JPWO2007043200A1 - T cell differentiation regulator - Google Patents

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Abstract

本発明は、pre−TCRによるシグナル伝達の分子機構に基づいてT細胞の分化および癌化を調節する新しい型の薬剤を提供する。本発明はまた、種々の細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用を簡便に検出できるシステムを提供する。The present invention provides a new type of drug that regulates T cell differentiation and canceration based on the molecular mechanism of signal transduction by pre-TCR. The present invention also provides a system that can easily detect interactions in the extracellular region between various cell surface proteins.

Description

本発明は、T細胞分化調節剤、T細胞分化調節剤のスクリーニング方法、およびT細胞分化を調節する方法に関する。本発明はまた、細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用の検出システムに関する。   The present invention relates to a T cell differentiation regulator, a screening method for a T cell differentiation regulator, and a method for regulating T cell differentiation. The invention also relates to a system for detecting interactions in the extracellular region between cell surface proteins.

細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用は、しばしば、細胞の増殖、分化、生存などを制御する細胞内シグナル伝達系において重要な役割を果たし得る。
例えば、エリスロポイエチンレセプター(EPOR)は、赤血球前駆体の分化および増殖を誘導する因子であるエリスロポイエチン(EPO)の細胞表面レセプターであり、EPORは、その細胞外領域にEPOが結合することにより二量体化して、EPOのシグナルを細胞内へ伝達し、赤血球の増殖および分化を制御する。このEPO/EPORによるシグナル伝達機構に関して、Yoshimuraらは、EPO無しで自己二量体化するような細胞外領域変異を起こしたEPORが、増殖にIL−3を必要とする細胞(本明細書において、「IL−3依存性細胞」という)であるBAF3細胞の増殖をIL−3の非存在下で誘導し得ることを報告している(Yoshimuraら、Nature,348,647−649(1990)参照)。
また、血小板の増殖に関与するトロンボポイエチンレセプター(TPOR)も、そのリガンド無しで自己二量体化するように変異させた場合、IL−3依存性細胞の増殖をIL−3の非存在下で誘導し得ることが報告されている(Onishiら、Blood,88,1399−1406(1996))。
他方、初期T細胞の発達においては、プレT細胞抗原レセプター(以下、「pre−TCR」ともいう)が重要な役割を果たす。
造血幹細胞からのαβT細胞の発生は胸腺の中で生じる。胸腺中の初期T細胞前駆体は、CD4およびCD8の発現を欠いている細胞(以下、「DN細胞」ともいう)であり、DN細胞は、プレT細胞抗原レセプターを発現する。
pre−TCRは、T細胞抗原レセプターβ鎖(TCRβ)と、プレT細胞抗原レセプターα鎖(pTα)と、CD3分子(CD3γ鎖、CD3ε鎖およびCD3ζ鎖)から構成される複合体であり、その発現は、豊富なTCRβ再構成物を有するDN細胞を、CD4CD8ダブルポジティブ細胞(以下、「DP細胞」ともいう)へと分化させる。このプロセスは、β選択といわれる(Fehlingら、Nature,375,795−8(1995)参照)。実際に、pre−TCRは、CD4およびCD8の生存、増殖、および発現;Tcraの再構成;Tcrb遺伝子座の対立遺伝子排除を引き起こすことが報告されている(Fehlingら、Nature,375,795−8(1995)参照)。
多くの研究は、pre−TCRが、リガンド非依存的な様式でシグナルを伝達し得ることを示唆している。例えば、Irvingらは、細胞外Ig様ドメインが、シグナル伝達に必要ではないことを報告している(Irvingら、Science,280,905−8(1998)参照)。また、Saint−Rufらは、pre−TCRを発現する細胞株において、pre−TCRがraftに存在し、そして外因性リガンドへのライゲーションを伴わずにシグナル伝達することを示している(Saint−Rufら、Nature,406,524−7(2000)参照)。
これまで、膜に接するpTαの細胞内システインが、raft局在を担い得るとの主張がされてきた。しかし、このシステインのアラニンへの置換は、pre−TCR機能を損なわないことが見出されている(Aifantisら、Nat.Immunol.,3,483−8(2002)参照)。さらに、適切なpre−TCR機能には、pTαの細胞質テール(Aifantisら、Nat.Immunol.,3,483−8(2002)参照)および細胞外ドメイン(Borowskiら、J.Exp.Med.,199,607−15(2004)参照)を必要とすることが示唆されている。
Haksらは、pre−TCRのリガンド非依存的なシグナル伝達の機構として、DN細胞に関する低い活性閾値を提唱している(Haksら、J.Immunol.170,2853−61(2003)参照)。しかし、最近の広範にわたる分析は、pTαが、単なるTCRαの代わりの鎖ではなく、むしろ、pTαが、TCRαのシグナル伝達ポテンシャルとは異なる、pTα独自のシグナル伝達ポテンシャルを有することが示されている(Borowskiら、J.Exp.Med.,199,607−15(2004);Huangら、Eur.J.Immunol.,34,1532−41(2004)参照)。
また、pre−TCRを介するシグナルは、白血病細胞において癌化の引き金となることも示唆されている(Bellaviaら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA,99,3788−3793(2002))。
このように、pre−TCRによる初期T細胞発達に関して広範な種々の研究が行われているにもかかわらず、pre−TCRによる自律的シグナルの基礎を成す分子機構はとらえにくく、未だに明らかになっていない。
Interactions in the extracellular region between cell surface proteins often can play an important role in intracellular signaling systems that control cell proliferation, differentiation, survival, and the like.
For example, erythropoietin receptor (EPOR) is a cell surface receptor for erythropoietin (EPO), a factor that induces the differentiation and proliferation of erythroid progenitors, and EPOR binds EPO to its extracellular region. To dimerize and transmit EPO signals into cells to control the proliferation and differentiation of erythrocytes. Regarding the signal transduction mechanism by EPO / EPOR, Yoshimura et al. Reported that an EPOR having an extracellular region mutation that self-dimerizes without EPO requires IL-3 for proliferation (in this specification, (Referred to as Yoshimura et al., Nature, 348, 647-649 (1990)), which is capable of inducing the proliferation of BAF3 cells, which are referred to as “IL-3-dependent cells”. ).
In addition, when the thrombopoietin receptor (TPOR) involved in platelet proliferation is mutated to self-dimerize without its ligand, the proliferation of IL-3-dependent cells is suppressed in the absence of IL-3. (Onishi et al., Blood, 88, 1399-1406 (1996)).
On the other hand, in the development of early T cells, a pre-T cell antigen receptor (hereinafter also referred to as “pre-TCR”) plays an important role.
Generation of αβ T cells from hematopoietic stem cells occurs in the thymus. Early T cell progenitors in the thymus are cells lacking CD4 and CD8 expression (hereinafter also referred to as “DN cells”), which express pre-T cell antigen receptors.
pre-TCR is a complex composed of a T cell antigen receptor β chain (TCRβ), a pre-T cell antigen receptor α chain (pTα), and a CD3 molecule (CD3γ chain, CD3ε chain and CD3ζ chain). Expression differentiates DN cells with abundant TCRβ reconstitution into CD4 + CD8 + double positive cells (hereinafter also referred to as “DP cells”). This process is referred to as β selection (see Fehling et al., Nature, 375, 795-8 (1995)). Indeed, pre-TCR has been reported to cause CD4 and CD8 survival, proliferation, and expression; Tcra reconstitution; Tcrb locus allelic exclusion (Fehling et al., Nature, 375, 795-8). (1995)).
Many studies suggest that pre-TCR can transduce signals in a ligand-independent manner. For example, Irving et al. Report that an extracellular Ig-like domain is not required for signal transduction (see Irving et al., Science, 280, 905-8 (1998)). Saint-Ruf et al. Also show that in cell lines expressing pre-TCR, pre-TCR is present in raft and signals without ligation to exogenous ligands (Saint-Ruf). Et al., Nature, 406, 524-7 (2000)).
To date, it has been argued that the intracellular cysteine of pTα that contacts the membrane may be responsible for raft localization. However, it has been found that substitution of this cysteine with alanine does not impair pre-TCR function (see Aifantis et al., Nat. Immunol., 3, 483-8 (2002)). Furthermore, suitable pre-TCR functions include the cytoplasmic tail of pTα (see Aifantis et al., Nat. Immunol., 3,483-8 (2002)) and the extracellular domain (Borowski et al., J. Exp. Med., 199). 607-15 (2004)).
Haks et al. Have proposed a low activity threshold for DN cells as a ligand-independent signaling mechanism for pre-TCR (see Haks et al., J. Immunol. 170, 2853-61 (2003)). However, recent extensive analysis has shown that pTα is not just a substitute for TCRα, but rather that pTα has a pTα-specific signaling potential that differs from that of TCRα ( (See Borowski et al., J. Exp. Med., 199, 607-15 (2004); Huang et al., Eur. J. Immunol., 34, 1532-41 (2004)).
It has also been suggested that signals via pre-TCR trigger canceration in leukemia cells (Bellavia et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 3788-3793 (2002)).
As described above, despite a wide variety of studies regarding the development of early T cells by pre-TCR, the molecular mechanism underlying the autonomous signal by pre-TCR is difficult to grasp and is still unclear. Absent.

本発明は、pre−TCRによるシグナル伝達の分子機構を明らかとし、該機構に基づいてT細胞の分化および癌化を調節する新しい型の薬剤を提供することを第1の目的とする。本発明者らは、pre−TCRによるシグナル伝達の分子機構を明らかにするために、pre−TCRに固有の構成成分であるpTαの構造および機能に焦点を合わせて研究を行った。その結果、pTαが、その細胞外領域に存在する荷電したアミノ酸残基による静電的相互作用を介して、自己二量体を自発的に形成することを見出した。さらに、これらのアミノ酸残基の置換によるpTαの自己オリゴマー化の阻害は、DN細胞からDP細胞への正常な移行を阻害した。このことから、本発明者らは、pTαの自己二量体形成が、pre−TCRの自律的シグナル伝達の本質的な分子機構であると考えた。
また、本発明は、種々の細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用を簡便に検出できるシステムを提供することを第2の目的とする。本発明者らは、細胞表面タンパク質の細胞外ドメインとEPORの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含むキメラタンパク質をコードする核酸を、IL−3依存性細胞に導入して発現させると、該細胞外ドメイン同士が相互作用した場合に、該キメラタンパク質が二量体を形成して、該細胞の増殖をIL−3の非存在下で誘導することを見出した。すなわち、本検出システムのキメラタンパク質発現系を用いれば、細胞表面タンパク質の細胞外ドメイン間の相互作用を、IL−3非依存的な細胞増殖を指標として検出し得ることを見出した。
本発明者らは、上記の知見に基づき、さらに研究を続けた結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下の通りである:
[1] プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を調節する物質を含む、T細胞分化調節剤;
[2] 前記物質が、プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を促進する物質である、[1]に記載のT細胞分化調節剤;
[3] 前記プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を促進する物質が、プレT細胞抗原レセプターα鎖をコードする核酸分子である、[2]に記載のT細胞分化調節剤;
[4] 前記物質が、プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を抑制する物質である、[1]に記載のT細胞分化調節剤;
[5] 前記プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を抑制する物質が、プレT細胞抗原レセプターα鎖に対する、アンチセンス核酸、リボザイム、siRNAまたは抗体;あるいはプレT細胞抗原レセプターα鎖の細胞外ドメインのフラグメントである、[4]に記載のT細胞分化調節剤;
[6] プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を調節する工程を含む、T細胞分化を調節する方法;
[7] 被験物質が、プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を調節するか否かを評価する工程を含む、T細胞分化調節剤のスクリーニング方法;
[8] T細胞分化調節剤をスクリーニングするためのキットであって、pTαと蛍光物質とのキメラタンパク質を発現した細胞、あるいは、pTαとエリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターとのキメラタンパク質を発現したIL−3依存性細胞を含む、キット;
[1A] 細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用を検出する方法であって、
第1のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第1のキメラタンパク質をコードする核酸分子、ならびに
第2のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第2のキメラタンパク質をコードする核酸分子
を導入した、IL−3依存性細胞を、IL−3の非存在下で培養し、該細胞の増殖の有無を確認する工程を含む、方法;
[2A] 第1のタンパク質と第2のタンパク質が、同種のタンパク質である、上記[1A]に記載の方法;
[3A] 第1のタンパク質と第2のタンパク質が、異種のタンパク質である、上記[1A]に記載の方法;
[4A] 第1のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第1のキメラタンパク質、ならびに
第2のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第2のキメラタンパク質
を発現した、IL−3依存性細胞;
[5A] 第1のタンパク質と第2のタンパク質が、同種のタンパク質である、上記[4A]に記載の細胞;
[6A] 第1のタンパク質と第2のタンパク質が、異種のタンパク質である、上記[4A]に記載の細胞;
[7A] 細胞表面タンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、キメラタンパク質;
[8A] 上記[7A]に記載のキメラタンパク質をコードする、核酸分子;
[9A] 上記[8A]に記載の核酸分子を含む、発現ベクター;ならびに
[10A] 細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用を検出するためのキットであって、以下:
エリスロポイエチンレセプターもしくはトロンボポイエチンレセプターまたはそれらの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインをコードする核酸分子;
発現ベクター;ならびに
IL−3依存性細胞
を含む、キット。
The first object of the present invention is to clarify the molecular mechanism of signal transduction by pre-TCR and to provide a new type of drug that regulates T cell differentiation and canceration based on this mechanism. In order to elucidate the molecular mechanism of signal transduction by pre-TCR, the inventors focused on the structure and function of pTα, which is a component unique to pre-TCR. As a result, it was found that pTα spontaneously forms a self-dimer through electrostatic interaction with charged amino acid residues present in the extracellular region. Furthermore, inhibition of pTα self-oligomerization by substitution of these amino acid residues inhibited the normal transition from DN cells to DP cells. Therefore, the present inventors considered that pTα self-dimer formation is an essential molecular mechanism of pre-TCR autonomous signaling.
The second object of the present invention is to provide a system that can easily detect an interaction in the extracellular region between various cell surface proteins. When the present inventors introduce a nucleic acid encoding a chimeric protein containing the extracellular domain of a cell surface protein and the transmembrane domain and cytoplasmic domain of EPOR into an IL-3 dependent cell and express it, the extracellular protein is expressed. It was found that when the domains interact, the chimeric protein forms a dimer and induces the proliferation of the cells in the absence of IL-3. That is, it was found that the interaction between extracellular domains of cell surface proteins can be detected using IL-3-independent cell proliferation as an index by using the chimeric protein expression system of the present detection system.
As a result of further research based on the above findings, the present inventors have completed the present invention. That is, the present invention is as follows:
[1] A T cell differentiation regulator comprising a substance that regulates self-dimer formation of a pre-T cell antigen receptor α chain;
[2] The T cell differentiation regulator according to [1], wherein the substance is a substance that promotes self-dimer formation of a pre-T cell antigen receptor α chain;
[3] The T cell differentiation regulator according to [2], wherein the substance that promotes self-dimer formation of the pre-T cell antigen receptor α chain is a nucleic acid molecule encoding the pre T cell antigen receptor α chain;
[4] The T cell differentiation regulator according to [1], wherein the substance is a substance that suppresses self-dimer formation of a pre-T cell antigen receptor α chain;
[5] The substance that suppresses self-dimer formation of the pre-T cell antigen receptor α chain is an antisense nucleic acid, ribozyme, siRNA or antibody against the pre-T cell antigen receptor α chain; or pre-T cell antigen receptor α chain T cell differentiation regulator according to [4], which is a fragment of the extracellular domain of
[6] A method of regulating T cell differentiation, comprising a step of regulating self-dimer formation of a pre-T cell antigen receptor α chain;
[7] A screening method for a T cell differentiation regulator comprising the step of evaluating whether a test substance regulates the pre-T cell antigen receptor α chain self-dimer formation;
[8] Kit for screening for T cell differentiation regulator, expressing cells expressing chimeric protein of pTα and fluorescent substance, or expressing chimeric protein of pTα and erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor A kit comprising IL-3 dependent cells;
[1A] A method for detecting an interaction in an extracellular region between cell surface proteins,
A nucleic acid molecule encoding a first chimeric protein comprising an extracellular domain of a first protein and a transmembrane and cytoplasmic domain of an erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor, and an extracellular domain of a second protein IL-3 dependent cells, into which a nucleic acid molecule encoding a second chimeric protein, comprising a transmembrane domain and a cytoplasmic domain of erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor has been introduced, A method comprising culturing under pressure and confirming the presence or absence of proliferation of the cells;
[2A] The method according to [1A] above, wherein the first protein and the second protein are the same type of protein;
[3A] The method according to [1A] above, wherein the first protein and the second protein are heterologous proteins;
[4A] a first chimeric protein comprising the extracellular domain of the first protein and the transmembrane and cytoplasmic domains of the erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor; and the extracellular domain of the second protein; IL-3 dependent cells expressing a second chimeric protein comprising the transmembrane and cytoplasmic domains of erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor;
[5A] The cell according to [4A] above, wherein the first protein and the second protein are the same type of protein;
[6A] The cell according to [4A] above, wherein the first protein and the second protein are heterologous proteins;
[7A] a chimeric protein comprising the extracellular domain of a cell surface protein and the transmembrane and cytoplasmic domains of erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor;
[8A] A nucleic acid molecule encoding the chimeric protein according to [7A] above;
[9A] An expression vector comprising the nucleic acid molecule according to [8A] above; and [10A] a kit for detecting an interaction in an extracellular region between cell surface proteins, the following:
Nucleic acid molecules encoding erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor or their transmembrane and cytoplasmic domains;
An expression vector; and a kit comprising IL-3-dependent cells.

図1aは、再構成したpre−TCRおよびαβTCRの表面染色を示す。TCR αnullT細胞ハイブリドーマ(TG40β)に、pMX−pTα/GFP−IRES−rCD2またはpMX−TCRα/GFP−IRES−rCD2を感染させ、そしてMACSを用いて抗rCD2により選別した。細胞を、APC標識抗TCRβを用いて染色し、そしてフローサイトメトリーに供した(左パネル群および中央パネル群)。細胞をまた、蛍光顕微鏡により分析した。代表的な画像を、デコンボリューションされた蛍光画像(右パネル群)(BZ8000,Keyence)として示す。10を超える蛍光スポットを有する細胞の頻度を、マルチスキャン画像から決定した。この頻度は、2.7±3.9%(TCRα/GFP)および87.9±1.7%(pTα/GFP)であった。
図1bは、インターナライズされたpre−TCRは、リソソーム中に局在することを示す。細胞を、50nM LysoTracker Red DND−99を用いて30分間処理し、次いで、広視野蛍光顕微鏡(IX−81,Olympus)により分析した。
図1cは、pre−TCRの迅速かつ構成的なインターナリゼーションを示す。細胞を、PE標識抗TCRβを用いて予備染色し、次いで、37℃にて30分間インキュベーションし、そして共焦点蛍光顕微鏡(DMIRE2,Leica)により分析した。スケールバーは、5μmを表す。
図1dは、preTCRは、細胞表面上でオリゴマーを形成する傾向があることを示すグラフである。
図2aは、pTα/EPORキメラおよびTCRα/EPORキメラの模式図である。
図2bは、EPORキメラの発現を示す。BAF3細胞株に、pMX−IRES−GFPベクター中のpTα/EPORキメラまたはTCRα/EPORキメラを感染させ、そして各々の発現を抗EPORイムノブロットにより分析した。
図2cは、EPORキメラの発現を示す。BAF3細胞株に、pMX−IRES−GFPベクター中のpTα/EPORキメラまたはTCRα/EPORキメラを感染させ、そして各々の発現を抗EPOR染色により分析した。
図2dは、IL−3枯渇後の各BAF3トランスフェクタントの細胞生存度を示す。IL−3枯渇の2日後の明視野とGFPとの代表的なマージ画像を示す(上パネル群)。IL−3枯渇後の細胞生存度を、フローサイトメトリーによりヨウ化プロピジウム(PI)陰性の細胞を計数することにより決定した。各日におけるGFP−細胞(キメラを発現しない細胞:○)またはGFP細胞(キメラを発現する細胞:●)の生存度を、0日目の生細胞数を100とした相対百分率として表す。各条件についての感染効率は、全ての実験および類似の結果を示した4つの独立した実験において50%〜80%であった。
図2eは、pTα/CFPおよびpTα/YFPを共発現するT細胞におけるFRETの生成を示す。TG40β細胞に、pTα/YFPのみ(左パネル群)、pTα/CFPおよびpTα/YFP(中央パネル群)、またはpTαR102/117ACFPおよびpTαR102/117A/YFP(右パネル群)を形質導入した。pre−TCRの表面発現を、図1aに記載されるように、3つの細胞株の各々の抗TCRβ染色により検証した。YFPhigh細胞(10,000細胞;黒い点)中のFRETポジティブ細胞(四角のゲート)の割合(パーセント)を示す。
図3aは、マウスpTαの細胞外ドメインのアミノ酸配列を示す(配列番号7)。成熟タンパク質のアミノ酸番号を示す。
図3bは、pTαの細胞外ドメイン内の荷電したアミノ酸の置換を示す。図に示す変異(m1〜m19)を有するpTα/EPORを、図2dのように、BAF3における増殖促進活性について試験した。値は、IL−3枯渇の2日後の、WT pTα/GFP活性を100とした相対活性(%)を表す。
図3cは、pTα−TCRβ複合体の三次元構造モデルの立体図を示す。機能的に重要な荷電したアミノ酸(D22、R24、R102およびR117)を、球棒模型(ball and stick model)により表す。
図3dは、pTα−TCRβ複合体の三次元構造モデルの立体図を示す。置換可能な荷電したアミノ酸(D56、D67、E81、E82、E84およびE87)を、球棒模型(ball and stick model)により表す。
図4aは、R102/R117がpre−TCRの自発的なインターナリゼーションに必須であることを示す。pTαWT/GFPおよびpTαR102/117A/GFPを、TG40β細胞へ導入し、そして表面pre−TCR発現を、抗TCRβ APC(グレーのヒストグラム)およびコントロールAb(白いヒストグラム)を用いて分析した。
図4bは、細胞内GFP小胞を有する細胞の頻度を示す。細胞を蛍光顕微鏡により分析し、そしてマルチスキャン画像を、10を超える明るい小胞を有する細胞数の計数に用いた。データは、5つの独立した視野の平均パーセント±s.dである。
図4cは、BMT再構成アッセイを示す。Sca−1 pTα−/− BM細胞に、個別に、WT pTαWT−IRES−rCD8またはpTαR102/117A−IRES−hCD2を感染させた。rCD8またはhCD2ポジティブ細胞を選別し、そして、個別に、照射したRag2−/−レシピエントマウスへと注入した。注射の3週間後、胸腺細胞を、hCD8集団(中央パネル群)またはrCD2集団(右パネル群)におけるCD4/CD8(上パネル群)およびCD25(下パネル群)の発現について分析した。pTαWTの表面発現と比較して高いpTαR102/117Aの表面発現を、抗pTαを用いる染色により確認した。
図4dは、競合的BMT再構成アッセイを示す。pTαWT−IRES−rCD2またはpTαR102/117A−IRES−hCD8を個別に感染させた、Sca−I pTα−/− BM細胞を、1:1の割合で混合し、そして照射したRag2−/−レシピエントマウスに同時に注入した。3週間後、胸腺細胞を、hCD8(WT)ゲート集団またはrCD2(R102/117A)ゲート集団におけるCD4/CD8の発現について分析した。データは、類似の結果を有する代表的な3つの独立した実験である。
図5は、IL−3枯渇後のBAF3トランスフェクタントの細胞生存度を表す。各日におけるGFP細胞(キメラを発現しない細胞:○)およびGFP細胞(キメラを発現する細胞:●)の生存度を、0日目の生細胞数を100とした相対百分率として表す。
FIG. 1a shows surface staining of reconstituted pre-TCR and αβTCR. TCRα null T cell hybridomas (TG40β) were infected with pMX-pTα / GFP-IRES-rCD2 or pMX-TCRα / GFP-IRES-rCD2 and sorted with anti-rCD2 using MACS. Cells were stained with APC-labeled anti-TCRβ and subjected to flow cytometry (left panel group and middle panel group). Cells were also analyzed by fluorescence microscopy. A representative image is shown as a deconvoluted fluorescence image (right panel group) (BZ8000, Keyence). The frequency of cells with more than 10 fluorescent spots was determined from multiscan images. The frequency was 2.7 ± 3.9% (TCRα / GFP) and 87.9 ± 1.7% (pTα / GFP).
FIG. 1b shows that the internalized pre-TCR is localized in the lysosome. Cells were treated with 50 nM LysoTracker Red DND-99 for 30 minutes and then analyzed by wide field fluorescence microscopy (IX-81, Olympus).
FIG. 1c shows the rapid and constitutive internalization of pre-TCR. Cells were prestained with PE-labeled anti-TCRβ, then incubated for 30 minutes at 37 ° C. and analyzed by confocal fluorescence microscopy (DMIRE2, Leica). The scale bar represents 5 μm.
FIG. 1d is a graph showing that preTCR tends to form oligomers on the cell surface.
FIG. 2a is a schematic diagram of the pTα / EPOR chimera and the TCRα / EPOR chimera.
FIG. 2b shows the expression of the EPOR chimera. BAF3 cell lines were infected with pTα / EPOR chimera or TCRα / EPOR chimera in pMX-IRES-GFP vector and the expression of each was analyzed by anti-EPOR immunoblot.
FIG. 2c shows the expression of the EPOR chimera. BAF3 cell lines were infected with pTα / EPOR chimera or TCRα / EPOR chimera in pMX-IRES-GFP vector and the expression of each was analyzed by anti-EPOR staining.
FIG. 2d shows the cell viability of each BAF3 transfectant after IL-3 depletion. Shown is a representative merged image of bright field and GFP 2 days after IL-3 depletion (upper panel group). Cell viability after IL-3 depletion was determined by counting propidium iodide (PI) negative cells by flow cytometry. The viability of GFP-cells (cells not expressing a chimera: ◯) or GFP + cells (cells expressing a chimera: ●) on each day is expressed as a relative percentage with the number of viable cells on day 0 as 100. The infection efficiency for each condition was 50% -80% in all experiments and 4 independent experiments that showed similar results.
FIG. 2e shows the generation of FRET in T cells co-expressing pTα / CFP and pTα / YFP. TG40β cells were transduced with pTα / YFP alone (left panel group), pTα / CFP and pTα / YFP (middle panel group), or pTα R102 / 117A CFP and pTα R102 / 117A / YFP (right panel group). The surface expression of pre-TCR was verified by anti-TCRβ staining of each of the three cell lines as described in FIG. 1a. The percentage of FRET positive cells (square gates) in YFP high cells (10,000 cells; black dots) is shown.
FIG. 3a shows the amino acid sequence of the extracellular domain of mouse pTα (SEQ ID NO: 7). The amino acid number of the mature protein is indicated.
FIG. 3b shows the substitution of charged amino acids within the extracellular domain of pTα. PTα / EPOR having the mutations (m1 to m19) shown in the figure was tested for growth promoting activity in BAF3 as shown in FIG. 2d. The value represents the relative activity (%) 2 days after IL-3 depletion, with WT pTα / GFP activity as 100.
FIG. 3c shows a three-dimensional view of the three-dimensional structural model of the pTα-TCRβ complex. Functionally important charged amino acids (D22, R24, R102 and R117) are represented by a ball and stick model.
FIG. 3d shows a three-dimensional view of the three-dimensional structural model of the pTα-TCRβ complex. The substitutable charged amino acids (D56, D67, E81, E82, E84 and E87) are represented by a ball and stick model.
FIG. 4a shows that R102 / R117 is essential for spontaneous internalization of pre-TCR. pTα WT / GFP and pTα R102 / 117A / GFP were introduced into TG40β cells and surface pre-TCR expression was analyzed using anti-TCRβ APC (grey histogram) and control Ab (white histogram).
FIG. 4b shows the frequency of cells with intracellular GFP vesicles. Cells were analyzed by fluorescence microscopy and multiscan images were used to count the number of cells with more than 10 bright vesicles. Data are the mean percent of 5 independent fields ± s. d.
FIG. 4c shows the BMT reconstitution assay. Sca-1 + pTα − / − BM cells were individually infected with WT pTα WT -IRES-rCD8 or pTα R102 / 117A -IRES-hCD2. rCD8 or hCD2 positive cells were sorted and individually injected into irradiated Rag2 − / − recipient mice. Three weeks after injection, thymocytes were analyzed for expression of CD4 / CD8 (upper panel group) and CD25 (lower panel group) in the hCD8 + population (middle panel group) or rCD2 + population (right panel group). Higher surface expression of pTα R102 / 117A compared to the surface expression of pTα WT was confirmed by staining with anti-pTα.
FIG. 4d shows a competitive BMT reconstitution assay. pTα WT -IRES-rCD2 or pTα R102 / 117A -IRES-hCD8 were infected separately, Sca-I + pTα - / - BM cells, were mixed at a ratio of 1: 1, and irradiated Rag2 - / - Recipient mice were injected simultaneously. Three weeks later, thymocytes were analyzed for CD4 / CD8 expression in the hCD8 + (WT) gate population or the rCD2 + (R102 / 117A) gate population. Data are representative 3 independent experiments with similar results.
FIG. 5 represents cell viability of BAF3 transfectants after IL-3 depletion. The viability of GFP - cells (cells not expressing the chimera: ◯) and GFP + cells (cells expressing the chimera: ●) on each day is expressed as a relative percentage with the number of viable cells on day 0 as 100.

以下に、本明細書中で用いられる各用語について説明する。
本明細書において、「核酸分子」とは、一本鎖または二本鎖のDNAまたはRNAのことを意味する。本明細書において、「ヌクレオチド配列」とは、特に言及しない限り、デオキシリボヌクレオチド(A、G、C、およびTで表す)の配列、またはリボヌクレオチド(A、G、C、およびUで表す)の配列を意味する。本明細書中において、特に言及しない限り、一本鎖ヌクレオチド配列は、左端が5’末端、右端が3’末端を表す。
本明細書において、特に言及しない限り、アミノ酸の表記は、アミノ酸に関する標準的な表記である1文字略号または3文字略号を使用する。本明細書において、特に言及しない限り、アミノ酸配列は、左端がN末端(アミノ末端)、右端がC末端(カルボキシル末端)を表す。
本明細書において、「T細胞前駆体」とは、CD4およびCD8の発現を欠いている胸腺細胞(「CD4CD8ダブルネガティブ胸腺細胞」または「DN細胞」ともいう)を意味する。
本明細書において、「T細胞分化を調節する」とは、CD4CD8ダブルネガティブ胸腺細胞(DN細胞)から、CD4CD8ダブルポジティブ胸腺細胞(DP細胞)へと分化するプロセス(すなわち、β選択)を、促進または抑制することを意味する。
本明細書において、「プレT細胞抗原レセプターα鎖(pTα)の自己二量体形成を調節する」とは、DN細胞の細胞表面におけるpTαの自己二量体化を促進または抑制することを意味する。
本発明に用いる場合、「プレT細胞抗原レセプターα鎖(pTα)」とは、好ましくは、ヒト由来のpTαもしくはそれと実質的に同一のタンパク質を意味する。
ここで、「実質的に同一」とは、ヒト由来のpTαのアミノ酸配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、より好ましくは約80%以上、特に好ましくは、約90%以上、最も好ましくは約95%以上の相同性を有するアミノ酸配列であって、該アミノ酸配列を有するタンパク質がヒト由来のpTαと実質的に同質の活性を有するような配列をいう。
ここで、「相同性」とは、当該技術分野において公知の数学的アルゴリズムを用いて2つのアミノ酸配列をアラインさせた場合の、最適なアラインメント(好ましくは、該アルゴリズムは最適なアラインメントのために配列の一方もしくは両方へのギャップの導入を考慮し得るものである)における、オーバーラップする全アミノ酸残基に対する同一アミノ酸および類似アミノ酸残基の割合(%)を意味する。
「類似アミノ酸」とは物理化学的性質において類似したアミノ酸を意味し、例えば、芳香族アミノ酸、脂肪族アミノ酸、極性アミノ酸、塩基性アミノ酸、酸性アミノ酸、水酸基を有するアミノ酸、側鎖の小さいアミノ酸などの同じグループに分類されるアミノ酸が挙げられる。このような類似アミノ酸による置換は、タンパク質の表現型に変化をもたらさない(即ち、保存的アミノ酸置換である)ことが予測される。保存的アミノ酸置換の具体例は当該技術分野で周知であり、種々の文献に記載されている(例えば、Bowieら,Science,247:1306−1310(1990)を参照)。
アミノ酸配列の相同性は、相同性計算アルゴリズムであるNCBI BLASTを用いて、以下の条件(期待値=10、ギャップを許す、マトリクス=BLOSUM62、フィルタリング=OFF)で計算することができる。
アミノ酸配列の相同性を決定するための他のアルゴリズムとしては、例えば、Karlinら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,90:5873−5877(1993)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはNBLASTおよびXBLASTプログラム(version2.0)に組み込まれている(Altschulら,Nucleic Acids Res.,25:3389−3402(1997))]、Needlemanら,J.Mol.Biol.,48:444−453(1970)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはGCGソフトウェアパッケージ中のGAPプログラムに組み込まれている]、MyersおよびMiller,CABIOS,4:11−17(1988)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはCGC配列アラインメントソフトウェアパッケージの一部であるALIGNプログラム(version2.0)に組み込まれている]、Pearsonら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,85:2444−2448(1988)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはGCGソフトウェアパッケージ中のFASTAプログラムに組み込まれている]等が挙げられ、それらは同様に好ましく用いられ得る。
pTαにはいくつかのスプライスバリアントが知られているが、本発明では、そのいずれを用いてもよい。
本発明に用いられるヒトpTαとしては、好ましくは、GenPept登録番号NP_612153(配列番号2)に示されるアミノ酸配列と約60%以上、好ましくは約70%以上、より好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上、最も好ましくは約95%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
また、本発明に用いられるヒト由来のpTαと実質的に同一のタンパク質としては、例えば、以下のアミノ酸配列を含有するタンパク質であって、ヒトpTαと実質的に同質の活性を有するタンパク質等も含まれる:
(1)配列番号2に示されるヒトpTαのアミノ酸配列中の1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列;
(2)配列番号2に示されるヒトpTαのアミノ酸配列に1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が付加したアミノ酸配列;
(3)配列番号2に示されるヒトpTαのアミノ酸配列に1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が挿入されたアミノ酸配列;
(4)配列番号2に示されるヒトpTαのアミノ酸配列中の1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が他のアミノ酸で置換されたアミノ酸配列;あるいは
(5)上記(1)〜(4)を組み合わせたアミノ酸配列。
アミノ酸配列が、欠失、付加、挿入または置換されている場合、その欠失、付加、挿入または置換の位置は、当該タンパク質の活性を損なわない限り、特に限定されない。
pTαについて、実質的に同質の活性としては、pTαが自己二量体を形成して、DN細胞からDP細胞への移行(すなわち、β選択)を誘導する活性などが挙げられる。
ここで、「実質的に同質」とは、それらの性質が定性的に同等であることを意味する。従って、上記の活性の程度といった量的要素については同等であることが好ましいが、異なっていてもよい(例えば、約0.01〜約100倍、好ましくは約0.1〜約10倍、より好ましくは約0.5〜約2倍)。
pTαの自己二量体形成は、後述するスクリーニング方法に記載される方法により確認および定量できる。また、DN細胞からDP細胞への移行は、細胞表面に発現するCD4分子およびCD8分子を、これらの各々に特異的に反応する抗体を用いて検出することにより確認および定量できる。該抗体の検出法としては、例えば、蛍光を利用する方法(例えば、Fluorescence Activated Cell Sorter(FACS)法)、酵素反応を利用する方法(例えば、Enzyme−Linked Immunosorbent Assay(ELISA)法)、ラジオアイソトープを利用する方法などが挙げられる。
本明細書において、タンパク質の「細胞外ドメイン」とは、特に言及しない限り、細胞表面タンパク質の細胞外に存在する領域(ドメイン)の全部またはその任意のフラグメントを意味する。
本明細書において、タンパク質の「膜貫通ドメイン」とは、特に言及しない限り、細胞表面タンパク質の細胞膜を貫通する領域(ドメイン)の全部またはその任意のフラグメントを意味する。
本明細書において、タンパク質の「細胞質ドメイン」とは、特に言及しない限り、細胞表面タンパク質の細胞質内に存在する領域(ドメイン)の全部またはその任意のフラグメントを意味する。
本明細書において、「キメラタンパク質」(以下、単に「キメラ」ともいう)とは、特に言及しない限り、異なるタンパク質に由来する2つ以上のドメインから構成される融合タンパク質を意味する。
本明細書において、「IL−3依存性細胞」とは、生存/増殖にIL−3を必要とする細胞(換言すれば、IL−3の非存在下では増殖できない細胞)のことを意味する。
以下、本発明の実施形態について説明する。
第1の局面において、本発明は、T細胞分化調節剤、T細胞分化を調節する方法、およびT細胞分化調節剤のスクリーニング方法に関する。
(T細胞分化調節剤およびT細胞分化を調節する方法)
本発明は、pTαの自己二量体形成を調節する物質を含むT細胞分化調節剤を提供する。より具体的には、本発明は、pTαの自己二量体形成を促進する物質を含むT細胞分化促進剤およびpTαの自己二量体形成を抑制する物質を含むT細胞分化抑制剤を提供する。
(T細胞分化促進剤)
1つの実施形態において、本発明のT細胞分化調節剤は、T細胞分化促進剤であり、該促進剤は、T細胞前駆体(すなわち、DN細胞)の細胞表面におけるpTαの自己二量体形成を促進する物質を含む。このような物質は、pTαの自己二量体形成を直接的または間接的に促進することによって、DN細胞からDP細胞への移行(すなわち、β選択)を促進することができる。
pTαの自己二量体形成を促進する物質としては、他の遺伝子および/またはタンパク質に及ぼす影響を最小限にするために、標的分子であるpTαに特異的に作用し得る物質であることが望ましい。このような物質としては、例えば、pTαをコードする核酸分子、および後述するスクリーニング方法によって得られる物質が挙げられる。
「pTαをコードする核酸分子」とは、DN細胞に導入された場合に、該細胞においてpTαを発現させることができる核酸分子のことを意味する。該核酸分子により発現したpTαは、それらの間で、または該核酸分子を導入した細胞が生来有するpTαと二量体を形成して、β選択を促進させることができる。
pTαをコードする核酸分子としては、ゲノムDNA、mRNA、cDNAなどが挙げられる。pTαをコードする核酸分子は、ゲノムDNAまたはcDNAを鋳型とし、適切なプライマーを用いて、PCR(Polymerase Chain Reaction)法、RT−PCR(Reverse Transcriptase−Polymerase Chain Reaction)法などによって増幅することができる。
pTαをコードする核酸分子としては、例えば、GenBank登録番号:NM_138296(配列番号1)に示されるヒトpTαの全コード領域の塩基配列を含有するDNA、あるいは該DNAとハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を含有し、かつ、配列番号2に示されるpTαのアミノ酸配列を含有するタンパク質と、実質的に同質の活性(細胞外領域のアミノ酸残基の相互作用によって、自己二量体を形成する活性)を有するタンパク質をコードするDNAが挙げられる。
ハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズできるDNAとしては、例えば、配列番号1に示される塩基配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、さらに好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上の相同性を有する塩基配列を含有するDNAが用いられ得る。
本明細書において、塩基配列の相同性は、相同性計算アルゴリズムNCBI BLAST(National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool)を用い、以下の条件:期待値=10;ギャップを許す;フィルタリング=ON;マッチスコア=1;ミスマッチスコア=−3にて計算することができる。
塩基配列の相同性を決定するための他のアルゴリズムとしては、上記したアミノ酸配列の相同性計算アルゴリズムが同様に好ましく例示される。
ハイブリダイゼーションは、自体公知の方法あるいはそれに準じる方法、例えば、Molecular Cloning、第2版(J.Sambrook et al.,Cold Spring Harbor Lab.Press,1989)に記載の方法などに従って行なうことができる。また、市販のライブラリーを使用する場合、ハイブリダイゼーションは、添付の使用説明書に記載の方法に従って行なうことができる。ハイブリダイゼーションは、好ましくは、ハイストリンジェントな条件に従って行なうことができる。ハイストリンジェントな条件としては、例えば、ナトリウム塩濃度が約19〜約40mM、好ましくは約19〜約20mMであり、温度が約50〜約70℃、好ましくは約60〜約65℃である条件等が挙げられる。特に、ナトリウム塩濃度が約19mMであり、温度が約65℃である場合が好ましい。
当業者は、ハイブリダイゼーション溶液の塩濃度、ハイブリダイゼーション反応の温度、プローブ濃度、プローブの長さ、ミスマッチの数、ハイブリダイゼーション反応の時間、洗浄液の塩濃度、洗浄の温度等を適宜変更することにより、所望のストリンジェンシーに容易に調節することができることを理解する。
pTαをコードする核酸分子は、例えば、適切な発現ベクターに挿入した後、当該分野で公知の方法(例えば、Virology,52,456(1973)に記載の方法)に従って、T細胞前駆体(DN細胞)に導入され得る。
pTαをコードする核酸分子を含む発現ベクターは、例えば、pTαをコードする核酸分子から目的とする断片を調製し、該断片を発現ベクター中の適切なプロモーターの下流に連結することにより作製することができる。
発現ベクターとしては、レトロウイルス、ワクシニアウイルスなどの動物ウイルスベクター(例えば、IRESバイシストロン性発現ベクター、pA1−11、pXT1、pRc/CMV、pRc/RSV、pcDNAI/Neo、pME18S)などが用いられる。
プロモーターとしては、遺伝子の発現に用いる宿主に対応する適切なプロモーターであればいかなるものでもよく、例えば、LCK近位プロモーター、SRαプロモーター、SV40プロモーター、RSV−LTRプロモーター、CMVプロモーター、HSV−TKプロモーターなどが用いられる。
発現ベクターは、必要に応じて、エンハンサー、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカーまたはレポーター遺伝子、SV40複製起点(SV40ori)などを含み得る。
選択マーカーおよびレポーター遺伝子としては、例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子、ルシフェラーゼ遺伝子、β−ガラクトシダーゼ遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子が挙げられる。
(T細胞分化抑制剤)
別の実施形態において、本発明のT細胞分化調節剤は、T細胞分化抑制剤であり、該抑制剤は、T細胞前駆体(すなわち、DN細胞)の細胞表面におけるpTαの自己二量体形成を抑制する物質を含む。このような物質は、pTαの自己二量体形成を直接的または間接的に抑制することによって、DN細胞からDP細胞への移行(すなわち、β選択)を抑制することができる。
pTαの自己二量体形成を抑制する物質としては、他の遺伝子および/またはタンパク質に及ぼす影響を最小限にするために、標的分子であるpTαに特異的に作用し得る物質であることが望ましい。このような物質としては、例えば、pTαに対する、アンチセンス核酸、リボザイム、siRNAおよび抗体;pTαの細胞外ドメインのフラグメント;ならびに後述するスクリーニング方法によって得られる物質が挙げられる。
pTαに対する、アンチセンス核酸、リボザイムおよびsiRNAは、T細胞前駆体中のpTαをコードする核酸分子に作用し、DN細胞におけるpTαの発現そのものを抑制することができる。
アンチセンス核酸は、生理的条件下で、標的mRNA(初期転写産物)とハイブリダイズし得る塩基配列からなり、かつハイブリダイズした状態で標的mRNA(初期転写産物)にコードされるタンパク質またはポリペプチドの翻訳を阻害し得る核酸であり得る。
アンチセンス核酸の種類はDNAであってもRNAであってもよいし、あるいはDNA/RNAキメラであってもよい。また、天然型のアンチセンス核酸は、細胞中に存在する核酸分解酵素によって、そのリン酸ジエステル結合が容易に分解されるので、酵素分解に安定なチオリン酸型(リン酸結合のP=OをP=Sに置換)、2’−O−メチル型などの修飾ヌクレオチドを用いて、アンチセンス核酸を合成してもよい。
アンチセンス核酸の設計に重要な他の要素として、水溶性及び細胞膜透過性を高めること等が挙げられるが、これらはリポソームやマイクロスフェアを使用するなどの剤形の工夫によっても克服することができる。
アンチセンス核酸の長さは、標的mRNAもしくは初期転写産物と特異的にハイブリダイズし得る限り特に制限はないが、例えば、少なくとも約15塩基程度、長いものでmRNA(初期転写産物)の全配列に相補的な配列を含むような配列であってもよい。合成の容易さや抗原性の問題等から、好ましくは約15〜約30塩基からなるオリゴヌクレオチドが例示される。
また、アンチセンス核酸は、標的mRNAもしくは初期転写産物とハイブリダイズして翻訳を阻害するだけでなく、二本鎖DNAである標的遺伝子と結合して三重鎖(トリプレックス)を形成し、mRNAへの転写を阻害し得るものであってもよい。
リボザイムとは、核酸を切断する酵素活性を有する核酸分子(主に、RNA)をいう。本発明では、pTαのmRNAもしくは初期転写産物を、コード領域の内部(初期転写産物の場合はイントロン部分を含む)で特異的に切断し得るものを意図する。
また最近では、当該酵素活性部位の塩基配列を有するオリゴDNAも同様に核酸切断活性を有することが明らかになっているので、リボザイムは、配列特異的な核酸切断活性を有する限りDNAをも包含する概念として用いるものとする。
リボザイムとして最も汎用性の高いものとしては、ウイロイド等の感染性RNAに見られるセルフスプライシングRNAがあり、ハンマーヘッド型やヘアピン型等が知られている。
siRNAとは、標的mRNAもしくは初期転写産物のコード領域内の部分配列(初期転写産物の場合はイントロン部分を含む)に相当する二本鎖オリゴRNAである。短い二本鎖RNAを細胞内に導入するとそのRNAに相補的なmRNAが分解される、いわゆるRNA干渉(RNAi)と呼ばれる現象は、以前から線虫、昆虫、植物等で知られていたが、最近、この現象が動物細胞でも起こることが確認されたことから(Nature,411(6836):494−498(2001))、リボザイムの代替技術として注目されている。
アンチセンスオリゴヌクレオチド及びリボザイムは、例えば、pTαのcDNA配列(例えば、配列番号1)に基づいてmRNAもしくは初期転写産物の標的配列を決定し、市販のDNA/RNA自動合成機(アプライド・バイオシステムズ社、ベックマン社等)を用いて、これに相補的な配列を合成することにより調製することができる。
siRNAは、例えば、センス鎖およびアンチセンス鎖をDNA/RNA自動合成機でそれぞれ合成し、適当なアニーリング緩衝液中、約90〜約95℃で約1分間程度変性させた後、約30〜約70℃で約1〜約8時間アニーリングさせることにより調製することができる。また、相補的なオリゴヌクレオチド鎖を交互にオーバーラップするように合成して、これらをアニーリングさせた後、リガーゼを用いてライゲーションすることにより、より長い二本鎖ポリヌクレオチドを調製することもできる。
pTαに対する抗体、およびpTαの細胞外ドメインのフラグメントは、pTαの自己二量体形成に関与するアミノ酸残基の1つ以上(例えば、1、2、3または4つ)に作用することによって、pTαの自己二量体形成を抑制することができる。
「pTαの自己二量体形成に関与するアミノ酸残基」は、pTαの細胞外に存在する領域(ドメイン)に存在する荷電したアミノ酸残基であり得る。例えば、ヒトpTαの場合、pTαの自己二量体形成に関与するアミノ酸残基としては、配列番号2のアミノ酸配列中の38番目のAsp;40番目のLys;118番目のArg;および133番目のArgが挙げられる。
これらのアミノ酸は、種の間で高度に保存されているので、ヒト以外の種を対象とする場合、上記に対応するアミノ酸残基を標的とすればよい。
pTαに対する抗体は、pTαの二量体形成を阻害し得る限り、ポリクローナル抗体でも、モノクローナル抗体でもよく、以下に例示するような、当該分野で周知の免疫学的手法により作製することができる。さらに、抗pTα抗体のフラグメントもまた、pTαの二量体形成を阻害し得る限り用いられ得る。このような抗体のフラグメントとしては、例えば、Fab、F(ab’)、ScFv、minibody等が挙げられる。
ポリクローナル抗体は、例えば、pTαまたはそのフラグメントを抗原として、市販のアジュバント(例えば、完全または不完全フロイントアジュバント)とともに、動物の皮下あるいは腹腔内に2〜3週間おきに2〜4回程度投与し(部分採血した血清の抗体価を公知の抗原抗体反応により測定し、その上昇を確認しておく)、最終免疫から約3〜約10日後に全血を採取して抗血清を精製することにより取得できる。
抗原を投与する動物としては、ラット、マウス、ウサギ、ヤギ、モルモット、ハムスターなどの哺乳動物が挙げられる。
上記抗原としてpTαのフラグメントを用いる場合、該フラグメントは、pTαの自己二量体形成に関与するアミノ酸残基の1つ以上(例えば、1、2、3または4つ)を含む。
モノクローナル抗体(mAb)は、例えば、細胞融合法により作製することができる。例えば、マウスに上記抗原を市販のアジュバントと共に2〜4回皮下あるいは腹腔内に投与し、最終投与の約3日後に脾臓あるいはリンパ節を採取し、白血球を採取する。この白血球と骨髄腫細胞(例えば、NS−1、P3X63Ag8など)を細胞融合して該抗原に対するモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマを得る。
この細胞融合は、PEG法[J.Immunol.Methods,81(2):223−228(1985)]で行ってもよいし、電圧パルス法[Hybridoma,7(6):627−633(1988)]で行ってもよい。所望のモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマは、周知のEIAまたはRIA法等を用いて抗原と特異的に結合する抗体を、培養上清中から検出することにより選択できる。
モノクローナル抗体を産生するハイブリドーマの培養は、インビトロ、またはマウスもしくはラット、好ましくはマウス腹水中等のインビボで行うことができ、抗体はそれぞれハイブリドーマの培養上清および動物の腹水から取得することができる。
上記抗pTα抗体は、ヒトに用いる場合の効果と安全性を考慮すると、ヒトと他の動物(例えば、マウス等)のキメラ抗体であることが好ましく、ヒト化抗体であることがさらに好ましく、完全ヒト抗体であることが特に好ましい。
ここで「キメラ抗体」とは免疫動物由来の可変部(V領域)とヒト由来の定常部(C領域)を有する抗体のことをいい、「ヒト化抗体」とはCDRを除いて他の領域をすべてヒト抗体に置き換えた抗体のことをいう。
キメラ抗体やヒト化抗体は、例えば、上記と同様の方法により作製したマウスモノクローナル抗体の遺伝子からV領域もしくはCDRをコードする配列を切り出し、ヒト骨髄腫由来の抗体のC領域をコードするDNAと融合したキメラ遺伝子を適当な発現ベクター中にクローニングし、これを適当な宿主細胞に導入して該キメラ遺伝子を発現させることにより取得することができる。
完全ヒト抗体は、ヒト−ヒト(もしくはマウス)ハイブリドーマより製造することも可能ではあるが、大量の抗体を安定に且つ低コストで提供するためには、ヒト抗体産生動物、またはファージディスプレイ法を用いて製造することが望ましい。
ヒト抗体産生動物としては、例えば、XenoMouse(Abgenix社製);Hu−Mab Mouse(Medarex社製);KMマウス(キリンビール社製)などが挙げられる。
ファージディスプレイライブラリーとしては、CAT社のライブラリー;MRC社のライブラリー;Dyax社のライブラリー;Morphosys社のHuCALライブラリー;BioInvent社のライブラリー;Crucell社のライブラリー等が挙げられる。
pTαの細胞外ドメインのフラグメントとは、DN細胞の生来のpTαとのオリゴマー形成能力を有するが、DN細胞からDP細胞への移行(すなわち、β選択)を誘導することができない、pTαの細胞外領域(ドメイン)の任意のフラグメントのことを意味する。このようなフラグメントは、DN細胞の生来のpTαに対して、別の生来のpTαと競合的に結合することで、生来のpTα同士の結合を阻害することができる。具体的には、本発明で用いられるpTαの細胞外ドメインのフラグメントは、自己二量体形成に関与するアミノ酸残基の1つ以上(例えば、1、2、3または4つ)を含むが、DN細胞の生来のpTαと結合してもβ選択を誘導することができないフラグメントである。
ここで、該フラグメント中の自己二量体形成に関与するアミノ酸残基は、ヒトpTαについて上記したアミノ酸残基が挙げられるが、これらのアミノ酸残基は、二量体形成能が失われない限り、類似アミノ酸により置換されていてもよい(例えば、AspとGlu;ArgとLysとの間の保存的アミノ酸置換)。
本発明はまた、インビトロまたはインビボにおいて、pTαの自己二量体形成を調節することによって、T細胞分化を調節する方法を提供する。
1つの実施形態において、本方法は、インビトロにおいて、pTαの自己二量体形成を調節することによって、T細胞分化を調節する方法に関し、該方法は、上記のT細胞分化調節剤の存在下で、T細胞前駆体(すなわち、DN細胞)を培養することを含む。
T細胞分化調節剤として核酸分子を用いる場合、該核酸分子は、単独で、又はプラスミド若しくはウイルスベクター(例えば、レトロウイルスベクター)などの適切なベクターに挿入した後、当該分野で周知の方法に従って、T細胞前駆体に導入され得る。
また、T細胞分化調節剤としてタンパク質を用いる場合、該タンパク質は、そのまま培地に混合され得る。あるいは、当該タンパク質をコードする核酸分子を単独又は適切なベクターに挿入した後、当該分野で周知の方法に従って、細胞に導入してもよい。
細胞を培養する培地としては、例えば、約5〜20%の胎仔ウシ血清(FBS)を含む、MEM培地、DMEM培地、RPMI 1640培地、199培地などが用いられる。
培地のpHは、好ましくは約6〜8である。培養は、通常約30℃〜40℃で、約1日〜約1週間、好ましくは、約1日〜約3日間行なわれる。必要に応じて通気や撹拌を行ってもよい。
別の実施形態において、本方法は、インビボにおいて、pTαの自己二量体形成を調節することによって、T細胞分化を調節する方法に関し、該方法は、上記のT細胞分化調節剤を哺乳動物に投与することを含む。
哺乳動物としては、例えば、霊長類、実験用動物、家畜、ペット等が挙げられ、特に限定はされないが、具体的には、ヒト、サル、ラット、マウス、モルモット、ウサギ、ウマ、ウシ、ヤギ、ヒツジ、イヌ、ネコなどが挙げられる。好ましくは、哺乳動物はヒトである。
T細胞分化調節剤として核酸分子を用いる場合、該核酸分子を単独で、又はプラスミド、ウイルスベクターなどの適切なベクター(例えば、上記で発現ベクターとして列挙したもの)に挿入した後、当該分野で周知の方法に従って、哺乳動物に投与することができる。
また、T細胞分化調節剤としてタンパク質を用いる場合は、剤形を工夫することによって、当該分野で公知のDDS(drug delivery system)技術により当該タンパク質自体を哺乳動物に投与することができる。あるいは、当該タンパク質をコードする核酸分子を単独で、又は適切なベクター(例えば、上記で発現ベクターとして列挙したもの)に挿入した後、当該分野で周知の方法に従って投与することもできる。
本発明のT細胞分化調節剤は、薬学的に許容され得る担体をさらに含み得る。薬学的に許容され得る担体としては、賦形剤、希釈剤、増量剤、崩壊剤、安定剤、保存剤、緩衝剤、乳化剤、粘稠剤、溶解補助剤あるいはその他の添加剤等が挙げられる。本発明のT細胞分化調節剤は、上記の担体の一つ以上を用いることにより、経口あるいは非経口的に投与することができる。
T細胞分化調節剤の投与量は、投与対象、投与方法、処理時間、あるいは該剤に含有される活性成分の種類などにより異なるが、通常、成人(体重60kgとして)一人当たり、一回につき10μgから1000mgの範囲で投与することができる。
なお、ヒト以外の哺乳動物の場合も、上記値を当該哺乳動物の体重で換算した量を投与することができる。しかしながら、投与量は種々の条件により変動するため、上記投与量より少ない量で十分な場合もあり、また上記の範囲を越える投与量が必要な場合もある。
(T細胞分化調節剤のスクリーニング方法)
本発明はまた、T細胞分化調節剤のスクリーニング方法を提供する。本発明のスクリーニング方法は、被験物質がpTαの自己二量体形成を調節(促進または抑制)するか否か評価することを含む。具体的には、該評価は、被験物質の存在下と非存在下でのpTαの自己二量体形成の程度を比較することで行うことができる。
本スクリーニング方法に用いられる「被験物質」は、いかなる公知化合物でも新規化合物でもよい。被験物質としては、特に制限はされないが、例えば、核酸、糖質、脂質、タンパク質、ペプチド、抗体、有機もしくは無機の低分子化合物、有機もしくは無機の高分子化合物、コンビナトリアルケミストリー技術を用いて作製された化合物ライブラリー、固相合成やファージディスプレイ法により作製されたランダムペプチドライブラリー、あるいは微生物、動植物等由来の天然成分等が挙げられる。
pTαの自己二量体形成は、例えば、以下の方法によって検出および定量することができる:
pTαと蛍光タンパク質とのキメラタンパク質を用いる方法;ならびに
pTαとエリスロポイエチンレセプター(EPOR)とのキメラタンパク質を発現した細胞、またはpTαとトロンボポイエチンレセプター(TPOR)とのキメラタンパク質を発現した細胞を用いる方法。
(pTαと蛍光タンパク質とのキメラタンパク質を用いるスクリーニング方法)
pTαと蛍光タンパク質とのキメラタンパク質を用いるスクリーニング方法としては、例えば、全反射蛍光(Total Internal Reflection Fluorescence:TIRF)顕微鏡分析;蛍光共鳴エネルギー転移(Fluorescence Resonance Enargy Transfer:FRET)分析が挙げられる。
TIRF顕微鏡分析を用いるスクリーニング方法は、pTαと蛍光タンパク質とのキメラを発現した細胞を用いて、pTαの単体と二量体を、その輝点の蛍光強度から区別して検出し得る。
この分析に用いられる蛍光タンパク質としては、GFP、RFP、YFP、CFP、Kusabira−orangeなどが挙げられる。
FRET分析を用いるスクリーニング方法は、第1蛍光タンパク質(励起光波長λ;蛍光波長λ)とpTαとのキメラタンパク質と、第2蛍光タンパク質(励起光波長λ;蛍光波長λ)とpTαとのキメラタンパク質の両方を発現した細胞を用いて、該細胞に波長λの光を照射して、二量体の形成を示す波長λの蛍光を検出し得る。
この分析に用いられる第1と第2の蛍光タンパク質の組合わせとしては、CFPとYFPなどが挙げられる。
pTαと蛍光タンパク質とのキメラタンパク質に用いられるpTαとしては、好ましくは、ヒトpTαが用いられる。ヒトpTαとしては、例えば、配列番号2で示されるアミノ酸配列で示されるアミノ酸配列、またはそれと実質的に同一のアミノ酸配列を有するタンパク質が用いられる(ここで、「実質的に同一」とは、上記と同義である)。
pTαにはいくつかのスプライスバリアントが知られているが、そのいずれを用いてもよい。
pTαと蛍光タンパク質とのキメラタンパク質を発現する細胞は、該キメラタンパク質をコードする核酸分子を作製し、該核酸分子を適切な細胞に導入することにより作製できる。
pTαと蛍光タンパク質とのキメラタンパク質をコードする核酸分子は、pTαをコードする核酸分子、ならびに所望の蛍光タンパク質をコードする核酸分子を用いて、当該分野で公知の遺伝子組換技術(例えば、PCR法を用いる技術)によって作製され得る。
pTαをコードする核酸分子(DNAまたはRNA)としては、ゲノムDNA、mRNA、cDNAなどが挙げられる。
このような核酸分子としては、例えば、GenBank登録番号:NM_138296(配列番号1)に示されるヒトpTαの全コード領域の塩基配列を含有するDNA、あるいは該DNAとハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を含有し、かつ、配列番号2に示されるpTαのアミノ酸配列を含有するタンパク質と、実質的に同質の活性(細胞外領域のアミノ酸残基の相互作用によって、自己二量体を形成する活性)を有するタンパク質をコードするDNAが挙げられる。
ハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズできるDNAとしては、例えば、配列番号1に示される塩基配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、さらに好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上の相同性を有する塩基配列を含有するDNAが用いられ得る。
種々の蛍光タンパク質の塩基配列に関する情報は、公に利用可能な情報源(例えば、学術文献、特許文献、遺伝子およびタンパク質のデータベース(例えば、GenBankなど))から入手可能である。また、種々の蛍光タンパク質遺伝子は、例えば、BD Bisciences Clontechなどから市販されている。
pTαと蛍光タンパク質とのキメラタンパク質をコードする核酸分子を含む発現ベクターは、例えば、該キメラタンパク質をコードする核酸分子から目的とする断片(目的遺伝子)を調製し、該断片を適切な発現ベクター中のプロモーターの下流に連結することにより作製することができる。
発現ベクターおよびプロモーターとしては、レトロウイルス、ワクシニアウイルスなどの動物ウイルスベクター(例えば、IRESバイシストロン性発現ベクター、pA1−11、pXT1、pRc/CMV、pRc/RSV、pcDNAI/Neo、pME18S)などが用いられる。
FRET分析に用いられる、2種類の蛍光タンパク質を発現した細胞を作製する場合、第1蛍光タンパク質とのキメラタンパク質をコードする核酸分子と、第2蛍光タンパク質とのキメラタンパク質をコードする核酸分子とは、同一ベクター上に挿入してもよいし、別個のベクター上に挿入してもよい。
同一ベクター上に挿入する場合、両核酸分子は、別個のプロモーターの制御下におかれてもよいし、IRESバイシストロン性発現ベクターを用いて、同一プロモーターの制御下におくこともできる。
プロモーターとしては、遺伝子の発現に用いる宿主に対応して適切なプロモーターであればいかなるものでもよく、例えば、LCK近位プロモーター、SRαプロモーター、SV40プロモーター、RSV−LTRプロモーター、CMVプロモーター、HSV−TKプロモーターなどが用いられる。
発現ベクターは、必要に応じて、エンハンサー、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカーまたはレポーター遺伝子、SV40複製起点(SV40ori)などを含み得る。
選択マーカーおよびレポーター遺伝子としては、例えば、GFP遺伝子、ルシフェラーゼ遺伝子、β−ガラクトシダーゼ遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子が挙げられる。
発現ベクターとしては、目的遺伝子が選択マーカーまたはレポーターと共に同一mRNAから発現される、IRESバイシストロン性発現ベクターが好ましい。IRESバイシストロン性発現ベクターとしては、例えば、pMX−IRES−GFP(Kitamuraら、Int.J.Hematol.,67,351−9(1998))、およびClontech社により市販されているベクターなどが挙げられる。
細胞への遺伝子導入は、当該分野で公知の方法(例えば、Virology,52,456(1973)に記載の方法)に従って行うことができる。
pTαと蛍光タンパク質とのキメラタンパク質をコードする核酸分子を導入する細胞としては、好ましくは、生来pTαを発現していない細胞(例えば、TG40β、BW5147など)が挙げられる。
細胞への遺伝子導入の確認は、例えば、上記の選択マーカーおよびレポーターを利用する方法などにより行われ得る。
細胞を培養する培地としては、例えば、約5〜20%の胎仔ウシ血清(FBS)を含む、MEM培地、DMEM培地、RPMI 1640培地、199培地などが用いられる。
培地のpHは、好ましくは約6〜8である。培養は、通常約30℃〜40℃で、約1日〜約1週間、好ましくは、約1日〜約3日間行なわれる。必要に応じて通気や撹拌を行ってもよい。
TIRF顕微鏡分析において、細胞は、全反射蛍光(TIRF)顕微鏡(Biochem.Biophys.Res.Commun.,235,47−53(1997);Nature,374,555−9(1995))を用いて画像化され得る。得られた画像の記録および分析は、AquaCosmosソフトウェア(Hamamatsu Photonics)などを用いて行われ得る。また、蛍光強度は、例えば、Nature,374,555−9(1995)に記載の方法に従って決定され得る。
FRET分析において、細胞における第1蛍光物質から第2蛍光物質への蛍光共鳴エネルギー転移は、例えば、フローサイトメトリーを用いて検出され得る。
(pTαとEPORとのキメラタンパク質を発現した細胞、またはpTαとTPORとのキメラタンパク質を発現した細胞を用いるスクリーニング方法)
エリスロポイエチンレセプター(EPOR)およびトロンボポイエチンレセプター(TPOR)は、変異により強制的に自己二量体を形成させた場合に、増殖にIL−3を必要とする細胞(以下、「IL−3依存性細胞」という)の増殖を、IL−3の非存在下で誘導し得ることが報告されている(Nature,348,647−649(1990);Blood,88,1399−1406(1996))。
このことから、pTαの細胞外ドメインとEPORの膜貫通ドメインおよび細胞外ドメインと含むキメラタンパク質(以下、「pTα/EPORキメラ」ともいう)を発現させたIL−3依存性細胞、または、pTαの細胞外ドメインとTPORの膜貫通ドメインおよび細胞外ドメインと含むキメラタンパク質(以下、「pTα/TPORキメラ」ともいう)を発現させたIL−3依存性細胞を用いれば、IL−3の非存在下での該細胞の増殖を指標として、pTαの自己二量体の形成を評価することができる。
上記キメラタンパク質に用いられるpTαとしては、好ましくは、ヒトpTαが用いられる。ヒトpTαの細胞外ドメインとしては、例えば、配列番号2で示されるアミノ酸配列(ヒトpTαの全長アミノ酸配列)中、アミノ酸番号17〜147で示されるアミノ酸配列、またはそれと実質的に同一のアミノ酸配列を有するタンパク質が用いられる(ここで、「実質的に同一」とは、上記と同義である)。
また、pTαにはいくつかのスプライスバリアントが知られているが、そのいずれを用いてもよい。
上記キメラタンパク質に用いられるEPORとしては、好ましくは、ヒトEPORが用いられる。ヒトEPORの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとしては、例えば、GenPept登録番号:AAA52403(配列番号4)で示されるアミノ酸配列(ヒトEPORの全長アミノ酸配列)中、アミノ酸番号251〜508で示されるアミノ酸配列、またはそれと実質的に同一のアミノ酸配列を有するタンパク質が用いられる(ここで、「実質的に同一」とは、上記と同義である)。
上記キメラタンパク質に用いられるTPORとしては、好ましくは、ヒトTPORが用いられる。ヒトTPORの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとしては、例えば、GenPept登録番号:NP_005364(配列番号6)で示されるアミノ酸配列(ヒトTPORの全長アミノ酸配列)中、アミノ酸番号468〜610で示されるアミノ酸配列、またはそれと実質的に同一のアミノ酸配列を有するタンパク質が用いられる(ここで、「実質的に同一」とは、上記と同義である)。
好ましくは、EPORまたはTPORは、その膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインの全部が、キメラを構成するタンパク質として用いられるが、該キメラタンパク質が二量体を形成した場合に、これらの部分に起因して生じる活性(IL−3依存性細胞の増殖をIL−3の非存在下で誘導する活性)が失われない限り、これらのドメインの任意の部分であってもよい(但し、該部分は、自律的二量体化をしない)。
また、EPORまたはTPORには、いくつかのスプライスバリアントが知られているが、そのいずれを用いてもよい。
pTα/EPORキメラまたはpTα/TPORキメラを発現するIL−3依存性細胞は、該キメラタンパク質をコードする核酸分子を作製し、該核酸分子をIL−3依存性細胞に導入することにより作製できる。
pTα/EPORキメラまたはpTα/TPORキメラをコードする核酸分子は、pTαまたはその細胞外ドメインを含むフラグメントをコードする核酸分子、ならびにEPORもしくはTPORまたはそれらの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインを含むフラグメントをコードする核酸分子を用いて、当該分野で公知の遺伝子組換技術(例えば、PCR法を用いる技術)によって作製され得る。
pTαをコードする核酸分子(DNAまたはRNA)としては、ゲノムDNA、mRNA、cDNAなどが挙げられる。pTαの細胞外ドメインは、ゲノムDNAまたはcDNAを鋳型とし、適切なプライマーを用いて、PCR法、RT−PCR法などによって増幅することができる。
pTαをコードする核酸分子としては、例えば、GenBank登録番号:NM_138296(配列番号1)に示されるヒトpTαの全コード領域の塩基配列を含有するDNA、あるいは該DNAとハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を含有し、かつ、配列番号2に示されるpTαのアミノ酸配列を含有するタンパク質と、実質的に同質の活性(細胞外領域のアミノ酸残基の相互作用によって、自己二量体を形成する活性)を有するタンパク質をコードするDNAが挙げられる。
ハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズできるDNAとしては、例えば、配列番号1に示される塩基配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、さらに好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上の相同性を有する塩基配列を含有するDNAが用いられ得る。
EPORをコードする核酸分子(DNAまたはRNA)としては、ゲノムDNA、mRNA、cDNAなどが挙げられる。EPORの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインは、ゲノムDNAまたはcDNAを鋳型とし、適切なプライマーを用いて、PCR法、RT−PCR法などによって増幅することができる。
EPORをコードするDNAとしては、例えば、GenBank登録番号:M60459(配列番号3)に示されるヒトEPORの全コード領域の塩基配列を含有するDNA、あるいは該DNAとハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を含有し、配列番号4に示されるEPORのアミノ酸配列を含有するタンパク質と実質的に同質の活性(二量体の形成により、IL−3依存細胞をIL−3の非存在下で増殖させる活性)を有するタンパク質をコードするDNAが挙げられる。
上記ハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズできるDNAとしては、例えば、配列番号3に示される塩基配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、さらに好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上の相同性を有する塩基配列を含有するDNAが用いられ得る。
TPORをコードする核酸分子(DNAまたはRNA)としては、ゲノムDNA、mRNA、cDNAなどが挙げられる。TPORの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインは、ゲノムDNAまたはcDNAを鋳型とし、適切なプライマーを用いて、PCR法、RT−PCR法などによって増幅することができる。
TPORをコードするDNAとしては、例えば、GenBank登録番号:NM_005373(配列番号5)に示されるヒトTPORの全コード領域の塩基配列を含有するDNA、あるいは該DNAとハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を含有し、配列番号6に示されるTPORのアミノ酸配列を含有するタンパク質と実質的に同質の活性(二量体の形成により、IL−3依存細胞をIL−3の非存在下で増殖させる活性)を有するタンパク質をコードするDNAが挙げられる。
上記ハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズできるDNAとしては、例えば、配列番号5に示される塩基配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、さらに好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上の相同性を有する塩基配列を含有するDNAが用いられ得る。
pTα/EPORキメラまたはpTα/TPORキメラをコードする核酸分子を含む発現ベクターは、上記のpTαと蛍光タンパク質とのキメラと同様の方法で作製することができる。
IL−3依存性細胞への遺伝子導入は、当該分野で公知の方法(例えば、Virology,52,456(1973)に記載の方法)に従って行うことができる。
IL−3依存性細胞としては、例えば、マウスプロB細胞株Ba/F3(BAF3)、マウス肥満細胞株IC2、マウス骨髄細胞株F−36Pが挙げられる。好ましくは、BAF3が、IL−3依存性細胞として用いられ得る。
IL−3依存性細胞への遺伝子導入の確認は、例えば、上記のpTαと蛍光タンパク質とのキメラにおいて例示したような選択マーカーおよびレポーターなどを利用する方法;EPORまたはTPORに対する抗体を用いたブロッティング;またはこれらの任意の組合わせにより行われ得る。
IL−3依存性細胞を培養する培地および条件としては、上記のpTαと蛍光タンパク質とのキメラにおいて例示したような培地および条件が挙げられる。
pTα/EPORキメラまたはpTα/TPORキメラの、pTα部分の間での相互作用の有無は、遺伝子導入したIL−3依存性細胞のIL−3非存在下での生存度により確認できる。細胞の生存度は、例えば、フローサイトメトリーにより、ヨウ化プロピジウム(PI)陰性の細胞を計数することにより決定され得る。
本発明はまた、pTαの自己二量体形成を調節する物質を検出するためのキットを提供する。該キットは、上記スクリーニング方法において記載したpTαと蛍光物質とのキメラタンパク質を発現した細胞、または、pTαとEPORまたはTPORとのキメラタンパク質を発現したIL−3依存性細胞を含む。使用者は、本発明のキットを用いて上記のスクリーニング方法を実施することができる。
また、第2の局面では、本発明は、種々の細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用を簡便に検出できるシステム(以下、「本発明の検出システム」と略記することがある)に関する。本発明の検出システムは、第1のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第1のキメラタンパク質をコードする核酸分子、ならびに第2のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第2のキメラタンパク質をコードする核酸分子を導入した、IL−3依存性細胞を、IL−3の非存在下で培養し、該細胞の増殖の有無を確認する工程を含む、細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用を検出する方法(以下、「本発明の検出方法」と略記することがある)を提供する。
本発明の検出システムはまた、第1のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第1のキメラタンパク質、ならびに第2のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第2のキメラタンパク質を発現した、IL−3依存性細胞を提供する。
本発明の検出システムはまた、細胞表面タンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、キメラタンパク質を提供する。
本発明の検出システムに用いられるキメラタンパク質は、タンパク質間の相互作用について試験される細胞表面タンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプター(EPOR)またはトロンボポイエチンレセプター(TPOR)の膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインから構成される。
本発明の検出システムにおいて、「第1のタンパク質」および「第2のタンパク質」とは、タンパク質間の細胞外領域における相互作用について試験される細胞表面タンパク質を意味する。
ここで、「第1のタンパク質」と「第2のタンパク質」は、同種のタンパク質であってもよいし、異種のタンパク質であってもよい。本発明の検出システムにおいて、「第1のタンパク質」もしくは「第2のタンパク質」またはこれらをまとめて、「被験タンパク質」ともいう。
本発明の検出システムにおける被験タンパク質としては、任意の天然または人工の細胞表面タンパク質が選択され得る。例えば、種々の細胞表面レセプターは、細胞の増殖、分化、生存などを制御する細胞内シグナル伝達系において重要な役割を果たし得るので、該レセプターを構成するタンパク質は、本発明の検出システムにおける被験タンパク質となり得る。
本発明の検出システムにおける被験タンパク質の具体例としては、pTα(例えば、GenBank登録番号:MN_138296;GenPept登録番号NP_612153;Saint−Ruf,C.et al.,Science,266,1208−1212,1994を参照);TCRα(例えば、GenBank登録番号:AY475220;GenPept登録番号:AAS48060を参照);TCRβ(例えば、GenBank登録番号:AY475218;GenPept登録番号:AAS48058を参照)などが挙げられるが、これらに限定されず、疎水性プロット(例えば、Kyte−Doolittleの疎水性分析)により膜貫通(膜結合)タンパク質と推定される任意のタンパク質であってもよい。
本発明の検出システムにおいて、「タンパク質の細胞外ドメイン」とは、細胞表面タンパク質の細胞外に存在する領域(ドメイン)の全部またはその任意のフラグメントを意味する。
本発明の検出システムにおいて、「エリスロポイエチンレセプター(EPOR)の膜貫通ドメインおよび細胞質ドメイン」とは、好ましくは、ヒトEPORの、細胞膜を貫通する領域(ドメイン)および細胞質内に存在する領域(ドメイン)、またはそれと実質的に同一のタンパク質を意味する(以下、「EPORの活性ドメイン」と略記する場合がある)。
ここで「実質的に同一」とは、ヒトEPORの活性ドメインのアミノ酸配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、より好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上、最も好ましくは約95%以上の相同性を有するアミノ酸配列を含み、ヒトEPORの活性ドメインと実質的に同質の活性を有するようなタンパク質をいう。
ここで「相同性」とは、当該技術分野において公知の数学的アルゴリズムを用いて2つのアミノ酸配列をアラインさせた場合の、最適なアラインメント(好ましくは、該アルゴリズムは最適なアラインメントのために配列の一方もしくは両方へのギャップの導入を考慮し得るものである)における、オーバーラップする全アミノ酸残基に対する同一アミノ酸および類似アミノ酸残基の割合(%)を意味する。
「類似アミノ酸」とは物理化学的性質において類似したアミノ酸を意味し、例えば、芳香族アミノ酸、脂肪族アミノ酸、極性アミノ酸、塩基性アミノ酸、酸性アミノ酸、水酸基を有するアミノ酸、側鎖の小さいアミノ酸などの同じグループに分類されるアミノ酸が挙げられる。このような類似アミノ酸による置換は、タンパク質の表現型に変化をもたらさない(即ち、保存的アミノ酸置換である)ことが予測される。保存的アミノ酸置換の具体例は当該技術分野で周知であり、種々の文献に記載されている(例えば、Bowieら,Science,247:1306−1310(1990)を参照)。
アミノ酸配列の相同性は、相同性計算アルゴリズムであるNCBI BLASTを用いて、以下の条件(期待値=10、ギャップを許す、マトリクス=BLOSUM62、フィルタリング=OFF)で計算することができる。アミノ酸配列の相同性を決定するための他のアルゴリズムとしては、例えば、Karlinら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,90:5873−5877(1993)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはNBLASTおよびXBLASTプログラム(version2.0)に組み込まれている(Altschulら,Nucleic Acids Res.,25:3389−3402(1997))]、Needlemanら,J.Mol.Biol.,48:444−453(1970)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはGCGソフトウェアパッケージ中のGAPプログラムに組み込まれている]、MyersおよびMiller,CABIOS,4:11−17(1988)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはCGC配列アラインメントソフトウェアパッケージの一部であるALIGNプログラム(version2.0)に組み込まれている]、Pearsonら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,85:2444−2448(1988)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはGCGソフトウェアパッケージ中のFASTAプログラムに組み込まれている]等が挙げられ、それらは同様に好ましく用いられ得る。
EPORにはいくつかのスプライスバリアントが知られているが、そのいずれを用いてもよい。
好ましくは、EPORの活性ドメインとしては、GenPept登録番号:AAA52403で示されるアミノ酸配列(即ち、ヒトEPORの全長ORFからなるアミノ酸配列(配列番号4))中、アミノ酸番号251〜508で示されるアミノ酸配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、より好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上、最も好ましくは約95%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
「ヒト由来のEPORの活性ドメインと実質的に同質の活性」としては、二量体の形成により、それを発現するIL−3依存性細胞の増殖をIL−3の非存在下で誘導する活性などが挙げられる。
ここで、「実質的に同質」とは、それらの性質が定性的に同等であることを意味する。したがって、上記の活性の程度といった量的要素については同等であることが好ましいが、異なっていてもよい(例えば、約0.01〜約100倍、好ましくは約0.1〜約10倍、より好ましくは約0.5〜約2倍)。
また、本発明の検出システムにおいて用いられるヒト由来のEPORの活性ドメインと実質的に同一のタンパク質としては、例えば、以下のアミノ酸配列を含有するタンパク質であって、ヒトEPORの活性ドメインと実質的に同質の活性を有するタンパク質等も含まれる:
(1)配列番号4のアミノ酸配列中、アミノ酸番号251〜508で示されるアミノ酸配列中の1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列;
(2)配列番号4のアミノ酸配列中、アミノ酸番号251〜508で示されるアミノ酸配列に、1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が付加したアミノ酸配列;
(3)配列番号4のアミノ酸配列中、アミノ酸番号251〜508で示されるアミノ酸配列に、1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が挿入されたアミノ酸配列;
(4)配列番号4のアミノ酸配列中、アミノ酸番号251〜508で示されるアミノ酸配列中の1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が他のアミノ酸で置換されたアミノ酸配列;あるいは
(5)上記(1)〜(4)を組み合わせたアミノ酸配列。
ここで、「実質的に同質の活性」とは、上記と同義である。
アミノ酸配列が、欠失、付加、挿入または置換されている場合、その欠失、付加、挿入または置換の位置は、当該タンパク質の活性を損なわず、かつ自己二量体化を引き起こさない限り、特に限定されない。
本発明の検出システムにおいて、「トロンボポイエチンレセプター(TPOR)の膜貫通ドメインおよび細胞質ドメイン」とは、好ましくは、ヒトTPORの、細胞膜を貫通する領域(ドメイン)および細胞質内に存在する領域(ドメイン)、またはそれと実質的に同一のタンパク質を意味する(以下、「TPORの活性ドメイン」と略記する場合がある)。
ここで「実質的に同一」とは、ヒトTPORの活性ドメインのアミノ酸配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、より好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上、最も好ましくは約95%以上の相同性を有するアミノ酸配列を含み、ヒトTPORの活性ドメインと実質的に同質の活性を有するようなタンパク質をいう(ここで「相同性」とは、上記と同義である)。
TPORにはいくつかのスプライスバリアントが知られているが、そのいずれを用いてもよい。
好ましくは、TPORの活性ドメインとしては、GenPept登録番号:NP_005364で示されるアミノ酸配列(即ち、ヒトTPORの全長ORFからなるアミノ酸配列(配列番号6))中、アミノ酸番号468〜610で示されるアミノ酸配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、より好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上、最も好ましくは約95%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
「ヒト由来のTPORの活性ドメインと実質的に同質の活性」としては、二量体の形成により、それを発現するIL−3依存性細胞の増殖をIL−3の非存在下で誘導する活性などが挙げられる。
ここで、「実質的に同質」とは、それらの性質が定性的に同等であることを意味する。したがって、上記の活性の程度といった量的要素については同等であることが好ましいが、異なっていてもよい(例えば、約0.01〜約100倍、好ましくは約0.1〜約10倍、より好ましくは約0.5〜約2倍)。
また、本発明の検出システムにおいて用いられるヒト由来のTPORの活性ドメインと実質的に同一のタンパク質としては、例えば、以下のアミノ酸配列を含有するタンパク質であって、ヒトTPORの活性ドメインと実質的に同質の活性を有するタンパク質等も含まれる:
(1)配列番号6のアミノ酸配列中、アミノ酸番号468〜610で示されるアミノ酸配列中の1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列;
(2)配列番号6のアミノ酸配列中、アミノ酸番号468〜610で示されるアミノ酸配列に、1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が付加したアミノ酸配列;
(3)配列番号6のアミノ酸配列中、アミノ酸番号468〜610で示されるアミノ酸配列に、1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が挿入されたアミノ酸配列;
(4)配列番号6のアミノ酸配列中、アミノ酸番号468〜610で示されるアミノ酸配列中の1または2個以上(好ましくは、1〜30個程度、好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が他のアミノ酸で置換されたアミノ酸配列;あるいは
(5)上記(1)〜(4)を組み合わせたアミノ酸配列。
ここで、「実質的に同質の活性」とは、上記と同義である。
アミノ酸配列が、欠失、付加、挿入または置換されている場合、その欠失、付加、挿入または置換の位置は、当該タンパク質の活性を損なわず、かつ自己二量体化を引き起こさない限り、特に限定されない。
本発明の検出システムにおいて、EPORまたはTPORは、好ましくは、その膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインの全部が、本検出システムに用いられるキメラタンパク質を構成するタンパク質として用いられるが、該キメラタンパク質が二量体を形成した場合に、それらに由来するドメインに起因して生じる活性(IL−3依存性細胞の増殖をIL−3の非存在下で誘導する活性)が失われない限り、これらのドメインの任意の部分であってもよい(但し、該部分は、自律的二量体化をしない)。
また、本発明の検出システムに用いられるキメラタンパク質は、EPORまたはTPORの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインに加えて、それらの細胞外領域の一部を含んでいてもよい。
本発明の検出システムに用いられるキメラタンパク質をコードする核酸分子は、被験タンパク質またはその細胞外ドメインを含むフラグメントをコードする核酸分子、ならびにEPORもしくはTPORまたはそれらの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインを含むフラグメントをコードする核酸分子を用いて、当該分野で公知の遺伝子組換技術(例えば、PCR法を用いる技術)によって作製され得る。
被験タンパク質をコードする核酸分子(DNAまたはRNA)としては、ゲノムDNA、mRNA、cDNAなどが挙げられる。被験タンパク質の細胞外ドメインは、ゲノムDNAまたはcDNAを鋳型とし、適切なプライマーを用いて、Polymerase Chain Reaction(PCR)法、Reverse Transcriptase−Polymerase Chain Reaction(RT−PCR)法などによって増幅することができる。
被験タンパク質の候補となり得る、種々の細胞表面タンパク質またはその細胞外ドメインの塩基配列およびアミノ酸配列に関する情報は、公に利用可能な情報源(例えば、学術文献、特許文献、遺伝子およびタンパク質のデータベース(例えば、GenBank、GenPeptなど))から入手可能である。
EPORをコードする核酸分子(DNAまたはRNA)としては、ゲノムDNA、mRNA、cDNAなどが挙げられる。EPORの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインは、ゲノムDNAまたはcDNAを鋳型とし、適切なプライマーを用いて、PCR法、RT−PCR法などによって増幅することができる。
EPORをコードするDNAとしては、例えば、GenBank登録番号:M60459(配列番号3)に示されるヒトEPORの全コード領域の塩基配列を含有するDNA、あるいは該DNAとハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を含有し、配列番号4に示されるEPORのアミノ酸配列を含有するタンパク質と実質的に同質の活性(二量体の形成により、IL−3依存細胞をIL−3の非存在下で増殖させる活性)を有するタンパク質をコードするDNAが挙げられる。
上記ハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズできるDNAとしては、例えば、配列番号3に示される塩基配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、さらに好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上の相同性を有する塩基配列を含有するDNAが用いられ得る。
TPORをコードする核酸分子(DNAまたはRNA)としては、ゲノムDNA、mRNA、cDNAなどが挙げられる。TPORの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインは、ゲノムDNAまたはcDNAを鋳型とし、適切なプライマーを用いて、PCR法、RT−PCR法などによって増幅することができる。
TPORをコードするDNAとしては、例えば、GenBank登録番号:NM_005373(配列番号5)に示されるヒトTPORの全コード領域の塩基配列を含有するDNA、あるいは該DNAとハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を含有し、配列番号6に示されるTPORのアミノ酸配列を含有するタンパク質と実質的に同質の活性(二量体の形成により、IL−3依存細胞をIL−3の非存在下で増殖させる活性)を有するタンパク質をコードするDNAが挙げられる。
上記ハイストリンジェントな条件下でハイブリダイズできるDNAとしては、例えば、配列番号5に示される塩基配列と、約60%以上、好ましくは約70%以上、さらに好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上の相同性を有する塩基配列を含有するDNAが用いられ得る。塩基配列の相同性は、相同性計算アルゴリズムNCBI BLAST(National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool)を用い、以下の条件:期待値=10;ギャップを許す;フィルタリング=ON;マッチスコア=1;ミスマッチスコア=−3にて計算することができる。
塩基配列の相同性を決定するための他のアルゴリズムとしては、上記したアミノ酸配列の相同性計算アルゴリズムが同様に好ましく例示される。
ハイブリダイゼーションは、自体公知の方法あるいはそれに準じる方法、例えば、Molecular Cloning、第2版(J.Sambrook et al.,Cold Spring Harbor Lab.Press,1989)に記載の方法などに従って行なうことができる。また、市販のライブラリーを使用する場合、ハイブリダイゼーションは、添付の使用説明書に記載の方法に従って行なうことができる。ハイブリダイゼーションは、好ましくは、ハイストリンジェントな条件に従って行なうことができる。
ハイストリンジェントな条件としては、例えば、ナトリウム塩濃度が約19〜約40mM、好ましくは約19〜約20mMで、温度が約50〜約70℃、好ましくは約60〜約65℃の条件等が挙げられる。持に、ナトリウム塩濃度が約19mMで温度が約65℃の場合が好ましい。
当業者は、ハイブリダイゼーション溶液の塩濃度、ハイブリダイゼーション反応の温度、プローブ濃度、プローブの長さ、ミスマッチの数、ハイブリダイゼーション反応の時間、洗浄液の塩濃度、洗浄の温度等を適宜変更することにより、所望のストリンジェンシーに容易に調節することができることを理解する。
本発明の検出システムに用いられるキメラタンパク質をコードする核酸分子を含む発現ベクターは、例えば、本発明の検出システムに用いられるキメラタンパク質をコードする核酸分子から、目的とする断片(目的遺伝子)を調製し、該断片を適切な発現ベクター中のプロモーターの下流に連結することにより作製することができる。
発現ベクターとしては、レトロウイルス、ワクシニアウイルスなどの動物ウイルスベクター(例えば、IRESバイシストロン性発現ベクター、pA1−11、pXT1、pRc/CMV、pRc/RSV、pcDNAI/Neo、pME18S)などが用いられる。
プロモーターとしては、遺伝子の発現に用いる宿主に対応して適切なプロモーターであればいかなるものでもよく、例えば、LCK近位プロモーター、SRαプロモーター、SV40プロモーター、RSV−LTRプロモーター、CMVプロモーター、HSV−TKプロモーターなどが用いられる。
発現ベクターは、必要に応じて、エンハンサー、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカーまたはレポーター遺伝子、SV40複製起点(SV40ori)などを含み得る。
選択マーカーおよびレポーター遺伝子としては、例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子、ルシフェラーゼ遺伝子、β−ガラクトシダーゼ遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子が挙げられる。
発現ベクターとしては、目的遺伝子が選択マーカーまたはレポーターと共に同一mRNAから発現される、IRESバイシストロン性発現ベクターが好ましい。IRESバイシストロン性発現ベクターとしては、例えば、pMX−IRES−GFP(Kitamuraら、Int.J.Hematol.,67,351−9(1998))、およびClontech社により市販されているベクターなどが挙げられる。
第1のタンパク質と第2のタンパク質とが異種である場合、第1のキメラタンパク質をコードする核酸分子と、第2のキメラタンパク質をコードする核酸分子とは、同一ベクター上に挿入してもよいし、別個のベクター上に挿入してもよい。
同一ベクター上に挿入する場合、両核酸分子は、別個のプロモーターの制御下におかれてもよいし、上記IRESバイシストロン性発現ベクターを用いて、同一プロモーターの制御下におくこともできる。
IL−3依存性細胞への遺伝子導入は、当該分野で公知の方法(例えば、Virology,52,456(1973)に記載の方法)に従って行うことができる。
IL−3依存性細胞細胞としては、例えば、マウスプロB細胞株Ba/F3(本明細書において、「BAF3」とも表記する)、マウス肥満細胞株IC2、マウス骨髄細胞株F−36Pが挙げられる。
本発明の検出システムにおいて、好ましくは、BAF3が、IL−3依存性細胞として用いられ得る。
IL−3依存性細胞への遺伝子導入の確認は、例えば、上記の選択マーカーおよびレポーターを利用する方法、EPORまたはTPORに対する抗体を用いたブロッティング、またはこれらの任意の組合わせにより行われ得る。
細胞を培養する培地としては、例えば、約5〜20%の胎仔ウシ血清(FBS)を含む、MEM培地、DMEM培地、RPMI 1640培地、199培地などが用いられる。
培地のpHは、好ましくは約6〜8である。培養は、通常約30℃〜40℃で、約1日〜約1週間、好ましくは、約1日〜約3日間行なわれる。必要に応じて通気や撹拌を行ってもよい。
第1のタンパク質と第2のタンパク質が、特定のリガンドの存在下で相互作用し得る場合は、適当な濃度の該リガンドが培地に添加され得る。
従って、本発明の検出システムはまた、相互作用することが既知であり、かつそのリガンドが未知である細胞表面タンパク質のスクリーニング方法を提供する。
あるいは、本発明の検出システムはまた、リガンドが公知である細胞表面タンパク質のアゴニスト、アンタゴニストのスクリーニング方法を提供する。
本発明の検出システムにおいて、細胞外領域での第1のタンパク質と第2のタンパク質との間の相互作用の有無は、遺伝子導入したIL−3依存性細胞の生存度により確認できる。細胞の生存度は、例えば、フローサイトメトリーにより、ヨウ化プロピジウム(PI)陰性の細胞を計数することにより決定され得る。
第1のタンパク質と第2のタンパク質が異種である場合、第1のタンパク質と第2のタンパク質との間の相互作用の他に、第1のタンパク質間の相互作用および/または第2のタンパク質間の相互作用も考えられる。
従って、第1のタンパク質と第2のタンパク質との間の相互作用の有無は、第1のキメラタンパク質をコードする核酸分子と第2のキメラタンパク質をコードする核酸分子の両方をIL−3依存性細胞に導入した場合の該細胞のIL−3非存在下での生存度と、第1および第2のキメラタンパク質をコードする核酸分子をそれぞれ単独でIL−3依存性細胞に導入した場合の生存度とを、比較することにより検討することがより望ましい。
本発明の検出システムはまた、細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用を検出するためのキットを提供する。本検出キットは、EPORもしくはTPORまたはそれらの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインをコードする核酸分子;発現ベクター;ならびにIL−3依存性細胞を含む。
本検出キットの使用者は、試験する細胞表面タンパク質またはその細胞外ドメインをコードする核酸分子を準備すれば、本検出キットを使用して、上記の手順に従って、被験タンパク質間の細胞外領域における相互作用の有無を確認することができる。
以下の実施例により本発明をより具体的に説明するが、実施例は本発明の単なる例示を示すものにすぎず、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
The terms used in this specification will be described below.
As used herein, “nucleic acid molecule” means single-stranded or double-stranded DNA or RNA. As used herein, “nucleotide sequence” refers to the sequence of deoxyribonucleotides (represented by A, G, C, and T) or ribonucleotides (represented by A, G, C, and U), unless otherwise specified. Means an array. In the present specification, unless otherwise specified, the single-stranded nucleotide sequence represents the 5 ′ end on the left end and the 3 ′ end on the right end.
In this specification, unless otherwise specified, amino acid notation uses standard or three-letter abbreviations that are standard notation for amino acids. In the present specification, unless otherwise specified, the amino acid sequence represents the N-terminus (amino terminus) at the left end and the C-terminus (carboxyl terminus) at the right end.
As used herein, “T cell precursor” refers to thymocytes lacking expression of CD4 and CD8 (“CD4 CD8 Meaning “double negative thymocytes” or “DN cells”).
As used herein, “modulating T cell differentiation” refers to CD4 CD8 From double negative thymocytes (DN cells), CD4 + CD8 + It means promoting or suppressing the process of differentiation into double positive thymocytes (DP cells) (ie β selection).
In the present specification, “modulate pre-T cell antigen receptor α chain (pTα) self-dimer formation” means to promote or suppress self-dimerization of pTα on the cell surface of DN cells. To do.
As used in the present invention, the “pre-T cell antigen receptor α chain (pTα)” preferably means human-derived pTα or a protein substantially identical thereto.
Here, “substantially identical” means about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, particularly preferably about 90% or more, with the amino acid sequence of human-derived pTα. Most preferably, it refers to an amino acid sequence having a homology of about 95% or more, wherein the protein having the amino acid sequence has substantially the same activity as pTα derived from human.
Here, “homology” refers to an optimal alignment when two amino acid sequences are aligned using a mathematical algorithm known in the art (preferably, the algorithm is a sequence for optimal alignment). The ratio of the same amino acid residues and similar amino acid residues to all overlapping amino acid residues in the case of introduction of a gap into one or both of the above.
“Similar amino acids” mean amino acids similar in physicochemical properties, such as aromatic amino acids, aliphatic amino acids, polar amino acids, basic amino acids, acidic amino acids, amino acids having hydroxyl groups, amino acids with small side chains, etc. Examples include amino acids that fall into the same group. Such substitutions with similar amino acids are expected not to change the protein phenotype (ie, conservative amino acid substitutions). Specific examples of conservative amino acid substitutions are well known in the art and are described in various literature (see, for example, Bowie et al., Science, 247: 1306-1310 (1990)).
Amino acid sequence homology can be calculated using NCBI BLAST, which is a homology calculation algorithm, under the following conditions (expectation value = 10, allow gap, matrix = BLOSUM62, filtering = OFF).
Other algorithms for determining amino acid sequence homology include, for example, Karlin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5873-5877 (1993) [the algorithm is incorporated into the NBLAST and XBLAST programs (version 2.0) (Altschul et al., Nucleic Acids Res., 25: 3389-3402 (1997)) ] Needleman et al., J .; Mol. Biol. 48: 444-453 (1970) [the algorithm is incorporated into the GAP program in the GCG software package], Myers and Miller, CABIOS, 4: 11-17 (1988) [ The algorithm is incorporated into the ALIGN program (version 2.0) which is part of the CGC sequence alignment software package], Pearson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85: 2444-2448 (1988) [the algorithm is incorporated in the FASTA program in the GCG software package] and the like, and they can be preferably used as well.
Several splice variants are known for pTα, any of which may be used in the present invention.
The human pTα used in the present invention is preferably about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, particularly preferably the amino acid sequence shown in GenPept accession number NP — 612153 (SEQ ID NO: 2). Is a protein having an amino acid sequence having a homology of about 90% or more, most preferably about 95% or more.
The protein substantially the same as human-derived pTα used in the present invention includes, for example, proteins having the following amino acid sequences and having substantially the same activity as human pTα. Is:
(1) One or more (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1 to 5) amino acids in the amino acid sequence of human pTα shown in SEQ ID NO: 2 A deleted amino acid sequence;
(2) One or more (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1 to 5) amino acids are added to the amino acid sequence of human pTα shown in SEQ ID NO: 2. Amino acid sequence;
(3) One or more (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1 to 5) amino acids are inserted into the amino acid sequence of human pTα shown in SEQ ID NO: 2. Amino acid sequence;
(4) One or more (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1 to 5) amino acids in the amino acid sequence of human pTα shown in SEQ ID NO: 2 An amino acid sequence substituted with another amino acid; or
(5) An amino acid sequence obtained by combining the above (1) to (4).
When the amino acid sequence is deleted, added, inserted or substituted, the position of the deletion, addition, insertion or substitution is not particularly limited as long as the activity of the protein is not impaired.
As for pTα, substantially the same activity includes an activity in which pTα forms a self-dimer and induces the transition from DN cells to DP cells (ie, β selection).
Here, “substantially the same quality” means that these properties are qualitatively equivalent. Accordingly, the quantitative factors such as the above-mentioned degree of activity are preferably equivalent, but may be different (for example, about 0.01 to about 100 times, preferably about 0.1 to about 10 times, more Preferably about 0.5 to about 2 times).
The pTα self-dimer formation can be confirmed and quantified by the method described in the screening method described later. The transition from DN cells to DP cells can be confirmed and quantified by detecting CD4 and CD8 molecules expressed on the cell surface using antibodies that specifically react with each of these molecules. Examples of the detection method of the antibody include a method using fluorescence (for example, Fluorescence Activated Cell Sorter (FACS) method), a method using enzyme reaction (for example, Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) method), radioisotope. The method of using is mentioned.
In the present specification, unless otherwise specified, the “extracellular domain” of a protein means the entire region (domain) existing outside the cell surface protein or any fragment thereof.
In the present specification, the “transmembrane domain” of a protein means the entire region (domain) penetrating the cell membrane of a cell surface protein or any fragment thereof, unless otherwise specified.
In the present specification, the “cytoplasmic domain” of a protein means the entire region (domain) present in the cytoplasm of a cell surface protein or any fragment thereof, unless otherwise specified.
In the present specification, “chimeric protein” (hereinafter, also simply referred to as “chimera”) means a fusion protein composed of two or more domains derived from different proteins, unless otherwise specified.
As used herein, “IL-3-dependent cells” means cells that require IL-3 for survival / proliferation (in other words, cells that cannot proliferate in the absence of IL-3). .
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
In a first aspect, the present invention relates to a T cell differentiation regulator, a method for regulating T cell differentiation, and a screening method for a T cell differentiation regulator.
(T cell differentiation regulator and method for regulating T cell differentiation)
The present invention provides a T cell differentiation regulator comprising a substance that regulates pTα self-dimer formation. More specifically, the present invention provides a T cell differentiation promoting agent comprising a substance that promotes pTα self-dimer formation and a T cell differentiation inhibiting agent comprising a substance that inhibits pTα self-dimer formation. .
(T cell differentiation promoting agent)
In one embodiment, the T cell differentiation regulator of the present invention is a T cell differentiation promoting agent, which enhances pTα self-dimerization on the cell surface of a T cell precursor (ie, DN cell). Contains substances that promote Such substances can promote the transition from DN cells to DP cells (ie, β selection) by directly or indirectly promoting pTα self-dimer formation.
The substance that promotes pTα self-dimer formation is preferably a substance that can specifically act on the target molecule pTα in order to minimize the effect on other genes and / or proteins. . Examples of such a substance include a nucleic acid molecule encoding pTα and a substance obtained by a screening method described later.
“Nucleic acid molecule encoding pTα” means a nucleic acid molecule capable of expressing pTα in a cell when introduced into a DN cell. PTα expressed by the nucleic acid molecule can promote β selection between them or by forming a dimer with pTα native to the cell into which the nucleic acid molecule has been introduced.
Examples of the nucleic acid molecule encoding pTα include genomic DNA, mRNA, cDNA and the like. Nucleic acid molecules encoding pTα can be amplified by PCR (Polymerase Chain Reaction) method, RT-PCR (Reverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction) method using genomic DNA or cDNA as a template and appropriate primers .
Examples of the nucleic acid molecule encoding pTα include DNA containing the base sequence of the entire coding region of human pTα shown in GenBank accession number: NM — 138296 (SEQ ID NO: 1), or hybridizing with the DNA under highly stringent conditions. A protein containing the base sequence for soybean and the amino acid sequence of pTα shown in SEQ ID NO: 2 is substantially the same activity (by the interaction of amino acid residues in the extracellular region, DNA encoding a protein having activity to form).
Examples of DNA that can hybridize under highly stringent conditions include, for example, about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, and particularly preferably about the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. DNA containing a base sequence having 90% or more homology can be used.
In this specification, the homology of the base sequence is determined by using the homology calculation algorithm NCBI BLAST (National Center for Biotechnology Information Local Alignment Search Tool), and the following conditions: Expected value = 10; Allow gap; Filtering = ON; It can be calculated by match score = 1; mismatch score = −3.
As another algorithm for determining the homology of a base sequence, the above-mentioned algorithm for calculating homology of amino acid sequences is also preferably exemplified.
Hybridization can be performed according to a method known per se or a method analogous thereto, for example, the method described in Molecular Cloning, Second Edition (J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor Lab. Press, 1989). When a commercially available library is used, hybridization can be performed according to the method described in the attached instruction manual. Hybridization can be preferably performed according to highly stringent conditions. As the high stringent conditions, for example, the sodium salt concentration is about 19 to about 40 mM, preferably about 19 to about 20 mM, and the temperature is about 50 to about 70 ° C., preferably about 60 to about 65 ° C. Etc. In particular, it is preferable that the sodium salt concentration is about 19 mM and the temperature is about 65 ° C.
Those skilled in the art can appropriately change the salt concentration of the hybridization solution, the temperature of the hybridization reaction, the probe concentration, the length of the probe, the number of mismatches, the time of the hybridization reaction, the salt concentration of the washing solution, the washing temperature, etc. Understand that it can be easily adjusted to the desired stringency.
The nucleic acid molecule encoding pTα is inserted into an appropriate expression vector, and then a T cell precursor (DN cell) according to a method known in the art (for example, the method described in Virology, 52, 456 (1973)). ).
An expression vector containing a nucleic acid molecule encoding pTα can be prepared, for example, by preparing a target fragment from a nucleic acid molecule encoding pTα and ligating the fragment downstream of an appropriate promoter in the expression vector. it can.
As an expression vector, an animal virus vector such as retrovirus or vaccinia virus (for example, IRES bicistronic expression vector, pA1-11, pXT1, pRc / CMV, pRc / RSV, pcDNAI / Neo, pME18S) and the like are used.
The promoter may be any suitable promoter corresponding to the host used for gene expression, such as LCK proximal promoter, SRα promoter, SV40 promoter, RSV-LTR promoter, CMV promoter, HSV-TK promoter, etc. Is used.
The expression vector may contain an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker or reporter gene, an SV40 origin of replication (SV40ori), and the like, as necessary.
Examples of the selection marker and reporter gene include a green fluorescent protein (GFP) gene, a luciferase gene, a β-galactosidase gene, a dihydrofolate reductase gene, an ampicillin resistance gene, and a neomycin resistance gene.
(T cell differentiation inhibitor)
In another embodiment, the T cell differentiation regulator of the present invention is a T cell differentiation inhibitor, which suppresses pTα self-dimerization on the cell surface of a T cell precursor (ie, DN cell). Contains substances that suppress Such a substance can suppress the transition from DN cells to DP cells (ie, β selection) by directly or indirectly suppressing pTα self-dimer formation.
The substance that suppresses pTα self-dimer formation is preferably a substance that can specifically act on the target molecule pTα in order to minimize the influence on other genes and / or proteins. . Examples of such substances include antisense nucleic acids, ribozymes, siRNAs and antibodies against pTα; fragments of the extracellular domain of pTα; and substances obtained by the screening methods described below.
Antisense nucleic acids, ribozymes and siRNAs against pTα act on nucleic acid molecules encoding pTα in T cell precursors, and can suppress the pTα expression itself in DN cells.
An antisense nucleic acid consists of a base sequence that can hybridize with a target mRNA (initial transcript) under physiological conditions, and is a protein or polypeptide encoded by the target mRNA (initial transcript) in a hybridized state. It can be a nucleic acid that can inhibit translation.
The type of the antisense nucleic acid may be DNA or RNA, or may be a DNA / RNA chimera. In addition, since the phosphodiester bond of a natural antisense nucleic acid is easily degraded by a nucleolytic enzyme present in cells, a thiophosphate type (P = O of phosphate bond) that is stable to enzymatic degradation is used. An antisense nucleic acid may be synthesized using a modified nucleotide such as 2′-O-methyl type.
Other important factors for the design of antisense nucleic acids include increasing water solubility and cell membrane permeability, but these can also be overcome by devising dosage forms such as using liposomes and microspheres. .
The length of the antisense nucleic acid is not particularly limited as long as it can specifically hybridize with the target mRNA or the initial transcription product. For example, the antisense nucleic acid is at least about 15 bases long and complementary to the entire sequence of the mRNA (initial transcription product). Such a sequence may be included. From the viewpoint of ease of synthesis, antigenicity problems, etc., an oligonucleotide consisting of preferably about 15 to about 30 bases is exemplified.
In addition, antisense nucleic acids not only hybridize with target mRNA or initial transcripts to inhibit translation, but also bind to target genes that are double-stranded DNAs to form triplexes into mRNAs. It may be capable of inhibiting the transcription of.
A ribozyme refers to a nucleic acid molecule (mainly RNA) having an enzymatic activity that cleaves a nucleic acid. In the present invention, it is intended that pTα mRNA or an initial transcription product can be specifically cleaved within the coding region (including an intron in the case of the initial transcription product).
Recently, since it has been clarified that oligo DNA having the base sequence of the enzyme active site also has nucleic acid cleavage activity, ribozyme includes DNA as long as it has sequence-specific nucleic acid cleavage activity. It shall be used as a concept.
The most versatile ribozyme is self-splicing RNA found in infectious RNA such as viroid, and hammerhead type and hairpin type are known.
The siRNA is a double-stranded oligo RNA corresponding to a partial sequence in the coding region of the target mRNA or initial transcript (including an intron portion in the case of the initial transcript). When a short double-stranded RNA is introduced into a cell, a phenomenon called RNA interference (RNAi), in which mRNA complementary to the RNA is degraded, has been known in nematodes, insects, plants, etc. Recently, it has been confirmed that this phenomenon also occurs in animal cells (Nature, 411 (6836): 494-498 (2001)), and has attracted attention as an alternative technique for ribozymes.
Antisense oligonucleotides and ribozymes, for example, determine the target sequence of mRNA or the initial transcript based on the cDNA sequence of pTα (eg, SEQ ID NO: 1), and commercially available DNA / RNA automatic synthesizers (Applied Biosystems) , Beckman, etc.) and can be prepared by synthesizing a sequence complementary thereto.
For example, the siRNA is synthesized by synthesizing a sense strand and an antisense strand with a DNA / RNA automatic synthesizer, denatured at about 90 to about 95 ° C. for about 1 minute in an appropriate annealing buffer, and then about 30 to about It can be prepared by annealing at 70 ° C. for about 1 to about 8 hours. In addition, longer double-stranded polynucleotides can be prepared by synthesizing complementary oligonucleotide strands so as to alternately overlap, annealing them, and then ligating with ligase.
Antibodies against pTα, and fragments of the extracellular domain of pTα, act on one or more of the amino acid residues involved in pTα self-dimerization (eg, 1, 2, 3 or 4), thereby causing pTα Self-dimer formation can be suppressed.
The “amino acid residue involved in pTα self-dimer formation” may be a charged amino acid residue present in a region (domain) existing outside pTα. For example, in the case of human pTα, amino acid residues involved in pTα self-dimer formation include the 38th Asp in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, the 40th Lys; the 118th Arg; and the 133rd Arg.
Since these amino acids are highly conserved among species, when targeting non-human species, the corresponding amino acid residues may be targeted.
The antibody against pTα may be a polyclonal antibody or a monoclonal antibody as long as it can inhibit the dimer formation of pTα, and can be prepared by an immunological technique well known in the art as exemplified below. Furthermore, fragments of anti-pTα antibodies can also be used as long as they can inhibit pTα dimer formation. Examples of such antibody fragments include Fab and F (ab ′). 2 , ScFv, minibody, and the like.
Polyclonal antibodies are administered, for example, about 2 to 4 times every 2 to 3 weeks subcutaneously or intraperitoneally in animals with a commercially available adjuvant (for example, complete or incomplete Freund's adjuvant) using pTα or a fragment thereof as an antigen ( The antibody titer of the partially collected serum is measured by a known antigen-antibody reaction and the increase is confirmed), and is obtained by collecting whole blood about 3 to about 10 days after the final immunization and purifying the antiserum. it can.
Examples of animals to which the antigen is administered include mammals such as rats, mice, rabbits, goats, guinea pigs, and hamsters.
When a fragment of pTα is used as the antigen, the fragment contains one or more of amino acid residues involved in pTα self-dimer formation (eg, 1, 2, 3 or 4).
A monoclonal antibody (mAb) can be prepared, for example, by a cell fusion method. For example, the above antigen is administered to mice subcutaneously or intraperitoneally 2-4 times together with a commercially available adjuvant, and about 3 days after the final administration, the spleen or lymph node is collected and white blood cells are collected. This leukocyte and myeloma cells (for example, NS-1, P3X63Ag8, etc.) are fused to obtain a hybridoma that produces a monoclonal antibody against the antigen.
This cell fusion is carried out by the PEG method [J. Immunol. Methods, 81 (2): 223-228 (1985)], or the voltage pulse method [Hybridoma, 7 (6): 627-633 (1988)]. A hybridoma producing a desired monoclonal antibody can be selected by detecting an antibody that specifically binds to an antigen from the culture supernatant using a well-known EIA or RIA method.
The hybridoma producing the monoclonal antibody can be cultured in vitro, or in vivo, such as mouse or rat, preferably mouse ascites, and the antibody can be obtained from the culture supernatant of the hybridoma and the ascites of the animal, respectively.
The anti-pTα antibody is preferably a chimeric antibody of humans and other animals (for example, mice), more preferably a humanized antibody, considering the effects and safety when used in humans. Particularly preferred is a human antibody.
As used herein, “chimeric antibody” refers to an antibody having a variable region (V region) derived from an immunized animal and a constant region (C region) derived from human, and “humanized antibody” refers to other regions except for CDRs. Refers to an antibody in which all are replaced with human antibodies.
The chimeric antibody or humanized antibody is fused with DNA encoding the C region of the antibody derived from human myeloma, for example, by cutting out the V region or CDR encoding sequence from the mouse monoclonal antibody gene prepared by the same method as described above. The obtained chimeric gene can be cloned into an appropriate expression vector, introduced into an appropriate host cell, and expressed to express the chimeric gene.
Although a fully human antibody can be produced from a human-human (or mouse) hybridoma, in order to provide a large amount of antibody stably and at low cost, a human antibody-producing animal or a phage display method is used. It is desirable to manufacture.
Examples of the human antibody-producing animal include XenoMouse (manufactured by Abgenix); Hu-Mab Mouse (manufactured by Medarex); and KM mouse (manufactured by Kirin Brewery).
Examples of the phage display library include a CAT library; an MRC library; a Dyax library; a Morphosys HuCAL library; a BioInvent library; a Crucell library, and the like.
A fragment of the extracellular domain of pTα has the ability to form an oligomer with the native pTα of DN cells, but cannot induce the transition from DN cells to DP cells (ie, β selection). Means any fragment of a region (domain). Such a fragment can inhibit the binding between native pTα by binding competitively with another native pTα to the native pTα of DN cells. Specifically, the fragment of the extracellular domain of pTα used in the present invention contains one or more amino acid residues (eg, 1, 2, 3 or 4) involved in self-dimerization, It is a fragment that cannot induce β selection even when it binds to the native pTα of DN cells.
Here, the amino acid residues involved in self-dimer formation in the fragment include the amino acid residues described above for human pTα, but these amino acid residues may be used as long as the dimer-forming ability is not lost. , May be substituted with similar amino acids (eg, Asp and Glu; conservative amino acid substitution between Arg and Lys).
The present invention also provides a method of modulating T cell differentiation by modulating pTα self-dimer formation in vitro or in vivo.
In one embodiment, the method relates to a method of modulating T cell differentiation by modulating pTα self-dimer formation in vitro, said method in the presence of a T cell differentiation regulator as described above. Culturing T cell precursors (ie, DN cells).
When using a nucleic acid molecule as a T cell differentiation regulator, the nucleic acid molecule can be used alone or after insertion into a suitable vector such as a plasmid or viral vector (eg, a retroviral vector) and then according to methods well known in the art. It can be introduced into T cell progenitors.
Moreover, when using protein as a T cell differentiation regulator, this protein can be mixed with a culture medium as it is. Alternatively, a nucleic acid molecule encoding the protein may be inserted alone or into an appropriate vector and then introduced into a cell according to a method well known in the art.
As a medium for culturing cells, for example, MEM medium, DMEM medium, RPMI 1640 medium, 199 medium and the like containing about 5 to 20% fetal bovine serum (FBS) are used.
The pH of the medium is preferably about 6-8. The culture is usually performed at about 30 ° C. to 40 ° C. for about 1 day to about 1 week, preferably about 1 day to about 3 days. You may perform ventilation | gas_flowing and stirring as needed.
In another embodiment, the method relates to a method of modulating T cell differentiation by modulating pTα self-dimerization in vivo, the method comprising administering the T cell differentiation regulator to a mammal. Administration.
Mammals include, for example, primates, laboratory animals, farm animals, pets, and the like, and are not particularly limited. Specifically, humans, monkeys, rats, mice, guinea pigs, rabbits, horses, cows, goats , Sheep, dogs, cats and the like. Preferably the mammal is a human.
When a nucleic acid molecule is used as a T cell differentiation regulator, it is well known in the art after inserting the nucleic acid molecule alone or into an appropriate vector such as a plasmid or viral vector (for example, those listed above as expression vectors). Can be administered to mammals according to the method described above.
In addition, when a protein is used as a T cell differentiation regulator, the protein itself can be administered to a mammal by a DDS (drug delivery system) technique known in the art by devising the dosage form. Alternatively, the nucleic acid molecule encoding the protein can be administered alone or after being inserted into an appropriate vector (for example, those listed above as expression vectors) and then administered according to methods well known in the art.
The T cell differentiation regulator of the present invention may further contain a pharmaceutically acceptable carrier. Examples of pharmaceutically acceptable carriers include excipients, diluents, extenders, disintegrants, stabilizers, preservatives, buffers, emulsifiers, thickeners, solubilizers, or other additives. . The T cell differentiation regulator of the present invention can be administered orally or parenterally by using one or more of the above carriers.
The dose of the T cell differentiation regulator varies depending on the administration subject, administration method, treatment time, type of active ingredient contained in the agent, etc., but is usually 10 μg per person per adult (with a body weight of 60 kg). To 1000 mg can be administered.
In the case of mammals other than humans, an amount obtained by converting the above value into the weight of the mammal can be administered. However, since the dose varies depending on various conditions, a dose smaller than the above dose may be sufficient, or a dose exceeding the above range may be required.
(Screening method for T cell differentiation regulator)
The present invention also provides a screening method for a T cell differentiation regulator. The screening method of the present invention includes evaluating whether a test substance modulates (promotes or suppresses) pTα self-dimer formation. Specifically, the evaluation can be performed by comparing the degree of pTα self-dimer formation in the presence and absence of the test substance.
The “test substance” used in this screening method may be any known compound or novel compound. The test substance is not particularly limited. For example, the test substance is prepared using nucleic acid, carbohydrate, lipid, protein, peptide, antibody, organic or inorganic low molecular weight compound, organic or inorganic high molecular weight compound, combinatorial chemistry technology. Compound libraries, random peptide libraries prepared by solid phase synthesis or phage display methods, natural components derived from microorganisms, animals and plants, and the like.
Self-dimerization of pTα can be detected and quantified, for example, by the following method:
a method using a chimeric protein of pTα and a fluorescent protein; and
A method using a cell expressing a chimeric protein of pTα and erythropoietin receptor (EPOR) or a cell expressing a chimeric protein of pTα and thrombopoietin receptor (TPOR).
(Screening method using chimeric protein of pTα and fluorescent protein)
Examples of a screening method using a chimeric protein of pTα and a fluorescent protein include total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopic analysis; fluorescence resonance energy transfer (FRET) analysis.
The screening method using TIRF microscopic analysis can detect single and dimers of pTα by distinguishing them from the fluorescence intensity of the bright spot using cells expressing a chimera of pTα and a fluorescent protein.
Examples of the fluorescent protein used for this analysis include GFP, RFP, YFP, CFP, Kusabila-range, and the like.
The screening method using FRET analysis involves the first fluorescent protein (excitation light wavelength λ 0 ; Fluorescence wavelength λ 1 ) And pTα and a second fluorescent protein (excitation light wavelength λ 1 ; Fluorescence wavelength λ 2 ) And pTα chimeric protein, and the cell 0 The wavelength λ indicating the formation of the dimer 2 Can detect fluorescence.
Examples of the combination of the first and second fluorescent proteins used in this analysis include CFP and YFP.
As pTα used for the chimeric protein of pTα and fluorescent protein, human pTα is preferably used. As human pTα, for example, an amino acid sequence represented by the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a protein having an amino acid sequence substantially identical thereto (here, “substantially identical” Is synonymous).
Several splice variants are known for pTα, any of which may be used.
A cell expressing a chimeric protein of pTα and a fluorescent protein can be prepared by preparing a nucleic acid molecule encoding the chimeric protein and introducing the nucleic acid molecule into an appropriate cell.
A nucleic acid molecule encoding a chimeric protein of pTα and a fluorescent protein is prepared by using a nucleic acid molecule encoding pTα as well as a nucleic acid molecule encoding a desired fluorescent protein using a gene recombination technique (for example, PCR method) known in the art. For example).
Examples of the nucleic acid molecule (DNA or RNA) encoding pTα include genomic DNA, mRNA, cDNA and the like.
Examples of such a nucleic acid molecule include DNA containing the base sequence of the entire coding region of human pTα represented by GenBank accession number: NM — 138296 (SEQ ID NO: 1), or hybridizes with the DNA under highly stringent conditions. And a protein containing the amino acid sequence of pTα shown in SEQ ID NO: 2 to form a self-dimer by substantially the same activity (interaction of amino acid residues in the extracellular region). DNA encoding a protein having an activity of
Examples of DNA that can hybridize under highly stringent conditions include, for example, about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, and particularly preferably about the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. DNA containing a base sequence having 90% or more homology can be used.
Information on the base sequences of various fluorescent proteins can be obtained from publicly available information sources (eg, academic literature, patent literature, gene and protein databases (eg, GenBank, etc.)). Various fluorescent protein genes are commercially available from, for example, BD Bisciences Clontech.
An expression vector containing a nucleic acid molecule encoding a chimeric protein of pTα and a fluorescent protein is prepared, for example, by preparing a target fragment (target gene) from the nucleic acid molecule encoding the chimeric protein and placing the fragment in a suitable expression vector. It can be produced by ligating downstream of the promoter.
As the expression vector and promoter, animal virus vectors such as retrovirus and vaccinia virus (for example, IRES bicistronic expression vector, pA1-11, pXT1, pRc / CMV, pRc / RSV, pcDNAI / Neo, pME18S) are used. It is done.
When producing cells expressing two types of fluorescent proteins used for FRET analysis, nucleic acid molecules encoding a chimeric protein with the first fluorescent protein and nucleic acid molecules encoding the chimeric protein with the second fluorescent protein They may be inserted on the same vector or on separate vectors.
When inserted on the same vector, both nucleic acid molecules may be under the control of separate promoters, or may be under the control of the same promoter using an IRES bicistronic expression vector.
The promoter may be any promoter as long as it is appropriate for the host used for gene expression. For example, LCK proximal promoter, SRα promoter, SV40 promoter, RSV-LTR promoter, CMV promoter, HSV-TK promoter Etc. are used.
The expression vector may contain an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker or reporter gene, an SV40 origin of replication (SV40ori), and the like, as necessary.
Examples of the selectable marker and reporter gene include GFP gene, luciferase gene, β-galactosidase gene, dihydrofolate reductase gene, ampicillin resistance gene, and neomycin resistance gene.
The expression vector is preferably an IRES bicistronic expression vector in which the target gene is expressed from the same mRNA together with a selectable marker or reporter. Examples of the IRES bicistronic expression vector include pMX-IRES-GFP (Kitamura et al., Int. J. Hematol., 67, 351-9 (1998)), a vector marketed by Clontech, and the like. .
Gene introduction into a cell can be performed according to a method known in the art (for example, the method described in Virology, 52, 456 (1973)).
Preferred examples of cells into which a nucleic acid molecule encoding a chimeric protein of pTα and a fluorescent protein is introduced include cells that do not naturally express pTα (for example, TG40β, BW5147, etc.).
Confirmation of gene introduction into a cell can be performed, for example, by a method using the above selection marker and reporter.
As a medium for culturing cells, for example, MEM medium, DMEM medium, RPMI 1640 medium, 199 medium and the like containing about 5 to 20% fetal bovine serum (FBS) are used.
The pH of the medium is preferably about 6-8. The culture is usually performed at about 30 ° C. to 40 ° C. for about 1 day to about 1 week, preferably about 1 day to about 3 days. You may perform ventilation | gas_flowing and stirring as needed.
In TIRF microscopy analysis, cells were imaged using a total internal reflection fluorescence (TIRF) microscope (Biochem. Biophys. Res. Commun., 235, 47-53 (1997); Nature, 374, 555-9 (1995)). Can be done. Recording and analysis of the resulting images can be performed using AquaCosmos software (Hamamatsu Photonics) and the like. The fluorescence intensity can be determined according to the method described in Nature, 374, 555-9 (1995), for example.
In FRET analysis, fluorescence resonance energy transfer from a first fluorescent material to a second fluorescent material in a cell can be detected using, for example, flow cytometry.
(Screening method using a cell expressing a chimeric protein of pTα and EPOR or a cell expressing a chimeric protein of pTα and TPOR)
Erythropoietin receptor (EPOR) and thrombopoietin receptor (TPOR) are cells that require IL-3 for proliferation when forced to form a self-dimer by mutation (hereinafter referred to as “IL-3”). It has been reported that proliferation of "dependent cells" can be induced in the absence of IL-3 (Nature, 348, 647-649 (1990); Blood, 88, 1399-1406 (1996)). .
From this, IL-3-dependent cells in which a chimeric protein (hereinafter also referred to as “pTα / EPOR chimera”) containing the extracellular domain of pTα and the transmembrane domain and extracellular domain of EPOR are expressed, or pTα In the absence of IL-3, IL-3 dependent cells expressing a chimeric protein (hereinafter also referred to as “pTα / TPOR chimera”) including an extracellular domain, a transmembrane domain of TPOR and an extracellular domain are used. The formation of the pTα self-dimer can be evaluated using the proliferation of the cells as an index.
As pTα used for the chimeric protein, human pTα is preferably used. As an extracellular domain of human pTα, for example, an amino acid sequence represented by amino acid numbers 17 to 147 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 (full-length amino acid sequence of human pTα), or an amino acid sequence substantially identical thereto. (Where “substantially identical” has the same meaning as above).
Several splice variants are known for pTα, any of which may be used.
As the EPOR used for the chimeric protein, human EPOR is preferably used. Examples of the transmembrane domain and cytoplasmic domain of human EPOR include, for example, the amino acid sequence represented by amino acid numbers 251 to 508 in the amino acid sequence represented by GenPept accession number: AAA52403 (SEQ ID NO: 4) (full-length amino acid sequence of human EPOR), Alternatively, a protein having substantially the same amino acid sequence is used (here, “substantially identical” has the same meaning as above).
As the TPOR used for the chimeric protein, human TPOR is preferably used. Examples of the transmembrane domain and cytoplasmic domain of human TPOR include, for example, the amino acid sequence represented by amino acid numbers 468 to 610 in the amino acid sequence represented by GenPept accession number: NP_005364 (SEQ ID NO: 6) (full-length amino acid sequence of human TPOR), Alternatively, a protein having substantially the same amino acid sequence is used (here, “substantially identical” has the same meaning as above).
Preferably, EPOR or TPOR is generated due to these parts when all of the transmembrane domain and cytoplasmic domain are used as a protein constituting a chimera, but the chimeric protein forms a dimer. Any portion of these domains may be used as long as the activity (activity that induces proliferation of IL-3 dependent cells in the absence of IL-3) is not lost. Do not dimerize).
Moreover, although several splice variants are known for EPOR or TPOR, any of them may be used.
An IL-3-dependent cell that expresses a pTα / EPOR chimera or pTα / TPOR chimera can be prepared by preparing a nucleic acid molecule encoding the chimeric protein and introducing the nucleic acid molecule into an IL-3-dependent cell.
A nucleic acid molecule encoding a pTα / EPOR chimera or a pTα / TPOR chimera encodes a nucleic acid molecule encoding a fragment containing pTα or its extracellular domain, and a fragment containing EPOR or TPOR or their transmembrane and cytoplasmic domains A nucleic acid molecule can be used to produce a gene recombination technique known in the art (for example, a technique using a PCR method).
Examples of the nucleic acid molecule (DNA or RNA) encoding pTα include genomic DNA, mRNA, cDNA and the like. The extracellular domain of pTα can be amplified by PCR, RT-PCR, etc. using genomic DNA or cDNA as a template and appropriate primers.
Examples of the nucleic acid molecule encoding pTα include DNA containing the base sequence of the entire coding region of human pTα shown in GenBank accession number: NM — 138296 (SEQ ID NO: 1), or hybridizing with the DNA under highly stringent conditions. A protein containing the base sequence for soybean and the amino acid sequence of pTα shown in SEQ ID NO: 2 is substantially the same activity (by the interaction of amino acid residues in the extracellular region, DNA encoding a protein having activity to form).
Examples of DNA that can hybridize under highly stringent conditions include, for example, about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, and particularly preferably about the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. DNA containing a base sequence having 90% or more homology can be used.
Examples of nucleic acid molecules (DNA or RNA) encoding EPOR include genomic DNA, mRNA, cDNA and the like. The transmembrane domain and cytoplasmic domain of EPOR can be amplified by PCR, RT-PCR, etc. using genomic DNA or cDNA as a template and appropriate primers.
As DNA encoding EPOR, for example, DNA containing the base sequence of the entire coding region of human EPOR represented by GenBank accession number: M60459 (SEQ ID NO: 3), or hybridizing with the DNA under highly stringent conditions And substantially the same activity as that of the protein containing the amino acid sequence of EPOR shown in SEQ ID NO: 4 (by formation of a dimer, IL-3 dependent cells were allowed to be removed in the absence of IL-3. And DNA encoding a protein having an activity to proliferate).
Examples of the DNA that can hybridize under the highly stringent conditions include, for example, the base sequence shown in SEQ ID NO: 3, about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, and particularly preferably DNA containing a base sequence having about 90% or more homology can be used.
Examples of nucleic acid molecules (DNA or RNA) encoding TPOR include genomic DNA, mRNA, cDNA and the like. The transmembrane domain and cytoplasmic domain of TPOR can be amplified by PCR, RT-PCR, etc. using genomic DNA or cDNA as a template and appropriate primers.
As DNA encoding TPOR, for example, DNA containing the base sequence of the entire coding region of human TPOR shown in GenBank registration number: NM_005373 (SEQ ID NO: 5), or hybridizing with the DNA under highly stringent conditions In the absence of IL-3 in the absence of IL-3. And DNA encoding a protein having an activity to proliferate).
The DNA that can hybridize under the above high stringency conditions is, for example, about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, particularly preferably the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5. DNA containing a base sequence having about 90% or more homology can be used.
An expression vector containing a pTα / EPOR chimera or a nucleic acid molecule encoding a pTα / TPOR chimera can be prepared in the same manner as the above chimera of pTα and a fluorescent protein.
Gene introduction into IL-3-dependent cells can be performed according to a method known in the art (for example, the method described in Virology, 52, 456 (1973)).
Examples of IL-3 dependent cells include mouse pro B cell line Ba / F3 (BAF3), mouse mast cell line IC2, and mouse bone marrow cell line F-36P. Preferably, BAF3 can be used as an IL-3-dependent cell.
Confirmation of gene introduction into IL-3-dependent cells is performed by, for example, a method using a selection marker and a reporter as exemplified in the above chimera of pTα and fluorescent protein; blotting using an antibody against EPOR or TPOR; Or it can be carried out by any combination thereof.
Examples of the medium and conditions for culturing IL-3-dependent cells include the medium and conditions exemplified in the above chimera of pTα and fluorescent protein.
The presence or absence of interaction between the pTα portions of the pTα / EPOR chimera or pTα / TPOR chimera can be confirmed by the viability of IL-3 dependent cells into which the gene has been introduced in the absence of IL-3. Cell viability can be determined, for example, by counting propidium iodide (PI) negative cells by flow cytometry.
The present invention also provides a kit for detecting a substance that modulates pTα self-dimerization. The kit includes cells expressing a chimeric protein of pTα and a fluorescent substance described in the above screening method, or IL-3 dependent cells expressing a chimeric protein of pTα and EPOR or TPOR. The user can carry out the above screening method using the kit of the present invention.
In a second aspect, the present invention also relates to a system that can easily detect interactions in the extracellular region between various cell surface proteins (hereinafter sometimes abbreviated as “the detection system of the present invention”). The detection system of the present invention comprises a nucleic acid molecule encoding a first chimeric protein comprising the extracellular domain of the first protein and the transmembrane and cytoplasmic domains of the erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor, and IL-3 dependent cells into which a nucleic acid molecule encoding a second chimeric protein, comprising the extracellular domain of 2 proteins and the transmembrane and cytoplasmic domains of erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor are introduced , A method for detecting an interaction in the extracellular region between cell surface proteins, comprising a step of culturing in the absence of IL-3 and confirming the presence or absence of proliferation of the cells (hereinafter referred to as “the detection method of the present invention”). May be abbreviated as).
The detection system of the present invention also includes a first chimeric protein comprising the extracellular domain of the first protein and the transmembrane and cytoplasmic domains of the erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor, and the second protein. IL-3 dependent cells expressing a second chimeric protein comprising an extracellular domain and a transmembrane and cytoplasmic domain of erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor are provided.
The detection system of the present invention also provides a chimeric protein comprising the extracellular domain of a cell surface protein and the transmembrane and cytoplasmic domains of erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor.
The chimeric protein used in the detection system of the present invention comprises an extracellular domain of a cell surface protein to be tested for protein-protein interactions, a transmembrane domain of erythropoietin receptor (EPOR) or thrombopoietin receptor (TPOR) and Consists of cytoplasmic domains.
In the detection system of the present invention, “first protein” and “second protein” refer to cell surface proteins that are tested for interactions in the extracellular region between proteins.
Here, the “first protein” and the “second protein” may be the same type of protein or different types of proteins. In the detection system of the present invention, the “first protein” or “second protein” or these are collectively referred to as “test protein”.
Any natural or artificial cell surface protein can be selected as the test protein in the detection system of the present invention. For example, since various cell surface receptors can play an important role in an intracellular signal transduction system that controls cell proliferation, differentiation, survival, etc., the protein constituting the receptor is a test protein in the detection system of the present invention. Can be.
As specific examples of the test protein in the detection system of the present invention, see pTα (for example, GenBank registration number: MN — 138296; GenPept registration number NP — 612153; Saint-Ruf, C. et al., Science, 266, 1208-1212, 1994 ); TCRα (eg, GenBank registration number: AY475220; see GenPept registration number: AAS48060); TCRβ (eg, GenBank registration number: AY475218; see GenPept registration number: AAS48058), etc. , Any protein predicted to be a transmembrane (membrane-bound) protein by a hydrophobicity plot (eg, Kyte-Doolittle hydrophobicity analysis).
In the detection system of the present invention, the “protein extracellular domain” means the entire region (domain) existing outside the cell surface protein or any fragment thereof.
In the detection system of the present invention, “the transmembrane domain and cytoplasmic domain of erythropoietin receptor (EPOR)” are preferably a region (domain) penetrating the cell membrane and a region (domain) existing in the cytoplasm of human EPOR. ), Or a protein substantially identical to the protein (hereinafter, sometimes abbreviated as “active domain of EPOR”).
Here, “substantially identical” means about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, particularly preferably about 90% or more, with the amino acid sequence of the active domain of human EPOR. Preferably, it refers to a protein containing an amino acid sequence having a homology of about 95% or more and having substantially the same activity as the active domain of human EPOR.
As used herein, “homology” refers to an optimal alignment when two amino acid sequences are aligned using a mathematical algorithm known in the art (preferably the algorithm uses a sequence of sequences for optimal alignment). The percentage of identical and similar amino acid residues relative to all overlapping amino acid residues in which one or both of the gaps can be considered).
“Similar amino acids” mean amino acids similar in physicochemical properties, such as aromatic amino acids, aliphatic amino acids, polar amino acids, basic amino acids, acidic amino acids, amino acids having hydroxyl groups, amino acids with small side chains, etc. Examples include amino acids that fall into the same group. Such substitutions with similar amino acids are expected not to change the protein phenotype (ie, conservative amino acid substitutions). Specific examples of conservative amino acid substitutions are well known in the art and are described in various literature (see, for example, Bowie et al., Science, 247: 1306-1310 (1990)).
Amino acid sequence homology can be calculated using NCBI BLAST, which is a homology calculation algorithm, under the following conditions (expectation value = 10, allow gap, matrix = BLOSUM62, filtering = OFF). Other algorithms for determining amino acid sequence homology include, for example, Karlin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5873-5877 (1993) [the algorithm is incorporated into the NBLAST and XBLAST programs (version 2.0) (Altschul et al., Nucleic Acids Res., 25: 3389-3402 (1997)) ] Needleman et al., J .; Mol. Biol. 48: 444-453 (1970) [the algorithm is incorporated into the GAP program in the GCG software package], Myers and Miller, CABIOS, 4: 11-17 (1988) [ The algorithm is incorporated into the ALIGN program (version 2.0) which is part of the CGC sequence alignment software package], Pearson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85: 2444-2448 (1988) [the algorithm is incorporated in the FASTA program in the GCG software package] and the like, and they can be preferably used as well.
Several splice variants are known for EPOR, any of which may be used.
Preferably, as an active domain of EPOR, an amino acid sequence represented by amino acid numbers 251 to 508 in an amino acid sequence represented by GenPept accession number: AAA52403 (that is, an amino acid sequence comprising the full-length ORF of human EPOR (SEQ ID NO: 4)) And a protein having an amino acid sequence having a homology of about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, particularly preferably about 90% or more, and most preferably about 95% or more. .
“Activity substantially equivalent to the active domain of human-derived EPOR” refers to the activity of inducing the proliferation of IL-3-dependent cells expressing it in the absence of IL-3 by the formation of a dimer. Etc.
Here, “substantially the same quality” means that these properties are qualitatively equivalent. Accordingly, the quantitative factors such as the above-mentioned degree of activity are preferably equivalent, but may be different (for example, about 0.01 to about 100 times, preferably about 0.1 to about 10 times, more Preferably about 0.5 to about 2 times).
Moreover, as a protein substantially the same as the active domain of human-derived EPOR used in the detection system of the present invention, for example, a protein containing the following amino acid sequence, which is substantially the same as the active domain of human EPOR: Also included are proteins with the same quality of activity:
(1) 1 or 2 or more (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1 in the amino acid sequence represented by amino acid numbers 251 to 508 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 Amino acid sequence in which ~ 5) amino acids have been deleted;
(2) 1 or 2 or more (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1 to the amino acid sequence represented by amino acid numbers 251 to 508 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 Amino acid sequence to which (˜5) amino acids were added;
(3) 1 or 2 or more (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1 to the amino acid sequence represented by amino acid numbers 251 to 508 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 Amino acid sequence with ~ 5 amino acids inserted;
(4) 1 or 2 or more (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1) in the amino acid sequence represented by amino acid numbers 251 to 508 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 An amino acid sequence in which (~ 5) amino acids are replaced with other amino acids; or
(5) An amino acid sequence obtained by combining the above (1) to (4).
Here, “substantially the same quality of activity” has the same meaning as described above.
When the amino acid sequence is deleted, added, inserted or substituted, the position of the deletion, addition, insertion or substitution is particularly not limited unless the activity of the protein is impaired and self-dimerization occurs. It is not limited.
In the detection system of the present invention, “the transmembrane domain and cytoplasmic domain of thrombopoietin receptor (TPOR)” are preferably a region (domain) of human TPOR that penetrates the cell membrane and a region (domain) that exists in the cytoplasm. ), Or a protein substantially identical to the protein (hereinafter, sometimes abbreviated as “active domain of TPOR”).
Here, “substantially identical” means the amino acid sequence of the active domain of human TPOR, about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, particularly preferably about 90% or more, most Preferably, it refers to a protein containing an amino acid sequence having a homology of about 95% or more and having substantially the same activity as the active domain of human TPOR (where “homology” has the same meaning as above) ).
Several splice variants are known for TPOR, any of which may be used.
Preferably, as an active domain of TPOR, an amino acid sequence represented by amino acid numbers 468 to 610 in an amino acid sequence represented by GenPept registration number: NP_005364 (that is, an amino acid sequence consisting of a full-length ORF of human TPOR (SEQ ID NO: 6)) And a protein having an amino acid sequence having a homology of about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, particularly preferably about 90% or more, and most preferably about 95% or more. .
"Activity substantially equivalent to the active domain of human-derived TPOR" refers to the activity of inducing the proliferation of IL-3-dependent cells expressing it in the absence of IL-3 by the formation of a dimer. Etc.
Here, “substantially the same quality” means that these properties are qualitatively equivalent. Accordingly, the quantitative factors such as the above-mentioned degree of activity are preferably equivalent, but may be different (for example, about 0.01 to about 100 times, preferably about 0.1 to about 10 times, more Preferably about 0.5 to about 2 times).
The protein substantially identical to the human-derived TPOR active domain used in the detection system of the present invention is, for example, a protein containing the following amino acid sequence, which is substantially the same as the human TPOR active domain. Also included are proteins with the same quality of activity:
(1) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 1 or 2 or more in the amino acid sequence represented by amino acid numbers 468 to 610 (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1 Amino acid sequence in which ~ 5) amino acids have been deleted;
(2) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, one or more amino acid sequences represented by amino acid numbers 468 to 610 (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1) Amino acid sequence to which (˜5) amino acids were added;
(3) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, one or more amino acid sequences represented by amino acid numbers 468 to 610 (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1) Amino acid sequence with ~ 5 amino acids inserted;
(4) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, one or more of the amino acid sequences represented by amino acid numbers 468 to 610 (preferably about 1 to 30, preferably about 1 to 10, more preferably 1 An amino acid sequence in which (~ 5) amino acids are replaced with other amino acids; or
(5) An amino acid sequence obtained by combining the above (1) to (4).
Here, “substantially the same quality of activity” has the same meaning as described above.
When the amino acid sequence is deleted, added, inserted or substituted, the position of the deletion, addition, insertion or substitution is particularly not limited unless the activity of the protein is impaired and self-dimerization occurs. It is not limited.
In the detection system of the present invention, EPOR or TPOR is preferably used as a protein constituting the chimeric protein used in the detection system, wherein all of its transmembrane domain and cytoplasmic domain are used as a dimer. Any of these domains, as long as the activity resulting from the domains derived from them is not lost (the activity that induces the proliferation of IL-3-dependent cells in the absence of IL-3) (However, this portion does not undergo autonomous dimerization).
The chimeric protein used in the detection system of the present invention may contain a part of the extracellular region in addition to the transmembrane domain and cytoplasmic domain of EPOR or TPOR.
The nucleic acid molecule encoding the chimeric protein used in the detection system of the present invention includes a nucleic acid molecule encoding a test protein or a fragment containing an extracellular domain thereof, and a fragment containing EPOR or TPOR or a transmembrane domain and a cytoplasmic domain thereof. Using a nucleic acid molecule to be encoded, it can be produced by a gene recombination technique known in the art (for example, a technique using PCR method).
Examples of the nucleic acid molecule (DNA or RNA) encoding the test protein include genomic DNA, mRNA, cDNA and the like. The extracellular domain of the test protein can be amplified by polymerase chain reaction (PCR) method, reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR) method using genomic DNA or cDNA as a template and appropriate primers. .
Information on the base sequences and amino acid sequences of various cell surface proteins or their extracellular domains that can be candidates for the test protein can be obtained from publicly available information sources (eg, academic literature, patent literature, gene and protein databases (eg, , GenBank, GenPept etc.)).
Examples of nucleic acid molecules (DNA or RNA) encoding EPOR include genomic DNA, mRNA, cDNA and the like. The transmembrane domain and cytoplasmic domain of EPOR can be amplified by PCR, RT-PCR, etc. using genomic DNA or cDNA as a template and appropriate primers.
As DNA encoding EPOR, for example, DNA containing the base sequence of the entire coding region of human EPOR represented by GenBank accession number: M60459 (SEQ ID NO: 3), or hybridizing with the DNA under highly stringent conditions And substantially the same activity as that of the protein containing the amino acid sequence of EPOR shown in SEQ ID NO: 4 (by formation of a dimer, IL-3 dependent cells were allowed to be removed in the absence of IL-3. And DNA encoding a protein having an activity to proliferate).
Examples of the DNA that can hybridize under the highly stringent conditions include, for example, the base sequence shown in SEQ ID NO: 3, about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, and particularly preferably DNA containing a base sequence having about 90% or more homology can be used.
Examples of nucleic acid molecules (DNA or RNA) encoding TPOR include genomic DNA, mRNA, cDNA and the like. The transmembrane domain and cytoplasmic domain of TPOR can be amplified by PCR, RT-PCR, etc. using genomic DNA or cDNA as a template and appropriate primers.
As DNA encoding TPOR, for example, DNA containing the base sequence of the entire coding region of human TPOR shown in GenBank registration number: NM_005373 (SEQ ID NO: 5), or hybridizing with the DNA under highly stringent conditions In the absence of IL-3 in the absence of IL-3. And DNA encoding a protein having an activity to proliferate).
The DNA that can hybridize under the above high stringency conditions is, for example, about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80% or more, particularly preferably the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5. DNA containing a base sequence having about 90% or more homology can be used. The homology of the base sequence was determined using the homology calculation algorithm NCBI BLAST (National Center for Biotechnology Information Basic Alignment Search Tool), and the following conditions: Expected value = 10; Allow gap; Filtering = ON; Match score = 1; It is possible to calculate with mismatch score = −3.
As another algorithm for determining the homology of a base sequence, the above-mentioned algorithm for calculating homology of amino acid sequences is also preferably exemplified.
Hybridization can be performed according to a method known per se or a method analogous thereto, for example, the method described in Molecular Cloning, Second Edition (J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor Lab. Press, 1989). When a commercially available library is used, hybridization can be performed according to the method described in the attached instruction manual. Hybridization can be preferably performed according to highly stringent conditions.
High stringent conditions include, for example, conditions where the sodium salt concentration is about 19 to about 40 mM, preferably about 19 to about 20 mM, and the temperature is about 50 to about 70 ° C., preferably about 60 to about 65 ° C. Can be mentioned. In particular, it is preferable that the sodium salt concentration is about 19 mM and the temperature is about 65 ° C.
Those skilled in the art can appropriately change the salt concentration of the hybridization solution, the temperature of the hybridization reaction, the probe concentration, the length of the probe, the number of mismatches, the time of the hybridization reaction, the salt concentration of the washing solution, the washing temperature, etc. Understand that it can be easily adjusted to the desired stringency.
An expression vector containing a nucleic acid molecule encoding a chimeric protein used in the detection system of the present invention is prepared, for example, by preparing a target fragment (target gene) from the nucleic acid molecule encoding the chimeric protein used in the detection system of the present invention. The fragment can be prepared by ligating downstream of the promoter in an appropriate expression vector.
As an expression vector, an animal virus vector such as retrovirus or vaccinia virus (for example, IRES bicistronic expression vector, pA1-11, pXT1, pRc / CMV, pRc / RSV, pcDNAI / Neo, pME18S) and the like are used.
The promoter may be any promoter as long as it is appropriate for the host used for gene expression. For example, LCK proximal promoter, SRα promoter, SV40 promoter, RSV-LTR promoter, CMV promoter, HSV-TK promoter Etc. are used.
The expression vector may contain an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker or reporter gene, an SV40 origin of replication (SV40ori), and the like, as necessary.
Examples of the selection marker and reporter gene include a green fluorescent protein (GFP) gene, a luciferase gene, a β-galactosidase gene, a dihydrofolate reductase gene, an ampicillin resistance gene, and a neomycin resistance gene.
The expression vector is preferably an IRES bicistronic expression vector in which the target gene is expressed from the same mRNA together with a selectable marker or reporter. Examples of the IRES bicistronic expression vector include pMX-IRES-GFP (Kitamura et al., Int. J. Hematol., 67, 351-9 (1998)), a vector marketed by Clontech, and the like. .
When the first protein and the second protein are heterogeneous, the nucleic acid molecule encoding the first chimeric protein and the nucleic acid molecule encoding the second chimeric protein may be inserted on the same vector. It may be inserted on a separate vector.
When inserted on the same vector, both nucleic acid molecules may be under the control of separate promoters, or may be under the control of the same promoter using the IRES bicistronic expression vector.
Gene introduction into IL-3-dependent cells can be performed according to a method known in the art (for example, the method described in Virology, 52, 456 (1973)).
Examples of IL-3 dependent cell cells include mouse pro B cell line Ba / F3 (also referred to herein as “BAF3”), mouse mast cell line IC2, and mouse bone marrow cell line F-36P. .
In the detection system of the present invention, preferably, BAF3 can be used as an IL-3-dependent cell.
Confirmation of gene transfer into IL-3-dependent cells can be performed, for example, by a method using the above selection marker and reporter, blotting using an antibody against EPOR or TPOR, or any combination thereof.
As a medium for culturing cells, for example, MEM medium, DMEM medium, RPMI 1640 medium, 199 medium and the like containing about 5 to 20% fetal bovine serum (FBS) are used.
The pH of the medium is preferably about 6-8. The culture is usually performed at about 30 ° C. to 40 ° C. for about 1 day to about 1 week, preferably about 1 day to about 3 days. You may perform ventilation | gas_flowing and stirring as needed.
If the first protein and the second protein can interact in the presence of a specific ligand, an appropriate concentration of the ligand can be added to the medium.
Thus, the detection system of the present invention also provides a screening method for cell surface proteins that are known to interact and whose ligands are unknown.
Alternatively, the detection system of the present invention also provides a screening method for agonists and antagonists of cell surface proteins whose ligands are known.
In the detection system of the present invention, the presence or absence of interaction between the first protein and the second protein in the extracellular region can be confirmed by the viability of the IL-3 dependent cells into which the gene has been introduced. Cell viability can be determined, for example, by counting propidium iodide (PI) negative cells by flow cytometry.
When the first protein and the second protein are heterogeneous, in addition to the interaction between the first protein and the second protein, the interaction between the first protein and / or the second protein Is also considered.
Therefore, the presence or absence of the interaction between the first protein and the second protein depends on whether the nucleic acid molecule encoding the first chimeric protein and the nucleic acid molecule encoding the second chimeric protein are IL-3-dependent. Viability in the absence of IL-3 when introduced into a cell, and survival when nucleic acid molecules encoding the first and second chimeric proteins are each independently introduced into an IL-3-dependent cell It is more desirable to examine the degree by comparing the degree.
The detection system of the present invention also provides a kit for detecting interactions in the extracellular region between cell surface proteins. The detection kit comprises a nucleic acid molecule encoding EPOR or TPOR or their transmembrane and cytoplasmic domains; an expression vector; and an IL-3-dependent cell.
If the user of this detection kit prepares a nucleic acid molecule encoding the cell surface protein to be tested or its extracellular domain, the detection kit can be used to reciprocally interact with each other in the extracellular region between the test proteins according to the above procedure. The presence or absence of action can be confirmed.
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the examples are merely illustrative of the present invention and do not limit the scope of the present invention.

(実施例1)
(方法)
(マウス)
C57BL/6バックグラウンドのRag2−/−マウスを、Taconicから入手した。pre−Tα−/−マウスは、H.von Boehmer博士(Dana−Farber Cancer Institute,Harvard Medical School)から提供された。全てのマウスを、層流方式クリーンルーム内で維持し、そして標準的な実験用飼料および水を適宜与えた。全ての動物実験を、本発明者らの施設のガイドラインに従って行った。
(細胞および試薬)
ハトシトクロムc特異的T細胞ハイブリドーマ(2B4)およびそのαβバリアント(TG40)を、10%FCSを補充したRPMI1640中で維持した。TG40に、pMX−puroレトロウイルスベクターを用いて、P14 TCRβ鎖を感染させた(TG40β)。
抗CD4 mAb、抗CD8 mAb、抗TCRβ mAb、抗CD25 mAb、および抗hCD8mAbを、eBioscienceから購入した。
抗pTα(2F5)mAbを、BD Biosciencesから入手した。
抗rCD2 mAbを、CedarLaneから入手した。
抗hEPOR mAbをSanta Cruzから入手した。
(キメラタンパク質の構築)
pTα/GFPを、PCR法によって、pTα鎖のC末端にGFPを融合させることにより作製した。
TCRα/GFPを、PCR法によって、P14 TCRα鎖のC末端にGFPを融合させることにより作製した。
pTα/EPORを、PCR法によって、ヒトエリスロポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインにpTαの細胞外ドメインを融合させることにより作製した。
TCRα/EPORを、PCR法によって、ヒトエリスロポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインにP14 TCRαの細胞外ドメインを融合させることにより作製した。
具体的には、pTαの全長を含むプラスミドを鋳型にしてprimer(1)とEPORの膜貫通ドメインの一部を含むprimer(2)にてpTαの細胞外ドメインを増幅した。一方、TCRαの全長を含むプラスミドを鋳型にしてprimer(1)とEPORの膜貫通ドメインの一部を含むprimer(3)にてTCRαの細胞外ドメインを増幅した。
pTαの細胞外ドメインの増幅物を、EPORの全長を含むプラスミドを鋳型としてprimer(4)とpTαの細胞外ドメインの一部を含むprimer(5)を用いて増幅したEPORの膜貫通ドメイン〜細胞内ドメインにアニールさせ、primer(1)およびprimer(4)を用いて増幅して、目的とするpTα/EPORキメラ分子をコードするcDNAを得た。一方、TCRαの細胞外ドメインの増幅物を、EPORの全長を含むプラスミドを鋳型としてprimer(4)とTCRαの細胞外ドメインの一部を含むprimer(6)にて増幅したEPORの膜貫通ドメイン〜細胞内ドメインにアニールさせ、primer(1)およびprimer(4)にて増幅して、目的とするTCRα/EPORキメラ分子をコードするcDNAを得た。
pTα/EPORキメラ分子をコードするcDNAおよびTCRα/EPORキメラ分子をコードするcDNAを、それぞれ、pMX−IRES−GFPベクターへサブクローニングし、以下の解析に供した。
primer(1)GGTGGACCATCCTCTAGACT(配列番号8)
primer(2)AGGGAGAGCGTCAGGATGAGTACCTGCCGCTGTGTCCCCC(配列番号9)
primer(3)AGGGAGAGCGTCAGGATGAGCAGGTTTTGAAAGTTTAGGT(配列番号10)
primer(4)TAATACGACTCACTATAGGG(配列番号11)
primer(5)GGGGGACACAGCGGCAGGTACTCATCCTGACGCTCTCCCT(配列番号12)
primer(6)ACCTAAACTTTCAAAACCTGCTCATCCTGACGCTCTCCCT(配列番号13)
pMX−IRES−rCD2は、M.Kubo博士(Riken)より提供された。
pMX−IRES−hCD8は、MX−IRES−GFP中のGFPのNcoI/SalIフラグメントを、細胞質領域を欠失した短縮型ヒトCD8α(Δ198〜214)と交換することにより構築した。
(骨髄移植)
骨髄移植(BMT)に関して、Rag2−/−マウス由来のSca−1 BM細胞を、MACS(Miltenyi)により選別し、そして10%FCS、10ng/ml IL−7および100ng/ml SCF(Pepro Tech)を補充したRPMI1640中で、1×10/mlにて培養した。レトロウイルス媒介遺伝子移入を、Yamasakiら、Blood,103,3093−101(2004)に記載される方法に従って行った。1日目および2日目に、10倍に濃縮したレトロウイルス上清を加え、そしてこれを、32℃で、2000rpmにて1時間、遠心分離した。感染の4日後に、hCD8細胞を、MACS(Miltenyi)を用いて選別し、そして照射(7Gy)したRag2−/−マウスに静脈内注入した。BMTの6週間後、マウスから胸腺細胞または脾細胞を取り出して分析した。
(競合的BMT)
pTα−/−マウス由来のSca−1 BM細胞に、上記のように、野生型pTα−IRES−hCD8をコードするレトロウイルスベクターまたはpTαR102/117A−IRES−rCD2をコードするレトロウイルスベクターを感染させた。感染の4日後、hCD8細胞またはrCD2細胞を、MACSを用いて選別した。各集団由来の5×10細胞を混合し、そして照射(4Gy)したRag2−/−マウスへと注入した。BMTの3週間後、胸腺細胞をFACSを用いて分析した。
(pTα−βヘテロ二量体複合体の分子モデリング)
マウスpTαの配列(Genbank登録番号:NM_011195)を、NCBIサーバーから入手した。pTαの10番目の残基〜119番目の残基の範囲の部分配列を抽出し、そしてその三次元構造を、ホモロジーモデリングのための一般的な方法を用いて予想した。TCRαの結晶構造(PDB−エントリー:1nfd)(Wangら、Embo.J.,17,10−26(1998))を、ホモロジーモデルを作成するためのテンプレートとして、Protein Data Bank(PDB)(Bermanら、Nucleic.Acid.Res.,28,235−42(2000))から入手した。pTαの部分配列を、NW alignment(Needlemanら、J.Mol.Biol.,48,443−53(1970))を用いてテンプレートタンパク質と整列させた。適切な整列を得るために、pTα中のギャップおよびCys残基を、テンプレートタンパク質のCys残基の対応する位置に向けて手動で移動させた。適切な整列を達成すると、標的タンパク質中の主鎖原子を、TCRαのテンプレートタンパク質中の対応する残基の配位に割り当てた。ループ領域の挿入および欠失を、公知の構造のタンパク質のフラグメントから作成されたフラグメントデータベースから、適切な構造を検索することにより、モデリングした。側鎖を、Metropolis Monte Carlo法を用いて、pTαモデルバックボーン上に構築した。構造を緩和させるために、500ps 分子ダイナミックスシミュレーションを、molecular dynamicsパッケージAMBER8(Cornellら、Abstracts of the Papers of the American Chemical Society,204,40−Comp(1992);Pearlmanら、Computer Physics Communications,91,1−41(1995))を用いて行った。図を、ViewerLite(Accelrys)を用いて作成した。
(単分子の分析)
細胞を、全反射蛍光(TIRF)顕微鏡(Tokunagaら、Biochem.Biophys.Res.Commun.,235,47−53(1997);Funatsuら、Nature,374,555−9(1995))を用いて画像化した。固体レーザー(488nm、20mW、SAPPHIRE 488−20−OPS,COHERENT,CA)からのビームを、照射のために、倒立顕微鏡(IX−81,Olympus)に導入した。画像を、EB−CCDカメラ(C−7190−23,Hamamatsu Photonics)を用いてキャプチャーした。画像の記録および分析を、AquaCosmosソフトウェア(Hamamatsu Photonics)を用いて行った。細胞を、ポリ−L−リジンをコートしたガラス底皿(Matsunami)上で、葉酸およびリボフラビンを含まないフェノールレッドフリー Eagle’s MEM中で分析した。
(蛍光共鳴エネルギー転移(FRET))
CFPおよびYFPを、テンプレートとしてpECFP−C1およびpEYFP−C1(BD Biosciences Clontech)を用いるPCRにより、上記のpTα/GFP融合タンパク質と同じ様式で、pTαまたはpTαR102/117Aと融合させた。TCRαnull TG40β細胞を、これらの蛍光タンパク質を用いて、レトロウイルスにより再構成した。フローサイトメトリーによるFRETの検出のために、細胞を、FACSAriaを用いて、YFP(励起480nm;発光530nm)、CFP(励起407nm;発光510nm)およびFRET(励起407nm;発光535nm)について分析した。FRETを、CFP励起により得られるYFP発光として表し、これをYFP励起によるYFP発光に対してプロットした。
(結果)
(pre−TCRの構成的インターナリゼーションおよびリソソーム局在)
pre−TCRは、リガンド非依存的な様式で作用することが提唱されているが、このような自律的シグナル伝達の基礎を成す分子機構は、明らかではない。
この問題に取り組むために、本発明者らは、pTαおよびTCRαのGFP融合タンパク質(すなわち、キメラタンパク質)を用いて、同じ細胞状況下でpre−TCRおよびαβTCRの亜細胞局在および動的輸送(dynamic trafficking)を可視化した。
蛍光標識したpre−TCRおよびαβTCRを、それぞれ、pTα/GFPおよびTCRα/GFPを導入することによって、TCRαnullT細胞ハイブリドーマ(TG40β)において再構成した。
抗TCRβ染色は、pre−TCRの表面発現レベルが、αβTCRのレベルよりもかなり低い(図1a、左パネル群および中央パネル群)が、これら2つの株の総GFP発現レベルは、類似していた(図1a、中央パネル群)ことを示した。これらの観察と一致して、TCRα/GFPではなく、pTα/GFPのかなりの画分が、細胞内小胞区画(intracellular vesicular compartments)において見出され(図1a、右パネル群)、これらは、リソソームのマーカーと同時局在していた(図1b)。抗TCRβ mAbを用いて標識したTCRβ鎖表面は、37℃にて30分間インキュベートした後、pTα/GFPと同時局在していた(図1c)。このことは、pre−TCR複合体が、細胞表面から迅速にインターナライズされることを示した。これらの観察は、pre−TCRが、自律的に結合され得ることを示唆した。
TG40β細胞の表面上のpTα/GFPを含むレセプター複合体、またはTCRα/GFPを含むレセプター複合体の自己オリゴマー化能力を、先に記載したように、TIRF顕微鏡により評価した。
細胞表面上の単一のレセプタークラスター内のGFP分子の数を、pTα/GFPまたはTCRα/GFPを用いて評価した。細胞表面上のレセプターの単一クラスターを反映する単一の明るいスポットの各々の蛍光強度を、Funatsuら、Nature,374,555−9(1995)に記載されるように決定した。個々の表面の明るいスポットを分析し、そしてそれらの蛍光を、度数分布のヒストグラムとして表す(図1d)。組換えGFPから同時に決定された単一のGFP分子の平均蛍光強度は、1585±56a.u.(arbitrary units)であった。オリゴマーを反映する高い蛍光強度を有するクラスターが、pTα/GFPを発現する細胞においてのみ観察され(図1d、下パネル)、そしてTCRα/GFPを発現する細胞では観察されなかった(図1d、上パネル)ことは注目に値する。
上記と一致して、細胞表面上のpTα/GFPの、単分子レベルでの、顕微鏡分析は、pre−TCR複合体が、原形質膜内でオリゴマーを形成する能力を有することを示唆した(図1d)。
(pTα/EPORキメラは、自律的増殖を誘導する)
上記に示したpre−TCRの固有の特性は、pTαに完全に依存する。なぜならば、細胞状況および他のレセプター成分(TCRβおよびCD3複合体)が、これらの2つの細胞株の間で一致するからである。従って、本発明者らは、pTαの構造および機能に焦点を合わせ、そしてpTαのリガンド結合の非存在下でのオリゴマー化能力を試験する新規のシステムを利用した。
pTαおよびTCRαの細胞外ドメインを、ヒトエリスロポイエチンレセプター(EPOR)の膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインへ融合した(それぞれ、pTα/EPORおよびTCRα/EPORという)(図2a)。形質導入したBAF3細胞における各キメラレセプターの発現を、抗EPORイムノブロット及び染色により確認した(図2b、図2c)。pTα/EPORを形質導入したBAF3細胞は、IL−3の非存在下でさえ、かなりの増殖を示し、他方、偽感染(mock)またはTCRα/EPOR感染は、BAF3増殖に影響を与えなかった(図2d)。これらの結果は、pTαの細胞外ドメイン自体が、自発的にオリゴマーを形成する能力を有することを示した。
pTα/CFPおよびpTα/YFPを用いるFRET分析もまた、pre−TCRが細胞表面上にオリゴマーを形成する能力を有することを示した(図2e)。
(pTαの特定の荷電した残基は、pTα/EPOR活性に重要である)
pTαのオリゴマー化のための構造的要件を解明するために、pTα/EPORにより誘導される細胞増殖を利用して、突然変異誘発を行った。
本発明者らは、ヒトおよびマウスのpTαに関して保存されている荷電したアミノ酸残基に注目した(図3a)。pTαのこれらのアミノ酸の全てを、個別かつ同時に変異させ、そしてBAF3増殖に対するこれらの影響を評価した。
本発明者らは、D22、R24、R102、およびR117が、pTα/EPOR機能に重要であることを見出した。なぜならば、これらの残基の各々のアラニン置換は、増殖を支持する活性を無効にしたからである(図3b、m5、m9−m11)。
R24の、かさ高いアミノ酸残基(Q)、親水性のアミノ酸残基(S)、または酸性のアミノ酸残基(E)との置換は、pTα/EPOR活性を完全に無効にし(図3b、m12−m14)、他方、R24、R102、およびR117の、塩基性アミノ酸残基(K)との置換は、この活性を維持した(図3b、m15−m19)。
このことは、これらの残基の正電荷が、活性に重要であることを示唆する。同様に、D22A変異は、活性を抑止したが、負電荷を保持したD22E変異は、活性を維持した(図3b、m6)。まとめると、これらの観察は、22位、24位、102位、および117位の荷電したアミノ酸は、pTαの自己オリゴマー化特性に重要であることを示唆する。
pTα−TCRβヘテロ二量体の三次元構造の状況下で、これらの荷電した残基を配置することを試みるために、分子モデリングを、αβTCRヘテロ二量体の結晶構造(Wangら、Embo.J.,17,10−26(1998))に基づいて行った(詳細については、前述のとおりである)。
このモデルは、機能的に重要なアミノ酸である、D22、R24、R102、およびR117が、pTα−TCRβ複合体の分子表面上に位置付けられることを示す(図3c)。このことは、これらの残基が、オリゴマー形成を導く静電的相互作用を促進するように適切に配置されていることを示唆する。
明らかに対照的に、他の荷電した残基である、E81、E82、E84、E87、D35、およびD42は、TCRβと向い合うことが示された(図3d)。このことは、これらの残基が、pre−TCRの自己オリゴマー化に関与する可能性が低いことを示唆する。
この仮定と一致して、これらの残基は、胸腺細胞におけるpTα−TCRβ複合体形成において役割を果たし得るにもかかわらず、pTα/EPORタンパク質の自己オリゴマー化に必須ではなかった。
(pTαのR102/R117は、インビボでのβ選択に重要である)
上記の荷電した残基が、pre−TCR機能に実際に寄与するか否かを検討した。4つの重要な荷電した残基の中で、R102およびR117は、pTα−β境界面から別々の方向に離れていることから、R102/117A変異を有するpTα/GFP融合タンパク質(pTαR102/117A/GFP)を、TCRαnullT細胞へと導入し、そして、上記と同じように、インターナリゼーションについて分析した。
pTαR102/117A/GFPを発現する細胞の細胞表面上のpre−TCR発現は、野生型(WT)における発現よりもかなり高かった(図4a)。さらに、構成的なインターナリゼーションを反映するpre−TCRを含有する細胞内小胞は、R102/117A変異体によりかなり減少される(図4b)。これらの結果は、これらの荷電した残基が、効果的なpre−TCRインターナリゼーションに重要であることを示す。
本発明者らは、次いで、放射線BMT実験において、インビボでの胸腺細胞の発達におけるこの変異体pTαの機能を分析した。
pTα−/−マウス由来のBM細胞に、pTαWT−IRES−hCD8またはpTαR102/117A−IRES−rCD2をレトロウイルスにより形質導入し、そして、照射したRag2−/−マウスに注入した。3週間後、レシピエントマウス由来の胸腺細胞を、hCD8集団またはrCD2集団におけるCD4およびCD8発現について分析した(図4c、上パネル群)。WT pTαを発現する細胞は、効果的なDP移行を示し(DP細胞は、hCD8胸腺細胞の85.6%を表した)、他方、DP胸腺細胞は、pTαR102/117Aを発現する細胞(rCD2)のわずか10.8%を表した。さらに、β選択と関連する別の事象である、CD25のダウンレギュレーションは、pTαRR102/117AではなくpTαWTを発現するpTα−/−マウス由来の胸腺細胞において顕著であった(図4c、下パネル群)。
これらの結果はまた、競合的BMT実験においても確認された。pTα−/−BM細胞に、pTαWT−IRES−hCD8またはpTαR102/117A−IRES−rCD2を別々に形質導入し、1:1の割合で混合し、そして照射したRag2−/−レシピエントマウスへと注射した。再度、R102/117A変異体(rCD2)を発現する胸腺細胞は、WT(hCD8)よりも効果の低いDP移行を示した。従って、pTαの細胞外ドメイン内のR102および/またはR117は、β選択チェックポイントのトラバース(インビボでのpre−TCRの生理学的機能)に重要であると考えられる。
(実施例2)
pre−TCRは、リガンド非依存的な様式で作用することが提唱されている(Irvingら、Science,280,905−8(1998))が、このような自律的シグナル伝達の基礎となる分子機構は明らかではない。
発明者らは、pre−TCRに固有のタンパク質であるpTαに焦点を合わせ、pTαのオリゴマー化能力を試験するために本発明のシステムを利用した。
pTαの細胞外ドメインおよびTCRαの細胞外ドメインを、それぞれ、EPORの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインへ融合したキメラタンパク質(図2a;以下、それぞれ、pTα/EPORおよびTCRα/EPORという)を発現するBAF3細胞を作製した。
pTαの全長を含むプラスミドを鋳型にしてprimer(1)とEPORの膜貫通ドメインの一部を含むprimer(2)を用いてpTαの細胞外ドメインを増幅した。一方、TCRαの全長を含むプラスミドを鋳型にしてprimer(1)とEPORの膜貫通ドメインの一部を含むprimer(3)を用いてTCRαの細胞外ドメインを増幅した。
pTαの細胞外ドメインの増幅物を、EPORの全長を含むプラスミドを鋳型としてprimer(4)とpTαの細胞外ドメインの一部を含むprimer(5)を用いて増幅したEPORの膜貫通ドメイン〜細胞内ドメインにアニールさせ、primer(1)およびprimer(4)を用いて増幅して、目的とするpTα/EPORキメラ分子をコードするcDNAを得た。一方、TCRαの細胞外ドメインの増幅物を、EPORの全長を含むプラスミドを鋳型としてprimer(4)とTCRαの細胞外ドメインの一部を含むprimer(6)にて増幅したEPORの膜貫通ドメイン〜細胞内ドメインにアニールさせ、primer(1)およびprimer(4)にて増幅して、目的とするTCRα/EPORキメラ分子をコードするcDNAを得た。
pTα/EPORキメラ分子をコードするcDNAおよびTCRα/EPORキメラ分子をコードするcDNAを、それぞれ、pMX−IRES−GFPベクターへサブクローニングし、以下の解析に供した。
primer(1)GGTGGACCATCCTCTAGACT(配列番号8)
primer(2)AGGGAGAGCGTCAGGATGAGTACCTGCCGCTGTGTCCCCC(配列番号9)
primer(3)AGGGAGAGCGTCAGGATGAGCAGGTTTTGAAAGTTTAGGT(配列番号10)
primer(4)TAATACGACTCACTATAGGG(配列番号11)
primer(5)GGGGGACACAGCGGCAGGTACTCATCCTGACGCTCTCCCT(配列番号12)
primer(6)ACCTAAACTTTCAAAACCTGCTCATCCTGACGCTCTCCCT(配列番号13)
pMX−IRES−GFPベクター中のpTα/EPORおよびTCRα/EPORを、それぞれ、BAF3細胞にトランスフェクトし、BAF3細胞トランスフェクタントにおける各キメラレセプターの発現を、抗EPORイムノブロット(図2b)及び抗EPOR染色(図2c)により確認した。
IL−3枯渇後の細胞生存度を、フローサイトメトリーによりヨウ化プロピジウム(PI)陰性の細胞を計数することにより決定した。
図2dに、GFP細胞(キメラを発現しない細胞:○)またはGFP細胞(キメラを発現する細胞:●)の生存度を、0日目の生存細胞数を100とした相対百分率として表す。各条件についての感染効率は、全ての実験および類似の結果を示した4つの独立した実験において50%〜80%であった。
IL−3の非存在下でさえ、pTα/EPORを導入したBAF3細胞は、かなりの増殖を示し、他方、偽感染(Mock)またはTCRα/EPOR感染は、BAF3増殖に影響を与えなかった(図2d)。
上記の結果は、pTαの細胞外ドメイン自体が、自発的にオリゴマーを形成する能力を有することを示唆した。
また、細胞外ドメインのS−S結合によりホモ二量体として存在することが既知な分子であるCD8を用いて実験を行った。
CD8の細胞外ドメインを、EPORの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインへ融合したキメラタンパク質(以下、CD8/EPORという)を発現するBAF3細胞を作製した。
具体的には、CD8の全長を含むプラスミドを鋳型にしてprimer(7)とEPORの膜貫通ドメインの一部を含むprimer(8)にてCD8の細胞外ドメインを増幅した。CD8の細胞外ドメインの増幅物を、EPORの全長を含むプラスミドを鋳型としてprimer(9)とCD8の細胞外ドメインの一部を含むprimer(10)を用いて増幅したEPORの膜貫通ドメイン〜細胞内ドメインにアニールさせ、primer(7)及びprimer(9)を用いて増幅し、目的とするCD8/EPORキメラ分子をコードするcDNAを得た。CD8/EPORキメラ分子をコードするcDNAをpMX−IRES−GFPベクターへサブクローニングし、以下の解析に供した。
primer(7)GGTGGACCATCCTCTAGACT(配列番号14)
primer(8)AGGGAGAGCGTCAGGATGAGATCACAGGCGAAGTCCAATC(配列番号15)
primer(9)TTTGCGGCCGCTAAGAGCAAGCCACATAGC(配列番号16)
primer(10)GATTGGACTTCGCCTGTGATCTCATCCTGACGCTCTCCCT(配列番号17)
pMX−IRES−GFPベクター中のCD8/EPORを、BAF3細胞にトランスフェクトした。
IL−3枯渇後の細胞増殖度を、フローサイトメトリーによりヨウ化プロピジウム(PI)陰性の細胞を計数することにより決定した。
図5に、GFP細胞(キメラを発現する細胞:●)またはGFP細胞(キメラを発現しない細胞:○)の細胞増殖度を、0日目の生存細胞数を100とした相対百分率として表す。図5から、CD8/EPORキメラは細胞増殖を誘導していることがわかる。
(Example 1)
(Method)
(mouse)
Rag2 with C57BL / 6 background − / − Mice were obtained from Taconic. pre-Tα − / − The mice were Provided by Dr. von Boehmer (Dana-Farber Cancer Institute, Harvard Medical School). All mice were maintained in a laminar flow clean room and given standard laboratory food and water as appropriate. All animal experiments were performed according to our institutional guidelines.
(Cells and reagents)
Hatocytochrome c-specific T cell hybridoma (2B4) and its α β The variant (TG40) was maintained in RPMI 1640 supplemented with 10% FCS. TG40 was infected with P14 TCRβ chain using the pMX-puro retroviral vector (TG40β).
Anti-CD4 mAb, anti-CD8 mAb, anti-TCRβ mAb, anti-CD25 mAb, and anti-hCD8 mAb were purchased from eBioscience.
Anti-pTα (2F5) mAb was obtained from BD Biosciences.
Anti-rCD2 mAb was obtained from CedarLane.
Anti-hEPOR mAb was obtained from Santa Cruz.
(Chimeric protein construction)
pTα / GFP was prepared by fusing GFP to the C-terminus of the pTα chain by the PCR method.
TCRα / GFP was prepared by fusing GFP to the C-terminus of P14 TCRα chain by PCR.
pTα / EPOR was generated by fusing the extracellular domain of pTα to the transmembrane and cytoplasmic domains of human erythropoietin receptor by PCR.
TCRα / EPOR was generated by fusing the extracellular domain of P14 TCRα to the transmembrane and cytoplasmic domains of human erythropoietin receptor by PCR.
Specifically, the extracellular domain of pTα was amplified using primer (1) and primer (2) containing a part of the transmembrane domain of EPOR using a plasmid containing the full length of pTα as a template. On the other hand, the extracellular domain of TCRα was amplified with primer (3) containing a part of the transmembrane domain of primer (1) and EPOR using a plasmid containing the full length of TCRα as a template.
EPOR transmembrane domain-cell amplified by amplification of pTα extracellular domain using primer (4) and primer (5) containing part of pTα extracellular domain using plasmid containing EPOR full length as template Annealed to the inner domain and amplified using primer (1) and primer (4) to obtain cDNA encoding the desired pTα / EPOR chimeric molecule. On the other hand, an amplified product of the extracellular domain of TCRα was amplified by primer (4) using a plasmid containing the full length of EPOR as a template and primer (6) containing a part of the extracellular domain of TCRα. It was annealed to the intracellular domain and amplified by primer (1) and primer (4) to obtain cDNA encoding the target TCRα / EPOR chimeric molecule.
The cDNA encoding the pTα / EPOR chimeric molecule and the cDNA encoding the TCRα / EPOR chimeric molecule were respectively subcloned into the pMX-IRES-GFP vector and subjected to the following analysis.
primer (1) GGTGGACCATCCCTCTAGACT (SEQ ID NO: 8)
primer (2) AGGGAGAGCGTCAGGATGAGTACCCTGCCGCTGTGTCCCCC (SEQ ID NO: 9)
primer (3) AGGGAGAGCGTCAGGATGAGCAGGTTTTGAAAGTTTAGGT (SEQ ID NO: 10)
primer (4) TAATACGACTCACTATAGG (SEQ ID NO: 11)
primer (5) GGGGGACACACGCGGCAGGTACTCATCCCTGACGCTCTCCCT (SEQ ID NO: 12)
primer (6) ACCTAAACTTTCAAAACCTGCTCATCCCTGACGCTCTCCCT (SEQ ID NO: 13)
pMX-IRES-rCD2 Provided by Dr. Kubo (Riken).
pMX-IRES-hCD8 was constructed by replacing the NcoI / SalI fragment of GFP in MX-IRES-GFP with a truncated human CD8α (Δ198-214) lacking the cytoplasmic region.
(marrow transplant)
For bone marrow transplantation (BMT), Rag2 − / − Mouse-derived Sca-1 + BM cells were sorted by MACS (Miltenyi) and 1 × 10 in RPMI 1640 supplemented with 10% FCS, 10 ng / ml IL-7 and 100 ng / ml SCF (Pepro Tech). 6 / Ml. Retrovirus-mediated gene transfer was performed according to the method described by Yamasaki et al., Blood, 103, 3093-101 (2004). On day 1 and 2, 10-fold concentrated retroviral supernatant was added and this was centrifuged at 2000 rpm for 1 hour at 32 ° C. 4 days after infection, hCD8 + Cells were sorted using MACS (Miltenyi) and irradiated (7 Gy) Rag2 − / − Mice were injected intravenously. Six weeks after BMT, thymocytes or splenocytes were removed from the mice and analyzed.
(Competitive BMT)
pTα − / − Mouse-derived Sca-1 + BM cells were treated with a retroviral vector encoding wild type pTα-IRES-hCD8 or pTα as described above. R102 / 117A -Infected with a retroviral vector encoding IRES-rCD2. 4 days after infection, hCD8 + Cells or rCD2 + Cells were sorted using MACS. 5 x 10 from each population 5 Cells were mixed and irradiated (4 Gy) Rag2 − / − Mice were injected. Three weeks after BMT, thymocytes were analyzed using FACS.
(Molecular modeling of pTα-β heterodimer complex)
The sequence of mouse pTα (Genbank accession number: NM — 011195) was obtained from the NCBI server. A partial sequence ranging from the 10th residue to the 119th residue of pTα was extracted, and its three-dimensional structure was predicted using a general method for homology modeling. The crystal structure of TCRα (PDB-entry: 1 nfd) (Wang et al., Embo. J., 17, 10-26 (1998)) was used as a template for creating a homology model. Protein Data Bank (PDB) (Berman et al. , Nucleic. Acid. Res., 28, 235-42 (2000)). The partial sequence of pTα was aligned with the template protein using NW alignment (Needleman et al., J. Mol. Biol., 48, 443-53 (1970)). In order to obtain proper alignment, gaps and Cys residues in pTα were manually moved towards the corresponding positions of the Cys residues of the template protein. Upon achieving proper alignment, the main chain atoms in the target protein were assigned to the corresponding residue coordination in the template protein of TCRα. Loop region insertions and deletions were modeled by searching the appropriate database from a fragment database created from fragments of proteins of known structure. Side chains were constructed on the pTα model backbone using the Metropolis Monte Carlo method. In order to relax the structure, a 500 ps molecular dynamics simulation was performed using molecular dynamics package AMBER8 (Cornell et al., Abstracts of the Papers of the American Chemical Society, 204, 40-Comp, 1992) 1-41 (1995)). The figure was created using ViewerLite (Accelrys).
(Single molecule analysis)
Cells were imaged using a total internal reflection fluorescence (TIRF) microscope (Tokunaga et al., Biochem. Biophys. Res. Commun., 235, 47-53 (1997); Funatsu et al., Nature, 374, 555-9 (1995)). Turned into. A beam from a solid state laser (488 nm, 20 mW, SAPPHIRE 488-20-OPS, COHERENT, CA) was introduced into an inverted microscope (IX-81, Olympus) for irradiation. Images were captured using an EB-CCD camera (C-7190-23, Hamamatsu Photonics). Image recording and analysis was performed using AquaCosmos software (Hamamatsu Photonics). Cells were analyzed in phenol red-free Eagle's MEM without folic acid and riboflavin on glass bottom dishes (Matsunami) coated with poly-L-lysine.
(Fluorescence resonance energy transfer (FRET))
CFP and YFP were analyzed by PCR using pECFP-C1 and pEYFP-C1 (BD Biosciences Clontech) as templates in the same manner as the pTα / GFP fusion protein described above. R102 / 117A And fused. TCRα null TG40β cells were reconstituted with retroviruses using these fluorescent proteins. For detection of FRET by flow cytometry, cells were analyzed for YFP (excitation 480 nm; emission 530 nm), CFP (excitation 407 nm; emission 510 nm) and FRET (excitation 407 nm; emission 535 nm) using FACSAria. FRET was expressed as YFP emission obtained by CFP excitation and plotted against YFP emission by YFP excitation.
(result)
(Constitutive internalization and lysosomal localization of pre-TCR)
Although pre-TCR has been proposed to act in a ligand-independent manner, the molecular mechanism underlying such autonomous signaling is not clear.
To address this issue, we used pTα and TCRα GFP fusion proteins (ie, chimeric proteins) to subcellular localization and dynamic transport of pre-TCR and αβTCR under the same cellular conditions ( dynamic trafficking) was visualized.
Fluorescently labeled pre-TCR and αβTCR were introduced into TCRα by introducing pTα / GFP and TCRα / GFP, respectively. null Reconstituted in a T cell hybridoma (TG40β).
Anti-TCRβ staining showed that the surface expression level of pre-TCR was significantly lower than that of αβTCR (FIG. 1a, left panel group and middle panel group), but the total GFP expression levels of these two strains were similar (FIG. 1a, central panel group). Consistent with these observations, a significant fraction of pTα / GFP but not TCRα / GFP was found in intracellular vesicular compartments (FIG. 1a, right panel group), which are Co-localized with lysosomal markers (FIG. 1b). The TCRβ chain surface labeled with anti-TCRβ mAb was co-localized with pTα / GFP after incubation at 37 ° C. for 30 minutes (FIG. 1c). This indicated that the pre-TCR complex was rapidly internalized from the cell surface. These observations suggested that pre-TCR can be bound autonomously.
The ability of the receptor complex containing pTα / GFP on the surface of TG40β cells or the receptor complex containing TCRα / GFP to be evaluated by TIRF microscopy as described above.
The number of GFP molecules within a single receptor cluster on the cell surface was assessed using pTα / GFP or TCRα / GFP. The fluorescence intensity of each single bright spot reflecting a single cluster of receptors on the cell surface was determined as described in Funatsu et al., Nature, 374, 555-9 (1995). The bright spots on the individual surfaces are analyzed and their fluorescence is represented as a frequency distribution histogram (FIG. 1d). The average fluorescence intensity of a single GFP molecule determined simultaneously from recombinant GFP is 1585 ± 56 a. u. (Arbitrary units). Clusters with high fluorescence intensity reflecting oligomers were observed only in cells expressing pTα / GFP (FIG. 1d, lower panel) and not observed in cells expressing TCRα / GFP (FIG. 1d, upper panel). ) Is noteworthy.
Consistent with the above, microscopic analysis at the monomolecular level of pTα / GFP on the cell surface suggested that the pre-TCR complex has the ability to form oligomers in the plasma membrane (Fig. 1d).
(PTα / EPOR chimera induces autonomous growth)
The inherent properties of the pre-TCR shown above are completely dependent on pTα. This is because the cellular status and other receptor components (TCRβ and CD3 complex) are consistent between these two cell lines. Thus, we focused on the structure and function of pTα and utilized a novel system that tests the oligomerization ability of pTα in the absence of ligand binding.
The extracellular domains of pTα and TCRα were fused to the transmembrane and cytoplasmic domains of human erythropoietin receptor (EPOR) (referred to as pTα / EPOR and TCRα / EPOR, respectively) (FIG. 2a). The expression of each chimeric receptor in the transduced BAF3 cells was confirmed by anti-EPOR immunoblot and staining (FIGS. 2b and 2c). BAF3 cells transduced with pTα / EPOR showed significant proliferation even in the absence of IL-3, whereas mock infection or TCRα / EPOR infection did not affect BAF3 proliferation ( FIG. 2d). These results indicated that the extracellular domain of pTα itself has the ability to spontaneously form oligomers.
FRET analysis using pTα / CFP and pTα / YFP also showed that pre-TCR has the ability to form oligomers on the cell surface (FIG. 2e).
(Specific charged residues of pTα are important for pTα / EPOR activity)
To elucidate the structural requirements for oligomerization of pTα, mutagenesis was performed utilizing cell growth induced by pTα / EPOR.
We focused on the charged amino acid residues conserved for human and mouse pTα (FIG. 3a). All of these amino acids of pTα were mutated individually and simultaneously and their effects on BAF3 proliferation were evaluated.
The inventors have found that D22, R24, R102, and R117 are important for pTα / EPOR function. This is because the alanine substitution of each of these residues abolished the activity supporting growth (Figure 3b, m5, m9-m11).
Replacement of R24 with a bulky amino acid residue (Q), a hydrophilic amino acid residue (S), or an acidic amino acid residue (E) completely abolishes pTα / EPOR activity (FIG. 3b, m12 -M14), on the other hand, replacement of R24, R102, and R117 with basic amino acid residues (K) maintained this activity (Figure 3b, m15-m19).
This suggests that the positive charge of these residues is important for activity. Similarly, the D22A mutation abrogated the activity, while the D22E mutation that retained a negative charge maintained the activity (FIG. 3b, m6). Taken together, these observations suggest that the charged amino acids at positions 22, 24, 102, and 117 are important for the pTα self-oligomerization properties.
In order to attempt to place these charged residues in the context of the three-dimensional structure of the pTα-TCRβ heterodimer, molecular modeling was performed to determine the crystal structure of the αβTCR heterodimer (Wang et al., Embo. J , 17, 10-26 (1998)) (details are as described above).
This model shows that functionally important amino acids D22, R24, R102, and R117 are located on the molecular surface of the pTα-TCRβ complex (FIG. 3c). This suggests that these residues are properly positioned to promote electrostatic interactions that lead to oligomer formation.
In sharp contrast, the other charged residues, E81, E82, E84, E87, D35, and D42, were shown to face TCRβ (FIG. 3d). This suggests that these residues are unlikely to be involved in pre-TCR self-oligomerization.
Consistent with this assumption, these residues were not essential for pTα / EPOR protein auto-oligomerization, although they may play a role in pTα-TCRβ complex formation in thymocytes.
(R102 / R117 of pTα is important for β selection in vivo)
It was investigated whether the above charged residues actually contribute to pre-TCR function. Among the four important charged residues, R102 and R117 are separated from the pTα-β interface in different directions, so that the pTα / GFP fusion protein (pTα with the R102 / 117A mutation). R102 / 117A / GFP) with TCRα null It was introduced into T cells and analyzed for internalization as described above.
pTα R102 / 117A Pre-TCR expression on the cell surface of cells expressing / GFP was significantly higher than that in wild type (WT) (FIG. 4a). Furthermore, intracellular vesicles containing pre-TCR reflecting constitutive internalization are significantly reduced by the R102 / 117A mutant (FIG. 4b). These results indicate that these charged residues are important for effective pre-TCR internalization.
We then analyzed the function of this mutant pTα in thymocyte development in vivo in a radiation BMT experiment.
pTα − / − PTα was added to mouse-derived BM cells. WT -IRES-hCD8 or pTα R102 / 117A -IRES-rCD2 transduced by retrovirus and irradiated Rag2 − / − Mice were injected. After 3 weeks, thymocytes from recipient mice were + Population or rCD2 + CD4 and CD8 expression in the population was analyzed (Figure 4c, upper panel group). Cells expressing WT pTα show effective DP translocation (DP cells are hCD8 + Representing 85.6% of thymocytes), while DP thymocytes are pTα R102 / 117A Expressing cells (rCD2 + ) Of 10.8%. Furthermore, another event associated with β selection, CD25 down-regulation, is pTαR. R102 / 117A Not pTα WT Expressing pTα − / − It was prominent in thymocytes derived from mice (Fig. 4c, lower panel group).
These results were also confirmed in competitive BMT experiments. pTα − / − In BM cells, pTα WT -IRES-hCD8 or pTα R102 / 117A -IRES-rCD2 was transduced separately, mixed in a 1: 1 ratio, and irradiated Rag2 − / − Recipient mice were injected. Again, the R102 / 117A mutant (rCD2 + Thymocytes expressing WT (hCD8 + ) Showed less effective DP transition. Therefore, R102 and / or R117 within the extracellular domain of pTα are thought to be important for traversing the β selection checkpoint (the physiological function of pre-TCR in vivo).
(Example 2)
Although pre-TCR has been proposed to act in a ligand-independent manner (Irving et al., Science, 280, 905-8 (1998)), the molecular mechanisms underlying such autonomous signaling Is not clear.
The inventors focused on pTα, a protein unique to pre-TCR, and utilized the system of the present invention to test the oligomerization ability of pTα.
BAF3 cells expressing a chimeric protein (FIG. 2a; hereinafter referred to as pTα / EPOR and TCRα / EPOR, respectively) in which the extracellular domain of pTα and the extracellular domain of TCRα are fused to the transmembrane domain and cytoplasmic domain of EPOR, respectively. Was made.
Using the plasmid containing the full length of pTα as a template, the extracellular domain of pTα was amplified using primer (1) and primer (2) containing a part of the transmembrane domain of EPOR. On the other hand, the extracellular domain of TCRα was amplified using primer (1) and primer (3) containing a part of the transmembrane domain of EPOR using a plasmid containing the full length of TCRα as a template.
EPOR transmembrane domain-cell amplified by amplification of pTα extracellular domain using primer (4) and primer (5) containing part of pTα extracellular domain using plasmid containing EPOR full length as template Annealed to the inner domain and amplified using primer (1) and primer (4) to obtain cDNA encoding the desired pTα / EPOR chimeric molecule. On the other hand, an amplified product of the extracellular domain of TCRα was amplified by primer (4) using a plasmid containing the full length of EPOR as a template and primer (6) containing a part of the extracellular domain of TCRα. It was annealed to the intracellular domain and amplified by primer (1) and primer (4) to obtain cDNA encoding the target TCRα / EPOR chimeric molecule.
The cDNA encoding the pTα / EPOR chimeric molecule and the cDNA encoding the TCRα / EPOR chimeric molecule were respectively subcloned into the pMX-IRES-GFP vector and subjected to the following analysis.
primer (1) GGTGGACCATCCCTCTAGACT (SEQ ID NO: 8)
primer (2) AGGGAGAGCGTCAGGATGAGTACCCTGCCGCTGTGTCCCCC (SEQ ID NO: 9)
primer (3) AGGGAGAGCGTCAGGATGAGCAGGTTTTGAAAGTTTAGGT (SEQ ID NO: 10)
primer (4) TAATACGACTCACTATAGG (SEQ ID NO: 11)
primer (5) GGGGGACACACGCGGCAGGTACTCATCCCTGACGCTCTCCCT (SEQ ID NO: 12)
primer (6) ACCTAAACTTTCAAAACCTGCTCATCCCTGACGCTCTCCCT (SEQ ID NO: 13)
pTα / EPOR and TCRα / EPOR in the pMX-IRES-GFP vector were transfected into BAF3 cells, respectively, and the expression of each chimeric receptor in BAF3 cell transfectants was compared with anti-EPOR immunoblot (FIG. 2b) and anti-EPOR. Confirmed by EPOR staining (Figure 2c).
Cell viability after IL-3 depletion was determined by counting propidium iodide (PI) negative cells by flow cytometry.
In FIG. 2d, GFP Cells (cells that do not express chimera: ◯) or GFP + The viability of the cells (cells expressing the chimera: ●) is expressed as a relative percentage with the number of viable cells on day 0 as 100. The infection efficiency for each condition was 50% -80% in all experiments and 4 independent experiments that showed similar results.
Even in the absence of IL-3, BAF3 cells transduced with pTα / EPOR showed significant proliferation, whereas mock or TCRα / EPOR infection did not affect BAF3 proliferation (FIG. 2d).
The above results suggested that the extracellular domain of pTα itself has the ability to spontaneously form oligomers.
In addition, experiments were performed using CD8, which is a molecule known to exist as a homodimer due to the S—S bond of the extracellular domain.
BAF3 cells expressing a chimeric protein (hereinafter referred to as CD8 / EPOR) in which the extracellular domain of CD8 was fused to the transmembrane domain and cytoplasmic domain of EPOR were prepared.
Specifically, the extracellular domain of CD8 was amplified using primer (7) and primer (8) containing a part of the transmembrane domain of EPOR using a plasmid containing the full length of CD8 as a template. Amplified product of CD8 extracellular domain was amplified using primer (9) and primer (10) containing a part of the extracellular domain of CD8, using plasmid containing full length of EPOR as a template ~ cell The inner domain was annealed and amplified using primer (7) and primer (9) to obtain cDNA encoding the desired CD8 / EPOR chimeric molecule. The cDNA encoding the CD8 / EPOR chimeric molecule was subcloned into the pMX-IRES-GFP vector and subjected to the following analysis.
primer (7) GGTGGACCATCCCTCTAGACT (SEQ ID NO: 14)
primer (8) AGGGAGAGCGTCAGGATGGAGATCACAGGCGAAGTCCAATC (SEQ ID NO: 15)
primer (9) TTTGCGGCCGCTATAGAGCAAGCCACATAGC (SEQ ID NO: 16)
primer (10) GATTGGACTTCGCCCTGTGATCTCATCCCTGACGCTCTCCCT (SEQ ID NO: 17)
CD8 / EPOR in the pMX-IRES-GFP vector was transfected into BAF3 cells.
The degree of cell proliferation after IL-3 depletion was determined by counting propidium iodide (PI) negative cells by flow cytometry.
Figure 5 shows the GFP + Cells (cells expressing chimeras: ●) or GFP The degree of cell proliferation of cells (cells not expressing a chimera: ◯) is expressed as a relative percentage with the number of viable cells on day 0 as 100. FIG. 5 shows that the CD8 / EPOR chimera induces cell proliferation.

本発明は、pTαの自己二量体形成を調節することによってT細胞分化を調節する新規作用機序の薬剤を提供する。本発明はまた、このような薬剤のスクリーニング方法、およびこのような薬剤を用いたT細胞分化の調節方法を提供する。
本発明のT細胞分化調節剤は、インビトロおよびインビボの両方において、新規作用機序でT細胞分化を調節する薬剤として有用である。このようなT細胞分化調節剤は、T細胞の異常な分化またはT細胞の増加もしくは減少により特徴付けられる疾患(例えば、急性リンパ性白血病、慢性リンパ性白血病など)を予防または治療するための医薬として有用であり得る。
また、本発明により、種々の細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用を簡便に検出できるシステムが提供される。
本発明により、細胞外領域におけるタンパク質間の相互作用を簡便に検出できるシステムが提供される。本発明の検出システムは、細胞表面タンパク質が関与する細胞事象(例えば、細胞の分化、増殖および生存)における分子機構を解析するツールとして有用である。
本出願は、日本で出願された特願2005−288640および特願2005−289136を基礎としており、その内容は本明細書に全て包含されるものである。
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The present invention provides agents with a novel mechanism of action that regulate T cell differentiation by regulating pTα self-dimerization. The present invention also provides a method for screening such a drug and a method for regulating T cell differentiation using such a drug.
The T cell differentiation regulator of the present invention is useful as an agent that regulates T cell differentiation by a novel mechanism of action both in vitro and in vivo. Such a T cell differentiation regulator is a pharmaceutical agent for preventing or treating a disease (for example, acute lymphocytic leukemia, chronic lymphocytic leukemia, etc.) characterized by abnormal differentiation of T cells or increase or decrease of T cells. As useful.
The present invention also provides a system that can easily detect interactions in the extracellular region between various cell surface proteins.
The present invention provides a system that can easily detect an interaction between proteins in an extracellular region. The detection system of the present invention is useful as a tool for analyzing molecular mechanisms in cellular events involving cell surface proteins (eg, cell differentiation, proliferation and survival).
This application is based on patent application Nos. 2005-288640 and 2005-289136 filed in Japan, the contents of which are incorporated in full herein.
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Claims (18)

プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を調節する物質を含む、T細胞分化調節剤。 A T cell differentiation regulator comprising a substance that regulates self-dimer formation of a pre-T cell antigen receptor α chain. 前記物質が、プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を促進する物質である、請求の範囲1に記載のT細胞分化調節剤。 The T cell differentiation regulator according to claim 1, wherein the substance is a substance that promotes self-dimer formation of a pre-T cell antigen receptor α chain. 前記プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を促進する物質が、プレT細胞抗原レセプターα鎖をコードする核酸分子である、請求の範囲2に記載のT細胞分化調節剤。 The T cell differentiation regulator according to claim 2, wherein the substance that promotes self-dimer formation of the pre-T cell antigen receptor α chain is a nucleic acid molecule encoding the pre T cell antigen receptor α chain. 前記物質が、プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を抑制する物質である、請求の範囲1に記載のT細胞分化調節剤。 The T cell differentiation regulator according to claim 1, wherein the substance is a substance that suppresses self-dimer formation of a pre-T cell antigen receptor α chain. 前記プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を抑制する物質が、プレT細胞抗原レセプターα鎖に対する、アンチセンス核酸、リボザイム、siRNAまたは抗体;あるいはプレT細胞抗原レセプターα鎖の細胞外ドメインのフラグメントである、請求の範囲4に記載のT細胞分化調節剤。 The substance that suppresses self-dimer formation of the pre-T cell antigen receptor α chain is an antisense nucleic acid, ribozyme, siRNA or antibody against the pre-T cell antigen receptor α chain; or the extracellular of the pre-T cell antigen receptor α chain The T cell differentiation regulator according to claim 4, which is a fragment of a domain. プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を調節する工程を含む、T細胞分化を調節する方法。 A method of regulating T cell differentiation, comprising the step of regulating self-dimer formation of a pre-T cell antigen receptor α chain. 被験物質が、プレT細胞抗原レセプターα鎖の自己二量体形成を調節するか否かを評価する工程を含む、T細胞分化調節剤のスクリーニング方法。 A screening method for a T cell differentiation regulator, comprising a step of evaluating whether a test substance regulates self-dimer formation of a pre-T cell antigen receptor α chain. T細胞分化調節剤をスクリーニングするためのキットであって、pTαと蛍光物質とのキメラタンパク質を発現した細胞、あるいは、pTαとエリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターとのキメラタンパク質を発現したIL−3依存性細胞を含む、キット。 A kit for screening for a T cell differentiation regulator, cells expressing a chimeric protein of pTα and a fluorescent substance, or IL-expressing a chimeric protein of pTα and an erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor A kit comprising 3-dependent cells. 細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用を検出する方法であって、
第1のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第1のキメラタンパク質をコードする核酸分子、ならびに
第2のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第2のキメラタンパク質をコードする核酸分子
を導入した、IL−3依存性細胞を、IL−3の非存在下で培養し、該細胞の増殖の有無を確認する工程を含む、方法。
A method for detecting interactions in extracellular regions between cell surface proteins,
A nucleic acid molecule encoding a first chimeric protein comprising an extracellular domain of a first protein and a transmembrane and cytoplasmic domain of an erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor, and an extracellular domain of a second protein IL-3 dependent cells, into which a nucleic acid molecule encoding a second chimeric protein, comprising a transmembrane domain and a cytoplasmic domain of erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor has been introduced, A method comprising the step of cultivating under the conditions and confirming the presence or absence of proliferation of the cells.
第1のタンパク質と第2のタンパク質が、同種のタンパク質である、請求の範囲9に記載の方法。 The method according to claim 9, wherein the first protein and the second protein are the same type of protein. 第1のタンパク質と第2のタンパク質が、異種のタンパク質である、請求の範囲9に記載の方法。 The method according to claim 9, wherein the first protein and the second protein are heterologous proteins. 第1のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第1のキメラタンパク質、ならびに
第2のタンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、第2のキメラタンパク質
を発現した、IL−3依存性細胞。
A first chimeric protein comprising an extracellular domain of a first protein and a transmembrane and cytoplasmic domain of an erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor; and an extracellular domain of a second protein and erythropoietin An IL-3-dependent cell expressing a second chimeric protein comprising a transmembrane domain and a cytoplasmic domain of a receptor or thrombopoietin receptor.
第1のタンパク質と第2のタンパク質が、同種のタンパク質である、請求の範囲12に記載の細胞。 The cell according to claim 12, wherein the first protein and the second protein are the same type of protein. 第1のタンパク質と第2のタンパク質が、異種のタンパク質である、請求の範囲12に記載の細胞。 The cell according to claim 12, wherein the first protein and the second protein are heterologous proteins. 細胞表面タンパク質の細胞外ドメインと、エリスロポイエチンレセプターまたはトロンボポイエチンレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインとを含む、キメラタンパク質。 A chimeric protein comprising an extracellular domain of a cell surface protein and a transmembrane and cytoplasmic domain of an erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor. 請求の範囲15に記載のキメラタンパク質をコードする、核酸分子。 A nucleic acid molecule encoding the chimeric protein according to claim 15. 請求の範囲16に記載の核酸分子を含む、発現ベクター。 An expression vector comprising the nucleic acid molecule according to claim 16. 細胞表面タンパク質間の細胞外領域における相互作用を検出するためのキットであって、以下:
エリスロポイエチンレセプターもしくはトロンボポイエチンレセプターまたはそれらの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインをコードする核酸分子;
発現ベクター;ならびに
IL−3依存性細胞
を含む、キット。
A kit for detecting interactions in the extracellular region between cell surface proteins, comprising:
Nucleic acid molecules encoding erythropoietin receptor or thrombopoietin receptor or their transmembrane and cytoplasmic domains;
An expression vector; and a kit comprising IL-3-dependent cells.
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