット付属のホタルルシフェラーゼ用発光基質液100μLに添加し、10秒間の発光量をルミノメーター(Fluoroskan Ascent FL;Thermo Labsystems社)で定量した。測定された値をホタルルシフェラーゼ活性測定値(測定値A)とした。次いで、前記の上澄み液にLacZ用基質液(25mMのo−Nitrophenyl β−D−Galactopyranoside;SIGMA社)10μLを添加し、マイクロプレートリーダー(model 3550;Bio−Rad社)で定量した。測定された値をβ−ガラクトシダーゼ活性測定値(測定値B)とした。上記の測定値Aを上記の測定値Bで割った値(A/B値)を算出した後、各C2C12培養細胞細胞におけるA/B値を対照におけるA/B値で割って、各C2C12培養細胞における相対ルシフェラーゼ活性(相対値)を算出した。尚、ここで「対照」とは、組換えプラスミドmPGC1αb−P2(1.0)−pGL3basicの代わりにpGL3−Basicのみを同様な方法によりトランスフェクションして得られた対照横紋筋由来細胞を意味する。
結果を図7に示す。mPGC1αb−P2(1.0)−pGL3basicにおいて対照と比較して有意なプロモーター活性が検出され、その活性はForskolinで約1.8倍に増強された。
実施例20
(本発明ヒトPGC−1αbプロモーターのプロモーター活性を制御する物質の選抜)
実施例18に記載される方法を用いて、phPGC1αb−P1(3.0)−pGL3basic、あるいはphPGC1αb−P2(1.8)−pGL3basic、phPGC1αb−P3(1.3)−pGL3basicがトランスフェクションされたマウス横紋筋由来培養細胞C2C12を96ウエルプレートに1ウエル当たり1×10細胞ずつまき込む。次いで、被験物質の1μM DMSO溶液をウエルプレートに1ウエル当たり0.5μLずつ添加し、これを一晩培養する。同時に、対照として、被験物質の1μM DMSO溶液の代わりにDMSO0.5μLを添加し、これを同様に培養する。実施例15に記載される方法を用いてホタルルシフェラーゼ活性測定値(測定値A)とLacZ活性測定値(測定値B)との測定を行う。次いで、測定値Aを測定値Bで割った値(A/B値)を算出した後、各培養細胞におけるA/B値を対照におけるA/B値で割って、各細胞の相対ルシフェラーゼ活性(相対値)を算出する。この相対ルシフェラーゼ活性(相対値)が1より大きい場合の被験物質を、正の転写調節能力を有する物質として選抜する。逆に、この相対ルシフェラーゼ活性(相対値)が1より小さい場合の被験物質を、負の転写調節能力を有する物質として選抜する。
実施例21
(本発明ヒトPGC−1αbプロモーターに結合する物質の選抜)
実施例12に記載されるhPGC1αb−P1(3.0)−pT7Blue、hPGC1αb−P2(1.8)−pT7Blue、hPGC1αb−P3(1.3)−pT7Blue 5μgを、KpnI及びSalI各10Uを用いて20μLの反応液中で37℃で1時間消化する。この消化反応液をアガロースゲル電気泳動に供することにより、DNA断片を回収する。回収されたDNA断片をQIAEXII Gel Extraction Kitを用いて精製する。精製されたDNA断片1μg、[α−32P]dCTP(Amersham Pharmacia Biotech社)5μL、非標識ヌクレオチド(dATP,dTTP,dGTP)(宝酒造社)各1μL、10×klenow Buffer(宝酒造社)2μL及びklenow酵素(宝酒造社)1μLを混合する。これを蒸留水で合計20μLとする混合液を、37℃で1時間放置することにより、標識DNA断片を反応系内に形成させる。このように調製された反応液を、反応系内に存在する未反応[α−32P]dCTP と標識DNA断片とを分離するために、10mMトリス塩酸及び1mMEDTA(以後TE溶液と表記する。)で平衡化されたProbeQuant G−50 Micro Columnsに供した後、遠心分離(室温、1,200rpm、1分)により、標識DNA断片を溶出させる。得られた溶出液の放射活性をシンチレーターで測定し、10cpm/μLになるようTE溶液で希釈して標識DNA断片溶液を調製する。次いで、5×バインディングバッファー(50mM Hepes−水酸化カリウム(pH7.8)、250mM 塩化カリウム、5mM EDTA(pH8.0)、25mM 塩化マグネシウム、50%グリセロール、25mM ジチオスレイトール、3.5mM PMSF、10μg/mL Aprotinin、10μg/mL Pepstatin、10μg/mL Leupeptin及び5mM sodium orthovanadateを含有する。)5μL、2μg/μL polydIdC 1.5μL、10μM被験物質 5μL及び標識DNA断片溶液 2μLを混合し、これを蒸留水で合計25μLにする。混合液を室温で30分間放置した後、これをポリアクリルアミドゲル電気泳動に供する。電気泳動後、ゲルをゲル板よりはがして、ワットマン3MMろ紙上にて80℃、1時間真空ポンプにより減圧乾燥した。これをイメージングプレートに2時間感光させた後、BAS2000で画像イメージを取得する。被験物質が標識DNA断片と結合し、DNAと被験物質とからなる複合体が形成された結果、ゲル上での移動度が遊離のDNA断片より小さくなり、画像イメージ上のバンドのシフトが検出された場合の被験物質を本発明プロモーターに結合する物質(即ち、結合物質)として選抜する。
実施例22
(本発明ヒトPGC−1αbプロモーターに結合する物質の取得方法)
(1)本発明ヒトPGC−1αbプロモーターに結合する物質を精製するためのアフィニティーカラム(結合物質用アフィニティーカラム)の作製
実施例12に記載されるhPGC1αb−P1(3.0)−pT7Blue、hPGC1αb−P2(1.8)−pT7Blue、hPGC1αb−P3(1.3)−pT7Blue 200μgを、KpnI及びSalI各50Uを用いて200μLの反応液中で37℃で1時間消化する。この消化反応液をアガロースゲル電気泳動に供することにより、約180bp付近に存在するDNA断片を回収した。回収されたDNA断片をQIAEXII Gel Extraction Kitを用いて精製する。精製されたDNA断片44mgと、2mLの臭化シアン活性化セファロース4Bとを混合し、4℃で一晩1,000rpmで撹拌しながら、当該DNA断片をセファロース上に固定する。次いで、未反応の臭化シアンの活性基を無くすために、前記混合物に1Mグリシンを含む炭酸水素ナトリウム溶液(pH9.5)20mLを添加し、これを4℃で一晩放置する。このようにして得られたゲルを、10×300mmクロマトグラフ管(イワキガラス社)に充填することにより、結合物質用アフィニティーカラムを作製する。
(2)被験物質の調製
マウス横紋筋由来培養細胞C2C12を50cmフラスコ(イワキガラス社)40枚に1フラスコ当たり4.5×10個の細胞ずつをまき込む。このマウス横紋筋由来培養細胞C2C12を、10%ウシ胎児血清(JRH life sciences社。以下、FCSと記す。)及び1mMピルビン酸ナトリウム(Gibco−BRL社)が添加されたD−MEM培地(高グルコース、SIGMA社)を用い、37℃、5%二酸化炭素下で二晩培養する。培養後、上記フラスコから培地を除去した後、15mLのリン酸緩衝液でフラスコの器壁を1回洗浄する。洗浄後のフラスコにトリプシン−EDTA溶液(0.05%トリプシン、0.53mM EDTAを含む。Gibco社)1mL〜2mLを細胞が浸るように添加し、37℃で5分放置する。これに、FBS含有培地を上記のトリプシン−EDTA溶液の約10倍量添加することにより、細胞懸濁液を得る。得られる細胞懸濁液を遠心分離(室温、1,300rpm、5分間)した後、上清を除去する。残った細胞沈殿を15mLのリン酸緩衝液(pH7.5)に懸濁して得られる懸濁液を遠心分離(室温、1,300rpm、5分間)した後、上清を除去する。残った細胞沈殿を氷冷した10mM Hepes−水酸化カリウム(pH7.8)、10mM 塩化カリウム及び0.1mM EDTA(pH8.0)溶液(以下、バッファーAと記す。)10mLに懸濁する。得られる懸濁液を10分間氷上で冷却した後、遠心分離(4℃、1,300rpm、5分間)する。上清を除去した後、残った細胞沈殿を30mlのバッファーAで懸濁する。得られる懸濁液をダウンスホモジナイザーペッスルB(Wheaton社)を用いて氷上で冷却しながら細胞を完全に破砕する。得られた細胞破砕液を遠心分離(4℃、1,300rpm、5分間)した後、上清を除去する。残った沈殿を50mM Hepes−KOH(pH7.8)、420mM 塩化カリウム、0.1mM EDTA(pH8.0)、5mM 塩化マグネシウム及び2%グリセロール溶液(以下、バッファーBと記す。)2mLに懸濁する。得られる懸濁液を、4℃で30分間ローテーターにて穏やかに回転させた後、遠心分離(4℃、24,000g、30分間)する。上清を回収し、回収される上清に蒸留水を加えることにより5倍に希釈された液を被験物質として調製することが出来る。
(3)単離・回収の工程
上記の被験物質を、上記(1)で作製される結合物質用アフィニティーカラムに供する。さらに、当該カラムを洗浄するために、5倍に希釈されたバッファーB10mLを供する。その後、バッファーB中の塩化カリウムの濃度を1Mまで上昇させるグラジエント溶出を行うことにより、当該カラムから結合物質を溶出させる。溶出液を回収した後、当該溶出液から結合物質を回収する。
The present invention will be described in detail in the following examples, but the present invention is not limited thereto.
Example 1
(Preparation of cDNA)
Total RNA was extracted from the tissues using RNeasy Mini Kit (QIAGEN). 11 μl of a mixed solution containing 10 μg of the obtained total RNA and 100 pmol of T7- (dT) 24 primer (manufactured by Amersham) was heated at 70 ° C. for 10 minutes and then cooled on ice. After cooling, 4 μl of 5 × First Strand cDNA Buffer included in SuperScript Choice System for cDNA Synthesis (manufactured by Gibco-BRL), 2 μl of 0.1M DTT included in the kit, and 1 μM included in 0.1 M DTT included in the kit And the mixture was heated at 42 ° C. for 2 minutes. Furthermore, 2 μl (400 U) of Super Script II RT included in the kit was added to the mixed solution, and the mixed solution was heated at 42 ° C. for 1 hour and then cooled on ice. After cooling, 91 μl of DEPC-treated sterilized distilled water, 30 μl of 5 × Second Strand Reaction Buffer included in the kit, 3 μl of 10 mM dNTP Mix, and E. E. coli DNA Ligase 1 μl (10 U), E. coli contained in the kit. 4 μl (40 U) of E. coli DNA Polymerase I and E. coli contained in the kit. 1 μl (2 U) of E. coli RNase H was added and the mixture was reacted at 16 ° C. for 2 hours. Next, 2 μl (10 U) of T4 DNA Polymerase contained in the kit was added to the mixture, and this mixture was reacted at 16 ° C. for 5 minutes, and then 10 μl of 0.5 M EDTA was added to the mixture. Next, 162 μl of a phenol / chloroform / isoamyl alcohol solution (manufactured by Nippon Gene) was added to the mixture and mixed. The mixture was transferred to Phase Lock Gel Light (manufactured by Eppendorf) that had been centrifuged at room temperature and 14,000 rpm for 30 seconds, and this was centrifuged at room temperature and 14,000 rpm for 2 minutes. After centrifugation, 145 μl of the aqueous layer was collected in an Eppendorf tube. The recovered aqueous layer was mixed with 72.5 μl of 7.5 M ammonium acetate solution and 362.5 μl of ethanol, and then the mixture was centrifuged at 14,000 rpm for 20 minutes at 4 ° C. After centrifugation, the supernatant was discarded to obtain a DNA pellet. Thereafter, 0.5 mL of 80% ethanol was added to the DNA pellet. This mixture was centrifuged at 14,000 rpm for 5 minutes at 4 ° C., and the supernatant was discarded to obtain a DNA pellet again. To the obtained DNA pellet, 0.5 mL of 80% ethanol was added again. The mixture was centrifuged at 14,000 rpm for 5 minutes at 4 ° C., and then the supernatant was discarded to obtain a DNA pellet. The obtained DNA pellet was dried and then dissolved in 12 μl of DEPC-treated sterilized distilled water to obtain a cDNA solution.
Example 2
(Cloning of human PGC-1αb gene)
1 μL of human cDNA library (manufactured by Clontech), 20 pmol of primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 9, 20 pmol of primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 10, 1 μL of Ex-taq (Takara Shuzo), attached to Ex-taq A 50 μL reaction solution containing 5 μL of buffer and 4 μL of dNTP was prepared, and PCR was performed. In the PCR, a heat retention cycle comprising 94 ° C. for 1 minute, 60 ° C. for 1 minute, and 72 ° C. for 2 minutes was repeated 40 times. The PCR product amplified by PCR was subjected to agarose gel electrophoresis, whereby DNA having a size of about 2.4 kbp was recovered. The recovered DNA was purified using QIAEX II Gel Extraction Kit (QIAGEN). The purified DNA was dissolved in 20 μL of water, 1 μL of the DNA was mixed with pT7-Blue (Takara Shuzo), and the mixture was ligated with ligation kit ver. 1 (Takara Shuzo) was used for ligation reaction at 16 ° C. for 1 hour. 20 μL of the ligation reaction solution thus obtained and E. coli. E. coli JM109 strain competent cell (Toyobo Co., Ltd.) E. coli JM109 transformed cells were obtained. Including the base sequence of the human PGC1αb gene of the present invention shown in SEQ ID NO: 1 using QIAGEN Plasmid Maxi kit (QIAGEN) from cultured cells obtained by culturing the transformed cell in 100 mL of LB medium containing 50 μg / mL ampicillin The recombinant vector was purified and isolated.
Example 3
(Cloning of mouse PGC-1αb gene)
Mouse skeletal muscle cDNA library (Takara Shuzo) 1 μL, primer 20 pmol consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 11, primer 20 pmol consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 12, Ex-taq (Takara Shuzo) 1 μL, Ex-taq A 50 μL reaction solution containing 5 μL of the attached buffer and 4 μL of dNTP was prepared, and PCR was performed. In the PCR, a heat retention cycle comprising 94 ° C. for 1 minute, 65 ° C. for 1 minute, and 72 ° C. for 2 minutes was repeated 40 times. The PCR product amplified by PCR was subjected to agarose gel electrophoresis, whereby DNA having a size of about 2.4 kbp was recovered. The recovered DNA was purified using QIAEX II Gel Extraction Kit (QIAGEN). The purified DNA was dissolved in 20 μL of water, 1 μL of the DNA was mixed with pT7-Blue (Takara Shuzo), and the mixture was ligated with ligation kit ver. 1 (Takara Shuzo) was used for ligation reaction at 16 ° C. for 1 hour. 20 μL of the ligation reaction solution thus obtained and E. coli. E. coli JM109 strain competent cell (Toyobo Co., Ltd.) E. coli JM109 transformed cells were obtained. It contains the nucleotide sequence of the mouse PGC1αb gene of the present invention shown in SEQ ID NO: 3 using QIAGEN Plasmid Maxi kit (QIAGEN) from cultured cells obtained by culturing the transformed cell in 100 mL of LB medium containing 50 μg / mL ampicillin. The recombinant vector was purified and isolated.
Example 4
(Cloning of rat PGC-1αb gene)
Rat cDNA library (manufactured by Clontech) 1 μL, primer 20 pmol consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 13, primer 20 pmol consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 14, Ex-taq (Takara Shuzo) 1 μL, attached to Ex-taq A 50 μL reaction solution containing 5 μL of buffer and 4 μL of dNTP was prepared, and PCR was performed. In the PCR, a heat retention cycle comprising 94 ° C. for 1 minute, 65 ° C. for 1 minute, and 72 ° C. for 2 minutes was repeated 40 times. The PCR product amplified by PCR is subjected to agarose gel electrophoresis to recover DNA of about 2.4 kbp. The recovered DNA is purified using QIAEX II Gel Extraction Kit (QIAGEN). The purified DNA is dissolved in 20 μL of water, 1 μL of the DNA is mixed with pT7-Blue (Takara Shuzo), and the mixture is ligated with ligation kit ver. 1 (Takara Shuzo) is used for ligation reaction at 16 ° C. for 1 hour. 20 μL of the ligation reaction solution obtained in this way and E. coli. E. coli JM109 strain competent cell (Toyobo Co., Ltd.) E. coli JM109 transformed cells are obtained. It contains the nucleotide sequence of the rat PGC1αb gene of the present invention shown in SEQ ID NO: 5 using QIAGEN Plasmid Maxi kit (QIAGEN) from cultured cells obtained by culturing the transformed cell in LB medium containing 50 μg / mL ampicillin. Recombinant vectors can be purified and isolated.
Example 5
(RT-PCR)
When the RT-PCR method is used, RNA prepared from mouse muscle tissue or mouse striated muscle-derived cultured cell C2C12, or prepared using TaqMan Reverse Transfer Reagents (ABI) using the obtained RNA as a template. A pair of primers (a normal strand that binds to the cDNA (-strand) and a reverse strand that binds to the + strand) so that the base sequence region encoding the gene to be quantified can be specifically amplified using the obtained cDNA as a template. Designed and synthesized in the usual way. When quantifying mouse PGC1αb, a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 15 and a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 16 were used. Using the synthesized primers, an RT-PCR reaction solution was prepared according to the protocol using SYBR Green RT-PCR Reagents (manufactured by Applied Biosystems), and ABI PRIME 7900 Sequence Detection System (manufactured by Applied Biosystems) was used. The reaction product was detected and quantified. In Examples 6 and 7 below, RT-PCR was performed by the method of this example.
Example 6
(Expression of PGC1αb in each mouse tissue)
CDNA was prepared using RNA prepared from each mouse tissue as a template, and expression of mouse PGC1αb was analyzed by RT-PCR. As an internal standard for expression, 36B4 gene expression quantification was used, and a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 17 and a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 18 were used. The relative expression level was determined by dividing the expression quantitative value of the gene to be analyzed in each sample by the 36B4 gene expression quantitative value. For comparison, comparison was made using a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 19 and a primer which specifically quantifies the mouse PGC1αa gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 20. The results are shown in FIG. PGC1αb was clearly expressed only in muscle and heart, and slightly expressed in brown adipose tissue. In other organs including the liver, no expression was observed under these conditions. On the other hand, PGC1αa known so far was clearly expressed in brown adipose tissue, muscle, kidney, brain and heart, and was also observed in the liver.
Example 7
(Induction of exercise-dependent expression of PGC1αb in skeletal muscle)
47-55 week old male C57BL6j mice (CLEA Japan) were used. The lighting time of the breeding room was from 6:00 to 18:00 in the light period and from 18:00 to 6:00 in the dark period. CE-2 type solid feed (CLEA Japan) was fed as breeding feed, and tap water was given as drinking water.
A treadmill model: MK-680S (rat / mouse treadmill / Muromachi Kikai Co., Ltd.) was used for the exercise load test, and the exercise conditions were 14 m / min x 45 min x 2 (10 min interval). Three hours after the end of exercise, the soleus and long extensor muscles were quickly removed from the lower limbs and rapidly frozen with liquid nitrogen to prevent RNA from being degraded by RNase. RNA was extracted from the extracted soleus and long finger extensor muscles, and RT-PCR was performed.
In 5-aminoimidazole-4-carboxide ribonucleoside (AICAR) treatment test, AICAR (Toronto Research Chemicals Inc.) was administered at a dose of 1 mg / g of body weight (50 mg / ml in selenium). Twelve hours after administration, the soleus and long extensor muscles were removed and immediately frozen in liquid nitrogen to prevent degradation of RNA by RNase. RNA was extracted from the extracted soleus and long finger extensor muscles, and RT-PCR was performed.
As an internal standard for expression, 36B4 gene expression quantification was used, and a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 17 and a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 18 were used. The relative expression level was determined by dividing the expression quantitative value of the gene to be analyzed in each sample by the 36B4 gene expression quantitative value. RT-PCR was performed in triplicate, and the average value and standard error were calculated.
The results are shown in FIG. PGC1αb was commonly observed to induce expression in both the soleus and long extensor muscles after exercise and AICAR treatment. On the other hand, in PGC1αa known so far, there was a tendency to be induced by AICAR treatment of the long finger extensor, but in both the soleus and long finger extensor muscles, exercise and induction common to AICAR treatment are I couldn't see it.
Example 8
(Construction of mouse PGC1αb adenovirus vector)
The sense strand of the mouse PGC1αb gene prepared in Example 3 was inserted into the SwaI site of the cosmid vector pAxCAwt (Takara Shuzo) to obtain pAxCAwt-mPGC1αb. The obtained pAxCAwt-mPGC1αb was in vitro packaged using λ packaging kit GigapackXL (Stratagene) and infected with E. coli DH5α. Infected E. coli was cultured in LB medium containing 50 ml of 50 μg / ml ampicillin, and a large amount of cosmid DNA was prepared by Lambda DNA purification Kit (Toyobo).
293 cells (Takara Shuzo) are cultured in 10% FCS-added D-MEM medium (Takara Shuzo) at 37 ° C. under 5% carbon dioxide. 8 μg of pAxCAwt-mPGC1αb prepared as described above and 5 μl of restriction enzyme-treated DNA-TPC (Takara Shuzo) were mixed, and 293 cells were co-transfected by the calcium phosphate method using the mixture. After culturing the cells as they are for 18 hours, the medium is replaced with a D-MEM medium supplemented with 10% FCS (Takara Shuzo) and further cultured for 12 hours. After completion of the culture, the cells were removed from the dish, and the recovered cell suspension and 293 cells were mixed and further cultured in 10% FCS-added D-MEM medium (Takara Shuzo). At the time of death, the culture solution was snap frozen with dry ice. After freezing and thawing 6 times, the supernatant obtained by centrifugation at 5000 rpm for 5 minutes was stored as a primary recombinant adenovirus solution (AxCAwt-mPGC1αb).
After adding 10 μl of the primary recombinant virus solution prepared by the above method to 293 cells (Takara Shuzo), 5% FCS-added D-MEM medium (Takara Shuzo) was added thereto, and then the mixture was incubated at 37 ° C., 5% Cultivation was performed for 1 hour under carbon dioxide. Further, 5% FCS-added D-MEM medium (Takara Shuzo) was added to the mixture, which was then cultured at 37 ° C. under 5% carbon dioxide. After culturing for 3 days, infected 293 cells were collected, a protein fraction was extracted from the cells, and subjected to immunoblotting using a PGC1α antibody (Santa Cruz Biotechnology). The production of recombinant adenovirus was confirmed by confirming the presence or absence of expression of PGC1α protein. Moreover, the culture solution of 293 cells (Takara Shuzo Co., Ltd.) infected with the virus was collected and rapidly frozen with dry ice. After freezing and thawing six times, the supernatant obtained by centrifugation at 5000 rpm for 5 minutes was stored as a secondary recombinant adenovirus solution. Subsequently, this recombinant adenovirus DNA was subcultured by repeating the above procedure. In this way, a high-titer recombinant virus was produced. The titer was measured by an existing method (Japanese Patent Laid-Open No. 7-298877).
Example 9
(Induction of PGC1αb gene expression in cultured muscle cells)
An infection experiment of adenovirus AxCAwt-mPGC1αb to mouse striated muscle-derived cultured cell C2C12 was performed as follows.
C2C12 cells were cultured until they became confluent in D-MEM medium (Takara Shuzo) supplemented with 10% FCS, and then cultured for 5 days in D-MEM medium supplemented with 2% FCS (Takara Shuzo). Differentiation was induced. After differentiation into myotube cells, the cells were infected with AxCAwt-mPGC1αb, and after 48 hours, the cells were collected and RNA was extracted. RT-PCR was performed by the method described in Example 5 to quantify the expression of mouse PGC1αb.
As an internal standard for expression, 36B4 gene expression quantification was used, and a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 17 and a primer consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 18 were used. The relative expression level was determined by dividing the expression quantitative value of the gene to be analyzed in each sample by the 36B4 gene expression quantitative value. For quantification of the mtTFA gene, a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 21 and a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 22, and for quantifying the UCP-2 gene, it consists of the base sequence shown in SEQ ID NO: 23 For quantifying the primer and the COXII gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 24, the primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 25, the primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 26, and the NRF gene Is a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 27, a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 28, and a primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 29 and SEQ ID NO: 30 for the quantification of the βATP synthase gene. Primer consisting of a base sequence, Glut4 gene Quantitatively, we quantified using primers having the nucleotide sequence represented by primers SEQ ID NO: 32 comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 31 was compared. The results are shown in FIGS.
The expression of PGC1αb was observed by the infection with adenovirus AxCAwt-mPGC1αb, and the expression was increased by the increase of viral load. UCP2, which is a gene related to mitochondrial function and is considered to cause energy consumption in mitochondria, transcription factor showing an important role in mitochondrial genome replication and transcription reaction: mtTFA (mitochondrial transcription factor A, promoter of many mitochondrial genes In both the transcription factor NRF1 that binds to γ and βATP synthase and cytochrome oxidase subunits II (COXII), which are genes related to the oxidative phosphorylation pathway in mitochondria, an increase in expression corresponding to the increase in the expression of PGC1αb was observed.
Example 10
(Search method)
A PGC1αb gene expression inducer can be searched by determining whether a compound promotes its expression using muscle tissue or cultured cells that express the PGC1αb gene. Mouse striated muscle-derived cultured cell C2C12 was placed in a 10 cm dish (Corning) at 5 × 10 5 per dish. 5 Involve cells one by one. The cells were treated with D-MEM medium (high glucose, SIGMA) supplemented with 10% fetal calf serum (JRH life sciences, hereinafter referred to as FCS) and 1 mM sodium pyruvate (Gibco-BRL). Incubate at 37 ° C. under 5% carbon dioxide. On the third day after the start of culture, the medium is exchanged with a medium containing 2% HS (Gibco-BRL) to induce differentiation. For example, a test substance or a culture medium (in the case of a control) and optionally 0.5% dimethyl sulfoxide (hereinafter referred to as DMSO) were added to cultured cell C2C12 derived from mouse striated muscle 7 days after the start of differentiation. The medium can be changed. C2C12 cultured cells cultured after 15 hours are collected, total RNA is prepared from each culture mixture, and cDNA is further prepared. The prepared sample is analyzed by Northern blotting to quantify the expression level of the PGC1αb gene. If the expression of the PGC1αb gene in the cell to which the test substance is added is 1.5 times or more compared to the expression level in the control cell to which no test substance is added, the test substance is a PGC1αb expression inducer, and glucose metabolism It can be selected as a candidate substance for improving substance. At this time, the expression level of the PGC1αa gene is quantified as a control in the same manner. Among the candidate substances for improving sugar metabolism, those that are substances that do not show significant expression induction compared to control cells in which the expression of the PGC1αa gene in the cells to which the test substance is added are not added are selected.
Example 11
(Induction of PGC1αb gene expression in cultured muscle cells)
Mouse striated muscle-derived cultured cell C2C12 was placed in a 10 cm dish (Corning) at 5 × 10 5 per dish. 5 I swallowed each cell. The cells were treated with D-MEM medium (high glucose, SIGMA) supplemented with 10% fetal calf serum (JRH life sciences, hereinafter referred to as FCS) and 1 mM sodium pyruvate (Gibco-BRL). Incubated at 37 ° C. under 5% carbon dioxide. On the 3rd day after the start of the culture, the medium was replaced with a medium containing 2% HS (Gibco-BRL) to induce differentiation, and on the 7th day from the start of differentiation, 5-aminoimidazole-4-carbamide ribonucleoside (AICAR; Toronto Research Chemicals Inc.). .) 500 μM, Isoproterenol (SIGMA) 10 μM, Forkolin (DMSO solution SIGMA) 50 μM, Caffeine (SIGMA) 57 mM, CoCl 2 (SIGMA) The medium was changed to 100 μM and A23187 (SIGMA) 500 nM. C2C12 cultured cells cultured after 15 hours were collected, and RNA was extracted. As an internal standard for expression, expression quantification of 36B4 gene was used, and primers having the sequences of SEQ ID NOs: 40 and 41 were used. The relative expression level was determined by dividing the expression quantitative value of the gene to be analyzed in each sample by the 36B4 gene expression quantitative value. The results are shown in FIG. Apparent induction of PGC1αb gene expression was observed under the conditions of Forkoline, Caffeine, and AICAR.
Example 12
(Cloning of human PGC-1αb promoter of the present invention)
Human Genomic DNA (CLONTECH) 1 μL, Primer 20 pmol consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 36, Primer 20 pmol consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 37, Ex-taq (Takara Shuzo) 1 μL, Buffer attached to Ex-taq A 50 μL reaction solution containing 5 μL and 4 μL of dNTP was prepared, and PCR was performed. In this PCR, a heat retention cycle comprising 94 ° C. for 30 seconds, 60 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 3 minutes was repeated 40 times. The PCR product amplified by PCR was subjected to agarose gel electrophoresis, and DNA having a size of about 3 kbp was recovered.
Similarly, 20 pmol of the primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 44, 20 pmol of the primer consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 45, and about 1.8 kb of DNA, consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 46 DNA having a size of about 1.3 kb was recovered using 20 pmol of primer and 20 pmol of a primer consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 47. The recovered DNA was purified using QIAEX II Gel Extraction Kit (QIAGEN). The purified DNA was dissolved in 20 μL of water, 1 μL of the DNA was mixed with pT7-Blue (Takara Shuzo), and the mixture was ligated with ligation kit ver. 1 (Takara Shuzo) was used for ligation reaction at 16 ° C. for 1 hour. 20 μL of the ligation reaction solution thus obtained and E. coli. E. coli JM109 strain competent cell (Toyobo Co., Ltd.) E. coli JM109 transformed cells were obtained. A recombinant vector comprising the base sequence of the human PGC-1αb promoter of the present invention using QIAGEN Plasmid Maxi kit (QIAGEN) from cultured cells obtained by culturing the transformed cell in 100 mL of LB medium containing 50 μg / mL ampicillin. hPGC1αb-P1 (3.0) -pT7Blue, hPGC1αb-P2 (1.8) -pT7Blue, and hPGC1αb-P3 (1.3) -pT7Blue were purified and isolated.
Example 13
(Determination of the base sequence of the human PGC-1αb promoter of the present invention)
Using the recombinant vector containing the base sequence of the human PGC-1αb promoter of the present invention purified and isolated in Example 5 as a template, Thermo Sequence II dye terminator kit (Amersham Pharmacia Biotech) and ABI373 DNA sequence reader (PE Applied Biosystems) using the Sanger method [F. Sanger, S.M. Nicklen, A.M. R. Coulson, Proceedings of National Academy of Science U. S. A. (1977), 74, 5463-5467], the base sequence of the human PGC-1αb promoter of the present invention was determined. The determined base sequence of the fragment of about 3 kbp is shown in SEQ ID NO: 33, and the base sequence of the fragment of about 1.8 kbp in the base sequence shown by SEQ ID NO: 33 is the base sequence from base number 1157 to base number 3000; The base sequence of the 3 kbp fragment is shown in SEQ ID NO: 34. The base sequence shown in SEQ ID NO: 34 corresponds to the base sequence from base number 1648 to base number 3000 in the base sequence shown in SEQ ID NO: 33.
Example 14
(Construction of a plasmid containing the human PGC-1αb promoter and luciferase reporter gene of the present invention)
Recombinant vectors hPGC1αb-P1 (3.0) -pT7Blue, hPGC1αb-P2 (1.8) -pT7Blue, hPGC1αb- containing the base sequence of the human PGC-1αb promoter of the present invention purified and isolated in Example 13 P3 (1.3) -pT7Blue (5 μg) was digested with 70 μL of the reaction solution at 37 ° C. for 1 hour using 5 U each of KpnI and SalI. On the other hand, 5 μg of pGL3-Basic (Promega) was digested for 1 hour at 37 ° C. in a 70 μL reaction solution using 5 U each of KpnI and XhoI. The DNA fragments were collected by subjecting both digestion reaction solutions to agarose gel electrophoresis separately. The recovered DNA fragment was purified using QIAEXII Gel Extraction Kit. Each of the purified DNA fragments was dissolved in 20 μL of water, 1 μL of each of the lysates and ligation kit ver. 16 μL of the A solution contained in 1 and 2 μL of the B solution were mixed. The mixture was subjected to a ligation reaction at 16 ° C. for 1 hour. 20 μL of the ligation reaction solution thus obtained and E. coli. E. coli JM109 strain competent cell. E. coli JM109 transformed cells were obtained. Using the QIAGEN Plasmid Maxi kit from the cultured cells obtained by culturing the transformed cells in 100 mL of LB medium containing 50 μg / mL ampicillin, the luciferase reporter gene is downstream (3 ′ side) of the human PGC-1αb promoter of the present invention. Recombinant expression vectors (hereinafter referred to as phPGC1αb-P1 (3.0) -pGL3basic, phPGC1αb-P2 (1.8) -pGL3basic, phPGC1αb-P3 (1.3) -pGL3basic) were purified and isolated. .
Example 15
(Cloning of mouse PGC-1αb promoter of the present invention)
Mouse Genomic DNA (CLONTECH) 1 μL, primer 20 pmol consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 48, primer 20 pmol consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 49, Ex-taq 1 μL, buffer attached to Ex-taq 5 μL and dNTP 4 μL A 50 μL reaction solution containing was prepared and subjected to PCR. In the PCR, a heat retention cycle comprising 94 ° C. for 30 seconds, 65 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 3 minutes was repeated 40 times. The PCR product amplified by PCR was subjected to agarose gel electrophoresis, and DNA having a size of about 3 kbp was recovered. The recovered DNA was purified using QIAEX II Gel Extraction Kit. The purified DNA is dissolved in 20 μL of water, 1 μL of the DNA is mixed with pT7-Blue, and the mixture is ligated with ligation kit ver. 1 was used for ligation reaction at 16 ° C. for 1 hour. 20 μL of the ligation reaction solution thus obtained and E. coli. E. coli JM109 strain competent cell. E. coli JM109 transformed cells were obtained. A recombinant vector containing the base sequence of the mouse PGC-1αb promoter of the present invention was purified from the cultured cells obtained by culturing the transformed cells in 100 mL of LB medium containing 50 μg / mL ampicillin using QIAGEN Plasmid Maxi kit. Released.
Example 16
(Determination of the base sequence of the mouse PGC-1αb promoter of the present invention)
Using the recombinant vector containing the nucleotide sequence of the mouse PGC-1αb promoter of the present invention purified and isolated in Example 15 as a template, Thermo Sequenase II dye terminator kit (Amersham Pharmacia Biotech) and ABI373 DNA sequence reader (PE Applied Biosystems) using the Sanger method [F. Sanger, S.M. Nicklen, A.M. R. Coulson, Proceedings of National Academy of Science U. S. A. (1977), 74, 5463-5467], the base sequence of the mouse PGC-1αb promoter of the present invention was determined. The determined base sequence is shown in SEQ ID NO: 35.
Example 17
(Construction of a plasmid containing the mouse PGC-1αb promoter and luciferase reporter gene of the present invention)
5 μg of the recombinant vector containing the base sequence of the mouse PGC-1αb promoter of the present invention purified and isolated in Example 15 was digested at 37 ° C. for 1 hour in a 70 μL reaction solution using 5 U each of MluI and SmaI. . On the other hand, 5 μg of pGL3-Basic (Promega) was digested with MluI and SmaI in a 70 μL reaction solution at 37 ° C. for 1 hour. The DNA fragments were collected by subjecting both digestion reaction solutions to agarose gel electrophoresis separately. The recovered DNA fragment was purified using QIAEXII Gel Extraction Kit. Each of the purified DNA fragments was dissolved in 20 μL of water, 1 μL of each of the lysates and ligation kit ver. 16 μL of the A solution contained in 1 and 2 μL of the B solution were mixed. The mixture was subjected to a ligation reaction at 16 ° C. for 1 hour. 20 μL of the ligation reaction solution thus obtained and E. coli. E. coli JM109 strain competent cell. E. coli JM109 transformed cells were obtained. Bases from base number 1 to base number 3022 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 35 from the cultured cells obtained by culturing the transformed cell in 100 mL of LB medium containing 50 μg / mL ampicillin using QIAGEN Plasmid Maxi kit A recombinant expression vector (hereinafter referred to as mPGC1αb-P1 (3.0) -pGL3basic) containing a luciferase reporter gene downstream (3 ′ side) of the mouse PGC-1αb promoter of the present invention comprising the sequence was purified and isolated. .
In addition, the DNA fragment obtained by cleaving the recombinant vector containing the base sequence of the mouse PGC-1αb promoter of the present invention purified and isolated in Example 15 with KpnI and SmaI was used as the KpnI of pGL3-Basic. Except for introduction into the SmaI site, in accordance with the same method as described above, downstream of the mouse PGC-1αb promoter of the present invention consisting of the base sequence from base number 1631 to base number 3022 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 35 (3 A recombinant expression vector containing a luciferase reporter gene on the 'side' (hereinafter referred to as mPGC1αb-P2 (1.0) -pGL3basic) was obtained.
Example 18
(Measurement of transcription initiation ability of human PGC-1αb promoter of the present invention)
Mouse striated muscle-derived cultured cells C2C12 were placed in a 24-well plate (Becton Dickinson) at 5.0 × 10 per well. 4 I swallowed each cell. The C2C12 cultured cells were added to D-MEM medium (high glucose, SIGMA) supplemented with 10% fetal calf serum (JRH life sciences, hereinafter referred to as FCS) and 1 mM sodium pyruvate (Gibco-BRL). ) And cultured at 37 ° C. under 5% carbon dioxide overnight. Next, phPGC1αb-P1 (3.0) -pGL3basic, or phPGC1αb-P2 (1.8) -pGL3basic, phPGC1αb-P3 (1.3) -pGL3basic 100 ng, and plasmid pME18s-LacZ 100 ng containing the LacZ gene are mixed. To this, 2 μL of PLUS Reagent (Invitrogen) and 0.5 μL of Lipofectamine Reagent (Invitrogen) were added and mixed, and this was used as a DNA solution for transfection per well of a 24-well plate. This DNA solution for transfection was added to the C2C12 cultured cells, which were further cultured overnight. On the next day, the medium was replaced with a medium containing Forskolin (50 μM) or AICAR (500 μM), and C2C12 cultured cells cultured after 10 to 14 hours were collected. After the cells were washed once with D-PBS, 100 μL per well of a cell lysing agent for Picker Gene Kit (Toyo Ink) diluted with D-PBS containing 1 mg / ml bovine serum albumin was added. This was allowed to stand at room temperature for 15 minutes to obtain a cell lysate. The cell lysate was transferred to a 1.5 ml Eppendorf tube using a pipette and centrifuged (15,000 rpm, 2 minutes, 4 ° C.) to obtain a supernatant. 20 μL of the obtained supernatant was added to 100 μL of the luminescent substrate solution for firefly luciferase attached to the kit, and the amount of luminescence for 10 seconds was quantified with a luminometer (Fluoroskan Ascent FL; Thermo Labsystems). The measured value was taken as a firefly luciferase activity measurement value (measurement value A). Next, 10 μL of a LacZ substrate solution (25 mM o-Nitrophenyl β-D-Galactopyranoside; SIGMA) was added to the supernatant and quantified with a microplate reader (model 3550; Bio-Rad). The measured value was defined as a β-galactosidase activity measurement value (measurement value B). After calculating the value (A / B value) obtained by dividing the measured value A by the measured value B, the A / B value in each C2C12 cultured cell was divided by the A / B value in the control to obtain each C2C12 culture. The relative luciferase activity (relative value) in the cells was calculated. Here, “control” means pGL3-basic instead of recombinant plasmids phPGC1αb-P1 (3.0) -pGL3basic, phPGC1αb-P2 (1.8) -pGL3basic, phPGC1αb-P3 (1.3) -pGL3basic. It means a control striated muscle-derived cell obtained by transfecting only Basic with the same method.
When measurement is performed by inducing differentiation of C2C12 cultured cells, transfection is performed in the same manner as described above, and then the medium is replaced with a medium containing 2% HS on the next day to induce differentiation. Further, the next day, Forskolin (50 μM) Alternatively, stimulation with AICAR (500 μM) was performed. C2C12 cultured cells cultured after 10 to 14 hours were collected, and the activity was measured.
The results are shown in FIG. The phPGC1αb-P1 (3.0) -pGL3basic, phPGC1αb-P2 were used in both the mouse striated muscle-derived cultured cell C2C12 (undifferentiated) and the mouse striated muscle-derived cultured cell C2C12 that had undergone differentiation induction. Significant promoter activity was detected in all of (1.8) -pGL3basic and phPGC1αb-P3 (1.3) -pGL3basic compared to the control, and the activity was enhanced about 5.5 to 8.5 times with Forskolin. It was done.
Example 19
(Measurement of transcription initiation ability of the mouse PGC-1αb promoter of the present invention)
Mouse striated muscle-derived cultured cells C2C12 were placed in a 24-well plate (Becton Dickinson) at 5.0 × 10 per well. 4 I swallowed each cell. The cells were used in a D-MEM medium (high glucose, SIGMA) supplemented with 10% fetal calf serum (JRH life sciences, hereinafter referred to as FCS) and 1 mM sodium pyruvate (Gibco-BRL). The cells were cultured overnight at 37 ° C. and 5% carbon dioxide. Next, 100 ng of mPGC1αb-P2 (1.0) -pGL3basic and 100 ng of plasmid pME18s-LacZ containing LacZ gene were mixed, and PLUS Reagent (Invitrogen) 2 μL and Lipofectamine reagent (InvitroLen 0.5 μm) were added. These were mixed to obtain a DNA solution for transfection per well of a 24-well plate. This DNA solution for transfection was added to the C2C12 cultured cells, which were further cultured overnight. On the next day, the medium was replaced with a medium containing Forskolin (50 μM), C2C12 cultured cells cultured after 10 to 14 hours were collected, washed once with D-PBS, and then D containing 1 mg / ml bovine serum albumin. -100 μL per well of a cell lysing agent exclusively for the Picker Gene Kit (Toyo Ink) diluted with PBS was added. This was allowed to stand at room temperature for 15 minutes to obtain a cell lysate. The cell lysate was transferred to a 1.5 ml Eppendorf tube using a pipette and centrifuged (15,000 rpm, 2 minutes, 4 ° C.) to obtain a supernatant. 20 μL of the obtained supernatant was added to 100 μL of the luminescent substrate solution for firefly luciferase attached to the kit, and the amount of luminescence for 10 seconds was quantified with a luminometer (Fluoroskan Ascent FL; Thermo Labsystems). The measured value was taken as a firefly luciferase activity measurement value (measurement value A). Next, 10 μL of a LacZ substrate solution (25 mM o-Nitrophenyl β-D-Galactopyranoside; SIGMA) was added to the supernatant and quantified with a microplate reader (model 3550; Bio-Rad). The measured value was defined as a β-galactosidase activity measurement value (measurement value B). After calculating the value (A / B value) obtained by dividing the measured value A by the measured value B, the A / B value in each C2C12 cultured cell was divided by the A / B value in the control to obtain each C2C12 culture. The relative luciferase activity (relative value) in the cells was calculated. Here, “control” means a control striated muscle-derived cell obtained by transfecting only pGL3-Basic in the same manner instead of the recombinant plasmid mPGC1αb-P2 (1.0) -pGL3basic. To do.
The results are shown in FIG. Significant promoter activity was detected in mPGC1αb-P2 (1.0) -pGL3basic compared to the control, and the activity was enhanced about 1.8 times with Forskolin.
Example 20
(Selection of a substance that controls the promoter activity of the human PGC-1αb promoter of the present invention)
Using the method described in Example 18, phPGC1αb-P1 (3.0) -pGL3basic, or phPGC1αb-P2 (1.8) -pGL3basic, phPGC1αb-P3 (1.3) -pGL3basic were transfected. Mouse striated muscle-derived cultured cell C2C12 was added to a 96-well plate at 1 × 10 6 per well. 4 Infuse cells one by one. Then, 1 μM DMSO solution of the test substance is added to the well plate at 0.5 μL per well, and this is incubated overnight. At the same time, as a control, 0.5 μL of DMSO is added instead of 1 μM DMSO solution of the test substance, and this is cultured in the same manner. The firefly luciferase activity measurement value (measurement value A) and the LacZ activity measurement value (measurement value B) are measured using the method described in Example 15. Next, after calculating the value (A / B value) obtained by dividing the measured value A by the measured value B, the A / B value in each cultured cell was divided by the A / B value in the control, and the relative luciferase activity ( Relative value) is calculated. A test substance having a relative luciferase activity (relative value) greater than 1 is selected as a substance having a positive transcriptional regulation ability. Conversely, a test substance having a relative luciferase activity (relative value) smaller than 1 is selected as a substance having a negative transcriptional regulation ability.
Example 21
(Selection of a substance that binds to the human PGC-1αb promoter of the present invention)
5 μg of hPGC1αb-P1 (3.0) -pT7Blue, hPGC1αb-P2 (1.8) -pT7Blue, and hPGC1αb-P3 (1.3) -pT7Blue described in Example 12 were used with 10 U each of KpnI and SalI. Digest for 1 hour at 37 ° C. in 20 μL reaction. By subjecting this digestion reaction solution to agarose gel electrophoresis, DNA fragments are recovered. The recovered DNA fragment is purified using QIAEXII Gel Extraction Kit. 1 μg of purified DNA fragment, [α- 32 5 μL of P] dCTP (Amersham Pharmacia Biotech), 1 μL each of unlabeled nucleotides (dATP, dTTP, dGTP) (Takara Shuzo), 2 μL of 10 × klenow Buffer (Takara Shuzo) and 1 μL of klenow enzyme (Takara Shuzo). By leaving this mixed solution with distilled water to a total of 20 μL for 1 hour at 37 ° C., a labeled DNA fragment is formed in the reaction system. The reaction solution prepared in this manner was added to unreacted [α- 32 In order to separate P] dCTP and labeled DNA fragment, they were subjected to ProbeQuant G-50 Micro Columns equilibrated with 10 mM Tris-HCl and 1 mM EDTA (hereinafter referred to as TE solution), followed by centrifugation (room temperature, 1 , 200 rpm, 1 minute) to elute the labeled DNA fragment. The radioactivity of the obtained eluate was measured with a scintillator, and 10 4 A labeled DNA fragment solution is prepared by diluting with TE solution so as to have cpm / μL. Subsequently, 5 × binding buffer (50 mM Hepes-potassium hydroxide (pH 7.8), 250 mM potassium chloride, 5 mM EDTA (pH 8.0), 25 mM magnesium chloride, 50% glycerol, 25 mM dithiothreitol, 3.5 mM PMSF, 10 μg / ML Aprotinin, 10 μg / mL Pepstatin, 10 μg / mL Leupeptin and 5 mM sodium orthovanadate.) 5 μL, 2 μg / μL polyIdC 1.5 μL, 10 μM test substance 5 μL and labeled DNA fragment solution 2 μL are mixed. To a total of 25 μL. The mixture is allowed to stand at room temperature for 30 minutes and then subjected to polyacrylamide gel electrophoresis. After electrophoresis, the gel was peeled off from the gel plate and dried under reduced pressure with a vacuum pump at 80 ° C. for 1 hour on Whatman 3MM filter paper. After this is exposed to an imaging plate for 2 hours, an image is acquired with BAS2000. The test substance binds to the labeled DNA fragment and a complex consisting of DNA and the test substance is formed. As a result, the mobility on the gel is smaller than that of the free DNA fragment, and a band shift on the image is detected. In this case, the test substance is selected as a substance that binds to the promoter of the present invention (that is, a binding substance).
Example 22
(Acquisition method of substance binding to human PGC-1αb promoter of the present invention)
(1) Production of an affinity column (affinity column for binding substance) for purifying a substance that binds to the human PGC-1αb promoter of the present invention
200 μg of hPGC1αb-P1 (3.0) -pT7Blue, hPGC1αb-P2 (1.8) -pT7Blue, hPGC1αb-P3 (1.3) -pT7Blue described in Example 12 were used with 50 U each of KpnI and SalI. Digest for 1 hour at 37 ° C. in 200 μL reaction. By subjecting this digestion reaction solution to agarose gel electrophoresis, a DNA fragment existing in the vicinity of about 180 bp was recovered. The recovered DNA fragment is purified using QIAEXII Gel Extraction Kit. 44 mg of the purified DNA fragment and 2 mL of cyanogen bromide activated Sepharose 4B are mixed, and the DNA fragment is immobilized on Sepharose while stirring at 1,000 rpm overnight at 4 ° C. Then, in order to eliminate the unreacted cyanogen bromide active group, 20 mL of sodium hydrogen carbonate solution (pH 9.5) containing 1 M glycine is added to the mixture, which is left at 4 ° C. overnight. The gel thus obtained is packed into a 10 × 300 mm chromatograph tube (Iwaki Glass Co., Ltd.) to produce an affinity column for a binding substance.
(2) Preparation of test substance
Mouse striated muscle-derived cultured cell C2C12 2 4.5x10 per flask in 40 flasks (Iwaki Glass) 6 Inject individual cells. The mouse striated muscle-derived cultured cell C2C12 was added to a D-MEM medium (high-level) supplemented with 10% fetal calf serum (JRH life sciences, hereinafter referred to as FCS) and 1 mM sodium pyruvate (Gibco-BRL). Glucose, SIGMA) and culturing at 37 ° C. under 5% carbon dioxide overnight. After culturing, after removing the medium from the flask, the wall of the flask is washed once with 15 mL of phosphate buffer. Add 1 mL to 2 mL of trypsin-EDTA solution (containing 0.05% trypsin, 0.53 mM EDTA, Gibco) to the flask after washing so that the cells are immersed, and leave it at 37 ° C. for 5 minutes. A cell suspension is obtained by adding about 10 times the amount of the above trypsin-EDTA solution to the FBS-containing medium. The resulting cell suspension is centrifuged (room temperature, 1,300 rpm, 5 minutes), and then the supernatant is removed. The suspension obtained by suspending the remaining cell pellet in 15 mL of phosphate buffer (pH 7.5) is centrifuged (room temperature, 1,300 rpm, 5 minutes), and then the supernatant is removed. The remaining cell pellet is suspended in 10 mL of ice-cooled 10 mM Hepes-potassium hydroxide (pH 7.8), 10 mM potassium chloride and 0.1 mM EDTA (pH 8.0) solution (hereinafter referred to as buffer A). The resulting suspension is cooled on ice for 10 minutes and then centrifuged (4 ° C., 1,300 rpm, 5 minutes). After removing the supernatant, the remaining cell pellet is suspended in 30 ml of buffer A. The cells are completely disrupted while the resulting suspension is cooled on ice using Dounce homogenizer pestle B (Wheaton). The obtained cell lysate is centrifuged (4 ° C., 1,300 rpm, 5 minutes), and then the supernatant is removed. The remaining precipitate is suspended in 2 mL of 50 mM Hepes-KOH (pH 7.8), 420 mM potassium chloride, 0.1 mM EDTA (pH 8.0), 5 mM magnesium chloride and 2% glycerol solution (hereinafter referred to as buffer B). . The resulting suspension is gently rotated on a rotator at 4 ° C. for 30 minutes and then centrifuged (4 ° C., 24,000 g, 30 minutes). A supernatant diluted and 5 times diluted liquid can be prepared as a test substance by adding distilled water to the collected supernatant.
(3) Isolation / recovery process
The test substance is applied to the binding substance affinity column prepared in (1) above. Furthermore, in order to wash | clean the said column, 10 mL of buffer B diluted 5 times is provided. Then, the bound substance is eluted from the column by performing gradient elution in which the concentration of potassium chloride in buffer B is increased to 1M. After recovering the eluate, the binding substance is recovered from the eluate.

本発明により、生体内でのエネルギー代謝に重要な役割を果たしているPGC1αの新規バリアント:PGC1αb、そのプロモーター、これらを用いる骨格筋における熱産生作用等のインスリンの機能を選択的に改善する薬剤の探索方法、及びPGC1αbの発現を促進する物質を有効成分とする糖代謝異常を伴う糖尿病等の疾患の治療薬を提供することが可能になった。  According to the present invention, a novel variant of PGC1α, which plays an important role in energy metabolism in vivo: PGC1αb, its promoter, and a drug that selectively improves insulin functions such as heat production in skeletal muscle using these. It has become possible to provide a method and a therapeutic agent for diseases such as diabetes accompanied by abnormal sugar metabolism, comprising as an active ingredient a substance that promotes the expression of PGC1αb.

配列番号7:PGC1αbの部分配列
配列番号8:PGC1αbの部分配列
配列番号9:PCR用プライマー
配列番号10:PCR用プライマー
配列番号11:PCR用プライマー
配列番号12:PCR用プライマー
配列番号13:PCR用プライマー
配列番号14:PCR用プライマー
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配列番号19:PCR用プライマー
配列番号20:PCR用プライマー
配列番号21:PCR用プライマー
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配列番号26:PCR用プライマー
配列番号27:PCR用プライマー
配列番号28:PCR用プライマー
配列番号29:PCR用プライマー
配列番号30:PCR用プライマー
配列番号31:PCR用プライマー
配列番号32:PCR用プライマー
配列番号36:PCR用プライマー
配列番号37:PCR用プライマー
配列番号38:PCR用プライマー
配列番号39:PCR用プライマー
配列番号40:PCR用プライマー
配列番号41:PCR用プライマー
配列番号42:PCR用プライマー
配列番号43:PCR用プライマー
配列番号44:PCR用プライマー
配列番号45:PCR用プライマー
配列番号46:PCR用プライマー
配列番号47:PCR用プライマー
配列番号48:PCR用プライマー
配列番号49:PCR用プライマー
配列番号50:PGC1αbの部分配列
配列番号51:PGC1αbの部分配列
配列番号52:PGC1αbの部分配列
配列番号53:PGC1αbの部分配列
配列番号54:PGC1αbの部分配列
配列番号55:PGC1αbの部分配列
SEQ ID NO: 7: Partial sequence of PGC1αb SEQ ID NO: 8: Partial sequence of PGC1αb SEQ ID NO: 9: PCR primer SEQ ID NO: 10: PCR primer SEQ ID NO: 11: PCR primer SEQ ID NO: 12: PCR primer SEQ ID NO: 13: PCR Primer SEQ ID NO: 14: PCR primer SEQ ID NO: 15: PCR primer SEQ ID NO: 16: PCR primer SEQ ID NO: 17: PCR primer SEQ ID NO: 18: PCR primer SEQ ID NO: 19: PCR primer SEQ ID NO: 20: PCR primer SEQ ID NO: 21: PCR primer SEQ ID NO: 22: PCR primer SEQ ID NO: 23: PCR primer SEQ ID NO: 24: PCR primer SEQ ID NO: 25: PCR primer SEQ ID NO: 26: PCR primer SEQ ID NO: 27: PCR primer Immer SEQ ID NO: 28: PCR primer SEQ ID NO: 29: PCR primer SEQ ID NO: 30: PCR primer SEQ ID NO: 31: PCR primer SEQ ID NO: 32: PCR primer SEQ ID NO: 36: PCR primer SEQ ID NO: 37: PCR primer SEQ ID NO: 38: PCR primer SEQ ID NO: 39: PCR primer SEQ ID NO: 40: PCR primer SEQ ID NO: 41: PCR primer SEQ ID NO: 42: PCR primer SEQ ID NO: 43: PCR primer SEQ ID NO: 44: PCR primer sequence No. 45: PCR primer SEQ ID NO: 46: PCR primer SEQ ID NO: 47: PCR primer SEQ ID NO: 48: PCR primer SEQ ID NO: 49: PCR primer SEQ ID NO: 50: Partial sequence of PGC1αb SEQ ID NO: 51: P C1αb partial sequences SEQ ID NO 52: PGC1αb partial sequences SEQ ID NO 53: PGC1αb partial sequences SEQ ID NO 54: PGC1αb partial sequences SEQ ID NO 55: PGC1αb subsequence

Claims (33)

以下の(a)〜(f)のいずれかのタンパク質;
(a)配列番号2、4又は6に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2、4又は6に記載のアミノ酸配列において1もしくは複数のアミノ酸が欠失、付加もしくは置換されたアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(c)配列番号2に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(d)配列番号1、3又は5に記載の塩基配列からなるDNAによりコードされるアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(e)配列番号1、3又は5に記載の塩基配列からなるDNAと80%以上の配列同一性を有する塩基配列からなるDNAによりコードされるアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有するタンパク質、
(f)配列番号1、3又は5に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAと、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなり、N末端に配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有し、かつミトコンドリア活性化能力を有する蛋白質のアミノ酸配列からなるタンパク質。
Any one of the following proteins (a) to (f):
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 4 or 6,
(B) consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, 4 or 6, comprising the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 at the N-terminus; And a protein having mitochondrial activation ability,
(C) a protein comprising an amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, comprising the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 at the N-terminus, and having a mitochondrial activation ability;
(D) a protein comprising an amino acid sequence encoded by DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3 or 5 and containing the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8 at the N-terminus and having the ability to activate mitochondria ,
(E) consisting of an amino acid sequence encoded by DNA consisting of a base sequence having a sequence identity of 80% or more with DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3 or 5; A protein having the amino acid sequence of and having the ability to activate mitochondria,
(F) an N-terminal consisting of an amino acid sequence encoded by a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3 or 5 and a DNA that hybridizes under stringent conditions A protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 and comprising the amino acid sequence of a protein having the ability to activate mitochondria.
請求項1に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする塩基配列を含む遺伝子。  A gene comprising a base sequence encoding a protein comprising the amino acid sequence according to claim 1. 請求項2に記載の遺伝子を特異的に認識するポリヌクレオチド、またはそれに相補的なポリヌクレオチドからなるプライマー又はプローブ。  A primer or probe comprising a polynucleotide that specifically recognizes the gene according to claim 2, or a polynucleotide complementary thereto. 請求項1に記載のタンパク質を特異的に認識する抗体。  An antibody that specifically recognizes the protein according to claim 1. 以下の(g)〜(i)のいずれかに記載される遺伝子を含むことを特徴とする請求項1に記載のタンパク質の発現を制御し得るプロモーター;
(g)配列番号33、34または35で示される塩基配列からなる遺伝子、
(h)配列番号33、34または35で示される塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、かつ転写制御能力を有する遺伝子、
(i)配列番号33、34または35で示される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ転写制御能力を有する遺伝子。
A promoter capable of controlling the expression of the protein according to claim 1, comprising a gene described in any of the following (g) to (i);
(G) a gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34 or 35,
(H) a gene comprising a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted or added in the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34 or 35, and having transcriptional control ability,
(I) A gene that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence represented by SEQ ID NO: 33, 34, or 35 and has transcription control ability.
請求項2に記載の遺伝子を含有することを特徴とする発現ベクター。  An expression vector comprising the gene according to claim 2. 請求項5に記載のプロモーターを含有することを特徴とする発現ベクター。  An expression vector comprising the promoter according to claim 5. 更に、プロモーターの下流(3’側)に当該プロモーターによって転写が制御される遺伝子をコードする塩基配列を含有することを特徴とする請求項7に記載の発現ベクター。  The expression vector according to claim 7, further comprising a base sequence encoding a gene whose transcription is controlled by the promoter downstream (3 'side) of the promoter. 遺伝子が、請求項2に記載の遺伝子である、請求項8に記載の発現ベクター。  The expression vector according to claim 8, wherein the gene is the gene according to claim 2. 請求項6〜9のいずれかに記載の発現ベクターが導入されてなる形質転換細胞。  A transformed cell into which the expression vector according to any one of claims 6 to 9 has been introduced. 下記の工程(1)、(2)及び(3)を含むPGC1αb遺伝子の発現制御能力の評価方法:
(1)被験物質とPGC1αb遺伝子を発現可能な細胞とを接触させる工程、
(2)被験物質を接触させた細胞のPGC1αb遺伝子の発現量を測定し、該発現量を、被験物質を接触させない対照細胞の上記遺伝子の発現量と比較する工程、
(3)(2)の比較結果に基づいて、PGC1αb遺伝子の発現量を変動させるか否かを指標として被験物質のPGC1αb遺伝子の発現制御能力を評価する工程。
Method for evaluating the expression control ability of the PGC1αb gene comprising the following steps (1), (2) and (3):
(1) contacting a test substance with a cell capable of expressing the PGC1αb gene;
(2) measuring the expression level of the PGC1αb gene in a cell contacted with a test substance, and comparing the expression level with the expression level of the gene in a control cell not contacted with the test substance;
(3) A step of evaluating the expression control ability of the PGC1αb gene of the test substance using as an index whether or not the expression level of the PGC1αb gene is varied based on the comparison result of (2).
下記の工程(1)、(2)及び(3)を含むPGC1αbの発現制御能力の評価方法:
(1)被験物質とPGC1αbを発現可能な細胞とを接触させる工程、
(2)被験物質を接触させた細胞のPGC1αbの発現量を測定し、該発現量を、被験物質を接触させない対照細胞のPGC1αbの発現量と比較する工程、
(3)(2)の比較結果に基づいて、PGC1αbの発現量を変動させるか否かを指標として被験物質のPGC1αbの発現制御能力を評価する工程。
Evaluation method of expression control ability of PGC1αb including the following steps (1), (2) and (3):
(1) contacting a test substance with a cell capable of expressing PGC1αb;
(2) measuring the expression level of PGC1αb in a cell contacted with a test substance, and comparing the expression level with the expression level of PGC1αb in a control cell not contacted with the test substance;
(3) A step of evaluating the PGC1αb expression control ability of the test substance using as an index whether or not the expression level of PGC1αb is varied based on the comparison result of (2).
下記の工程(1)〜(3)を含む、PGC1αb遺伝子の発現制御能力の評価方法:
(1)被験物質と、請求項5に記載のプロモーターを結合されてなるレポーター遺伝子を発現可能な細胞とを接触させる工程、
(2)被験物質を接触させた細胞の前記レポーター遺伝子の発現量を測定し、該発現量を、被験物質を接触させない対照細胞の前記レポーター遺伝子の発現量と比較する工程、及び
(3)(2)の比較結果に基づいて、前記レポーター遺伝子の発現量を変動させるか否かを指標として被験物質のPGC1αb遺伝子の発現制御能力を評価する工程。
A method for evaluating the expression control ability of the PGC1αb gene, comprising the following steps (1) to (3):
(1) A step of contacting a test substance with a cell capable of expressing a reporter gene to which the promoter according to claim 5 is bound,
(2) measuring the expression level of the reporter gene in a cell contacted with the test substance, and comparing the expression level with the expression level of the reporter gene in a control cell not contacted with the test substance, and (3) ( A step of evaluating the expression control ability of the PGC1αb gene of the test substance using as an index whether or not the expression level of the reporter gene is varied based on the comparison result of 2).
請求項11〜13のいずれかに記載の評価方法で評価された被験物質のPGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現制御能力を指標として、PGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導活性を有する物質又はPGC1αbの発現抑制活性を有する物質を選別することを特徴とする、PGC1αbの発現制御物質の探索方法。  A substance having PGC1αb gene or PGC1αb expression-inducing activity or PGC1αb expression-inhibiting activity, using as an index the expression control ability of the PGC1αb gene or PGC1αb of the test substance evaluated by the evaluation method according to any one of claims 11 to 13 A method for searching for a PGC1αb expression control substance, comprising: 請求項11〜13のいずれかに記載の評価方法で評価された被験物質のPGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現制御能力を指標として、PGC1αb遺伝子もしくはPGC1αbの発現誘導活性を有する候補物質を選別することを特徴とする、糖代謝改善剤の探索方法。  A candidate substance having a PGC1αb gene or PGC1αb expression-inducing activity is selected using the PGC1αb gene or PGC1αb expression control ability of the test substance evaluated by the evaluation method according to any one of claims 11 to 13 as an index. And a method for searching for a sugar metabolism improving agent. 糖代謝異常を伴う疾患の予防、改善又は治療剤の、候補物質の探索のために行われることを特徴とする、請求項15に記載の探索方法。  The search method according to claim 15, wherein the search method is performed for searching for a candidate substance for a preventive, ameliorating or therapeutic agent for a disease associated with abnormal sugar metabolism. インスリン抵抗性疾患の予防、改善または治療剤の、候補物質の探索のために行われることを特徴とする、請求項15又は16に記載の探索方法。  The search method according to claim 15 or 16, which is performed for searching for a candidate substance for an agent for preventing, improving or treating an insulin resistant disease. 更に、被験物質がPGC1αa遺伝子もしくはPGC1αaの発現を変動させないことを指標として化合物を選別することを特徴とする、請求項15〜17のいずれかに記載の探索方法。  The search method according to any one of claims 15 to 17, further comprising selecting a compound using as an index that the test substance does not change the expression of the PGC1αa gene or PGC1αa. 請求項15〜18のいずれかに記載の探索方法により選別される化合物を有効成分として含有する、糖代謝改善剤。  A sugar metabolism-improving agent comprising, as an active ingredient, a compound selected by the search method according to claim 15. 請求項15〜18のいずれかに記載の探索方法により選別される化合物を有効成分として含有する、インスリン抵抗性疾患の予防、改善又は治療剤。  An agent for preventing, ameliorating or treating an insulin resistant disease, comprising as an active ingredient a compound selected by the search method according to any one of claims 15 to 18. PGC1αbもしくはPGC1αb遺伝子の発現誘導物質を有効成分として含有する、糖代謝改善剤。  A sugar metabolism-improving agent comprising, as an active ingredient, an expression inducer of PGC1αb or PGC1αb gene. PGC1αbもしくはPGC1αb遺伝子の発現誘導物質を有効成分として含有する、インスリン抵抗性改善剤。  An insulin resistance improving agent comprising a PGC1αb or PGC1αb gene expression inducer as an active ingredient. PGC1αaもしくはPGC1αa遺伝子の発現を変動させないことを特徴とする、請求項21又は請求項22に記載の改善剤。  The improving agent according to claim 21 or 22, wherein expression of PGC1αa or PGC1αa gene is not changed. 生体において筋肉細胞に特異的に作用することを特徴とする、請求項23に記載の改善剤。  The improving agent according to claim 23, which specifically acts on muscle cells in a living body. 以下の(1)及び(2)の工程を有することを特徴とする、請求項5に記載のプロモーターと結合する物質の探索方法;
(1)請求項5に記載のプロモーターと被験物質とを接触させる工程、及び
(2)前記(1)の工程後に、当該プロモーターと被験物質との複合体生成の有無を調べる工程。
The method for searching for a substance that binds to a promoter according to claim 5, comprising the following steps (1) and (2):
(1) A step of bringing the promoter according to claim 5 into contact with a test substance, and (2) a step of examining the presence or absence of complex formation between the promoter and the test substance after the step (1).
請求項5に記載のプロモーターと結合する物質の精製方法であって、
(1)請求項5記載のプロモーターと試料とを接触させて、当該プロモーターと当該試料中に含有される当該プロモーターと結合する物質との複合体を生成させる工程、及び、
(2)前記(1)の工程後、生成させた複合体から当該結合物質を単離する工程、を有することを特徴とする精製方法。
A method for purifying a substance that binds to the promoter according to claim 5,
(1) a step of bringing the promoter according to claim 5 into contact with a sample to form a complex of the promoter and a substance that binds to the promoter contained in the sample; and
(2) A purification method comprising the step of isolating the binding substance from the produced complex after the step (1).
配列番号8に記載のアミノ酸配列を含有するポリペプチド。  A polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8. 配列番号53〜55のいずれかに記載のアミノ酸配列を含有する請求項27に記載のポリペプチド。  The polypeptide according to claim 27, comprising the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 53 to 55. 請求項27又は28に記載のポリペプチドを特異的に認識することを特徴とする、請求項4に記載の抗体。  The antibody according to claim 4, which specifically recognizes the polypeptide according to claim 27 or 28. 請求項27又は28に記載のポリペプチドをコードする遺伝子。  A gene encoding the polypeptide according to claim 27 or 28. 配列番号:7に記載の塩基配列を含有するポリヌクレオチド。  A polynucleotide containing the base sequence set forth in SEQ ID NO: 7. 配列番号50〜52のいずれかに記載の塩基配列を含有する請求項31に記載のポリヌクレオチド。  The polynucleotide according to claim 31, comprising the base sequence according to any one of SEQ ID NOs: 50 to 52. 請求項31もしくは請求項32に記載のポリヌクレオチド、又はそれに相補的なポリヌクレオチドのうち、少なくとも5以上の連続する塩基配列を含むことを特徴とする、請求項3に記載のプライマー又はプローブ。  The primer or probe according to claim 3, comprising at least 5 or more consecutive base sequences of the polynucleotide according to claim 31 or claim 32 or a polynucleotide complementary thereto.
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