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JP2004345990A - 組織特異的に細胞増殖を制御する遺伝子 - Google Patents

組織特異的に細胞増殖を制御する遺伝子 Download PDF

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JP2004345990A
JP2004345990A JP2003143311A JP2003143311A JP2004345990A JP 2004345990 A JP2004345990 A JP 2004345990A JP 2003143311 A JP2003143311 A JP 2003143311A JP 2003143311 A JP2003143311 A JP 2003143311A JP 2004345990 A JP2004345990 A JP 2004345990A
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Naoki Takahashi
直樹 高橋
Ryuichi Yamada
竜一 山田
Akihiko Koseki
明彦 古関
Yoko Koseki
庸子 古関
Takanori Hasegawa
孝徳 長谷川
Noriko Osumi
典子 大隅
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Nara Institute of Science and Technology NUC
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Nara Institute of Science and Technology NUC
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Abstract

【課題】作用機構および制御機構が今までの手段とは異なる、新規な細胞増殖の制御手段を提供すること、特に、新規な組織特異的な細胞増殖制御剤を提供することである。
【解決手段】Mab21L1タンパク質およびそのタンパク質をコードする遺伝子を提供する。当該タンパク質は、特定の器官または組織の形成過程において、細胞増殖に関連する役割を持つことが判明した。その為、Mab21L1タンパク質の発現または活性を制御することにより細胞増殖の制御が可能となる。
【選択図】なし

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組織特異的に細胞の増殖を制御するタンパク質およびその遺伝子に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、Mab−21ファミリーの脊椎動物の発生過程における重要性が、ゼブラフィッシュ、カエル、マウスを用いた解析から示唆された。ゼブラフィッシュのAcerebellar (ace)変異体と no isthmus (noi)変異体で、Mab21L2の発現が変化することから、Mab21L2が中脳後脳境界領域の形成に関連する可能性が示唆されている(Kudoh and Dawid, 2001)。また、RNA interference (RNAi)とantisense ologodeoxynucleotide (ODN)を用いた解析から、Mab21L2が脊椎動物の正常発生に不可欠であることが示唆された(Lau et al., 2001; Wong and Chow, 2002a)。カエルにおいて、Mab21L2の発現を阻害すると、脊索や眼の形態異常に加え、原腸陥入や神経発生に異常が生じることが示された(Lau et al., 2001)。マウスではMab21L1とMab21L2を単独、あるいは両方の発現阻害により、神経管の閉塞異常、脊索、眼、体節の形態異常が起こることが示された(Wong and Chow, 2002a)。これらの結果は、線虫のみならず脊椎動物においてもMab−21ファミリーが重要な役割を持つことを示唆している。
【0003】
Mab−21ファミリーは既知の遺伝子と全く相同性が無く、既存のモチーフやドメインも見出されない。したがって、アミノ酸配列一次構造からの機能予測は不可能である。生体内における役割は上記の方法により既に報告されているが、より正確にMab−21ファミリーの役割の全貌を明らかにするためには遺伝学的解析が必要であると考えられる。
【0004】
そこで、Mab21L1ノックアウトマウスを作出、解析することにより、Mab−21ファミリーの発生過程における役割を明らかにすることを目的として研究を行った。なお、Mab21L1のアミノ酸配列自体およびDNA配列自体は既知のものである(Mariani M. et al. (1999))。
【0005】
当該Mab21L1ノックアウトマウスでは、水晶体、包皮腺および肋骨などで器官の形態異常が生じていた。そして、当該各器官について詳細に調査したところ、水晶体および包皮腺の形態異常については細胞増殖の低下が起因していることが判った。これより、Mab21L1タンパク質は、細胞増殖を制御する手段となり得ることが判った。
【0006】
細胞増殖を制御する手段としては、ペプチド(特開平10−316581)、タンパク質(特開2003−093066)、および金属イオン(特表平09−508392)などがある。これらの手段は、創傷の治療、再生治療、および癌治療を目的としており、これらの治療の有用な手段といえる。
【0007】
しかし、細胞増殖の制御機構は、完全に解明されているとは言い難く、上記既知の手段で完全に細胞増殖を制御できるわけではない。従って、どの細胞に、どの手段を、どういった条件で用いるかというのは、経験的、試行錯誤的に決定するしかない。このような現状においては新規な細胞増殖の制御手段、すなわち、作用機構および制御機構が新規である細胞増殖の制御手段を提供することは創傷の治療、再生治療および癌治療の分野にとっては非常に有意義なこととなる。
【0008】
【特許文献1】
特開2003−093066
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
作用機構および制御機構が今までの手段とは異なる、新規な細胞増殖の制御手段を提供すること、特に、新規な組織特異的な細胞増殖制御剤を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するべく、発明者らは、Mab21L1タンパク質およびそのタンパク質をコードする遺伝子について鋭意研究を行った。
【0011】
Mab21L1遺伝子欠損マウスの作出
生体内でのMab21L1の役割を明らかにするために、Mab21L1遺伝子欠損マウスの作出を試みた。まず、129系統マウスゲノムライブラリーから、Mab21L1 cDNAをプローブとして、Mab21L1ゲノミッククローンを得た。このクローンを用いて、図1に示したMab21L1 ORFの上流約 5kbと下流 2kbを含む targeting vectorを作製した。定法にしたがって、キメラマウス、およびF1マウスを作出し、サザンブロットにより遺伝子型を確認した(図1B)。得られたヘテロ接合型マウスは正常であった。ヘテロマウスを交配し、得られたこの遺伝子型を生後3週間目で確認した(図1C)。野生型、ヘテロ接合型、ホモ接合型マウスの出現頻度はそれぞれ約25%、50%、25%であり、メンデル比に合致した。このことから、Mab21L1は生存には不要であることが判明した。ホモ接合型マウスにおいてMab21L1転写産物が検出されないことから、このマウスがnull mutantであることを確認した(図1D)。
【0012】
成体Mab21L1欠損マウスにおける眼形成異常
作出した全ての成体Mab21L1欠損マウスにおいて、眼形成異常が認められた(図2B)。MAB21L1−/−の眼は野生型にくらべ著しく小さかった。組織学的解析から、虹彩、毛様体の消失、および水晶体様組織の痕跡が認められた(図2b)。
また、前眼房は形成されず、予定前眼房領域には網膜色素細胞の浸潤が認められた。角膜において、上皮、間充織の明確な境界は認められなかった(図2b)。
一方、視神経束、および網膜色素細胞層は認められた(図2E)。また、形態的判断から、神経性網膜を構成する主な層構造である、光受容細胞層(杆状体視細胞と錐状体視細胞)、統合双極細胞層(水平細胞、双極細胞、アマクリン細胞)視神経細胞層等が認められた(図2d)。
【0013】
水晶体の発生におけるMab21L1の重要な役割
Mab21L1−/−はE12.5においては網膜色素上皮の形態異常から、眼形成異常が容易に識別できた。E10.5においては、その外観から眼形成異常は観られなかった(図3B)。E16において、水晶体は認められず、組織学的解析から、E17において水晶体の消失、および角膜と網膜の異常な膨殉が認められた(図3B, D)。E13において、すでに水晶体の消失が認められたが、予定角膜領域、および神経性網膜細胞の層構造に異常は観られなかった(図3F)。E10.5において、水晶体胞は形成されず、形態異常の水晶体プラコードが認められた(図3H)。E9.5において、予定水晶体プラコード領域の肥厚に、弱冠の異常が認められた(図3J)。E9.0以前の胎仔では、顕著な形態的異常は認識できなかった。以上の結果から、Mab21L1が水晶体形成において重要な役割を果たすことが明かとなった。
【0014】
Mab21L1−/− における水晶体形成異常を詳細に理解するために、遺伝子マーカーを用いて、in situ hybridizationを行った。αA−crystallinはマウス水晶体形成過程で最も初期に発現する水晶体特異的遺伝子であることが知られている(van Leen et al., 1987; Wistow and Piatigorsky, 1988)。E10.5において、αA−crystallinは野生型の水晶体胞で発現が観られたが、Mab21L1−/−では発現が認められなかった(data not shown)。E12.5において、αA−crystallinは野生型の水晶体繊維細胞で強く発現し、錐体上皮細胞でも弱い発現が認められた(図4A)。Mab21L1−/−では、その発現領域に著しい減少が観られたが、水晶体様痕跡組織に弱い発現が認められた(図4B)。αA−crystallinは野生型では水晶体繊維細胞に限局して発現が観られた(図4D)(Goring et al., 1992; van Leen et al., 1987)。Mab21L1−/−では水晶体痕跡組織に弱い発現が認められた。微量ながら、crystallinの発現が認められたことから、Mab21L1−/−において、水晶体繊維細胞の分化は起こっていると考えられた。この時期の水晶体において、野生型では水晶体上皮細胞と水晶体繊維細胞は容易に識別可能であった。しかしながら、Mab21L1−/−水晶体痕跡組織において、水晶体上皮細胞と水晶体繊維細胞は形態的に識別出来なかった。
【0015】
次に、Mab21L1−/−の網膜分化過程に対する影響を調べるために、神経性網膜形成関連遺伝子の発現をin situ hybridizationで調べた。Chx10とBrn3Bは共に、神経性網膜の発生に重要な役割を持つ遺伝子であることが知られている(Burmeister et al., 1996; Ferda Percin et al., 2000; Gan et al., 1996; Liu et al., 1994; Liu et al., 2000; Turner et al., 1994)。E12.5, E15いずれにおいても、野生型とMab21L1−/−でChx10, Brn3Bの発現に差は観られなかった(図4E−H)。さらに、網膜発生過程においてMab21L1と発現パターンが類似している遺伝子である、Rx, Sox2, Otx2, Six3, Hes1, Pax6, Lhx2(Furukawa et al., 1997; Kamachi et al., 1998; Matsuo et al., 1995; Oliver et al., 1995; Sasai et al., 1992; Walther and Gruss, 1991; Xu et al., 1993)に関してもin situ hybridizationを行ったところ、Mab21L1−/−で顕著な変化は認められなかった(data not shown)。
【0016】
水晶体プラコード形成における、Mab21L1の重要性
Mab21L1−/−マウスにおいて、crystallin陽性の水晶体様組織が認められた。このことから、Mab21L1−/−における水晶体形成異常は、水晶体源基の生長不全によるものと考えられた。そこで、Mab21L1+/−とMab21L1−/−の水晶体細胞の増殖をBrdUを用いて解析した。BrdUはDNA複製期(S期)の細胞に取り込まれるため、BrdUを検出することで、増殖中の細胞を識別できる。水晶体プラコード形成初期の27体節期(E9)において、Mab21L1+/− とMab21L1−/−のBrdU取り込み効率に顕著な差は観られなかった(図5A, B)。30体節期において、Mab21L1+/−とMab21L1−/−に形態的な差は観られなかったが、Mab21L1−/−の水晶体プラコードで、BrdU陽性細胞の減少が認められた(図5D)。32体節期において、Mab21L1−/−の水晶体プラコードは陥入が停止し、水晶体胞の形態異常が認められた。また、BrdUの取り込みは減少していた(図5F)。35体節期において、Mab21L1−/−の水晶体プラコードは依然として不完全な状態で陥入が停止しており、この領域で、BrdUの取り込みはほとんど観られなかった(図5H)。水晶体細胞におけるBrdU陽性細胞数を定量化した結果を図6に示した。t検定の結果、計測した全ての発生段階で、Mab21L1+/−とMab21L1−/−のBrdU 取り込み効率に有意差があることが判明した。水晶体の生長不全に対する、細胞死の関連を検討するために、TUNEL法(Gavrielli Y. et al. (1992))を用いて細胞死を検出した。その結果、35体節期において、Mab21L1−/−の形態異常を起こした水晶体プラコードで、TUNEL陽性細胞の増加が認められた(図5J)。27体節期から、40体節期にかけて、35体節期以外の発生段階ではTUNEL陽性細胞数にMab21L1+/−とMab21L1−/− に顕著な差は観られなかった(data not shwon)。
【0017】
以上の結果から、Mab21L1が水晶体プラコードの形成過程で、細胞増殖に関連する役割を持つことが判明した。すなわち、Mab21L1タンパク質は、水晶体プラコードの形成過程で、細胞増殖を制御するタンパク質となり得ることを意味する。そのため、本明細書では、水晶体プラコードの形成過程で、細胞増殖を制御するための細胞増殖制御剤を提供する。この場合、当該細胞増殖制御剤はMab21L1タンパク質を含むこととなる。
【0018】
Mab21L1欠損マウスの外生殖器形成異常と不妊症
Mab21L1欠損マウスは眼形成異常の他に、成体雄において外生殖器の一部である包皮腺に形成異常が認められた(図7)。組織学的解析から、Mab21L1−/−マウスの包皮腺において、内腔の萎縮が観察された(図7F)。しかしながら、器官内部を構成する上皮構造、間充識、漿液腺房に顕著な異常は認められなかった(図7H)。Mab21L1−/−マウスは雄、雌は共に野生型との自然交配で重度の不妊性を示した。雌の妊娠が認められたのは、(−/−♂ x +/+♀)の組み合わせで20組中1組、(+/+♂ x −/−♀)の組み合わせでは20組中2組であった。包皮腺以外の外生殖器、および内生殖器に異常は認められず、不妊症の原因は包皮腺形成異常により引き起こされると考えられた。
【0019】
包皮腺は生後2週間以降に急速に器官形成が発達する器官であることが知られている(Rudali et al., 1974)。そこで、発生過程の包皮腺におけるMab21L1の発現をin situ hybridizationにより検討した。その結果、マウス新生仔の包皮腺源基においてMab21L1の発現が認められた。その為、成体雄Mab21L1−/−マウスにおいて包皮腺の形成異常は、Mab21L1を欠損するさせることにより生じたものであるといえる。
【0020】
以上の結果から、Mab21L1タンパク質は、包皮腺の形成過程で、細胞増殖を制御するタンパク質となり得ることを意味する。そのため、本明細書では、包皮腺の形成過程で、細胞増殖を制御するための細胞増殖制御剤を提供する。この場合、当該細胞増殖制御剤はMab21L1タンパク質を含むこととなる。
【0021】
上記のように、Mab21L1タンパク質は、水晶体プラコードおよび包皮腺の形成過程で、細胞増殖を制御するタンパク質となることが判明した。しかし、Mab21L1タンパク質は、水晶体プラコードおよび包皮腺以外の組織および/または細胞においても細胞増殖を制御するタンパク質となるといえる。理由は以下の通りである。
【0022】
Mab−21ファミリーに属するタンパク質として、Mab21L1タンパク質の他にMab21L2タンパク質が発現することも知られている(Mariani M. et al. (1999), Wong and Chow, 1999)が、その両タンパク質が発現する組織および/または細胞(以下、この段落において「組織等」と称する)は一部重複している。そのため、Mab21L1タンパク質とMab21L2タンパク質の発現パターンとして、
(a)Mab21L1タンパク質は発現しているがMab21L2タンパク質は発現していない組織等
(b)Mab21L1タンパク質もMab21L2タンパク質も発現している組織等
(c)Mab21L1タンパク質は発現していないがMab21L2タンパク質は発現している組織等
(d)Mab21L1タンパク質もMab21L2タンパク質も発現していない組織等
の4パターンがある。この場合、Mab21L1遺伝子を欠損させると(a)の組織等(水晶体プラコードおよび包皮腺など)でのみ形成異常が生じ、Mab21L2遺伝子(Mariani M. et al. (1999))を欠損させると(c)の組織等でのみ形成異常が生じる。ここで、Mab21L2タンパク質とMab21L1タンパク質とは同じファミリーに属しアミノ酸配列において94%の相同性があることからその両タンパク質はお互いに同じ機能を有するといえ、この点を考慮するとMab21L1タンパク質は(c)の組織等においても細胞増殖を制御するタンパク質となるといえる。逆に、Mab21L2タンパク質は(a)の組織等においても細胞増殖を制御するタンパク質となるといえる。更には、その両タンパク質は(b)および(d)の組織等においても細胞増殖を制御するタンパク質となる可能性がある。
【0023】
そのため、本明細書では、Mab21L1タンパク質(本段落から以下の段落では、「Mab21L1タンパク質」なる用語には、Mab21L1タンパク質と同じファミリーに属するMab21L2タンパク質をも含めるものとする。また、「Mab21L1遺伝子」なる用語にはMab21L2遺伝子をも含めるものとする。)を有効成分とする細胞増殖制御剤であって、任意の組織および/または細胞で細胞増殖を制御するための当該細胞増殖制御剤を提供する。
【0024】
Mab21L1−/−水晶体プラコードにおいて、Foxe3の発現は減少する
Mab21L1−/−における水晶体形態異常を詳細に理解するために、水晶体形成関連遺伝子として知られる、c−maf, Foxe3, Sox2, Six3, およびPax6の発現を調べた。Foxe3はforkhead domainをコードする遺伝子であり、予定水晶体プラコードで発現が始まり、水晶体胞、および水晶体上皮で発現が維持されることが知られている(Blixt et al., 2000; Brownell et al., 2000)。また、Foxe3のforkhead domainに変異を持つdysgenetic lens (dyl)突然変異体マウスは水晶体胞と角膜の不完全分離、および水晶体上皮細胞の増殖異常を示すことが知られている(Blixt et al., 2000; Ormestad et al., 2002)。c−mafはロイシンジッパー型の転写調節因子をコードする遺伝子であり、陥入前の水晶体プラコードで発現が始まり、水晶体繊維細胞で発現が維持されることが知られている(Kawauchi et al., 1999)。ノックアウトマウスの解析から、c−mafは水晶体繊維細胞の分化に重要な役割を持つことが知られている(Kawauchi et al., 1999; Ring et al., 2000)。Sox2はHMGボックス型の転写調節因子をコードする遺伝子であり、その発現量の上昇と水晶体プラコードの誘導との関連が示唆されている(Furuta and Hogan, 1998; Kamachi et al., 1998)。Six3はsine ocullis に類似したホメオドメインをコードする遺伝子であり、頭部外胚葉での発現が、水晶体プラコード形成期に始まることが知られている(Lagutin et al., 2001)。Pax6はペアードタイプのホメオドメインをコードする遺伝子であり、水晶体誘導以前の頭部外胚葉と眼胞に発現しており、水晶体、および眼杯でも発現が維持されることが知られている(Walther and Gruss, 1991)。また、Pax6は正常な眼の発生に重要な役割を果たすことが知られている(Chow et al., 1999; Grindley et al., 1995; Hill et al., 1991)。
【0025】
これらの、水晶体形成関連遺伝子の発現をMab21L1+/−とMab21L1−/−で比較した。水晶体誘導以前である、22体節期の頭部外胚葉において、PAX6とSix3の発現に変化は観られなかった。24体節期において、Sox2の発現量上昇と、c−mafの発現開始がMab21L1−/−でもMab21L1+/−と同様に認められた。この時期にFoxe3の発現はMab21L1+/−, Mab21L1−/−共に認められなかった(data not shown)。28体節期における、Mab21L1+/−予定水晶体プラコードでは、Foxe3の顕著な発現が認められた(図8A)。一方、Mab21L1−/−ではFoxe3の発現は認められなかった(図8B)。これに対し、PAX6の発現はMab21L1+/−とMab21L1−/−で顕著な差が観られなかった(図8C, D)。同様にc−maf, Six3, Sox2の発現もMab21L1+/−とMab21L1−/−で差は観られなかった(data not shown)。35体節期において、Mab21L1−/− 水晶体プラコードは陥入が停止し、水晶体胞の形態異常が認められた。Mab21L1−/− 水晶体プラコードにおいて、Foxe3の発現は微量ながら検出された(図8F)。一方PAX6, c−maf, Sox2, Six3の発現量はMab21L1+/−とMab21L1−/−で同程度であった(図8G, H, data not shown)。40体節期のMab21L1−/−胚において、形態異常の水晶体プラコードは依然として認められたが、Foxe3の発現は検出されなかった(図8J)。この時期にPAX6, c−maf, Sox2, Six3の発現はMab21L1−/−水晶体プラコードで維持されていた(data not shown)。以上の結果から、Mab21L1はFoxe3の水晶体プラコードにおける発現の開始と、それに続く発現の維持に必要であることが判明した。
【0026】
Mab21L1−/−において、Foxe3の発現減少を確認した。Foxe3は水晶体プラコードの形成に同期して発現が開始するが、Mab21L1−/−ではその発現開始時期に遅れが観られた。このことは、水晶体プラコード形成の遅延を示唆する。発生段階が進み35体節期になると、Mab21L1−/−水晶体プラコードでFoxe3は微量ながら発現する。このことから、Mab21L1はFoxe3の発現を間接的、あるいは部分的に制御すると考えられる。40体節期では、Foxe3の発現は完全に消失する。このことはMab21L1がFoxe3 の発現の維持に必要であることを示唆する。35体節期Mab21L1−/−水晶体プラコードで観られるFoxe3陽性細胞のその後の運命は不明であるが、この時期にTUNEL陽性細胞が増加するため、細胞死により排除されると推察される。この推察は、Foxe3の突然変異体(dyl)で細胞増殖率の低下と、アポトーシスの増加が起こることからも支持される(Blixt et al., 2000)。Mab21L1−/−において、BrdUの取り込み減少と、Foxe3の発現減少は同時期に観察される。また、dylと同様に、Mab21L1−/−でもPDGFReの発現が減少する(Blixt et al., 2000)。PDGFシグナルは細胞増殖を亢進する働きが知られている(Heldin et al., 1998)。よって、Foxe3の発現減少がMab21L1−/−の水晶体プラコード形成不全を引き起こすと考えられる。
【0027】
頭部外胚葉と眼胞におけるMab21L1の発現はPAX6に依存する
Pax6はSeyを含む種々の突然変異体の解析から、眼の発生過程で中心的な役割を担うと認識されている(Ashery−Padan and Gruss, 2001; Grindley et al., 1995; Hill et al., 1991)。最近、Le−mutant (Le)の解析から、Pax6の水晶体形成における重要性が再認識された。LeはPax6の活性を予定水晶体領域で特異的に欠損させたコンディショナルノックアウトマウスであり、水晶体の欠損を伴う眼形成異常を示す(Ashery−Padan et al., 2000)。
【0028】
LeとMab21L1−/−の表現型の類似性は、Pax6とMab21L1が同一の遺伝学的経路で働く可能性を示唆する。そこで、Pax6 突然変異体であるSeyにおけるMab21L1の発現を調べた。22体節期のSeyホモ接合体(Sey/Sey)において、Mab21L1の発現は頭部外胚葉と眼胞両方で発現が顕著に減少していた(図9B)。32体節期では、Sey/Seyにおいて、弱いながらも頭部外胚葉でMab21L1の発現が認められた(data not shown)。35体節期では、Sey/Seyの形態異常を起こした眼胞において、Mab21L1の発現は野生型にくらべ顕著な減少が認められた。この時期Sey/Seyでは水晶体胞は全く形成されないが、予定水晶体領域でMab21L1の弱い発現が認められた(図9D)。
【0029】
Mab21L1−/−マウスで観られる水晶体形成不全と網膜の異常形態はLe−mutant(Le)に観られる眼形成異常と類似する。Mab21L1−/−とLeの表現型の類似性からMab21L1とPax6が水晶体形成過程で同一の遺伝学的経路で働く可能性が示唆される。キメラマウスの解析で明らかにされたMab21L1の細胞自立的な役割は、Pax6でも同様に見出されている(Collinson et al., 2000; Fujiwara et al., 1994; Quinn et al., 1996)。さらに、Pax6とMab21L1は眼胞と頭部外胚葉で重複して発現する。以上の知見から、本研究ではPax6突然変異ホモ接合体(Sey/Sey)におけるMab21L1の発現を検討した。予想通り、Sey/Seyにおいて、Mab21L1の発現減少が確認された。このことは、Mab21L1の発現がPAX6依存的であることを示唆する。一方、Mab21L1−/−ではPAX6の発現は変化しない。したがって、Mab21L1は眼胞と頭部外胚葉において、Pax6の遺伝学的下流に位置すると結論する。
【0030】
上記の結論から、いわゆる当業者に既知の手法(Sambrook et al., 1989)を用いれば、Mab21L1遺伝子、Pax6遺伝子およびFoxe3遺伝子を導入した任意の特定の細胞中で、
▲1▼Mab21L1タンパク質自体を活性・発現量を上げるかまたは下げることにより細胞増殖を制御すること(この場合、Pax6タンパク質および/またはFoxe3タンパク質は発現していてもよいし、発現していなくてもよい)、または
▲2▼Pax6およびFoxe3を活性・発現量を上げるかまたは下げることによりMab21L1タンパク質の作用を制御すること(この場合、Mab21L1タンパク質は発現していなければならない)、
が可能である。これらの制御により、ターゲットとなる器官・組織中の細胞のみの増殖(組織特異的な細胞増殖)を制御することが可能となる。
【0031】
すなわち、任意の特定の細胞においてのみ(組織特異的)、Mab21L1タンパク質自体の活性・発現を亢進することにより細胞増殖は亢進され、逆に、Mab21L1タンパク質自体の活性・発現を抑制することにより細胞増殖は抑制されることとなる。
【0032】
また、Mab21L1タンパク質を発現する(または発現している)任意の特定の細胞においてのみ(組織特異的)、Pax6タンパク質およびFoxe3タンパク質の両タンパク質または何れか一方のタンパク質の活性・発現を亢進することにより細胞増殖は亢進され、逆に、Pax6タンパク質およびFoxe3タンパク質の両タンパク質または何れか一方のタンパク質の活性・発現を抑制することにより細胞増殖は抑制されることとなる。
【0033】
このことから、本明細書では、Mab21L1タンパク質を有効成分とする、組織特異的な細胞増殖制御剤を提供し、更にPax6タンパク質およびFoxe3タンパク質のうちの少なくとも1つのタンパク質を有効成分とし、Mab21L1タンパク質の作用を制御することを特徴とする、組織特異的な細胞増殖制御剤を提供する。また、更には、Pax6タンパク質およびFoxe3タンパク質のうちの少なくとも1つのタンパク質を、Mab21L1タンパク質と共に使用することを特徴とする、組織特異的に細胞増殖を制御する方法、ならびにPax6遺伝子およびFoxe3遺伝子のうちの少なくとも1つの遺伝子を、Mab21L1遺伝子と共に使用することを特徴とする、組織特異的に細胞増殖を制御する方法を提供する。
【0034】
定義
本明細書中、「タンパク質」なる用語は、天然に存在するタンパク質、またはその一部、さらに人工的に産生されたポリペプチド、天然に存在するタンパク質のアミノ酸配列中の任意の1以上の位置で1以上のアミノ酸が独立して挿入されているタンパク質、および天然に存在するタンパク質のアミノ酸配列中の任意の位置の1以上のアミノ酸残基が独立して欠失または置換されているタンパク質などを意味するが、この場合、当該タンパク質の機能を維持しているものであればいずれのものでもよい。ここで、「Mab21L1タンパク質」なる用語には、Mab21L1タンパク質のアミノ酸配列との相同性が90%以上、特に好ましくは94%以上のアミノ酸配列を有するタンパク質をも含まれる。
【0035】
本明細書中、「制御」なる用語は、亢進または抑制の何れか一方または両方を意味する。
【0036】
本明細書中、「剤」というときは、任意の特定細胞中に導入した遺伝子を用い当該特定細胞中で発現・産生させる(または発現・産生させた)タンパク質を含有する「剤」であって当該特定細胞中で形成されるものを意味するが、当該特定細胞中で発現・産生させる(または発現・産生させた)タンパク質を当該特定細胞の外へ抽出したタンパク質を含有する「剤」をも意味する。
【0037】
本明細書中、「タンパク質を使用する」または「遺伝子を使用する」とは、任意の特定細胞中における使用および当該特定細胞外における使用の何れをも意味する。特に、「タンパク質を使用する」という場合には、当該タンパク質を細胞増殖の制御に用いることをいい、「遺伝子を使用する」という場合には、当該遺伝子がコードするタンパク質を発現させるために当該遺伝子を用いることをいう。更には「…タンパク質を、…タンパク質と共に使用する」といった場合には、2以上の当該タンパク質を同時に使用する場合のほかに2以上の当該タンパク質を任意の順番に使用する場合も含まれ、このとき、その2以上のタンパク質は物理的に互いに接触する場合もあれば、接触しない場合もある。また、「…遺伝子を、…遺伝子と共に使用する」といった場合にも、2以上の当該遺伝子を同時に使用する場合のほかに2以上の当該遺伝子を任意の順番に使用する場合も含まれ、その2以上の遺伝子は同一鎖上にコードされている場合もあれば、別々の鎖上にコードされている場合もある。
【0038】
本明細書中、「Mab21L1+/−」および「Mab21L1−/−」なる用語は、Mab21L1が欠損した生体(例えば、マウス)を意味し、ここで「Mab21L1+/−」はへテロ接合体を意味し、「Mab21L1−/−」はホモ接合体を意味する。
【0039】
本明細書中、E12.5およびE15のような「E」(embryo)なる用語は、胎児の日令を意味し、自然交配により膣栓(交尾後形成される)が確認された日をE0.5と表記する。
【0040】
本明細書中、「タンパク質の作用を制御する」なる用語は、同一の遺伝学的経路において、ある特定タンパク質の上流または下流に位置するタンパク質であって、その上流または下流に位置するタンパク質の発現または活性を制御することにより、当該特定タンパク質の働きを制御することを意味する。
【0041】
【発明の実施の形態】
Mab21L1タンパク質を有効成分とする組織特異的な細胞増殖制御剤、ならびにPax6タンパク質およびFoxe3タンパク質のうちの少なくとも1つのタンパク質を有効成分としMab21L1タンパク質の作用を制御することを特徴とする組織特異的な細胞増殖制御剤は、当業者に既知の手法(Sambrook et al., 1989)によって、任意の特定細胞(例えば、ES細胞)中において容易に作成することができる。すなわち、当業者に既知の手法を用い、適当なベクター(例えば、ウイルスプロモーターを用いた細胞発現ベクター、特にMMTVベクター、またはヒートショックプロモーターを用いた発現ベクター、特にHSPベクター)中に組み込んだMab21L1遺伝子を宿主細胞(例えば、ES細胞)中に導入(例えば、エレクトロポレーション法)し、Mab21L1タンパク質を産生させることにより、Mab21L1タンパク質を有効成分とする組織特異的な細胞増殖制御剤が当該宿主細胞中で作成されることとなる。必要に応じ、細胞中で発現したMab21L1タンパク質を当該細胞から抽出すれば、細胞外で使用することも可能となる。更に、必要に応じ、適当なベクター(例えば、ウイルスプロモーターを用いた細胞発現ベクター、特にMMTVベクター、またはヒートショックプロモーターを用いた発現ベクター、特にHSPベクター)中に組み込んだPax6遺伝子およびFoxe3遺伝子のうちの少なくとも1つを宿主細胞(例えば、ES細胞)中に導入(例えば、エレクトロポレーション法)し、Pax6タンパク質およびFoxe3タンパク質のうちの少なくとも1つを産生させることにより、Pax6タンパク質およびFoxe3タンパク質のうちの少なくとも1つのタンパク質を有効成分としMab21L1タンパク質の作用を制御することを特徴とする組織特異的な細胞増殖制御剤が作成されることとなる。この場合、当該細胞増殖制御剤は、Mab21L1タンパク質を有効成分とする組織特異的な細胞増殖制御剤と、同一の宿主細胞中に同時に存在する場合もあれば、同時に存在しない場合もある。すなわち、Pax6遺伝子およびFoxe3遺伝子のうちの少なくとも1つは、Mab21L1遺伝子と同時にまたは別々に宿主細胞中に導入され、それらの遺伝子がコードするタンパク質は同時にまたは任意の順序で宿主細胞中で産生される。また、これらのタンパク質を当該宿主細胞から抽出すれば、細胞外で使用することも可能となる。
【0042】
Pax6タンパク質およびFoxe3タンパク質のうちの少なくとも1つのタンパク質を、Mab21L1タンパク質と共に使用することを特徴とする組織特異的な細胞増殖の制御方法、ならびにPax6遺伝子およびFoxe3遺伝子のうちの少なくとも1つの遺伝子を、Mab21L1遺伝子と共に使用することを特徴とする、組織特異的に細胞増殖を制御する方法もまた、当業者に既知の手法により行う。例えば、それらの遺伝子の導入および発現、それらのタンパク質の活性化などにより組織特異的に細胞増殖が亢進できる(Sambrook et al., 1989)。また、例えば、アンチセンス法(新生化学実験講座2 核酸IV,1993)、RNAi法(S. M. Elbashin et al (2001))などを用いれば、組織特異的に細胞増殖が抑制できる。
【0043】
【実施例】
【0044】
基本的な実験手法はSambrook (Sambrook et al., 1989) らの方法に従って行った。
【0045】
Targeting vectorの作製
129系統マウスゲノムライブラリーから、Mab21L1 cDNAをプローブとしてMab21L1ゲノミッククローンを単離した。Targeting vectorは、図1に示すように、4.9kb 5’相同領域(EcoRI−EcoRIフラグメント)および2.3kb 3’相同領域(EcoRI−BamHIフラグメント)からなる。当該コーディング領域を、pMC1neo poly(A)ベクター(Stratagene)由来のNeo遺伝子カセットで置換した。陰性選択用に、MC1−DTA(ジフテリア毒素A)カセットを3’相同領域の末端に位置させた。
【0046】
ES細胞のターゲッティングおよびMab21L1−/−変異体の作出
直線化ターゲッティングベクター(30μg)をES細胞中にエレクトロポレーションした。400 G418−耐性クローン由来のゲノムDNAをKpnIおよびSalIで消化し、5’および3’プローブを用いサザンブロットした。8つの相同組換え体が得られ、これらのうち、2クローンから8細胞期集合胚法(Wood S. A. et al. (1993))によりキメラマウスを作出した。キメラの雄をC57BL/6の雌と交配させ、そして標的対立遺伝子の送達は、妊娠したマウスのテールチップDNAをサザンブロッティングすることにより確認した。ヘテロ接合型マウスを交配させ、ホモ接合型マウスを作出した。2つの系統が同じ表現型を示した。子および胎仔の遺伝子型を、5’プローブを用いるサザンブロッティングによるか、または特定のプライマー
m1F、5’−CAGTGCCAAGCAAGCTCATC−3’
m1R、5’−GCAGATAGGGCTGTATGCTG−3’、および
neoR、5’−GCATCTGCGTGTTCGAATTC−3’
を用いるPCRによるか、何れかにより決定した。
【0047】
PCR条件は、94℃1分間、55℃1分間、そして72℃1分間を35サイクルである。予想されるPCR産物の大きさは、野生型および標的対立遺伝子、それぞれ、145および255bpである。Mab21L1−/−の表現型は、129とB6x129のハイブリッドのバックグラウンドを有するものと同じであった。ここで記載した結果は、B6x129ハイブリッドの遺伝学的バックグラウンドを有する突然変異体マウスを分析することにより得られた。
【0048】
組織切片の作製
摘出したマウス胎仔を4%パラホルムアルデヒド[ 4% Paraformaldehyde (Chyoda Junyaku Inc.), 0.1M phosphate buffer pH7.4]中に4度で一晩静置し、固定した。50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 100% エタノールに各30分ずつ浸して脱水した。さらにMethyl Benzoate に組織片が沈むまで浸し、キシレンに1時間ずつ3回、キシレン:パラフィン=1:1に37℃で1時間、パラフィン (Wako mp50−52℃)に54℃で30分ずつ2回浸した後、包埋した。ミクロトームで8μmに薄切し、MAS コートしたスライドグラス(MATSUNAMI)に伸展した。40℃で一晩乾燥した後室温で保存した。
【0049】
in situ hybridization
操作手順は基本的にNiet らの方法にしたがった(Nieto et al., 1996))。特筆すべき事項を以下に示す。
<Whole mount ISH>
Proteinase K処理: E8〜E9, 5min, E10〜E11, 15min, E12〜E13, 30min, 37℃hybridization: 73.5℃, Wash, 73.5℃
<Section, ISH>
Proteinase K処理: 5min 室温
hybridization: 65℃, 5xSSC
Wash, 65℃, 2xSSCまたは0.2xSSC
プローブの鋳型は基本的に、PCRで増幅した断片をpBSKに挿入して作製した。
プローブはDIG RNA lebeling Mix(Roche)を用いてラベルした。
Foxe3, Rx, Bmp4, Bmp7, Sox2, c−maf, Chx10, Otx2, Six3, Hes1, Brn3b, αA−crystallin, αA−crystallin, Pax6 (Blixt et al., 2000; Furukawa et al., 1997; Furuta et al., 1997; Kamachi et al., 1998; Kawauchi et al., 1999; Liu et al., 1994; Matsuo et al., 1995; Oliver et al., 1995; Sasai et al., 1992; Turner et al., 1994; van Leen et al., 1987; Walther and Gruss, 1991; Wistow and Piatigorsky, 1988; Xu et al., 1993).
【0050】
免疫組織化学染色
組織切片をキシレンに10分間、3回、100%、90%、70%エタノールに各5分間浸し、脱パラフィンした。10 mM クエン酸緩衝液(pH 6.0)中で5分間、microwave処理した後、0.02M PBS で洗い、3%過酸化水素に10分間浸し脱色した。0.02M PBS で3分間2回洗った後、0.5% スキムミルク(Difco) 0.02M PBSで希釈した1次抗体をのせ、4℃で一晩静置した。 0.02M PBS で3分間、3回洗い、100倍希釈した2次抗体(HRP 標識ー抗ウサギIgG, MBL, 458 ) をのせ、37℃で1時間静置した。 0.02M PBSで3分間3回洗った後、発色溶液[0.01% 過酸化水素、0.01% diaminobenzidine tetrahydrochloride (DAB) (Wako), 0.05M Tris−Cl, pH7.5] 中、37℃で5−15分間発色した。 0.02M PBSで反応を停止した後、キシレンに透徹しENTELLAN (MERK)で封入した。1次抗体の希釈倍率を以下に示す:抗PAX6抗体(1:1000)(Inoue et al., 2000)。
【0051】
細胞増殖、細胞死の検出
妊娠雌マウスに3mgの Bromo−deoxy−uridine (BrdU)を腹腔注射し、1時間後に胎仔を摘出し、4%PFAで固定した。パラフィン切片を作製し、免疫組織染色と同様に切片の前処理をし、BrdU Labeling and Detection Kit II (Alkaline phosphatase, Roche)を用い、抗BrdU抗体により染色した。細胞死の検出はIn Situ Cell Death Detection Kit (HRP, Roche)に従って、TdT−mediated dUTP nick end labeling (TUNEL)法により検出した。
【0052】
Genotyping
成体の尻尾、または胎仔のYork Sac を Lysis buffer [50mM Tris−Cl pH8.0, 100mM NaCl, 20mM EDTA, 1% SDS, 150μg/mL Proteinase K (SIGMA)] 中で溶解し、フェノールクロロホルム処理、エタノール沈殿により、ゲノム DNA を回収した。Mab21L1, Mab21L2ノックアウトマウスはES細胞の選別、F1はsouthern blotにより遺伝子型を確認し、系統の維持、その後の解析はPCRにより遺伝子型を確認した。以下にPCRに用いたprimerを示す。
m1F:5’−CAGTGCCAAGCAAGCTCATC−3’,
m1R:5’−GCAGATAGGGCTGTATGCTG−3’
neoR:5’−GCATCTGCGTGTTCGAATTC−3’.
m2F:5’−GACCACCAAAGACTAAGAAC−3’,
m2R:5’−CGTAGGAGAGCTTGACTTGC−3’
PCR の条件は: 35 cycles at 94℃ for 1 minute, 55℃ for 1 minute, and 72℃ for 1 minute.
Sey変異体の遺伝子型はGrindleyらの方法に従った(Grindley et al., 1995)。
【0053】
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「新生化学実験講座2 核酸IV」,東京化学同人,日本生化学会,1993年4月15日,p319−347
【0054】
【発明の効果】
本発明により、創傷の治療、再生治療、および癌治療の分野において、作用機構および制御機構が新規である細胞増殖の制御手段、特に組織特異的に細胞増殖を制御する手段が提供されることになる。これにより、様々な細胞、例えば、幹細胞、神経幹細胞、ドーパミン陽性細胞などを試験管内で調整することが可能となり、そのような様々な細胞の増殖を制御するためのキットを製造することも可能となる。
現在までに、多くの細胞増殖を制御する手段(遺伝子およびタンパク質など)が開示されているが、本発明において使用するタンパク質およびその遺伝子は、従来のものとはアミノ酸配列およびDNA配列が全く異なっている。そのため、本明細書に開示のタンパク質は、従来のものとは全く異なった作用機構および制御機構により、細胞増殖を制御するといえる。
【0055】
Figure 2004345990
Figure 2004345990

【図面の簡単な説明】
【図1】Mab21L1欠損マウスの作製を示したものである。(A)野生型Mab21L1ゲノム(上)とターゲッティングベクター(中)、遺伝子欠損型ゲノム(下)の制限酵素地図。(B)サザンブロットによるGenotyping。(左)KpnI、SalI処理後のサンプルを5’側プローブで検出したもの。野生型は8kb、欠損型は19kbのバンドとして検出された。(右)KpnI、SalI処理後のサンプルを3’側プローブで検出したもの。野生型は7.5kb、欠損型は19kbのバンドとして検出された。(C)PCRによるGenotyping。野生型は145bp、欠損型は225bpのバンドとして検出された。(D)Mab21L1のwhole mount in stiu hybridization。E10.5 Mab21L1−/−胚ではシグナルが検出されなかった。
【図2】成体Mab21L1欠損マウスの眼形成異常を示したものである。(A)成体Mab21L1+/−マウスと(B)Mab21L1−/−マウス。(C)摘出した眼。(左)Mab21L1+/−、(右)Mab21L1−/−。(D、E)眼の組織切片のHE染色像。(D)Mab21L1+/− (E) Mab21L1−/−。(a−d)DおよびEの枠の拡大図。co:角膜、inl:内顆粒層、ir:虹彩、lru:水晶体様痕跡組織、on:眼柄、onl:外顆粒層、pe:網膜色素上皮。スケールバー:1mm(D、E)、200μm(a、b)、100μm(c、d)。
【図3】発生過程におけるMab21L1欠損マウスの眼形成異常を示したものである。(A)Mab21L1+/−マウスおよび(B)Mab21L1−/−マウスの外観、(C、E、G、I)Mab21L1+/−と(D,F、H、J)Mab21L1−/−のHE染色像。E17 Mab21L1−/−は角膜の膨殉(矢尻)と網膜の厚化(カギカッコ)が観られたが、視神経束(矢印)が認められた。E10.5は形成不全を起した水晶体プラコードが認められた(矢尻)。E9.5は頭部外胚葉の肥厚が少なく、且つ狭い領域で認められた(カギカッコ)。スケールバー:200μm(C、D)、100μm(E、F)、50μm(G−J)。
【図4】Mab21L1欠損マウスにおけるcrystallinと網膜形成関連遺伝子の発現を示したものである。(A−D)E12.5のin stiu hybridization。(E−F)E15のin situ hybridization。(A、B)αA−crystallin、(C、D)γA−crystallin、(E、F)Chx10、(G、H)Brn3b。水晶体様痕跡組織にcrystallinの発現が認められた。スケールバー:100μm(A−D)、200μm(E−F)。
【図5】Mab21L1欠損マウスにおける細胞増殖と細胞死を示したものである。(A−H)BrdUの免疫組織染色像。Mab21L1−/−ではBrdUの取り込み減少が認められた(カギカッコ)。(I、J)TUNEL法による細胞死の検出。Mab21L1−/−でTUNEL陽性細胞が若干増加した(矢尻)。lp:水晶体プラコード、nr:神経性網膜、on:視神経束、ov:眼胞、pe:網膜色素上皮、pl:水晶体孔、lv:水晶体胞、se:頭部外胚葉、so:体節期。スケールバー:50μm。
【図6】Mab21L1+/−およびMab21L1−/−水晶体源基におけるBrdU取り込み効率を示したものである。Mab21L1−/−において、BrdU陽性細胞の割合(%BrdU Positive Cells)は減少した。有意水準はstudentのt検定により算出した。**P<0.004、P<0.0001。
【図7】Mab21L1欠損マウスにおける包皮腺形成の異常を示したものである。(A)Mab21L1+/−成体雄マウスの外生殖器。(B)Mab21L1−/−成体雄マウスの外生殖器。Mab21L1−/−では包皮腺形成異常が認められた(矢印)。Pu:包皮腺、P:ペニス、T:精巣。(C)摘出された包皮腺 (左)Mab21L1+/− (右)Mab21L1−/−。(D)摘出されたペニス (右)Mab21L1+/− (左)Mab21L1−/−。(E−H)包皮腺の組織切片のHE染色像。(E)Mab21L1+/− (F)Mab21L1−/− (G)Eの拡大図 (H)Fの拡大図。
【図8】Mab21L1+/−およびMab21L1−/−水晶体源基におけるPAX6とFoxe3の発現を示したものである(28体節期、35体節期および40体節期)。(A、B、E、F、I、J)Foxe3のin situ hybridization。(C、D、G、H)PAX6の免疫組織染色像。Mab21L1−/−においてFoxe3の発現減少が観られた(矢尻)。スケールバー:50μm。
【図9】Sey/SeyにおけるMab21L1の発現を示したものである(22体節期および35体節期)。(A、C、E)野生型。(B、D、F)Sey/Sey。Sey/Seyにおいて、Mab21L1の発現は頭部外胚葉と眼胞で減少した。Mab21L2の発現に変化は観られなかった。スケールバー:100μm。

Claims (4)

  1. Mab21L1タンパク質を有効成分とする、組織特異的な細胞増殖制御剤。
  2. Pax6タンパク質およびFoxe3タンパク質のうちの少なくとも1つのタンパク質を有効成分とし、Mab21L1タンパク質の作用を制御することを特徴とする、組織特異的な細胞増殖制御剤。
  3. Pax6タンパク質およびFoxe3タンパク質のうちの少なくとも1つのタンパク質を、Mab21L1タンパク質と共に使用することを特徴とする、組織特異的に細胞増殖を制御する方法。
  4. Pax6遺伝子およびFoxe3遺伝子のうちの少なくとも1つの遺伝子を、Mab21L1遺伝子と共に使用することを特徴とする、組織特異的に細胞増殖を制御する方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016042847A (ja) * 2014-08-25 2016-04-04 国立大学法人 東京大学 モデル動物、生活習慣病の予防、改善又は治療剤、摂食抑制剤、スクリーニング方法、生活習慣病の検出薬、及び生活習慣病の検出方法

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