WO2021029181A1 - Clsp阻害物質による影響を受けないclsp誘導体及びclsp活性の増強/保護剤 - Google Patents
Clsp阻害物質による影響を受けないclsp誘導体及びclsp活性の増強/保護剤 Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention is a carmodulin having an activity of suppressing nerve cell dysfunction or nerve cell death associated with Alzheimer's disease (AD) and not being inhibited or suppressed by an inhibitor (inhibitor).
- the activity (“AD protective activity”, “anti-AD activity”, “CLSP activity”) of CLSP which comprises a derivative of a similar skin protein (Calmodulin-like skin Protein: CLSP), a polypeptide containing a collagen homologous region of adiponectin, and the like.
- an enhancer or protective agent also referred to as "cytotoxicity inhibitory activity by CLSP”
- a fusion protein containing CLSP or the CLSP derivative and the polypeptide, etc. and a pharmaceutical composition containing these as an active ingredient, particularly for the treatment of Alzheimer's disease.
- pharmaceutical compositions and the like are examples of a pharmaceutical composition containing these as an active ingredient, particularly for the treatment of Alzheimer's disease.
- AD Alzheimer's disease
- the bioactive peptides humanin and CLSP are physiological agonists for the heterotrimeric humanin receptor (htHNR) consisting of the hairy neurotrophic factor receptors ⁇ , WSX-1, and gp130 (4-6). .. They inhibit AD-related neuronal cell death in vitro via htHNR (5,7).
- htHNR heterotrimeric humanin receptor
- transgenic overexpression of CLSP protects against synaptic and amnesia in AD model mice (8).
- the activity of humanin is weak (50% effective concentration is 1 to 10 ⁇ M) (6,7), and the concentration of humanin present in the living body is considered to be insufficient to exert a neuroprotective effect (6, 9).
- CLSP is mainly produced by skin keratinocytes, and is also slightly produced by epithelial cells of some peripheral tissues (10-12). Intraperitoneal administration of CLSP improved scopolamine-induced memory deficits in mice (13). In addition, a sufficient amount of CLSP is present in human cerebrospinal fluid (14). From these experimental facts, it is presumed that CLSP is carried from peripheral tissues by blood circulation to reach the central nervous system (CNS), crosses the blood-brain barrier, and enters nervous tissue (14).
- CNS central nervous system
- CLSP EHR endogenous Humanin homologous region
- CLSP EHR is a sequence consisting of at 40 to 61 th 22 amino acids in is essential to CLSP activity (5), the activity of the wild-type CLSP 10 5 times stronger than Humanin (50% effective concentration is 10-100 pM) (5).
- CLSP concentration in CNS is estimated to be a concentration sufficient to show a neuroprotective effect as an AD protecting factor. From these published findings (5, 6, 8, 9, 13, and 14), it is likely that the central agonist of htHNR in vivo is CLSP rather than humanin.
- a previous study (35) suggests that htHNR activation levels are reduced in CNS patients with AD.
- adiponectin binds to receptors such as adiponectin R1 and adiponectin R2 to activate AMP kinase-mediated intracellular signaling, thereby increasing insulin sensitivity, insulin-independent glucose uptake, and fatty acid degradation. It is an adipose tissue-derived peptide hormone that exhibits various metabolic effects. As a result, this hormone is believed to play a role in suppressing type 2 diabetes, obesity, atherosclerosis, non-alcoholic fatty liver disease, and metabolic syndrome and associated metabolic disorders.
- CLSP has been shown to bind to multiple proteins other than htHNR (15), but it has not been clarified how those bindings affect CLSP function.
- the first object of the present invention is to investigate the possibility that these CLSP binding factors and the CLSP binding factor newly discovered in the present invention regulate CLSP activity, and regarding the proteins that regulate them, It is to perform detailed mechanism analysis.
- the second task is to confirm that CLSP activity is reduced in the central nervous system of AD by using samples derived from AD patients, and it is possible that abnormalities of these CLSP binding factors contribute to the development of AD. It is to consider the sex.
- the third task is to increase or protect the CLSP activity of CLSP derivatives, CLSPs and CLSP derivatives, CLSPs or CLSP derivatives and enhance or protect agents, which are not affected by the inhibition or inhibitory effect of CLSP activity by inhibitors. It is an object of the present invention to provide a fusion protein of the above, and a pharmaceutical composition for suppressing nerve cell dysfunction or nerve cell death related to Alzheimer's disease containing these as an active ingredient.
- the present inventor completed the present invention by obtaining the following findings for the first time in the technical field as a result of diligent research to solve the above problems.
- the CLSP activity is apolipoprotein E (Apolipoprotein E: ApoE; ApoE3 and ApoE4 used in this experiment are homologous proteins with different amino acids and have almost the same biochemical properties), 14-3-3 protein, and calreticulin. It has been found that it is suppressed by CLSP inhibitors (agents) such as calreticulin (FIGS. 2 and 3).
- CLSP inhibitors agents
- calreticulin FIGS. 2 and 3
- the ApoE concentration in human cerebrospinal fluid is estimated to be 40-200 nM (18, 19), while the CLSP concentration is estimated to be 3-6 nM (14). Therefore, assuming that CLSP activity in the in vivo CNS is defined by a simple system consisting only of CLSP and its inhibitors, such high concentrations of endogenous ApoE would completely abolish CLSP activity. It is conceivable (CLSP protective substances are present and maintain CLSP activity in an actual normal living body as described later (FIGS. 5, 6, and 7). Therefore, as a therapeutic means, the central nervous system of AD In order for the reduced CLSP activity (FIGS.
- CLSP concentration in the CNS must be increased to at least 40-200 nM or higher, but this is because CLSP cannot efficiently cross the blood-brain barrier and enter the central nervous system (5,14). Is difficult to achieve with wild-type CLSP administration from the peripheral route.
- CLSP concentrations in CSF and serum are 1 hour after intraperitoneal injection of 5 nmol wild-type CLSP (usually with maximum concentration). (Expected to be) to reach 5 nM and 500 nM, respectively (5).
- wild-type CLSP administration of at least about 10-fold or more to increase the concentration to 40-200 nM or more in CSF by simple calculation.
- the amount of 5 nmol administered in the above experiment is already very large for a mouse, and it is practically difficult to increase the dose any more. That is, wild-type CLSP is obtained from the periphery. It is almost impossible to cause CLSP activity to appear in the CNS by injection. Therefore, in order for CLSP activity to appear in the CNS by peripheral administration of CLSP, it is more efficiently crossed the blood-brain barrier. , And / or CLSPs must be modified or devised to release them from the inhibitory effects of CLSP inhibitors.
- CLSP1-61 As expected, the suppression of V642I-APP-induced neuronal cell death mediated by CLSP1-61 is not inhibited by ApoE3 as well as other CLSP inhibitors such as 14-3-3 ⁇ protein or calreticulin ( FIG. L2). From the above, CLSP1-61 is completely released from inhibition by CLSP inhibitors, and its activity is almost the same as that of the wild type. Therefore, a CLSP derivative that exhibits CLSP activity at a concentration much lower than that of the wild type CLSP in vivo. It was proved that.
- adiponectin is a CLSP activity protecting factor that maintains the activity of CLSP in CNS in which a CLSP inhibitor having an overwhelmingly higher concentration than CLSP is present.
- the present inventor further binds the collagen homologous region of adiponectin (ADN) (ADNCol: corresponding to the 45th to 104th amino acid sequence in ADN) to CLSP alone (Fig. S4), and exhibits CLSP enhancing / protective activity. It was found to be sufficient (FIGS. L3 and L4). Important is the fact that ADNCol's CLSP-enhancing / protective activity is only slightly weaker than that of wild-type adiponectin. In fact, the minimum concentration of wild-type adiponectin to confer full CLSP-enhancing / protective activity is 0.2-0.25 nM, while that of ADNCol is 0.5 nM.
- ADNCol collagen homologous region of adiponectin
- ADNCol lacking the globular domain lacks these metabolic effects of adiponectin. That is, ADNCol lacking a globular domain has a complete CLSP activity-enhancing / protecting effect like wild-type ADN, but unlike wild-type ADN, it cannot bind to normal adiponectin receptors, resulting in so-called metabolic regulation. It is considered that it does not show activity (activity that can cause side effects).
- ADNCol as a CLSP enhancer / protectant is expected to have four advantages over wild-type adiponectin.
- ADNCol does not bind to the normal adiponectin receptor, it is likely that it will not form a complex with hyperphosphorylated tau in neurons.
- the above two points suggest that the amount of ADNCol required to exhibit CLSP-enhancing / protecting activity in vivo is smaller than that of wild-type adiponectin.
- large amounts of wild-type adiponectin can cause side effects by binding to the normal adiponectin receptor and activating various metabolic pathways, as ADNCol does not normally bind to the receptor. It is presumed that there are no side effects.
- amino acid length of ADNCol (60 amino acids: SEQ ID NO: 2) is relatively short as compared with the amino acid length of wild-type adiponectin (244 amino acids: SEQ ID NO: 3), which facilitates industrial production. Due to all these advantages of ADNCol, ADNCol is superior to wild-type adiponectin as an anti-AD drug.
- the present inventor has a stronger protective activity against V642I-APP-induced neuronal cell death than CLSP1-61 and wild-type CLSP in the fusion protein (hybrid peptide) of CLSP or CLSP derivative and enhancer or protective agent.
- Fig. L5 was found. That is, a hybrid peptide consisting of CLSP1-61 and ADNCol (named "CLSPCOL") and a hybrid peptide consisting of wild-type CLSP and ADNCol (named "wt-CLSPCOL”) for completely suppressing V642I-APP-induced neuronal cell death. ) was 0.1 nM, and CLSP1-61 and wild-type CLSP had a minimum concentration of 0.5 nM (Fig. L5). In addition, CLSPCOL and wt-CLSPCOL were not suppressed by CLSP inhibitors, or even if they were suppressed, their degree was mild (Figs. X1 and X2).
- CLSPCOL penetrates the blood-brain barrier more efficiently than wt-CLSPCOL and translocates to CNS (Fig. L6 and Table 1). That is, in mice, the concentration of CLSPCOL 1 hour after intraperitoneal injection of 10 nmol CLSPCOL was 72 nM in interstitial fluid (ISF) -containing brain homogenate and 320 nM in serum (Fig. L6 and Table L1).
- ISF interstitial fluid
- ADNCol SEQ ID NO: 2] ghpghngapgrdgrdgtpgekgekgdpgligpkgdigetgvpgaegprgfpgiqgrkgep [ADN: SEQ ID NO: 3] mlllgavllllalpghdqetttqgpgvllplpkgactgwmagipghpghngapgrdgrdgtpgekgekgdpgligpkgdigetgvpgaegprgfpgiqgrkgepgegayvyrsafsvgletyvtipnmpirftkifynqqnhydgstgkfhcnipglyyfayhitvymkfhcnipglyyhitvymkfhcnipglyy
- CLSP activity an endogenous activity
- the derivative which comprises a humanin homologous region (EHR) and does not contain a region to which an inhibitor of the CLSP activity binds.
- EHR is the amino acid sequence (I): TGKNLSEAQLRKLISEVDS (or G) DGD (Amino acid single letter notation) (I) The derivative according to embodiment 1.
- Aspect 3 The derivative according to aspect 1 or 2, wherein the region to which the inhibitor binds is the amino acid sequence (amino acids 62 to 146) of the C-terminal region of CLSP (SEQ ID NO: 1).
- Aspect 4 The following amino acid sequence: (1) Amino acid sequence of N-terminal region of CLSP (amino acids 1 to 61); (2) In the amino acid sequence of (1) above, one or several (for example, about 2 to 5) amino acids are deleted, substituted or inserted in the amino acid sequence other than EHR contained in the amino acid sequence. Amino acid sequence; or (3) In the amino acid sequence of (1) above, 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 98% or more of the amino acid sequence other than EHR contained in the amino acid sequence.
- Aspect 8 An enhancing or protective agent for CLSP activity contained in CLSP or the CLSP derivative according to Aspect 1, which comprises the polypeptide according to Aspect 7.
- Aspect 9 The enhancer or protectant according to aspect 8, wherein the CLSP is protected from the inhibitory or inhibitory action of the CLSP activity by the inhibitor, or the action of the inhibitor is nullified.
- Aspect 11 The enhancer or protectant according to any one of aspects 8-10, wherein the inhibitor is selected from the group consisting of apolipoprotein E, 14-3-3 protein, and calreticulin.
- a fusion protein comprising CLSP or the CLSP derivative according to aspect 1 and the polypeptide according to aspect 7.
- the fusion protein according to aspect 12 which comprises the amino acid sequence (amino acids 1 to 61) of the N-terminal region of CLSP and ADNCol.
- the fusion protein according to aspect 12 or 13 which is not affected by an inhibitor to inhibit or suppress CLSP activity.
- a pharmaceutical composition for suppressing neuronal cell dysfunction or neuronal cell death associated with Alzheimer's disease which comprises the fusion protein according to any one of the above as an active ingredient.
- the pharmaceutical composition according to Aspect 15 which is used for the prevention or treatment of a disease associated with memory injury or neurodegeneration associated with Alzheimer's disease.
- the pharmaceutical composition according to Aspect 15 or 16 is applied to an individual who has suffered from or is suspected of having a disease associated with cell dysfunction or death of nerve cells, or a disease associated with memory impairment or neurodegeneration.
- a method of treating the disease or disease including the step of administration.
- [Aspect 18] 17 The method of aspect 17, wherein the disease or disease is Alzheimer's disease.
- the CLSP derivative according to any one of aspects 1 to 6, the polypeptide according to aspect 7, the enhancer or protective agent according to any one of aspects 8 to 11, or the aspect 12 A method for detecting the activity of the fusion protein according to any one of 14 to 14 (collectively referred to as "polypeptide of the present invention") to suppress nerve cell dysfunction or nerve cell death associated with Alzheimer's disease.
- the method comprising detecting nerve cell dysfunction or nerve cell death, and (c) comparing nerve cell dysfunction or nerve cell death in the presence / absence of the polypeptide of the invention.
- Is a method of screening (A) A step of inducing nerve cell dysfunction or nerve cell death in the presence or absence of a test substance in the presence of the polypeptide or CLSP of the present invention, (b) a step of detecting nerve cell dysfunction or nerve cell death, And (c) the method comprising selecting a substance that regulates the activity of suppressing nerve cell dysfunction or nerve cell death by the polypeptide of the present invention or CLSP.
- the CLSP derivatives of the present invention contain an endogenous humanin homologous region (EHR) that is central to the activity of suppressing neuronal dysfunction or neuronal cell death associated with Alzheimer's disease (CLSP activity), ApoE, or 14-3. Does not contain regions to which CLSP activity inhibitors such as -3 ⁇ protein or calreticulin bind.
- EHR endogenous humanin homologous region
- the CLSP derivative has the same level of CLSP activity as the wild-type CLSP, and is not substantially (significantly) affected by the inhibitory effect of the inhibitor on CLSP activity. From the above, these polypeptides are completely released from inhibition / suppression by CLSP inhibitors and exhibit CLSP activity at a concentration much lower than that of wild-type CLSP in vivo.
- a polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and which is a collagen homologous region of adiponectin and a polypeptide containing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, for example, a multimeric adiponectin such as a trimer are CLSP.
- the CLSP derivative of the present invention has an action / effect of binding to EHR in CLSP1-61 and enhancing the CLSP activity possessed by them.
- the above-mentioned polypeptide has an action / effect of protecting CLSP from inhibition or suppression of CLSP activity by an inhibitor such as apolipoprotein E, or abolishing the inhibition or suppression action of the inhibitor. Therefore, the above-mentioned polypeptide is useful as an agent for enhancing or protecting the inhibitory activity of nerve cell dysfunction or nerve cell death associated with Alzheimer's disease.
- the fusion protein of the present invention has stronger anti-AD activity than CLSP or a derivative consisting of a part of CLSP. Also, the fusion protein is at a very mild level whether or not it is inhibited by a CLSP inhibitor. In addition, the peptide lacks adiponectin-derived metabolism-related activity and is not expected to be consumed for complexing with standard adiponectin receptors. In addition to these advantages, one of the fusion proteins, CLSPCOL, is characterized by extremely good blood-brain barrier transfer, and therefore, it is highly possible that it can be an ideal anti-AD drug that can be administered peripherally.
- the cells were then cultured in DMEM / F12-10% FBS containing the indicated concentrations of CLSP-MycHis. Twenty-four hours after transfection, the medium was replaced with DMEM / F12 containing an N2 supplement containing the same concentration of CLSP-MycHis. Forty-eight hours after the start of transfection, a cell survival assay using the WST-8 cell death assay kit, or Calcein AM staining, and a trypan blue elimination cell death assay were performed. In addition, cell lysates were subjected to immunoblot analysis using APP antibody 22C11.
- the medium contains DMEM containing N2 supplements containing 1 nM GST-MycHis or GST-MycHis containing / without the same concentration of BSA, apolipoprotein E3 (b), or E4 (c). Exchanged for / F12. Forty-eight hours after the start of transfection, cells were harvested and a trypan blue elimination cell death assay was performed. In addition, cell lysates were subjected to immunoblot analysis using APP antibody 22C11.
- Cells were then cultured in DMEM / F12-10% FBS with 10 nM GST-MycHis or CLSP-MycHis with / without 10 nM BSA, calreticulin, anexin II, or anexin V. Twenty-four hours after transfection, the medium contains 10 nM BSA, calreticulin, annexin II, or DMEM / containing N2 supplements containing the same concentration of GST-MycHis or CLSP-MycHis containing / not containing annexin V I replaced it with F12. Forty-eight hours after the start of transfection, cells were harvested and a trypan blue elimination cell death assay was performed.
- ⁇ Adiponectin protects CLSP activity from inhibition by apolipoprotein E4> (a) pcDNA3.1 / MycHis vector (vector) or pcDNA3.1 / MycHis-V642I-APP / MycHis-V642I- against SH-SY5Y cells APP (V642I-APP) was transfected.
- the cells were then subjected to 1 nM GST-MycHis or CLSP-MycHis with / without 2 nM 14-3-3 ⁇ (a) or 10 nM calreticulin (b) with / without 1 nM adiponectin.
- ⁇ Adiponectin enhances CLSP activity> SH-SY5Y cells were transfected with pcDNA3.1 / MycHis vector (vector) or pcDNA3.1 / MycHis-V642I-APP (V642I-APP). Cells were then cultured in DMEM / F12-10% FBS containing the indicated concentrations of GST-MycHis or CLSP-MycHis in a culture medium containing / without 200 pM adiponectin. Twenty-four hours after transfection, the medium was replaced with DMEM / F12 containing N2 supplements containing the same combination of proteins.
- the concentration of CLSP-HiBit bound to apolipoprotein E4 or adiponectin (represented by ⁇ B>) is then referenced by a standard dose-response curve consisting of CLSP-HiBiT concentration and the corresponding chemiluminescent intensity (ie CLSP-HiBiT activity).
- the free CLSP-HiBiT concentration (unbound concentration) (shown as ⁇ F>) and B / F were then calculated.
- the dissociation constant was calculated by Scatchard analysis using Prism7 software.
- ⁇ Apolipoprotein E4 and adiponectin bind to different sites of CLSP> (a)
- a schematic diagram of a deletion mutant of CLSP is shown.
- ⁇ Adiponectin is decreased in the CSF of AD patients>
- the cell region and the non-cellular region around the cell were surrounded by markings, and the average immunofluorescence intensity (x) of the cell region and the average immunofluorescence intensity (y) of the non-cell region around the cell were measured.
- the relative mean immunofluorescence intensity in neurons was then calculated by (x-y) and the x-y value was multiplied by the neuron area to calculate the level of SH3BP5 expression in one neuron.
- C As shown in Table 2, sections of the lateral pyramidal layer of the temporal or occipital lobe from AD patients and amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients (as shown in (a)). Included) was immunostained with an antibody against SH3BP5.
- Figure S1 (Supplementary Figure 1) ⁇ Adiponectin itself does not inhibit V642I-APP-induced neuronal cell death and does not inhibit CLSP-mediated reduction of V642I-APP-induced neuronal cell death> pcDNA3.1 for SH-SY5Y cells / MycHis vector (vector) or pcDNA3.1 / MycHis-V642I-APP (V642I-APP) was transfected. Cells were then cultured in DMEM / F12-10% FBS with GST-MH or CLSP-MH with / without increasing concentrations of adiponectin.
- Figure S2 (Supplementary Figure 2) ⁇ 14-3-3 ⁇ levels in human CSF are below the detection limit> (a) 14- in 20 ⁇ L CSF obtained from 8 non-AD patients (CSF # 1-8). The 3-3 ⁇ concentration was measured using the 14-3-3 ⁇ ELISA system. The experiment was performed twice. The standard 14-3-3 ⁇ (concentration; 0.195 to 6.25 nM) and raw measurements of CSF in 8 non-AD patients with increasing concentrations are shown in the Abs450 column. Next, the average of the two numbers was calculated and shown in the average Abs450 column. PBS was used as a negative control. Del Abs 450 nm number was obtained by subtracting the PBS number from each average number.
- Figure S4 (Supplementary Figure 4) ⁇ Detailed analysis of the binding of CLSP to ApoE4 or adiponectin> (a, b) ⁇ Apolipoprotein E4 binds to the C-terminal region of CLSP>
- a schematic diagram of the CLSP deletion mutant Shown in a). Apolipoproteins E4 (ApoE4) and adiponectin (ADN) tagged at the C-terminus with FLAG were overexpressed in F11 neurohybrid cells by transfection. Twenty-four hours after transfection, F11 cells were prepared into cell lysates. 300 ⁇ g of cell lysate was used for immunoprecipitation of ApoE4-FLAG and ADN-FLAG using FLAG antibody.
- C ⁇ CLSP binds to the collagen homologous region of adiponectin> 6 ⁇
- the collagen homologous region (ADNCol) of adiponectin labeled N-terminally with His and G (HisG) was produced in bacteria.
- CLSP-FLAG was also overexpressed in F11 neurohybrid cells by transfection.
- Purified recombinant FLAG-CLSP and control (vector) immunoprecipitated with HisG-ADNCol and FLAG antibody were developed by SDS-PAGE and subjected to immunoblot analysis using FLAG and HisG antibody (input; left panel). ..
- FIG. 6 Supplementary Figure 6
- L1 The minimum concentration of CLSP1-61 that completely suppresses V642I-APP-induced neuronal cell death is 500 pM> (a, b) pcDNA3.1 / MycHis vector (vector) or pcDNA3.1 / in SH-SY5Y cells. Transfection was performed with MycHis-V642I-APP (V642I-APP). The cells were then cultured in DMEM / F12-10% FBS containing GST-MycHis or CLSP (1-61) -MycHis at the indicated concentrations.
- L2 ⁇ CLSP inhibitor does not inhibit the inhibitory effect of CLSP1-61 on V642I-APP-induced neuronal cell death> pcDNA3.1 / MycHis vector (vector) or pcDNA3.1 / MycHis-V642I-APP on SH-SY5Y cells (V642I-APP) was transfected. Cells are then cultured in DMEM / F12-10% FBS containing 1 nM GST-MycHis or CLSP (1-61) -MycHis with 10 nM BSA, ApoE3, 14-3-3 ⁇ , or calreticulin.
- the medium is DMEM containing N2 supplements containing GST-MycHis or CLSP (1-61) -MycHis with the same concentration of BSA, ApoE3, 14-3-3 ⁇ , or calreticulin. Replaced with / F12. Forty-eight hours after the start of transfection, cells were harvested for trypan blue-excluded cell mortality, WST8, and calcein assay. Cell lysates were subjected to immunoblot analysis using APP antibody 22C11. FIG.
- the cells are then DMEM / F12-10% FBS containing 500 ⁇ M BSA, 250 ⁇ M adiponectin (FL) or the collagen homologous region (Col) of the indicated concentration of adiponectin and 50 pM GST-MycHis or CLSP-MycHis.
- L5 ⁇ CLSPCOL has strong AD protective activity>
- SH-SY5Y cells were transfected with pcDNA3.1MycHis vector (vector) or pcDNA3.1 / MycHis-V642I-APP (V642I-APP). Cells were then cultured in DMEM / F12-10% FBS containing 1 nM GST-MycHis, CLSP1-61-MycHis, CLSP-MycHis, or the indicated concentration of CLSPCOL or wt-CLSPCOL. Twenty-four hours after transfection, the medium was replaced with DMEM / F12 containing N2 supplements containing the same concentration of reagents.
- FIG. L6 ⁇ CLSPCOL efficiently crosses the blood-brain barrier> (a) Standard dose by measuring the absorbance at 450 nM for gradually increased concentrations of wt-CLSPCOL and CLSPCOL as shown in Table L1. The reaction line was simulated. (B) Brain and serum were collected from mice for ELISA 1 hour after intraperitoneal injection of 10 nmol GST-MycHisG, CLSPCOL, and wt-CLSPCOL.
- X2 ⁇ CLSPCOL begins to be inhibited by calreticulin at a concentration 10 times higher than that>
- SH-SY5Y cells are transfected with pcDNA3.1MycHis vector (vector) or pcDNA3.1 / MycHis-V642I-APP (V642I-APP). did.
- the cells are then DMEM / F12 containing calreticulin or BSA at a concentration labeled GST-MycHis (1nM), CLSP1-61-MycHis (1nM), CLSPCOL (100pM), or wt-CLSPCOL (100pM). Cultured in -10% FBS.
- [CLSP derivative] Amino acid sequence (I) consisting of 22 amino acids (amino acids 40-61) contained in Calmodulin-like skin Protein (CLSP) (amino acid sequence 1): TGKNLSEAQLRKLISEVDS (or G) DGD (Amino acid single letter notation) (I) Endogenous humanin homology region (E ndogenous H umanin-Homogenous R egion: EHR) or endogenous humanin-like domain ((E ndogenous H umanin-Like D omain: called EHD), neuronal death CLSP mediated It plays a central role in suppression (Patent Document 1).
- the CLSP derivative of the present invention contains an endogenous humanin homologous region (EHR), which is the center of an activity (CLSP activity or CLSP inhibitory activity) that suppresses neuronal dysfunction or neuronal cell death associated with Alzheimer's disease, and the activity thereof. It is characterized in that it does not contain a region to which an inhibitor or inhibitor (CLSP inhibitor) of the above is bound.
- EHR endogenous humanin homologous region
- CLSP inhibitor an activity that suppresses neuronal dysfunction or neuronal cell death associated with Alzheimer's disease, and the activity thereof. It is characterized in that it does not contain a region to which an inhibitor or inhibitor (CLSP inhibitor) of the above is bound.
- the region to which the inhibitor binds include the amino acid sequence (amino acids 62 to 146) of the C-terminal region of CLSP (SEQ ID NO: 1).
- activity to suppress dysfunction or cell death of nerve cells related to Alzheimer's disease means to suppress or antagonize at least one of dysfunction or cell death in nerve cells regardless of the cause or causal relationship. Refers to doing.
- the suppression of nerve cell death may be significantly suppressed, if not completely suppressed.
- the inhibitory activity of nerve cell death can be assayed according to the method described in the following Examples or other methods (see, for example, International Publication No. WO 00/14204).
- CLSP activity can be measured as inhibitory activity on V642I-APP-induced neuronal cell death using various neuronal cell death assays.
- the binding of the inhibitor to CLSP can be measured using any method / means (assay system) known to those of skill in the art, as described in the examples herein.
- assay system any method / means (assay system) known to those of skill in the art, as described in the examples herein.
- it can be measured by immunoblot analysis, pull-down analysis, Nano-Glo HiBiT extracellular detection system, ELISA and the like.
- the amino acid sequence (I): TGKNLSEAQLRKLISEVDS (or G) DGD (single letter notation of amino acid) (I), or the amino acid sequence consisting of 22 amino acids according to claim 1 of Patent Document 1 can be mentioned.
- the amino acid sequence (amino acids 62 to 146) of the C-terminal region of CLSP (SEQ ID NO: 1) can be mentioned.
- the following amino acid sequence (1) Amino acid sequence of N-terminal region of CLSP (amino acids 1 to 61); (2) In the amino acid sequence of (1) above, one or several (for example, about 2 to 5) amino acids are deleted, substituted or inserted in the amino acid sequence other than EHR contained in the amino acid sequence. Amino acid sequence; or (3) In the amino acid sequence of (1) above, 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 98% or more of the amino acid sequence other than EHR contained in the amino acid sequence. Amino acid sequence with the same identity; Can be mentioned as a polypeptide consisting of.
- the CLSP derivative of the present invention has CLSP activity comparable to that of wild-type CLSP and does not contain a region to which an inhibitor binds, the inhibitory or inhibitory effect of CLSP activity by the inhibitor is substantially (significant). It is characterized by not receiving it.
- the CLSP derivative of the present invention includes, for example, various mutants such as deletion mutants and fusion proteins (hybrid polypeptides) containing EHR, but does not include polypeptides consisting only of EHR.
- the CLSP inhibitor is not particularly limited in its structural characteristics and the like, but for example, a substance showing a significant inhibitory (suppressing) effect on CLSP activity at a concentration similar to or 5 times or more the CLSP concentration in the medium.
- a substance showing a significant inhibitory (suppressing) effect on CLSP activity at a concentration similar to or 5 times or more the CLSP concentration in the medium is selected from the group consisting of apolipoprotein E (ApoE), 14-3-3 protein, and carreticulin.
- ApoE ApoE3 and ApoE4 has a high effect of suppressing CLSP activity.
- adiponectin is a polypeptide (SEQ ID NO: 2) which is a collagen homologous region (ADNCol) thereof, and is used for EHR in the CLSP1-61 region of CLSP and the CLSP derivative of the present invention.
- ADNCol collagen homologous region
- adiponectin and the polypeptide protect the CLSP from the inhibitory or inhibitory action of the CLSP activity by the above-mentioned inhibitor, or the inhibitor of the inhibitor. It was clarified that it also has an action of nullifying the action.
- amino acid sequence (1) Amino acid sequence (ADNCol) shown in SEQ ID NO: 2; (2) An amino acid sequence containing the amino acid sequence (ADNCol) of (1) above, for example, adiponectin shown in SEQ ID NO: 3; (3) In the amino acid sequence of adiponectin shown in SEQ ID NO: 3, one or several (for example, about 2 to 5) amino acids are deleted in the amino acid sequence other than ADNCol contained in the amino acid sequence. Substituted or inserted amino acid sequence; or (4) 90% or more, preferably 95% or more, of the amino acid sequence of adiponectin shown in SEQ ID NO: 3 with respect to the amino acid sequence other than ADNCol contained in the amino acid sequence.
- an amino acid sequence having 98% or more identity is useful as an enhancing or protective agent for CLSP activity possessed by CLSP or the CLSP derivative of the present invention.
- these polypeptides may form a multimer such as a trimer adiponectin.
- CLSP includes various CLSP-related (similar) polypeptides having CLSP activity as described in Patent Document 1. Is also contained. Also, with respect to such CLSP activity, “suppression” and “inhibition” for nerve cell dysfunction or nerve cell death associated with Alzheimer's disease are synonymous. Furthermore, “protection”, “maintenance” and “retention” are synonymous with respect to the enhancement or activity of the protective agent of the present invention.
- the present invention also relates to a fusion protein (hybrid polypeptide) containing CLSP or CLSP derivative and adiponectin or adiponectin derivative, which is an example of the CLSP derivative.
- the fusion protein has strong CLSP activity and remains mild or unsuppressed by CLSP inhibitors.
- a fusion protein (CLSPCOL) consisting of the amino acid sequence (amino acids 1 to 61) of the N-terminal region of CLSP and ADNCol, which is one preferred example of this, can efficiently penetrate the blood-brain barrier and translocate to CNS. ..
- the fusion protein can optionally contain an amino acid sequence other than the polypeptide constituting each of the above regions (elements) as long as it does not impair the predetermined activity of the fusion protein.
- an amino acid sequence other than the polypeptide constituting each of the above regions (elements) as long as it does not impair the predetermined activity of the fusion protein.
- any amino acid sequence known to those skilled in the art, such as an immunoglobulin constant region found in a known fusion protein is C-terminal. It is also possible to add it to the side.
- Such addition / insertion sequences can be appropriately designed and prepared by those skilled in the art based on common general technical knowledge while considering antigenicity and the like.
- antigenicity since CLSP1-61 and the collagen homologous region are derived from endogenous human peptides, it is presumed that their antigenicity is limited. Further, there are no particular restrictions on the order in which each region contained in the fusion protein is linked (N-terminal side or C-terminal side), and those skilled in the art can appropriately select and prepare.
- the CLSP derivative of the present invention adiponectin and its derivative, a polypeptide, which enhances or protects the CLSP activity of CLSP or the CLSP derivative, and the polypeptide constituting the fusion protein are simply referred to as "the present invention (the present invention). Also referred to as "polypeptide”.
- the sequences are pretreated to optimal conditions for comparison in order to determine the sequence identity of the two amino acid sequences. For example, by inserting a gap in one sequence, the alignment with the other sequence is optimized. The amino acid residues or bases at each site are then compared. If a site in the first sequence has the same amino acid residues or bases as the corresponding site in the second sequence, then those sequences are identical at that site. Identity in two sequences is expressed as a percentage of the total number of sites (total amino acids or total bases) that are the same between the sequences.
- the identity of two amino acid sequences can be determined by any method known to those skilled in the art. For example, it can be determined by Karlin and Altshul's algorithm (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 2264-2268, 1990 and Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 5873-5877, 1993). A BLAST program using such an algorithm was developed by Altshul et al. (J. Mol. Biol. 215: 403-410, 1990).
- Gapped BLAST is a program that determines identity more sensitively than BLAST (Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402, 1997).
- the above program is mainly used to search the database for sequences showing high identity with respect to a given sequence. These are available, for example, on the website of the US National Center for Biotechnology Information on the Internet.
- Tatiana A As the identity between the sequences, Tatiana A. It is also possible to use the value determined by using the BLAST 2 Sequences software (FEMS Microbiol Lett., 174: 247-250, 1999) developed by Tatsusova et al. This software is available and available on the Internet website of the National Center for Biotechnology Information in the United States. The programs and parameters used are as follows. In the case of an amino acid sequence, the blastp program is used and the parameters are Open gap: 11 and extension gap: 1 penalties, gap x_dropoff: 50, extract: 10, word size: 3, Filter: ON. In addition, high-sensitivity FASTA software (WR Pearson and DJ Lipman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85: 2444-2448, 1988) is used to search the database for sequences showing identity. You can also do it. Both parameters are used as default values on the website.
- polypeptide of the present invention can also have a form modified by modification, addition, mutation, substitution, deletion, etc. by a known method.
- modification of the functional group is performed by using any method known to those skilled in the art, for example, for the purpose of protecting the polypeptide, controlling the stability or tissue migration of the polypeptide, controlling the activity of the polypeptide, and the like. Can be done as.
- the polypeptide of the present invention may be naturally modified by post-translational modification or the like. It may also be artificially modified. Modifications include modifications such as the backbone of the peptide, amino acid side chains, amino terminus, or carboxyl terminus. Further, the polypeptide may be branched or cyclic. Modifications include acetylation, acylation, ADP ribosylation, amidation, covalent bonds such as [flavin, nucleotides, nucleotide derivatives, lipids, lipid derivatives, or phosphatidylinositol], crosslink formation, cyclization, disulfides.
- peptide or polypeptide can be any salt and ester known to those skilled in the art.
- polypeptide of the present invention can also form a fusion polypeptide with any known neurotrophic peptide, and such a fusion polypeptide can be easily synthesized by any method known to those skilled in the art. it can.
- the polypeptide of the present invention can be prepared from cell lines derived from appropriate species such as humans and mice based on gene or amino acid sequence information related to CLSP and adiponectin known to those skilled in the art, and further known peptides. It can be manufactured by synthetic technology. It can also be produced by introducing a vector or the like containing DNA encoding these into an appropriate host cell or the like and expressing it by using a genetic engineering technique known to those skilled in the art. At that time, for example, in the case of a CLSP derivative or an adiponectin derivative, it is prepared by appropriately modifying a part of the amino acid sequence by a method / means known to those skilled in the art.
- Such a vector is in any form known to those skilled in the art, such as a plasmid or a viral vector, and can be easily prepared by any method known to those skilled in the art.
- the vector thus obtained has non-coding sequences (nuclear transfer signal, tag sequence, non-transcription sequence, untranslated sequence, promoter, etc.) in 5'and 3'. Enhancer, suppressor, transcription factor binding sequence, splicing sequence, poly A addition sequence, IRES, mRNA stabilizing / destabilizing sequence, etc.) are appropriately included and functions as an expression vector.
- Suitable host cells are easily transformed by any method known to those skilled in the art using such vectors, such as the lipofection method, the calcium phosphate method, and various physical methods such as electroporation and particle gun. Can be done.
- the host cell is not particularly limited, and for example, mammalian cells including humans, monkeys and mice, plant cells, insect cells, and bacteria such as Escherichia coli can be used.
- the transformed cells thus prepared are cultured under arbitrary conditions known to those skilled in the art, and the desired polypeptide or the like of the present invention can be easily prepared from an appropriate fraction such as the cultured cells or the culture supernatant thereof. Can be done.
- polypeptides of the present invention are used in pharmaceutical compositions for suppressing neuronal dysfunction or neuronal cell death associated with Alzheimer's disease, for example, for the prevention or treatment of diseases associated with memory impairment or neurodegeneration associated with Alzheimer's disease. It is useful as an active ingredient of the pharmaceutical composition.
- the polypeptide of the present invention can be used to prevent and treat diseases associated with memory impairment or neurodegeneration, such as diseases caused by cell death of nerve cells due to cerebral ischemia, in addition to Alzheimer's disease (T). Kirino, 1982, Brain Res., 239: 57-69).
- diseases associated with memory impairment or neurodegeneration such as diseases caused by cell death of nerve cells due to cerebral ischemia, in addition to Alzheimer's disease (T). Kirino, 1982, Brain Res., 239: 57-69).
- Parkinson's disease with dementia MH Polymeropoulos et al., 1997, Science, 276: 2045-2047
- diffuse Lewy bodies disease MG Spillantini et al., 1998, 1998, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95: 6469-6473
- dementia associated with Parkinson's disease, etc. are also targets for treatment and prevention.
- APPP1 which is a related molecule of APP, is said to be the causative gene of congenital nephrotic syndrome (Lenkkeri, U. et al., 1998, Hum. Genet. 102: 192-196). Kidney disease is also a target for treatment and prevention.
- the pharmaceutical composition of the present invention can be formulated by a known pharmaceutical method, in addition to directly administering the active ingredient itself to a patient.
- a pharmacologically acceptable carrier or medium specifically, sterile water, physiological saline, vegetable oil, emulsifier, suspension, surfactant, stabilizer, sustained-release agent, and the like. It may be administered.
- the pharmaceutical composition of the present invention may be in the form of an aqueous solution, a tablet, a capsule, a troche, a buccal tablet, an elixir, a suspension, a syrup, a nasal drop, or an inhalation solution.
- the content of the peptide or polypeptide as an active ingredient may be appropriately determined according to the purpose of use, the form of preparation and the like.
- Administration to the patient may be, for example, percutaneous, intranasal, transbronchial, intramuscular, intraperitoneal, intravenous, intraspinal, intraventricular, or orally, depending on the nature of the active ingredient. Uru, but not limited to them.
- the pharmaceutical compositions of the invention should be introduced into the central nervous system by any suitable route, including intravenous, intraspinal, intraventricular or intradural injections. ..
- the dose and method of administration vary depending on the tissue transferability of the active ingredient of the pharmaceutical composition of the present invention, the purpose of treatment, the weight and age of the patient, symptoms, etc., but can be appropriately selected by those skilled in the art. ..
- a drug of about several tens of ⁇ l per treatment can be administered once to several times a day for an appropriate period.
- the active ingredient can have a concentration in the range of, for example, about 10 pmol to 100 nmol.
- the pharmaceutical composition of the present invention can be widely used for the prevention or treatment of diseases associated with neuronal cell dysfunction or nerve cell death such as Alzheimer's disease, or diseases associated with memory impairment or neurodegeneration. ..
- the present invention uses a method for suppressing nerve cell dysfunction or cell death, which comprises a step of bringing the polypeptide of the present invention into contact with nerve cells, and a pharmaceutical composition of the present invention for nerve cells such as Alzheimer's disease.
- the disease or the disease including the stage of administration to a subject (individual) which is an animal such as a human who has suffered from or is suspected of having a disease associated with cell dysfunction or neurodegeneration of Method for treating a disease
- the present invention relates to a method for treating a disease associated with a neurodegenerative disorder.
- the present invention is a method for detecting an activity of suppressing nerve cell dysfunction or cell death due to the polypeptide of the present invention, wherein (a) the presence / absence of an inhibitor of CLSP and the polypeptide. In the presence / absence of, the step of inducing neuronal dysfunction or cell death, (b) the step of detecting neuronal cell dysfunction or cell death, and (c) the presence / absence of the polypeptide.
- the present invention relates to a method including a step of comparing nerve cell dysfunction or nerve cell death in the absence.
- Specific operations can be performed, for example, according to the method described in the present specification.
- This method can be used to determine whether the polypeptide of the invention has an inhibitory effect on cell death in various cells and to quantify the inhibitory effect.
- the cells are not particularly limited, and various cells capable of causing cell death are used.
- a known cell death induction system can be used depending on each cell. It can also be used to detect the effects of the polypeptides of the invention and the like on various conditions such as various stimuli that induce nerve cell death, environmental changes, or gene expression using nerve cells.
- detection can be used to detect differences in susceptibility to the polypeptides of the present invention in neuronal cell death that may exist between species, subspecies, or individuals. This allows the efficacy of the polypeptides of the invention to be investigated, for example, among ethnic groups, races, or individuals. By such a method, for example, detailed condition studies for clinical application can be performed.
- the present invention also relates to a method for screening a substance (test substance) that regulates the activity of suppressing nerve cell dysfunction or nerve cell death due to the polypeptide or CLSP of the present invention.
- This method can be used to assay the effect (effect) of the test substance on the activity of the polypeptide of the present invention or CLSP to suppress neuronal dysfunction or neuronal cell death.
- the polypeptide or CLSP of the present invention is considered to act on the surface of nerve cells to exert a cell death inhibitory effect.
- This screening method includes (a) a step of inducing nerve cell dysfunction or nerve cell death in the presence or absence of a test substance in the presence of the polypeptide or CLSP of the present invention, and (b) nerve cell dysfunction or nerve cell. It comprises a step of detecting death and (c) selecting a substance that regulates the dysfunction of nerve cells by the polypeptide of the present invention or CLSP or the activity of suppressing nerve cell death. In step (c), it can be compared with the case of any control. For example, in step (c), a compound that promotes or suppresses nerve cell dysfunction or nerve cell death in the presence of the test substance can be selected as compared with the case where it is detected in the absence of the test substance. ..
- a compound that promotes nerve cell dysfunction or nerve cell death is a candidate for a compound that inhibits the action of the polypeptide or CLSP of the present invention, and a compound that further suppresses nerve cell death is a compound of the present invention or CLSP. It is a candidate for a compound that further promotes the action.
- the case of a compound different from the test substance can be used as a control.
- a compound having a higher effect than the existing compound with respect to the ability of the polypeptide of the present invention or CLSP to regulate the suppression of nerve cell dysfunction or nerve cell death can be screened.
- test substances used for the above screening include, for example, purified proteins (including antibodies), gene library expression products, synthetic peptide libraries, cell extracts, cell culture supernatants, and synthetic low molecular weight compound libraries. , Natural materials such as soil, solutions containing bacterial release substances such as actinomycetes broth, etc., but are not limited thereto. Induction of nerve cell death and administration of the polypeptide of the present invention can be carried out according to any method known to those skilled in the art.
- test substance there is no particular limitation on the timing of applying the test substance to cells, and the polypeptide of the present invention can be applied before, after, or at the same time.
- application method of the test sample if it is a cultured cell line, it is added to, for example, a medium. If it is a nucleic acid, it may be introduced into the cell.
- the test sample can be applied by any other administration method.
- Substances evaluated by testing the action of the above compounds or substances obtained by screening are candidates for compounds that regulate the activity of the polypeptide of the present invention, and can be applied to the prevention and treatment of diseases including Alzheimer's disease. Conceivable.
- the present invention is a method for screening a substance (compound) that binds to the polypeptide of the present invention, wherein (a) a step of bringing a test substance into contact with the polypeptide, (b) the polypeptide or the like and the test substance
- the present invention relates to a method including a step of detecting a binding activity with and (c) a step of selecting a substance having an activity of binding to the polypeptide.
- the polypeptide of the present invention can be used for screening as a soluble polypeptide or as a form bound to a carrier, depending on the screening method.
- the polypeptides of the invention may be labeled. Examples of the label include a label with a radioisotope, a label with a fluorescent substance, a label with biotin or digoxigenin, and addition of a tag sequence.
- Test substances used for screening include, for example, purified proteins (including antibodies), gene library expression products, synthetic peptide libraries, cell extracts, cell culture supernatants, synthetic low molecular weight compound libraries, and soil. Examples include, but are not limited to, natural materials such as, and solutions containing bacterial release substances such as actinomycetes broth.
- the test substance is appropriately labeled and used as necessary. Examples of the label include, but are not limited to, a radial label, a fluorescent label, and the like.
- a tissue or cell that is expected to express the protein that binds to the polypeptide of the present invention on an affinity column on which the polypeptide of the present invention is immobilized it is possible to carry out screening for a protein that binds to the polypeptide of the present invention by placing the cell extract of the above and purifying the protein that specifically binds to the column.
- a cDNA library using a phage vector was prepared from a tissue or cell (for example, brain cortical tissue or nerve cell such as F11) that is expected to express a protein that binds to the polypeptide of the present invention. Plakes are formed on agarose and screened by the West Western blotting method using a labeled polypeptide or the like of the present invention, or DNA-binding peptides such as GAL4 DNA-binding region and transcription-activating peptides such as GAL4 transcription-activating region are used.
- the polypeptide of the present invention and the test protein are expressed as a fusion protein of the polypeptide of the present invention and the test protein, respectively, and the reporter gene linked downstream of the promoter having the binding sequence of the DNA-binding peptide is expressed. It is also possible to carry out according to a "two hybrid system" or the like that detects a combination with.
- the test sample is preferably prepared from tissues or cells that are expected to express the receptor, such as cerebral cortex tissue, nerve cell line, or neuroblastoma or teratoma cell.
- nerve cell lines include F11 cells, PC12 cells (LA Greene and AS Teacher, 1976, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 73: 2424-2428), and NTERA2 cells (J. Skowlonski). And MF Singer, 1985, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82: 6050-6054), SH-SY5Y cells (L. Odelstad et al., 1981, Brain Res., 224: 69-82). And so on.
- the compound that binds to the polypeptide of the present invention obtained by the screening of the present invention is a candidate for a compound that regulates the activity of the polypeptide of the present invention, and is considered to be applied to the prevention and treatment of diseases including Alzheimer's disease.
- V642I-amyloid ⁇ precursor protein V642I-APP
- Fig. 2a bacterially produced recombinant CLSP
- Dose-response analysis estimated that a 50% effective concentration of bacterially produced CLSP was about 200 pM (Fig. 2a), which was slightly higher than that of recombinant CLSP produced in mammalian cells. Shown (5).
- the concentration of CLSP in human cerebrospinal fluid (CSF) is estimated to be 3-6 nM (14).
- ApoE is produced from astrocytes and microglia, and it is known that in human CNS, a significant proportion of ApoE is mobilized for high density lipoprotein-like lipoprotein formation at the same time as lipids and other apolipoproteins (16). , 17).
- the concentration of ApoE in human CSF is estimated to be 40-200 nM (18-20).
- the concentration of 14-3-3 ⁇ in human CSF was estimated to be much lower than 1 nM (see FIG. S2).
- CLSP activity appears to be zero in vivo due to the presence of very large amounts of CLSP inhibitors (mainly composed of ApoE) in human CNS.
- CLSP inhibitors mainly composed of ApoE
- a recombinant protein of candidate annexin II, anexin V, or adiponectin was added to a cell death assay system containing CLSP (1 nM) and ApoE3 (10 nM) at a concentration equal to the concentration of ApoE3.
- trimer is called low molecular weight
- the hexamer is called medium molecular weight
- the octamer or higher is called high molecular weight adiponectin (23).
- medium or high molecular weight adiponectin usually plays a central role in adiponectin receptor-mediated metabolic regulatory activity (23).
- trimer adiponectin has the same CLSP-enhancing effect as wild-type adiponectin by using recombinant trimer adiponectin that does not form medium or high molecular weight adiponectin (Fig. S3).
- adiponectin enhances CLSP activity
- CLSP showed no inhibitory activity against V642I-APP-induced cell death at a concentration of 50 pM.
- CLSPs showed near-complete or partial cell death inhibitory activity at concentrations of 50 pM or 25 pM, respectively (Fig. 7a). This result indicates that adiponectin enhances CLSP activity by binding to CLSP.
- adiponectin exhibits partial enhancing activity against CLSP at a concentration of 50 pM even when the concentration of co-administered adiponectin is reduced to 100 pM (Fig. 7b). Summarizing these results, it is shown that the minimum adiponectin concentration for imparting complete cell death inhibitory activity to 50 pM CLSP, which is inactive by itself, is 200 to 250 pM.
- adiponectin increases CLSP activity by binding to a region of CLSP different from the ApoE binding region by single binding, and suppresses the inhibitory effect when the CLSP inhibitor is bound at the same time, and CLSP activity. (Non-competitive antagonist).
- the dissociation constants (Kd) for the binding between CLSP and adiponectin and between CLSP and ApoE4 were measured (FIGS. 8b and c).
- adiponectin or ApoE4 protein was conjugated to a 96-well plate.
- Recombinant CLSPs at various concentrations C-terminally tagged with the chemiluminescent tag HiBiT were added to the plates for co-incubation. After washing, the amount of CLSP-HiBiT bound to adiponectin or ApoE4 on the wells was measured.
- SH3BP5 is a central effector of humanin / CLSP-induced intracellular signal transduction via htHNR, and the expression level when humanin / CLSP binds to htHNR. Has been demonstrated to rise (24).
- binding of CLSP / humanin to htHNR activates transcription of SH3BP5 via STAT3.
- SH3BP5 expression level was increased and SH3BP5, which became a high level, inhibits the V642I-APP-induced death signal by directly forming a complex with JNK and inhibiting JNK. There is.
- CLSPCOL and wt-CLSPCOL have stronger CLSP activity compared to CLSP1-61 and wild-type CLSP (Fig. L1) (minimum concentration of both peptides that completely suppress neuronal cell death is about 100 pM). : Figure L5).
- the results showed that the functions of CLSP1-61 and wild-type CLSP were not disrupted by the C-terminal binding of the collagen homologous region of adiponectin, and conversely, the collagen homologous region of adiponectin enhanced the functions of CLSP1-61 and wild-type CLSP. Is shown. Therefore, it is considered that the function of the collagen homologous region of adiponectin is not destroyed by the N-terminal binding of CLSP1-61.
- Concentrations of CLSPCOL in serum and interstitial fluid (ISF) -containing brain lysates were approximately 305 nM and 72 nM 1 hour after intraperitoneal injection of 10 nmol CLSPCOL (Fig. L6 and Table 1).
- the estimated concentrations of wt-CLSPCOL in serum and interstitial fluid-containing brain lysates 1 hour after injection were about 53 nM and 2.1 nM. Since the concentration of wt-CLSPCOL in the ISF-containing brain lysate was below the minimum detection limit (4.5 nM) of the ELISA assay used, the provisional concentration of 2.1 nM may not be accurate, but its concentration is 4. It is certain that it is less than .5 nM.
- the concentration of CLSPCOL in the brain lysate is estimated to be about 1/4 to 1/5 of the concentration in serum, while the concentration of wt-CLSPCOL is estimated to be less than 1/10 of those in serum. To. Therefore, CNS translocation of CLSPCOL is more efficient than that of wt-CLSPCOL. Also, considering the efficiency of CLSP transfer from serum to cerebrospinal fluid in the published results (5), the transfer of CLSPCOL across the blood-brain barrier is considered to be much more efficient than wt-CLSP.
- AD neurodegenerative diseases
- a ⁇ aggregated fibrillar A ⁇ and / or soluble A ⁇ oligomers in amyloid plaque
- AD elevated levels of A ⁇ (aggregated fibrillar A ⁇ and / or soluble A ⁇ oligomers in amyloid plaque)
- a ⁇ aggregated fibrillar A ⁇ and / or soluble A ⁇ oligomers in amyloid plaque
- hyperphosphorylated tau and neuropathy mechanisms associated with amyloid ⁇ precursor protein and presenilin which are not directly related to elevated A ⁇ levels, may be involved in toxicity.
- previous studies and this study have suggested that a decrease or attenuation of AD protecting factors may contribute to the progression of AD. Above all, it is presumed that CLSP is likely to play a central role as the AD protection (defense) factor (6).
- AD is unable to cause neuronal cell death (and dysfunction) in the presence of sufficient concentrations of active CLSP, even if AD-related neurotoxicity is sufficiently enhanced. Does not develop. Also, in the absence of sufficient AD-related neurotoxicity, reduced CLSP effects do not cause neuronal cell death (and dysfunction) (ie, AD does not develop).
- the experimental results show that adiponectin and SH3BP5 levels are reduced in some "non-AD" control CNSs in addition to almost all AD cases (FIGS. 10 and 11). , Support that these ideas are extremely valid.
- CLSP is thought to be a central AD protective factor that binds to the heterotrimeric humanin receptor and activates the STAT3-induced survival signaling pathway (5, 6, and 8), and its aberrant regulation It is likely to contribute to the etiology of AD.
- ApoE seems to be the main inhibitor in consideration of the concentration and activity (Fig. 2).
- the concentration of total ApoE is estimated to be overwhelmingly higher than that of CLSP (18-20) (14). Therefore, if the in vivo CLSP activity regulation model consisting of CLSP and very large amounts of CLSP inhibitors alone is correct, AD protective activity is likely to be near zero in vivo.
- adiponectin enhances CLSP activity by binding to the endogenous humanin homologous region (EHR) of CLSP and protects CLSP from CLSP inhibitors in a predominant manner (FIG. 5).
- EHR endogenous humanin homologous region
- adiponectin is capable of completely maintaining CLSP (1 nM) activity even in the presence of much higher concentrations of CLSP inhibitor (FIGS. 5 and 7).
- the adiponectin concentration in the CSF was 0.96 ⁇ 0.19 nM (FIGS. 10 and 1), and as a result, CLSP activity is likely to be maintained.
- Adiponectin exerts various metabolic functions in peripheral tissues, including glucose and lipid metabolism (28). It increases insulin signaling, anti-inflammatory, antioxidant, and anti-atherogenic functions, presumably via two normal adiponectin receptors on the cell membrane. The movement of adiponectin across the blood-brain barrier appears to be very limited. The concentration of adiponectin in the CSF approximately 10 3 times lower than the concentration of serum (29, 30). Given the presence of normal adiponectin receptors in the CNS, it is postulated that adiponectin functions in the CNS as a regulator of glucose metabolism, a neurogenesis-promoting agent, and, for example, a protective factor against ischemic brain damage. (31).
- AD adiponectin deficiency or aberrant regulation of adiponectin signaling is associated with the development of AD (31). Elevated serum adiponectin levels (29, 30) may be an independent risk factor for AD (32). On the other hand, one study showed that AD-like conditions were significantly more common in patients with type II diabetes with low serum adiponectin levels (33). Adiponectin levels are downregulated in the CSF of AD patients and are inversely correlated with increased A ⁇ levels (30). Adiponectin knockout mice exhibit AD-like pathology (34).
- the minimum concentration of adiponectin in the perineural region required to maintain full CLSP activity was estimated to be 0.20 to 0.25 nM, which was reduced in AD patients. Is close to the average CSF adiponectin concentration. A sufficient amount of adiponectin is present in the non-AD perineural region, suggesting that the amount of adiponectin in the same region may not be sufficient in AD.
- SH3BP5 levels the major mediators of humanin / CLSP signaling in neurons, were reduced in the AD cortex (Fig. 11).
- adiponectin is elevated in the serum of AD patients (29, 30) while decreased in the AD brain (Fig. 10, and Tables 1 and 2). (30).
- One interpretation of this finding is that adiponectin levels are reduced by one or several AD-related abnormalities in the central nervous system, and adiponectin production in adipose tissue is secondarily increased to relieve its deficiency. The idea is that, as a result, it rises in serum.
- previous studies have suggested that adiponectin may be reduced in the central nervous system of AD patients because it is immobilized in agglomerates of intraneuronal neurofibrils containing hyperphosphorylated tau. (30).
- ApoE4 is a major risk factor for the onset of AD. So far, many studies have widely studied the mechanism of the increase in AD onset by ApoE4. ApoE4 has been shown to exert neurotoxicity through multiple gain-of-function and loss-of-function mechanisms in both A ⁇ -dependent and independent modes (38). Among them, A ⁇ production, clearance from the central nervous system of A ⁇ , and aggregation formation of A ⁇ are affected by intracellular information mediated by ApoE receptors, and in ApoE4 carriers, these phenomena are inclined toward the onset of AD. The study is well known.
- ApoE4 is a slightly stronger inhibitor of CLSP than ApoE3 (FIGS. 2b and c). Given the very high concentration of ApoE in the CNS compared to the concentration of CLSP, slight differences make no sense and ApoE3 and ApoE4 are likely to reduce CLSP activity as well. However, assuming that only non-lipidized (or not mobilized by high-density lipoprotein-like lipid particles) free ApoE can suppress CLSP, the concentration of non-lipidized ApoE is the concentration of CLSP. At similar levels, in reduced levels of adiponectin (AD sufferers), slight differences in the CLSP inhibitory effect of ApoE can be a determinant of onset.
- the concentration in CSF close to the concentration is measured and based on the measurement. Discussing events in the interstitial fluid.
- the various elevated inflammatory cytokines act in the direction of increasing the activated STAT3 and SH3BP5 (target downstream of STAT3) levels in the neuron. Therefore, when activated STAT3 and SH3BP5 levels are lower than normal in AD neurons, the decrease in activated STAT3 and SH3BP5 is due to the increased mechanism due to various inflammatory cytokines released around them. It seems reasonable to think that it indicates that the CLSP-inducible signal is reduced.
- CLSPCOL is not suppressed by CLSP inhibitors and has strong AD protective activity (Fig. L5).
- the collagen homologous region (COL) of adiponectin retains the activity of enhancing and protecting the endogenous wild-type CLSP.
- CLSPCOL efficiently penetrates the blood-brain barrier (Fig. L6). Therefore, fusion proteins of the invention, such as CLSPCOL, may be AD drug candidates that currently have no apparent weaknesses and can be delivered by the peripheral pathway.
- CLSPCOL was mildly inhibited only against calreticulin among the inhibitors (Figs. X1 and X2).
- the specific mechanism is unknown, but it is presumed that the region containing the artificially created fusion part has an affinity for calreticulin.
- its inhibitory effect is weak, and the concentration of calreticulin in the central nervous system is expected to be lower than that showing the inhibitory effect (less than 1 nM), so it is considered that it will not hinder actual clinical application. ..
- a recombinant protein tagged with Schistosoma japonicum glutathione S-transferase was produced in bacteria using the pGEX vector (Promega, Madison, WI) as described in the literature (5).
- GST Schistosoma japonicum glutathione S-transferase
- CLSP C-terminal HiBiT tag CLSP
- an oligonucleotide encoding the HiBiT amino acid sequence (VSGWRLFKKIS), Sense (SEQ ID NO: 4): (5'-CCCGGGGTGAGCGGCTGGCGGCTGTTCAAGAAGATTAGCTGAGAATTC-3'), and antisense (SEQ ID NO: 5): (5'-CCCGGGGTGAGCGGCTGGCGGCTGTTCAAGAAGATTAGCTGAGAATTC-3'), Was annealed in vitro and inserted into the SmaI-EcoRI site of the pGEX-2T-CLSP plasmid.
- the full-length human adiponectin cDNA in the pCMV-SPORT6 vector was purchased from Invitrogen (catalog number: 6192794, CA).
- KOD-Plus mutagenesis kit (SMK-101 Tokyo, Nippon Toyobo, Catalog No.) using the following mutagenesis primers to generate a recombinant N-terminal GST-tagged protein tagged with MycHisG at the C-terminus. ) was used to mutate the sequence of the pGEX2T-MycHis vector to result in C-terminal addition of glycine residues.
- Sense primer (SEQ ID NO: 6): (5'-GGTTGAGAATTCATCGTGACTGACTGACGATCTGCCTCGCGCG-3'), and antisense primer (SEQ ID NO: 7): (5'-ATGATGATGATGATGATGATCCTCTTCTGAGATGAGTTTTTG-3').
- the cDNA in the collagen homologous region of human adiponectin was amplified by KOD DNA polymerase (KOD-101, Tokyo, Japan TOYOBO, catalog number).
- Sense primer SEQ ID NO: 8
- antisense primer SEQ ID NO: 9
- the amplified cDNA was subcloned into the pQE30 vector (QIAGEN, Tokyo, Japan) at the BamHI-EcoRI site.
- Sense primer (SEQ ID NO: 10): (5'-AAGCTTGAACAAAAACTCATCTCAGAAGAGGATCATCATCATCATCATCATGGTATGGGGCATCCGGGCCATAATGGGGCCCCAGGCC-3') and Antisense primer (SEQ ID NO: 11): (5'-GAATTCTCAAGGTTCTCCTTTCCTGCCTTGGATTCCCGGAAAGCC-3').
- the amplified cDNA was subcloned into the pGEX-2T-CLSP and -CLSP (1-61) plasmids, respectively, in the collagen homologous region of CLSP-MycHisG-adiponectin and in the collagen homologous region of CLSP (1-61) -MycHisG-adiponectin.
- CLSPCOL and CLSPCOL consisting of.
- Recombinant CLSP-deficient mutants (5) labeled C-terminal with MycHis and GST-CLSP-HiBiT were prepared in the same manner.
- Recombinant anexin II, V, and SH3BP5 proteins were similarly produced from GST-annexin II, anexin V, and SH3BP5 produced in bacteria.
- Recombinant GST-MycHis and GST-human 14-3-3 ⁇ were expressed in 1 mM isopropyl-thio- ⁇ -D-galactopyranoside at 37 ° C. for 6 hours in E. coli BL-21 and bound to glutathione sepharose.
- Recombinant human apo E3 and apo E4 were purchased from PeproTech (Rocky Hill, NJ) (catalog numbers: 350-02 and 350-04).
- Human adiponectin and trimer adiponectin were purchased from BioVendor (Czec Republic) (catalog numbers: RD172029100 and RD172023100).
- the AD-related neuronal cell death assay was first performed by Yamatsuji et al (39). SH-SY5Y cells were grown in DMEM / HamF12 mixture (DMEM / F12) containing 10% FBS. The SH-SY5Y cells were plated 12-16 hours at 2x10 5 / well in 6-well plates, and 3 hours transfection with vectors indicated in the absence of serum, then the CLSP and / or CLSP modulators (CLSP Cultivated in DMEM / F12-10% FBS with / without acting substance).
- a rabbit polyclonal antibody was produced against a peptide of 16 amino acids of the N-terminal peptide of human CLSP complexed with keyhole limpet hemocyanin, and affinity purification was performed with an immunopeptide (hCLSP-N antibody).
- Rabbit polyclonal antibody against GST-CLSP-MycHis was generated by immunization with recombinant GST-CLSP-MycHis (GST-CLSP antibody) (5) produced in bacteria. Further, the antibody was affinity purified from crude serum using recombinant CLSP-MycHis. Affinity purification was performed using 14-3-3 ⁇ .
- Sigma-C antibody was produced by immunizing rabbits with the C-terminal 16 amino acid peptide of human 14-3-3 ⁇ and further affinity purified.
- Polyclonal antibody against SH3BP5 (named “SH3BP5 antibody”) was produced in rabbits and affinity purified using GST-14-3-3 ⁇ and GST-SH3BP5, followed by affinity purification using GST-SH3BP5.
- SH3BP5 antibody (Sab; Catalog number sc-135617), Biotechnology (Santa Cruz, CA); SH3BP5 monoclonal antibody (Clone 1D5, Catalog number H00000009467-M02), Abnoba, (Taipei, Taiwan); HisG monoclonal antibody (Taipei, Taiwan). Catalog number R940-25), Invitrogen (Carlsbad, CA).
- Binding of the recombinant protein to cyanogen bromide activated Sepharose 4B was performed according to the instructions of the manufacturer (Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden). Briefly, while rotating 5 mg of recombinant protein in coupling buffer (0.1 M NaHCO 3 , pH 8.3 containing 0.5 M NaCl) with 3 ml cyanogen bromide activated Sepharose 4B. Incubated overnight at 4 ° C. The recombinant protein-bound sepharose was then incubated in blocking buffer (0.2 M glycine, pH 8.0) for 2 hours at room temperature to eliminate non-specific binding. After blocking, Sepharose was washed with coupling buffer and 0.1 M sodium acetate buffer (pH 4) containing 0.5 M NaCl. Bound Sepharose 4B was stored in coupling buffer at 4 ° C.
- one of the recombinant CLSP and its deletion mutants ( ⁇ N1, ⁇ N2, ⁇ C1, and EHR) tagged at the C-terminus with MycHis was produced and purified in bacteria. They were mixed overnight at 4 ° C. with lysates derived from F11 cells containing apolipoprotein E4 or adiponectin tagged at the C-terminus with FLAG, followed by thorough washing. The washed pull-down precipitates and cell lysates were then developed by SDS-PAGE and subjected to immunoblot analysis.
- mice [Preparation of brain lysates from mice as interstitial fluid-containing brain samples after intraperitoneal injection of recombinant protein] All experimental procedures were approved by the Animal Care and Use Area Committee of Tokyo Medical University. Male ICR mice (8 weeks old) purchased from Oriental East (Tokyo, Japan) were intraperitoneally injected with 10 nmol of GST-MycHisG protein, CLSPCOL, or wt-CLSPCOL in PBS as a negative control. Mice were anesthetized with diethyl ether (Wako Pure Drug, Tokyo, Japan) 1 hour after injection. Blood was then aspirated from the heart and centrifuged at 4000 xg for 10 minutes at 4 ° C.
- Blood was removed by perfusing the vascular space of the brain through the left ventricle of the heart using 20 ml of lactated Ringer's solution containing ice (Otsuka Pharmaceutical, Tokyo, Japan).
- lactated Ringer's solution containing ice Otsuka Pharmaceutical, Tokyo, Japan.
- the mouse was decapitated and the brain was removed.
- the entire brain was washed once with lactated Ringer's solution to clean the CSF contamination. It was then homogenized in the presence of double the weight of saline.
- the lysate was centrifuged at 4000 xg for 10 minutes at 4 ° C., and the supernatant was collected as an interstitial fluid-containing brain sample (36).
- the dissociation constant for binding between apoE4 (or adiponectin) and CLSP was measured using the Nano-GloHiBiT extracellular detection system (Promega, catalog number: N2420) according to the instructions.
- 100 ⁇ l of 50 mM carbonate buffer (pH 9.6) containing 20 pM apo E4 or adiponectin was incubated overnight at 4 ° C. in the wells of a 96-well plate (for fluorescence). Black plate H Catalog number: MS-8596KZ, Sumitomo Bakelite, Tokyo, Japan).
- the protein-coated plate was washed 3 times with 200 ⁇ l PBS. Next, 150 ⁇ l PBS (GIBCO) containing 1% skim milk was added to each well. They were incubated for 1 hour at room temperature without shaking. After washing the plate 3 times with 200 ⁇ l PBS, 100 ⁇ l concentration of CLSP-HiBiT in PBS was added to each well. The plate was incubated overnight at 4 ° C. without further shaking, then washed 5 times with PBS containing 0.1% NP-40, followed by the addition of 100 ⁇ l PBS. The substrate for HiBiT in the kit was then added to each well. The chemiluminescence obtained was measured for each well using Wallac ARVO TM X 5 (Perkin Elmer).
- ELISA A ready-made human adiponectin ELISA kit was purchased from Sekisui Medical Co., Ltd. (Cat. No. 376405, Tokyo, Japan) and used to measure CSF adiponectin concentration according to the manufacturer's instructions. 14-3-3 ⁇
- ELISA and SH3BP5 50 mM carbonate containing 0.6 ⁇ g / ml GST sigma antibody or 1 ⁇ g / ml SH3BP5 monoclonal antibody (clone 1D5, catalog number H0000049767-M02, Anoba, Taipei, Taiwan). 100 ⁇ L of buffer (pH 9.6) was incubated overnight at 4 ° C. in a 96-well plate (ELISA plate H, Catalog No.
- Antibodies or SH3BP5 antibodies were prepared. 100 ⁇ l of 1.0 ⁇ g / ml detection antibody in Can Get Signal Solution 2 (TOYOBO Catalog No. NKB-301) was added to each well and the plate was incubated for 1 hour at room temperature with shaking (250 rpm).
- R & D TMB substrate solution (R & D Systems, Catalog No .: DY999) was added to the wells and the plates were incubated at room temperature for 10 minutes. The reaction was stopped by adding 50 ⁇ l of H 2 SO 4 . Absorbance at 450 nm was measured by Wallac ARVO TM X5 (Perkin Elmer).
- Biotin-labeled anti-HisG antibodies were prepared using biotin-labeled Kit-NH 2 (Dojindo, Catalog Number: LK03, Kumamoto, Japan) according to the manufacturer's instructions.
- ELISA of CLSPCOL and wt-CLSPCOL containing Myc and HisG tags as binding peptides in series
- wash the capture antibody-coated plate three times with 400 ⁇ l of wash buffer (PBS containing 0.1% Room 20) in each well, and fill with 300 ⁇ l of PVDF blocking reagent (TOYOBO Catalog No. NYPBR01, Tokyo, Japan) and shake. It was kept at room temperature for 1 hour. After washing 3 times with 300 ⁇ l wash buffer, the plate is filled with 100 ⁇ l of PBS (for standard curve measurement) containing in increasing concentrations of GST-MycHis, CLSPCOL and wt-CLSPCOL, or mouse brain lysate. Incubated for 2 hours at room temperature.
- the plate After washing with 300 ⁇ l wash buffer, the plate was filled with 100 ⁇ l of 1000-fold diluted biotin-conjugated anti-HisG antibody in Can Get Signal Solution 1 (TOYOBO Catalog No .: NKB-201) and incubated. Incubated for 1 hour at room temperature. The plate was then washed 3 times with 300 ⁇ l wash buffer. They were then filled with 100 ⁇ l of 2000-fold diluted streptavidin-bound HRP (Invitrogen) in Can Get Signal Solution 2 (TOYOBO catalog number: NKB-301) and incubated for 1 hour at room temperature.
- NIH Image 1.37v was used to quantify SH3BP5 immunofluorescence intensity and the area of selected neurons.
- the mean SH3BP5 immunofluorescence intensity per 1 ⁇ m 2 (a) of neurons was calculated.
- the mean immunofluorescence intensity per 1 ⁇ m 2 of neuropil around the neuron was also quantified as background immunofluorescence (b).
- the subtracted average immunofluorescence intensity (ab) was used as the mean SH3BP5 immunofluorescence intensity of neurons.
- the ab value was then multiplied by the neuron area to estimate the level of SH3BP5 expression in the neurons.
- ApoE Two apolipoprotein E allele names are indicated numerically.
- PMD Postmortem time to autopsy
- B & B stage Braak & Braak stage.
- Two possible AD cases were counted as AD cases.
- Mean ⁇ SEM ages for all AD and non-AD cases were greater than 78.5 ⁇ 0.9 years and 86.3 ⁇ 1.4 years, respectively (unpaired T-test, “more than” before age. When “large” is regarded as “equal”, p ⁇ 0.0001).
- Sections of the lateral pyramidal layer of the temporal or occipital lobe were obtained from autopsied AD and ALS patients.
- CDR clinical dementia assessment
- NE not tested.
- ApoE Two apolipoprotein E allele names are indicated numerically.
- PMD Postmortem time to autopsy
- B & B stage Braak & Braak stage.
- Mean ⁇ SEM ages for all AD and non-AD cases were greater than 79.9 ⁇ 2.9 years and 79.4 ⁇ 1.3 years, respectively (unpaired T-test, “more than” before age. When “large” is regarded as “equal”, p ⁇ 0.876).
- CLSP derivatives, polypeptides, enhancers or protective agents, and fusion proteins according to the present invention can be used in pharmaceutical compositions for suppressing neuronal dysfunction or neuronal cell death associated with Alzheimer's disease, such as Alzheimer's disease. It is useful as an active ingredient in pharmaceutical compositions used in the prevention or treatment of diseases associated with associated memory damage or neurodegeneration.
- Humanin inhibits neuronal cell death by interacting with a cytokine receptor complex or complexes involving CNTF receptor a / WSX-1 / gp130. Mol. Biol. Cell 20, 2864-2873 (2009). 5. Hashimoto, Y. et al. Secreted calmodulin-like skin protein inhibits neuronal death in cell-based Alzheimer's disease models via the heterotrimeric Humanin receptor. Cell Death Dis. 4: e555 (2013). 6. Matsuoka, M. Protective effects of Humanin and calmodulin-like skin protein in Alzheimer's disease and broad range of abnormalities. Mol. Neurobiol. 51, 1232-1239 (2015). 7. Matsuoka, M. HUMANIN: A Defender against Alzheimer's disease.
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Abstract
【課題】 アルツハイマー病等に関連する神経細胞の機能障害又は細胞死を抑制する活性がヒューマニンよりも強く、且つ、阻害剤による該活性の阻害作用を受けない、カルモジュリン様皮膚タンパク質(Calmodulin-like skin Protein:CLSP)誘導体、及び、CLSPによるアルツハイマー病の抑制活性の増強又は保護作用・活性を有するポリペプチド等を提供すること。 【解決手段】 カルモジュリン様皮膚タンパク質(Calmodulin-like skin Protein:CLSP)の誘導体(変異体)であって、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性(CLSP活性)中心である内因性ヒューマニン相同領域(EHR)を含み、該CLSP活性の阻害剤が結合する領域を含まないことを特徴とする、前記変異体、該変異体を有効成分として含むアルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制するための医薬組成物等。
Description
本発明は、アルツハイマー病(AD)に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を有し、且つ、阻害物質(阻害剤)による該活性の阻害又は抑制作用を受けない、カルモジュリン様皮膚タンパク質(Calmodulin-like skin Protein:CLSP)の誘導体、アディポネクチンのコラーゲン相同領域を含むポリペプチド等から成る、CLSPが有する該活性(「AD保護活性」、「抗AD活性」、「CLSP活性」又は「CLSPによる細胞毒性抑制活性」ともいう)の増強又は保護剤、CLSP又は該CLSP誘導体と該ポリペプチド等を含む融合タンパク質、及び、これらを有効成分として含む医薬組成物、特に、アルツハイマー病治療用の医薬組成物等に関する。
アルツハイマー病(AD)は、認知症を引き起こす主要な神経変性疾患である。ADの病因は十分に解明されておらず、そしてADのための疾患修飾(疾患の予防および進行抑制)療法はまだ実用化には程遠い段階である(1-3)。
生理活性ペプチドである、ヒューマニンおよびCLSPは、毛様体神経栄養因子受容体α、WSX‐1、およびgp130からなるヘテロ三量体ヒューマニン受容体(htHNR)に対する生理学的アゴニストである(4-6)。それらは、htHNRを介してインビトロでAD関連ニューロン細胞死を阻害する(5,7)。また、CLSPのトランスジェニック過剰発現は、ADモデルマウスにおけるシナプス喪失および記憶喪失から保護する(8)。ただし、ヒューマニンの活性は弱く(50%有効濃度は1~10μM)(6,7)、生体内に存在するヒューマニンの濃度は神経保護効果を発揮するには不十分であると考えられる(6,9)。
CLSPは主に皮膚角化細胞で産生され、一部の末梢組織の上皮細胞でも若干産生される(10-12)。 CLSPの腹腔内投与により、マウスにおけるスコポラミン誘発記憶障害が改善された(13)。また、ヒト脳脊髄液中に十分量のCLSPが存在する(14)。これらの実験事実から、CLSPは末梢組織より血液循環によって運ばれて中枢神経系(CNS)に到達し、血液脳関門を通過して神経組織に入ると推定される(14)。 CLSPに於ける40~61番目の22個のアミノ酸から成る配列であるEHR(内因性ヒューマニン相同領域)はCLSP活性に不可欠であり(5)、野生型CLSPの活性はヒューマニンよりも105倍強力である(50%有効濃度は10‐100pM)(5)。 また、測定されたヒト脳脊髄液中のCLSPの濃度(14)からすると、CNSにおけるCLSP濃度は、AD保護因子として神経保護効果を示すに十分な濃度と推定される。これら公表された知見(5、6、8、9、13、及び14)から、インビボでのhtHNRの中心的なアゴニストはヒューマニンではなくCLSPである可能性が高い。また、以前の研究(35)により、AD患者のCNSにおいてはhtHNRの活性化レベルが低下していることが示唆されている。そこで、さらなる推論として、AD患者のCNSにおいてはhtHNRの中心的アゴニストであるCLSPレベルが低下している可能性が提起された。しかしながら、本発明者らの直前の研究(14)により、CLSPレベルそのものがAD患者のCNSで低下している可能性は否定された。
ヒューマニンおよびCLSP、並びに、これらの作用・効果に関しては、上記に数字で引用した参考文献(References)の他に、特許文献1にも詳細に記載されている。
一方、アディポネクチンは、アディポネクチンR1およびアディポネクチンR2などの受容体に結合してAMPキナーゼ媒介細胞内シグナリングを活性化することによって、インスリン感受性の増加、インスリン非依存性グルコースの取り込み、および脂肪酸分解などのさまざまな代謝作用を示す脂肪組織由来ペプチドホルモンである。結果として、このホルモンは、2型糖尿病、肥満、アテローム性動脈硬化症、非アルコール性脂肪性肝疾患、およびメタボリックシンドローム及び関連した代謝異常を抑制するという役割を果たすと考えられている。
アディポネクチンの欠乏またはアディポネクチンシグナル伝達の異常な調節がADの発症に関連しているという間接的な証拠が以下のように複数の研究で予備的なデータとして提示されている(31)。血清アディポネクチンレベルの上昇(29, 30)は、ADの独立した危険因子である可能性がある(32)。逆に、血清アディポネクチン濃度が低いII型糖尿病患者ではAD様の病状が発症することが研究により示された(33)。アディポネクチンレベルは、AD患者のCSFにおいて低下されており、Aβレベルの増加と逆相関している(30)。アディポネクチンノックアウトマウスはAD様の症状及び病理所見を示す(34)。
CLSPはhtHNR以外にも複数のタンパク質と結合することが示されている(15)が、それらの結合がCLSP機能にどのように影響するかは明らかにされていない。
本発明の第一の課題は、これらのCLSP結合因子、および本発明において新たに発見したCLSP結合因子が、CLSP活性を調節している可能性を検討し、調節しているタンパク質に関しては、その詳細なメカニズム解析を行うことである。
第二の課題は、AD患者由来のサンプルを使用して、CLSP活性がADの中枢神経系において低下していることを確認するとともに、これらCLSP結合因子の異常がAD発症に寄与している可能性を検討することである。
更に、第三の課題は、阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用を受けないCLSP誘導体、CLSP及び該CLSP誘導体の有するCLSP活性の増強又は保護剤、CLSP又は該CLSP誘導体と増強又は保護剤との融合タンパク質、並びに、これらを有効成分として含むアルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制するための医薬組成物等を提供することである。
本発明の第一の課題は、これらのCLSP結合因子、および本発明において新たに発見したCLSP結合因子が、CLSP活性を調節している可能性を検討し、調節しているタンパク質に関しては、その詳細なメカニズム解析を行うことである。
第二の課題は、AD患者由来のサンプルを使用して、CLSP活性がADの中枢神経系において低下していることを確認するとともに、これらCLSP結合因子の異常がAD発症に寄与している可能性を検討することである。
更に、第三の課題は、阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用を受けないCLSP誘導体、CLSP及び該CLSP誘導体の有するCLSP活性の増強又は保護剤、CLSP又は該CLSP誘導体と増強又は保護剤との融合タンパク質、並びに、これらを有効成分として含むアルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制するための医薬組成物等を提供することである。
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意研究の結果、当該技術分野において以下の知見を初めて得て、本発明を完成した。
まず、CLSP活性がアポリポタンパク質E(ApolipoproteinE:ApoE;本実験で用いたApoE3とApoE4は一アミノ酸が異なる同族蛋白質で、生化学的性質はほぼ同じ)、14-3-3タンパク質、およびカルレティキュリン(Calreticulin)などのCLSP阻害物質(剤)によって抑制されることを見出した(図2および図3)。一連のデータはこれらCLSP阻害物質が培地中のCLSP濃度と同等から5倍までの濃度で完全なCLSP抑制効果を示すことを実証している。ヒト中枢神経系にはCLSP濃度より圧倒的に高い濃度のApoEが存在することが知られている。例えば、ヒト脳脊髄液(CSF)中のApoE濃度は40-200nMと推定されている(18, 19)一方、CLSPの濃度は3-6nMと推定されている(14)。従って、インビボのCNSにおいてCLSP活性がCLSPとその阻害物質のみからなる単純な系で規定されていると仮定すると、このような高濃度の内在性ApoEによってCLSPの活性は完全に無効にされると考えられる(実際の正常生体内では後述のようにCLSP保護物質が存在していてCLSP活性を維持している(図5、図6、図7)。従って、治療手段として、ADの中枢神経系において低下しているCLSP活性(図10、11、表1、2、3、4)を、野生型CLSPを増加させるという手法により出現させるためには、CLSP阻害物質による阻害を克服するために、CNS中のCLSP濃度を少なくとも40-200nM以上にまで増加させなければならない。しかし、CLSPは血液脳関門を効率的に通過して中枢神経系に入ることができない(5, 14)ため、このことを末梢ルートからの野生型CLSP投与で達成するのは困難である。例えば、マウスにおいて、CSFおよび血清中のCLSP濃度は、5nmolの野生型CLSPの腹腔内注射の1時間後(通常最大濃度となることが予想される)に、それぞれ5nMおよび500nMに達する(5)。したがって、単純な計算でCSF中に40-200nM以上の濃度に上昇させるためには少なくとも約10倍以上の野生型CLSP投与が必要である。しかし、上記実験で投与された5nmolは既にマウスとしては非常に多い量であり、これ以上投与量を増やすのは現実的には困難である。すなわち、野生型CLSPを末梢から注射することによって、CLSP活性をCNSで出現させることはほぼ不可能である。従って、CLSPを末梢投与することによってCLSP活性をCNSで出現させるためには、より効率的に血液脳関門を通過させる、および/またはCLSPをCLSP阻害物質よる阻害効果から解放させる、変更又は工夫が必須である。
本発明者は、ApoE4がCLSPのC末端領域(アミノ酸62-146)を介してCLSPに結合することを見出した(図9および補足図S4)。この知見は、CLSPのN末端領域(アミノ酸1-61:「CLSP1‐61」と略される)がApoEに結合せず、そしてApoE媒介抑制を受けないことを示す。重要なこととして、本発明者はさらに、CLSP1‐61が野生型CLSPと同等の活性を有し、V642I‐APP誘導性の神経細胞死を抑制することを証明した(図L1)。 実際、V642I‐APP誘導性のニューロン死を完全に阻害する、大腸菌で産生させたCLSP1‐61および野生型CLSPの最小必要濃度は同じで、0.5nMである(図L1及び図2)。
予想通り、CLSP1-61により媒介されるV642I‐APP誘導性神経細胞死の抑制は、ApoE3のみならず、14‐3‐3σタンパク質またはカルレティキュリンのような他のCLSP阻害剤によって阻害されない(図L2)。以上のことから、CLSP1‐61はCLSP阻害物質による抑制から完全に解放され、しかも活性は野生型とほぼ同等であることから、インビボで野生型CLSPよりはるかに低い濃度でCLSP活性を示すCLSP誘導体であることが実証された。
[配列番号1:CLSP(1-146)
mageltpeeeaqykkafsavdtdgngtinaqelgaalkatgknlseaqlrklisevdsdgdgeisfqefltaakkaragledlqvafrafdqdgdghitvdelrramaglgqplpqeeldamireadvdqdgrvnyeefarmlaqe (遺伝性多型により58番目sはgの場合があるが、活性は同じ)
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更に、アディポネクチンがCLSPのEHR(内因性ヒューマニン相同領域)に結合すること(図1および図9、図S4)により、CLSP活性を増強し(活性増強因子;図7)、かつ全ての種類のCLSP阻害物質からCLSP活性を保護(保持)すること(活性保護因子;図5、図6)を発見した。 実際には、50nMまでの圧倒的に高い濃度のCLSP阻害物質が存在していても、0.2‐0.25nMの濃度のアディポネクチンが存在すれば、1nMのCLSPによって完全にAD関連細胞死は抑制される(図5および図7)。この結果は、アディポネクチンが、CLSPよりも圧倒的に高濃度のCLSP阻害物質が存在するCNSにおいて、CLSPの活性を保つCLSP活性保護因子であることを示している。
さらに、臨床試料を用いて実験を行うことにより、CSF中のアディポネクチンのレベルがAD患者において0.3nMに低下することを見出した(図10、表1および2)。この結果は、以前の研究の結果と一致している(30)。さらに、ニューロン内CLSPシグナル強度がAD患者において低下することを見出した(図11、表3および4)。これらの結果を合わせて考えると、AD患者において、何らかの原因でCNSにおけるアディポネクチンレベルの低下が起こり、その結果CLSP活性が低下し、ニューロンがAD関連毒性に感受性になること(すなわち神経毒性が出ること)が示唆される。
本発明者はさらに、アディポネクチン(ADN)のコラーゲン相同領域(ADNCol:ADNに於ける45~104番目のアミノ酸配列に相当)が単独でCLSPに結合し(図S4)、CLSP増強/保護活性を示すのに十分であることを見出した(図L3および図L4)。重要なことは、ADNColのCLSP増強/保護活性は野生型アディポネクチンのそれよりわずかに弱いだけであるという事実である。実際、完全なCLSP増強/保護活性を付与するための野生型アディポネクチンの最小濃度は0.2‐0.25nMである一方、ADNColのそれは0.5nMである。また、アディポネクチンのC末端に位置する球状ドメインが通常のアディポネクチン受容体AdipoR1および2を介したグルコース低下効果などのアディポネクチンの代謝活性の調節に必須であることが知られている(42)。従って、球状ドメインを欠損したADNColはアディポネクチンのこれら代謝効果に欠けている。すなわち、球状ドメインを欠いたADNColは、野生型ADNと同様に完全なCLSP活性増強/保護作用を有するが、野生型ADNと異なり、通常のアディポネクチン受容体へ結合できず、その結果、いわゆる代謝調節活性(副作用になりうる活性)を示さないと考えられる。一方、以前に公表された研究(33,34)においては、アディポネクチンの抗AD活性は、通常のアディポネクチン受容体AdipoR1および2の結合によって惹起される代謝調節活性によって媒介されると推定されている。
上記の内容から、CLSP増強/保護剤としてのADNColは、野生型アディポネクチンに対して4つの利点を有すると予想される。第一に、インビボ組織(CNSや末梢組織)における通常のアディポネクチン受容体AdipoR1および2(通常型アディポネクチン受容体)の豊富さを考えると、かなりの割合の野生型アディポネクチンが通常型アディポネクチン受容体と複合体を作るのに消費されるのに対して、ADNColはそのようなことがないと推測される。第二に、ADにおけるCSFアディポネクチンのレベルの低下は、ニューロン内の過リン酸化タウと不溶性複合体形成のために消費されていることに由来する可能性が示唆されている(30)が、この過程は、野生型アディポネクチンが通常型アディポネクチン受容体に結合してニューロンに取り込まれることによって引き起こされると推測される。ADNColは、通常型アディポネクチン受容体に結合しないので、ニューロン中の過リン酸化タウと複合体を形成しない可能性が高い。以上の二点は、インビボでCLSP増強/保護活性を示すのに必要なADNCol量が野生型アディポネクチンと比較して少なくて済むことを示唆している。第三に、大量の野生型アディポネクチンは、通常型アディポネクチン受容体に結合して種々の代謝経路を活性化することによって副作用を引き起こす可能性があるが、ADNColは通常受容体に結合しないためそのような副作用がないと推測される。第四に、野生型アディポネクチンのアミノ酸長(244アミノ酸:配列番号3)と比較して、ADNColのアミノ酸長(60アミノ酸:配列番号2)は相対的に短いので工業生産が容易となる。ADNColのこれらすべての利点により、ADNColは抗AD薬として野生型アディポネクチンよりも優れている。
また、本発明者は、CLSP又はCLSP誘導体と増強又は保護剤との融合タンパク質(ハイブリッドペプチド)がCLSP1-61および野生型CLSPよりもV642I-APP誘導性の神経細胞死に対して強い保護活性を有する(図L5)ことを見出した。即ち、V642I-APP誘導ニューロン細胞死を完全に抑制するためのCLSP1-61とADNColからなるハイブリッドペプチド(「CLSPCOL」と命名)および野生型CLSPとADNColからなるハイブリッドペプチド(「wt-CLSPCOL」と命名)の最小濃度は0.1nMであり、CLSP1-61および野生型CLSPの最小濃度は0.5nMであった(図L5)。また、CLSPCOLおよびwt-CLSPCOLはCLSP阻害剤により抑制されないか、抑制されてもその程度は軽度であった(図X1およびX2)。
更に、CLSPCOLはwt-CLSPCOLよりも効率的に血液脳関門を透過してCNSに移行することを見出した(図L6および表1)。即ち、マウスにおいて、10nmolのCLSPCOLの腹腔内注射の1時間後のCLSPCOLの濃度は、間質液(ISF)含有脳ホモジネート中で72nM、血清中で320nMであった(図L6および表L1)。
[ADNCol:配列番号2]
ghpghngapgrdgrdgtpgekgekgdpgligpkgdigetgvpgaegprgfpgiqgrkgep
[ADN:配列番号3]
mlllgavllllalpghdqetttqgpgvllplpkgactgwmagipghpghngapgrdgrdgtpgekgekgdpgligpkgdigetgvpgaegprgfpgiqgrkgepgegayvyrsafsvgletyvtipnmpirftkifynqqnhydgstgkfhcnipglyyfayhitvymkdvkvslfkkdkamlftydqyqennvdqasgsvllhlevgdqvwlqvygegernglyadndndstftgfllyhdtn
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[ADN:配列番号3]
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即ち、本発明は以下の態様にかかるものである。
[態様1]
カルモジュリン様皮膚タンパク質(Calmodulin-like skin Protein:CLSP)の誘導体(変異体)であって、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性(CLSP活性)中心である内因性ヒューマニン相同領域(EHR)を含み、該CLSP活性の阻害剤が結合する領域を含まないことを特徴とする、前記誘導体。
[態様2]
EHRがアミノ酸配列(I):
TGKNLSEAQLRKLISEVDS(あるいはG)DGD(アミノ酸一文字表記)(I)
から成る、態様1記載の誘導体。
[態様3]
阻害剤が結合する領域がCLSP(配列番号1)のC末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸62~146)である、態様1又は2に記載の誘導体。
[態様4]
以下のアミノ酸配列:
(1)CLSPのN末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸1~61);
(2)上記(1)のアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるEHR以外のアミノ酸配列中に一個又は数個(例えば、2~5個程度)のアミノ酸が、欠失、置換又は挿入されたアミノ酸配列; 又は
(3)上記(1)のアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるEHR以外のアミノ酸配列に対して90%以上、好ましくは95%以上、更に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列;
から成るポリペプチドである、態様1~3のいずれかに記載の誘導体。
[態様5]
阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用を受けない、態様1~4のいずれか一項に記載の誘導体。
[態様6]
阻害剤が、アポリポタンパク質E、14‐3‐3タンパク質、およびカルレティキュリンから成る群から選択される、態様1~5のいずれか一項に記載の誘導体。
[態様7]
以下のアミノ酸配列:
(1)配列番号2に示されるアミノ酸配列(ADNCol);
(2)上記(1)のアミノ酸配列(ADNCol)を含むアミノ酸配列;
(3)配列番号3に示されるアディポネクチンのアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるADNCol以外のアミノ酸配列中に一個又は数個のアミノ酸が、欠失、置換又は挿入されたアミノ酸配列; 又は
(4)配列番号3に示されるアディポネクチンのアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるADNCol以外のアミノ酸配列に対して90%以上の同一性を有するアミノ酸配列;
から成るポリペプチド。
[態様8]
態様7に記載のポリペプチドから成る、CLSP又は態様1に記載のCLSP誘導体の有するCLSP活性の増強又は保護剤。
[態様9]
阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用から該CLSPを保護し、又は、阻害剤の該作用を無効化することを特徴とする、態様8に記載の増強又は保護剤。
[態様10]
前記ポリペプチドがアディポネクチンである、態様8又は9記載の増強又は保護剤。
[態様11]
阻害剤が、アポリポタンパク質E、14‐3‐3タンパク質、およびカルレティキュリンから成る群から選択される、態様8~10のいずれか一項に記載の増強又は保護剤。
[態様12]
CLSP又は態様1に記載のCLSP誘導体と、態様7に記載のポリペプチドを含む融合タンパク質。
[態様13]
CLSPのN末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸1~61)とADNColから成る、態様12に記載の融合タンパク質。
[態様14]
阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用を受けない、態様12または13に記載の融合タンパク質。
[態様15]態様1~6のいずれか一項に記載のCLSP誘導体、態様7に記載のポリペプチド、態様8~11のいずれか一項に記載の増強又は保護剤、又は、態様12~14のいずれか一項に記載の融合タンパク質を有効成分として含む、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制するための医薬組成物。
[態様16]アルツハイマー病に関連する記憶傷害又は神経変性を伴う疾病の予防または治療に用いられる、態様15記載の医薬組成物。
[態様17]態様15又は16に記載の医薬組成物を、神経細胞の細胞機能障害若しくは神経細胞死を伴う疾患、又は、記憶傷害若しくは神経変性を伴う疾病に罹患した又はその疑いのある個体に投与する段階を含む、該疾患又は疾病を治療する方法。
[態様18]
疾患又は疾病がアルツハイマー病である、態様17記載の方法。
[態様19]態様1~6のいずれか一項に記載のCLSP誘導体、態様7に記載のポリペプチド、又は、態様8~11のいずれか一項に記載の増強又は保護剤、又は、態様12~14のいずれか一項に記載の融合タンパク質(以上をまとめて「本発明ポリペプチド」という)による、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を検出する方法であって、(a)CLSPの阻害剤の存在/非存在下、及び、本発明ポリペプチドの存在/非存在下に於いて、神経細胞の機能障害又は神経細胞死を誘導する工程、(b)神経細胞の機能障害又は神経細胞死を検出する工程、及び(c)本発明ポリペプチドの存在/非存在下に於ける神経細胞の機能障害又は神経細胞死を比較する工程、を含む前記方法。
[態様20]態様1~6のいずれか一項に記載のCLSP誘導体、態様7に記載のポリペプチド、若しくは態様8~11のいずれか一項に記載の増強又は保護剤、若しくは、態様12~14のいずれか一項に記載の融合タンパク質(以上をまとめて「本発明ポリペプチド」という)又はCLSPによる、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を調節する物質をスクリーニングする方法であって、
(a)本発明ポリペプチド又はCLSPの存在下、被検物質の有無で神経細胞の機能障害又は神経細胞死を誘導する工程、(b)神経細胞の機能障害又は神経細胞死を検出する工程、および(c)本発明ポリペプチド又はCLSPによる神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を調節する物質を選択する工程、を含む前記方法。
[態様1]
カルモジュリン様皮膚タンパク質(Calmodulin-like skin Protein:CLSP)の誘導体(変異体)であって、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性(CLSP活性)中心である内因性ヒューマニン相同領域(EHR)を含み、該CLSP活性の阻害剤が結合する領域を含まないことを特徴とする、前記誘導体。
[態様2]
EHRがアミノ酸配列(I):
TGKNLSEAQLRKLISEVDS(あるいはG)DGD(アミノ酸一文字表記)(I)
から成る、態様1記載の誘導体。
[態様3]
阻害剤が結合する領域がCLSP(配列番号1)のC末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸62~146)である、態様1又は2に記載の誘導体。
[態様4]
以下のアミノ酸配列:
(1)CLSPのN末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸1~61);
(2)上記(1)のアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるEHR以外のアミノ酸配列中に一個又は数個(例えば、2~5個程度)のアミノ酸が、欠失、置換又は挿入されたアミノ酸配列; 又は
(3)上記(1)のアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるEHR以外のアミノ酸配列に対して90%以上、好ましくは95%以上、更に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列;
から成るポリペプチドである、態様1~3のいずれかに記載の誘導体。
[態様5]
阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用を受けない、態様1~4のいずれか一項に記載の誘導体。
[態様6]
阻害剤が、アポリポタンパク質E、14‐3‐3タンパク質、およびカルレティキュリンから成る群から選択される、態様1~5のいずれか一項に記載の誘導体。
[態様7]
以下のアミノ酸配列:
(1)配列番号2に示されるアミノ酸配列(ADNCol);
(2)上記(1)のアミノ酸配列(ADNCol)を含むアミノ酸配列;
(3)配列番号3に示されるアディポネクチンのアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるADNCol以外のアミノ酸配列中に一個又は数個のアミノ酸が、欠失、置換又は挿入されたアミノ酸配列; 又は
(4)配列番号3に示されるアディポネクチンのアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるADNCol以外のアミノ酸配列に対して90%以上の同一性を有するアミノ酸配列;
から成るポリペプチド。
[態様8]
態様7に記載のポリペプチドから成る、CLSP又は態様1に記載のCLSP誘導体の有するCLSP活性の増強又は保護剤。
[態様9]
阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用から該CLSPを保護し、又は、阻害剤の該作用を無効化することを特徴とする、態様8に記載の増強又は保護剤。
[態様10]
前記ポリペプチドがアディポネクチンである、態様8又は9記載の増強又は保護剤。
[態様11]
阻害剤が、アポリポタンパク質E、14‐3‐3タンパク質、およびカルレティキュリンから成る群から選択される、態様8~10のいずれか一項に記載の増強又は保護剤。
[態様12]
CLSP又は態様1に記載のCLSP誘導体と、態様7に記載のポリペプチドを含む融合タンパク質。
[態様13]
CLSPのN末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸1~61)とADNColから成る、態様12に記載の融合タンパク質。
[態様14]
阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用を受けない、態様12または13に記載の融合タンパク質。
[態様15]態様1~6のいずれか一項に記載のCLSP誘導体、態様7に記載のポリペプチド、態様8~11のいずれか一項に記載の増強又は保護剤、又は、態様12~14のいずれか一項に記載の融合タンパク質を有効成分として含む、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制するための医薬組成物。
[態様16]アルツハイマー病に関連する記憶傷害又は神経変性を伴う疾病の予防または治療に用いられる、態様15記載の医薬組成物。
[態様17]態様15又は16に記載の医薬組成物を、神経細胞の細胞機能障害若しくは神経細胞死を伴う疾患、又は、記憶傷害若しくは神経変性を伴う疾病に罹患した又はその疑いのある個体に投与する段階を含む、該疾患又は疾病を治療する方法。
[態様18]
疾患又は疾病がアルツハイマー病である、態様17記載の方法。
[態様19]態様1~6のいずれか一項に記載のCLSP誘導体、態様7に記載のポリペプチド、又は、態様8~11のいずれか一項に記載の増強又は保護剤、又は、態様12~14のいずれか一項に記載の融合タンパク質(以上をまとめて「本発明ポリペプチド」という)による、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を検出する方法であって、(a)CLSPの阻害剤の存在/非存在下、及び、本発明ポリペプチドの存在/非存在下に於いて、神経細胞の機能障害又は神経細胞死を誘導する工程、(b)神経細胞の機能障害又は神経細胞死を検出する工程、及び(c)本発明ポリペプチドの存在/非存在下に於ける神経細胞の機能障害又は神経細胞死を比較する工程、を含む前記方法。
[態様20]態様1~6のいずれか一項に記載のCLSP誘導体、態様7に記載のポリペプチド、若しくは態様8~11のいずれか一項に記載の増強又は保護剤、若しくは、態様12~14のいずれか一項に記載の融合タンパク質(以上をまとめて「本発明ポリペプチド」という)又はCLSPによる、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を調節する物質をスクリーニングする方法であって、
(a)本発明ポリペプチド又はCLSPの存在下、被検物質の有無で神経細胞の機能障害又は神経細胞死を誘導する工程、(b)神経細胞の機能障害又は神経細胞死を検出する工程、および(c)本発明ポリペプチド又はCLSPによる神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を調節する物質を選択する工程、を含む前記方法。
本発明のCLSP誘導体は、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性(CLSP活性)の中心である内因性ヒューマニン相同領域(EHR)を含み、ApoE、または14‐3‐3σタンパク質またはカルレティキュリンのようなCLSP活性阻害剤が結合する領域を含まない。
その結果、CLSP誘導体は野生型CLSPと同程度のCLSP活性を有しており、且つ、該阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用を実質的(有意)に受けない。以上のことから、これらのポリペプチドはCLSP阻害剤による阻害・抑制から完全に解放され、インビボで野生型CLSPよりはるかに低い濃度でCLSP活性を示す。
一方、配列番号2に示されるアミノ酸配列から成りアディポネクチンのコラーゲン相同領域であるポリペプチド、及び、配列番号2に示されるアミノ酸配列を含むポリペプチド、例えば、三量体等の多量体アディポネクチンは、CLSP及び本発明のCLSP誘導体のCLSP1-61内にあるEHRに結合し、それらが有するCLSP活性を増強する作用・効果を有する。
更に、上記ポリペプチドはアポリポタンパク質E等の阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制からCLSPを保護し、又は該阻害剤による阻害又は抑制作用を無効化する作用・効果を有する。従って、上記ポリペプチドはアルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死の抑制活性の増強又は保護剤として有用である。
また、本発明の融合タンパク質は、CLSPやCLSPの一部分からなる誘導体より強力な抗AD活性を有する。また、融合タンパク質はCLSP阻害剤による阻害を受けないか受けてもごく軽度なレベルである。さらに、同ペプチドはアディポネクチン由来する代謝関連活性を欠き、しかも標準的なアディポネクチン受容体との複合体形成のために消費されないと予想される。これら利点に加えて、融合タンパク質の一つであるCLSPCOLはその血液脳関門移行が極めて良好であるという特徴を持つため、末梢投与できる理想的な抗AD薬となり得る可能性が高い。
[CLSP誘導体]
カルモジュリン様皮膚タンパク質(Calmodulin-like skin Protein:CLSP)(アミノ酸配列1)に含まれる22個のアミノ酸(アミノ酸40~61)から成るアミノ酸配列(I):
TGKNLSEAQLRKLISEVDS(あるいはG)DGD(アミノ酸一文字表記)(I)
は、内因性ヒューマニン相同領域(Endogenous Humanin-Homogenous Region:EHR)又は内因性ヒューマニン様ドメイン((Endogenous Humanin-Like Domain:EHD)と呼ばれ、CLSPが介在する神経細胞死の抑制に於いて中心的な役割を果たすものである(特許文献1)。
カルモジュリン様皮膚タンパク質(Calmodulin-like skin Protein:CLSP)(アミノ酸配列1)に含まれる22個のアミノ酸(アミノ酸40~61)から成るアミノ酸配列(I):
TGKNLSEAQLRKLISEVDS(あるいはG)DGD(アミノ酸一文字表記)(I)
は、内因性ヒューマニン相同領域(Endogenous Humanin-Homogenous Region:EHR)又は内因性ヒューマニン様ドメイン((Endogenous Humanin-Like Domain:EHD)と呼ばれ、CLSPが介在する神経細胞死の抑制に於いて中心的な役割を果たすものである(特許文献1)。
本発明のCLSP誘導体は、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性(CLSP活性又はCLSP抑制活性)の中心である内因性ヒューマニン相同領域(EHR)を含み、該活性の阻害剤又は阻害物質(CLSP阻害剤)が結合する領域を含まないことを特徴とする。該阻害剤が結合する領域として、例えば、CLSP(配列番号1)のC末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸62~146)を挙げることが出来る。
本発明において「アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は細胞死を抑制する活性」とは、その原因又は因果関係に依らず、神経細胞における機能障害又は細胞死の少なくとも1つを抑制又は拮抗することを指す。神経細胞死の抑制は、完全な抑制ではなくても、有意に抑制されればよい。神経細胞死の抑制活性は、以下の実施例に記載された方法または他に記載の方法(例えば国際公開番号 WO00/14204参照)に従って検定することができる。例えば、CLSP活性は、様々な神経細胞死アッセイを用いて、V642I‐APP誘導性神経細胞死の抑制活性として測定することが出来る。
更に、阻害剤とCLSPとの結合は、本明細書の実施例に記載されているような、当業者に公知の任意の方法・手段(アッセイシステム)を用いて測定することが出来る。例えば、イムノブロット分析、プルダウン分析、Nano-Glo HiBiT細胞外検出システム、及びELISA等により測定することが出来る。
ここで、EHRの具体例として、アミノ酸配列(I):
TGKNLSEAQLRKLISEVDS(あるいはG)DGD(アミノ酸一文字表記)(I)、又は、特許文献1の請求項1に記載の22個のアミノ酸から成るアミノ酸配列を挙げることが出来る。更に、阻害剤が結合する領域の例としては、CLSP(配列番号1)のC末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸62~146)を挙げることが出来る。
TGKNLSEAQLRKLISEVDS(あるいはG)DGD(アミノ酸一文字表記)(I)、又は、特許文献1の請求項1に記載の22個のアミノ酸から成るアミノ酸配列を挙げることが出来る。更に、阻害剤が結合する領域の例としては、CLSP(配列番号1)のC末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸62~146)を挙げることが出来る。
従って、本発明のCLSP誘導体の好適例として、以下のアミノ酸配列:
(1)CLSPのN末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸1~61);
(2)上記(1)のアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるEHR以外のアミノ酸配列中に一個又は数個(例えば、2~5個程度)のアミノ酸が、欠失、置換又は挿入されたアミノ酸配列; 又は
(3)上記(1)のアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるEHR以外のアミノ酸配列に対して90%以上、好ましくは95%以上、更に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列;
から成るポリペプチドを挙げることが出来る。
(1)CLSPのN末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸1~61);
(2)上記(1)のアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるEHR以外のアミノ酸配列中に一個又は数個(例えば、2~5個程度)のアミノ酸が、欠失、置換又は挿入されたアミノ酸配列; 又は
(3)上記(1)のアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるEHR以外のアミノ酸配列に対して90%以上、好ましくは95%以上、更に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列;
から成るポリペプチドを挙げることが出来る。
本発明のCLSP誘導体は、野生型CLSPと同程度のCLSP活性を有し、且つ、阻害剤が結合する領域を含まない為に、阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用を実質的(有意)に受けないことを特徴とする。尚、本発明のCLSP誘導体には、例えば、欠失変異体等の各種変異体及びEHRを含む融合タンパク質(ハイブリッドポリペプチド)等も含まれるが、EHRのみから成るポリペプチドは含まれない。
一方、CLSP阻害剤としては、その構造的特徴等に特に制限はないが、例えば、培地中のCLSP濃度と同程度または5倍以上の濃度でCLSP活性に対する有意な阻害(抑制)効果を示す物質であり、例えば、アポリポタンパク質E(ApoE)、14‐3‐3タンパク質、およびカルレティキュリンから成る群から選択される。特に、ApoE(ApoE3及びApoE4)のCLSP活性抑制効果が高いことが示された。
[アディポネクチン及びその誘導体]
更に、本発明に於いて、アディポネクチン(配列番号3)は、そのコラーゲン相同領域(ADNCol)であるポリペプチド(配列番号2)で、CLSP及び本発明のCLSP誘導体のCLSP1-61領域内のEHRに結合し、それらのCLSP活性を増強する作用・効果を有すること、更に、アディポネクチン及び該ポリペプチドは、上記阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用から該CLSPを保護し、又は、阻害剤の該作用を無効化する作用も有することが明らかにされた。
更に、本発明に於いて、アディポネクチン(配列番号3)は、そのコラーゲン相同領域(ADNCol)であるポリペプチド(配列番号2)で、CLSP及び本発明のCLSP誘導体のCLSP1-61領域内のEHRに結合し、それらのCLSP活性を増強する作用・効果を有すること、更に、アディポネクチン及び該ポリペプチドは、上記阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用から該CLSPを保護し、又は、阻害剤の該作用を無効化する作用も有することが明らかにされた。
従って、以下のアミノ酸配列:
(1)配列番号2に示されるアミノ酸配列(ADNCol);
(2)上記(1)のアミノ酸配列(ADNCol)を含むアミノ酸配列、例えば、配列番号3に示されるアディポネクチン;
(3)配列番号3に示されるアディポネクチンのアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるADNCol以外のアミノ酸配列中に一個又は数個(例えば、2~5個程度)のアミノ酸が、欠失、置換又は挿入されたアミノ酸配列; 又は
(4)配列番号3に示されるアディポネクチンのアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるADNCol以外のアミノ酸配列に対して90%以上、好ましくは95%以上、更に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列;
から成るポリペプチド(以下、「アディポネクチン及びその誘導体」ともいう)は、CLSP又は本発明のCLSP誘導体の有するCLSP活性の増強又は保護剤として有用である。尚、これらポリぺプチドは、例えば、三量体アディポネクチンのような多量体を形成していても良い。
(1)配列番号2に示されるアミノ酸配列(ADNCol);
(2)上記(1)のアミノ酸配列(ADNCol)を含むアミノ酸配列、例えば、配列番号3に示されるアディポネクチン;
(3)配列番号3に示されるアディポネクチンのアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるADNCol以外のアミノ酸配列中に一個又は数個(例えば、2~5個程度)のアミノ酸が、欠失、置換又は挿入されたアミノ酸配列; 又は
(4)配列番号3に示されるアディポネクチンのアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるADNCol以外のアミノ酸配列に対して90%以上、好ましくは95%以上、更に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列;
から成るポリペプチド(以下、「アディポネクチン及びその誘導体」ともいう)は、CLSP又は本発明のCLSP誘導体の有するCLSP活性の増強又は保護剤として有用である。尚、これらポリぺプチドは、例えば、三量体アディポネクチンのような多量体を形成していても良い。
尚、「CLSP」には、本明細書に記載した配列番号1に示されるポリペプチド以外に、特許文献1に記載されているようなCLSP活性を有する各種のCLSPに関連(類似)するポリペプチドも含有される。また、このようなCLSP活性に関して、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死に対する「抑制」及び「阻害」は同義である。更に、本発明の増強又は保護剤の活性に関して、「保護」、「維持」及び「保持」は同義である。
[CLSP誘導体等とアディポネクチン誘導体等との融合タンパク質]
更に、本発明は、上記CLSP誘導体の一例である、CLSP又はCLSP誘導体と、アディポネクチン又はアディポネクチン誘導体を含む融合タンパク質(ハイブリッドポリペプチド)にも係るものである。該融合タンパク質は強力なCLSP活性を有し、CLSP阻害剤による抑制を受けないか受けても軽度にとどまる。
特にこの一好適例である、CLSPのN末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸1~61)とADNColから成る融合タンパク質(CLSPCOL)は効率的に血液脳関門を透過してCNSに移行することことが出来る。
更に、本発明は、上記CLSP誘導体の一例である、CLSP又はCLSP誘導体と、アディポネクチン又はアディポネクチン誘導体を含む融合タンパク質(ハイブリッドポリペプチド)にも係るものである。該融合タンパク質は強力なCLSP活性を有し、CLSP阻害剤による抑制を受けないか受けても軽度にとどまる。
特にこの一好適例である、CLSPのN末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸1~61)とADNColから成る融合タンパク質(CLSPCOL)は効率的に血液脳関門を透過してCNSに移行することことが出来る。
係る融合タンパク質は、それが有する所定の活性を損なわない限り、上記の各領域(要素)を構成するポリペプチド以外のアミノ酸配列を任意に含むことが出来る。例えば、タンパク質三次元構造の安定性等を向上させる目的で各領域の間に適当なアミノ酸配列から成るリンカー配列を挿入することも可能である。或いは、例えば、体内での安定性(血漿中の半減期等)等の向上等を目的として、公知の融合タンパク質に見られる免疫グロブリン定常領域等の当業者に公知の任意のアミノ酸配列をC末端側に付加することも可能である。
このような、追加・挿入配列は当業者であれば、技術常識に基づき、抗原性等に配慮しつつ、適宜、設計・調製することが出来る。尚、抗原性に関しては、CLSP1-61およびコラーゲン相同領域は内在性ヒトペプチドに由来するので、それらの抗原性は限定的であると推測される。
更に、融合タンパク質に含まれる各領域が連結される順序(N末側又はC末側)に関しては特に制約はなく、当業者が適宜、選択・調製することが可能である。
このような、追加・挿入配列は当業者であれば、技術常識に基づき、抗原性等に配慮しつつ、適宜、設計・調製することが出来る。尚、抗原性に関しては、CLSP1-61およびコラーゲン相同領域は内在性ヒトペプチドに由来するので、それらの抗原性は限定的であると推測される。
更に、融合タンパク質に含まれる各領域が連結される順序(N末側又はC末側)に関しては特に制約はなく、当業者が適宜、選択・調製することが可能である。
本発明のCLSP誘導体、アディポネクチン及びその誘導体、ポリペプチドから成る、CLSP又は該CLSP誘導体の有するCLSP活性の増強又は保護剤、並びに、融合タンパク質を構成するポリペプチドを、以下、単に、「本発明(の)ポリペプチド」とも称する。
本発明ポリペプチドに関して、2つのアミノ酸配列における配列の同一性を決定するために、配列は比較に最適な状態に前処理される。例えば、一方の配列にギャップを入れることにより、他方の配列とのアラインメントの最適化を行う。その後、各部位におけるアミノ酸残基又は塩基が比較される。第一の配列における、ある部位に、第二の配列の相当する部位と同じアミノ酸残基又は塩基が存在する場合、それらの配列は、その部位において同一である。2つの配列における同一性は、配列間での同一である部位数の全部位(全アミノ酸又は全塩基)数に対する百分率で示される。
上記の原理に従い、2つのアミノ酸配列における同一性は当業者に公知の任意の方法で決定することができる。例えば、Karlin及びAltshulのアルゴリズム(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:2264-2268,1990及びProc.Natl.Acad.Sci.USA 90:5873-5877,1993)により決定することが出来る。このようなアルゴリズムを用いたBLASTプログラムがAltshulらによって開発された(J.Mol.Biol.215:403-410,1990)。
さらに、Gapped BLASTはBLASTより感度良く同一性を決定するプログラムである(Nucleic Acids Res.25:3389-3402,1997)。上記のプログラムは、主に与えられた配列に対し、高い同一性を示す配列をデータベース中から検索するために用いられる。これらは、例えば米国National Center for Biotechnology Informationのインターネット上のウェブサイトにおいて利用可能である。
或いは、配列間の同一性として、Tatiana A. Tatusovaらによって開発されたBLAST 2 Sequencesソフトウェア(FEMS Microbiol Lett.,174:247-250,1999)を用いて決定した値を用いることも可能である。このソフトウェアは米国National Center for Biotechnology Informationのインターネット上のウェブサイトにおいて利用可能であり、入手も可能である。用いるプログラム及びパラメーターは以下のとおりである。アミノ酸配列の場合、blastpプログラムを用いパラメーターとしては、Open gap:11 and extension gap:1 penalties,gap x_dropoff:50,expect:10,word size:3,Filter:ONを用いる。更に、高感度なFASTAソフトウェア(W.R.Pearson and D.J.Lipman,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,85:2444-2448,1988)を用いて同一性を示す配列をデータベースから検索することもできる。いずれのパラメーターも、ウェブサイト上でデフォルト値として用いられているものである。
上記の本発明ポリペプチドは、既知の方法により修飾、付加、変異、置換、または削除などにより改変された形態を持つことも可能である。このような官能基の改変は、当業者に公知の任意の方法を用いて、例えば、ポリペプチドの保護、ポリペプチドの安定性または組織移行性の制御、あるいはポリペプチドの活性の制御等を目的として行なうことが出来る。
即ち、本発明ポリペプチドは翻訳後修飾などにより天然に修飾されていてもよい。また人工的に修飾されていてもよい。修飾には、ペプチドのバックボーン、アミノ酸側鎖、アミノ末端、またはカルボキシル末端などの修飾が含まれる。また、ポリペプチドは分岐していてもよく、環状でもよい。修飾には、アセチル化、アシル化、ADPリボシル化、アミド化、[フラビン(flavin)、ヌクレオチド、ヌクレオチド誘導体、脂質、脂質誘導体、またはホスファチジルイノシトール]等の共有結合、クロスリンク形成、環状化、ジスルフィド結合形成、脱メチル化、ピログルタミン酸化、カルボキシル化、グリコシル化、ヒドロキシル化、ヨード化、メチル化、ミリストイル化、酸化、リン酸化、ユビキチン化などが含まれるが、これらに制限されない。更に、上記ペプチド又はポリペプチドは当業者に公知の任意の塩及びエステル体とすることも可能である。
更に、本発明のポリペプチドは公知の任意の神経向性ペプチドとの融合ポリペプチドを形成することも出来、このような融合ポリペプチドは当業者に公知の任意の方法で容易に合成することができる。
本発明のポリペプチドは、当業者に公知のCLSP及びアディポネクチン等に関する遺伝子又はアミノ酸配列情報に基づき、ヒト及びマウス等の適当な種由来の細胞株等から調製することができ、更に、公知のペプチド合成技術により製造することが可能である。また、当業者に公知の遺伝子工学的手法を用いて、これらをコードするDNAを含むベクター等を適当な宿主細胞等に導入して発現させることによって製造することも可能である。その際に、例えば、CLSP誘導体、又は、アディポネクチン誘導体の場合には、そのアミノ酸配列の一部を当業者に公知の方法・手段によって適宜改変することによって調製される。
このようなベクターはプラスミド又はウイルス性ベクター等の当業者に公知の任意の形態であり、当業者に公知の任意の方法で容易に調製することが出来る。こうして得られたベクターには、本発明の部位特異的組換え酵素のコード領域以外に、5’および3’に非コード配列(核移行シグナル、タグ配列、非転写配列、非翻訳配列、プロモーター、エンハンサー、サプレッサー、転写因子結合配列、スプライシング配列、ポリA付加配列、IRES、mRNA安定化・不安定化配列等を含む)が適宜含まれており、発現ベクターとして機能する。
このようなベクターを用いた当業者に公知の任意の方法、例えば、リポフェクション法、リン酸カルシウム法、並びに、エレクトロポレーション及びパーティクルガン等の各種物理的方法によって、適当な宿主細胞を容易に形質転換させることが出来る。
宿主細胞に特に制限はなく、例えば、ヒト、サル及びマウス等を含む哺乳動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、及び、大腸菌等の細菌類を用いることができる。こうして作製された形質転換細胞は当業者に公知の任意の条件で培養し、培養した菌体又はその培養上清等の適当な画分から目的とする本発明のポリペプチド等を容易に調製することが出来る。
本発明ポリペプチドは、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制するための医薬組成物、例えば、アルツハイマー病に関連する記憶傷害又は神経変性を伴う疾病の予防または治療に用いられる医薬組成物、の有効成分として有用である。
更に、本発明ポリペプチドを用いて、アルツハイマー病以外にも、記憶傷害又は神経変性を伴う疾病、例えば脳虚血による神経細胞の細胞死に起因する疾患を予防・治療することも可能である(T.Kirino,1982,Brain Res.,239:57-69)。その他、痴呆を伴うパーキンソン病(M.H.Polymeropoulos et al.,1997,Science,276:2045-2047)、びまん性レービー小体(Lewy bodies)病(M.G.Spillantini et al.,1998,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,95:6469-6473)、ダウン症に伴う痴呆なども、治療や予防の対象となる。また、APPの類縁分子であるAPLP1が、先天性ネフローゼ症候群の原因遺伝子といわれている(Lenkkeri,U.et al.,1998,Hum.Genet.102:192-196)ことから、ネフローゼ症候群などの腎疾患も治療や予防の対象となる。
本発明の医薬組成物は、有効成分自体を直接患者に投与する以外に、公知の製剤学的方法により製剤化することも可能である。例えば、薬理学上許容される担体もしくは媒体、具体的には、滅菌水や生理食塩水、植物油、乳化剤、懸濁剤、界面活性剤、安定剤、徐放剤などと適宜組み合わせて製剤化して投与することが考えられる。本発明の医薬組成物は、水溶液、錠剤、カプセル、トローチ、バッカル錠、エリキシル、懸濁液、シロップ、点鼻液、または吸入液などの形態であり得る。有効成分であるペプチド又はポリペプチドの含有率は使用目的及び製剤形態等に応じて適宜決定すればよい。
患者への投与は、有効成分の性質に応じて、例えば経皮的、鼻腔内的、経気管支的、筋内的、腹腔内、静脈内、脊髄腔内、脳室内、または経口的に行われうるがそれらに限定されない。脳神経変性疾患の治療に用いる場合においては、本発明の医薬組成物は、静脈内、脊髄腔内、脳室内または硬膜内注射を含む任意の適当な経路で中枢神経系に導入するのが望ましい。投与量、投与方法は、本発明の医薬組成物の有効成分の組織移行性、治療目的、患者の体重や年齢、症状などにより変動するが、当業者であれば適宜選択することが可能である。例えば、1日1回~数回、1回の処置当り数十μl程度の薬剤を適当な期間に亘り投与することができる。有効成分は、例えば、10pmol~100nmol程度の範囲の濃度とすることができる。
このように、本発明の医薬組成物は、アルツハイマー病等の神経細胞の細胞機能障害若しくは神経細胞死を伴う疾患、又は、記憶傷害若しくは神経変性を伴う疾病の予防または治療に広く用いることが出来る。
従って、本発明は、本発明のポリペプチドを神経細胞に接触させる工程を含む、神経細胞の機能障害又は細胞死を抑制する方法、及び、本発明の医薬組成物を、アルツハイマー病等の神経細胞の細胞機能障害若しくは神経細胞死を伴う疾患、又は、記憶傷害若しくは神経変性を伴う疾病に罹患した又はその疑いのあるヒト等の動物である対象(個体)に投与する段階を含む、該疾患又は疾病を治療する方法神経変性障害を伴う疾患を治療する方法に係る。
更に本発明は、本発明のポリペプチドによる神経細胞の機能障害又は細胞死を抑制する活性を検出する方法であって、(a)CLSPの阻害剤の存在/非存在下、及び、該ポリペプチドの存在/非存在下に於いて、神経細胞の機能障害又は細胞死を誘導する工程、(b)神経細胞の細胞機能障害又は細胞死を検出する工程、及び(c)該ポリペプチドの存在/非存在下に於ける神経細胞の機能障害又は神経細胞死を比較する工程等を含む方法に係る。
上記の方法によって、本発明のポリペプチドによる神経細胞の機能障害又は細胞死を抑制する活性、及び、CLSPの阻害剤からCLSP又はCLSP誘導体の有するCLSP活性を増強又は保護する活性を検出することが出来る。
具体的な操作は、例えば、本明細書に記載された方法に従って行うことができる。この方法は、本発明のポリペプチドが様々な細胞における細胞死に対して抑制効果を有するかどうかを決定したり、その抑制効果を定量するために用いられ得る。細胞としては特に制限はなく、細胞死を起し得るさまざまな細胞が用いられる。また、細胞死の誘導は、それぞれの細胞に応じて公知の細胞死誘導系を使用することができる。また、神経細胞を用いて、神経細胞死を誘導するさまざまな刺激、環境変化、または遺伝子発現などの諸条件に対する本発明のポリペプチド等の効果を検出するためにも用いられ得る。また、このような検出は、生物種や亜種、または個体間に存在し得る、神経細胞死における本発明のポリペプチド等に対する感受性の違いを検出するために用いられ得る。これにより、例えば民族、人種、または個人間で、本発明のポリペプチドの有効性を検討することができる。このような方法により、例えば臨床適用に向けた詳細な条件検討を行うことができる
又、本発明は、本発明のポリペプチド又はCLSPによる神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を調節する物質(被検物質)をスクリーニングする方法にも係る。この方法は、本発明のポリペプチド又はCLSPによる神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性に対する該被検物質による効果(影響)をアッセイするために用いられ得る。本発明のポリペプチド又はCLSPは、神経細胞表面に作用して細胞死抑制効果を発揮すると考えられる。この方法を用いれば、これらポリペプチドの細胞表面への接触を阻害し得る候補化合物や、逆に促進し得る候補化合物の作用を検証することができる。
このスクリーニング方法は、(a)本発明のポリペプチド又はCLSPの存在下、被検物質の有無で神経細胞の機能障害又は神経細胞死を誘導する工程、(b)神経細胞の機能障害又は神経細胞死を検出する工程、および(c)本発明のポリペプチド又はCLSPによる神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を調節する物質を選択する工程、を含む。工程(c)においては、任意の対照における場合と比較することができる。例えば、工程(c)において、被検物質の非存在下において検出した場合に比べ、被検物質の存在下において神経細胞の機能障害又は神経細胞死を促進または抑制する化合物を選択することができる。神経細胞の機能障害又は神経細胞死を促進する化合物は、本発明のポリペプチド又はCLSPによる作用を阻害する化合物の候補となり、神経細胞死を更に抑制する化合物は、本発明のポリペプチド又はCLSPによる作用をさらに促進する化合物の候補となる。
また、上記のスクリーニングにおいて、被検物質とは別の化合物における場合を対照とすることもできる。例えば、工程(b)で本発明のポリペプチド又はCLSPによる神経細胞の機能障害又は神経細胞死の抑制を調節し得る別の化合物を用いて検出し、工程(c)において、該化合物の存在下における場合に比べ、工程(a)で用いた被検物質存在下において神経細胞の機能障害又は神経細胞死をより促進または抑制する化合物を選択することもできる。このようなスクリーニングにおいては、本発明のポリペプチド又はCLSPによる神経細胞の機能障害又は神経細胞死の抑制の調節能に関して、既存の化合物よりもさらに高い効果を有する化合物をスクリーニングすることができる。
上記のスクリーニングに用いる被検物質としては、例えば、精製タンパク質(抗体を含む)、遺伝子ライブラリーの発現産物、合成ペプチドのライブラリー、細胞抽出液、細胞培養上清、合成低分子化合物のライブラリー、土壌などの天然材料、放線菌ブロースなどの細菌放出物質を含む溶液などが挙げられるが、これらに制限されない。神経細胞死の誘導や本発明のポリペプチドの投与は、当業者に公知の任意の方法に従って行うことができる。
被検物質を細胞に適用する時期に特に制限はなく、本発明のポリペプチドを適用する前、後、または同時に適用することができる。被検試料の適用方法に制限はなく、培養細胞系であれば、例えば培地に添加される。また核酸であれば、細胞内に導入されてもよい。その他の任意の投与方法により被検試料を適用することができる。
上記の化合物の作用の検査により評価された物質、あるいはスクリーニングにより得られた物質は、本発明のポリペプチドの活性を調節する化合物の候補となり、アルツハイマー病を含む疾患の予防や治療への応用が考えられる。
更に本発明は、本発明のポリペプチドに結合する物質(化合物)のスクリーニング方法であって、(a)該ポリペプチドに被検物質を接触させる工程、(b)該ポリペプチド等と被検物質との結合活性を検出する工程、(c)該ポリペプチドに結合する活性を有する物質を選択する工程、を含む方法に係る。
本発明のポリペプチドは、スクリーニングの手法に応じて、可溶性ポリペプチドとして、また担体に結合させた形態としてスクリーニングに用いることができる。本発明のポリペプチドは標識されていてもよい。標識としては、放射性同位元素による標識、蛍光物質による標識、ビオチンやジゴキシゲニンによる標識、タグ配列の付加などが挙げられる。
スクリーニングに用いる被検物質としては、例えば、精製タンパク質(抗体を含む)、遺伝子ライブラリーの発現産物、合成ペプチドのライブラリー、細胞抽出液、細胞培養上清、合成低分子化合物のライブラリー、土壌などの天然材料、放線菌ブロースなどの細菌放出物質を含む溶液などが挙げられるが、これらに制限されない。被検物質は、必要に応じて適宜標識して用いられる。標識としては、例えば、放射標識、蛍光標識などが挙げられるが、これらに制限されない。
例えば、本発明のポリペプチドと結合するタンパク質をスクリーニングする場合は、本発明のポリペプチドを固定したアフィニティーカラムに本発明のポリペプチドと結合するタンパク質を発現していることが予想される組織または細胞の細胞抽出物をのせ、カラムに特異的に結合するタンパク質を精製することにより、本発明のポリペプチドに結合するタンパク質のスクリーニングを実施することが可能である。
さらに、本発明のポリペプチドと結合するタンパク質を発現していることが予想される組織若しくは細胞(例えば脳皮質組織、またはF11などの神経細胞)よりファージベクターを用いたcDNAライブラリーを作製し、アガロース上にプラークを形成させ、標識した本発明のポリペプチド等を用いてウエストウエスタンブロッティング法によりスクリーニングしたり、GAL4 DNA結合領域などのDNA結合ペプチドおよびGAL4転写活性化領域などの転写活性化ペプチドを、それぞれ本発明のポリペプチド等と被検タンパク質との融合タンパク質として発現させ、DNA結合ペプチドの結合配列を有するプロモーターの下流に連結させたレポーター遺伝子の発現を通して本発明のポリペプチド等と被検タンパク質との結合を検出する「twoハイブリッドシステム」等に従い実施することも可能である。
本発明のスクリーニングにより、本発明のポリペプチドに対する受容体をクローニングすることも考えられる。この場合、被検試料は受容体を発現していることが予想される組織または細胞、例えば脳皮質組織、神経細胞株、または神経芽細胞腫や奇形腫細胞などから調製することが好ましい。神経細胞株としては、例えばF11細胞、PC12細胞(L.A.GreeneおよびA.S.Tischler,1976,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,73:2424-2428)、NTERA2細胞(J.SkowronskiおよびM.F.Singer,1985,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,82:6050-6054)、SH-SY5Y細胞(L.Odelstad et al.,1981,Brain Res.,224:69-82)等が挙げられる。
また、固定化した本発明のポリペプチドに、合成化合物、天然物バンク、もしくはランダムファージペプチドディスプレイライブラリーなどを作用させ、結合する分子をスクリーニングすることも考えられる。また、表面プラズモン共鳴現象を利用した結合の検出によるスクリーニングも可能である(例えばビアコア(BIAcore社製)など)。これらのスクリーニングは、コンビナトリアルケミストリー技術を用いたハイスループットスクリーニングにより行うことも可能である。
本発明のスクリーニングにより得られた本発明のポリペプチドに結合する化合物は、本発明のポリペプチドの活性を調節する化合物の候補となり、アルツハイマー病を含む疾患の予防や治療への応用が考えられる。
以下、実施例に則して本発明を更に詳しく説明する。尚、本発明の技術的範囲はこれらの記載によって何等制限されるものではない。
[複数のCLSP相互作用因子の同定]
14-3-3σ、14-3-3β、カルレティキュリン、ERp27、ヌクレオリン、アネキシンII、およびアネキシンVなどの複数のタンパク質が、以前の研究において推定CLSP結合因子として同定された(15)。 それらの中で、細胞外空間に分泌されることが報告されているものを本発明における分析のために選択した。また、新たに、本発明において、アポリポタンパク質E(ApoE)とアディポネクチンがCLSPと結合することを見出した(図1)。
14-3-3σ、14-3-3β、カルレティキュリン、ERp27、ヌクレオリン、アネキシンII、およびアネキシンVなどの複数のタンパク質が、以前の研究において推定CLSP結合因子として同定された(15)。 それらの中で、細胞外空間に分泌されることが報告されているものを本発明における分析のために選択した。また、新たに、本発明において、アポリポタンパク質E(ApoE)とアディポネクチンがCLSPと結合することを見出した(図1)。
[アポリポタンパク質E、14‐3‐3タンパク質、およびカルレティキュリンはCLSPの阻害物質である]
以前に示されたように(5)、V642I-アミロイドβ前駆体タンパク質(V642I‐APP)の過剰発現は、SH‐SY5Y神経芽細胞腫細胞死を引き起こすが、細菌で産生された組換えCLSP(500pMあるいは1nM)と同時インキュベーションすることによってV642I‐APP誘導性のニューロン死が完全に抑制された(図2a)。用量反応性分析によれば、細菌で産生されたCLSPの50%有効濃度が約200pMであると推定され(図2a)、哺乳動物細胞で産生された組換えCLSPのそれよりわずかに大きいことが示された(5)。興味深いことに、組み換えアポリポタンパク質E3またはE4(ApoE3またはApoE4)の培地への添加は、用量応答的にV642I‐APP誘導性のニューロン死のCLSP媒介保護を阻害した(図2bおよびc)。ApoE3は5nMの濃度で1nMのCLSPの効果を完全に阻害し(図2b)、一方、ApoE4は1nMの濃度で1nMのCLSPの効果を完全に阻害した(図2c)。この結果は、ApoE4の阻害効果がApoE3よりもわずかに強いことを示している。同様に、組換え14‐3‐3σとの同時インキュベーションにより、V642I‐APP誘導性のニューロン死のCLSP媒介保護が阻害された(図3a)。10nMのCLSPに対する14-3-3σによる阻害効果が10nMの濃度で観察され始め、そしてこの特定の実験において20nMの組換え14-3-3σを添加したときに完全な阻害が得られた。他の14-3-3タンパク質もまた、V642I-APP誘導性の神経細胞死のCLSP媒介阻害を阻害したが、50nMの組換え14-3-3σのときに完全な阻害が得られた(図3b~e)。同様に、カルレティキュリンは、50nMの濃度で10nM CLSPの効果を完全に阻害した(図3f)。したがって、これらの結果は、CLSP阻害剤が培地中のCLSP濃度と同等または5倍以上の濃度で完全なCLSP阻害効果を示すことを実証している。対照的に、アネキシンII、アネキシンIV、またはアディポネクチンは、培地中のCLSP濃度の5倍または10倍高い濃度でさえ阻害活性を示さなかった(図3fおよび図S-1)。
以前に示されたように(5)、V642I-アミロイドβ前駆体タンパク質(V642I‐APP)の過剰発現は、SH‐SY5Y神経芽細胞腫細胞死を引き起こすが、細菌で産生された組換えCLSP(500pMあるいは1nM)と同時インキュベーションすることによってV642I‐APP誘導性のニューロン死が完全に抑制された(図2a)。用量反応性分析によれば、細菌で産生されたCLSPの50%有効濃度が約200pMであると推定され(図2a)、哺乳動物細胞で産生された組換えCLSPのそれよりわずかに大きいことが示された(5)。興味深いことに、組み換えアポリポタンパク質E3またはE4(ApoE3またはApoE4)の培地への添加は、用量応答的にV642I‐APP誘導性のニューロン死のCLSP媒介保護を阻害した(図2bおよびc)。ApoE3は5nMの濃度で1nMのCLSPの効果を完全に阻害し(図2b)、一方、ApoE4は1nMの濃度で1nMのCLSPの効果を完全に阻害した(図2c)。この結果は、ApoE4の阻害効果がApoE3よりもわずかに強いことを示している。同様に、組換え14‐3‐3σとの同時インキュベーションにより、V642I‐APP誘導性のニューロン死のCLSP媒介保護が阻害された(図3a)。10nMのCLSPに対する14-3-3σによる阻害効果が10nMの濃度で観察され始め、そしてこの特定の実験において20nMの組換え14-3-3σを添加したときに完全な阻害が得られた。他の14-3-3タンパク質もまた、V642I-APP誘導性の神経細胞死のCLSP媒介阻害を阻害したが、50nMの組換え14-3-3σのときに完全な阻害が得られた(図3b~e)。同様に、カルレティキュリンは、50nMの濃度で10nM CLSPの効果を完全に阻害した(図3f)。したがって、これらの結果は、CLSP阻害剤が培地中のCLSP濃度と同等または5倍以上の濃度で完全なCLSP阻害効果を示すことを実証している。対照的に、アネキシンII、アネキシンIV、またはアディポネクチンは、培地中のCLSP濃度の5倍または10倍高い濃度でさえ阻害活性を示さなかった(図3fおよび図S-1)。
[アディポネクチンは非常に高濃度のCLSP阻害物質の存在下においてもCLSP活性を維持させる]
ヒト脳脊髄液(CSF)中のCLSPの濃度は3~6nMと推定される(14)。ApoEは星状膠細胞およびミクログリアから産生され、ヒトCNSにおいて、かなりの割合のApoEが脂質および他のアポリポタンパク質と同時に高密度リポタンパク質様リポタンパク質形成に動員されることが知られている(16、17)。ヒトCSF中のApoEの濃度は40~200nM(18‐20)と推定されている。一方、ヒトCSF中の14‐3‐3σの濃度は1nMよりはるかに低いと推定した(図S2参照)。また、以前の研究により、ヒトCSF中の14-3-3γの濃度は1nMより低いと推定されている(21)。さらに、ヒト血清中のカルレティキュリンの濃度はほぼ10pM前後と推定された(22)が、ヒトCSF中の濃度は現在まで測定されていない。これら知見を総合すると、全体量としてのApoEの濃度はCLSP機能を完全に阻害するに必要な濃度を10倍以上上回っている。一方、他の阻害物質の濃度は、ヒトCNS中のCLSPを阻害するのには不十分である可能性が高い。
ヒト脳脊髄液(CSF)中のCLSPの濃度は3~6nMと推定される(14)。ApoEは星状膠細胞およびミクログリアから産生され、ヒトCNSにおいて、かなりの割合のApoEが脂質および他のアポリポタンパク質と同時に高密度リポタンパク質様リポタンパク質形成に動員されることが知られている(16、17)。ヒトCSF中のApoEの濃度は40~200nM(18‐20)と推定されている。一方、ヒトCSF中の14‐3‐3σの濃度は1nMよりはるかに低いと推定した(図S2参照)。また、以前の研究により、ヒトCSF中の14-3-3γの濃度は1nMより低いと推定されている(21)。さらに、ヒト血清中のカルレティキュリンの濃度はほぼ10pM前後と推定された(22)が、ヒトCSF中の濃度は現在まで測定されていない。これら知見を総合すると、全体量としてのApoEの濃度はCLSP機能を完全に阻害するに必要な濃度を10倍以上上回っている。一方、他の阻害物質の濃度は、ヒトCNS中のCLSPを阻害するのには不十分である可能性が高い。
上記のように、ヒトCNS中には、非常に大量のCLSP阻害物質(主としてApoEからなる)が存在するためCLSP活性はインビボではゼロであるように見える。しかし、以前の検討(35)によると、少なくとも正常人ではCLSP活性が存在すると考えた方が自然である。そこで、次に、他のCLSP結合物質のいずれかがCLSP阻害物質からCLSPを保護して活性を保つという仮説を検討した。このために、候補であるアネキシンII、アネキシンV、またはアディポネクチンの組換えタンパク質を、CLSP(1nM)およびApoE3(10nM)を含む細胞死アッセイ系に、ApoE3の濃度に等しい濃度で添加した。その結果、アディポネクチンは、ApoE3を介したCLSP活性の阻害を完全に無効にした(CLSP保護活性)(図4a)。一方、試験した濃度では、アネキシンIIもアネキシンVもそのような中和活性を示さなかった(図4bおよびc)。アディポネクチンの最小無効化濃度を決定するために、次にアディポネクチンの濃度を段階的に減少させた。その結果、アディポネクチンはApoE4のCLSP阻害活性を以下の濃度比で完全に抑制した(CLSP、1nM; ApoE4、10nM:アディポネクチン、1nM)(図5a)。さらに、更に濃度を下げて100pMの濃度でも、アディポネクチンは、ApoE4のCLSP抑制活性を部分的に抑制した(CLSP、1nM:ApoE4、10nM:アディポネクチン、100pM)。一方、逆にApoE4の濃度を50nMまで増加させても、1nMのアディポネクチンによる保護効果は全く減弱されなかった(図5b)。これらの結果は、1nMのアディポネクチンが、圧倒的な高濃度のApoE4の存在下でさえも活性型CLSPの濃度を100%有効レベルに維持することを示している。野生型アディポネクチンは生体内で自発的に多量体化し、3種類の多量体型を形成する。そして、3量体は低分子量、6量体は中分子量、そして8量体あるいはそれ以上などは高分子量アディポネクチンと呼ばれる(23)。以前の研究により、中あるいは高分子量アディポネクチンが通常アディポネクチン受容体を介した代謝調節活性において中心的な役割を担っていることが知られている(23)。本研究では、中分子量または高分子量のアディポネクチンを形成しない組み換え三量体アディポネクチンを使用して、三量体アディポネクチンが野生型アディポネクチンと同様のCLSP増強効果を有することを見出した(図S3)。この結果は、アディポネクチンの中分子量または高分子量多量体化がアディポネクチンのCLSP保護効果に必須ではないことを意味している。以前の研究により、アディポネクチンの通常受容体を介する代謝調節機能に関して、中分子量または高分子量多量体化されたアディポネクチンがより高い活性を示すことが知られている(23)。総合すると、ここで発見されたアディポネクチンのCLSP保護活性は通常アディポネクチン受容体を介する効果ではない可能性を強く支持している。さらに、ApoE以外のCLSP阻害物質に関しても同様な検討を行い、14-3-3σまたはカルレティキュリンによるCLSP阻害効果に対してもアディポネクチンは完全に保護活性を示すことを見出した(CLSP、1nM:14-3-3σまたはカルレティキュリン、2nMまたは10nM:アディポネクチン、1nM)(図6)。
[アディポネクチンはCLSP活性を増強する]
さらに、アディポネクチンは,上記のCLSP保護効果に加えて、CLSP活性そのものを増強する効果も有していることも見いだした。図2aに示されるように、CLSPは、50pMの濃度ではV642I‐APP誘導細胞死に対して抑制活性を示さなかった。 しかしながら、200pMのアディポネクチンの存在下では、50pMまたは25pMの濃度でCLSPはそれぞれほぼ完全なまたは部分的な細胞死抑制活性を示した(図7a)。この結果は、アディポネクチンがCLSPに結合することによってCLSP活性を増強することを示している。本発明者らはさらに、同時投与されたアディポネクチンの濃度が100pMに減少された場合でも、アディポネクチンが50pMの濃度のCLSPに対して部分的増強活性を示すことを見出した(図7b)。これらの結果をまとめると、単独では活性のない50pMのCLSPに完全な細胞死抑制活性を与えるための最小アディポネクチン濃度が200~250pMであることを示している。
さらに、アディポネクチンは,上記のCLSP保護効果に加えて、CLSP活性そのものを増強する効果も有していることも見いだした。図2aに示されるように、CLSPは、50pMの濃度ではV642I‐APP誘導細胞死に対して抑制活性を示さなかった。 しかしながら、200pMのアディポネクチンの存在下では、50pMまたは25pMの濃度でCLSPはそれぞれほぼ完全なまたは部分的な細胞死抑制活性を示した(図7a)。この結果は、アディポネクチンがCLSPに結合することによってCLSP活性を増強することを示している。本発明者らはさらに、同時投与されたアディポネクチンの濃度が100pMに減少された場合でも、アディポネクチンが50pMの濃度のCLSPに対して部分的増強活性を示すことを見出した(図7b)。これらの結果をまとめると、単独では活性のない50pMのCLSPに完全な細胞死抑制活性を与えるための最小アディポネクチン濃度が200~250pMであることを示している。
[アディポネクチンとCLSPの結合の解離定数はアポリポタンパク質E4とCLSPの結合の解離定数と近似している]
以上示したように、アディポネクチンが50倍濃度の高いApoEのCLSP活性阻害効果を完全に無効にする(保護効果)ことが示された(図4および図5)。このようなアディポネクチンに付与された強力なCLSP保護効果は以下に示されるような二つのメカニズムにより説明可能である。第一に、アディポネクチンとApoEはCLSPの同じ場所に競合的に結合し、かつ、アディポネクチンとCLSPとの間の結合親和性がアポリポタンパク質EとCLSPとの間のそれよりはるかに強力である(競合的拮抗薬)場合である。第二に、アディポネクチンは、ApoE結合領域とは異なるCLSPの領域に結合することにより、単独結合ではCLSP活性を上昇させ、CLSP阻害物質の結合が同時にある場合、その阻害効果を抑制してCLSP活性を保つ(非競合的拮抗薬)場合である。
以上示したように、アディポネクチンが50倍濃度の高いApoEのCLSP活性阻害効果を完全に無効にする(保護効果)ことが示された(図4および図5)。このようなアディポネクチンに付与された強力なCLSP保護効果は以下に示されるような二つのメカニズムにより説明可能である。第一に、アディポネクチンとApoEはCLSPの同じ場所に競合的に結合し、かつ、アディポネクチンとCLSPとの間の結合親和性がアポリポタンパク質EとCLSPとの間のそれよりはるかに強力である(競合的拮抗薬)場合である。第二に、アディポネクチンは、ApoE結合領域とは異なるCLSPの領域に結合することにより、単独結合ではCLSP活性を上昇させ、CLSP阻害物質の結合が同時にある場合、その阻害効果を抑制してCLSP活性を保つ(非競合的拮抗薬)場合である。
これら2つのメカニズムのいずれが正しいかを検討した。まず、ApoE3またはApoE4の存在が、CLSPとアディポネクチンまたはアネキシンIIにいかなる影響を及ぼすか、或いはその逆はどうかを見るために、CLSPを共有結合させたセファロース4Bビーズ(CLSPビーズ)に、当該タンパク質を混和させ、プルダウンアッセイ(共沈実験)を行い、CLSPとの結合を検討した(図8a)。条件として、混合物中のCLSP、アディポネクチン、アネキシンII、ApoE3またはApoE4の濃度は全て1nMとなるように設定した。まず、他のタンパク質が存在しない場合、一定量のアディポネクチン、アネキシンII、ApoE3、またはApoE4がCLSPビーズと共沈した(レーン2~4および7)。次に、アディポネクチンとともに共沈させると、わずかに減少するもののなおかなりの量のApoE3またはApoE4がCLSPビーズと共沈した(レーン5および8)。同様に、ApoE3またはApoE4とともに共沈させると、わずかに減少するものの依然としてかなりの量のアディポネクチンが共沈した(レーン5および8)。重要なことは、共沈ApoEの量は共沈アディポネクチンの量と等しいかまたはそれよりわずかに多かったことである(図10a)。一方、アネキシンIIを加えても、CLSPと共沈するApoE3またはApoE4の沈殿量を減少させなかった(レーン6および9)。逆に、ApoE3またはApoE4の存在下では、ほとんど量のアネキシンIIがCLSPビーズと共沈しなかった(レーン6および9)。これらの結果は、アディポネクチンがCLSPへの結合に関してApoEと競合することによってApoEの阻害作用を抑制しているのではないことを示している(第一の可能性の否定)。
次に、CLSPとアディポネクチンの間、ならびにCLSPとApoE4の間の結合に関する解離定数(Kd)を測定した(図8bおよびc)。この目的のために、アディポネクチンまたはApoE4タンパク質を96ウェルプレートにコンジュゲートした。 化学発光産生タグであるHiBiTでC末端タグ付けされた様々な濃度の組換えCLSPを、同時インキュベーションのためにプレートに添加した。洗浄後、ウェル上のアディポネクチンまたはApoE4に結合しているCLSP―HiBiTの量を測定した。スキャッチャード分析により、アディポネクチンとCLSPとの間、またはApoE4とCLSPとの間の解離定数はそれぞれ8.8または7.8pMと測定された(図8c)。両者が近似しているというこの結果は上記の第1の可能性を完全に否定した。
[アディポネクチンとアポリポ蛋白質E4はCLSPの異なるサブドメインに結合する]
2番目の可能性を探るために、ApoE4‐MycHisおよびアディポネクチン‐MycHisを作成し、以前に構築された組み換え野生型CLSPまたはCLSP欠失変異体(5、図9a)と混合させて、プルダウンアッセイを行った(図9)。その結果、ApoE4に対して、EHRのみからなる変異体が共沈(結合)しない一方、他の4つのCLSP変異体は結合した。一方、アディポネクチンに対して、ΔN2のみが結合する一方、他の4つの変異体は結結合しなかった(図9bおよびc)。これらの結果は、CLSPにおけるApoE4結合部位はEHRの外側にあり、アディポネクチン結合部位はEHRを含むことを意味している。それ故、アディポネクチンはEHRに結合することによりCLSP活性を増強および保護すること、そして一旦EHRにアディポネクチンが結合すると、非EHR領域を介して起こるCLSP阻害物質の阻害効果がキャンセルされることが明らかになった。
2番目の可能性を探るために、ApoE4‐MycHisおよびアディポネクチン‐MycHisを作成し、以前に構築された組み換え野生型CLSPまたはCLSP欠失変異体(5、図9a)と混合させて、プルダウンアッセイを行った(図9)。その結果、ApoE4に対して、EHRのみからなる変異体が共沈(結合)しない一方、他の4つのCLSP変異体は結合した。一方、アディポネクチンに対して、ΔN2のみが結合する一方、他の4つの変異体は結結合しなかった(図9bおよびc)。これらの結果は、CLSPにおけるApoE4結合部位はEHRの外側にあり、アディポネクチン結合部位はEHRを含むことを意味している。それ故、アディポネクチンはEHRに結合することによりCLSP活性を増強および保護すること、そして一旦EHRにアディポネクチンが結合すると、非EHR領域を介して起こるCLSP阻害物質の阻害効果がキャンセルされることが明らかになった。
さらに同様のプルダウン実験を行うことにより、アディポネクチンががアミノ酸1-61からなるCLSPのN末端領域に結合するのに対して、ApoE4はそれに結合しないことを見出した(図S4aおよびb)。図9の結果と合わせるとこの結果は、ApoEがCLSPのC末端領域(アミノ酸62~146)に結合することを意味している。また、別の類似実験により、本発明者らはまた、CLSPがアディポネクチンの中央部分に位置するアディポネクチンのいわゆる「コラーゲン相同領域(ADNCol)」に結合することを見出した(図S4c)。
[CSF中のアディポネクチン濃度はAD患者において著しく低下している]
ヒトCNS中のアディポネクチン濃度を推定するために、アディポネクチンELISAアッセイキットを用いて、剖検AD患者および非AD症例から得たCSF中のアディポネクチンのレベルを測定した(表1、表S1、および図10)。その結果、CSFアディポネクチンのレベルが、AD患者では非AD症例よりも低いことを見出した(図10b、表1)。AD患者におけるCSFアディポネクチンの平均±SEM濃度は0.31±0.13nMであったが、非AD症例におけるそれは0.96±0.19nMであった(対応のないT検定、p=0.0065)。この結果は、以前の研究(30)の結果と基本的に一致しており、AD患者のCSFにおいてアディポネクチンレベルが著しく低下していることを示唆している。いくつかの非AD症例のアディポネクチン濃度は、非AD症例の平均よりも著しく低く、AD患者の平均レベルとほぼ等しい。
ヒトCNS中のアディポネクチン濃度を推定するために、アディポネクチンELISAアッセイキットを用いて、剖検AD患者および非AD症例から得たCSF中のアディポネクチンのレベルを測定した(表1、表S1、および図10)。その結果、CSFアディポネクチンのレベルが、AD患者では非AD症例よりも低いことを見出した(図10b、表1)。AD患者におけるCSFアディポネクチンの平均±SEM濃度は0.31±0.13nMであったが、非AD症例におけるそれは0.96±0.19nMであった(対応のないT検定、p=0.0065)。この結果は、以前の研究(30)の結果と基本的に一致しており、AD患者のCSFにおいてアディポネクチンレベルが著しく低下していることを示唆している。いくつかの非AD症例のアディポネクチン濃度は、非AD症例の平均よりも著しく低く、AD患者の平均レベルとほぼ等しい。
しかしながら、AD患者の平均年齢(78.5±0.9歳)は、非AD症例のそれ(86.3±1.4歳以上)よりも有意に小さかった(対応のないT検定;「より大きい」を「等しい」と見做した場合p<0.0001)(表S1を参照)。したがって、ADの存在よりもむしろ年齢がCSFアディポネクチンの濃度に影響を与えた可能性がある。この可能性を検討するために、表1の全症例から81~88歳の年齢の症例を選択し(ADについてn=6、平均年齢±SEM=83.0±0.6歳;非ADについてn=5、平均年齢±SEM = 85.2±1.2歳;年齢に対する対応のないT検定;p=0.11)(表2)、それらのCSFアディポネクチンレベルを比較した。その結果、アディポネクチンレベルがこの年齢集団においてもAD患者のCSFにおいて著しく下方調節されていることを見出した(AD、0.30±0.07nM;非AD、1.41±0.16nM;対応のないT検定、p <0.0001)(図10c、表2)。さらに、CSFアディポネクチンレベルが年齢と相関しているかどうかを、全被験者からのデータを用いて調べた。予想通り、年齢とCSFアディポネクチン濃度との間に有意な相関はなかった(相関係数=0.0055)(図S5)。
[ヒューマニン/CLSP誘導性細胞内シグナル伝達経路の中心的エフェクターであるSH3BP5はAD患者のニューロンにおいて低下する]
図12の結果に基づいて、活性型CLSPの量に相当するCLSP /アディポネクチン複合体の量は、AD患者の脳において、非AD症例のものよりも少ないことが示された。この実験事実の確認(裏)をとるために、ニューロン内SH3BP5のレベルを測定することにより、ニューロン内のCLSP誘導性シグナル伝達の強度を定量化することを試みた。そのための方法として、SH3BP5を測定する根拠は、以前の研究により、SH3BP5はhtHNRを介したヒューマニン/CLSP誘導性細胞内シグナル伝達の中心的なエフェクターであり、ヒューマニン/CLSPがhtHNRに結合すると発現レベルが上昇することが実証されている(24)からである。実際、同研究(24)において、CLSP/ヒューマニンがhtHNRに結合すると、STAT3を介してSH3BP5の転写が活性化される。その結果、SH3BP5発現レベルが上昇し、高レベルとなったSH3BP5は、JNKと直接複合体を形成してJNKを阻害することによって、V642I-APP誘導性の死シグナルを阻害することが示されている。この目的で、まず、SH3BP5抗体を使用して、剖検AD患者および筋萎縮性側索硬化症(ALS)患者から得た脳の側頭葉または後頭葉(非運動ニューロン領域)を免疫組織化学的に染色した(表3および表S2)。ALS患者の脳を陰性対照として使用したのは、ALSにおいては側頭葉の運動野における運動ニューロンにおいてのみ神経変性が起こり、側頭葉または後頭葉のニューロンには異常がないからである。この実験の結果として、ALSと比較してADの皮質のニューロンにおいてSH3BP5のレベルが低下していることを見出した(対応のないT検定、p=0.0256)(図11a、bおよびc、表3)。AD患者の平均年齢がALS患者の平均年齢より高いことを考慮して(78歳対69歳)、我々はまた、ADの存在よりも年齢がSH3BP5レベルの決定要因であるかどうかを検討したが、その結果、SH3BP5のレベルが高齢者(71歳以上)の方が若年者(71歳未満)よりも有意に低いわけではないことを見出した(対応のないT検定、p=0.633)(図S6)。
図12の結果に基づいて、活性型CLSPの量に相当するCLSP /アディポネクチン複合体の量は、AD患者の脳において、非AD症例のものよりも少ないことが示された。この実験事実の確認(裏)をとるために、ニューロン内SH3BP5のレベルを測定することにより、ニューロン内のCLSP誘導性シグナル伝達の強度を定量化することを試みた。そのための方法として、SH3BP5を測定する根拠は、以前の研究により、SH3BP5はhtHNRを介したヒューマニン/CLSP誘導性細胞内シグナル伝達の中心的なエフェクターであり、ヒューマニン/CLSPがhtHNRに結合すると発現レベルが上昇することが実証されている(24)からである。実際、同研究(24)において、CLSP/ヒューマニンがhtHNRに結合すると、STAT3を介してSH3BP5の転写が活性化される。その結果、SH3BP5発現レベルが上昇し、高レベルとなったSH3BP5は、JNKと直接複合体を形成してJNKを阻害することによって、V642I-APP誘導性の死シグナルを阻害することが示されている。この目的で、まず、SH3BP5抗体を使用して、剖検AD患者および筋萎縮性側索硬化症(ALS)患者から得た脳の側頭葉または後頭葉(非運動ニューロン領域)を免疫組織化学的に染色した(表3および表S2)。ALS患者の脳を陰性対照として使用したのは、ALSにおいては側頭葉の運動野における運動ニューロンにおいてのみ神経変性が起こり、側頭葉または後頭葉のニューロンには異常がないからである。この実験の結果として、ALSと比較してADの皮質のニューロンにおいてSH3BP5のレベルが低下していることを見出した(対応のないT検定、p=0.0256)(図11a、bおよびc、表3)。AD患者の平均年齢がALS患者の平均年齢より高いことを考慮して(78歳対69歳)、我々はまた、ADの存在よりも年齢がSH3BP5レベルの決定要因であるかどうかを検討したが、その結果、SH3BP5のレベルが高齢者(71歳以上)の方が若年者(71歳未満)よりも有意に低いわけではないことを見出した(対応のないT検定、p=0.633)(図S6)。
また、SH3BP5 ELISAアッセイを使用して、剖検AD患者および非AD症例の側頭葉に由来する組織溶解物中のSH3BP5レベルを測定した(表4および表S3)。その結果、AD患者の側頭葉におけるSH3BP5レベルが非AD症例よりも有意に低下していることを見出した(対応のないT検定、p=0.0084)(図11dおよびe、表4)。
さらなる展開として、CLSP誘導体であるCLSP1-61がApoE4と結合しないことを見出した(図S4aおよびb)。しかも、EHRを含むためCLSP活性を保持している可能性が高い。細胞死アッセイを用いて、その細胞死抑制活性を検討としたところ、最小細胞死抑制濃度は0.5nMであり(図L1)、野生型CLSPとほぼ同じであった(図2)。さらに、CLSP1-61の活性を3種類のCLSP阻害物質が抑制できるか否か検討したところ、予想通り10倍量のそれぞれの阻害物質(ApoE4、14‐3‐3σ、カルレティキュリン)を入れてもCLSP1-61の活性を阻害できなかった(図L2)。従って、CLSP1-61は阻害物質から阻害を受けず、しかも活性を維持したCLSP誘導体であることが判明した。
また、CLSPはアディポネクチンのコラーゲン領域(ADNCol)に結合することを見出した(図S4c)。そこで、アディポネクチンのCLSP活性増強効果はADNColのみで十分かどうかを検討した。その結果、1 nMのADNColは1 nMの野生型アディポネクチンと同じく、50 pMのCLSPの活性を増強させ、細胞死を完全に抑制させた(図L3)。さらに、 同じアッセイを駆使して ADNColの量を増減させて検討を行い、50pMのCLSPに完全な細胞死抑制活性を付与する最小ADNCol濃度を求めた。その結果、CLSP増強活性は野生型アディポネクチンのそれよりやや弱く、0.5nMの濃度あることが判明した(図L4)。従って、ADNColは野生型アディポネクチンより活性は若干弱いが、ほぼ同じ働きを持つタンパク質であることが明らかとなった。
[CLSP1-61とアディポネクチンのコラーゲン相同領域からなる融合ポリペプチドは強力なAD保護活性を有する]
次に、CLSP1-61とアディポネクチンのコラーゲン相同領域、および野生型CLSPとアディポネクチンのコラーゲン相同領域からなる、2つのハイブリッドポリペプチド(夫々、「CLSPCOL」と「wt-CLSPCOL」という)を調製し、それらがCLSPとアディポネクチンの両方の活性を保持するかどうかを調べた。該ハイブリッドポリペプチドの両方の領域は、MycタグおよびHisGタグ(6xヒスチジンおよびグリシンからなる)をコードするペプチドによって連結されている。CLSPCOLおよびwt-CLSPCOLは、CLSP1-61および野生型CLSP(図L1)と比較して、より強力なCLSP活性を有する(神経細胞死を完全に抑制する両方のペプチドの最小濃度は約100pMである:図L5)。この結果は、CLSP1-61および野生型CLSPの機能がアディポネクチンのコラーゲン相同領域のC末端結合によって破壊されず、逆に、アディポネクチンのコラーゲン相同領域がCLSP1-61及び野生型CLSPの機能を増強したことを示している。したがって、アディポネクチンのコラーゲン相同領域の機能はCLSP1-61のN末端結合によって破壊されないと考えられる。
次に、CLSP1-61とアディポネクチンのコラーゲン相同領域、および野生型CLSPとアディポネクチンのコラーゲン相同領域からなる、2つのハイブリッドポリペプチド(夫々、「CLSPCOL」と「wt-CLSPCOL」という)を調製し、それらがCLSPとアディポネクチンの両方の活性を保持するかどうかを調べた。該ハイブリッドポリペプチドの両方の領域は、MycタグおよびHisGタグ(6xヒスチジンおよびグリシンからなる)をコードするペプチドによって連結されている。CLSPCOLおよびwt-CLSPCOLは、CLSP1-61および野生型CLSP(図L1)と比較して、より強力なCLSP活性を有する(神経細胞死を完全に抑制する両方のペプチドの最小濃度は約100pMである:図L5)。この結果は、CLSP1-61および野生型CLSPの機能がアディポネクチンのコラーゲン相同領域のC末端結合によって破壊されず、逆に、アディポネクチンのコラーゲン相同領域がCLSP1-61及び野生型CLSPの機能を増強したことを示している。したがって、アディポネクチンのコラーゲン相同領域の機能はCLSP1-61のN末端結合によって破壊されないと考えられる。
[CLSPCOLは血液脳関門を効率的に通過する]
マウスでは5nmolのCLSPの腹腔内注射後1時間で、脳脊髄液および血清中のCLSPの濃度は約5nMおよび500nMであった(5)。一方、ヒト脳脊髄液中のアディポネクチン濃度は、ヒト血清中のアディポネクチン濃度の1/1000である(30)。そこで、CLSPCOLとwt-CLSPCOLがマウスの野生型CLSPと同等の速度で血液脳関門を通過するかどうかを調べた。血清および間質液(ISF)含有脳溶解物中のCLSPCOLの濃度は、10nmolのCLSPCOLの腹腔内注射後1時間で約305nMおよび72nMであった(図L6および表1)。一方、注射後1時間の血清および間質液含有脳溶解物中のwt-CLSPCOLの推定濃度は、約53nMおよび2.1nMであった。ISF含有脳溶解物中のwt-CLSPCOLの濃度は用いたELISAアッセイの最低検出限界(4.5nM)未満であったので、暫定濃度2.1nMは正確ではないかもしれないが、その濃度は4.5nM未満であることは確実である。脳溶解物中のCLSPCOLの濃度は血清中の濃度の約1/4~1/5であると推定され、一方、wt-CLSPCOLの濃度は血清中のそれらの1/10未満であると推定される。したがって、CLSPCOLの中枢神経系移行はwt-CLSPCOLのそれよりも効率的である。また、公表された結果における血清から脳脊髄液へのCLSPの移行効率を考慮すると(5)、血液脳関門を通過するCLSPCOLの移行はwt-CLSPよりはるかに効率的であると考えられる。
マウスでは5nmolのCLSPの腹腔内注射後1時間で、脳脊髄液および血清中のCLSPの濃度は約5nMおよび500nMであった(5)。一方、ヒト脳脊髄液中のアディポネクチン濃度は、ヒト血清中のアディポネクチン濃度の1/1000である(30)。そこで、CLSPCOLとwt-CLSPCOLがマウスの野生型CLSPと同等の速度で血液脳関門を通過するかどうかを調べた。血清および間質液(ISF)含有脳溶解物中のCLSPCOLの濃度は、10nmolのCLSPCOLの腹腔内注射後1時間で約305nMおよび72nMであった(図L6および表1)。一方、注射後1時間の血清および間質液含有脳溶解物中のwt-CLSPCOLの推定濃度は、約53nMおよび2.1nMであった。ISF含有脳溶解物中のwt-CLSPCOLの濃度は用いたELISAアッセイの最低検出限界(4.5nM)未満であったので、暫定濃度2.1nMは正確ではないかもしれないが、その濃度は4.5nM未満であることは確実である。脳溶解物中のCLSPCOLの濃度は血清中の濃度の約1/4~1/5であると推定され、一方、wt-CLSPCOLの濃度は血清中のそれらの1/10未満であると推定される。したがって、CLSPCOLの中枢神経系移行はwt-CLSPCOLのそれよりも効率的である。また、公表された結果における血清から脳脊髄液へのCLSPの移行効率を考慮すると(5)、血液脳関門を通過するCLSPCOLの移行はwt-CLSPよりはるかに効率的であると考えられる。
[CLSPCOLはApoE3と14‐3‐3σにより阻害されないがカルレティキュリンにより軽度に阻害される]
CLSPCOLが3種類の阻害剤により阻害されるか否か検討したところ、10倍濃度の高いApoE3と14‐3‐3σには阻害されなかったが、予想外にも10倍濃度の高いカルレティキュリンにより軽度に阻害される事が判明した(図X1)。一方、wt-CLSPCOLはすべての阻害剤により阻害されなかった(図X2)。添加するカルレティキュリンの濃度を変えて細かく検討したところ、100pMのCLSPCOLに対して、カルレティキュリンは1nMの濃度から阻害活性を示し始めることが判明した(図X2)。
CLSPCOLが3種類の阻害剤により阻害されるか否か検討したところ、10倍濃度の高いApoE3と14‐3‐3σには阻害されなかったが、予想外にも10倍濃度の高いカルレティキュリンにより軽度に阻害される事が判明した(図X1)。一方、wt-CLSPCOLはすべての阻害剤により阻害されなかった(図X2)。添加するカルレティキュリンの濃度を変えて細かく検討したところ、100pMのCLSPCOLに対して、カルレティキュリンは1nMの濃度から阻害活性を示し始めることが判明した(図X2)。
[考察]
ADを含む神経変性疾患において、増加した神経毒性物質或いは神経障害機序により神経変性が引き起こされるという考え方が一般的に広く受け入れられている。ADにおいては、20年以上にわたり、Aβ(老人斑中の凝集した原線維型のAβおよび/または可溶性Aβオリゴマー)レベルの上昇が主要な傷害の原因と見なされてきた(2)。加えて、過リン酸化タウ、ならびにAβレベル上昇と直接関係のない、アミロイドβ前駆体タンパク質およびプレセニリンに関連する神経障害機序が毒性として関与する可能性も示されてきた。また、先行研究や本研究により、周知のこれらの神経障害メカニズムに加えて、AD保護因子の低下・減弱がADの進展に寄与する可能性が提示された。中でも、CLSPは該AD保護 (防御)因子として中心的な役割を果たす可能性が高いと推定されている(6)。
ADを含む神経変性疾患において、増加した神経毒性物質或いは神経障害機序により神経変性が引き起こされるという考え方が一般的に広く受け入れられている。ADにおいては、20年以上にわたり、Aβ(老人斑中の凝集した原線維型のAβおよび/または可溶性Aβオリゴマー)レベルの上昇が主要な傷害の原因と見なされてきた(2)。加えて、過リン酸化タウ、ならびにAβレベル上昇と直接関係のない、アミロイドβ前駆体タンパク質およびプレセニリンに関連する神経障害機序が毒性として関与する可能性も示されてきた。また、先行研究や本研究により、周知のこれらの神経障害メカニズムに加えて、AD保護因子の低下・減弱がADの進展に寄与する可能性が提示された。中でも、CLSPは該AD保護 (防御)因子として中心的な役割を果たす可能性が高いと推定されている(6)。
ヒューマニンおよびCLSPは、インビトロでADに関連する神経細胞死を阻害する(5、6)。また、CLSPは、ADモデルマウスにおいて、Aβの調節とは無関係に、シナプス消失および記憶障害を抑制する(8)。後者の結果は、一連の先行研究(25‐27)によっても支持されている。すなわち、htHNRの別のアゴニストである、ヒューマニンの強力な誘導体がADモデルマウスにおける記憶障害を抑制したという研究である。これらの結果に基づいて、本発明者は2つの事象、即ち、AD関連神経毒性の増加およびAD保護活性の減少の二つがADの発症に必要であるという、ADの病因についての仮説を提案してきた。この仮説が正しいと考えると、十分な濃度の活性CLSPの存在下では、たとえAD関連神経毒性が十分に増強されていても、神経細胞死(および機能不全)を引き起こすことができないため、ADは発症しない。また、十分なAD関連神経毒性がない場合には、CLSP効果が低下していても神経細胞死(および機能不全)を引き起こすことはない(すなわちADは発症しない)。本検討で示されたデータの中で、殆ど全てのAD症例に加えて何例かの「非AD」対照のCNSにおけるアディポネクチンおよびSH3BP5レベルが低下している(図10および11)という実験結果は、これらの考え方が極めて妥当であることを支持する。
CLSPは、ヘテロ三量体ヒューマニン受容体に結合し、STAT3誘導性生存シグナル伝達経路を活性化する中心的なAD保護因子であると考えられ(5、6、および8)、その異常な調節はADの病因に寄与する可能性が高い。本発明で確認された複数のCLSP阻害物質のうち、濃度と活性を考慮するとApoEが中心的な阻害物質であると思われる(図2)。ヒトCNSにおけて、総ApoEの濃度は、CLSPの濃度よりも圧倒的に高い(18‐20)と推定されている(14)。したがって、CLSPと非常に大量のCLSP阻害剤のみからなるインビボCLSP活性調節モデルが正しければ、AD保護活性はインビボでほぼゼロになる可能性が高い。
しかしながら、本発明によって示されたように、アディポネクチンがCLSPの内因性ヒューマニン相同領域(EHR)に結合することによってCLSP活性を増強し、そしてCLSPをCLSP阻害剤から優位な形式で保護する(図5~7)のであれば、いかに高濃度の阻害物質が存在していてもインビボでのCLSP活性が担保される。0.2‐0.25nMのアディポネクチンは、はるかに高濃度のCLSP阻害剤の存在下においてもCLSP(1nM)活性を完全に維持することが可能である(図5および7)。非ADの場合、CSF中のアディポネクチン濃度は0.96±0.19nMであり(図10および表1)、その結果CLSP活性が維持されている可能性が高い。
アディポネクチンは、末梢組織においてグルコースおよび脂質代謝を含む様々な代謝機能を発揮する(28)。それは、おそらく細胞膜上の2つの通常のアディポネクチン受容体を介して、インスリンシグナル伝達、抗炎症性、抗酸化性、および抗アテローム発生性機能を増加させる。血液脳関門を通過するアディポネクチンの移動は非常に限られていると思われる。CSF中のアディポネクチンの濃度は血清中の濃度よりもほぼ103倍低い(29、30)。CNSに通常のアディポネクチン受容体が存在することを考えると、アディポネクチンは、CNSにおいてグルコース代謝の調節因子、神経新生促進剤として機能し、そして例えば虚血性脳損傷に対する保護因子として機能すると仮定されている(31)。多くの研究が、アディポネクチンの欠乏またはアディポネクチンシグナル伝達の異常な調節がADの発症と関連しているという証拠を提供してきた(31)。血清アディポネクチンレベルの上昇(29、30)は、ADの独立した危険因子である可能性がある(32)。一方で、ある研究では、AD様病状が低血清アディポネクチン濃度を有するII型糖尿病患者において有意に多く発症したことを示した(33)。アディポネクチンレベルは、AD患者のCSFにおいて下方制御されており、Aβレベルの増加と逆相関している(30)。アディポネクチンノックアウトマウスはAD様の病状を示す(34)。
本発明に於いて、アディポネクチン濃度がAD患者のCSFにおいて低下していることを示した(図10)。この結果は前回の報告と一致している(30)。 CSF中のタンパク質の濃度が脳の間質液中の濃度と相関関係にあること(36)を考慮すると、これらの結果は、AD脳の間質液中でアディポネクチン濃度が低下していて、CLSP活性を維持できない可能性を示唆する。実際のデータとして、AD患者におけるCSFアディポネクチンの平均±SEM濃度は0.31±0.13nMであったが、非AD症例におけるそれは0.96±0.19nMであった(対応のないT検定、p=0.0065)(図10および表1)。図5および7に示されるように、CLSP活性を完全に保つために必要とされる神経周囲局所のアディポネクチンの最低濃度は0.20~0.25nMであると推定され、これは低下したAD患者の平均CSFアディポネクチン濃度に近い。非ADの神経周囲局所では十分量のアディポネクチン量が存在するが、ADでは同部位のアディポネクチン量が十分ではない可能性を示唆している。この考え方を支持するさらなるデータとして、ニューロン内においてヒューマニン/CLSPシグナルの主要なメディエーターであるSH3BP5レベルがAD皮質において低下している(図11)ことを発見した。類似のデータとして、先行研究により既に、ヒューマニン/CLSPシグナルによって活性化されたSTAT3の活性型である、リン酸化された705番目のチロシンを有するSTAT3のレベルが、AD患者の海馬ニューロンにおいて低下していることが示されている(35)。なお、ヒューマニンおよびCLSPはhtHNRに結合し、そしてSTAT3(6)およびSH3BP5(24)によって媒介されるニューロン内シグナル伝達を活性化することによって、AD保護因子として機能することが示されている。
先行研究においても、アディポネクチンは、AD患者の血清中で上昇している一方(29、30)、AD脳内で低下しているデータが示されている(図10、ならびに表1および表2)(30)。この所見の解釈の一つは、アディポネクチンレベルは中枢神経系に起こる一つあるいはいくつかのAD関連異常によって低下し、そしてその欠乏を回復させるために脂肪組織におけるアディポネクチンの産生は二次的に上昇し、その結果として血清中で上昇するという考え方である。実際、以前の研究では、アディポネクチンが高リン酸化タウを含む神経内神経原線維の凝集体中に固定化されているため、AD患者の中枢神経系においてアディポネクチンが低下するという可能性が示唆されていた(30)。この考えが正しければ、Aβの上昇およびその下流の標的である過リン酸化タウの蓄積が、ADにおけるアディポネクチンレベル低下の主原因ということになる。一方では、中枢神経系におけるアディポネクチンレベル低下はADにおいてアディポネクチンの血液脳関門輸送が損なわれることに起因するという考え方もある。現在まで、ADの脳では血液脳関門の機能が損なわれていることを示す数多くの証拠が提示されている(37)が、アディポネクチンの血液脳関門輸送に関するデータはまだ存在しないため、いずれの考え方が正しいかは現時点で不明である。
ApoE4は主要なADの発症危険因子である。これまで、多くの研究により、ApoE4によるAD発症増加のメカニズムは広く研究されてきた。ApoE4は、Aβ依存性および非依存性の両方の様式において、複数の機能獲得および機能喪失メカニズムによって神経毒性を発揮するとされている(38)。中でも、Aβの産生、Aβの中枢神経からのクリアランス、およびAβの凝集形成がApoE受容体を介する細胞内情報により影響を受けていて、ApoE4保持者ではこれらの現象がAD発症の方に傾くという研究はよく知られている。
本発明に於いて、ApoE4がApoE3よりもわずかに強いCLSPの阻害物質であることを示した(図2bおよびc)。CLSPの濃度と比較してCNSにおける非常に高いApoEの濃度を考慮すると、僅かな違いは意味を持たずApoE3およびApoE4は同様にCLSP活性を低下させる可能性が高い。しかしながら、脂質化されていない(または高密度リポタンパク質様脂質粒子に動員されていない)遊離型ApoEのみがCLSPを抑制できる前提で考えると、仮に脂質化されていないApoEの濃度がCLSPの濃度と同程度のレベルである場合、アディポネクチンのレベルが低下した状態(AD罹患者)では、ApoEのCLSP阻害効果の僅かの違いが発症を左右させる決定要因となり得る。この場合、ApoE4はCLSP活性をより強く抑制するので(図2bおよびc)、ApoE4遺伝子保有者は非ApoE4保有者よりもAD傷害を受けやすくなる。残念ながら、この考えの妥当性を検討するために行うべき、非脂質化ApoEの量を定量する具体的な方法は現在まで見つかっていない。
本発明では、AD患者のCSFではアディポネクチンレベルが低下していて、しかもそのレベルが、CLSPを保護することが可能なギリギリのレベルに近い(0.3 nM)という知見(図10ならびに表1および表2)、およびSH3BP5および活性化されたSTAT3のレベルがAD脳で低下している(図11)(35)という知見によって、ニューロン内CLSPシグナル伝達がAD脳で低下していると推測した。
但し、本発明に於いては、AD脳神経細胞周辺の間質液におけるアディポネクチン濃度を測定することは技術的にほぼ不可能であるため、濃度的に近いCSFにおける濃度を測定し、それを元に間質液内の事象を議論している。
更に、本発明に於いては、ニューロン内CLSP誘導性シグナルがAD脳において低下していることを直接に示すことは技術的に不可能なため、間接的に示している。SH3BP5およびSTAT3は、様々なサイトカインを中心とした生理活性物質により惹起されたシグナル伝達経路によって同時に調節されるので、SH3BP5レベルの低下およびSTAT3の不活性化はCLSP誘導シグナル伝達の減少なしに起こり得る。したがって、両者の低下を持ってCLSP誘導性シグナルが低下していると断定できない。しかしながら、一般に、ADのCNSでは炎症が生じていて、その結果、種々の炎症性サイトカインが産生されていることがよく知られている。そして、上昇した種々の炎症性サイトカインはニューロン内の活性化STAT3およびSH3BP5(STAT3の下流の標的)レベルを上昇させる方向に働く。従って、ADのニューロン内において活性化STAT3およびSH3BP5レベルが正常より低下している場合、周りに放出された種々の炎症性サイトカインによる上昇機転があることを考慮すると、活性化STAT3およびSH3BP5の低下はCLSP誘導性シグナルが低下していることを示すと考えるのが妥当であると思われる。
[CLSPCOL]
CLSPCOLはCLSP阻害剤による抑制を受けず、強力なAD保護活性を有している(図L5)。更に、アディポネクチンのコラーゲン相同領域(COL)は内因性の野生型CLSPを増強および保護する活性を保持している。さらに、CLSPCOLは血液脳関門を効率的に貫通する(図L6)。従って、CLSPCOL等の本発明の融合タンパク質は、現在明らかな弱点がなく、末梢経路によって送達され得るAD薬候補であり得る。
CLSPCOLはCLSP阻害剤による抑制を受けず、強力なAD保護活性を有している(図L5)。更に、アディポネクチンのコラーゲン相同領域(COL)は内因性の野生型CLSPを増強および保護する活性を保持している。さらに、CLSPCOLは血液脳関門を効率的に貫通する(図L6)。従って、CLSPCOL等の本発明の融合タンパク質は、現在明らかな弱点がなく、末梢経路によって送達され得るAD薬候補であり得る。
しかしながら、CLSPCOLがwt-CLSPCOLおよびCLSPよりも効率的に血液脳関門を通過するメカニズム未だ十分には解明されていない。CLSPCOLとwt-CLSPCOLとの間に効率に明らかな違いがあるので(図L6および表L1)、CLSPのC末端ドメイン(アミノ酸62-146)の欠失が効率を促進した可能性が高い。即ち、CLSPのC末端側半分は、血液脳関門移行を阻害する領域を含み得る。又、アディポネクチンのコラーゲン相同領域の付着によって効率が高められている可能性もある。
CLSPCOLは阻害物質のうちカルレティキュリンに対してのみ軽度に阻害された(図X1、X2)。その具体的なメカニズムは不明だが、おそらく、人工的に作成された融合部分を含む領域がカルレティキュリンに対して親和性を生じていると推定される。しかし、その阻害効果は弱く、しかも、カルレティキュリンの中枢神経系内濃度は阻害効果を示すより低いこと(1nM未満)が予想されるため、実際の臨床応用に関しては支障にならないと考えられる。
以上の実施例で使用された材料及び方法は以下の通りである。尚、特に記載がない場合には、当業者に公知の適当な方法・手段で実施した。
[遺伝子とベクター]
ヒトCLSPをpcDNA3.1-MycHis(Invitrogen、Carlsbad、CA)に挿入して、MycHisでC末端にタグ付けされたヒトCLSP-MycHis(CLSP-MycHis)を哺乳動物細胞において発現させた(5)。ヒトアポリポタンパク質E3、E4、アディポネクチン、アネキシンII、およびアネキシンVのcDNAを、C末端ヘマグルチニンA(HA)タグを有するCMVプロモーター駆動発現ベクターであるpHAベクターに挿入した。pcDNA3.1/MycHisベクターに挿入されたマウスV642I-APP cDNAは先行文献に記載されている(5)。アポリポタンパク質E3、E4およびアディポネクチンcDNAをpFLAGベクターに挿入して、C末端FLAGタグ化タンパク質発現ベクターとして用いた。
ヒトCLSPをpcDNA3.1-MycHis(Invitrogen、Carlsbad、CA)に挿入して、MycHisでC末端にタグ付けされたヒトCLSP-MycHis(CLSP-MycHis)を哺乳動物細胞において発現させた(5)。ヒトアポリポタンパク質E3、E4、アディポネクチン、アネキシンII、およびアネキシンVのcDNAを、C末端ヘマグルチニンA(HA)タグを有するCMVプロモーター駆動発現ベクターであるpHAベクターに挿入した。pcDNA3.1/MycHisベクターに挿入されたマウスV642I-APP cDNAは先行文献に記載されている(5)。アポリポタンパク質E3、E4およびアディポネクチンcDNAをpFLAGベクターに挿入して、C末端FLAGタグ化タンパク質発現ベクターとして用いた。
日本住血吸虫グルタチオンS-トランスフェラーゼ(GST)タグ付き組換えタンパク質を、文献に記載されているように(5)、pGEXベクター(Promega、Madison、WI)を用いて細菌中で生成した。C末端HiBiTタグCLSPの生成には、HiBiTアミノ酸配列(VSGWRLFKKIS)をコードするオリゴヌクレオチド、センス(配列番号4):
(5'-CCCGGGGTGAGCGGCTGGCGGCTGTTCAAGAAGATTAGCTGAGAATTC-3')、及び
アンチセンス(配列番号5):
(5'-CCCGGGGTGAGCGGCTGGCGGCTGTTCAAGAAGATTAGCTGAGAATTC-3')、
をインビトロでアニーリングし、pGEX‐2T‐CLSPプラスミドのSmaI-EcoRI部位に挿入した。
(5'-CCCGGGGTGAGCGGCTGGCGGCTGTTCAAGAAGATTAGCTGAGAATTC-3')、及び
アンチセンス(配列番号5):
(5'-CCCGGGGTGAGCGGCTGGCGGCTGTTCAAGAAGATTAGCTGAGAATTC-3')、
をインビトロでアニーリングし、pGEX‐2T‐CLSPプラスミドのSmaI-EcoRI部位に挿入した。
pCMV-SPORT6ベクター中の全長ヒトアディポネクチンcDNAはInvitrogenから購入した(カタログ番号:6192794、CA)。C末端にMycHisGでタグ付けされた組換えN末端GSTタグ付きタンパク質を作製するために、以下の突然変異誘発プライマーを用いたKOD-Plus突然変異誘発キット(SMK-101東京、日本東洋紡、カタログ番号)を使用して、pGEX2T-MycHisベクターの配列を変異させてグリシン残基のC末端付加を生じさせた。
センスプライマー(配列番号6):
(5'-GGTTGAGAATTCATCGTGACTGACTGACGATCTGCCTCGCGCG-3')、及び
アンチセンスプライマー(配列番号7):
(5'-ATGATGATGATGATGATGATCCTCTTCTGAGATGAGTTTTTG-3')。
センスプライマー(配列番号6):
(5'-GGTTGAGAATTCATCGTGACTGACTGACGATCTGCCTCGCGCG-3')、及び
アンチセンスプライマー(配列番号7):
(5'-ATGATGATGATGATGATGATCCTCTTCTGAGATGAGTTTTTG-3')。
ヒトアディポネクチンのコラーゲン相同領域のcDNAをKOD DNAポリメラーゼ(KOD-101、東京、日本TOYOBO、カタログ番号)によって増幅した。
センスプライマー(配列番号8):
(5'- GGATCCATGAGAGGATCGCATCACCATCACCATCACGGGTCC-3')、及び
アンチセンスプライマー(配列番号9):
(5'- GAATTCTCAAGGTTCTCCTTTCCTGCCTTGGATTCCCGGAAAGC-3')。
増幅したcDNAをBamHI-EcoRI部位でpQE30ベクター(QIAGEN、東京、日本)にサブクローニングした。
センスプライマー(配列番号8):
(5'- GGATCCATGAGAGGATCGCATCACCATCACCATCACGGGTCC-3')、及び
アンチセンスプライマー(配列番号9):
(5'- GAATTCTCAAGGTTCTCCTTTCCTGCCTTGGATTCCCGGAAAGC-3')。
増幅したcDNAをBamHI-EcoRI部位でpQE30ベクター(QIAGEN、東京、日本)にサブクローニングした。
N末端MycHisGタグを有するアディポネクチンのコラーゲン相同領域のcDNAをLA Taqポリメラーゼ(TaKaRa社、カタログ番号RR002A、東京、日本)によって増幅した。
センスプライマー(配列番号10):
(5'-AAGCTTGAACAAAAACTCATCTCAGAAGAGGATCATCATCATCATCATCATGGTATGGGGCATCCGGGCCATAATGGGGCCCCAGGCC-3')及び、
アンチセンスプライマー(配列番号11):
(5'-GAATTCTCAAGGTTCTCCTTTCCTGCCTTGGATTCCCGGAAAGCC-3')。
増幅したcDNAをpGEX-2T-CLSPおよび-CLSP(1-61)プラスミドにサブクローニングして、夫々、CLSP-MycHisG-アディポネクチンのコラーゲン相同領域、およびCLSP(1-61)-MycHisG-アディポネクチンのコラーゲン相同領域からなる、wt-CLSPCOLおよびCLSPCOLを得た。
センスプライマー(配列番号10):
(5'-AAGCTTGAACAAAAACTCATCTCAGAAGAGGATCATCATCATCATCATCATGGTATGGGGCATCCGGGCCATAATGGGGCCCCAGGCC-3')及び、
アンチセンスプライマー(配列番号11):
(5'-GAATTCTCAAGGTTCTCCTTTCCTGCCTTGGATTCCCGGAAAGCC-3')。
増幅したcDNAをpGEX-2T-CLSPおよび-CLSP(1-61)プラスミドにサブクローニングして、夫々、CLSP-MycHisG-アディポネクチンのコラーゲン相同領域、およびCLSP(1-61)-MycHisG-アディポネクチンのコラーゲン相同領域からなる、wt-CLSPCOLおよびCLSPCOLを得た。
[組み換えタンパク質]
C末端がMycHisでタグ付けされたGST-ヒトCLSP(GST-CLSP-MycHis)を、1mMのイソプロピル-チオ-β-D-ガラクトピラノシド中、37℃で6時間、大腸菌BL-21中で発現させた。GST-CLSP-MycHisをグルタチオンセファロース(GE Healthcare)に結合させ、文献(14)に示されているように、CLSP‐MycHis部分をトロンビン(1単位/ml)を含有するPBS中での同時インキュベーションによりグルタチオンセファロースから、25℃で一晩、遊離させた(カタログ番号:T6634-100UN、Sigma‐Aldrich、St.Lois、MO)。MycHisでC末端標識された組換えCLSP欠失変異体(5)、およびGST-CLSP-HiBiTを同じ方法で作製した。細菌中で産生されたGST-アネキシンII、アネキシンV、およびSH3BP5から、組換えアネキシンII、V、およびSH3BP5タンパク質も同様に作製した。組換えGST-MycHisおよびGST-ヒト14-3-3σを、1mM イソプロピル-チオ-β-D-ガラクトピラノシド中、37℃で6時間、大腸菌BL-21中で発現させ、グルタチオンセファロースに結合させ、50mMグルタチオンの存在下での共インキュベーションによってグルタチオンセファロースから遊離させ、PBS中で透析した。アディポネクチンのN末端6xHisGタグ付きコラーゲン相同領域を、1mM イソプロピル-チオ-β-D-ガラクトピラノシド中、37℃で4時間、大腸菌M15[pREP4](Qiagen)中で発現させ、Talon Metal樹脂(Clontech、Palo Alto、CA、USA)に結合させ、製造者の指示に従って精製した。溶出した組換え6×Hisタンパク質をZeba Desalting Column(Pierce)によって脱塩し、次いで1/10容量の10×PBSを脱塩タンパク質溶液に添加した。
C末端がMycHisでタグ付けされたGST-ヒトCLSP(GST-CLSP-MycHis)を、1mMのイソプロピル-チオ-β-D-ガラクトピラノシド中、37℃で6時間、大腸菌BL-21中で発現させた。GST-CLSP-MycHisをグルタチオンセファロース(GE Healthcare)に結合させ、文献(14)に示されているように、CLSP‐MycHis部分をトロンビン(1単位/ml)を含有するPBS中での同時インキュベーションによりグルタチオンセファロースから、25℃で一晩、遊離させた(カタログ番号:T6634-100UN、Sigma‐Aldrich、St.Lois、MO)。MycHisでC末端標識された組換えCLSP欠失変異体(5)、およびGST-CLSP-HiBiTを同じ方法で作製した。細菌中で産生されたGST-アネキシンII、アネキシンV、およびSH3BP5から、組換えアネキシンII、V、およびSH3BP5タンパク質も同様に作製した。組換えGST-MycHisおよびGST-ヒト14-3-3σを、1mM イソプロピル-チオ-β-D-ガラクトピラノシド中、37℃で6時間、大腸菌BL-21中で発現させ、グルタチオンセファロースに結合させ、50mMグルタチオンの存在下での共インキュベーションによってグルタチオンセファロースから遊離させ、PBS中で透析した。アディポネクチンのN末端6xHisGタグ付きコラーゲン相同領域を、1mM イソプロピル-チオ-β-D-ガラクトピラノシド中、37℃で4時間、大腸菌M15[pREP4](Qiagen)中で発現させ、Talon Metal樹脂(Clontech、Palo Alto、CA、USA)に結合させ、製造者の指示に従って精製した。溶出した組換え6×Hisタンパク質をZeba Desalting Column(Pierce)によって脱塩し、次いで1/10容量の10×PBSを脱塩タンパク質溶液に添加した。
組換えヒトアポE3およびアポE4はPeproTech(Rocky Hill、NJ)から購入した(カタログ番号:350-02および350-04)。 ヒトアディポネクチンおよび三量体アディポネクチンは、BioVendor(Czeck Republic)から購入した(カタログ番号:RD172029100およびRD172023100)。
[細胞死アッセイ]
ADに関連する神経細胞死アッセイはYamatsuji et alによって最初に行われた(39)。SH-SY5Y細胞を10%FBSを含有するDMEM/HamF12混合物(DMEM/F12)中で増殖させた。SH‐SY5Y細胞を6ウェルプレートに2x105/ウェルで12~16時間播種し、血清の非存在下で指示されたベクターで3時間トランスフェクションし、次にCLSPおよび/またはCLSP修飾物質(CLSPに作用する物質)を含む/含まないDMEM/F12‐10%FBSで培養した。トランスフェクションの24時間後、培地を、CLSPおよび/またはCLSP修飾物質を含む/含まない、N2サプリメント(Invitrogen、Carlsbad、CA)を含有するDMEM/F12と交換した。トランスフェクション開始の48時間後、細胞を回収してWST‐8細胞死アッセイキット(同仁堂、熊本、日本)を用いる細胞生存(率)アッセイまたはカルセインAM(同仁堂、熊本、日本)を用いる染色、およびトリパンブルー排除細胞死アッセイを行った。SH‐SY5Y細胞におけるトランスフェクション効率は約80%であった。 全ての細胞死実験はN=3で行った。
ADに関連する神経細胞死アッセイはYamatsuji et alによって最初に行われた(39)。SH-SY5Y細胞を10%FBSを含有するDMEM/HamF12混合物(DMEM/F12)中で増殖させた。SH‐SY5Y細胞を6ウェルプレートに2x105/ウェルで12~16時間播種し、血清の非存在下で指示されたベクターで3時間トランスフェクションし、次にCLSPおよび/またはCLSP修飾物質(CLSPに作用する物質)を含む/含まないDMEM/F12‐10%FBSで培養した。トランスフェクションの24時間後、培地を、CLSPおよび/またはCLSP修飾物質を含む/含まない、N2サプリメント(Invitrogen、Carlsbad、CA)を含有するDMEM/F12と交換した。トランスフェクション開始の48時間後、細胞を回収してWST‐8細胞死アッセイキット(同仁堂、熊本、日本)を用いる細胞生存(率)アッセイまたはカルセインAM(同仁堂、熊本、日本)を用いる染色、およびトリパンブルー排除細胞死アッセイを行った。SH‐SY5Y細胞におけるトランスフェクション効率は約80%であった。 全ての細胞死実験はN=3で行った。
[抗体]
キーホールリンペットヘモシアニンと複合体化させたヒトCLSPのN末端ペプチド16アミノ酸のペプチドに対してウサギポリクローナル抗体を産生させ、免疫ペプチドでアフィニティー精製した(hCLSP-N抗体)。GST-CLSP-MycHisに対するウサギポリクローナル抗体は、細菌中で産生された組換えGST-CLSP-MycHis(GST-CLSP抗体)(5)で免疫することによって生成された。さらに組換えCLSP-MycHisを用いた粗血清から抗体をアフィニティー精製した。14-3-3σを用いてアフィニティー精製した。シグマ-C抗体は、ウサギをヒト14-3-3σのC-末端16アミノ酸ペプチドで免疫することによって産生し、更にアフィニティー精製した。SH3BP5に対するポリクローナル抗体(「SH3BP5抗体」と命名)をウサギにおいて産生し、そしてGST-14-3-3σおよびGST-SH3BP5を使用してアフィニティー精製し、更にGST-SH3BP5を使用してアフィニティー精製した。
キーホールリンペットヘモシアニンと複合体化させたヒトCLSPのN末端ペプチド16アミノ酸のペプチドに対してウサギポリクローナル抗体を産生させ、免疫ペプチドでアフィニティー精製した(hCLSP-N抗体)。GST-CLSP-MycHisに対するウサギポリクローナル抗体は、細菌中で産生された組換えGST-CLSP-MycHis(GST-CLSP抗体)(5)で免疫することによって生成された。さらに組換えCLSP-MycHisを用いた粗血清から抗体をアフィニティー精製した。14-3-3σを用いてアフィニティー精製した。シグマ-C抗体は、ウサギをヒト14-3-3σのC-末端16アミノ酸ペプチドで免疫することによって産生し、更にアフィニティー精製した。SH3BP5に対するポリクローナル抗体(「SH3BP5抗体」と命名)をウサギにおいて産生し、そしてGST-14-3-3σおよびGST-SH3BP5を使用してアフィニティー精製し、更にGST-SH3BP5を使用してアフィニティー精製した。
本発明で使用したペプチドおよびタンパク質に対する既製の抗体は、次の会社から購入した:西洋ワサビペルオキシダーゼ結合FLAGエピトープ(クローン M2、カタログ番号158592-1MG)、Sigma-Aldrich;APP(22C11、カタログ番号MAB348(登録商標))、Chemicon(Temecula、CA); Mycエピトープ(カタログ番号R950-25)、Invitrogen(Carlsbad、CA);ペルオキシダーゼ結合HA(ヘマグルチニンA)エピトープ(クローン3F10、カタログ番号2013819)、Roche Diagnostics(Alameda、CA);SH3BP5抗体(Sab;カタログ番号sc-135617)、 Biotechnology(Santa Cruz、CA);SH3BP5モノクローナル抗体(クローン1D5、カタログ番号H00009467-M02)、Abnoba、(台北、台湾); HisGモノクローナル抗体(カタログ番号R940-25)、Invitrogen(Carlsbad、CA)。
[イムノブロット分析]
細胞をPBSで2回洗浄し、50mMのHEPES(pH7.4)、150mMのNaCl、0.1%のNP-40、およびプロテアーゼインヒビターカクテルコンプリート(Roche Diagnostics、Alameda、CA)に懸濁した。2回凍結融解した後、細胞溶解物を4℃で10分間15,000rpmで遠心分離した。上清およびプルダウン沈殿物を標準的またはトリス-トリシンSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)による分析、およびイムノブロット分析にかけた。1レーンあたり10μgの細胞溶解物を直接イムノブロット分析に使用した(5)。外因的に発現されたV642I-APPを検出するためにAPP抗体を使用するイムノブロット分析によって、様々な長さを有する内因性野生型APPが同時に検出された。様々な長さを有する内因性野生型APPの検出は、未知の理由のために異なる実験間で均一ではなかったことに留意すべきである。
細胞をPBSで2回洗浄し、50mMのHEPES(pH7.4)、150mMのNaCl、0.1%のNP-40、およびプロテアーゼインヒビターカクテルコンプリート(Roche Diagnostics、Alameda、CA)に懸濁した。2回凍結融解した後、細胞溶解物を4℃で10分間15,000rpmで遠心分離した。上清およびプルダウン沈殿物を標準的またはトリス-トリシンSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)による分析、およびイムノブロット分析にかけた。1レーンあたり10μgの細胞溶解物を直接イムノブロット分析に使用した(5)。外因的に発現されたV642I-APPを検出するためにAPP抗体を使用するイムノブロット分析によって、様々な長さを有する内因性野生型APPが同時に検出された。様々な長さを有する内因性野生型APPの検出は、未知の理由のために異なる実験間で均一ではなかったことに留意すべきである。
[プルダウン分析]
臭化シアン活性化Sepharose 4Bへの組換えタンパク質の結合は、製造業者(Amersham Pharmacia Biotech、Uppsala,Sweden)の説明書に従って行った。簡単に説明すると、5mgの組換えタンパク質をカップリング緩衝液(0.5MのNaClを含有する0.1MのNaHCO3、pH8.3)中で3mlの臭化シアン活性化セファロース4Bと共に回転させながら4℃で一晩インキュベートした。次に、組換えタンパク質結合セファロースをブロッキング緩衝液(0.2Mグリシン、pH8.0)中、室温で2時間インキュベートして、非特異的結合を排除した。ブロッキング後、セファロースをカップリング緩衝液、および0.5M NaClを含む0.1M酢酸ナトリウム緩衝液(pH4)で洗浄した。結合セファロース4Bを4℃でカップリング緩衝液中に保存した。
臭化シアン活性化Sepharose 4Bへの組換えタンパク質の結合は、製造業者(Amersham Pharmacia Biotech、Uppsala,Sweden)の説明書に従って行った。簡単に説明すると、5mgの組換えタンパク質をカップリング緩衝液(0.5MのNaClを含有する0.1MのNaHCO3、pH8.3)中で3mlの臭化シアン活性化セファロース4Bと共に回転させながら4℃で一晩インキュベートした。次に、組換えタンパク質結合セファロースをブロッキング緩衝液(0.2Mグリシン、pH8.0)中、室温で2時間インキュベートして、非特異的結合を排除した。ブロッキング後、セファロースをカップリング緩衝液、および0.5M NaClを含む0.1M酢酸ナトリウム緩衝液(pH4)で洗浄した。結合セファロース4Bを4℃でカップリング緩衝液中に保存した。
様々なタンパク質を過剰発現している細胞からの溶解物をGST-MycHisまたはCLSP-MycHis結合セファロース4Bと4℃で一晩混合し、続いて徹底的に洗浄した。 次いで、プルダウンした沈殿物および細胞溶解物をSDS-PAGEおよびイムノブロット分析または銀染色(和光純薬、東京、日本)にかけて、CLSPとタンパク質との間の結合を調べた。
実験では、MycHisでC末端にタグ付けされた、組換えCLSP、その欠失変異体(ΔN1、ΔN2、ΔC1、およびEHR)の1つを細菌中で産生させ、精製した。 それらをFLAGでC末端にタグ付けされたアポリポタンパク質E4またはアディポネクチンを含むF11細胞由来の溶解物と、4℃で一晩混合し、続いて徹底的に洗浄した。 洗浄したプルダウン沈殿物および細胞溶解物を次いでSDS-PAGE展開し、イムノブロット分析にかけた。
[組換えタンパク質の腹腔内注射後の間質液含有脳試料としてのマウスからの脳溶解物の調製]
全ての実験手順は東京医科大学の動物実験地域委員会によって承認された。オリエンタルイースト社(東京、日本)から購入したオスのICRマウス(8週齢)に、PBS中の、ネガティブコントロールとして10nmolのGST -MycHisGタンパク質、CLSPCOL、またはwt-CLSPCOLを腹腔内注射した。注射の1時間後マウスをジエチルエーテル(和光純薬、東京、日本)で麻酔した。その後、血液を心臓から吸引し、4℃で10分間4000×gで遠心分離した。氷の入った20mlの乳酸リンゲル液(大塚製薬、東京、日本)を用いて、心臓の左心室を通して脳の血管空間を灌流させて血液を除去した。次にマウスを断頭し脳を摘出した。CSFの汚染を洗浄するために、全脳を乳酸リンゲル液で一度洗浄した。次いで2倍重量の食塩水の存在下で均質化した。該溶解物を4℃で4000×gで10分間遠心分離した後、上清を間質液含有脳試料として回収した(36)。
全ての実験手順は東京医科大学の動物実験地域委員会によって承認された。オリエンタルイースト社(東京、日本)から購入したオスのICRマウス(8週齢)に、PBS中の、ネガティブコントロールとして10nmolのGST -MycHisGタンパク質、CLSPCOL、またはwt-CLSPCOLを腹腔内注射した。注射の1時間後マウスをジエチルエーテル(和光純薬、東京、日本)で麻酔した。その後、血液を心臓から吸引し、4℃で10分間4000×gで遠心分離した。氷の入った20mlの乳酸リンゲル液(大塚製薬、東京、日本)を用いて、心臓の左心室を通して脳の血管空間を灌流させて血液を除去した。次にマウスを断頭し脳を摘出した。CSFの汚染を洗浄するために、全脳を乳酸リンゲル液で一度洗浄した。次いで2倍重量の食塩水の存在下で均質化した。該溶解物を4℃で4000×gで10分間遠心分離した後、上清を間質液含有脳試料として回収した(36)。
[ヒト脳脊髄液および側頭葉サンプル]
AD患者および対照からの死後CSFおよび側頭葉サンプルは、デューク大学医療センター、神経内科のキャスリーンプライスブライアン脳バンクから得た(表1および3)。病理学的病期分類は、老人斑および神経炎性斑については「AD登録のためのコンソーシアム」(CERAD)病期分類システム(40)、神経原線維変化についてはBraak病期分類システム(41)の下で行われた。 CERAD病期分類によってpossibleADとみなされた症例は全てAD症例として数えた。この研究は、デューク大学医療センターのキャスリーンプライスブライアン脳バンクおよび東京医科大学の倫理委員会によって承認された。
AD患者および対照からの死後CSFおよび側頭葉サンプルは、デューク大学医療センター、神経内科のキャスリーンプライスブライアン脳バンクから得た(表1および3)。病理学的病期分類は、老人斑および神経炎性斑については「AD登録のためのコンソーシアム」(CERAD)病期分類システム(40)、神経原線維変化についてはBraak病期分類システム(41)の下で行われた。 CERAD病期分類によってpossibleADとみなされた症例は全てAD症例として数えた。この研究は、デューク大学医療センターのキャスリーンプライスブライアン脳バンクおよび東京医科大学の倫理委員会によって承認された。
[解離定数の測定]
アポE4(またはアディポネクチン)とCLSPとの間の結合についての解離定数を、Nano-Glo HiBiT細胞外検出システム(Promega、カタログ番号:N2420)を用いて、説明書に従って測定した。組換えアポE4またはアディポネクチンのコーティングのために、20pMのアポE4またはアディポネクチンを含有する100μlの50mM炭酸緩衝液(pH9.6)を96ウェルプレートのウェル中で4℃で一晩インキュベートした(蛍光用ブラック型プレートH カタログ番号:MS-8596KZ、住友ベークライト、東京、日本)。タンパク質被覆プレートを200μlのPBSで3回洗浄した。次に、1%スキムミルクを含む150μlのPBS(GIBCO)を各ウェルに加えた。それらを振盪せずに室温で1時間インキュベートした。プレートを200μlのPBSで3回洗浄した後、PBS中の100μlの濃度のCLSP-HiBiTを各ウェルに加えた。プレートをさらに振盪せずに4℃で一晩インキュベートし、次いで0.1%NP-40を含有するPBSで5回洗浄し、続いて100μlのPBSを添加した。その後、キット中のHiBiT用の基質を各ウェルに添加した。得られた化学発光を、Wallac ARVOTM X 5(Perkin Elmer)を用いて各ウェルについて測定した。CLSP-HiBiTの濃度は、段階的に増加する濃度のCLSP-HiBiTを含む100μLのPBSで満たしたウェルの化学発光を測定することによって同時に作成された標準線を参照して、各ウェルについて推定した。この実験はN=2で行った。
アポE4(またはアディポネクチン)とCLSPとの間の結合についての解離定数を、Nano-Glo HiBiT細胞外検出システム(Promega、カタログ番号:N2420)を用いて、説明書に従って測定した。組換えアポE4またはアディポネクチンのコーティングのために、20pMのアポE4またはアディポネクチンを含有する100μlの50mM炭酸緩衝液(pH9.6)を96ウェルプレートのウェル中で4℃で一晩インキュベートした(蛍光用ブラック型プレートH カタログ番号:MS-8596KZ、住友ベークライト、東京、日本)。タンパク質被覆プレートを200μlのPBSで3回洗浄した。次に、1%スキムミルクを含む150μlのPBS(GIBCO)を各ウェルに加えた。それらを振盪せずに室温で1時間インキュベートした。プレートを200μlのPBSで3回洗浄した後、PBS中の100μlの濃度のCLSP-HiBiTを各ウェルに加えた。プレートをさらに振盪せずに4℃で一晩インキュベートし、次いで0.1%NP-40を含有するPBSで5回洗浄し、続いて100μlのPBSを添加した。その後、キット中のHiBiT用の基質を各ウェルに添加した。得られた化学発光を、Wallac ARVOTM X 5(Perkin Elmer)を用いて各ウェルについて測定した。CLSP-HiBiTの濃度は、段階的に増加する濃度のCLSP-HiBiTを含む100μLのPBSで満たしたウェルの化学発光を測定することによって同時に作成された標準線を参照して、各ウェルについて推定した。この実験はN=2で行った。
[ELISA]
既製のヒトアディポネクチンELISAキットを積水メディカル株式会社(カタログ番号376405、東京、日本)から購入し、製造業者の指示に従ってCSFアディポネクチン濃度の測定に使用した。14-3-3σ ELISAおよびSH3BP5の場合、0.6μg/mlのGSTシグマ抗体または1μg/mlのSH3BP5モノクローナル抗体(クローン1D5、カタログ番号H00009467-M02、Anoba、台北、台湾))を含む50mMの炭酸緩衝液(pH9.6)100μLを96ウェルプレート(ELISAプレートH、カタログ番号MS-8896FZ、住友ベークライト、東京、日本)中、4℃で一晩インキュベートした。この捕捉抗体被覆プレートを各ウェル中で400μlの洗浄緩衝液(0.1%NP40を含有するPBS)で3回洗浄し、そして300μlのPVDFブロッキング試薬(TOYOBOカタログ番号NYPBR01、東京、日本)を、振盪せずに室温で1時間満たした。300μlの洗浄緩衝液で3回洗浄した後、プレートを100μlの段階的に増加する濃度の組み換え14-3-3σまたはSH3BP5のPBS溶液(標準曲線の測定用)で満たした。ヒトCSF試料またはヒト側頭葉の溶解物を、250rpmで振盪しながら室温で2時間インキュベートした。その後、プレートを300μlの洗浄緩衝液で洗浄した。検出抗体として、Ab-10 Rapid Peroxidase Labeling Kit(同仁堂、カタログ番号LK33、熊本、日本)またはPeroxidase Labing Kit-HN2(同仁堂、タログ番号LK11、熊本、)を用いて、夫々、ペルオキシダーゼ標識シグマ-C抗体またはSH3BP5抗体を調製した。Can Get Signal Solution 2(TOYOBOカタログ番号NKB―301)中の1.0μg/ ml検出抗体100μlを各ウェルに添加し、プレートを振盪(250rpm)しながら室温で1時間インキュベートした。300μlの洗浄バッファーで5回洗浄した後、 R&D TMB基質溶液(R&D Systems、カタログ番号:DY999)をウェルに添加し、そしてプレートを室温で10分間インキュベートした。50μlのH2SO4を添加することによって反応を停止させた。450nmでの吸光度をWallac ARVOTM X5(Perkin Elmer)によって測定した。
既製のヒトアディポネクチンELISAキットを積水メディカル株式会社(カタログ番号376405、東京、日本)から購入し、製造業者の指示に従ってCSFアディポネクチン濃度の測定に使用した。14-3-3σ ELISAおよびSH3BP5の場合、0.6μg/mlのGSTシグマ抗体または1μg/mlのSH3BP5モノクローナル抗体(クローン1D5、カタログ番号H00009467-M02、Anoba、台北、台湾))を含む50mMの炭酸緩衝液(pH9.6)100μLを96ウェルプレート(ELISAプレートH、カタログ番号MS-8896FZ、住友ベークライト、東京、日本)中、4℃で一晩インキュベートした。この捕捉抗体被覆プレートを各ウェル中で400μlの洗浄緩衝液(0.1%NP40を含有するPBS)で3回洗浄し、そして300μlのPVDFブロッキング試薬(TOYOBOカタログ番号NYPBR01、東京、日本)を、振盪せずに室温で1時間満たした。300μlの洗浄緩衝液で3回洗浄した後、プレートを100μlの段階的に増加する濃度の組み換え14-3-3σまたはSH3BP5のPBS溶液(標準曲線の測定用)で満たした。ヒトCSF試料またはヒト側頭葉の溶解物を、250rpmで振盪しながら室温で2時間インキュベートした。その後、プレートを300μlの洗浄緩衝液で洗浄した。検出抗体として、Ab-10 Rapid Peroxidase Labeling Kit(同仁堂、カタログ番号LK33、熊本、日本)またはPeroxidase Labing Kit-HN2(同仁堂、タログ番号LK11、熊本、)を用いて、夫々、ペルオキシダーゼ標識シグマ-C抗体またはSH3BP5抗体を調製した。Can Get Signal Solution 2(TOYOBOカタログ番号NKB―301)中の1.0μg/ ml検出抗体100μlを各ウェルに添加し、プレートを振盪(250rpm)しながら室温で1時間インキュベートした。300μlの洗浄バッファーで5回洗浄した後、 R&D TMB基質溶液(R&D Systems、カタログ番号:DY999)をウェルに添加し、そしてプレートを室温で10分間インキュベートした。50μlのH2SO4を添加することによって反応を停止させた。450nmでの吸光度をWallac ARVOTM X5(Perkin Elmer)によって測定した。
製造業者の説明書に従ってビオチン標識抗HisG抗体をビオチン標識Kit-NH2(同仁堂、カタログ番号:LK03、熊本、日本)を用いて調製した。 CLSPCOLおよびwt-CLSPCOL(結合ペプチドとしてMycおよびHisGタグを直列に含む)のELISAの場合、25μg/mlのCLSP‐N抗体(捕捉抗体)を含む100μlの50mM炭酸緩衝液(pH9.6)を96ウェルプレート(ELISAプレートH、カタログ番号MS-8896FZ、住友ベークライト、東京、日本)中、4℃で一晩インキュベートした。捕捉抗体被覆プレートを各ウェル400μlの洗浄緩衝液(0.1%Tween20を含有するPBS)で3回洗浄し、そして300μlのPVDFブロッキング試薬(TOYOBOカタログ番号NYPBR01、東京、日本)で満たし、振盪せずに室温で1時間保持した。 300μlの洗浄緩衝液で3回洗浄した後、GST-MycHis、CLSPCOLおよびwt-CLSPCOLを段階的に増加する濃度で含むPBS(標準曲線の測定用)100μl、又はマウス脳溶解物でプレートを満たし、室温で2時間インキュベートした。 300μlの洗浄緩衝液で洗浄した後、Can Get Signal Solution 1(TOYOBOカタログ番号:NKB-201)中の1000倍希釈のビオチン結合抗HisG抗体100μlでプレートを満たし、インキュベートした。室温で1時間インキュベートした。次にプレートを300μlの洗浄緩衝液で3回洗浄した。次に、それらをCan Get Signal Solution 2(TOYOBOカタログ番号:NKB-301)中の2000倍希釈したストレプトアビジン結合HRP(Invitrogen)100μlで満たし、室温で1時間インキュベートした。 300μlの洗浄緩衝液で5回洗浄した後、プレートに100μLのR&D TM B Substrate溶液(R&D Systems、カタログ番号:DY999)を充填し、室温で3分間インキュベートした。 50μlのH2SO4を添加することによって反応を停止させた。450nmでの吸光度をWallac ARVOTM X5(Perkin Elmer)によって測定した。
[ヒト試料の免疫組織化学的分析]
この研究は東京医科大学の倫理委員会によって承認された。各患者の家族からインフォームドコンセントを得た後、組織学的脳サンプルを確立された手順の下で群馬老人医学研究病院において得た。臨床基準により患者はADと診断され、診断は剖検での神経病理学的分析により確認された。剖検時に、脳をPBS中の4%パラホルムアルデヒド(pH7.4)で固定し、パラフィン中に包埋し、次いで神経病理学的検査に供した。この研究で使用された大脳皮質と海馬は6人の散発性AD患者と、代表的な運動ニューロン特異的な神経変性疾患である、散発性筋萎縮性側索硬化症(ALS)の5人の患者のサンプルから得られた。
この研究は東京医科大学の倫理委員会によって承認された。各患者の家族からインフォームドコンセントを得た後、組織学的脳サンプルを確立された手順の下で群馬老人医学研究病院において得た。臨床基準により患者はADと診断され、診断は剖検での神経病理学的分析により確認された。剖検時に、脳をPBS中の4%パラホルムアルデヒド(pH7.4)で固定し、パラフィン中に包埋し、次いで神経病理学的検査に供した。この研究で使用された大脳皮質と海馬は6人の散発性AD患者と、代表的な運動ニューロン特異的な神経変性疾患である、散発性筋萎縮性側索硬化症(ALS)の5人の患者のサンプルから得られた。
スライスした切片を脱パラフィン処理し、PBSに再水和し、そしてANTIGEN UNMASKING SOLUTION(カリフォルニア州バーリンゲームのVector Laboratories)中で15分間、マスクを外した。 続いて、切片をヤギ正常血清およびTBS中0.3%Triton X-100を含むブロッキング溶液中で室温で20分間インキュベートし、次いで、1%BSAを含有するPBS中、陰性対照として5μg/ mlのマウスIgG1(R&D Systemsカタログ番号MAB002、ミネソタ州ミネアポリス)またはSH3BP5(Sab)モノクローナル抗体クローンPL-A23(サンタクルーズバイオテクノロジー、カタログ番号sc-135617、サンタクルーズ、カリフォルニア)と共に、4℃で3晩インキュベートした。免疫反応性は、TSA(Tyramide Signal Amplification)-プラスフルオレセインシステム(Perkin-Elmer、Waltham、MA)(Tyramide―Red法)を用いて可視化した。蛍光標識試料を蛍光顕微鏡(Biozero、KEYENCE、大阪、日本)で観察した。 蛍光画像はNIH Image J1.37vにより分析した。
[ニューロンにおけるSH3BP5免疫蛍光強度の定量]
NIH Image 1.37vを使用して、SH3BP5免疫蛍光強度および選択されたニューロンの面積を定量した。ニューロンの1μm2(a)あたりの平均SH3BP5免疫蛍光強度を計算した。ニューロン周囲のニューロピル1μm2あたりの平均免疫蛍光強度も同時にバックグラウンド免疫蛍光として定量した(b)。 差し引かれた平均免疫蛍光強度(a-b)は、ニューロンの平均SH3BP5免疫蛍光強度として用いた。次いで、a-b値にニューロン面積を掛けて、ニューロンにおけるSH3BP5発現のレベルを推定した。無作為に10個のニューロンを選択し、試料あたり10個のニューロンにおける平均免疫蛍光強度を各試料について計算した。
NIH Image 1.37vを使用して、SH3BP5免疫蛍光強度および選択されたニューロンの面積を定量した。ニューロンの1μm2(a)あたりの平均SH3BP5免疫蛍光強度を計算した。ニューロン周囲のニューロピル1μm2あたりの平均免疫蛍光強度も同時にバックグラウンド免疫蛍光として定量した(b)。 差し引かれた平均免疫蛍光強度(a-b)は、ニューロンの平均SH3BP5免疫蛍光強度として用いた。次いで、a-b値にニューロン面積を掛けて、ニューロンにおけるSH3BP5発現のレベルを推定した。無作為に10個のニューロンを選択し、試料あたり10個のニューロンにおける平均免疫蛍光強度を各試料について計算した。
[統計分析]
すべてのデータは、Mac OSXソフトウェア用のPrism7(GraphPad、San Diego、USA)を用いて分析した。 細胞死実験におけるデータは平均値±標準偏差で示した。 他の全てのデータは平均値±SEMで示した。対応のないT検定(両側)を、組織学的実験およびELISA実験から得られたデータの分析に使用した。
すべてのデータは、Mac OSXソフトウェア用のPrism7(GraphPad、San Diego、USA)を用いて分析した。 細胞死実験におけるデータは平均値±標準偏差で示した。 他の全てのデータは平均値±SEMで示した。対応のないT検定(両側)を、組織学的実験およびELISA実験から得られたデータの分析に使用した。
PMD; 剖検されるまでの死後時間
*年齢の前の「より大きい(>)」を「等しい」と見做した場合、p<0.876。表S3の「年齢」を参照
p値が0.05より小さい(0.032)ため、年齢の分析の為に、ウェルチの修正を伴う対応のないT検定が採用された。
*年齢の前の「より大きい(>)」を「等しい」と見做した場合、p<0.876。表S3の「年齢」を参照
p値が0.05より小さい(0.032)ため、年齢の分析の為に、ウェルチの修正を伴う対応のないT検定が採用された。
ApoE:2つのアポリポタンパク質E対立遺伝子名が数字で示されている。
PMD: 剖検までの死後時間、B&Bステージ: Braak&Braakステージ。
2つのpossible AD症例はAD症例としてカウントされた。
全AD症例および非AD症例の平均±SEM年齢は、それぞれ78.5±0.9歳および86.3±1.4歳より大であった(対応のないT検定、年齢の前の「より大きい」を「等しい」と見做した場合はp<0.0001)。全AD症例および非AD症例の平均±SEM PMDは、それぞれ、11.7±1.8時間および11.5±2.1時間であった(対応のないT検定、p=0.96)。
PMD: 剖検までの死後時間、B&Bステージ: Braak&Braakステージ。
2つのpossible AD症例はAD症例としてカウントされた。
全AD症例および非AD症例の平均±SEM年齢は、それぞれ78.5±0.9歳および86.3±1.4歳より大であった(対応のないT検定、年齢の前の「より大きい」を「等しい」と見做した場合はp<0.0001)。全AD症例および非AD症例の平均±SEM PMDは、それぞれ、11.7±1.8時間および11.5±2.1時間であった(対応のないT検定、p=0.96)。
側頭葉または後頭葉の外側錐体層の切片は、剖検されたADおよびALS患者から得た。CDR:臨床的認知症評価、NE:検査されていない。
全ALS患者およびAD患者の平均±SEM年齢は、それぞれ66.7±2.8および75.9±5.1歳であった(対応のないT検定、p=0.158)。
全ALS患者およびAD患者の平均±SEM年齢は、それぞれ66.7±2.8および75.9±5.1歳であった(対応のないT検定、p=0.158)。
ApoE:2つのアポリポタンパク質E対立遺伝子名が数字で示されている。
PMD: 剖検されるまでの死後時間、B&Bステージ: Braak&Braakステージ。
全AD症例および非AD症例の平均±SEM年齢は、それぞれ79.9±2.9歳および79.4±1.3歳より大であった(対応のないT検定、年齢の前の「より大きい」を「等しい」と見做した場合はp<0.876)。全AD症例および非AD症例の平均±SEM PMDは、それぞれ12.7±3.0時間および16.7±3.1時間であった(対応のないT検定、p=0.368)。
PMD: 剖検されるまでの死後時間、B&Bステージ: Braak&Braakステージ。
全AD症例および非AD症例の平均±SEM年齢は、それぞれ79.9±2.9歳および79.4±1.3歳より大であった(対応のないT検定、年齢の前の「より大きい」を「等しい」と見做した場合はp<0.876)。全AD症例および非AD症例の平均±SEM PMDは、それぞれ12.7±3.0時間および16.7±3.1時間であった(対応のないT検定、p=0.368)。
段階的に増加する濃度の組換えタンパク質を測定(N=3)することによって標準的な用量反応線を作成した。ISF含有脳溶解液および血清中のCLSPCOLまたはwt-CLSPCOL濃度の測定には、10μLの間質液含有脳溶解液を含む90μLのPBS(x10 ISF溶解液)または2μLの血清を含む98μLのPBS(血清×50)をELISAにかけた(N=3)。段階的に増加する濃度の標準組換えタンパク質(GST-MycHisG、wt-CLSPCOL、およびCLSPCOL;濃度0.15~10nM)、×10 ISF溶解物、及び、×50血清についての実測の数値をAbs 450カラムに示した。次に、3つの数値の平均を計算し、平均Abs450列に示した。各平均数から生理食塩水の平均数を差し引くことによってDel平均数を得た。×10 ISF溶解物および×50血清のDel GST数は、CLSPCOLまたはwt-CLSPCOLのDel平均数からGST-MycHisG(陰性対照)のDel平均数を引くことによって得た。次に、ISF含有脳溶解物および血清中の組換えタンパク質の濃度を、標準的な用量反応線を用いて推定した(図6a)。
本発明に係る、CLSP誘導体、ポリペプチド、増強又は保護剤、及び、融合タンパク質は、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制するための医薬組成物、例えば、アルツハイマー病に関連する記憶傷害又は神経変性を伴う疾病の予防または治療に用いられる医薬組成物の有効成分として有用である。
本明細書中で引用された文献のリストを以下に示す。
[引用文献リスト]
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Claims (20)
- カルモジュリン様皮膚タンパク質(Calmodulin-like skin Protein:CLSP)の誘導体(変異体)であって、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性(CLSP活性)中心である内因性ヒューマニン相同領域(EHR)を含み、該CLSP活性の阻害剤が結合する領域を含まないことを特徴とする、前記誘導体。
- EHRがアミノ酸配列(I):
TGKNLSEAQLRKLISEVDS(あるいはG)DGD(アミノ酸一文字表記)(I)
から成る、請求項1記載の誘導体。 - 阻害剤が結合する領域がCLSP(配列番号1)のC末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸62~146)である、請求項1又は2に記載の誘導体。
- 以下のアミノ酸配列:
(1)CLSPのN末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸1~61);
(2)上記(1)のアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるEHR以外のアミノ酸配列中に一個又は数個(例えば、2~5個程度)のアミノ酸が、欠失、置換又は挿入されたアミノ酸配列; 又は
(3)上記(1)のアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるEHR以外のアミノ酸配列に対して90%以上、好ましくは95%以上、更に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列;
から成るポリペプチドである、態様1~3のいずれかに記載の誘導体。 - 阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用を受けない、請求項1~4のいずれか一項に記載の誘導体。
- 阻害剤が、アポリポタンパク質E、14‐3‐3タンパク質、およびカルレティキュリンから成る群から選択される、請求項1~5のいずれか一項に記載の誘導体。
- 以下のアミノ酸配列:
(1)配列番号2に示されるアミノ酸配列(ADNCol);
(2)上記(1)のアミノ酸配列(ADNCol)を含むアミノ酸配列;
(3)配列番号3に示されるアディポネクチンのアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるADNCol以外のアミノ酸配列中に一個又は数個のアミノ酸が、欠失、置換又は挿入されたアミノ酸配列; 又は
(4)配列番号3に示されるアディポネクチンのアミノ酸配列に於いて、該アミノ酸配列に含まれるADNCol以外のアミノ酸配列に対して90%以上の同一性を有するアミノ酸配列;
から成るポリペプチド。 - 請求項7に記載のポリペプチドから成る、CLSP又は請求項1に記載のCLSP誘導体の有するCLSP活性の増強又は保護剤。
- 阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用から該CLSPを保護し、又は、阻害剤の該作用を無効化することを特徴とする、請求項8に記載の増強又は保護剤。
- 前記ポリペプチドがアディポネクチンである、請求項8又は9記載の増強又は保護剤。
- 阻害剤が、アポリポタンパク質E、14‐3‐3タンパク質、およびカルレティキュリンから成る群から選択される、請求項8~10のいずれか一項に記載の増強又は保護剤。
- CLSP又は請求項1に記載のCLSP誘導体と、態様7に記載のポリペプチドを含む融合タンパク質。
- CLSPのN末端領域のアミノ酸配列(アミノ酸1~61)とADNColから成る、請求項12に記載の融合タンパク質。
- 阻害剤によるCLSP活性の阻害又は抑制作用を受けない、請求項12または13に記載の融合タンパク質。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載のCLSP誘導体、請求項7に記載のポリペプチド、請求項8~11のいずれか一項に記載の増強又は保護剤、又は、請求項12~14のいずれか一項に記載の融合タンパク質を有効成分として含む、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制するための医薬組成物。
- アルツハイマー病に関連する記憶傷害又は神経変性を伴う疾病の予防または治療に用いられる、請求項15記載の医薬組成物。
- 請求項15又は16に記載の医薬組成物を、神経細胞の細胞機能障害若しくは神経細胞死を伴う疾患、又は、記憶傷害若しくは神経変性を伴う疾病に罹患した又はその疑いのある個体に投与する段階を含む、該疾患又は疾病を治療する方法。
- 疾患又は疾病がアルツハイマー病である、請求項17記載の方法。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載のCLSP誘導体、請求項7に記載のポリペプチド、請求項8~11のいずれか一項に記載の増強又は保護剤、又は、請求項12~14のいずれか一項に記載の融合タンパク質(本発明ポリペプチド)による、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を検出する方法であって、(a)CLSPの阻害剤の存在/非存在下、及び、本発明ポリペプチドの存在/非存在下に於いて、神経細胞の機能障害又は神経細胞死を誘導する工程、(b)神経細胞の機能障害又は神経細胞死を検出する工程、及び(c)本発明ポリペプチドの存在/非存在下に於ける神経細胞の機能障害又は神経細胞死を比較する工程、を含む前記方法。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載のCLSP誘導体、請求項7に記載のポリペプチド、請求項8~11のいずれか一項に記載の増強又は保護剤、若しくは、請求項12~14のいずれか一項に記載の融合タンパク質(本発明ポリペプチド)又はCLSPによる、アルツハイマー病に関連する神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を調節する物質をスクリーニングする方法であって、
(a)本発明ポリペプチド又はCLSPの存在下、被検物質の有無で神経細胞の機能障害又は神経細胞死を誘導する工程、(b)神経細胞の機能障害又は神経細胞死を検出する工程、および(c)本発明ポリペプチド又はCLSPによる神経細胞の機能障害又は神経細胞死を抑制する活性を調節する物質を選択する工程、を含む前記方法。
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