JP2006506985A - コンパニオンアニマルのガンを診断および治療するための方法および組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、アポトーシス関連疾患に関連するポリヌクレオチドに関する。本発明はまた、イヌおよびネコのTRAIL遺伝子、アポトーシス関連疾患(例えばガン)に関連する新規の遺伝子に関する。本発明は、TRAIL核酸、それらの組換えDNA分子、クローニングされた遺伝子またはディジェネレート変異体、TRAIL遺伝子産物、および、このような遺伝子産物に対して向けられた抗体、哺乳動物TRAIL遺伝子分子を含むクローニングベクター、および、このような分子を発現するように遺伝操作された宿主を包含する。本発明はさらに、TRAIL遺伝子の発現および遺伝子産物を調節する化合物の同定方法、ならびに、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の治療におけるこのような化合物の治療剤としての使用に関する。本発明はまた、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の診断の評価、遺伝学的試験および予後のための方法、ならびに、これらの疾患を治療するための方法および組成物に関する。

Description

本発明は、今回ガン細胞のアポトーシスの誘導に関連することが示されたポリヌクレオチド配列に関する。より特定には、本発明は、ガン細胞アポトーシス誘導物質のTRAIL(TNF関連アポトーシス誘導リガンド)をコードする新規のポリヌクレオチド配列に関する。本発明は、TRAILタンパク質をコードする核酸、組換えDNA分子、クローニングされた遺伝子、および、それらのディジェネレート変異体、このようなTRAILをコードする核酸を含むベクター、および、このような分子を発現するように遺伝子操作されている、および/または、このような分子を含む宿主を包含する。本発明はさらに、TRAIL遺伝子産物、および、このような遺伝子産物に対して向けられた抗体に関する。本発明はさらに、このようなTRAILをコードする核酸の発現、合成および活性を調節する化合物を同定する方法、および、本発明においてアポトーシス関連疾患の治療における治療剤と同定された化合物のような化合物を用いる方法に関し、このような疾患としては、これらに限定されないが、例えば、ガン、同様に、神経変性病、紅斑性狼瘡、リウマチ様関節炎、多発性硬化症が挙げられる。本発明はまた、アポトーシス関連疾患の診断の評価、遺伝学的試験および予後の方法に関し、このような疾患としては、これらに限定されないが、例えば、ガン、同様に、神経変性病、紅斑性狼瘡、リウマチ様関節炎、多発性硬化症が挙げられる。
アポトーシスプロセスは、胚の発達、および、生物のホメオスタシスなどの様々な生物学的プロセスに重要である。アポトーシスは、ウイルス感染細胞の除去、免疫反応が終わる際の活性化リンパ球の削除、および、体内の異常な細胞の除去のような極めて重要な生理学的な役割を有する(Jacobson等,1997年,Cell 88:347〜354)。進化の間、生物学的な系、特に哺乳動物は、特定の細胞に活発に死を指示するアポトーシスシグナル伝達メカニズムを発達させてきた。アポトーシスは、抗ガン剤、成長因子の喪失、同様に、デス因子(death factor)などの様々な刺激によって誘導することができる(Nagata,1997年,Cell 88:355〜365)。デス因子に関するメカニズムは、細胞表面のデス受容体とデスリガンドとの相互作用を含む。これらのリガンドのうち3種、すなわちTNF(腫瘍壊死因子)、Fas/CD95L、およびLT−αは、腫瘍細胞のアポトーシスを誘導することが可能であることから、特に注目されてきた。しかしながら、これら3種のタンパク質はインビボで正常な組織に対して急性毒性作用を有することから、その使用可能性は限定されている。
TRAILは、II型膜貫通タンパク質であり、まず、TNF、CD95LおよびLT−αを含むその細胞外ドメインの相同体と同定された(Wiley等,1995年,Immunity 3:673〜682)。TRAILのC末端細胞外領域は、ファミリーメンバー間で保存されており、「ジェリーロール」構造を有し、三量体を形成する(AshkenaziおよびDixit,1998年,Science 281:1305〜1308)。TRAILタンパク質は、様々な腫瘍細胞系でアポトーシスを誘導するが、形質転換されていない正常な細胞では誘導しないことが報告されている(Walczak等,1999年,Nature Med.5:157〜163;Wiley等,1995年,Immunity 3:673〜682:Pitti等,1996年,J.Biol.Chem.271:12687〜12690)。加えて、マウスとヒト以外の霊長類における前臨床の研究によれば、TRAIL投与は、ヒトの腫瘍でアポトーシスを誘導することが可能であるが、正常な臓器または組織では細胞毒性は観察されないことが示されている(Walczak等,1999年,Nature Med.5:157〜163;Ashkenzi等,1999年,J.Clin.Invest.104:155〜162)。
2000年には、ポリヒスチジンタグが付された組換えヒトTRAIL(残基114〜281)は、インビトロで、単離されたヒト肝細胞でアポトーシスを誘導するが、非ヒト肝細胞では誘導しないことが発見された(Jo等,2000,Nature Med.6:564〜567)。この発見により、ガン治療においてTRAILを用ると、インビボで肝臓毒性を引き起こす可能性があるという関連を生じた(Nagata,2000年,Nature Med.6(5):502〜503)。しかしながら、近年、組換え型のTRAILバージョンの分化した肝細胞毒性およびその他の生化学的特性が報告されている(Lawrence等,2001年,Nature Med.7(A):384〜385)。本分析において、可溶性TRAILタンパク質の野生型は作用を示さないが、一方で、Hisタグを付されたTRAILは、実質的なアポトーシスを誘導した。
ガンは、ヒトを困惑させるだけでなく、イヌの自然死の最も一般的な原因でもある(Bronson,1982年,Am J Vet Res,43(11)2057〜9)。イヌは、ヒトよりも2倍高い頻度で腫瘍を発達させ、10歳またはそれ以上生きているイヌの45〜50%が年齢に関わらずガンに罹っていること;および、剖検に提出されたイヌの23%がガンで死亡していることが報告されている(Bronson,1982年,Am J Vet Res,43(11)2057〜9)。外科的な腫瘍の除去が最も一般的な治療法であるが、浸潤性/転移性の腫瘍を有するイヌの予後は極めて悪く、平均生存時間は数週間から数ヶ月である。放射線療法および化学療法のようなその他の治療が成功することはかなりまれである(Bostock,1986年,Br Vet J 142(6):506〜15;Bostock,1986年,Br Vet J 142(1):1〜19;MacEwen,1990年,Cancer Metastasis Rev 9(2):125〜36)。従って、例えばイヌのガンのような血管新生病のより有効な治療が必要である。
本発明は、アポトーシス関連疾患(例えばガン)に関連する新規のヌクレオチド配列を包含する。より特定には、本発明は、TRAILをコードするヌクレオチド配列に関する。加えて、本発明は、TRAIL核酸、組換えDNA分子、クローニングされた遺伝子、または、それらのディジェネレート変異体を提供する。本発明はまた、TRAIL核酸分子を含む発現ベクターなどのベクター、および、このようなTRAIL遺伝子産物を発現するように遺伝子操作されている、および/または、このようなTRAIL遺伝子産物を含む宿主を提供する。
本発明はさらに、新規のTRAIL遺伝子産物、および、このような遺伝子産物またはそれらの変異体もしくはフラグメントに対して向けられた抗体に関する。
本発明はさらに、TRAIL介在プロセスの調節方法、および、少なくとも1つの疾患の症状の回復または予防を含むガンのようなアポトーシス関連疾患の治療方法に関し、このような方法は、TRAIL遺伝子の発現、および/または、TRAIL遺伝子産物の合成または活性を調節する化合物を投与することを含む。一実施形態において、本発明は、このような疾患の症状を治療または改善するための、TRAIL遺伝子産物、または、それらのフラグメント、類似体もしくはミメティック、または、TRAIL遺伝子産物に対して向けられた抗体もしくは抗体フラグメントの使用方法に関する。
本発明はさらに、TRAIL介在プロセスの調節方法、および、細胞の異常なアポトーシスに関連する疾患の少なくとも1つの症状の回復または予防を含む細胞の異常なアポトーシスに関連する疾患の治療方法に関し、このような方法は、TRAIL遺伝子の発現、および/または、TRAIL遺伝子産物の合成または活性を調節する化合物を投与することを含む。一実施形態において、本発明は、このような疾患の症状を治療または改善するための、新規のTRAIL遺伝子産物、または、それらのフラグメント、類似体もしくはミメティック、または、TRAIL遺伝子産物に対して向けられた抗体もしくは抗体フラグメントの使用方法に関する。
本発明はさらに、受容体アンタゴニストとして作用する類似体を用いて、TRAILと、そのそれぞれの受容体との相互作用をブロックする方法に関する。これらのアンタゴニストは、アポトーシスを促進し得る。このような作用は、これらに限定されないが、活性化T細胞の不十分なアポトーシス、および、自己免疫疾患などの状態において望ましいことがある。本発明で用いられる用語「TRAIL関連疾患」は、TRAIL遺伝子もしくは遺伝子産物に関与する疾患、または、正常な、影響を受けていない、障害のない個体で見出されるレベル、臨床的に正常な個体で見出されるレベル、および/または、集団のレベルが基準の平均TRAILレベルを示す集団で見出されるレベルに対して、TRAIL遺伝子発現、遺伝子産物合成および/または遺伝子産物活性それぞれの異常なレベルに関与する疾患を意味する。本発明で用いられる用語「TRAIL介在プロセス」は、直接的または間接的に、TRAIL遺伝子の発現、遺伝子産物合成および/または遺伝子産物活性のレベルに依存する、および/または、それらに反応するプロセスを含む。
他の実施形態において、このような方法は、TRAIL介在プロセスまたは疾患が治療される(例えば症状が改善される)ように、細胞におけるTRAIL遺伝子産物の発現レベルまたは活性を調節することを含んでもよい。他の実施形態において、このような方法は、TRAIL介在プロセスまたは疾患が治療される(例えば症状が改善される)ように、細胞中のTRAIL遺伝子産物のレベル、発現または活性を増加させるために、TRAIL遺伝子産物をコードする核酸分子を供給することを含んでもよい。TRAIL遺伝子産物をコードする核酸分子は、活性または発現レベルが増加した突然変異TRAIL遺伝子産物をコードしてもよい。
本発明はさらに、TRAIL介在プロセスの調節方法、または、ガンのようなTRAIL関連疾患の治療方法に関し、このような疾患としては、これらに限定されないが、TRAIL遺伝子の突然変異、および/または、TRAIL発現または活性の異常なレベルにより生じる疾患、ならびに、1またはそれ以上のTRAIL遺伝子または遺伝子産物に関与する疾患が挙げられ、この場合の治療は、このような疾患の少なくとも1つの症状の回復または予防を含む。一実施形態において、このような方法は、障害のないTRAIL遺伝子産物が発現され、疾患が治療される(例えば症状が改善される)ように、障害のないTRAIL遺伝子産物をコードする核酸分子を、治療が必要な哺乳動物に供給することを含んでもよい。「障害のないTRAIL遺伝子産物」は、変化していない、または、野生型のTRAIL遺伝子産物を意味する。他の実施形態において、このような方法は、細胞が、障害のないTRAIL遺伝子産物を発現し、疾患が治療される(例えば症状が改善される)ように、障害のないTRAIL遺伝子産物をコードする核酸分子を含む細胞を、治療が必要な哺乳動物に供給することを含んでもよい。さらなる他の実施形態において、このような方法は、調節化合物を、治療が必要な哺乳動物に供給することを含み、このような調節化合物としては、例えば、TRAIL遺伝子または遺伝子産物の活性を調節することができる小さい分子、ペプチドまたは抗体が挙げられる。
加えて、本発明は、ガンのような血管新生関連疾患の診断の評価、遺伝学的試験および/または予後のための、TRAIL遺伝子配列および/またはTRAIL遺伝子産物配列を利用する方法を目的とする。例えば、本発明は、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の診断方法に関し、このような方法は、患者のサンプルにおいてTRAIL遺伝子発現を測定すること、または、このような疾患を示す疑いのある哺乳動物のゲノムにおいて、このような疾患の存在または進行と相互関係を示すTRAIL突然変異を検出することを含んでもよい。
本発明はまた、ヒト染色体のマッピングのためのマーカーとしてTRAIL遺伝子配列および/または遺伝子産物を利用することを目的とする。
本発明はさらに、TRAIL遺伝子の発現、および/または、TRAIL遺伝子産物の合成または活性を調節することができる化合物を同定する方法に関し、このような方法は、化合物と、このようなTRAIL遺伝子を発現する細胞とを接触させること、TRAIL遺伝子発現、遺伝子産物発現または遺伝子産物活性のレベルを測定すること、および、このようなレベルと、このような化合物の非存在下の細胞によって生産されたTRAIL遺伝子発現、遺伝子産物または遺伝子産物活性のレベルとを比較すること(このような化合物の存在下で得られたレベルが、それが非存在下で得られたレベルと異なる場合に、TRAIL遺伝子の発現、および/または、TRAIL遺伝子産物の合成または活性を調節することができる化合物が同定される)を含む。
定義
本発明で用いられる以下の用語は、以下に示す略語を有するものとする。
BAC:細菌人工染色体
bp:塩基対
dbEST:発現された配列タグデータベース(National Center for Biotechnology Information)
EST:発現された配列タグ
オリゴ:デオキシオリゴヌクレオチド
RT−PCR:逆転写酵素PCR
SNP:単一ヌクレオチド多型
SSCP:一本鎖高次構造多型
YAC:酵母人工染色体。
添付図面において:
図1:イヌおよびネコの細胞系におけるTRAIL遺伝子発現である。トータルRNAを、細胞系CRL−6130(Fc28.Lu,ネコの肺)、CRL−6252(ECF50.HT,イヌの心臓)、CRL−6569(Fc2.Lu,ネコの肺)から単離した。プライマーの2つのペア(ペア1は、配列番号1と配列番号2;ペア2は、配列番号2と配列番号2)を、イヌおよびネコのTRAILの内部領域を増幅するのに用いた。第一鎖のプライマーとして、トータルRNA(1μg)を、pd(N)6(1μg)と共に、RT−PCRビーズに加えた(アマシャム・ファルマシア(Amersham Pharmacia),カタログ番号27−9267−01,イリノイ州)。逆転写酵素を不活性化し、テンプレートを完全に変性させた後、PCR反応を行った。PCR産物を、1.2%アガロースゲルでの電気泳動によって分析した。
図2:イヌのTRAILのヌクレオチド配列(配列番号20)であり、太字の配列は、オープンリーディングフレームに関する配列を示す。下線の配列は、開始コドンおよび停止コドンを示す。
図3:イヌのTRAILタンパク質である。図2の配列(配列番号21)から翻訳されたイヌのTRAILのアミノ酸配列である。
図4:ネコのTRAILのヌクレオチド配列(配列番号22)である。太字の配列は、オープンリーディングフレームに関する配列を示す。下線の配列は、開始コドンおよび停止コドンを示す。
図5:ネコのTRAILタンパク質である。図3の配列(配列番号23)から翻訳されたネコのTRAILのアミノ酸配列である。
図6A〜6D:全て既知の(ヒト、マウス、イヌおよびネコの)TRAILのアミノ酸配列のアライメントである。太字の残基は、コンセンサスとの違いを示す。
図7A〜7B:全て既知の(ヒト、マウス、イヌおよびネコの)可溶性TRAILのアミノ酸配列のアライメントである。太字の残基は、コンセンサスとの違いを示す。
図8A〜8B:哺乳動物細胞で発現されたTRAILタンパク質のウェスタン免疫ブロット分析である。CalPhos哺乳動物トランスフェクションキット(クロンテック・ラボラトリーズ社(CLONTECH Laboratories,Inc).,パロアルト,カリフォルニア州)を用いて、ヒト293細胞を、イヌまたはネコのTRAILをコードするプラスミドでトランスフェクトした。トランスフェクション後2日目に、培養上清と細胞溶解産物の両方を製造した。タンパク質を4〜20%SDS−PAGEで分離し、PVDFメンブレン(NOVEX,サンディエゴ,カリフォルニア州)にトランスファーした。免疫ブロット分析のために、HA抗体(8A)または抗ヒトTRAIL抗血清(R&Dシステムズ(R&D Systems),8B)のいずれかを、プローブとして用いた。結合した抗体を、ホスファターゼ基質BCIP/NBT(KPL,ゲイザースバーグ,メリーランド州)を用いて検出した。マーカー,分子量マーカー;caTRAIL,イヌのTRAIL;feTRAIL,ネコのTRAIL;pGL2,トランスフェクションコントロールとして用いられたプラスミド。
図9A〜9C:哺乳動物発現TRAILのアポトーシス分析である。U937ヒト腫瘍細胞を、トランスフェクトされた293細胞の調整培地から生産されたTRAILタンパク質の存在または非存在下で成長させた。9Aは、MTT成長阻害分析における、哺乳動物発現TRAILによる成長阻害を示す。9Bは、細胞死ELISA分析において、アポトーシスにより誘導された活性を示す。9Cは、アネキシンV FACSアポトーシス分析において、アポトーシスにより誘導された活性を示す。Stau,スタウロスポリン(0.4μM),有効なアポトーシス誘導物質;huTRAIL,ヒトTRAIL (アップステート・バイオテクノロジー(Upstate Biotechnology),100ng/ml);caTRAIL,イヌのTRAIL;feTRAIL,ネコのTRAIL;ベクター,トランスフェクションコントロールとして用いられたプラスミド。
図10A〜10E:細菌においてpBAD−チオプロモーターから発現されたTRAILタンパク質の発現および溶解性である。様々なアラビノース誘導条件下(a,0.2%アラビノース;b,0.02%;c,0.002%;および、d,アラビノースなし)でpBAD−Thio−TRAILプラスミドを発現するE.coliのTOP10細胞を回収し、超音波破砕し、溶解産物の可溶性および不溶性フラクションを得た。各フラクションの等量を、10%ビス−トリスゲル(Bis−Tris gel)(インビトロジェン(Invitrogen),NuPAGE1.0mm×15ウェル,NP0303)にローディングし、0.25%(w/v)ブリリアントブルーRで染色した。10A〜10B,様々な誘導条件下のTRAIL発現である。10C〜10E,様々な誘導条件下のTRAILタンパク質の溶解性である(P,ペレット;S,可溶性フラクション)。Hu−T,V5−Hisタグを有するヒトTRAIL;Hu,タグを有さないヒトTRAIL;Ca−T,タグを有するイヌのTRAIL;Ca,タグを有さないイヌのTRAIL;Fe−T,タグを有するネコのTRAIL;Fe,タグを有さないネコのTRAIL。
図11A〜11B:ヒトおよびイヌのTRAIL−チオの、His−バンドクイック(His−band Quick)900カートリッジカラムのフラクションである。ヒトおよびイヌのTRAIL−チオタンパク質を含む細菌細胞溶解産物を、His−バンドクイック900カートリッジ(ノヴァジェン(Novagen))にローディングした。8個のフラクション(溶出液,0.5ml/フラクション)を回収し、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,NuPAGE1.0mm×15ウェル,NP0303)にローディングし、0.25%(w/v)ブリリアントブルーRで染色した。F1,溶解産物をカラムに1回通過させる流出液;F2,溶解産物をカラムに2回通過させる流出液;W1,結合緩衝液でのカラム洗浄液;W2,洗浄緩衝液でのカラム洗浄液。
図12:細菌発現TRAIL−チオタンパク質のアポトーシス分析である。U937ヒト腫瘍細胞を、細菌細胞から発現および精製されたヒトおよびイヌのTRAIL−チオタンパク質の存在または非存在下で成長させた。アポトーシスにより誘導された活性が、アネキシンV FACS解析で測定された。スタウロスポリン(0.4μM),Fasリガンド(100ng/ml,アップステート・バイオテクノロジー)、および、市販のヒトTRAIL(100ng/ml,アップステート・バイオテクノロジー)を、ポジティブコントロールとして用いた。本分析において、2種のヒトTRAIL−チオ調製物(huTRAIL E3、および、E4)、ならびに、2種のイヌのTRAIL−チオ調製物(caTRAIL E3、および、E2+E4)を用いた。
図13A〜13B:細菌においてT7プロモーターから発現されたTRAILタンパク質の発現である。IPTG誘導有り(+)またはなし(−)でpT7−TRAILプラスミドを発現するE.coliのBL21細胞を回収し、SDSサンプル緩衝液に溶解させ、続いて、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,NuPAGE1.0mm×15ウェル,NP0303)にローディングし、ウェスタン解析のためにイモビロンP(ミリポア(Millipore))にトランスファーした。13A,抗V5抗体(インビトロジェン)を、プローブとして用いた。13B,抗TRAILタンパク質(AF375,R&Dシステムズ)を、プローブとして用いた。T,V5−Hisタグを有するTRAILタンパク質;N,タグを有さないTRAILタンパク質;Hu,ヒトTRAIL;Ca,イヌのTRAIL;Fe,ネコのTRAIL;CAT遺伝子,クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子(ポジティブコントロールとして用いられた)。TRAIL−H,V5−Hisタグを有するTRAILタンパク質;TRAIL,タグを有さないTRAILタンパク質。
図14A〜14B:細菌においてT7プロモーターから発現されたTRAILタンパク質の溶解性である。pT7−huTRAILプラスミドを発現するE.coliのBL21細胞を溶解させ、3回遠心分離し、続いて、陰イオン交換Qファストフロー(Fast−Flow)カラムと、陽イオン交換S−セファロース(sepharose)カラムにローディングした。各サンプルを、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,NuPAGE1.0mm×15ウェル,NP0303)で電気泳動し、0.25%(w/v)ブリリアントブルーRで染色した(図14A)。または、ウェスタン解析のために、抗TRAILタンパク質(AF375,R&Dシステムズ)をプローブとして用いて、ゲルをイモビロンP(ミリポア)にトランスファーした(図14B)。レーン1,溶解産物;2,Qカラムの溶出液;3,Qカラムの流出液;4,透析後のサンプル;5,第二の遠心分離後の上清;6,第一の遠心分離からのペレット;7,第二の遠心分離からのペレット;8,第三の遠心分離からのペレット;9,SPカラムの流出液;10,SPカラムの洗浄液;11,SPカラムの溶出液。
図15A〜15C:細菌においてpBADプロモーターから発現されたTRAILタンパク質の発現である。アラビノース誘導有り(+,0.02%)またはなし(−)、イヌおよびネコのpBAD−TRAILプラスミドを発現するE.coliのTOP10細胞を、SDSサンプル緩衝液に溶解させ、続いて、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,NuPAGE1.0mm×15ウェル,NP0303)にローディングし、0.25%(w/v)ブリリアントブルーRで染色した(図15A)。または、ウェスタン解析のために、ゲルを、イモビロンP(ミリポア)にトランスファーした(図15B、および、15C)。パネルB,抗TRAILタンパク質(AF375,R&Dシステムズ)抗体を、プローブとして用いた。パネルC,抗V5(インビトロジェン)を、プローブとして用いた。各プラスミドコンストラクトの2種のクローンを試験した。Ca,イヌのTRAIL;Fe,ネコのTRAIL;CaH,V5−Hisタグを有するイヌのTRAIL;FeH,V5−Hisタグを有するネコのTRAIL。TRAIL−H,V5−Hisタグを有するTRAILタンパク質;TRAIL,いかなるタグも有さないTRAILタンパク質。
図16A〜16B:細菌においてpBADプロモーターから発現されたTRAILタンパク質の溶解性である。0.02%アラビノース誘導下でイヌおよびネコのpBAD−TRAILプラスミドの両方を発現するE.ColiのTOP10細胞を回収し、超音波破砕し、溶解産物の可溶性(S)および不溶性(P)フラクションを得た。2種の異なる成長温度(30℃および37℃)も用いられた。各フラクションの等量を、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,NuPAGE1.0mm×15ウェル,NP0303)にローディングし、0.25%(w/v)ブリリアントブルーRで染色した(図16A)。または、ウェスタン解析のために、ゲルを、抗TRAIL抗体(AF375,R&Dシステムズ,図16B)と共にイモビロンP(ミリポア)にトランスファーした。Ca,イヌのTRAIL;Fe,ネコのTRAIL;CaH,V5−Hisタグを有するイヌのTRAIL;FeH,V5−Hisタグを有するネコのTRAIL;TRAIL−H,V5−Hisタグを有するTRAILタンパク質;TRAIL,いかなるタグも有さないTRAILタンパク質。
図17A〜17H:イヌおよびネコのTRAILのHis−バンドクイック900カートリッジカラムのフラクションである。イヌのTRAILタンパク質(図17Aおよび17B)、ならびに、ネコのTRAILタンパク質(図17Cおよび17D)を含む細菌細胞溶解産物を、His−バンドクイック900カートリッジ(ノヴァジェン)にローディングした。8〜10個のフラクション(溶出液,0.5ml/フラクション)を回収し、6μlを、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,NuPAGE1.0mm×15ウェル,NP0303)にローディングし、シルバー・エクスプレス(SilverXpress)染色キット(図17A−17D,インビトロジェン)で染色した。または、ウェスタン免疫ブロット分析のために、ゲルを、抗TRAIL抗体(図17E−17H,AF375,R&Dシステムズ,図17F)と共に、イモビロンP(ミリポア)にトランスファーした。M,分子量マーカー;F,溶解産物の流出液;W1,結合緩衝液でのカラムの洗浄液;W2,洗浄緩衝液でのカラムの洗浄液。TRAIL−H,V5−Hisタグを有するTRAILタンパク質;TRAIL,いかなるタグも有さないTRAILタンパク質。
図18A〜18C:細菌発現TRAILタンパク質のアポトーシス分析である。U937ヒト腫瘍細胞を、細菌細胞から生産されたTRAILタンパク質の存在または非存在下で成長させた。アポトーシスにより誘導された活性を、MTT成長阻害分析(図18A);細胞死ELISAアポトーシス分析(図18B);アネキシンVFACSアポトーシス分析(図18C)によって測定した。PBS,リン酸緩衝生理食塩水;スタウロスポリン(0.4μM)、および、市販のヒトTRAIL(huTRAIL,100ng/ml,アップステート・バイオテクノロジー)を、ポジティブコントロールとして用いた。また、哺乳動物発現TRAILタンパク質上清(caTRAIL,feTRAIL、および、コントロールとしてベクタープラスミド)も、本分析のポジティブコントロールとして用いらた。細菌発現サンプルは、S5〜S9である。S5,TRAILを含まない細菌のカラムのフラクションは、ネガティブコントロールとして用いられる;S6,His−バンドクイック900カートリッジカラムから精製されたネコのTRAIL。S7,V5−Hisタグを有する精製されたネコのTRAIL。S8,半精製されたイヌのTRAIL,カラムからの洗浄液。S9,半精製されたネコのTRAIL,カラムからの洗浄液。
図19A〜19B:様々なヒトガン細胞系の哺乳動物発現TRAILタンパク質のアポトーシス分析である。ヒト腫瘍細胞(HELA,PT−3,HT−29,SW480、およびU937)を、哺乳動物発現TRAILタンパク質上清の存在または非存在下で成長させた。アポトーシスにより誘導された活性を、MTT成長阻害分析(図19A)、および、細胞死ELISAアポトーシス分析(図19B)によって測定した。スタウロスポリン(0.4μM)、および、市販のヒトTRAIL(100ng/ml,アップステート・バイオテクノロジー)を、ポジティブコントロールとして用いた。ベクタープラスミドでトランスフェクトされた細胞からの上清を、ネガティブコントロールとして用いた。示されたデータは、8つの値の平均である。
図20A〜20B:様々なイヌのガン細胞系の哺乳動物発現TRAILタンパク質のアポトーシス分析である。イヌの細胞(D22,D17,CF21.T,CF11.T,MDCK,DH82,0309、および、030E,ヒト腫瘍細胞U937を、コントロールとして用いた)を、哺乳動物発現TRAILタンパク質上清の存在または非存在下で成長させた。アポトーシスにより誘導された活性を、MTT成長阻害分析(図20A)、および、細胞死ELISA分析(図20B)で測定した;スタウロスポリン(0.4μM)、および、市販のヒトTRAIL(アップステート・バイオテクノロジー,細胞死ELISA分析に関してのみ100ng/ml)を、ポジティブコントロールとして用いた。ベクターでトランスフェクトされた細胞からの上清を、ネガティブコントロールとして用いた。示されたデータは、3回のMTT分析、および、2回の細胞死ELISA分析の平均である。
図21A〜21B:イヌ肝細胞の哺乳動物発現TRAILタンパク質のアポトーシス分析である。正常なイヌ肝細胞を、哺乳動物発現イヌおよびネコのTRAILタンパク質上清(caTRAILおよびfeTRAIL)の存在または非存在下で成長させた。Fasリガンド(100ng/ml,アップステート・バイオテクノロジー)と、市販のヒトTRAIL(100ng/ml,アップステート・バイオテクノロジー)の両方を、本分析のためのコントロールとして用いた。アポトーシスにより誘導された活性を、MTT成長阻害分析(図21A);細胞死ELISAアポトーシス分析(図21B)によって測定した。
表の簡単な説明
表1.様々な抗ヒトTRAIL抗体を用いたイヌおよびネコのTRAILタンパク質のクロス・リアクティビティーである。
発明の詳細な説明
アポトーシス関連疾患に関連する核酸配列に関連する組成物および方法を本発明において説明する。アポトーシス関連疾患に関連する新規の遺伝子が同定された。このような遺伝子は、TRAILをコードする。特に、TRAIL核酸分子、同様に、これらの分子を含むベクター、このような分子を含む、および/または、発現するように操作された宿主細胞、TRAIL遺伝子産物、ならびに、このような遺伝子産物を特異的に認識する抗体が以下で説明される。また、これらの核酸、ポリペプチド、および、抗体の様々な使用、同様に、それらの検出方法も説明される。例えば、アポトーシス関連プロセスの調節、および、ガンのような血管新生関連疾患の治療のためのこれらの分子の使用方法が、説明される。また、TRAIL遺伝子または遺伝子産物と相互作用する、または、TRAIL遺伝子または遺伝子産物活性を調節する化合物のスクリーニング分析も以下で説明される。さらに、本発明の組成物、および、本発明の方法によって同定された組成物を用いたアポトーシス関連疾患の治療方法も説明される。最終的に、本発明の組成物が共に用いられる医薬組成物が説明される。
この章では、TRAIL核酸分子を説明する。特に指定がない限り、用語「TRAIL核酸」は、集合的に、本発明で説明される配列を意味する。
本発明のTRAIL核酸分子としては、以下が挙げられる:
(a)イヌのTRAIL(図2,配列番号20)のDNA配列を含む核酸分子、および、それらのフラグメント;
(b)ネコのTRAIL(図4,配列番号22)のDNA配列を含む核酸分子、および、それらのフラグメント;
(c)イヌのTRAIL核酸配列(例えば、図2(配列番号20)に示された核酸配列)を含む核酸分子、または、それらのフラグメント;
(d)ネコのTRAIL核酸配列(例えば、図4(配列番号22)に示された核酸配列)を含む核酸分子、または、それらのフラグメント;
(e)イヌのTRAIL遺伝子産物をコードする核酸分子;
(f)ネコのTRAIL遺伝子産物をコードする核酸分子;
(g)イヌのTRAIL遺伝子の少なくとも1つのエキソンを含む核酸分子;
(h)ネコのTRAIL遺伝子の少なくとも1つのエキソンを含む核酸分子;
(i)上記(c)に記載のイヌのTRAILヌクレオチド配列の、上流の非翻訳領域、イントロン領域、および/または、下流の非翻訳領域のTRAIL遺伝子配列を含む核酸分子、または、それらのフラグメント;
(j)上記(d)に記載のネコのTRAILヌクレオチド配列の、上流の非翻訳領域、イントロン領域、および/または、下流の非翻訳領域のTRAIL遺伝子配列を含む核酸分子、または、それらのフラグメント;
(k)1またはそれ以上のドメインの全部または一部が、欠失または改変している、イヌのTRAIL遺伝子産物の突然変異体をコードする、本発明で開示される新規のTRAIL配列を含む核酸分子、および、それらのフラグメント;
(l)1またはそれ以上のドメインの全部または一部が、欠失または改変している、ネコのTRAIL遺伝子産物の突然変異体をコードする本発明で開示される新規のTRAIL配列を含む核酸分子、および、それらのフラグメント;
(m)異種ポリペプチドに融合した、イヌのTRAIL遺伝子産物を含む融合タンパク質をコードする核酸分子、または、それらのフラグメント;
(n)異種ポリペプチドに融合した、ネコのTRAIL遺伝子産物を含む融合タンパク質をコードする核酸分子、または、それらのフラグメント;
(o)上記c)およびd)に記載のイヌおよびネコのTRAIL遺伝子(例えばプライマー)内、または、TRAIL遺伝子の端にある、染色体のヌクレオチド配列内の核酸分子(これは、ガンのようなアポトーシス関連疾患に関する危険を有する個体、または、それを示す個体を同定および診断するための本発明の方法の一部として利用することができる、または、ヒト染色体のマッピングに用いることができる);および、
(p)上記のc)およびd)に記載のイヌおよびネコのTRAIL遺伝子内、または、イヌおよびネコのTRAIL遺伝子の端にある、染色体のヌクレオチド配列内の核酸分子(これは、ガンのようなアポトーシス関連疾患と相互関係を示す)。
本発明のTRAILヌクレオチド配列としてはさらに、1またはそれ以上のエキソン、または、それらのフラグメントが欠失している上記(a)〜(p)に記載のヌクレオチド配列に対応するヌクレオチド配列が挙げられる。
また、本発明のTRAILヌクレオチド配列としては、塩基対の長さが、20超、30超、40超、50超、60超、70超、80超、90超、100超またはそれ以上であり、上記の(a)〜(p)に記載のTRAILヌクレオチド配列と、少なくとも75%、80%、85%、90%、95%、98%またはそれ以上のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列も挙げられる。しかしながら、本発明の核酸分子は、単にdbESTからのヌクレオチド配列のみからなる核酸分子は含まれないものとする。
本発明のTRAILヌクレオチド配列としてはさらに、上記の(a)〜(p)に記載のTRAILヌクレオチド配列によってコードされたポリペプチドと、少なくとも75%、80%、85%、90%、95%、98%またはそれより高いアミノ酸配列同一性を有するポリペプチドをコードするヌクレオチド配列が挙げられる。
2つのアミノ酸配列または2つの核酸のパーセント同一性を決定するために、最適に比較できるように配列を並べる(例えば、第二のアミノまたは核酸配列との最適なアライメントのために、第一のアミノ酸または核酸配列の配列にギャップを導入することができる)。次に、対応するアミノ酸位置またはヌクレオチド位置のアミノ酸残基またはヌクレオチドを比較する。第一の配列における位置が、第二の配列において対応する位置と同じアミノ酸残基またはヌクレオチドである場合、その位置においてその分子は同一である。2つの配列間のパーセント同一性は、それらの配列が共有する同一な位置の数の関数である(すなわち、%同一性=同一なオーバーラップする位置数(#)/オーバーラップする位置の総数(#)×100%)。一実施形態において、2つの配列は、同じ長さである。
2つの配列間のパーセント同一性の決定はまた、数学的アルゴリズムを用いて完成させることもできる。2つの配列の比較のために利用される数学的アルゴリズムの好ましい非限定的な例は、KarlinおよびAltschulのアルゴリズム(1990年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:2264〜2268、これは、KarlinおよびAltschul,1993年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:5873〜5877において改変されている)である。このようなアルゴリズムは、Altschul等,1990年,J.Mol.Biol.215:403〜410のNBLASTおよびXBLASTプログラムに組み込まれている。BLASTヌクレオチドサーチは、NBLASTプログラム、スコア=100、語長=12を用いて行い、本発明の核酸分子と相同なヌクレオチド配列を得ることができる。BLASTタンパク質サーチは、XBLASTプログラム、スコア=50、語長=3を用いて行い、本発明のタンパク質分子と相同なアミノ酸配列を得ることができる。比較目的のためのギャップ有りアライメントを得るために、ギャップ有りBLASTは、Altschul等,1997年,Nucleic Acids Res.25:3389〜3402で説明されているように利用することができる。あるいは、PSI−Blastを用いて、分子間の離れた関係を検出するための繰り返しのサーチを行うことができる(上記のAltschul等,1997年)。BLASTを利用する場合、ギャップ有りBLAST、および、PSI−Blastプログラム、それぞれのプログラム(例えば、XBLASTおよびNBLAST)のデフォルトパラメーターを、用いることができる(http://www.ncbi.nfm.nih.govを参照)。2つの配列の比較のために利用される数学的アルゴリズムのその他の好ましい非限定的な例は、KarlinおよびAltschulのアルゴリズム(1990年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:2264〜2268、これは、KarlinおよびAltschul,1993年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:5873〜5877で改変されている)である。このようなアルゴリズムは、Altschul等,1990年,J.Mol.Biol.215:403〜410のNBLASTおよびXBLASTプログラムに組み込まれている。BLASTヌクレオチドサーチは、NBLASTプログラム、スコア=100、語長=12を用いて行い、本発明の核酸分子と相同なヌクレオチド配列を得ることができる。BLASTタンパク質サーチは、XBLASTプログラム、スコア=50、語長=3を用いて行い、本発明のタンパク質分子と相同なアミノ酸配列を得ることができる。比較目的のためのギャップ有りアライメントを得るために、ギャップ有りBLASTは、Altschul等,1997年,Nucleic Acids Res.25:3389〜3402で説明されているように利用することができる。あるいは、PSI−Blastを用いて、分子間の離れた関係を検出するための繰り返しのサーチを行うことができる(上記のAltschul等,1997年)。BLAST、ギャップ有りBLAST、および、PSI−Blastプログラムを利用する場合、それぞれのプログラム(例えば、XBLASTおよびNBLAST)のデフォルトパラメーターを用いることができる(http://www.ncbi.nlm.nih.govを参照)。配列比較に利用される数学的アルゴリズムのその他の好ましい非限定的な例は、MyersおよびMiller,1988年,CABIOS 4:11〜17のアルゴリズムである。このようなアルゴリズムは、GCG配列アライメントソフトウェアパッケージの一部のALIGNプログラム(バージョン2.0)に組み込まれている。アミノ酸配列を比較するためにALIGNプログラムを利用する際、PAM120の重量残基表(weight residue table)、ギャップの伸長ペナルティー=12、および、ギャップペナルティー=4を用いることができる。
2つの配列間のパーセント同一性は、上述の技術に類似した、ギャップを入れることが可能な、または可能でない技術を用いて決定することができる。パーセント同一性を計算する際、一般的には、正確なマッチのみをカウントする。
本発明のTRAILヌクレオチド配列としてはさらに、以下が挙げられる:(a)ストリンジェントな条件下で本発明のTRAIL核酸分子にハイブリダイズするあらゆるヌクレオチド配列[上記条件は、例えば、6×塩化ナトリウム/クエン酸ナトリウム(SSC)中、約45℃での、フィルターに結合したDNAへのハイブリダイゼーション、続いて、0.2×SSC/0.1%SDS中、約50〜65℃での1回またはそれ以上の洗浄のことである]、または、(b)高ストリンジェントな条件下で本発明のTRAIL核酸分子にハイブリダイズするあらゆるヌクレオチド配列[例えば、6×SSC中、約45℃での、フィルターに結合した核酸へのハイブリダイゼーション、続いて、0.1×SSC/0.2%SDS中、約68℃での1回またはそれ以上の洗浄]、または、当業者周知のその他のハイブリダイゼーション条件下で本発明のTRAIL核酸分子にハイブリダイズするあらゆるヌクレオチド配列(例えば、Ausubel F.M.等編,1989年,Current Protocols in Molecular Biology;第I巻,グリーン・パブリッシング・アソシエイツ社(Green Publishing Associates,Inc)、および、ジョン・ワイリー&サンズ社(John Wiley&sons.Inc.),ニューヨーク,pp.6.3.1〜6.3.6および2.10.3を参照)。好ましくは、上記の(a)および(b)で説明した条件下でハイブリダイズするTRAIL核酸分子が、TRAIL遺伝子産物をコードする核酸分子の相補体を含むことである。好ましい実施形態において、上記の(a)および(b)に記載の条件下でハイブリダイズする核酸分子は、例えば、TRAIL遺伝子産物と機能的に同等の遺伝子産物のような遺伝子産物をコードする。
他の実施形態において、本発明は、中程度にストリンジェントな条件下で本発明のTRAIL核酸にハイブリダイズするあらゆるヌクレオチド配列を含み、上記条件は、例えば、6M尿素を含む緩衝液中、約42℃でのフィルターに結合したDNAへのハイブリダイゼーション、続いて、0.1×SSC/0.1%SDS中、約55℃での1回またはそれ以上の洗浄のことである。
機能的に同等のTRAIL遺伝子産物としては、同じ、または異なる種に存在する、天然に存在するTRAIL遺伝子産物が挙げられる。また、機能的に同等のTRAIL遺伝子産物としては、TRAIL遺伝子産物の生物学的活性少なくとも1つが保持された遺伝子産物、および/または、このような遺伝子産物に対して向けられた抗体(ポリクローナルまたはモノクローナル)によって認識され、それに結合する遺伝子産物も挙げられる。
本発明の核酸分子のなかでも、高ストリンジェントまたはストリンジェントな条件下で、上述のTRAIL核酸分子にハイブリダイズするデオキシオリゴヌクレオチド(「オリゴ」)が挙げられる。一般的に、長さが14〜70個のヌクレオチドプローブでは、融解温度(Tm)は、以下の式を用いて計算される:Tm(℃)=81.5+16.6(log[1価陽イオン(モル濃度)])+0.41(%G+C)(500/N)(式中、Nは、プローブの長さである)。ハイブリダイゼーションがホルムアミドを含む溶液中で行われる場合、融解温度は、以下の方程式を用いて計算される:Tm(℃)=81.5+16.6(log[1価陽イオン(モル濃度)])+0.41(%G+C)−0.61(%ホルムアミド)−(500/N)(式中、Nは、プローブの長さである)。一般的に、ハイブリダイゼーションは、Tmより約20〜25℃低い温度(DNA−DNAハイブリッド用)で、または、Tmより10〜15℃低い温度(RNA−DNAハイブリッド用)で行われる。
代表的な高ストリンジェントな条件は、例えば、6×SSC/0.05%ピロリン酸ナトリウム中、37℃(約14塩基のオリゴ用)、48℃(約17塩基のオリゴ用)、55℃(約20塩基のオリゴ用)、および、60℃(約23塩基のオリゴ用)で洗浄することを意味し得る。
本発明の核酸分子はさらに、上述の核酸の相補体を含む。このような分子は例えば、例えばTRAIL遺伝子の調節において有用なアンチセンス分子として、および/または、TRAIL遺伝子核酸配列の増幅反応におけるアンチセンスプライマーとして作用し得る。
本発明の核酸配列は、リボザイム、および/または、三重らせん配列の一部として用いてもよく、これは、TRAIL遺伝子の調節に有用でもある。さらにその上、このような分子は、診断方法の構成要素として用いてもよく、それによって、例えば、アポトーシス関連疾患(例えばガン)に関与する特定のTRAIL対立遺伝子の存在を検出することができ、または、それにおいて、本方法は、対立遺伝子によって囲まれたヒト染色体の領域をマッピングすることを含む。
TRAIL核酸分子のフラグメントは、長さが、少なくとも10、12、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1250、1500、1750、2000、2250、2500、2750、3000、3250、3500、3750、4000、4250、4500、4750、5000またはそれ以上の連続したヌクレオチドであり得るTRAIL核酸配列を意味する。あるいは、このようなフラグメントは、少なくとも10、20、30、40、50、100、150、200、250、300、350、400、450またはそれ以上の連続した、TRAIL遺伝子産物のアミノ酸残基をコードする配列を含み得る。一実施形態において、TRAIL核酸分子は、対応するTRAIL遺伝子産物の少なくとも1つの生物学的活性を示す遺伝子産物(例えばTRAIL遺伝子産物)をコードする。TRAIL核酸分子のフラグメントはまた、TRAILのエキソンまたはイントロンも意味し、さらに、TRAIL遺伝子産物のドメインをコードするTRAILのコード領域部分も意味し得る。
TRAILヌクレオチド配列の同定および単離に関して、このような配列は、例えば、標準的な配列解析、および、細菌人工染色体(BAC)技術を利用することによって、容易に得ることができる。
当業者周知であるように、TRAIL遺伝子のDNA配列多型は、個々の生物集団内(例えば、ヒトまたはイヌの集団内)に存在すると考えられる。このような多型は、例えば、天然の対立遺伝子変異による集団内の個々の生物間で存在する可能性がある。このような多型としては、アミノ酸配列の変化を引き起こす多型が挙げられる。本発明で用いられる成句「対立遺伝子変異体」は、所定の遺伝子座に存在するヌクレオチド配列、または、このようなヌクレオチド配列によってコードされた遺伝子産物を意味する。このような天然の対立遺伝子変異は、所定の遺伝子のヌクレオチド配列において、1〜5%、5〜20%、または、20〜50%の相違を引き起こす可能性がある。対立遺伝子は、所定の遺伝子座で代替的に生じる遺伝子群の一つである。代替の対立遺伝子は、多数の異なる個々の生物における対象の遺伝子を配列解析することによって同定することができる。これは、様々な個々の生物における同じ遺伝子座を同定するためのハイブリダイゼーションプローブを用いて容易に行うことができる。本発明で用いられる用語「遺伝子」および「組換え遺伝子」は、本発明のポリペプチドをコードするオープンリーディングフレームを含む核酸分子を意味する。用語「遺伝子」および「組換え遺伝子」としてはさらに、上流の、および/または、エキソン/イントロンの配列および構造(すなわちステム−ループ構造のような二次構造)を含む核酸分子が挙げられる。
ヒトTRAIL遺伝子のさらなる対立遺伝子変異体、ならびに、他の種(例えば、モルモット、雌牛、マウス、イヌ、ネコ)由来の相同体およびオーソログのクローニングに関して、本発明で開示される単離されたTRAIL遺伝子配列を標識して用い、対象の生物(例えば、モルモット、雌牛、マウス、イヌ、ネコ)由来の適切な細胞または組織(例えば脾臓)から得られたmRNAから構築されたcDNAライブラリーをスクリーニングすることができる。用いられるハイブリダイゼーション条件は、一般的に、cDNAライブラリーが、標識された配列を得た生物タイプとは異なる生物由来である場合、より低いストリンジェンシーの条件とし、例えば標的生物と参照生物との相対的な関連に基づき通常通りに決定することができる。
あるいは、標識されたフラグメントを用いて、対象の生物由来のゲノムライブラリーを適度にストリンジェントな条件を用いて再度スクリーニングしてもよい。適切なストリンジェンシー条件は、上述したように当業者周知であり、ライブラリーおよび標識された配列を得た特定の生物に応じた予想に従って変更することもある。このような条件に関するガイダンスとしては、例えば、Sambrook等,1989年,Molecular Cloning,A Laboratory Manual,第二版,コールドスプリングハーバーラボラトリープレス,ニューヨーク;および、Ausubel等,1989〜1999年,Current Protocols in Molecular Biology,グリーン・パブリッシング・アソシエイツ社、および、ワイリー・インターサイエンス(Wiley Interscience),ニューヨークを参照(これらはいずれも、参照によりその全体を本発明に加入させる)。
さらに、TRAIL遺伝子の対立遺伝子変異体は、本発明で開示されるTRAIL遺伝子産物内のアミノ酸配列に基づき設計された2つのディジェネレートオリゴヌクレオチドプライマープールを用いたPCRを行うことによって、例えばヒトまたはイヌの核酸から単離してもよい。このような反応のためのテンプレートは、例えば、野生型または突然変異TRAIL遺伝子の対立遺伝子を発現することがわかっている、または、その疑いのあるヒトまたは非ヒト細胞系または組織(例えば脾臓細胞)から製造されたmRNAの逆転写によって得られたcDNAでもよい。
増幅した配列が、TRAIL遺伝子核酸配列の配列を示すことを確認するために、PCR産物をサブクローニングし、配列解析してもよい。次に、PCRフラグメントを、様々な方法によって全長cDNAクローンを単離するのに用いてもよい。例えば、バクテリオファージcDNAライブラリーをスクリーニングするために、増幅したフラグメントを標識して用いてもよい。あるいは、ゲノムライブラリーのスクリーニングによってゲノムクローンを単離するために、標識されたフラグメントを用いてもよい。
また、PCR技術を利用して、全長cDNA配列、同様に、オルタナティブスプライシングされたmRNA種に対応するcDNA配列を単離してもよい。例えば、RNAは、適切な細胞または組織源(すなわち、TRAIL遺伝子を発現することがわかっている、または、その疑いのある細胞または組織源、例えば、生検または検死によって得られた脾臓組織サンプル)から、標準的な手順に従って単離してもよい。逆転写反応は、第一鎖合成を開始させるための、増幅したフラグメントの5’末端の最も端に特異的なオリゴヌクレオチドプライマーを用いて、RNAで行ってもよい。次に、得られたRNA/DNAハイブリッドは、標準的な末端トランスフェラーゼ反応を用いてグアニンで「末端処理(tailed)」し、ハイブリッドをRNアーゼHで消化し、続いて、ポリ−Cプライマーを用いて第二鎖合成を開始させてもよい。従って、増幅したフラグメントの上流のcDNA配列は、簡単に単離することができる。使用可能なクローニング方法の総論としては、例えば、上記のSambrook等,1989年、または、上記のAusubel等を参照。
対立遺伝子(例えば、TRAIL遺伝子の突然変異体、変異体)のcDNAは、例えば、当業者周知のPCR技術を用いて単離してもよい。この場合、第一のcDNA鎖は、個々の生物において突然変異TRAIL対立遺伝子を発現することがわかっている、または、その疑いのある組織から単離されたmRNAに、オリゴ−dTオリゴヌクレオチドをハイブリダイズさせること、および、新しい鎖を逆転写酵素で伸長させることによって、合成してもよい。次に、正常な遺伝子の5’末端に特異的にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを用いて、cDNAの第二の鎖が合成される。これらの2種のプライマーを用いて、次に、産物をPCRで増幅させ、適切なベクターにクローニングし、当業者周知の方法によってDNA配列解析で処理する。突然変異TRAIL対立遺伝子のDNA配列と、正常なTRAIL対立遺伝子のDNA配列とを比較することによって、突然変異TRAIL遺伝子産物の機能の損失または変更に関与する突然変異を確認することができる。
あるいは、ゲノムライブラリーは、突然変異TRAIL対立遺伝子を有する疑いのある、または、それがわかっている個々の生物から得られたDNAを用いて構築することができ、または、cDNAライブラリーは、突然変異TRAIL対立遺伝子を発現することがわかっている、または、その疑いのある組織からのRNAを用いて構築することができる。次に、障害のないTRAIL遺伝子、または、あらゆる適切なそれらのフラグメントを標識し、このようなライブラリーにおいて対応する突然変異TRAIL対立遺伝子を同定するためのプローブとして用いてもよい。次に、突然変異TRAIL遺伝子配列を含むクローンを精製して、当業者周知の方法に従って配列解析で処理してもよい。さらに、発現ライブラリーは、例えば、このような突然変異対立遺伝子を有するの疑いのある、または、それがわかっている個々の生物において突然変異TRAIL対立遺伝子を発現することがわかっている、または、その疑いのある組織から単離されたRNAから合成されたcDNAを利用して構築することができる。この方法において、以下で説明するように、推定の突然変異組織によって作製された遺伝子産物が発現され、正常なTRAIL遺伝子産物に対して生じた抗体を併用した標準的な抗体スクリーニング技術を用いてスクリーニングしてもよい(スクリーニング技術に関しては、例えば、HarlowおよびLane編,1988年,“Antibodies:A Laboratory Manual”,コールドスプリングハーバーラボラトリープレス,コールドスプリングハーバーを参照)。
TRAIL突然変異により、機能が改変された遺伝子産物(例えば、ミスセンスまたはフレームシフト突然変異の結果として)が発現された場合、抗TRAIL遺伝子産物の抗体のポリクローナル群は、突然変異TRAIL遺伝子産物とクロス反応する可能性が高い。それらと、このような標識された抗体との反応によって検出されたライブラリークローンを精製し、当業者周知の方法に従って配列解析で処理することができる。
TRAIL突然変異または多型を、PCR増幅技術を用いてさらに検出することができる。プライマーは、プロモーター調節領域を含むTRAIL配列全体のオーバーラップ領域を増幅するように通常通りに設計することができる。一実施形態において、プライマーは、コード領域が突然変異をスキャンするように、エキソン−イントロンの境界をカバーするように設計される。
本発明はまた、核酸分子を含み、好ましくは、上述の段落に記載のヌクレオチド配列の相補体であるDNA分子である。
特定の実施形態において、本発明の核酸分子は、異種(例えば、ベクター、発現ベクターまたは融合タンパク質)配列を含む、または、それをコードする核酸配列を含む核酸分子の一部として存在する。
TRAIL遺伝子産物は、上述のTRAIL遺伝子配列を含む核酸分子によってコードされた遺伝子産物を含む。加えて、TRAIL遺伝子産物は、機能的に同等の遺伝子産物を示すタンパク質を含んでもよい。このような同等のTRAIL遺伝子産物は、上述のTRAIL遺伝子配列によってコードされたアミノ酸配列内での、および/または、それに隣接した、アミノ酸残基の欠失(内部欠失など)、付加(融合タンパク質を生じる付加など)、または、置換を含んでもよいが、これらは、「サイレント」変化を起こす(この場合、その変化により、機能的に同等のTRAIL遺伝子産物が生産される)。アミノ酸置換は、含まれる残基の極性、電荷、溶解性、疎水性、親水性、および/または、両親媒性の性質における類似性に基づいて作製してもよい。例えば、非極性(疎水性)アミノ酸としては、アラニン、ロイシン、イソロイシン、バリン、プロリン、フェニルアラニン、トリプトファン、および、メチオニンが挙げられる;極性が中性のアミノ酸としては、グリシン、セリン、スレオニン、システイン、チロシン、アスパラギン、および、グルタミンが挙げられる;正電荷を有する(塩基性)アミノ酸としては、アルギニン、リシン、および、ヒスチジンが挙げられる;および、負電荷を有する(酸性)アミノ酸としては、アスパラギン酸、および、グルタミン酸が挙げられる。
あるいは、機能の改変が望ましい場合、欠失 または 非保存的な改変を、改変されたTRAIL遺伝子産物が生産されるように施すことができる。このような改変により、例えば、TRAIL遺伝子産物の生物学的機能の1またはそれ以上を改変することができる。さらに、このような改変は、選択された宿主細胞における発現、スケールアップ等により適したTRAIL遺伝子産物が生じるように選択することができる。例えば、ジスルフィド架橋を除去するために、システイン残基を欠失させるか、または、その他のアミノ酸残基で置換させることができる。
TRAILタンパク質、同様に、融合タンパク質の1またはそれ以上のドメインに相当するペプチドおよび/またはタンパク質(ここで、TRAILタンパク質またはTRAILタンパク質の一部、例えばトランケーションされたTRAILタンパク質またはペプチド、もしくは、TRAILタンパク質ドメインが、関係のないタンパク質に融合している)も本発明の範囲内である。このようなタンパク質およびペプチドは、上述のTRAILヌクレオチド配列に基づき、および/または、本発明で開示されるTRAILアミノ酸配列に基づき設計することができる。融合タンパク質としては、これらに限定されないが、TRAILタンパク質またはペプチドを安定化し、インビボでの半減期を延長させるIgFc融合体;または、融合タンパク質を細胞膜に固定させることができるあらゆるアミノ酸配列への融合体;または、TRAILタンパク質ドメインのマーカーへの融合体が挙げられ、このようなマーカーとしては、これらに限定されないが、酵素、蛍光タンパク質、発光タンパク質、フラッグまたはV5、Hisエピトープタンパク質またはペプチドが挙げられる。
本発明のTRAILタンパク質はまた、cDNA配列の少なくとも1つのエキソンによってコードされたドメインが欠失しているTRAILタンパク質配列、または、それらのフラグメントも含む。
上述のTRAILタンパク質配列としては、分泌のために、TRAIL遺伝子産物を標的とするシグナル配列を含むドメインが挙げられる。本発明で用いられるように、シグナル配列は、長さが少なくとも約15または20個のアミノ酸残基からなるペプチドを含み、これは、分泌性および膜結合タンパク質のN末端に存在しており、疎水性アミノ酸残基(例えばアラニン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアラニン、プロリン、チロシン、トリプトファンまたはバリン)を少なくとも約70%含む。好ましい実施形態において、シグナル配列は、少なくとも約10〜40個のアミノ酸残基、好ましくは約19〜34個のアミノ酸残基を含み、少なくとも約60〜80%、より好ましくは65〜75%、より好ましくは少なくとも約70%の疎水性残基を有する。シグナル配列は、このような配列を含むタンパク質を、脂質二重層に向かわせるのに役立つ。
本発明のポリペプチドのシグナル配列を用いて、分泌されたタンパク質、またはその他の対象のタンパク質の分泌および単離を容易にすることができる。シグナル配列は、一般的に、疎水性アミノ酸コアを特徴とし、このようなコアは、一般的に、分泌中に1回またはそれ以上の切断事象で成熟タンパク質から切断される。このようなシグナルペプチドは、それらが分泌経路を通過する際に成熟タンパク質からのシグナル配列の切断を可能にするプロセシング部位を含む。従って、本発明は、シグナル配列を有する上述のTRAILポリペプチド(すなわち「未成熟」ポリペプチド)、同様に、TRAILシグナル配列それ自体、および、シグナル配列非存在下のTRAILポリペプチド(すなわち「成熟」TRAIL切断産物)に関する。当然ながら、本発明のTRAILポリペプチドはさらに、上述の特徴を有するあらゆるシグナル配列、および、成熟TRAILポリペプチド配列を含むポリペプチドを含み得る。
本発明のTRAILポリペプチドはさらに、翻訳後修飾を含んでもよく、翻訳後修飾としては、これらに限定されないが、糖付加、アセチル化、ミリスチル化、および、リン酸エステル化が挙げられる。天然TRAILタンパク質がこのような修飾を可能にする認識モチーフを有さない場合、改変されたTRAIL遺伝子産物が生産されるように、酵素認識シグナルのようなモチーフをコードするヌクレオチド配列をTRAIL遺伝子に導入することが当業者にとって一般的であると考えられる。
TRAIL遺伝子産物、それらのペプチドフラグメント、および、それらの融合タンパク質は、当業界周知の技術を用いて組換えDNA技術によって生産してもよい。従って、TRAIL遺伝子配列を含む核酸を発現することによって、本発明のTRAIL遺伝子のポリペプチド、ペプチド、融合ペプチド、および、融合ポリペプチドを製造する方法を本発明で説明する。当業者周知の方法を、TRAIL遺伝子産物のコード配列、ならびに、適切な転写および翻訳制御シグナルを含む発現ベクターを構築するのに用いることができる。これらの方法としては、例えば、インビトロでの組換えDNA技術、合成技術、および、インビボでの遺伝子組換えが挙げられる。例えば、上記のSambrook等,1989年、および、上記のAusubet等,1989年で説明された技術を参照。あるいは、TRAIL遺伝子産物配列をコードすることができるRNAは、例えばシンセサイザーを用いて化学合成してもよい。例えば、“Oligonucleotide Synthesis”,1984年,Gait編,IRLプレス(IRL Press),オックスフォード(Oxford)で説明された技術を参照。
様々な宿主−発現ベクター系を利用して、本発明のTRAIL遺伝子のコード配列を発現させてもよい。このような宿主−発現系は、対象のコード配列が生産され、その後精製することができる媒体を意味するが、さらに、適切なヌクレオチドコード配列で形質転換またはトランスフェクトされた場合、インサイチュで本発明のTRAIL遺伝子産物を示し得る細胞も示す。このような細胞としては、これらに限定されないが、以下が挙げられる:微生物、例えば組換えバクテリオファージのDNAで形質転換された細菌(例えば、E.coli,B.subtilis)、TRAIL遺伝子産物をコードする配列を含むプラスミドDNAまたはコスミドDNA発現ベクター;TRAIL遺伝子産物をコードする配列を含む組換え酵母発現ベクターで形質転換された酵母(例えばSaccharomyces,Pichia);TRAIL遺伝子産物をコードする配列を含む組換えウイルス発現ベクター(例えばバキュロウイルス)で感染させた昆虫細胞系;TRAIL遺伝子産物をコードする配列を含む組換えウイルス発現ベクター(例えばカリフラワーモザイクウイルス,CaMV;タバコモザイクウイルス,TMV)に感染させた植物細胞系、または、TRAIL遺伝子産物をコードする配列を含む組換えプラスミド発現ベクター(例えばTiプラスミド)で形質転換された植物細胞系;または、哺乳動物細胞のゲノム由来のプロモーター(例えばメタロチオネインプロモーター)、または、哺乳動物ウイルス由来のプロモーター(例えばアデノウイルス後期プロモーター;ワクシニアウイルス7.5Kプロモーター)を含む組換え発現コンストラクトを含む哺乳動物細胞系(例えばCOS,CHO,BHK,293,3T3)。
細菌系において、発現させようとするTRAIL遺伝子産物に関して意図された用途に応じて、多数の発現ベクターを有利に選択することができる。例えば、TRAILタンパク質の医薬組成物を製造するために、または、TRAILタンパク質に対する抗体を生じさせるために、大量のこのようなタンパク質を生産しようとする場合、例えば、容易に精製される、高レベルの融合タンパク質産物の発現を指示するベクターが望ましい。pGEXベクターはまた、融合タンパク質として、グルタチオンS−トランスフェラーゼ(GST)と共に、外来ポリペプチドを発現するのにも用いることができる。一般的に、このような融合タンパク質は可溶性であり、グルタチオン−アガロースビーズに吸着させ、続いて遊離グルタチオンの存在下で溶出させることによって、溶解させた細胞から簡単に精製することができる。pGEXベクターは、GST成分からクローニングされた標的遺伝子産物が放出されるように、トロンビンまたはファクターXaプロテアーゼ切断部位が含まれるように設計される。
昆虫系において、オートグラファ・カリフォルニカ(Autographa californica)、核多核体病ウイルス(AcNPV)が、外来遺伝子を発現させるためのベクターとして用いられる。このようなウイルスは、スポドプテラ・フルギペルタ細胞中で成長する。TRAIL遺伝子をコードする配列は、個々に、ウイルスの必須ではない領域(例えばポリヘドリン遺伝子)にクローニングし、AcNPVプロモーター(例えばポリヘドリンプロモーター)の制御下に置くことができる。TRAIL遺伝子をコードする配列のうまい挿入により、ポリヘドリン遺伝子の不活性化、および、非包埋組換えウイルス(すなわち、ポリヘドリン遺伝子によってコードされるタンパク質様のコートを欠くウイルス)の生産が起こり得る。次に、これらの組換えウイルスを用いて、スポドプテラ・フルギペルタ(Spodoptera frugiperda)細胞を感染させることができ、この細胞において、挿入された遺伝子が発現される(例えば、Smith等,1983年,J.Virol.46,584;Smith,米国特許第4,215,051号を参照)。
哺乳動物の宿主細胞において、多数のウイルスベースの発現系を利用することができる。アデノウイルスが発現ベクターとして用いられる場合、対象のTRAIL遺伝子をコードする配列を、アデノウイルス転写/翻訳制御複合体(例えば、後期プロモーターおよび3部からなるリーダー配列)にライゲーションしてもよい。次に、このキメラ遺伝子を、インビトロまたはインビボでの組換えによって、アデノウイルスゲノムに挿入することができる。ウイルスゲノムの必須ではない領域(例えば領域E1またはE3)への挿入により、生存可能であり、感染した宿主中でTRAIL遺伝子産物を発現することができる組換えウイルスが生じ得る(例えば、LoganおよびShenk,1984年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 81,3655〜3659を参照)。また、挿入されたTRAIL遺伝子産物をコードする配列の効率的な翻訳のために、特定の開始シグナルが必要であることもある。これらのシグナルは、ATG開始コドン、および、隣接する配列を含む。その上、開始コドンは、挿入物全体の翻訳を確実するために、望ましいコード配列のリーディングフレームを含むフェーズ内でなければならない。これらの外因性翻訳制御シグナル、および、開始コドンは、様々な起源のものが可能であり、天然でも合成でもよい。発現効率は、適切な転写エンハンサー要素、転写ターミネーターなどを含ませることによって高めることができる(Bittner等,1987年,Methods in Enzymol.153,516〜544を参照)。
加えて、挿入された配列の発現を調節する宿主細胞株、または、特定の望ましい様式で遺伝子産物を修飾およびプロセシングする宿主細胞株を選択することができる。このような、タンパク質産物の修飾(例えば糖付加)およびプロセシング(例えば切断)は、タンパク質の機能にとって重要な場合がある。様々な宿主細胞が、タンパク質および遺伝子産物の翻訳後プロセシングおよび修飾に関する特徴と特定のメカニズムを有する。発現された外来タンパク質の正しい修飾およびプロセシングを確実にするために、適切な細胞系または宿主系を選択することができる。この目的のために、適切な一次転写物のプロセシング、遺伝子産物の糖付加およびリン酸エステル化のための細胞機構を有する真核宿主細胞を用いることができる。このような哺乳動物宿主細胞としては、これらに限定されないが、CHO、VERO、BHK、HeLa、COS、MDCK、293、3T3、および、W138が挙げられる。
組換えタンパク質の長期の高収率生産のためには、安定な発現が好ましい。例えば、TRAIL遺伝子産物を安定して発現する細胞系を作製することができる。ウイルス複製起点を含む発現ベクターを用いるよりも、適切な発現制御要素(例えばプロモーター、エンハンサー、配列,転写ターミネーター、ポリアデニル化部位など)および選択マーカーによって制御されたDNAで宿主細胞を形質転換させてもよい。外来DNAの導入後、作製された細胞を強化培地中で1〜2日間成長させ、次に、選択培地に切り替える。組換えプラスミド中の選択マーカーは、選択に耐性を付与し、細胞は、プラスミドをそれらの染色体に安定して統合させ、成長させて、順にクローニングされ細胞系に広がることができる増殖巣を形成する。この方法は、TRAIL遺伝子産物を発現する細胞系を作製するのに有利に用いることができる。このように作製された細胞系は、特に、TRAIL遺伝子産物の内因性の活性に作用する化合物のスクリーニングおよび評価に有用であり得る。
多数の選択システムを用いることができ、このような選択システムとしては、これらに限定されないが、以下が挙げられる:単純疱疹ウイルスチミジンキナーゼ(Wigler等,1977年,Cell 11,223)、ヒポキサンチン−グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ(SzybalskaおよびSzybalski,1962年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 48,2026)、および、アデニンホスホリボシルトランスフェラーゼ(Lowy等,1980年,Cell 22,817)遺伝子は、それぞれtk−,hgprt−、または、aprt−細胞に用いることができる。また、以下の遺伝子の選択基準として、代謝拮抗物質耐性を用いることもできる:dhfr、これは、メトトレキセートに対する耐性を付与する(Wigler等,1980年,Natl.Acad.Sci.USA 77,3567;O’Hare等,1981年,Proc.Natl.Acad,Sci.USA 78,1527);gpt、これは、マイコフェノール酸に対する耐性を付与する(MulliganおよびBerg,1981年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 78,2072);neo、これは、アミノグリコシドG−418に対する耐性を付与する(Colberre−Garapin等,1981年,J.Mol.Biol.150,1);および、hygro、これは、ハイグロマイシンに対する耐性を付与する(Santerre等,1984年,Gene 30,147)。
あるいは、あらゆる融合タンパク質は、発現される融合タンパク質に特異的な抗体を利用することによって容易に精製することができる。例えば、Janknecht等によって説明されたシステムは、ヒト細胞系で発現された未変性の融合タンパク質の容易な精製を可能にする(Janknecht等,1991年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88,8972〜8976)。このシステムにおいて、対象の遺伝子は、遺伝子のオープンリーディングフレームが6個のヒスチジン残基からなるアミノ末端タグに翻訳によって融合するように、ワクシニア組換えプラスミドにサブクローニングされる。組換えワクシニアウイルスに感染させた細胞からの抽出物を、Ni2+ニトリロ酢酸−アガロースカラムにローディングし、イミダゾール含有緩衝液を用いてヒスチジンタグを有するタンパク質を選択的に溶出させる。
あるいは、異種DNAの調節因子を、安定な細胞系またはクローニングされた微生物のゲノムに挿入し、挿入された調節因子を内因性TRAIL遺伝子と操作可能に結合させることによって、細胞、細胞系、または、微生物内の内因性TRAIL遺伝子の発現の特徴を改変することができる。例えば、通常は「転写上サイレント」な内因性TRAIL遺伝子、すなわち、通常は発現されないTRAIL遺伝子、または、細胞、細胞系または微生物において極めて低いレベルでしか発現されないTRAIL遺伝子を、細胞、細胞系または微生物において通常発現される遺伝子の産物の発現を促進することができる調節因子を挿入することによって活性化してもよい。あるいは、転写上サイレントな内因性TRAIL遺伝子は、あらゆる細胞型に作用するプロミスカスな調節因子の挿入によって活性化することができる。
異種調節因子は、標的化相同組換えのような技術を用いて、安定な細胞系またはクローニングされた微生物に、内因性TRAIL遺伝子に操作可能に結合されるように挿入することができ、このような技術は、当業者周知であり、例えば、Chappelの米国特許第5,272,071号;PCT公報番号WO91/06667(1991年5月16日公開)で説明されている。
TRAIL遺伝子産物はまた、トランスジェニック動物で発現させることができる。あらゆる種の動物としては、これらに限定されないが、マウス、ラット、ウサギ、モルモット、ブタ、小型ブタ、ヤギ、ヒツジ、ならびに、非ヒト霊長類、例えばヒヒ、サルおよびチンパンジーが挙げられ、これらは、TRAILトランスジェニック動物を得るのに用いることができる。本発明で用いられる用語「トランスジェニック」は、異なる種由来のTRAIL遺伝子配列を発現する動物(例えばヒトまたはイヌのTRAIL配列を発現するマウス)、同様に、内因性(すなわち同じ種)のTRAIL配列を過剰発現するように遺伝子操作されている動物、または、内因性TRAIL遺伝子配列を発現しないように遺伝子操作されている動物(すなわち「ノックアウト」動物)、および、それらの子孫を意味する。
当業界既知のあらゆる技術を、TRAIL遺伝子の導入遺伝子を動物に導入して、トランスジェニック動物のファウンダー系を製造するのに用いることができる。このような技術としては、これらに限定されないが、以下が挙げられる:前核のマイクロインジェクション(HoppeおよびWagner,1989年,米国特許第4,873,191号);生殖細胞系へのレトロウイルス介在遺伝子トランスファー(van der Putten等,1985年,Proc.Natl.Acad.Sci.,USA 82,6148〜6152);胚幹細胞における遺伝子標的化(Thompson等,1989年,Cell 56,313〜321);胚のエレクトロポレーション(Lo,1983年,Mol.Cell.Biol.3,1803〜1814);および、***介在遺伝子トランスファー(Lavitrano等,1989年,Cell 57,717〜723)。(このような技術の総論としてはGordon,1989年,Transgenic Animals,Intl.Rev.Cytol.115,171〜229を参照)。
当業界既知のあらゆる技術が、TRAIL導入遺伝子を含むトランスジェニック動物クローンを製造するのに用いることができ、例えば、休止状態に誘導された培養胚細胞、胎児細胞または成体細胞から摘出された核の卵母細胞への核トランスファーがある(Campbell等,1996年,Nature 380,64〜66;Wilmut等,Nature 385,810〜813)。
本発明は、それら全ての細胞にTRAIL導入遺伝子が含まれるトランスジェニック動物、および、細胞の一部(ただしそれら全てではない)に導入遺伝子が含まれる動物、すなわちモザイク動物を提供する。導入遺伝子は、単一の導入遺伝子として、またはコンカテマー(例えば頭−頭タンデムまたは頭−尾タンデム)中に統合させることができる。導入遺伝子はまた、例えば、Lasko等(Lasko等,1992年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89,6232〜6236)の教示に従って、選択的に特定の細胞型に導入し、その細胞中で活性化することもできる。このような細胞型特異的な活性化に必要な調節配列は、対象の特定の細胞型によって様々であり、当業者周知である。TRAIL遺伝子の導入遺伝子が内因性TRAIL遺伝子の染色体の部位に統合されることが望ましい場合、遺伝子を標的とすることが好ましい。簡単に言えば、このような技術が利用され得る場合、染色体配列との相同組換えによって、内因性TRAIL遺伝子のヌクレオチド配列に統合させ、内因性TRAIL遺伝子のヌクレオチド配列の機能を破壊する目的のために、内因性TRAIL遺伝子と相同ないくつかのヌクレオチド配列を含むベクターが設計される。導入遺伝子はまた、特定の細胞型に、選択的に導入することができ、そうすることによって、その細胞型においてのみ内因性TRAIL遺伝子は不活性化される。このような細胞型特異的な不活性化に必要な調節配列は、対象の特定の細胞型によって様々であり、当業者周知である。
トランスジェニック動物が作製されれば、標準的な技術を利用して組換えTRAIL遺伝子の表現型発現を分析することができる。導入遺伝子の統合が生じているかどうかを分析するために動物組織を解析するための、初期のスクリーニングは、サザンブロット分析またはPCR技術によって達成することができる。また、トランスジェニック動物の組織における導入遺伝子のmRNA発現レベルは、これらに限定されないが、このような動物から得られた組織サンプルのノーザンブロット分析、インサイチュハイブリダイゼーション解析、および、RT−PCR(逆転写酵素PCR)のような技術を用いて評価することができる。また、TRAIL遺伝子を発現する組織のサンプルは、TRAIL導入遺伝子産物に特異的な抗体を用いて免疫細胞化学的に評価することができる。
TRAIL遺伝子産物またはそれらのペプチドフラグメントは、様々な用途のために製造することができる。例えば、このような遺伝子産物またはそれらのペプチドフラグメントは、診断分析における抗体の生成、または、ガンのような血管新生関連疾患の調節に関与するその他の細胞性または細胞外遺伝子産物のマッピングおよび同定に用いることができる。このようなTRAIL遺伝子産物としては、これらに限定されないが、可溶性誘導体が挙げられる、例えばTRAIL遺伝子産物、特に、それらの1またはそれ以上の疎水性ドメインが欠失するように改変されたTRAIL遺伝子産物の1またはそれ以上のドメインに相当するペプチドまたはポリペプチドである。あるいは、TRAILタンパク質に対する抗体、または、TRAIL遺伝子産物を模擬する抗イディオタイプ抗体(Fabフラグメントなど)、アンタゴニストもしくはアゴニストを、ガンのような血管新生関連疾患を治療するのに用いることができる。さらにその他のアプローチにおいて、このようなTRAIL遺伝子産物をコードするヌクレオチドコンストラクトは、インビボでこのようなTRAIL遺伝子産物を発現するように宿主細胞を遺伝子操作するのに用いることができる;これらの遺伝子操作された細胞は、TRAIL遺伝子産物、TRAILペプチドまたは可溶性TRAILポリペプチドの連続供給を行う体内の「バイオリアクター」として機能し得る。
本発明は、1またはそれ以上のTRAIL遺伝子産物エピトープ、または、保存された変異体もしくは遺伝子産物のペプチドフラグメントのエピトープを特異的に認識することができる抗体の生産方法を提供する。
このような抗体としては、これらに限定されないが、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体(mAb)、イヌの、および、イヌ化した、または、キメラ抗体、一本鎖抗体、Fabフラグメント、F(ab’)2フラグメント、Fab発現ライブラリーによって生産されたフラグメント、抗イディオタイプ(抗Id)抗体、および、上記いずれかのエピトープ結合フラグメントが挙げられる。このような抗体は、例えば、生物学的サンプルにおけるTRAIL遺伝子産物の検出において用いてもよく、それゆえに、診断または予後技術の一部として利用することができ、それによって、TRAIL遺伝子産物の異常なレベル、および/または、このような遺伝子産物の異常な形態の存在に関して被験体を試験することができる。このような抗体はまた、TRAIL遺伝子産物レベルおよび/または活性に対する試験化合物の作用を評価するために、例えば以下で述べるような化合物のスクリーニングスキームと共に利用することができる。さらに、このような抗体は、例えば、それらを被験体に導入する前に、正常な、および/または、操作されたTRAIL発現細胞を評価するために、以下で述べる遺伝子治療技術と共に用いることができる。
抗TRAIL遺伝子産物の抗体は、さらに、異常なTRAIL遺伝子産物活性を阻害する方法として用いることができる。従って、このような抗体は、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の治療法の一部として利用することができる。
TRAIL遺伝子産物に対する抗体を生産するために、様々な宿主動物は、TRAIL遺伝子産物またはそれらの部分を注入することによって免疫化することができる。このような宿主動物としては、これらに限定されないが、いくつか例を挙げると、ウサギ、マウス、およびラットが挙げられる。様々なアジュバントを、宿主種に応じて免疫反応を増加させるのに用いることができ、このようなアジュバントとしては、これらに限定されないが、フロインド(完全および不完全)、ミネラルゲル、例えば水酸化アルミニウム、界面活性物質、例えばリゾレシチン、プルロニックポリオール、ポリアニオン、ペプチド、オイルエマルジョン、キーホールリンペットヘモシニアン、ジニトロフェノール、および有用な可能性のあるヒトアジュバント、例えばBCG(カルメット−ゲラン杆菌)、および、コリネバクテリウム・パルヴム(Corynebacterium parvum)が挙げられる。
ポリクローナル抗体は、TRAIL遺伝子産物、またはそれらの抗原機能を有する誘導体のような抗原で免疫化された動物血清から得られた抗体分子の、異種集団体である。ポリクローナル抗体を生産するために、上述したような宿主動物は、上述したようなアジュバントが追加されたTRAIL遺伝子産物を注入することによって免疫化することができる。
モノクローナル抗体は、特定の抗原に対する抗体の同種の集団体であり、これらは、連続的に培養した細胞系によって抗体分子の生産を提供するあらゆる技術によって得ることができる。このような技術としては、これらに限定されないが、KohlerおよびMilsteinのハイブリドーマ技術(1975年,Nature 256,495〜497;および、米国特許第4,376,110号)、ヒトB細胞ハイブリドーマ技術(Kosbor等,1983年,Immunology Today 4,72;Cole等,1983年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 80,2026〜2030)、および、EBV−ハイブリドーマ技術(Cole等,1985年,Monoclonal Antibodies And Cancer Therapy.Alan R.Liss,Inc.,pp.77〜96)が挙げられる。このような抗体としては、あらゆる免疫グロブリンクラスに属するものが可能であり、例えばIgG、IgM、IgE、IgA、IgDおよびそれらのあらゆるサブクラスである。本発明のmAbを生産するハイブリドーマをインビトロまたはインビボで培養することができる。この方法は、インビボで高タイターのmAbが生産されるために、目下好ましい生産方法である。
加えて、イヌおよび非イヌ部分の両方を含む組換え抗体(例えば、キメラおよびヒト化モノクローナル抗体)は、標準的な組換えDNA技術を用いて作製することができ、これらは、本発明の範囲内である。キメラ抗体は、それぞれの部分が異なる動物種由来である分子であり、例えば、マウスmAb由来の可変領域と、ヒト免疫グロブリン定常領域を有するキメラ抗体がある。(例えば、Cabilly等,米国特許第4,816,567号;および、Boss等,米国特許第4,816397号を参照、これらは、参照によりその全体を本発明に加入させる)。イヌ化抗体は、非ヒト種由来の1またはそれ以上の相補鎖決定領域(CDR)、および、ヒト免疫グロブリン分子由来のフレームワーク領域を有する、非ヒト種由来の抗体分子である。(例えば、Queen,米国特許第5,585,089号を参照、これらは、参照によりその全体を本発明に加入させる)。このようなキメラおよびイヌ化モノクローナル抗体は、当業界既知の組換えDNA技術によって、例えば以下で説明された方法を用いて生産することができる:PCT公報番号WO87/02671;欧州特許出願第184,187号;欧州特許出願第171,496号;欧州特許出願第173,494号;PCT公報番号WO86/01533;米国特許第4,816,567号;欧州特許出願第125,023号;Belter等(1988年)Science 240:1041〜1043;Liu等(1987年)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84:3439〜3443;Liu等(1987年)J.Immunol.139:3521〜3526;Sun等(1987年)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84:214〜218;Nishimura等(1987年)Cane.Res.47:999〜1005;Wood等(1985年)Nature 314:446〜449;および、Shaw等(1988年)J.Natl.Cancer Inst.80:1553〜1559);Morrison (1985年)Science 229:1202〜1207;Oi等(1986年)Bio/Techniques 4:214;U.S.Patent 5,225,539;Jones等(1986年)Nature 321:552〜525;Verhoeyan等(1988年)Science 239:1534;および、Beidler等(1988年)J.Immu
nol.141:4053〜4060。
ヒト患者の治療的処置には、完全ヒト抗体が特に望ましい。このような抗体は、例えば、内因性免疫グロブリン重鎖および軽鎖遺伝子を発現することができないが、ヒト重鎖および軽鎖遺伝子を発現することができるトランスジェニックマウスを用いて生産することができる。トランスジェニックマウスは、選択された抗原(例えば、本発明のポリペプチドの全部または一部)で、正常な様式で免疫化される。抗原に対して向けられたモノクローナル抗体は、従来のハイブリドーマ技術を用いて得ることができる。トランスジェニックマウスに含まれるヒト免疫グロブリンの導入遺伝子は、B細胞分化中に再編成され、その後クラススイッチと体細胞変異を受ける。従って、このような技術を用いて、治療上有用なIgG、IgAおよびIgE抗体を生産することが可能である。このヒト抗体生産技術の総論としては、LonbergおよびHuszarを参照(1995年,Int.Rev.Immunol.13:65〜93)。このヒト抗体およびヒトモノクローナル抗体生産技術、および、このような抗体を生産するためのプロトコールの詳細な考察については、例えば、米国特許第5,625,126号;米国特許第5,633,425号;米国特許第5,569,825号;米国特許第5,661,016号;および、米国特許第5,545,806号を参照。加えて、アブジェニックス社(Abgenix,Inc.,フレモント,カリフォルニア州)のような会社は、上述の技術に類似した技術を用いて、選択された抗原に対して向けられたヒト抗体を提供することを受け付けている。
選択されたエピトープを認識する完全ヒト抗体は、「ガイド選択」という技術を用いて生成することができる。このアプローチにおいて、選択された非ヒトモノクローナル抗体(例えばマウス抗体)は、同じエピトープを認識する完全ヒト抗体の選択をガイドするのに用いられる。(Jespers等(1994年)Bio/technology 12:899〜903)。
あるいは、一本鎖抗体の生産について説明された技術(米国特許第4,946,778号;Bird,1988年,Science 242,423〜426;Huston等,1988年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85,5879〜5883;および、Ward等,1989年,Nature 334,544〜546)を、TRAIL遺伝子産物に対する一本鎖抗体を生産するように適合させることができる。一本鎖抗体は、アミノ酸架橋を介してFv領域の重鎖と軽鎖フラグメントとを連結させ、一本鎖ポリペプチドを生じさせることによって形成される。
特異的エピトープを認識する抗体フラグメントは、既知の技術で生成することができる。例えば、このようなフラグメントとしては、これらに限定されないが、抗体分子をペプシン消化することによって生産することができるF(ab’)2フラグメント、および、F(ab’)2フラグメントのジスルフィド架橋を還元することによって生成させることができるFabフラグメントが挙げられる。あるいは、Fab発現ライブラリーは、望ましい特異性を有するモノクローナルFabフラグメントの迅速で簡単な同定が可能なように構築してもよい(Huse等,1989年,Science,246,1275〜1281)。
本発明において、TRAIL遺伝子配列、ペプチドフラグメントなどのTRAIL遺伝子産物、および、それらの融合タンパク質の様々な用途、および、TRAIL遺伝子産物およびそれらのペプチドフラグメントに対して向けられた抗体の様々な用途が説明される。このような用途としては、例えば、血管新生関連疾患(例えばガン)の予後および診断評価、および、本発明で説明するような疾患の素因を有する被験体の同定が挙げられる。加えて、このような用途としては、以下で述べるようなTRAIL遺伝子の発現および/またはTRAIL遺伝子産物の合成または活性を調節する化合物の同定方法、および、以下で述べるようなアポトーシス関連疾患(例えばガン)の治療方法が挙げられる。
加えて、TRAIL遺伝子配列および遺伝子産物としては、ペプチドフラグメント、および、それらの融合タンパク質、ならびに、TRAIL遺伝子産物に対して向けられた抗体、および、それらのペプチドフラグメントが挙げられ、これらは、アポトーシス関連疾患およびプロセスにおいてTRAILが持つ可能性のある役割から独立した目的で用途を有する。例えば、ペプチドフラグメントなどのTRAIL遺伝子産物、同様に、TRAIL特異的抗体は、融合タンパク質の構築のために、その他の対象タンパク質の回収、検出または局在化を促進するのに用いることができる。加えて、TRAIL遺伝子および遺伝子産物は、遺伝子マッピング、すなわち遺伝子地図を洗練するのに用いることができる。例えば、TRAILに特異的な抗体を、ヒト染色体またはヒト染色体の部分を含む体細胞ハイブリッドにおいてヒトTRAILの発現を検出するためのプローブとして用いることができる。このようなTRAIL特異的抗体は、TRAILの染色体領域を含む細胞を同定するのに用いることができる。この方法は、例えば、対象の遺伝子または特色を染色体のこの領域に位置決定するのに用いることができる。
TRAIL遺伝子配列および遺伝子産物は、染色体地図をマッピングし洗練するのに用いることができる。TRAIL配列は、様々なアポトーシス関連疾患(これらに限定されないが、ガンなど)に関連する染色体のインターバルをさらに洗練するための、新しい遺伝子マーカーを開発するのに用いることができる。熟練した技術者には明白と思われるが、病気に関連する遺伝子のインターバル内の核酸配列を、新しいマーカー(例えばマイクロサテライト)についてスキャンすることができる。マイクロサテライトは、単純反復配列(SSR)としても知られており、1〜5個のヌクレオチドのジ−、トリ−、または、テトラヌクレオチドリピートからなる超可変タンデム配列リピートである。このようなマイクロサテライトは、ヒトゲノムわたって遍在的に分布しており、リピート長さにおいて高度に可変性であり、高い多型性である傾向があるため、連鎖の研究のための優れた遺伝子マーカーとなる。比較的一般的なマイクロサテライト(例えば(CA)nジヌクレオチドリピート)は、約300〜500kb毎に生じる。マイクロサテライトリピートに加えて、上記領域を、他のタイプの洗練されたマッピングに有用な多型性の部位についてスキャンすることができ、このような部位としては、例えばミニサテライト(9〜64個のヌクレオチドリピート)、制限酵素断片長多型(RFLP)、および、単一ヌクレオチド多型があり、これらは、それほど高い頻度では生じない。新しい配列で多型性の部位が同定されたら、多型性の部位の端にあるPCRプライマーを合成し、マイクロサテライト、またはその他の多型性の部位を増幅するのに用いることができる。次に、リピートの長さを、ポリアクリルアミド配列解析ゲルでPCR産物を解析することによって決定することができる。次に、リピートの頻度と可変性を決定するために、ヒト集団からのゲノムDNAを単純配列長多型(SSLP)について分析することができる。高品質のSSLPが見出されたら、ガンのような血管新生関連疾患が新しいマーカーに連鎖しているかどうかを決定するために、影響を受けた集団について連鎖解析を行うことができる。サザンブロットハイブリダイゼーションおよびリガーゼ連鎖反応(LCR)のようなその他の技術が、PCRベースの方法に加えて、または、それと共に、ゲノム集団における多型を分析するために用いることができる(Current Protocols in Human Genetics,Dracopoli等(編)ジョン・ワイリー&サンズ社,1998年を参照)。
他の実施形態において、TRAIL遺伝子、タンパク質またはそれらのフラグメントもしくはドメインは、融合タンパク質の構築に用いることができる。最終的に、TRAIL核酸および遺伝子産物は、食品添加剤または化粧品用の核酸、タンパク質およびアミノ酸の追加の源のような一般的な用途を有する。
本発明において同定されたcDNA配列(および対応する完全な遺伝子配列)の部分またはフラグメントは、多数の方法において、ポリヌクレオチド試薬として用いることができる。例えば、これらの配列を、以下に用いることができる:(i)TRAIL遺伝子特異的な突然変異または多型をスクリーニングすること、(ii)それら個々の遺伝子を染色体上にマッピングし、それによって、遺伝病に関連する遺伝子領域の位置を決定すること;(iii)微小な生物学的サンプルから個々の生物を同定すること(組織タイピング);および、(iv)生物学的サンプルの法医学的な同定を補助すること。これらの用途は、下記の小区分で説明する。
様々な方法を、TRAIL遺伝子特異的な突然変異または多型(TRAIL遺伝子の端にある多型などであり、例えば、特定のTRAIL対立遺伝子と共に共分離している多型)の存在をスクリーニングすること、および、TRAIL核酸配列のレベルを検出および/または分析することに用いることができる。
TRAIL遺伝子内の、またはそれに隣接する突然変異または多型は、多数の技術を利用することによって検出することができる。あらゆる有核細胞、または、対象のTRAIL遺伝子を発現するあらゆる細胞からの核酸を、このような分析技術の開始点として用いることができ、当業者周知の標準的な核酸製造手順に従って単離してもよい。
TRAIL核酸配列を生物学的サンプルのハイブリダイゼーションまたは増幅分析で用いて、点突然変異、挿入、欠失、逆位、転座および染色体再編成などのTRAIL遺伝子構造に関する異常を検出ることができる。このような分析としては、これらに限定されないが、サザン解析、一本鎖高次構造多型解析(SSCP)、および、PCR解析が挙げられる。
TRAIL遺伝子特異的な突然変異または多型を検出するための診断方法は、例えば、サンプルから得られた核酸、例えば、患者のサンプルまたはその他の適切な細胞源由来の核酸を、1またはそれ以上の標識された核酸試薬(上述したような組換えDNA分子、クローニングされた遺伝子またはそれらのディジェネレート変異体など)とこれらの試薬がTRAIL遺伝子内またはそれに隣接するそれらの相補配列に特異的にアニールするのに好ましい条件下で接触させ、インキュベートすることを含み得る。本発明の診断方法は、TRAIL遺伝子の単一ヌクレオチド突然変異または多型を検出するために、核酸を接触させ、インキュベートすることをさらに包含する。好ましくは、これらのTRAIL遺伝子内の核酸試薬配列、または、TRAIL遺伝子に隣接する染色体ヌクレオチド配列の長さは、15〜30個のヌクレオチド長である。
インキュベート後、全てのアニールしていない核酸を核酸から除去する:TRAIL分子がハイブリッドする。次に、ハイブリダイズしている核酸の存在が、このようなあらゆる分子が存在する場合、検出される。このような検出スキームを用いて、対象の細胞型または組織からの核酸は、例えば、メンブレンまたはプラスチック表面(例えばマイクロタイタープレートまたはポリスチレンビーズ上のプラスチック表面)のような固体支持体に固定させることができる。この場合、インキュベート後、上述のタイプのアニールしていない標識された核酸試薬は、簡単に除去される。残存するアニールした標識されたTRAIL核酸試薬の検出は、当業者周知の標準的な技術を用いて達成される。TRAIL遺伝子の突然変異が存在するかどうかを決定するために、核酸試薬がアニールしたTRAIL遺伝子配列を、正常なTRAIL遺伝子配列から予測されたアニールパターンと比較することができる。
好ましい実施形態において、TRAIL突然変異または多型は、基質または「ジーンチップ」に固定されたマイクロアッセイTRAIL核酸配列を用いて検出することができる(例えば、Cronin等,1996年,Human Mutation 7:244〜255を参照)。
患者のサンプルまたはその他の適切な細胞源においてTRAIL遺伝子特異的核酸分子(またはTRAIL隣接配列)を検出するその代わりの診断方法は、それらの増幅を含んでもよく、例えば、PCR(Mullis,1987年,米国特許第4,683,202号に記載の実験の実施形態)、それに続き、上述したような当業者周知の技術を用いて増幅した分子の解析によってなされる。病気を引き起こすTRAIL対立遺伝子を含む連鎖不均衡においてTRAIL遺伝子の突然変異または多型が存在するかどうかを決定するために、得られた増幅配列を、増幅された核酸がTRAIL遺伝子の正常なコピーのみを含むと予測される配列と比較することができる。
加えて、周知の遺伝子型解析技術を行って、TRAIL遺伝子の突然変異を有する個々の生物を同定することができる。このような技術としては、例えば、用いられる特異的な制限酵素の認識部位のいずれか1つにおいて配列変異を含む制限酵素断片長多型(RFLP)の使用が挙げられる。
さらに、TRAIL遺伝子特異的な突然変異の同定に利用することができるDNA多型を解析する改良方法が説明されており、これは、制限酵素部位間で縦列に反復した様々な数の短いDNA配列の存在を利用している。例えば、Weber(米国特許第5,075,217号)は、(dC−dA)n−(dG−dT)nの短いタンデムリピートのブロックにおける長さの多型に基づくDNAマーカーを説明している。(dC−dA)n−(dG−dT)nブロックの平均距離は、30,000〜60,000bpと推定される。このように間隔が近接したマーカーは、高い頻度の共遺伝を示し、例えばTRAIL遺伝子内の突然変異のような遺伝子の突然変異の同定、および、TRAIL突然変異に関連する病気や疾患の診断に極めて有用である。
また、Caskey等(米国特許第5,364,759号)は、短いトリおよびテトラヌクレオチドリピート配列を検出するためのDNAプロファイリング分析を説明している。このプロセスは、TRAIL遺伝子のような対象のDNAを抽出すること、抽出物されたDNAを増幅すること、および、リピート配列を標識して、個々の生物のDNAの遺伝子型地図を形成することを含む。
当業界周知のその他の方法を、単一ヌクレオチド多型(SNP)を同定するのに用いることができ、このような単一ヌクレオチド多型としては、二対立遺伝子SNP、または、2つの対立遺伝子を有する二対立遺伝子マーカーが挙げられ、いずれも集団中で極めて高い頻度で存在する。SNPを検出するための従来技術としては、例えば、従来のドットブロット分析、SSCP解析が挙げられる(例えば、Orita等,1989年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:2766〜2770を参照)、変性濃度勾配ゲル電気泳動(DGGE)、ヘテロ二本鎖解析、ミスマッチ切断検出、およびその他の慣例的な当業界周知の技術(例えば、Sheffield等,1989年,Proc.Natl.Acad.Sci.86:5855〜5892;Grompe,1993年,Nature Genetics 5:111〜117を参照)。その代わりの、SNPを検出しマッピングする好ましい方法は、マイクロシークエンス技術を含み、この場合、標的DNAにおけるSNP部位は、シングルヌクレオチドプライマー伸長反応によって検出される(例えば、Goelet等,PCT公報番号WO92/15712;Mundy,米国特許第4,656,127号;VaryおよびDiamond,米国特許第4,851,331号;Cohen等,PCT公報番号WO91/02087;Chee等,PCT公報番号WO95/11995;Landegren等,1988年,Science 241:1077〜1080;Nicerson等,1990年,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.87:8923〜8927;Pastinen等,1997年,Genome Res.7:606〜614;Pastinen等,1996年,Clin.Chem.42:1391〜1397;Jalanko等,1992年,Clin.Chem.38:39〜43;Shumaker等,1996年,Hum.Mutation 7:346〜354;Caskey等,PCT公報番号WO95/00669を参照)。
また、TRAIL遺伝子発現のレベルを分析することもできる。例えば、TRAIL遺伝子を発現することがわかっている、または、その疑いのある細胞型または脾臓のような組織からのRNAを単離し、上述のようなハイブリダイゼーションまたはPCR技術を利用して試験することができる。単離された細胞は、細胞培養物または被験体から得ることができる。培養物から採取した細胞の解析は、細胞の評価において、細胞ベースの遺伝子治療技術の一部として用いられる、またあるいは、TRAIL遺伝子の発現への化合物の作用を試験するために必要な工程であり得る。このような解析により、TRAIL遺伝子発現の活性化または不活性化などのTRAIL遺伝子の発現パターンの定量的および定性的な形態のいずれも明らかにすることができる。
このような検出スキームの一実施形態において、cDNA分子は、対象のRNA分子から合成される(例えば、RNA分子からcDNAへの逆転写によって)。次に、cDNA内の配列は、PCR増幅反応のような核酸増幅反応等のためのテンプレートとして用いられる。この方法の逆転写および核酸増幅工程において合成開始試薬(例えばプライマー)として用いられる核酸試薬は、上述のTRAIL遺伝子の核酸試薬の中から選択される。このような核酸試薬の好ましい長さは、少なくとも9〜30個のヌクレオチドである。増幅産物の検出のために、放射標識した、または放射標識してないヌクレオチドを用いて核酸増幅を行ってもよい。あるいは、標準的なエチジウムブロマイド染色によって、または、あらゆるその他の適切な核酸染色方法を利用することによって産物が可視化されるように、十分量の増幅産物を作製してもよい。
加えて、核酸の精製が必要ないように、インサイチュで、すなわち生検または切除術から得られた被験体の組織の組織断片(固定および/または凍結された)で直接的に、このようなTRAIL遺伝子発現分析を行うことが、可能である。上述のような核酸試薬を、このようなインサイチュの手順のためのプローブおよび/またはプライマーとして用いることができる(例えば、Nuovo,GJ.,1992年,“PCR In Situ Hybridization:Protocols And Applications”,Raven Press,NYを参照)。
あるいは、十分な量の適切な細胞が得られる場合、TRAIL遺伝子のmRNA発現レベルを決定するために、標準的なノーザン解析を行うことができる。
遺伝子の配列(または配列の一部)が単離されたら、この配列は、染色体上の遺伝子の位置をマッピングするのに用いることができる。従って、本発明で説明される核酸分子、または、それらのフラグメントは、染色体上の対応する遺伝子の位置をマッピングするのに用いることができる。配列の染色体へのマッピングは、これらの配列と病気に関連する遺伝子との相互関係を示すことにおいて重要な第一工程である。
簡単に言えば、本発明の遺伝子の配列からPCRプライマー(好ましくは15〜25bpの長さ)を製造することによって、遺伝子を染色体にマッピングすることができる。本発明の遺伝子の配列のコンピューター解析は、ゲノムDNA中の1個超のエキソンを含まないプライマーを迅速に選択するのに用いることができ、それにより、増幅プロセスを簡単にすることができる。次に、これらのプライマーは、個々のヒト染色体を含む体細胞ハイブリッドをPCRスクリーニングするのに用いられることができる。上記遺伝子配列に対応するヒト遺伝子を含むハイブリッドのみが、増幅したフラグメントを生産し得る。この技術の総論としては、D’Eustachio等,1983年,Science,220:919〜924を参照。
体細胞ハイブリッドのPCRマッピングは、特定の配列を特定の染色体に割り当てるための迅速な手順である。1つのサーマルサイクラーを用いて、1日あたり3またはそれ以上の配列を割り当てることができる。オリゴヌクレオチドプライマーを設計するために本発明の核酸配列を用いて、サブローカライゼーションは、特定の染色体からのフラグメントのパネルを用いて達成することができる。遺伝子をその染色体にマッピングするのに同様に用いらることができるその他のマッピング方法はとしては、インサイチュハイブリダイゼーション(Fan等,1990年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:6223〜27に記載されている)、標識されたフローソーティングした染色体を用いたプレスクリーニング(Popp S等,1993年,Hum Genet.,92(6):527〜32)、および、染色体特異的cDNAライブラリーへのハイブリダイゼーションによるプレ選択が挙げられる。DNA配列の***中期の染色体分布への蛍光インサイチュハイブリダイゼーション(FISH)をさらに用いて、1つの工程で正確な染色***置を得ることができる。(この技術の総論としては、Verma等,Human Chromosomes:A Manual of Basic Techniques,Pergamon Press,ニューヨーク,1988年を参照)。
染色体マッピングのための試薬は、1つの染色体またはその染色体上の1つの部位を特徴付けるのに個々に用いることができ、または、試薬のパネルは、複数の部位および/または複数の染色体を特徴付けるのに用いることができる。実際に、上記遺伝子の非コード領域に対応する試薬は、マッピング目的に好ましい。コード配列は、遺伝子ファミリー内で保存される可能性がより高いため、染色体マッピングの際にクロスハイブリダイゼーションが起こる見込みが高くなる。
配列が正確な染色***置にマッピングされたら、染色体上の配列の物理的な位置により、遺伝子地図データとの相互関係を示すことができる。(このようなデータは、例えば、V.McKusick,Mendelian Inheritance in Manで見出され、これは、ジョン・ホプキンス大学のウェルチ・メディカル・ライブラリー(Johns Hopkins University Welch Medical Library)を通じてオンラインで利用可能である)。次に、同じ染色体領域にマッピングされた遺伝子と病気との関係は、連鎖解析で同定することができ(物理的に隣接した遺伝子の共遺伝)、例えば、Egeland等,1987年,Nature 325:783〜787で説明されている。
その上、本発明の遺伝子に関連する病気の影響を受けた、および、影響を受けていない個々の生物間のDNA配列における差を決定することができる。突然変異が、影響を受けた個々の生物の一部または全部で観察されるが、あらゆる 影響を受けていない個々の生物では全く観察されない場合、その突然変異は、特定の病気の原因となる因子である可能性が高い。一般的に、影響を受けた、および、影響を受けていない個々の生物の比較は、まず、欠失または転座のような染色体中の構造的な改変を探索することを含み、これらは、染色体分布から明らかであるか、または、そのDNA配列に基づくPCRを用いて検出可能である。最終的に、数個の個々の生物からの遺伝子の完全な配列解析を行い、突然変異の存在を確認し、多型からの突然変異と区別することができる。
本発明の核酸配列はまた、微小な生物学的サンプルから個々の生物を同定するのに用いることができる。例えば、米国軍は、その兵士の同定に制限酵素断片長多型(RFLP)を使用することを考慮している。この技術において、個々の生物のゲノムDNAを1またはそれ以上の制限酵素で消化し、同定に特有のバンドが生じるようにサザンブロットで調査する。この方法は、無くしたり、差し替えられたり、または、盗まれたりする可能性があり確かな同定を困難にする現行の「認識票(Dog Tag)」の制限を受けない。本発明の配列は、RFLPの追加のDNAマーカーとして有用である(米国特許第5,272,057号で説明されている)。
その上、本発明の配列は、個々の生物のゲノムの選択された部分の実際の塩基ごとのDNA配列を決定するための代替の技術を提供するのに用いることができる。従って、本発明で説明される核酸配列は、配列の5’および3’末端から2つのPCRプライマーを製造するのに用いることができる。これらのプライマーは、個々の生物のDNAを増幅し、続いてそれを配列解析するのに用いることができる。
各個々の生物は、このようなDNA配列の対立遺伝子の差による固有の群を有し得るため、この方法で製造された個々の生物からの対応するDNA配列のパネルは、固有の個々の同定を提供することができる。本発明の配列は、このような個々の生物および組織からの同定配列を得るのに用いることができる。本発明の核酸配列は、ヒトゲノムの部分を独特に示す。対立遺伝子変異は、これらの配列のコード領域にある程度存在し、より高い頻度で非コード領域に存在する。個々のヒト間の対立遺伝子変異は、500塩基ごとに約1回の頻度で存在すると推定される。本発明で説明される各配列は、ある程度、標準として用いることができ、このような標準に対して、個々の生物からのDNAを同定目的で比較することができる。非コード領域にはより多数の多型が存在するため、個体を識別するのに必要な配列はより少ない。
本発明で説明される核酸配列からの試薬のパネルが、個体の固有の同定データベースを作製するのに用いられる場合、これと同じ試薬が、その後にその個体からの組織を同定するのに用いることができる。固有の同定データベースを用いて、個々の生物の確実な同定が、その生物が生存していても、死亡していても、極めて小さい組織サンプルから作製することができる。
DNAに基づく同定技術はまた、法医学的な生物学で用いることができる。法医学的な生物学とは、例えば犯罪の加害者を確実に同定するための手段としての、犯罪現場で発見された生物学的証拠の遺伝子型決定を用いる科学分野である。このような同定をなすために、PCR技術は、犯罪現場で発見される組織(例えば毛髪もしくは皮膚)または体液(例えば血液、唾液もしくは***)のような極めて少ない生物学的サンプルから得られたDNA配列を増幅するのに用いることができる。次に、増幅した配列は、標準と比較することができ、それによって、生物学的サンプルの源の同定が可能になる。
本発明の配列は、ポリヌクレオチド試薬、例えばヒトゲノムにおける特異的な遺伝子座を標的とするPCRプライマーを提供するのに用いることができ、これは、例えばその他の「同定マーカー」(すなわち特定の個々の生物に固有のその他のDNA配列)を提供することによってDNAに基づく法医学的な同定の信頼度を高めることができる。上述したように、実際の塩基配列情報は、制限酵素により生じたフラグメントによって形成されたパターンの正確な選択肢として同定に用いることができる。非コード領域を標的とする配列が、この用途に特に適しているが、これは、非コード領域にはより多数の多型が存在するため、この技術を用いて個々の生物を識別することをより簡単にすることができるためである。ポリヌクレオチド試薬の例としては、本発明の核酸配列またはそれらの部分、例えば長さが少なくとも20または30塩基の非コード領域由来のフラグメントが挙げられる。
本発明で説明される核酸配列はさらに、ポリヌクレオチド試薬、例えば、標識された、または、標識可能なプローブを提供するのに用いることができ、このようなプローブは、例えばインサイチュハイブリダイゼーション技術で用いて、特異的な組織(例えば肝臓組織)を同定することができる。これは、源が未知の組織が法医学の病理学者に提供される場合に、極めて有用であり得る。このようなプローブのパネルは、種および/または臓器のタイプによって組織を同定するのに用いることができる。
また、上述の障害のない、または、突然変異TRAIL遺伝子産物または保存された変異体、または、それらのペプチドフラグメントに対して向けられた抗体は、本発明で説明するような血管新生関連疾患(例えばガン)の診断および予後として用いることができる。このような方法は、TRAIL遺伝子産物合成または発現のレベルにおける異常、または、TRAIL遺伝子産物の構造、一時的な発現および/または物理的な位置における異常を検出するのに用いることができる。以下で述べる抗体および免疫分析方法は、例えば、TRAIL遺伝子産物の精製、および、血管新生関連疾患(例えばガン)の治療の有効性の評価において、重要なインビトロでの用途を有する。以下で述べるような抗体または抗体フラグメントは、可能性のある治療化合物をインビトロでスクリーニングするのに用いることができ、TRAIL遺伝子発現およびTRAILペプチド生産に対するそれらの作用を決定することができる。血管新生関連疾患(例えばガン)に有用な作用を有する化合物を同定し、治療上有効な用量を決定することができる。
インビトロでの免疫分析はまた、例えば、血管新生関連疾患(例えばガン)のための細胞ベースの遺伝子治療の有効性を評価するのにも用いることができる。TRAILペプチドに対して向けられた抗体は、インビトロで、例えば、TRAILペプチドを生産するように遺伝子操作された細胞で達成されたTRAIL遺伝子発現のレベルを決定するのに用いることができる。細胞内TRAIL遺伝子産物の場合、このような評価は、好ましくは細胞溶解産物または抽出物を用いて行われる。このような解析は、インビボでの治療有効性、同様に、遺伝子置換プロトコールの最適化を達成するのに必要な、形質転換された細胞の数を決定することを可能にする。
一般的に、分析しようとする組織または細胞型としては、TRAIL遺伝子を発現することがわかっている、または、その疑いのあるものが挙げられる。本発明で用いられるタンパク質単離方法、例えば、HarlowおよびLane(1988年,“Antibodies:A Laboratory Manual”,コールドスプリングハーバーラボラトリープレス,コールドスプリングハーバー,ニューヨーク)で説明されているものがある。単離された細胞は、細胞培養物または被験体から得ることができる。培養物から得られた細胞の解析は、細胞の評価において、細胞ベースの遺伝子治療技術の一部として用いられる、またあるいは、TRAIL遺伝子の発現への化合物の作用を試験するために必要な工程であり得る。
TRAIL遺伝子産物もしくは保存された変異体またはそれらのペプチドフラグメントの検出のための好ましい診断方法は、例えば免疫分析を含んでもよく、この場合、TRAIL遺伝子産物または保存された変異体またはペプチドフラグメントは、それらと、抗TRAIL遺伝子産物特異的抗体との相互作用によって検出される。
例えば、本発明において有用な上述のような抗体または抗体フラグメントは、TRAIL遺伝子産物もしくは保存された変異体またはそれらのペプチドフラグメントの存在を定量的または定性的に検出するのに用いることができる。これは、例えば、蛍光標識された抗体(この章の以下を参照)を用いる免疫蛍光技術を、光学顕微鏡、フローサイトメトリーまたは蛍光による検出と合わせて用いることによって達成することができる。細胞表面に発現されるTRAIL遺伝子産物には、このような技術が特に好ましい。
さらに、本発明において有用な抗体(またはそれらのフラグメント)は、組織学的に、インサイチュでのTRAIL遺伝子産物もしくは保存された変異体またはそれらのペプチドフラグメントの検出のために、例えば免疫蛍光または免疫電子顕微鏡法において用いることができる。インサイチュでの検出は、組織標本を被験体より採取し、それに本発明の標識された抗体を適用することによって達成してもよい。抗体(またはフラグメント)は、好ましくは、標識された抗体(またはフラグメント)を生物学的サンプルに置くことによって適用される。このような手順の使用を通じて、TRAIL遺伝子産物もしくは保存された変異体またはペプチドフラグメントの存在だけでなく、その試験された組織における分布を決定することが、可能である。本発明を用いて、当業者であれば、容易に理解できるが、このようなインサイチュでの検出を達成するために、あらゆる多種多様な組織学的方法(例えば染色手順)を改変することができる。
TRAIL遺伝子産物もしくは保存された変異体またはそれらのペプチドフラグメントの免疫分析は、一般的には、生体液、組織抽出物、新しく回収した細胞、または、細胞の溶解産物のようなサンプル(これらは、TRAIL遺伝子産物もしくは保存された変異体またはそれらのペプチドフラグメントを同定することができる検出可能に標識された抗体の存在下で細胞培養物中でインキュベートされている)をインキュベートすること、および、当業界周知の多数のあらゆる技術によって結合した抗体を検出することを含み得る。
生物学的サンプルは、細胞、細胞粒子または可溶性タンパク質を固定できるニトロセルロース、またはその他の固体支持体のような固相支持体またはキャリアーと接触させ、固定させることができる。次に、支持体は、適切な緩衝液で洗浄し、続いて検出可能に標識されたTRAIL遺伝子特異的抗体で処理することができる。次に、固相支持体は、緩衝液で2回洗浄し、未結合の抗体を除去することができる。次に、固体支持体上の結合した標識の量を、従来の手段で検出することができる。
「固相支持体またはキャリアー」は、抗原または抗体を結合させることができるあらゆる支持体を意味するものとする。周知の支持体またはキャリアーとしては、ガラス、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、デキストラン、ナイロン、アミラーゼ、天然および修飾されたセルロース、ポリアクリルアミド、斑れい岩および磁鉄鉱が挙げられる。キャリアーの性質は、本発明の目的において、ある程度可溶性であるか、または、不溶性のいずれかが可能である。支持体の材料は、実質的には、カップリングされた分子が、抗原または抗体に結合にできる限り、考えられるあらゆる構造を有し得る。従って、支持体の構造は、球状(例えばビーズ中)、または、円筒状(例えば試験管の内表面、または、ロッドの外表面)が可能である。あるいは、その表面は、平坦であってもよく、例えばシート、試験ストリップなどである。好ましい支持体としては、ポリスチレンビーズが挙げられる。当業者であれば、抗体または抗原を結合させるための多くのその他の適切なキャリアーが既知であり、または、慣例的な実験の使用によって上記のことを確認することができると考えられる。
抗TRAIL遺伝子産物の抗体の所定のロットの結合活性は、周知の方法に従って決定することができる。当業者であれば、慣例的な実験を用いることによるそれぞれの決定に対して、稼動する最適な分析条件を決定できると考えられる。
TRAIL遺伝子のペプチドの特異的抗体を検出可能に標識する方法の一つは、上記抗体を酵素に結合させ、酵素免疫分析(EIA)で使用することである(Voller,A.,The Enzyme Linked tmmunosorbent Assay(ELISA)”,1978年,Diagnostic Horizons 2,1〜7,Microbiological Associates Quarterly Publication,Walkersville,MD);Voller,A.等,1978年,J.Clin.Pathol.31,507〜520;Butler,J.E.,1981年,Meth.Enzymol.73,482〜523;Maggio,E.(編),1980年,Enzyme Immunoassay,CRC Press,Boca Raton,FL,;Ishikawa,E.等(編),1981年,Enzyme Immunoassay,科学書院(Kgaku Shoin),東京)。抗体に結合する酵素は、このような方法において、例えば分光光度法、蛍光法または視覚的手段によって検出することができる化学成分が生産されるように、適切な基質、好ましくはクロモジェニック基質と反応し得る。抗体を検出可能に標識するのに用いることができる酵素としては、これらに限定されないが、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、ブドウ球菌のヌクレアーゼ、デルタ−5−ステロイドイソメラーゼ、酵母アルコールデヒドロゲナーゼ、β−グリセロホスフェート、デヒドロゲナーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、ホースラディッシュペルオキシダーゼ、アルカリホスファターゼ、アスパラギナーゼ、グルコースオキシダーゼ,−ガラクトシダーゼ、リボヌクレアーゼ、ウレアーゼ、カタラーゼ、グルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ、グルコアミラーゼ、および、アセチルコリンエステラーゼが挙げられる。検出は、酵素に対してクロモジェニック基質を用いる比色分析方法によって達成することができる。検出はまた、同様に製造された標準との比較において、基質の酵素反応の程度を視覚的に比較することによって達成することができる。
検出はまた、様々な他の免疫分析のいずれかを用いて達成することができる。例えば、抗体または抗体フラグメントを放射標識することによって、放射免疫分析(RIA)の使用によってTRAIL遺伝子のペプチドを検出することが可能である(例えば、Weintraub,B.,Principles of Radioimmunoassays,Seventh Training Course on Radioligand Assay Techniques,The Endocrine Society,1986年3月を参照)。放射性同位体は、ガンマカウンターまたはシンチレーションカウンターの使用のような手段、または、オートラジオグラフィによって検出することができる。
蛍光化合物で抗体を標識することも可能である。蛍光標識された抗体が適切な波長の光に晒されると、蛍光によりその存在を検出することができる。最も一般的に用いられる蛍光標識化合物のなかでも、フルオレセインイソチオシアネート、ローダミン、フィコエリトリン、フィコシアニン、アロフィコシアニン、o−フタルアルデヒド(phthaldehyde)およびフルオレサミンが挙げられる。
抗体はまた、蛍光放出金属を用いて検出可能に標識することができ、このような金属としては、例えば152Eu、または、ランタニド系のその他の金属が挙げられる。これらの金属は、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)またはエチレンジアミン四酢酸(EDTA)のような金属キレート基を用いて抗体に結合させることができる。
抗体はまた、抗体を化学発光化合物にカップリングさせることによって、検出可能に標識することができる。次に、化学発光タグを有する抗体の存在は、化学反応の最中に発生した発光の存在を検出することによって決定される。特に有用な化学発光標識した化合物の例は、ルミノール、イソルミノール、テロマティック(theromatic)アクリジニウムエステル、イミダゾール、アクリジニウム塩およびシュウ酸エステルである。
同様に、生物発光化合物を、本発明の抗体を標識するのに用いることができる。生物発光は、生物系で見出される化学発光のタイプであり、この場合、触媒タンパク質が化学発光反応の効率を高める。生物発光タンパク質の存在は、発光の存在を検出することによって決定される。標識目的で重要な生物発光化合物は、ルシフェリン、ルシフェラーゼ、および、エクオリンである。
以下の分析は、TRAIL遺伝子産物、TRAIL遺伝子産物と相互作用するタンパク質(例えば細胞内タンパク質)またはタンパク質部分に結合する化合物、TRAIL遺伝子産物と細胞内タンパク質との相互作用に干渉する化合物、および、TRAIL遺伝子の活性を調節する(すなわち、TRAIL遺伝子発現のレベルを調節する、および/または、TRAIL遺伝子産物活性のレベルを調節する)化合物が同定されるように設計されている。分析はさらに、TRAIL遺伝子調節配列(例えばプロモーター配列;例えば、Platt,1994年,J.Biol.Chem.269,28558〜28562を参照)に結合する化合物、および、TRAIL遺伝子発現のレベルを調節できる化合物を同定することに利用することができる。このような化合物としては、これらに限定されないが、小さい有機分子、例えば、血液脳関門を通過し、適切な細胞への侵入を高め、TRAIL遺伝子またはTRAIL調節経路に関与するその他の数種の遺伝子の発現に作用を与えるすることができるような分子、または、細胞内タンパク質が挙げられる。
このような細胞内タンパク質の同定方法は、以下で説明される。このような細胞内タンパク質は、状態(mood)の制御および/または調節に関与する可能性がある。さらに、これらの化合物の中でも、TRAIL遺伝子発現および/またはTRAIL遺伝子産物活性のレベルに作用する化合物、および、以下で述べるようなTRAIL疾患(例えばガン)の治療的処置で用いることができる化合物が挙げられる。
このような化合物としては、これらに限定されないが、例えば可溶性ペプチドのようなペプチドが挙げられ、このようなペプチドとしては、これらに限定されないが、以下が挙げられる:Igで末端処理された融合ペプチド、および、ランダムペプチドライブラリーのメンバー;(例えば、Lam等,1991年,Nature 354,82〜84;Houghten等,1991年,Nature 354,84〜86を参照)、および、D型および/またはL型アミノ酸で作製されたコンビナトリアルケミストリーで得られた分子ライブラリー、ホスホペプチド(例えば、これらに限定されないが、ランダムまたは部分的に変性した、誘導されたホスホペプチドライブラリーのメンバーが挙げられる;例えば、Songyang等,1993年,Cell 72,767〜778を参照)、抗体(例えば、これらに限定されないが、ポリクローナル、モノクローナル、ヒト、ヒト化、抗イディオタイプ、キメラまたは一本鎖抗体、ならびに、FAb、F(ab’)2およびFAb発現ライブラリーフラグメント、ならびに、それらのエピトープ結合フラグメントが挙げられる)、および、小さい有機または無機分子。
このような化合物はまた、アポトーシス関連疾患の症状を改善または悪化させることがわかっている化合物、特に薬剤、または、薬剤のクラスまたはファミリーのメンバーも含んでもよい。このような化合物としては、これらに限定されないが、血管新生阻害剤:メタロプロテアーゼ阻害剤、FGPおよびVEGF受容体阻害剤、COX−2阻害剤、INF、IL−12、タキソール、ビンブラスチン、サリドマイドなどが挙げられる。好ましくは、このような化合物は、これまでにこのような化合物が投与されている方式と異なる方式(例えば様々な投与量、投与様式、および/または、1またはそれ以上の追加の化合物との共投与)で利用される。
本発明で説明されるような分析によって同定された化合物は、例えば、TRAIL遺伝子産物の生物学的機能を達成させることにおいて、および、アポトーシス関連疾患(例えばガン)を改善するために有用であり得る。例えば、このような技術によって同定された化合物は、TRAIL介在プロセスを調節する能力、および/または、アポトーシス関連疾患の症状を改善する能力に関して試験されるリード化合物を提供し得る。例えば上述したような技術によって同定された化合物の有効性を試験する分析を以下で述べる。
例えばTRAILポリペプチドのような本発明のTRAIL遺伝子産物と結合する化合物が同定されるように、インビトロ系を設計することができる。同定された化合物は、例えば、障害のない、および/または、突然変異TRAIL遺伝子産物の活性を調節することにおいて有用であり、TRAIL遺伝子産物の生物学的機能を解明するのに有用であり、正常なTRAIL遺伝子産物の相互作用を破壊する化合物を同定するためのスクリーニングに利用することができ、または、それ自体でこのような相互作用を破壊することができ、および、TRAIL介在プロセスを調節する能力、および/または、アポトーシス関連疾患の症状を改善する能力についてさらに試験されるリード化合物を提供することができる。
TRAIL遺伝子産物に結合する化合物を同定するのに用いられる分析の原理は、TRAIL遺伝子産物と試験化合物の反応混合物を、2つの成分が相互作用し結合し複合体を形成するのに十分な条件および時間で製造することを含み、この複合体は、反応混合物中で除去および/または検出することができる。これらの分析は、様々な方法で行うことができる。例えば、このような分析を行う1つの方法は、TRAIL遺伝子産物または試験物質を固相に固定すること、および、反応の最後に固相に固定されたTRAIL遺伝子産物/試験化合物複合体を検出することを含み得る。このような方法の一実施形態において、TRAIL遺伝子産物は、固体表面に固定させることができ、試験化合物は、固定されておらず、直接的または間接的のいずれかで標識することができる。
実際には、マイクロタイタープレートは、固相として都合よく利用することができる。固定された成分は、非共有結合または共有結合での付着によって固定させることができる。非共有結合での付着は、単に固体表面をタンパク質の溶液でコーティングし、乾燥させることによって達成することができる。あるいは、固定された抗体、好ましくは、固定しようとするタンパク質に特異的なモノクローナル抗体は、タンパク質を固体表面に固定するのに用いることができる。表面を予め製造し、保存しておいてもよい。
上記分析を行うために、固定されていない成分は、固定された成分を含むコーティングされた表面に加えられる。反応が完了した後、形成された全ての複合体が、固体表面に固定されたままになるような条件下で、未反応の成分を除去する(例えば洗浄することによって)。固体表面に固定された複合体の検出は、多数の方法で達成することができる。予め固定されていない成分がプレ標識されている場合において、表面に固定された標識が検出されることは、複合体が形成されたことを示す。予め固定されていない成分がプレ標識されていない場合において、間接的な標識を用いて表面に固定された複合体を検出することができ、例えば、予め固定されていない成分に特異的な標識された抗体を用いることによって検出できる(この抗体は順に、標識された抗Ig抗体で直接的に標識してもよいし、または、間接的に標識してもよい)。
あるいは、反応を液相で行い、未反応の成分から反応生成物を分離し、複合体を検出することができる;例えば、TRAIL遺伝子産物に特異的な固定された抗体、または、溶液中で形成されたあらゆる複合体を固定する試験化合物、および、考えられる複合体のその他の成分に特異的な標識された抗体を用いて、固定された複合体を検出することができる。
タンパク質−タンパク質相互作用を検出するのに適切なあらゆる方法を、TRAILタンパク質−タンパク質相互作用を同定するのに用いることができる。
用いることができる従来の方法の中でも、共免疫沈降反応、架橋、および、濃度勾配またはクロマトグラフィーカラムによる共精製が挙げられる。このような手順を利用することにより、TRAIL遺伝子産物と相互作用する細胞内タンパク質などのタンパク質の同定が可能になる。一度単離されれば、このようなタンパク質を同定し、標準的な技術を併用して、それが相互作用するタンパク質を同定するのに用いることができる。例えば、TRAIL遺伝子産物と相互作用するタンパク質のアミノ酸配列の少なくとも一部を、当業者周知の技術を用いて確認することができ、例えばエドマン分解技術によってである(例えば、Creighton,1983年,“Proteins:Structures and Molecular Principles,”W.H.Freeman&Co..N.Y.,pp.34〜49を参照)。得られたアミノ酸配列は、このようなタンパク質をコードする遺伝子配列をスクリーニングするのに用いることができるオリゴヌクレオチド混合物生成のガイドとして用いることができる。作製されたスクリーニングは、例えば標準的なハイブリダイゼーションまたはPCR技術によって達成することができる。オリゴヌクレオチド混合物生成技術およびスクリーニング技術は周知である。(例えば、上記のAusubel、および、1990年,“PCR Protocols:A Guide to Methods and Applications,” Innis等編,アカデミック・プレス社(Academic Press,Inc.),ニューヨークを参照)。
加えて、TRAILタンパク質と相互作用するタンパク質をコードする遺伝子が同時に同定できる方法を用いることができる。これらの方法としては、例えば、周知のラムダgt11ライブラリーの抗体プロービング技術に類似した方法でTRAILタンパク質を用い、標識されたTRAILタンパク質で発現ライブラリーをプロービングすることが挙げられる。
インビボでタンパク質相互作用を検出する方法の1つの、ツーハイブリッドシステムを、実例として詳細に説明するが、限定するものではない。このシステムの1つの改変法が説明されており(Chien等,1991年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,88:9578〜9582)、クロンテック(パロアルト,カリフォルニア州)から市販されている。
簡単に言えば、このようなシステムを利用するために、2つのハイブリッドタンパク質をコードするプラスミドが構築される:2つのハイブリッドタンパク質の1つは、TRAIL遺伝子産物に融合した転写アクチベータータンパク質のDNA結合ドメインからなり、もう一方は、cDNAライブラリーの一部として、このプラスミドに組換えられたcDNAによってコードされる未知のタンパク質に融合した転写アクチベータータンパク質の活性化ドメインからなる。DNA結合ドメイン融合プラスミドおよびcDNAライブラリーは、調節領域に転写アクチベーターの結合部位を含むレポーター遺伝子(例えばHBSまたはlacZ)を含む酵母サッカロミセス・セレビジエ(Saccharomyces cerevisiae)株に形質転換される。いずれのハイブリッドタンパク質も単独ではレポーター遺伝子の転写を活性化することはできない:DNA結合ドメインハイブリッドは、活性化機能を提供しないため、活性化することができず、活性化ドメインハイブリッドは、アクチベーターの結合部位に局在することができないため、活性化することができない。2つのハイブリッドタンパク質の相互作用により、機能的アクチベータータンパク質が元に戻り、レポーター遺伝子の発現を引き起こし、これは、レポーター遺伝子産物の分析によって検出される。
ツーハイブリッドシステムまたは関連する方法論は、「ベイト」遺伝子産物と相互作用するタンパク質に関して活性化ドメインライブラリーをスクリーニングするのに用いることができる。非限定的な例において、TRAIL遺伝子産物は、ベイト遺伝子産物として用いることができる。トータルのゲノムまたはcDNA配列は、活性化ドメインをコードするDNAに融合する。このライブラリーと、DNA結合ドメインに融合したベイトTRAIL遺伝子産物のハイブリッドをコードするプラスミドは、酵母レポーター株に共形質転換され、得られた形質転換体は、レポーター遺伝子を発現するものに関してスクリーニングされる。非限定的な例としては、ベイトTRAIL遺伝子配列、例えばTRAIL遺伝子のオープンリーディングフレームは、GAL4タンパク質のDNA結合ドメインをコードするDNAに翻訳によって融合するようにベクターにクローニングすることができる。これらのコロニーを精製し、レポーター遺伝子発現に関与するライブラリープラスミドが単離される。次に、DNA配列解析するが、ライブラリープラスミドによってコードされたタンパク質を同定するのに用いられる。
そのタンパク質がベイトTRAIL遺伝子産物と相互作用する細胞系のcDNAライブラリーを、当業界で慣例的に実施される方法を用いて作製することができる。本発明で説明される特定のシステムに従って、例えば、cDNAフラグメントは、それらが、GAL4の転写活性化ドメインに翻訳によって融合するようにベクターに挿入することができる。このライブラリーは、GAL4活性化配列を含むプロモーターによって稼動されるlacZ遺伝子を含む酵母株に、ベイトTRAIL遺伝子−GAL4融合プラスミドと共に共形質転換することができる。ベイトTRAIL遺伝子産物と相互作用するGAL4転写活性化ドメインに融合したタンパク質をコードしたcDNAは、活性GAL4タンパク質を再構築することがあり、それによってHIS3遺伝子の発現を稼動させる。HIS3を発現するコロニーは、半固体寒天ベースのヒスチジン欠乏培地を含むペトリ皿でそれらを成長させることによって検出することができる。次に、これらの株からcDNAを精製し、当業界で慣例的に実施される技術を用いてベイトTRAIL遺伝子と相互作用するタンパク質を生産および単離するのに用いることができる。
本発明のTRAIL遺伝子産物は、インビボで、細胞または細胞外高分子(例えばタンパク質)などの1またはそれ以上の高分子と相互作用する可能性がある。このような高分子としては、これらに限定されないが、その他のタンパク質(例えば細胞受容体)、または、上述のような方法で同定された核酸分子およびタンパク質が挙げられる。例えば、TRAIL遺伝子産物は、ペプチドホルモンまたは神経ペプチドとして受容体と相互作用できる。この考察の目的のために、高分子は、本発明において「結合パートナー」と称する。この方法においてTRAIL結合を破壊する化合物は、TRAIL遺伝子産物、特に突然変異TRAIL遺伝子産物の活性を調節するのに有用である。例えば、このような化合物は、その受容体を有するTRAIL遺伝子産物の相互作用を干渉することができる。このような化合物としては、これらに限定されないが、例えば上述したようなペプチドのような分子などが挙げられ、これらは、TRAIL遺伝子産物への接近を高めることができる。
TRAIL遺伝子産物と、その結合パートナーとの間の相互作用を干渉する化合物を同定するのに用いられる上記分析システムの基本原理は、TRAIL遺伝子産物と結合パートナーを含む反応混合物を、2者が相互作用および結合できるのに十分な条件下および時間で製造すること;このようにして、複合体を形成することを含む。化合物を阻害活性に関して試験するために、試験化合物の存在下および非存在で反応混合物を製造する。試験化合物を最初に反応混合物に加えることができ、または、TRAIL遺伝子産物およびその結合パートナーの添加の後に加えてもよい。コントロール反応混合物を、試験化合物なしで、または、プラセボと共にインキュベートする。次に、TRAIL遺伝子タンパク質と結合パートナーとのあらゆる複合体の形成が検出される。試験化合物を含む反応混合物ではなく、コントロール反応において複合体が形成されることは、その化合物が、TRAIL遺伝子タンパク質と、相互作用する結合パートナーとの相互作用を干渉することを示す。さらに、試験化合物と正常なTRAIL遺伝子タンパク質を含む反応混合物内での複合体形成はまた、試験化合物と突然変異TRAIL遺伝子タンパク質を含む反応混合物内での複合体形成と比較してもよい。この比較は、正常なTRAIL遺伝子タンパク質ではなく突然変異体の相互作用を破壊する化合物を同定することが望ましい
場合に重要であり得る。
TRAIL遺伝子産物と結合パートナーとの相互作用を干渉する化合物の分析は、ヘテロジニアスまたはホモジニアス形式で行うことができる。ヘテロジニアスアッセイは、TRAIL遺伝子産物または結合パートナーのいずれかを固相にを固定すること、および、反応の終わりに固相に固定された複合体を検出することを含む。ホモジニアスアッセイにおいて、全ての反応は液相で行われる。いずれのアプローチにおいても、反応物の添加は様々な順番が可能であり、試験される化合物についての様々な情報を得ることができる。例えば、TRAIL遺伝子産物と、結合パートナーとの間の相互作用を干渉する(例えば競合によって)試験化合物は、試験物質の存在下での反応を行うことによって同定することができる;すなわち、TRAIL遺伝子タンパク質、および、相互作用する細胞内結合パートナーの前に、または、それらと同時に試験物質を反応混合物に加えることによってなされる。あるいは、予め形成された複合体を破壊する試験化合物(例えば、より高い結合定数を有する、複合体からの成分の一つを解離させる化合物)を、複合体が形成された後に試験化合物を反応混合物に加えることによって試験することができる。様々な形式を以下に簡単に説明する。
ヘテロジニアスアッセイシステムにおいては、TRAIL遺伝子産物、または、相互作用する結合パートナーのいずれかが固体表面に固定され、同時に、固定されていない種は、直接的または間接的のいずれかで標識される。実際には、マイクロタイタープレートが都合よく利用されている。固定された種は、非共有結合または共有結合での付着によって固定してもよい。非共有結合での付着は、固体表面をTRAIL遺伝子産物または結合パートナーの溶液でコーティングし、乾燥させることによって簡単に達成してもよい。あるいは、固定される種に特異的な固定された抗体は、種を固体表面に固定するのに用いてもよい。表面を予め製造し、保存しておいてもよい。
上記分析を行うために、固定された種のパートナーは、試験化合物と共に、または、それら無しで、コーティングされた表面に晒される。反応が完了した後、未反応の成分を除去すると(例えば、洗浄することによって)、形成されたあらゆる複合体が固体表面に固定されたままとなる。固体表面に固定された複合体の検出は、多数の方法で達成することができる。固定されていない種がプレ標識されている場合、表面に固定された標識が検出されることは、複合体が形成されたことを示す。固定されていない種がプレ標識されていない場合、間接的な標識は、表面に固定された複合体を検出するのに用いることができる;例えば、最初に固定されていない種に特異的な標識された抗体を用いてなされる(この抗体は順に、標識された抗Ig抗体で直接的に標識してもよいし、または、間接的に標識してもよい)。反応成分の添加の順番に応じて、複合体形成を阻害する試験化合物、または、予め形成された複合体を破壊する試験化合物を検出することができる。
あるいは、上記反応は、試験化合物の存在または非存在下で液相で行い、反応生成物を未反応の成分から分離し、複合体を検出することができる;例えば、結合成分の1つに特異的な固定された抗体を用いて、溶液中で形成されたあらゆる複合体を固定することができ、および、他のパートナーに特異的な標識された抗体を用いて、固定された複合体を検出することができる。再度、液相への反応物の添加の順番に応じて、複合体を阻害する、または、予め形成された複合体を破壊する試験化合物を同定することができる。
本発明のその代わりの実施形態において、ホモジニアスアッセイを用いることができる。このアプローチにおいて、TRAIL遺伝子タンパク質と相互作用する結合パートナーとの予め形成された複合体が製造され、ここで、TRAIL遺伝子産物、または、その結合パートナーのいずれかが標識されるが、標識によって生じたシグナルは、複合体形成により消光される(例えば、Rubensteinによる米国特許第4,109,496号を参照、これは、このアプローチを免疫分析に利用している)。予め形成された複合体からの種の1つと競合し、置換を起こす試験物質を添加すると、バックグラウンドを越えるシグナルの生成を引き起こし得る。この方法において、TRAIL遺伝子タンパク質/結合パートナー相互作用を破壊する試験物質を同定することができる。
特定の実施形態において、TRAIL遺伝子産物を、上述の組換えDNA技術を用いて固定化するために製造することができる。例えば、TRAILのコード領域は、得られた融合タンパク質においてその結合活性が維持されるような方法で、融合ベクター(例えばpGEX−5X−1)を用いて、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ(GST)遺伝子に融合させることができる。当業界で慣例的に実施される、上述の方法を用いて、相互作用する結合パートナーを精製し、モノクローナル抗体を生じさせるのに用いることができる。この抗体は、例えば当業界で慣例的に実施される方法によって放射性同位体125Iで標識することができる。ヘテロジニアスアッセイにおいて、例えば、GST−TRAIL融合タンパク質は、グルタチオン−アガロースビーズに固定させることができる。次に、相互作用する結合パートナーを、試験化合物の存在または非存在下で、相互作用および結合を起こすような方法で加えることができる。反応時間の終わりに、未結合の材料を洗浄して除去し、標識されたモノクローナル抗体をシステムに加えて、複合体化した成分への結合を可能にすることができる。TRAIL遺伝子タンパク質と、相互作用する結合パートナーと間の相互作用は、グルタチオン−アガロースビーズに結合したままの放射活性の量を測定することによって検出することができる。試験化合物による相互作用の阻害がうまくいくことによって、測定された放射活性の減少が起こり得る。
あるいは、固形のグルタチオン−アガロースビーズを含まない液体中で、GST−TRAIL遺伝子融合タンパク質、および、相互作用する結合パートナーを共に混合することができる。試験化合物は、これらの種を相互作用させている間に、または、その後のいずれかに加えることができる。次に、この混合物をグルタチオン−アガロースビーズに加えることができ、未結合の材料は、洗浄して除去される。再度、TRAIL遺伝子産物/結合パートナー相互作用の阻害の程度は、標識された抗体を加え、ビーズに関連する放射活性を測定することによって検出することができる。
本発明の他の実施形態において、これらと同じ技術を用いることができ、この場合、TRAILタンパク質の結合ドメイン、および/または、相互作用または結合パートナーの結合ドメイン(結合パートナーがタンパク質である場合)に対応するペプチドフラグメントを、全長タンパク質の一方または両方の変わりに用いてなされる。多数の当業界で慣例的に実施される方法を、結合部位を同定し単離するのに用いることができる。これらの方法としては、これらに限定されないが、上記タンパク質のいずれかをコードする遺伝子変異誘発、および、共免疫沈降反応分析における結合の破壊のスクリーニングが挙げられる。次に、複合体中で、第二の種をコードする遺伝子における相殺性の突然変異を選択することができる。それぞれのタンパク質をコードする遺伝子の配列解析により、相互作用性の結合に関与するタンパク質の領域に対応する突然変異が解明され得る。あるいは、1つのタンパク質を、この章の上で説明されている方法を用いて固体表面に固定させ、その標識された結合パートナー(トリプシンのようなタンパク質分解酵素で処理されている)と相互作用させ、結合させることができる。洗浄の後、結合ドメインを含む短い標識されたペプチドは固形材料に結合したまま残る可能性があり、このペプチドを単離し、アミノ酸配列解析によって同定することができる。また、そのセグメントをコードする遺伝子を、上記タンパク質のペプチドフラグメントが発現されるように操作することができたら、次に、これを結合活性について試験し、精製または合成することができる。
非限定的な例としては、TRAIL遺伝子産物は、GST−TRAIL融合タンパク質を作製することによって、この章で上述したような固形材料に固定させ、グルタチオンアガロースビーズへ結合させることができる。得られた相互作用する結合パートナーは、35Sのような放射性同位体で標識し、トリプシンのようなタンパク質分解酵素で切断することができる。次に、切断産物は、固定されたGST−TRAIL融合タンパク質に加えられ、結合させることができる。未結合のペプチドを洗浄して除去した後、標識された結合した材料(結合パートナー結合ドメインを示す)を、周知の方法で溶出させ、精製し、アミノ酸配列を分析することができる。このようにして同定されたペプチドを、合成により生産することができ、または、組換えDNA技術を用いて適切な促進型のタンパク質に融合させることができる。
上述のような分析技術によって同定された結合化合物など(これらに限定されない)の化合物は、アポトーシス関連疾患の症状(例えばアポトーシス依存性のガン)を改善する能力について試験することができ、このようなアポトーシス関連疾患の症状としては、例えば、固形腫瘍、白血病のような血液由来の腫瘍、および、腫瘍転移;良性腫瘍、例えば血管腫、聴神経腫、神経線維腫、トラコーマ、および、化膿性肉芽腫;リウマチ様関節炎;乾癬;眼の血管新生病、例えば、糖尿病性網膜症、未熟児網膜症、黄斑部変性、角膜移植後拒絶反応、血管新生緑内障、後水晶体繊維増殖症、皮膚潮紅;オスラー−ウェーバー症候群;心筋の血管新生;プラークの血管新生;末梢血管拡張症;血友病患者の関節;血管線維腫;創傷の肉芽組織;冠状の側副枝(corornary collaterals);大脳の側副枝(cerebral collaterals);動静脈奇形;虚血性の四肢の血管新生;糖尿病性血管新生;黄斑部変性;骨折;脈管形成;造血;***;月経;胎盤形成;腸管癒着症;アテローム性動脈硬化症;強皮症;肥厚性瘢痕、すなわちケロイド;猫ひっかき病(ロシエルミナリアクイントサ(Rochele minalia quintosa));および、潰瘍(ヘリコバクターピロリ)が挙げられる。これは、TRAIL遺伝子発現に作用すること、または、TRAIL遺伝子産物活性のレベルに作用することのいずれかによる、TRAIL遺伝子活性である。例えば、TRAIL遺伝子および/またはTRAIL遺伝子産物が関与する経路におけるその他の工程に関与する化合物、および、これと同じ経路に作用することによって、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の進行へのTRAILの作用を調節する可能性のある化合物を同定することができる。このような化合物を、上記疾患を治療するための治療方法の一部として用いることができる。
以下、このようなアポトーシス関連疾患(例えばガン)の症状を改善する能力を示す化合物を同定するための細胞ベースの、および、動物モデルベースの分析を説明する。
第一に、細胞ベースの系は、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の症状を改善するように作用し得る化合物を同定するのに用いることができる。このような細胞系としては、例えば、組換え細胞または非組換え細胞(例えばTRAIL遺伝子を発現する細胞系)が挙げられる。
このような細胞系を利用することにおいて、TRAILを発現する細胞を、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の症状を改善する能力を示す可能性のある化合物に、十分な濃度、十分な時間で晒し、晒された細胞においてこのような症状の改善を惹起させることができる。晒した後、細胞を分析して、TRAIL遺伝子の発現の変化を測定することができ、これは、例えば、細胞溶解産物をTRAILのmRNA転写に関して分析することによって(例えばノーザン解析によって)、または、細胞によって発現されたTRAIL遺伝子産物に関して分析することによってなされる;TRAIL遺伝子の発現を調節する化合物は、治療剤として有望な候補である。あるいは、細胞は、アポトーシス関連疾患(例えばガン)に関連する1またはそれ以上の細胞表現型が改変されているかかどうかを決定するために試験され、より正常な、または障害のない、影響を受けていない表現型であるかどうか、または、疾患の症状の発生率がより低い表現型、または、疾患の症状が重症である可能性がより高い表現型であるかどうかを比較することができる。
加えて、アポトーシス関連疾患(例えばガン)に関する動物ベースの系またはモデルは、上記疾患の症状を改善することができる化合物を同定するのに用いることができる。このような動物ベースの系またはモデルとしては、例えば、トランスジェニックマウス、例えば外因性または内因性TRAIL配列を発現するように遺伝子操作されているマウス、またあるいは、内因性TRAIL遺伝子配列を発現しなくなったマウス(すなわち「ノックアウト」マウス)が挙げられる。このような動物モデルを、このような疾患を治療するのに有効な可能性のある薬剤、医薬、療法および介入を同定するための試験基質として用いることができる。例えば、動物モデルを、症状を改善する能力を示す可能性のある化合物に、十分な濃度、十分な時間で晒し、晒された動物においてこのようなアポトーシス関連疾患(例えばガン)の症状の回復を惹起させることができる。晒すことに対する動物の反応は、このような症状が解消することを評価することによってモニターすることができる。
介入に関しては、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の症状のあらゆる形態を解消するあらゆる治療が、このような疾患におけるヒトの治療的介入の候補として考慮されるものとする。試験物質の投与量は、以下で述べる用量応答曲線を得ることによって決定してもよい。
アポトーシス関連疾患(例えばガン)の診断および予後の評価、および、このような疾患の素因を有する被験体の同定のために、様々な方法を用いることができる。
例えば、このような方法は、上述のTRAIL遺伝子のヌクレオチド配列、および、上述したようなTRAIL遺伝子産物(例えばそれらのペプチドフラグメント)に対して向けられた抗体のような試薬を利用することができる。特に、このような試薬は、例えば、以下に関して用いることができる:
(1)TRAIL遺伝子の突然変異の存在の検出、または、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の状態より過剰な、または、それを下回るTRAIL遺伝子のmRNA発現いずれかの検出;
(2)影響を受けていない状態より過剰な、または、それを下回るTRAIL遺伝子産物の量いずれかの検出;および、
(3)影響を受けていない状態に対して、TRAIL遺伝子産物活性の異常なレベルの検出。
例えば、TRAIL遺伝子のヌクレオチド配列は、例えば上述のTRAIL突然変異の検出技術を用いて、アポトーシス関連疾患を診断するのに用いることができる。
本発明で説明される方法は、例えば、少なくとも1種の本発明で説明される特定のTRAIL遺伝子の核酸、または、抗TRAIL遺伝子の抗体試薬を含む予め包装された診断キットを利用することによって行うことができ、このようなキットは、例えば、臨床的な環境において、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の異常を示す被験体を診断するのに都合よく用いることができる。
TRAIL突然変異の検出のために、あらゆる有核細胞を、ゲノム核酸の初発の源として用いることができる。TRAIL遺伝子発現またはTRAIL遺伝子産物の検出のために、TRAIL遺伝子が発現されるあらゆる細胞型または組織を利用することができる。
核酸に基づく検出技術は上述されている。ペプチド検出技術は上述されている。
その上、本発明で説明される方法は、本発明のポリペプチドの異常な発現または活性に関連する病気または疾患を有する、または、それらを発症する危険を有する被験体を同
定するための診断または予後分析として利用することができる。例えば、本発明で説明される分析、例えば上述の診断分析または以下の分析は、本発明のポリペプチドの異常な発現または活性に関連する疾患を有する、または、それを発症する危険を有する被験体を同定するのに利用することができる。あるいは、予後分析は、このような病気または疾患を有する、または、それを発症する危険を有する被験体を同定するのに利用することができる。従って、本発明は、試験サンプルを被験体から得て、本発明のポリペプチドまたは核酸(例えばmRNA、ゲノムDNA)を検出する方法を提供し、この場合、ポリペプチドまたは核酸の存在は、上記ポリペプチドの異常な発現または活性に関連する病気または疾患を有する、または、それを発症する危険を有する被験体の診断である。本発明で用いられるように、「試験サンプル」は、対象の被験体から得られた生物学的サンプルを意味する。例えば、試験サンプルは、生体液(例えば血清)、細胞サンプル、または、組織が可能である。
その上、本発明で説明される予後分析は、本発明のポリペプチドの異常な発現または活性に関連する病気または疾患を治療するために、被験体に、物質(例えばアゴニスト、アンタゴニスト、ペプチドミメティック、タンパク質、ペプチド、核酸、小さい分子、またはその他の薬剤候補)を投与することができるかどうかを決定するのに用いることができる。例えば、このような方法は、被験体を、特定の物質または物質クラス(例えばポリペプチドの活性を減少させるタイプの物質)で有効に治療することができるかどうかを決定するのに用いることができる。従って、本発明は、被験体を、本発明のポリペプチドの異常な発現または活性に関連する疾患のための物質で有効に治療することができるかどうかを決定する方法を提供し、この方法において、試験サンプルを得て、上記ポリペプチドまたは上記ポリペプチドをコードする核酸が検出される(例えば、この場合、ポリペプチドまたは核酸の存在は、上記ポリペプチドの異常な発現または活性に関連する疾患を治療するための物質を投与することができる被験体の診断である)。
本発明の方法はまた、本発明の遺伝子における遺伝子の損傷または突然変異を検出するのに用いることができ、それによって損傷した遺伝子を有する被験体が、本発明のポリペプチドの異常な発現または活性を特徴とする疾患に関する危険を有するかどうかが決定される。好ましい実施形態において、本方法は、被験体からの細胞サンプルにおいて、遺伝子の損傷または突然変異の存在または非存在を検出することを含み、この遺伝子の損傷または突然変異は、本発明のポリペプチドをコードする遺伝子の完全性、または、本発明のポリペプチドをコードする遺伝子のミス発現に作用する改変の少なくとも1つを特徴とする。例えば、このような遺伝子の損傷または突然変異は、以下の少なくとも1つが存在することを確認することによって検出することができる:1)上記遺伝子からの1またはそれ以上のヌクレオチドの欠失;2)上記遺伝子への1またはそれ以上のヌクレオチドの添加;3)上記遺伝子の1またはそれ以上のヌクレオチドの置換;4)上記遺伝子の染色体再編成;5)上記遺伝子のメッセンジャーRNAの転写のレベルにおける改変;6)上記遺伝子の異常な改変、例えばゲノムDNAのメチル化パターンの改変;7)上記遺伝子のメッセンジャーRNAの転写の非野生型のスプライシングパターンの存在;8)上記遺伝子によってコードされたタンパク質の非野生型レベル;9)上記遺伝子の対立遺伝子の喪失;および、10)上記遺伝子によってコードされたタンパク質の不適切な翻訳後修飾。本発明で説明するように、上記遺伝子における損傷を検出するのに用いることができる当業界既知の多数の分析技術がある。
特定の実施形態において、上記損傷の検出は、アンカーPCRまたはRACE PCRのようなポリメラーゼ連鎖反応(PCR)におけるプローブ/プライマーの使用(例えば、米国特許第4,683,195号、および、第4,683,202号を参照)、またあるいは、ライゲーション連鎖反応(LCR)におけるプローブ/プライマーの使用(例えば、Landegran等(1988年)Science 241:1077〜1080;および、Nakazawa等(1994年)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91:360〜364を参照)を含み、後者は、遺伝子中の点突然変異を検出するのに特に有用であり得る(例えば、Abravaya等(1995年)Nucleic Acids Res.23:675〜682を参照)。この方法は、以下の工程を含み得る:被験体からの細胞サンプルを回収する工程、サンプルの細胞から核酸(例えばゲノム、mRNAまたは両方)を単離する工程、核酸サンプルと、1またはそれ以上のプライマーとを接触させる工程(前記プライマーは、遺伝子(存在する場合)のハイブリダイゼーションおよび増幅が起こるような条件下で選択された遺伝子に特異的にハイブリダイズする)、および、増幅産物の存在または非存在を検出する工程、または、増幅産物のサイズを検出する工程、および、コントロールサンプルと長さを比較する工程。PCRおよび/またはLCRは、本発明で説明される突然変異を検出するのに用いられる技術のいずれかと共に、予備的な増幅工程として用いるのに望ましいと予想される。
その代わりの増幅方法としては:自律的に維持される配列の複製(Guatelli等(1990年)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:1874〜1878)、転写増幅系(Kwoh等(1989年)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:1173〜1177)、Q−ベータレプリカーゼ(Lizardi等(1988年)Bio/Technology 6:1197)、または、その他のあらゆる核酸増幅方法が挙げられ、続いて、当業者周知の技術を用いて増幅した分子が検出される。これらの検出スキームは、このような分子が極めて少数しか存在しない場合、核酸分子の検出に特に有用である。
その代わりの実施形態において、サンプル細胞から選択された遺伝子における突然変異は、制限酵素切断パターンを改変することによって同定することができる。例えば、サンプルおよびコントロールDNAを単離し、増幅し(場合により)、1またはそれ以上の制限エンドヌクレアーゼで消化し、フラグメント長さをゲル電気泳動によって決定し、比較する。サンプルとコントロールDNAとのフラグメント長さのサイズにおける差は、サンプルDNAにおいて突然変異があることを示す。その上、配列特異的リボザイムの使用(例えば、米国特許第5,498,531号を参照)は、リボザイム切断部位の発生または喪失による特定の突然変異の存在についてスコア付けするのに用いることができる。
その他の実施形態において、遺伝子の突然変異は、サンプルおよびコントロール核酸(例えばDNAまたはRNA)を、数百または数千のオリゴヌクレオチドプローブを含む高密度アレイにハイブリダイズさせることによって同定することができる(Cronin等,1996年,Human Mutation 7:244〜255;Kozal等,1996年,Nature Medicine 2:753〜759)。例えば、遺伝子の突然変異は、上記のCronin等で説明されたような光発生DNAプローブを含む二次元アレイで同定することができる。簡単に言えば、プローブの第一のハイブリダイゼーションアレイは、サンプルおよびコントロールにおけるDNAの長い伸張を通じてスキャンするのに用いることができ、それにより、連続的なオーバーラッププローブの直線状アレイを作製することによって配列間の塩基の変化を同定することができる。この工程により、点突然変異の同定が可能である。この工程に続いて、第二のハイブリダイゼーションアレイを用い、それにより、検出された全ての変異体または突然変異に相補的な、より小さい特殊化したプローブアレイを用いることによって、特定の突然変異の特徴付けが可能になる。それぞれの突然変異アレイは、パラレルプローブ群で構成され、その一方は、野生型遺伝子に相補的であり、他方は、突然変異体の遺伝子に相補的である。
さらなる他の実施形態において、当業界既知の様々な配列解析反応のいずれかを用いることができ、それによって、選択された遺伝子を直接的に配列解析し、サンプル核酸の配列を、対応する野生型(コントロール)配列と比較することによって突然変異を検出することができる。(配列解析反応の例としては、MaximおよびGilbert,1977年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:560 or Sanger,1977年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:5463によって開発された技術に基づく反応が挙げられる)。また、診断分析を行う際に様々な自動配列解析方法のいずれかを利用することも考慮され(1995年,Bio/Techniques 19:448)、これは、マススペクトロメトリーによって配列解析することが含まれる(例えば、PCT公報番号WO94/16101;Cohen等,1996年,Adv.Chromatogr.36:127〜162;および、Griffin等,1993年,Appl.Biochem.Biotechnol.38:147〜159を参照)。
選択された遺伝子において突然変異を検出するその他の方法としては、RNA/RNA、または、RNA/DNAヘテロ二本鎖におけるミスマッチ塩基を検出するのに切断物質からの保護を用いる方法が挙げられる(Myers等,1985年,Science 230:1242)。一般的に、ミスマッチ切断技術は、野生型配列を含む(標識された)RNAまたはDNAと、組織サンプルから得られた突然変異体の可能性のあるRNAまたはDNAとをハイブリダイズさせることによって形成されたヘテロ二本鎖を提供することが必要である。二本鎖デュプレックスは、コントロール鎖とサンプル鎖との間の塩基対ミスマッチのために存在し得るようなデュプレックスの一本鎖領域を切断する物質で処理される。RNA/DNAデュプレックスをRNアーゼで処理して、ミスマッチ領域を消化することができ、DNA/DNAハイブリッドをS1ヌクレアーゼで処理して、ミスマッチ領域を消化することができる。その他の実施形態において、ミスマッチ領域を消化するために、DNA/DNAまたはRNA/DNAデュプレックスのいずれかを、ヒドロキシルアミンまたは四酸化オスミウムで処理し、ピペリジンで処理してもよい。ミスマッチ領域を消化した後、次に、突然変異部位を決定するために、得られた材料を変性ポリアクリルアミドゲルで大きさごとに分離する。(例えば、Cotton等,1988年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85:4397;Saleeba等,1992年,Methods Enzymol.217:286〜295を参照)。好ましい実施形態において、コントロールDNAまたはRNAは、検出のために標識することができる。
さらなる他の実施形態において、細胞サンプルから得られたcDNA中の点突然変異を検出し、マッピングするために設定された系において、ミスマッチ切断反応は、二本鎖DNA中のミスマッチした塩基対を認識する1またはそれ以上のタンパク質(いわゆる「DNAミスマッチ修復酵素」)を用いる。例えば、E.coliのmutY酵素は、G/AミスマッチのAを切断し、HeLa細胞からのチミジンDNAグリコシラーゼは、G/TミスマッチのTを切断する(Hsu等,1994年,Carcinogenesis 15:1657〜1662)。代表的な実施形態によれば、選択された配列(例えば野生型配列)に基づくプローブを、試験細胞からのcDNA、またはその他のDNA産物にハイブリダイズさせる。デュプレックスをDNAミスマッチ修復酵素で処理し、切断産物(存在する場合)を電気泳動プロトコールなどで検出することができる。(例えば、米国特許第5,459,039号を参照)。
その他の実施形態において、電気泳動移動度における改変を、遺伝子中の突然変異を同定するのに用いることができる。例えば、突然変異体と野生型核酸との電気泳動移動度の差を検出するのに、SSCPを用いてもよい(Orita等,1989年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:2766;さらに、Cotton.1993年,Mutat.Res.285:125〜144;Hayashi,1992年,Genet.Anal.Tech.Appl.9:73〜79も参照)。サンプルおよびコントロール核酸の一本鎖DNAフラグメントは変性することがあり、さらに、元の状態に戻ることがある。一本鎖核酸の二次構造は配列によって様々であり、電気泳動移動度で得られた改変から、1塩基の変化でも検出が可能である。DNAフラグメントは、標識されたプローブで標識または検出することもできる。上記分析の感度は、RNA(DNAではない)を用いることによって高めることができ、この場合、二次構造は、配列における変化に対してより高い感度を有する。好ましい実施形態において、本方法は、ヘテロ二本鎖解析を利用して、電気泳動移動度における変化に基づき二本鎖化したヘテロ二本鎖分子を分離することができる(Keen等,1991年,Trends Genet.7:5)。
さらなる他の実施形態において、変性剤の濃度勾配を含むポリアクリルアミドゲルにおける突然変異体または野生型フラグメントの移動を、変性濃度勾配ゲル電気泳動(DGGE)を用いて分析する(Myers等,1985年,Nature 313:495)。解析方法としてDGGEが用いられる場合、確実に完全には変性しないように、例えばPCRによって約40bpの高融点GC−リッチDNAのGCクランプを加えることによって、DNAを改変し得る。さらなる実施形態において、変性濃度勾配の代わりに温度濃度勾配が、コントロールとサンプルDNAとの移動度における差を同定するのに用いられる(RosenbaumおよびReissner,1987年,Biophys.Chem.265:12753)。
点突然変異を検出するその他の技術の例としては、これらに限定されないが、選択的オリゴヌクレオチドハイブリダイゼーション、選択的増幅、または、選択的プライマー伸長が挙げられる。例えば、オリゴヌクレオチドプライマーを、既知の突然変異が中心に置かれるように製造することができ、続いて、完全なマッチングが見出される場合にのみハイブリダイゼーションが可能な条件下で標的DNAにハイブリダイズさせる(Saiki等,1986年,Nature 324:163;Saiki等,1989年,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:6230)。このような対立遺伝子特異的なオリゴヌクレオチドがハイブリダイズメンブレンに結合しており、標識された標的DNAにハイブリダイズしている場合、このようなオリゴヌクレオチドは、PCRで増幅した標的DNA、または、多数の異なる突然変異にハイブリダイズされる。
あるいは、選択的PCR増幅による対立遺伝子特異的な増幅技術を、本発明と共に用いることができる。特異的増幅のためのプライマーとして用いられるオリゴヌクレオチドは、対象の突然変異を分子の中心に有していてもよく(増幅がディファレンシャルハイブリダイゼーションに応じるように)(Gibbs等,1989年,Nucleic Acids Res.17:2437〜2448)、または、1つのプライマーの3’末端の最も端に有してもよく、この場合、適切な条件下でミスマッチが、ポリメラーゼ伸長を妨害または減少させることができる(Prossner,1993年,Tibtech 11:238)。加えて、新規の制限部位を突然変異の領域に導入して、切断に基づく検出を起こすことが、望ましい可能性がある(Gasparini等,1992年,Mol.Cell Probes 6:1)。特定の実施形態において、増幅はまた、増幅用のTaqリガーゼを用いて行うこともできると予想される(Barany,1991年,Proc.Natl.Acad.Scl.USA 88:189)。このような場合において、ライゲーションは、5’配列の3’末端に完全なマッチングがある場合にのみ生じるものであり、そのため、増幅の存在または非存在を探索することによって、特定の部位における既知の突然変異の存在を検出することを可能にする。
本発明で説明される方法は、例えば、本発明で説明される少なくとも1つのプローブ核酸または抗体試薬を含む予め包装された診断キットを利用することによって行うことができ、本キットは、例えば、臨床的な環境において、本発明のポリペプチドをコードする遺伝子に関与する病気または疾病の症状または家族歴を示す被験体を診断するために都合よく用いることができる。その上、あらゆる細胞型または組織、好ましくは末梢血液の白血球(本発明のポリペプチドが発現される)を、本発明で説明される予後分析に利用することができる。
本発明はさらに、本発明で説明されるTRAIL遺伝子および遺伝子産物の使用および/または検出を容易にするキットを提供する。本発明で説明されるキットは、例えば、臨床的な環境において、本発明のポリペプチドをコードする遺伝子に関与する病気または疾病の症状または家族歴を示す被験体を診断するために都合よく用いることができる。その上、あらゆる細胞型または組織(本発明のポリペプチドが発現される)を、本発明で説明される予後分析に利用することができる。
一実施形態において、TRAIL遺伝子または遺伝子産物をミス発現する細胞または組織を同定するための診断試験キットが提供される。この実施形態において、1またはそれ以上の容器に、オリゴヌクレオチド(例えば、本発明のポリペプチドをコードする核酸配列にハイブリダイズする検出可能に標識されたオリゴヌクレオチド)を含む診断キットが提供される。他の実施形態において、1またはそれ以上の容器に、本発明のポリペプチドをコードする核酸分子の増幅に有用な一対のプライマーを含むキットが提供される。様々なその他の実施形態において、本キットはまた、例えば、緩衝物質、保存剤、または、タンパク質安定化剤を含んでもよい。本キットはまた、検出可能な物質(例えば酵素または基質)を検出するのに必要な成分を含んでもよい。本キットはまた、コントロールサンプル、または、一連のコントロールサンプルを含んでもよく、これらを分析し、試験サンプルと比較することができる。本キットの各成分は、通常、個々の容器内に封入されており、それぞれの容器は全て、1つのパッケージになっており、試験された被験体が、上記ポリペプチドの異常な発現に関連する疾患に罹っているかどうか、または、それを発症させる危険を有するかどうかを観察するための説明書が共に含まれる。このようなキットを用いて、例えば、被験体からの細胞サンプルにおいて、上記タンパク質をコードする核酸分子のレベルを測定することができ、例えばmRNAレベルを検出すること、または、上記タンパク質をコードする遺伝子が、突然変異または欠失しているかどうかを決定することができる。
他の実施形態において、本発明は、生物学的サンプル(試験サンプル)中で本発明のポリペプチドまたは核酸の存在を検出するためのキットを提供する。このようなキットは、例えば、本発明の配列の使用に関する上記の章で述べたように、被験体が、本発明のポリペプチドの異常な発現に関連する疾患に罹っているかどうか、または、それを発症させる高い危険を有するかどうかを決定するのに用いることができる。この実施形態において、以下を含む1またはそれ以上の容器を含むキットが提供される:(1)本発明のポリペプチドに結合する第一の抗体(例えば固体支持体に結合させる);および、場合により、(2)第二の異なる抗体(上記ポリペプチドまたは第一の抗体のいずれかに結合し、検出可能な物質に接合されている)。このようなキットは、被験体が、アポトーシス関連疾患(例えばガン)に罹っているかどうか、または、その危険が高いかどうかを決定するのに用いることができる。
以下に、TRAIL介在プロセスを調節することができる、および/または、アポトーシス関連疾患(例えばガン)を治療することができる方法および組成物について説明する。
例えば、このような方法は、プロセスが調節されるように、または、上記疾患の症状が改善されるように、TRAIL遺伝子の発現、および/または、TRAIL遺伝子産物の合成または活性を調節する化合物を投与することを含み得る。
あるいは、アポトーシス関連疾患(例えばガン)が、TRAIL活性を低くするTRAIL遺伝子の突然変異、または、TRAIL活性をなくするTRAIL遺伝子の突然変異が原因であるような場合それぞれにおいて、このような方法は、障害のないTRAIL遺伝子産物をコードする核酸分子を哺乳動物に供給することを含んでもよく、この場合、障害のないTRAIL遺伝子産物が発現され、上記疾患の症状が改善される。
TRAIL遺伝子の突然変異が原因で生じる哺乳動物のアポトーシス関連疾患(例えばガン)の治療方法のその他の実施形態において、このような方法は、障害のないTRAIL遺伝子産物をコードする核酸分子を含む細胞を、哺乳動物に供給することを含んでもよく、この場合、このような細胞は、障害のないTRAIL遺伝子産物を発現し、上記疾患の症状が改善される。
正常なTRAIL遺伝子産物機能の喪失により、アポトーシス関連疾患の表現型(例えばガン)が発症する場合において、TRAIL遺伝子発現および/またはTRAIL遺伝子産物活性のレベルが不十分であることを示す個々の生物において、TRAIL遺伝子産物活性の増加によって、無症状の状態への進行を促進することがある。TRAILの発現または合成を強化する方法としては、例えば、以下で述べるような方法が挙げられる。
あるいは、アポトーシス関連疾患の表現型(例えばガン)の症状は、TRAIL遺伝子発現および/またはTRAIL遺伝子産物活性のレベルを減少させる化合物を投与することによって改善される可能性がある。TRAIL合成または発現のレベルを阻害する方法、または、それらを減少させる方法としては、例えば以下で述べるような方法が挙げられる。
治療法の一実施形態において、投与された化合物は、血管新生関連疾患の症状を改善する、または、悪化させることが報告されている化合物、特に薬剤は含まれない。このような治療法がこのような化合物を含む場合、好ましくは、このような化合物は、これまでにこのような化合物が投与されている方式とは異なる方式で(例えば異なる投与量、投与様式、および/または、1またはそれ以上の追加の化合物との共投与)利用される。
他の実施形態において、本発明で説明される疾患(例えばガン)の症状をTRAILタンパク質療法によって改善することができ、例えば、上述のTRAILタンパク質、融合タンパク質およびペプチド配列を用いて、または、TRAIL遺伝子または遺伝子産物と相互作用し、それによってその活性を阻害する、または強めるタンパク質またはタンパク質フラグメント(例えばペプチド)の投与によってTRAILのレベルおよび/または活性を減少または増加させることによって改善することができる。
このようなタンパク質療法は、例えば、機能的なTRAILタンパク質、または、機能的なTRAILドメインを示すTRAILタンパク質フラグメント(例えばペプチド)の投与を含み得る。
一実施形態において、機能的なTRAIL結合ドメインを示すTRAILフラグメントまたはペプチドは、ペプチドがTRAIL結合タンパク質(例えばTRAIL受容体)に結合するように、個々の生物に投与される。このようなフラグメントまたはペプチドは、個々の生物において、TRAILと競合し、それにより、TRAILの結合タンパク質への結合が阻害されることによって、TRAIL活性を阻害するように作用させることができ、本発明で説明される疾患の症状を改善する。あるいは、このようなフラグメントまたはペプチドは、個々の生物において、インビボでTRAILの機能を模擬することによってTRAIL活性を高めることができ、それによって本発明で説明される疾患の症状を改善する。
本発明の方法において用いることができるタンパク質およびペプチドとしては、合成(例えば組換え、または、化学合成された)タンパク質およびペプチド、同様に、天然に存在するタンパク質およびペプチドが挙げられる。このようなタンパク質およびペプチドは、天然に存在する、および、天然に存在しないアミノ酸残基(例えばD−アミノ酸残基)の両方、および/または、1またはそれ以上の非ペプチド結合(例えばイミノ、エステル、ヒドラジド、セミカルバジド、および、アゾ結合)を含み得る。このようなタンパク質またはペプチドはまた、例えば上記ペプチドの安定性、生物学的利用率および/または阻害活性が高くなるように、アミノおよび/またはカルボキシ末端に存在する追加の化学基(すなわち官能基)を含んでもよい。代表的な官能基としては、疎水性基(例えばカルボベンゾキシル、ダンシル、および、t−ブチルオキシカルボニル基)、アセチル基、9−フルオレニルメトキシ−カルボニル基、および、高分子キャリアー基(例えば脂質−脂肪酸結合体、ポリエチレングリコール、または、炭化水素)、例えばペプチド基などが挙げられる。
他の実施形態において、特定のアポトーシス関連疾患(例えばガン)の症状を、TRAIL遺伝子発現および/またはTRAIL遺伝子産物活性のレベルを減少させることによって改善することができ、これは、周知のアンチセンス、遺伝子「ノックアウト」、リボザイム、および/または、三重らせん方法と共にTRAIL遺伝子配列を用いて、TRAIL遺伝子発現のレベルを減少させることによって改善することができる。TRAIL遺伝子の活性、発現または合成を調節する能力(例えば血管新生関連疾患(例えばガン)の症状を改善する能力)を示し得る化合物の中でも、アンチセンス、リボザイム、および、三重らせん分子が挙げられる。このような分子は、障害のない、または、場合によっては突然変異体の標的遺伝子活性のいずれかを減少させる、または、阻害するように設計することができる。このような分子の生産および使用のための技術は、当業者周知である。
アンチセンスRNAおよびDNA分子は、標的化されたmRNAにハイブリダイズし、タンパク質翻訳を妨害することにより、mRNAの翻訳を直接的にブロックするように作用する。アンチセンス法は、標的遺伝子のmRNAに相補的なオリゴヌクレオチドの設計を含む。上記アンチセンスオリゴヌクレオチドは、相補的な標的遺伝子のmRNAの転写物に結合し、翻訳を妨害し得る。完全な相補性が好ましいが、必ずしも必要ではない。
本発明で用いられるRNAの一部に「相補的な」配列は、RNAとハイブリダイズすることができ、安定なデュプレックスを形成するのに十分な相補性を有する配列を意味する;二本鎖アンチセンス核酸の場合、デュプレックスDNAの1つの鎖を試験してもよいし、または、トリプレックス形成を分析してもよい。ハイブリダイズする能力は、アンチセンス核酸の相補性と長さの程度両方に依存し得る。一般的に、ハイブリダイズする核酸が長ければ長いほど、含まれる可能性のあるRNAとの塩基ミスマッチがより多く生じ、それでも安定なデュプレックスが形成される可能性がある(または、場合によってはトリプレックス)。当業者であれば、ハイブリダイズした複合体の融点を決定するために、標準的な手順の使用によりミスマッチの許容できる程度を確認することができる。
一実施形態において、TRAIL遺伝子の非コード領域に相補的なオリゴヌクレオチドをアンチセンス法で用いて、内因性TRAILのmRNAの翻訳を阻害することができる。アンチセンス核酸は、少なくとも長さが6個のヌクレオチドであるものとし、好ましくは長さが6〜約50個のヌクレオチドの範囲のオリゴヌクレオチドである。特定の形態において、オリゴヌクレオチドは、少なくとも10個のヌクレオチド、少なくとも17個のヌクレオチド、少なくとも25個のヌクレオチド、または、少なくとも50個のヌクレオ
チドである。
標的配列の選択にかかわらず、上記アンチセンスオリゴヌクレオチドの遺伝子発現を阻害する能力を定量するために、インビトロでの研究が最初に行われることが好ましい。これらの研究は、アンチセンス遺伝子阻害と、オリゴヌクレオチドの非特異的な生物学的作用とを区別するコントロールを利用することが好ましい。また、これらの研究で、標的RNAまたはタンパク質のレベルと、内部コントロールRNAまたはタンパク質のレベルとを比較することが好ましい。さらに、上記アンチセンスオリゴヌクレオチドを用いて得られた結果と、コントロールオリゴヌクレオチドを用いて得られた結果とを比較することが想定される。コントロールオリゴヌクレオチドは、試験オリゴヌクレオチドとほぼ同じ長さであること、および、オリゴヌクレオチドのヌクレオチド配列は、単に標的配列への特異的ハイブリダイゼーションを妨害するのに必要なアンチセンス配列とは違うことことが好ましい。
上記オリゴヌクレオチドは、DNAもしくはRNA、または、キメラ混合物もしくは誘導体、または、それらの修飾された改変体、一本鎖または二本鎖が可能である。上記オリゴヌクレオチドは、塩基成分、糖成分またはリン酸主鎖で修飾することができ、例えば、分子安定性、ハイブリダイゼーション安定性などを改善することができる。上記オリゴヌクレオチドは、その他の付加された基を含んでもよく、このような基としては、例えば、ペプチド(例えば宿主細胞受容体をインビボで標的化するため)、または、細胞膜を通過する輸送を容易にする物質(例えば、Letsinger等,1989年,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.86,6553〜6556;Lemaitre等,1987年,Proc.Natl.Acad.Sci.84,648〜652;PCT公報番号WO88/09810,1988年12月15日公開を参照)、または、血液脳関門(例えば、PCT公報番号W089/10134,1988年4月25日に公開を参照)、ハイブリダイゼーションを開始させる切断物質(例えば、Krol等,1988年,BioTechniques 6,958〜976を参照)、または、挿入剤(例えば、Zon,1988年,Pharm.Res.5,539〜549を参照)が挙げられる。この目的のために、上記オリゴヌクレオチドを、その他の分子に接合させてもよく、その他の分子としては、例えばペプチド、ハイブリダイゼーションを開始させる架橋剤、輸送物質、ハイブリダイゼーションを開始させる切断物質などが挙げられる。
上記アンチセンスオリゴヌクレオチドは、少なくとも1つの修飾された塩基成分を含んでもよく、このような修飾された塩基成分は、これらに限定されないが、5−フルオロウラシル、5−ブロモウラシル、5−クロロウラシル、5−ヨードウラシル、ヒポキサンチン、キサンチン、4−アセチルシトシン、5−(カルボキシヒドロキシルメチル)ウラシル、5−カルボキシメチルアミノメチル−2−チオウリジン、5−カルボキシメチルアミノメチルウラシル、ジヒドロウラシル、β−D−ガラクトシルケオシン(galactosylqueosine)、イノシン、N6−イソペンテニルアデニン、1−メチルグアニン、1−メチルイノシン、2,2−ジメチルグアニン、2−メチルアデニン、2−メチルグアニン、3−メチルシトシン、5−メチルシトシン、N6−アデニン、7−メチルグアニン、5−メチルアミノメチルウラシル、5−メトキシアミノメチル−2−チオウラシル、β−D−マンノシルケオシン(mannosylqueosine)、5−メトキシカルボキシメチルウラシル、5−メトキシウラシル、2−メチルチオ−N6−イソペンテニルアデニン、ウラシル−5−オキシ酢酸(v)、ワイブトキソシン、プソイドウラシル、ケオシン(queosine)、2−チオシトシン、5−メチル−2−チオウラシル、2−チオウラシル、4−チオウラシル、5−メチルウラシル、ウラシル−5−オキシ酢酸メチルエステル、ウラシル−5−オキシ酢酸(V)、5−メチル−2−チオウラシル、3−(3−アミノ−3−N−2−カルボキシプロピル)ウラシル、(acp3)w、および、2,6−ジアミノプリンからなる群より選択される。
上記アンチセンスオリゴヌクレオチドはまた、少なくとも1つの修飾された糖成分を含んでもよく、このような修飾された糖成分は、これらに限定されないが、アラビノース、2−フルオロアラビノース、キシルロース、および、ヘキソースからなる群より選択される。
さらなる他の実施形態において、上記アンチセンスオリゴヌクレオチドは、少なくとも1つの修飾されたリン酸主鎖を含み、このようなリン酸主鎖は、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、ホスホロアミドチオエート、ホスホロアミデート、ホスホロジアミデート、メチルホスホネート、アルキルホスホトリエステル、および、ホルムアセタールまたはそれらの類似体からなる群より選択される。
さらなる他の実施形態において、上記アンチセンスオリゴヌクレオチドは、α−アノマーオリゴヌクレオチドである。α−アノマーオリゴヌクレオチドは、相補的なRNAとの特異的二本鎖ハイブリッドを形成しており、そのストランドは、通常のベータユニットとは反対に互いに平行に並んでいる(Gautier等,1987年,Nucl.Acids Res.15,6625〜6641)。上記オリゴヌクレオチドは、2’−O−メチルリボヌクレオチド(Inoue等,1987年,Nucl.Acids Res.15,6131〜6148)、または、キメラRNA−DNA類似体(Inoue等,1987年,FEBS Lett.215,327〜330)である。
本発明のオリゴヌクレオチドは、当業界既知の標準的な方法によって合成することができ、例えば、自動DNAシンセサイザーの使用(例えばバイオサーチ(Biosearch),アプライド・バイオシステムズ(Applied Biosytems)などから市販されている)によって合成することができる。例として、ホスホロチオエートオリゴヌクレオチドを、Stein等の方法(1988年,Nucl.Acids Res.16,3209)によって合成することができ、メチルホスホネートオリゴヌクレオチドは、制御多孔質ガラスポリマー支持体(Sarin等,1988年,Proc.Natl.Acad.Sci.U.SA.85,7448〜7451)などの使用によって製造することができる。
標的遺伝子のコード領域配列に相補的なアンチセンスヌクレオチドを用いることができるが、転写された非翻訳領域に相補的なアンチセンスヌクレオチドが最も好ましい。
アンチセンス分子は、インビボで標的遺伝子を発現する細胞に運搬されるものとする。アンチセンスDNAまたはRNAを細胞に運搬する多数の方法が開発されている;例えば、アンチセンス分子は、組織部位に直接的に注入させてもよいし、または、望ましい細胞を標的化するように設計された改変アンチセンス分子(例えば、標的細胞表面上に発現された受容体または抗原に特異的に結合するペプチドまたは抗体に連結させたアンチセンス)を、全身投与することができる。
しかしながら、内因性mRNAの翻訳を抑制するのに十分なアンチセンスの細胞内濃度を達成することは、しばしば、困難である。それゆえに、好ましいアプローチでは、上記アンチセンスオリゴヌクレオチドが、強力なpol IIIまたはpol IIプロモーターの制御下に置かれている組換えDNAコンストラクトが利用される。このようなコンストラクトを被験体中で標的細胞をトランスフェクトするのに使用することによって、十分な量の一本鎖RNAが転写され、この一本鎖RNAは、内因性標的遺伝子の転写物と相補的な塩基対を形成し、それによって標的遺伝子のmRNAの翻訳を妨害することができる。例えば細胞に摂取され、アンチセンスRNAの転写を指示するように、例えばベクターを、導入することができる。このようなベクターは、ベクターが転写されて望ましいアンチセンスRNAを生産するのであれば、エピソームに残存していてもよいし、または、染色体に統合されてもよい。このようなベクターは、当業界で標準的な組換えDNA技術法によって構築することができる。ベクターは、当業界既知のプラスミド、ウイルスなどが可能であり、哺乳動物細胞における複製および発現に用いられる。アンチセンスRNAをコードする配列の発現は、哺乳動物、好ましくはヒト細胞において作用することが当業界既知のあらゆるプロモーターによってなされる。このようなプロモーターは、誘導性でもよいし、構成的でもよい。このようなプロモーターとしては、これらに限定されないが、以下が挙げられる:SV40初期プロモーター領域(BenoistおよびChambon,1981年,Nature 290,304〜310)、ラウス肉腫ウイルスの3’ロングターミナルリピートに含まれるプロモーター(Yamamoto等,1980年,Cell 22,787〜797)、ヘルペスチミジンキナーゼプロモーター(Wagner等,1981年,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.78,1441〜1445)、メタロチオネイン遺伝子の調節配列(Brinster等,1982,Nature 296,39〜42)など。あらゆるタイプのプラスミド、コスミド、YACまたはウイルスベクターが、組織部位に直接的に導入することができる組換えDNAコンストラクトを製造するのに用いることができる。あるいは、選択的に望ましい組織に感染するウイルスベクターを用いることができ、この場合、投与は、その他の経路(例えば全身性)によって達成してもよい。
また、標的遺伝子のmRNAの転写を触媒的に切断するように設計されたリボザイム分子も、標的遺伝子のmRNAの翻訳を妨害し、それによって標的遺伝子産物の発現を妨害するのに用いることができる。(例えば、PCT国際特許公報WO90/11364,1990年10月4日に公開;Sarver等,1990年,Science 247,1222〜1225を参照)。
リボザイムは、RNAの特異的な切断を触媒することができる酵素的なRNA分子である。(総論として、Rossi,1994年,Current Biology 4,469〜471を参照)。リボザイム作用のメカニズムは、リボザイム分子の相補的な標的RNAへの配列特異的ハイブリダイゼーション、それに続くエンドヌクレアーゼによる切断現象を含む。リボザイム分子の組成物は、標的遺伝子のmRNAに相補的な1またはそれ以上の配列を含まなければならなず、さらに、mRNA切断に関与する周知の触媒配列を含まなければならない。この配列については、例えば、米国特許第5,093,246号を参照、これらは、参照によりその全体を本発明に加入させる。
部位特異的認識配列でmRNAを切断するリボザイムは、標的遺伝子のmRNAを破壊するのに用いることができるが、ハンマーヘッド型リボザイムの使用が好ましい。ハンマーヘッド型リボザイムは、標的mRNAと相補的な塩基対を形成するフランキング領域によって指示された位置でmRNAを切断する。唯一の必要条件は、標的mRNAが、以下の2つの塩基からなる配列、5’−UG−3’を有することである。ハンマーヘッド型リボザイムの構築および生産は、当業界周知であり、以下でより詳細に説明されている:Myers,1995年,Molecular Biology And Biotechnology:A Comprehensive Desk Reference,VCHパブリッシャーズ(VCH Publishers),ニューヨーク(特に図4の第833頁を参照)、および、HaseloffおよびGerlach,1988年,Nature,334,585〜591、これらは、参照によりその全体を本発明に加入させる。
好ましくは、リボザイムは、切断認識部位が、標的遺伝子のmRNAの5’末端付近に位置するように作製され、すなわち、効率を増加させ、非機能的mRNAの転写物が細胞内に蓄積することを最小限にすることができる。
また、本発明のリボザイムとしては、RNAエンドリボヌクレアーゼ(以下「Cech型リボザイム」という)も挙げられ、例えばTetrahymena thennophilaに天然に存在するもの(IVS、または、L−19 IVS RNAとして知られている)およびThomas Cechおよびcollaboratorsによってよく説明されているもの(Zaug等,1984年,Science,224,574〜578;ZaugおよびCech,1986年,Science,231,470〜475;Zaug等,1986年,Nature,324,429〜433;University Patents Inc.の、公開された国際特許出願番号WO88/04300;BeenおよびCech,1986年,Cell,47,207〜216)である。Cech型リボザイムは、8塩基対の活性部位を有し、これが標的RNA配列にハイブリダイズし、その後、標的RNAの切断が起こる。本発明は、標的遺伝子中に存在する8塩基対の活性部位配列を標的化するCech型リボザイムを包含する。
アンチセンス法と動揺に、リボザイムは、改変されたオリゴヌクレオチド(例えば安定性、標的化の改良など)で構成することができ、インビボで標的遺伝子を発現する細胞に運搬されるものとする。好ましい運搬方法は、トランスフェクトされた細胞が内因性標的遺伝子メッセージを破壊するのに十分な量のリボザイムを生産し、翻訳を阻害するように、強力な構成的なpol IIIまたはpol IIプロモーターの制御下にリボザイムを「コードする」DNAコンストラクトを用いることを含む。アンチセンス分子と異なりリボザイムは触媒性であるため、効率に必要な細胞内濃度はより低い。
また、標的化された相同組換えを用いて、標的遺伝子またはそのプロモーターの不活性化または「ノックアウト」によって、内因性標的遺伝子発現を減少させることもできる(例えば、Smithies等,1985年,Nature 317,230〜234;ThomasおよびCapecchi,1987年,Cell 51,503〜512;Thompson等,1989年,Cell 5,313〜321を参照;これらそれぞれ、参照によりその全体は本発明に加入させる)。例えば、内因性標的遺伝子(標的遺伝子のコード領域または調節領域のいずれか)と相同なDNAでフランキングされた突然変異体、非機能的標的遺伝子(または全く関係のないDNA配列)を、選択マーカーおよび/またはネガティブ選択マーカー有りまたは無しで用いることができ、インビボで標的遺伝子を発現する細胞をトランスフェクトすることができる。標的化された相同組換えによるDNAコンストラクトの挿入は、標的遺伝子の不活性化を引き起こす。このようなアプローチは、特に、不活性な標的遺伝子を含む動物の子孫を生じさせるのにES(胚幹)細胞への改変を用いることができる農芸分野で適切である(例えば、上記のThomasおよびCapecchi,1987年、および、Thompson,1989年を参照)。しかしながら、組換えDNAコンストラクトが直接的に投与される、または、適切なウイルスベクターを用いてインビボにおいて必要な部位を標的化するという条件であれば、このアプローチをヒトでの使用に適合してもよい。
あるいは、体内で標的細胞中の標的遺伝子の転写を妨害する三重らせん構造が形成されるように、標的遺伝子の調節領域(すなわち標的遺伝子プロモーターおよび/またはエンハンサー)に相補的なデオキシリボヌクレオチド配列を標的化することによって、内因性標的遺伝子発現を減少させることができる。(一般的に、Helene,1991年,Anticancer Drug Des.,6(6),569〜584;Heiene等,1992年,Ann.N.Y.Acad.Sci.,660,27〜36;および、Maher,1992年,Bioassays 14(12),807〜815を参照)。
転写を阻害するための三重らせん形成で用いられる核酸分子は、一本鎖であり、デオキシヌクレオチドで構成されるものとする。これらのオリゴヌクレオチドの塩基組成は、フーグスティーン型塩基対形成の規則により三重らせん形成を促進するように設計されなければならず、一般的には、相当な大きさのプリンまたはピリミジンいずれかの伸張を、二本鎖の一方の鎖に存在させることが必要である。ヌクレオチド配列は、ピリミジンに基づくものであってもよく、それにより、得られた三重らせんの3本の連結した鎖にわたってTATおよびCGCトリプレットを生じる可能性がある。ピリミジン−リッチ分子は、二本鎖の1つの鎖のプリン−リッチ領域に対する塩基相補性を、その鎖に対して平行な方向で提供する。加えて、プリン−リッチな核酸分子(例えば、G残基の伸張を含む核酸分子)を選択してもよい。これらの分子は、GC対がリッチなDNAデュプレックスと三重らせんを形成することが可能であり、この場合、プリン残基の大半は、標的化された二本鎖の1つの鎖に存在し、トリプレックス中の3本の鎖にわたってGGCトリプレットを生じる。
あるいは、三重らせん形成を標的化する可能性のある配列は、いわゆる「スイッチバック」核酸分子を形成することによって増加し得る。スイッチバック分子は、それらが、デュプレックスの第一の1本の鎖と塩基対を形成し、続いて他方の鎖と塩基対を形成するように、5’−3’、3’−5’のいずれかの形式で合成され、すなわち、相当な大きさのプリンまたはピリミジンいずれかの伸張をデュプレックスの1本の鎖に存在させる必要性を省くことができる。
本発明で説明されるアンチセンス、リボザイム、および/または、三重らせん分子が突然変異体遺伝子発現を阻害するのに利用された場合、上記技術は、正常な標的遺伝子の対立遺伝子によって生産されたmRNAの転写(三重らせん)および/または翻訳(アンチセンス,リボザイム)(これらは、存在する正常な標的遺伝子産物の濃度が正常な表現型が必要とする濃度より低いという可能性がある)を効率的に減少させることができる、または、効率的に阻害することができる。このような場合において、標的遺伝子活性の実質的に正常なレベルが維持されることを確認するために、それゆえに、正常な標的遺伝子活性を示す標的遺伝子のポリペプチドをコードし、それを発現する核酸分子を、以下で説明されるような遺伝子治療方法によって、アンチセンス、リボザイムまたは三重らせん処理のいずれもが利用されている可能性のある配列を含まない細胞に導入することができる。あるいは、標的遺伝子が細胞外タンパク質をコードする場合、標的遺伝子活性の必要なレベルを維持するために、正常な標的遺伝子タンパク質を共投与することが好ましい場合がある。
本発明のアンチセンスRNAおよびDNA、リボザイム、および、三重らせん分子を、DNAおよびRNA分子の合成に関して上述したように、当業界既知のあらゆる方法によって製造することができる。これらの例としては、当業界周知のオリゴデオキシリボヌクレオチドおよびオリゴリボヌクレオチドを化学合成する技術(例えば固相ホスホラミダイト化学合成)が挙げられる。あるいは、RNA分子は、インビトロおよびインビボでの、アンチセンスRNA分子をコードするDNA配列の転写によって生成することができる。このようなDNA配列は、T7またはSP6ポリメラーゼプロモーターのような適切なRNAポリメラーゼプロモーターを組み込む多種多様なベクターに組み込んでもよい。あるいは、用いられるプロモーターに応じて構成的または誘導的にアンチセンスRNAを合成するアンチセンスcDNAコンストラクトを、安定して細胞系に導入することができる。
正常なTRAIL遺伝子発現および/またはTRAIL遺伝子産物活性のレベルの増加に関しては、例えば、上述のTRAIL遺伝子核酸配列を、血管新生関連疾患(例えばガン)の治療に利用することができる。このような治療は、例えば、遺伝子置換治療の形態で施すことができる。特に、正常なTRAIL遺伝子の1またはそれ以上のコピー、または、正常なTRAIL遺伝子機能を示すTRAIL遺伝子産物の生産を指示するTRAIL遺伝子の一部を、ベクターを用いて被験体中の適切な細胞に挿入してもよく、このようなベクターとしては、これらに限定されないが、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、ヘルペスウイルス、および、レトロウイルスベクターが挙げられ、加えて、細胞にDNAを導入するその他の粒子、例えばリポソームも挙げられる。
TRAIL遺伝子は脳で発現される可能性があるので、このような遺伝子置換治療技術は、被験体中のこれらの細胞型にTRAIL遺伝子配列を運搬することができるものとする。従って、一実施形態において、当業者周知の技術(例えば、1988年4月25日に公開されたPCT公報番号W089/10134を参照)を用いて、TRAIL遺伝子配列を、容易に血液脳関門を通過させ、その配列を脳中の細胞に運搬することを可能にする。血液脳関門を通過させることができる運搬に関しては、例えば上述したような ウイルスベクターが好ましい。
他の実施形態において、運搬のための技術は、このようなTRAIL遺伝子配列を、TRAIL遺伝子配列が発現され得る細胞部位へ直接投与することを含む。
全体的なTRAIL遺伝子発現および/またはTRAIL遺伝子産物活性のレベルを増加させるに利用することができるさらなる方法としては、適切なTRAIL発現細胞(好ましくは自家細胞)を、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の症状を改善するのに適した位置および数で被験体に導入することが挙げられる。このような細胞は、組換え細胞でもよいし、非組換え細胞でもよい。
被験体において全体的なTRAIL遺伝子発現のレベルを増加させるための投与できる細胞の中でも、TRAIL遺伝子を発現する正常な細胞(好ましくは肝細胞)が挙げられる。
あるいは、細胞、好ましくは自家細胞は、TRAIL遺伝子配列を発現するように操作することができ、次に、被験体に、アポトーシス関連疾患(例えばガン)の症状の回復に適した位置で導入してもよい。あるいは、障害のないTRAIL遺伝子を発現し、MHCが適合した個々の生物由来の細胞を利用することができ、例えば肝細胞が挙げられる。TRAIL遺伝子配列の発現は、適切な遺伝子調節配列によって制御され、このような発現が必要な細胞型において発現を可能にする。このような遺伝子調節配列は当業者周知である。このような細胞ベースの遺伝子治療技術は当業者周知である(例えば、Andersonの米国特許第5,399,349号を参照)。
投与される細胞が非自家細胞の場合、それらは、導入された細胞に対する宿主免疫反応が進行しないようにする周知の技術を用いて投与することができる。例えば、細胞をカプセル封入された形態で導入することができ、このような形態は、すぐに細胞外環境と成分を変換し得るが、導入された細胞は宿主免疫系によって認識されない。
加えて、TRAIL遺伝子産物活性を調節することができる化合物、例えば上述したような技術で同定された化合物は、当業者周知の標準的な技術を用いて投与することができる。投与される化合物が脳の細胞との相互作用に関与する場合、投与技術は、血液脳関門の通過を可能にする周知の技術を含むものとする。
上記ポリペプチドの異常な活性に関連する疾患を治療する(予防的または治療的に)ために、本発明で説明されるスクリーニング分析によって同定された、本発明のポリペプチドの活性または発現に対して刺激または阻害作用を有する物質またはモジュレーターを個々の生物に投与することができる。このような治療と共に、個々の生物の薬理ゲノム学(すなわち、個々の遺伝子型と、その個々の外来化合物または薬剤に対する反応との関係の研究)を考慮してもよい。治療剤の代謝における差によって、薬理学的に活性な薬剤の用
量と血中濃度との関係が変化することによって深刻な毒性または治療の失敗を起こす可能性がある。従って、個々の生物の薬理ゲノム学によって、個々の生物の遺伝子型の考察に基づいた予防または治療的処置に有効な物質(例えば薬剤)の選択が可能になる。さらに、このような薬理ゲノム学を用いて、適切な投与量および治療計画を決定することができる。従って、個々の生物における本発明のポリペプチドの活性、本発明の核酸の発現、または、本発明の遺伝子の突然変異の内容を決定することによって、個々の生物の治療または予防的処置に適した物質を選択することができる。
薬理ゲノム学は、改変された薬剤の性質や、影響を受けた個々の生物における異常な作用による、薬剤に対する反応における臨床的に顕著な遺伝的な変異を扱うものである。例えば、Linder(1997年)Clin.Chem.43(2):254〜266を参照。一般的に、2タイプの遺伝薬理学的な条件を区別することができる。薬剤が体に作用する方法を変化させる一つの因子として伝えられた遺伝子学的条件を、「改変された薬剤の作用」という。体が薬剤に作用する方法を変化させる一つの因子として伝えられた遺伝子学的条件を、「改変された薬剤の代謝」という。これらの遺伝薬理学的な条件は、まれな欠損または多型のいずれかとして生じ得る。例えば、グルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ欠損症(G6PD)は、一般的な遺伝性酵素欠損症であり、主な臨床上の合併症は、酸化薬剤(抗マラリア剤、スルホンアミド、鎮痛薬、ニトロフラン)の摂取、および、ファーバビーンズ(fava beans)の摂取の後の溶血である。
説明のための実施形態として、薬剤を代謝する酵素の活性は、薬剤の作用の強度と持続期間両方の主要な決定要因である。薬剤を代謝する酵素(例えばN−アセチルトランスフェラーゼ2(NAT2)、ならびに、チトクロームP450酵素CYP2D6およびCYP2C19)の遺伝子多型を発見することにより、標準的で安全な薬剤用量を摂取した後に、ある種の被験体がなぜ予測された薬剤作用を示さないか、または、過剰な薬剤反応と深刻な毒性を示すかに関して説明が提供される。これらの多型は、集団において、代謝能が速い群(EM)と、代謝能が遅い群(PM)という2つの表現型で示される。PMの罹患率は、異なる集団によって様々である。例えば、CYP2D6をコードする遺伝子は高度に多型であり、数種の突然変異がPMで同定されており、これらは全て機能的CYP2D6の欠損を起こす。CYP2D6およびCYP2C19の代謝能が遅い群は、薬剤を標準用量で摂取した場合、かなり高頻度で過剰な薬剤反応と副作用を起こす。代謝産物が活性な治療成分である場合、PMは治療的な反応を示さないと考えられ、これは、そのCYP2D6が形成する代謝産物であるモルヒネが介在するコデインの鎮痛作用によって示される。その他の極端な例は、いわゆる代謝能が極端に速い群であり、これは、標準用量には反応しない。近年、極端に速い代謝の分子的な根拠は、CYP2D6遺伝子増幅によるものと同定された。
従って、本発明のポリペプチドの活性、本ポリペプチドをコードする核酸の発現、または、個々の生物における本ポリペプチドをコードする遺伝子の突然変異の内容を決定することによって、個々の生物の治療または予防的処置に適した物質を選択することができる。加えて、遺伝薬理学的な研究を用いて、薬剤を代謝する酵素をコードする多型の対立遺伝子の遺伝子型解析を、個々の生物の薬剤に反応を示す表現型の同定に適用することができる。この知見を投与または薬剤の選択に適用される場合、それによって、本ポリペプチドの活性または発現モジュレーター(例えば代表的な本発明で説明されるスクリーニング分析のいずれかによって同定されたモジュレーター)で被験体を治療する際に、逆の反応または治療の失敗を回避することができ、従って、治療または予防効率を高めることができる。
物質(例えば薬剤、化合物)の、本発明のポリペプチドの発現または活性に対する影響(例えば、異常な細胞増殖走化性および/または分化を調節するする能力)をモニターすることは、基礎的な薬剤スクリーニングに加えて、臨床試験にも適用することができる。例えば、本発明で説明するようなスクリーニング分析によって決定された物質の、遺伝子発現、タンパク質レベルまたはタンパク質活性を増加させることにおける有効性は、遺伝子発現、タンパク質レベルまたはタンパク質活性の減少を示す被験体の臨床試験でモニターが可能である。あるいは、スクリーニング分析によって決定された物質の、遺伝子発現、タンパク質レベルまたはタンパク質活性を減少させることにおける有効性は、遺伝子発現、タンパク質レベルまたはタンパク質活性の増加を示す被験体の臨床試験でモニターが可能である。このような臨床試験において、本発明のポリペプチドの発現または活性、および、好ましくは、例えば細胞増殖に関する疾患に関与するその他のポリペプチドの発現または活性を、特定の細胞の免疫反応性のマーカーとして用いることができる。
非限定的な例としては、本発明のポリペプチドの活性または発現(例えば本発明で説明されるスクリーニング分析で同定された)を調節する物質(例えば化合物、薬剤または小さい分子)での治療によって細胞中で調節される遺伝子(例えば本発明の遺伝子など)を、同定することができる。従って、例えば、臨床試験において、物質の細胞増殖に関する疾患に対する作用を研究するこために、細胞を単離し、RNAを製造し、上記疾患に関与する本発明の遺伝子およびその他の遺伝子の発現のレベルについて分析することができる。遺伝子発現のレベル(すなわち遺伝子発現パターン)は、本発明で説明されるノーザンブロット分析またはRT−PCRによって、またはあるいは、本発明で説明される方法のいずれかによって生産されたタンパク質の量を測定することによって、または、本発明の遺伝子またはその他の遺伝子の活性のレベルを測定することによって定量することができる。この方法において、遺伝子発現パターンは、細胞の物質に対する生理学的反応の指標となるマーカーとして役立ち得る。従って、この反応の状態は、上記物質での個々の生物の治療の前、および、その最中の様々な時点で決定することができる。
好ましい実施形態において、本発明は、物質(例えば、本発明で説明されるスクリーニング分析によって同定されたアゴニスト、アンタゴニスト、ペプチドミメティック、タンパク質、ペプチド、核酸、小さい分子、またはその他の薬剤候補)での被験体の治療の有効性をモニターする方法を提供し、本方法は、以下の工程を含む:(i)上記物質の投与の前に、被験体から投与前サンプルを得ること;(ii)投与前サンプルにおける本発明のポリペプチドまたは核酸のレベルを検出すること;(iii)被験体から1またはそれ以上の投与後サンプルを得ること;(iv)投与後サンプルにおいて本発明のポリペプチドまたは核酸のレベルを検出すること;(v)投与前サンプルにおける本発明のポリペプチドまたは核酸のレベルと、投与後サンプルにおける本発明のポリペプチドまたは核酸のレベルとを比較すること;および、(vi)それに応じて、上記物質の被験体への投与を変更すること。例えば、検出されたレベルより高いレベルに本ポリペプチドの発現または活性を増加させるために、すなわち上記物質の有効性を増加させるために、上記物質の投与を増加させることが望ましい可能性がある。あるいは、検出されたレベルより低いレベルに本ポリペプチドの発現または活性を減少させるために、すなわち上記物質の有効性を減少させるために、上記物質の投与を減少させることが望ましい可能性がある。
本発明の化合物は、活性成分を上記物質の哺乳動物の体内の作用部位に接触させるあらゆる手段によって、様々な血管新生関連疾患を阻害するように製剤化し、投与することができる。それらは、個々の治療上の活性成分として、または、治療上の活性成分を組み合わせて、医薬と併用することができる従来のあらゆる手段によって投与することができる。これらは単独で投与してもよいが、一般的には、選択された投与経路および標準的な製薬上の実施に基づき選択された医薬キャリアーと共に投与される。
投与された化合物の投与量は、血管新生関連疾患の症状を改善させるのに十分な治療上有効な量であり、当然ながら既知のファクターに応じて変更可能であり、このようなファクターとしては、特定の活性成分の薬力学的特徴、および、その投与様式および経路;レシピエントの年齢、性別、健康および体重;症状の性質および程度;現行の治療の種類、治療頻度および望ましい作用が挙げられる。
このような化合物の毒性および治療有効性は、細胞培養物または実験動物において、例えばLD50(集団の50%が死ぬ量)とED50(集団の50%において治療上有効な用量)を決定するための標準的な製薬的な手順によって決定することができる。毒性と治療的な作用との間の用量比は、治療係数であり、これは、LD50/ED50の比として示すことができる。大きい治療係数を示す化合物が好ましい。毒性の副作用を示す化合物を用いてもよいが、感染していない細胞に対して起こり得るダメージを最小限にし、それによって副作用が減少するように、影響を受けた組織の部位にこのような化合物を標的化する運搬システムを設計するように注意すべきである。
細胞培養物の分析と動物の研究から得られたデータは、ヒトに使用する範囲の投与量を製剤化するのに用いることができる。好ましくは、このような化合物の投与量は、ED50を含み、毒性がわずかな、または毒性が無い循環濃度の範囲内にある。投与量は、用いられる投与形態および利用された投与経路に応じて、この範囲内で変更してもよい。本発明の方法で用いられるあらゆる化合物について、治療上有効な用量は、まずは細胞培養物の分析から推定することができる。動物モデルにおいて、細胞培養物で決定されたIC50(すなわち症状の最大阻害の半分に達する試験化合物濃度)を含む循環血漿濃度範囲が達成される用量を製剤化してもよい。このような情報は、ヒトにおいて有用な用量をより精密に決定するのに用いることができる。血漿中のレベルは、例えば高速液体クロマトグラフィーによって測定することができる。
また、抗体には、特定の投与量を利用してもよい。一般的には、好ましい投与量は、0.1mg/kg〜100mg/kg体重(一般的に10mg/kg〜20mg/kg)であり、抗体が脳で作用する場合、通常、適切な投与量は、50mg/kg〜100mg/kgである。抗体が部分的なヒト抗体または完全ヒト抗体である場合、一般的に、ヒトの体において他の抗体より長い半減期を有すると考えられる。従って、場合によっては部分的なヒト抗体および完全ヒト抗体は、より低い投与量が可能である。抗体をさらに安定化するために、さらなる改変を用いてもよい。例えば、抗体を安定化し、摂取および組織透過性(例えば脳への)を高めるために、脂質化を用いることができる。抗体の脂質化方法は、Cruikshank等によって説明されている((1997年)J.Acquired Immune Deficiency Syndromes and Human Retrovirology 14:193)。
タンパク質またはポリペプチドの治療上有効な量(すなわち有効な投与量)の範囲は、約0.001〜30mg/kg体重、好ましくは約0.01〜25mg/kg体重、より好ましくは約0.1〜20mg/kg体重、さらにより好ましくは約1〜10mg/kg、2〜9mg/kg、3〜8mg/kg、4〜7mg/kg、または、5〜6mg/kg体重である。
その上、治療上有効な量のタンパク質、ポリペプチドまたは抗体での被験体の治療は、1回の治療でなされることが可能であり、または、好ましくは、一連の治療でなされることが可能である。好ましい例において、抗体、タンパク質またはポリペプチドでの被験体の治療は、約0.1〜20mg/kg体重の範囲で、1週あたり1回で、約1〜10週間、好ましくは2〜8週間、より好ましくは約3〜7週間、さらにより好ましくは約4、5または6週間で行われる。
本発明は、発現または活性を調節する物質をさらに包含する。このような物質は、例えば、小さい分子が可能である。例えば、このような小さい分子としては、これらに限定されないが、ペプチド、ペプチドミメティック、アミノ酸、アミノ酸類似体、ポリヌクレオチド、ポリヌクレオチド類似体、ヌクレオチド、ヌクレオチド類似体、分子量が約10,000グラム/モル未満の有機または無機化合物(すなわち、ヘテロ有機および有機金属化合物など)、分子量が約5,000グラム/モル未満の有機または無機化合物、分子量が約1,000グラム/モル未満の有機または無機化合物、分子量が約500グラム/モル未満の有機または無機化合物、ならびに、このような化合物の塩、エステル、およびその他の製薬上許容できる形態が挙げられる。
当然ながら、物質が小さい分子である場合の適切な用量は、当業者(例えば医師)既知の多数のファクターに依存する。小さい分子の用量は、変更することができ、例えば、被験体または処理されるサンプルの性質、大きさおよび状態に応じて、必要であればさらに本組成物が投与される経路に応じて、および、専門家が本発明の核酸またはポリペプチドを有するその小さい分子に望む作用に応じる。代表的な用量は、被験体またはサンプルのkg体重あたり、小さい分子の量のmgまたはμgである(例えば約1μg/kg〜約500mg/kg、約100μg/kg〜約5mg/kg、または、約1μg/kg〜約50μg/kg)。
本発明に従って使用される医薬組成物は、従来の方法で、1またはそれ以上の生理学的に許容できるキャリアーまたは添加剤を用いて製剤化することができる。
従って、本化合物およびそれらの生理学的に許容できる塩および溶媒化合物は、吸入法または通気法による投与(口または鼻いずれかを通じて)用に、または、経口、口腔、非経口もしくは直腸投与用に製剤化することができる。
経口投与用には、本医薬組成物は、例えば錠剤またはカプセルの形態をとることができ、これらは、製薬上許容できる添加剤を用いて従来の手段で製造され、このような添加剤としては、以下が挙げられる:結合剤(例えばα化トウモロコシデンプン、ポリビニルピロリドンまたはヒドロキシプロピルメチルセルロース);充填剤(例えばラクトース、微結晶性セルロース または リン酸水素カルシウム);潤滑剤(例えばステアリン酸マグネシウム、タルクまたはシリカ);崩壊剤(例えばポテトスターチまたはナトリウムスターチグリコレート);または、湿潤剤(例えばラウリル硫酸ナトリウム)。錠剤は、当業界周知の方法でコーティングされていてもよい。経口投与用の液状製剤は、例えば溶液、シロップまたは懸濁液の形態をとることができ、または、それらは、使用前に水またはその他の適切な媒体で溶解させるための乾燥製品として提供されてもよい。このような液状製剤は、製薬上許容できる添加剤を用いて従来の手段によって製造することができ、このような添加剤としては、以下が挙げられる:懸濁化剤(例えばソルビトールシロップ、セルロース誘導体または食用硬化油);乳化剤(例えばレシチンまたはアラビアゴム);非水性媒体(例えばアーモンド油、油性エステル、エチルアルコールまたは精留した植物油);および、保存剤(例えばメチルもしくはプロピル−p−ヒドロキシベンゾエート、または、ソルビン酸)。このような製剤はまた、必要に応じて、緩衝塩、矯味矯臭薬、着色剤および甘味剤を含んでもよい。
経口投与用の製剤は、活性化合物が制御されて放出されるように適切に製剤化することができる。
口腔投与用に、本組成物は、従来の方法で製剤化された錠剤またはロゼンジの形態をとることができる。
吸入法による投与用に、本発明に係る使用のための化合物は、適切な噴射剤(例えば、ジクロロジフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、ジクロロテトラフルオロエタン、二酸化炭素またはその他の適切なガス)を使用して、加圧パックまたはネブライザーからのエアロゾルスプレー仕様の形態でうまく運搬される。加圧エアロゾルの場合、投与量単位は、定量を運搬するためのバルブを提供することによって決定することができる。吸入器または注入器に使用するためのカプセルおよびカートリッジ(例えばゼラチン製)は、本化合物の粉末ミックス、および、適切な粉末ベース(例えばラクトースまたはスターチ)を含ませて製剤化することができる。
注射(例えばボーラス注射または連続的な注入)による非経口投与用に、本化合物を製剤化することができる。注射用の製剤は、例えばアンプルに、または、複数回投与用の容器に、単位投与形態で、添加された保存剤と共に提供することができる。本組成物は、油性または水性媒体中の懸濁液、溶液またはエマルジョンのような形態をとってもよく、懸濁化剤、安定剤および/または分散剤のような成形剤を含んでもよい。あるいは、活性成分は、適切な媒体(例えば滅菌パイロジェンフリー水)との構成のために、使用前に粉末状であってもよい。一般的に、非経口用の溶液には、水、適切な油、生理食塩水、水性デキストロース(グルコース)および関連する糖溶液およびグリコール、例えばプロピレングリコールまたはポリエチレングリコールが、適切なキャリアーである。非経口投与用の溶液は、好ましくは、水溶性の活性成分の塩、適切な安定化剤、必要に応じて緩衝物質を含み得る。抗酸化剤(例えば硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウムまたはアスコルビン酸)は適切な安定化剤であり、単独または組み合わせのいずれかが可能である。また、クエン酸およびその塩、ならびに、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム(EDTA)も用いられる。加えて、非経口用の溶液は、保存剤を含んでもよく、このような保存剤としては、例えば、塩化ベンザルコニウム、メチル−またはプロピル−パラベン、および、クロロブタノールが挙げられる。適切な医薬キャリアーは、この分野の標準的な参考書であるRemington’s Pharmaceutical Sciencesに説明されている。
本化合物はまた、例えば、坐剤または保留浣腸のような直腸用組成物に製剤化することができ、これらは、従来の坐剤ベース(例えばカカオバターまたはその他のグリセリド)を含む。
これまでに述べられた製剤に加えて、本化合物はまた、デポ製剤として製剤化することができる。このような持続型製剤は、埋め込み(例えば皮下または筋肉内)、または、筋肉注射によって投与することができる。従って、本化合物は例えば、適切な高分子材料または疎水性材料(例えば許容できる油中のエマルジョンなど)、または、イオン交換樹脂と共に、または、わずかに可溶性の誘導体(例えばわずかに可溶性の塩)として、製剤化することができる。
加えて、標準的な製剤方法を用いて、作用の持続期間を制御することができる。このような製剤は当業界周知であり、例えば制御放出製剤が挙げられ、適切な高分子、例えばポリマー、ポリエステル、ポリアミノ酸、ポリビニル、ピロリドン、エチレンビニルアセテート、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースまたは硫酸プロタミンを含み得る。高分子の濃度、同様に、取り込み方法は、放出を制御するために調節することができる。
さらに、上記物質は、高分子材料(例えばポリエステル、ポリアミノ酸、ヒドロゲル、ポリ(乳酸)、または、エチレンビニルアセテートコポリマー)の粒子に取り込ませてもよい。取り込みに加えて、これらの物質はまた、マイクロカプセルに本化合物を封じ込めるのにも用いることができる。
本組成物は、必要に応じて、パックまたはディスペンザー装置に提供されてもよく、これらは、活性成分を含む単位投与形態の1またはそれ以上を含んでもよい。パックは、例えば、金属またはプラスチック箔で構成されてもよい(例えばブリスターパック)。パックまたはディスペンザー装置には、投与のための説明書が添付されていてもよい。
本発明の化合物の投与のための有用な製薬の投与形態は、以下のように説明できる:
カプセル:カプセルは、標準的な2ピースのハードゼラチンカプセルに、望ましいの量の粉末化した活性成分、ラクトース(175mg)、タルク(24mg)およびステアリン酸マグネシウム(6mg)それぞれを充填することによって製造される。
ソフトゼラチンカプセル:ダイズ油中の活性成分の混合物を製造し、容積形ポンプ手段によってゼラチンに注入され、望ましいの量の活性成分を含むソフトゼラチンカプセルを形成する。次に、カプセルを洗浄し、乾燥する。
錠剤:錠剤は、従来の手順によって投与量単位が、望ましいの量の活性成分となるように製造される。コロイド状二酸化ケイ素(0.2mg)、ステアリン酸マグネシウム(5mg)、微結晶性セルロース(275mg)、コーンスターチ(11mg)およびラクトース(98.8mg)。美味性を増加させる、または、吸収を遅らせるために、適切なコーティングを適用してもよい。
注射用:注射による投与に適切な非経口用組成物は、10容量%のプロピレングリコールおよび水中で、1.5重量%の活性成分を撹拌することによって製造される。この溶液を塩化ナトリウムで等張にし、滅菌する。
懸濁液:経口投与用の水性懸濁液は、各5ミリリットルに、細粒化した活性成分(100mg)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(200mg)、安息香酸ナトリウム(5mg)、ソルビトール溶液U.S.P.(1.0グラム)およびバニリン(0.025ミリメートル)が含まれるように製造する。
遺伝子治療用の投与:必要に応じて、遺伝子治療用ベクターは、固体、半固体、液体またはガス状で、それらそれぞれの投与経路に応じた通常の方法で、例えば、錠剤、カプセル、粉末、顆粒、軟膏、溶液、坐剤、注射液、吸入剤およびエアロゾルのような製剤に製剤化することができる。当業界既知の手段を利用して、標的の臓器に到達するまでに本組成物が放出および吸収されることを妨害する、または、本組成物の持続放出を確実にすることができる。本発明の組成物の作用を無効にしない製薬上許容できる形態が用いられるべきである。製薬の投与形態において、本組成物を、単独で、または、適切に結合させて、同様に、その他の医薬的に活性な化合物と組み合わせて用いることができる。
従って、本発明の医薬組成物は、様々な経路で動物の体の様々な部位に運搬され、特定の作用を達成することができる(例えば、Rosenfeld等(1991年),上記の;Rosenfeld等,Clin.Res.,3 9(2),31 1A(1991a);上記のJaffe等;上記のBerknerを参照)。当業者には当然であるが、2以上の経路を投与に用いることができるが、特定の経路が、その他の経路より高い即効性と有効な反応を提供する可能性がある。局所または全身への運搬は、体腔への製剤の適用または点滴注入、エアロゾルの吸入法または通気法などの投与によって、または、筋肉内に、静脈内、腹膜内、皮下、皮内などの非経口の導入によって、同様に、局所投与によって達成することができる。
本発明の組成物は、単位投与形態で提供することができ、ここで、各投与量単位、例えば茶さじ一杯、錠剤、溶液または坐剤は、予め決められた量の本組成物を、単独で、または、適切に他の活性物質と組み合わせて含む。本発明で用いられる用語「単位投与形態」は、ヒトおよび動物の被験体の単位投与量として適切な、物理的に別々の単位を意味し、各単位は、望ましい作用を生じるのに十分な量で計算された、予め決められた量の本発明の組成物を、単独で、または、他の活性物質と組み合わせて、必要に応じて製薬上許容できる希釈剤、キャリアーまたは媒体と共に含む。本発明の単位投与形態の詳細は、特定の宿主において達成され得る特定の作用、および、本医薬組成物に関連する特定の薬力学によって様々である。
従って、本発明はまた、治療用遺伝子を宿主にトランスファーする方法を提供し、本方法は、上述の投与経路または当業者既知の特定の用途に適したその代わりの経路のいずれか用いて、本発明のベクターを投与すること(好ましくは組成物の一部として)を含む。本組成物の「有効量」は、宿主において望ましい作用が生じるような量であり、これは、当業者既知のいくつかの評価項目を用いてモニターが可能である。本発明に従って、宿主細胞にベクターの有効な遺伝子をトランスファーすることは、治療作用(例えば治療されている特定の病気に関連するいくつかの症状緩和)についてモニターが可能であり、または、さらに、トランスファーした遺伝子または宿主中での遺伝子の発現の証拠によってモニターが可能である(例えば、ポリメラーゼ連鎖反応を、配列解析、ノーザンもしくはサザンハイブリダイゼーション、または、宿主細胞中で核酸を検出するための転写分析と共に用いて、または、免疫ブロット分析、抗体介在検出、mRNAまたはタンパク質の半減期の研究、または、トランスファーした核酸によってコードされた、または、このようなトランスファーによってレベルまたは機能に影響を受けたタンパク質またはポリペプチドを検出するのに特化した分析を用いて)。
本発明で説明されるこれらの方法は、決して包括的ではなく、平均的な熟練した技術者であれば特定の用途に適したさらなる方法を理解することができる。その上、本組成物の有効量は、望ましい作用を奏することがわかっている化合物から類推してさらに近接させることができる。
その上、実際の用量およびスケジュールは、本組成物が、その他の医薬組成物と組み合わせて投与されるかどうかに応じて、または、薬物動態学、薬剤の性質および代謝における個々の差に応じて変更することができる。同様に、インビトロでの用途において、利用された特定の細胞系に応じて量を変更することができる(例えば、細胞表面に存在するアデノウイルス受容体の数、または、その細胞系において複製する遺伝子のトランスファーに用いられる特定のベクターの能力に基づいて)。その上、細胞あたり添加されるベクターの量は、ベクターに挿入された治療用遺伝子の長さおよび安定性、同様に配列の性質に応じて変化する可能性があり、これは特に、経験的に決定する必要があるパラメーターであり、本発明の方法に固有ではないファクターに応じて改変することができる(例えば合成に関連するコスト)。当業者であれば、特定の状況に従って必要なあらゆる調節を簡単に行うことができる。
インビトロジェンのキットを用いて単離された本発明に関連するオリジナルのクローンを、2003年4月15日にアメリカンタイプカルチャーコレクション(American Type Culture Collection),10801ユニバーシティ・ブラバード(University Boulevard),マナサス,バージニア州20110〜2209に寄託した。これらのクローンは、E.coliのPIR1株INV−1(プラスミドpUcaTRAILを含む)(ATCC寄託番号PTA−5137)、E.coliのPIR1株INV−2(プラスミドp14feTRAILを含む)(ATCC寄託番号PTA−5138)、E.coliのPIR1株INV−3(プラスミドp68caTRAILshを含む)(ATCC寄託番号PTA−5139)、および、E.coliのPIR1株INV−4(プラスミドpSfeTRAILshを含む)(ATCC寄託番号PTA−5140)。TRAILshは、可溶性型TRAILである。
以下の実施例は、例として提供されるものであり、本発明の範囲をいかなる方式に限定するものではない。
実施例1
TRAIL遺伝子の同定およびクローニング
この章に示す実施例において、アポトーシス関連疾患(例えばガン)に関与する新規のイヌの遺伝子(本発明においてTRAILと呼ばれる)を同定する研究について説明する。
1.イヌおよびネコの細胞系からのRNAの単離
ATCC(アメリカンタイプカルチャーコレクション,ロックビル,メリーランド州)から、以下の3種の細胞系を得た:CRL−6130(Fc28.Lu,ネコの肺)、CRL−6252(ECF50.HT,イヌの心臓)、CRL−6569(Fc2.Lu,ネコの肺)。上記3種の細胞系のコンフルエントの細胞を、T75フラスコ中に溶解させ、SvトータルRNA単離システム(Sv Total RNA Isolation System)を製造元(プロメガ社,カリフォルニア州)からの説明書に従って用いてトータルRNAを精製した。RNA(10〜45μg)を単離し、H2O(100μl)に懸濁した。
2.これら細胞系におけるTRAILのRT−PCR増幅および検出
ヒト由来のコンセンサス配列(寄託番号U37518)、および、マウス由来のコンセンサス配列(寄託番号U37522)に基づいて、イヌおよびネコのTRAIL cDNAの内部領域を増幅するように、2対のプライマーを設計した。それぞれの対の5’プライマーは以下の通り:N4066E09−ACCATTTCTACAGTTCMAGAAAAGCA(配列番号1)、これは、ヒトTRAIL cDNAのヌクレオチド#382〜408、同様に、マウスTRAIL cDNAのヌクレオチド#354〜380に対応する。セット1の3’プライマーは:N4066E06−TCCTGAAATCGRAAGTATGTTTGGGAATACATGTA(配列番号2)であり、これは、ヒトTRAIL cDNAのヌクレオチド#634〜669に対応する。セット2の3’プライマーは:N4066E11−ACAGAAACAAAAATYCTGTCATTTT(配列番号3)であり、これは、ヒトTRAIL cDNAのヌクレオチド#841〜866に対応する。これらのオリゴプライマーを増幅反応に用いた。アマシャム・ファルマシア(カタログ番号27−9267−01,イリノイ州)製のレディー−トゥー−ゴー(Ready−To−Go)RT−PCRキットを用いて、RT−PCR反応を行った。トータルRNA(1μg)を、第一鎖のプライマーとしてpd(N)6(1μg)と共に、RT−PCRビーズに加えた。逆転写反応を42℃で30分間行った。次に、この反応液を95℃で5分間インキュベートし、逆転写酵素を不活性化し、テンプレートを完全に変性させた。PCRプログラムは、以下の通りである:95℃で5分間保持、続いて、94℃で30秒間、52℃で1分間、68℃で1分間、および、74℃で7分間の伸長を30サイクル。PCR産物を、電気泳動によって分析した。
3種のイヌおよびネコの細胞系(CRL−6130,Fc28.Lu,ネコの肺;CRL−6252ECF50.HT,イヌの心臓;CRL−6569Fc2.Lu,ネコの肺)から、トータルRNAを単離した。これら細胞系におけるTRAILの遺伝子発現を試験するために、イヌおよびネコのTRAILの内部領域を増幅する2対のプライマーをRT−PCR反応に用いた。1対のプライマーから504bpのPCRフラグメントが生産され、他方のプライマーからは288bpのフラグメントが生産された。結果によれば、これらの3種の細胞系においてTRAILが豊富に発現されたことが明白に示された(図1)。
3.イヌおよびネコのTRAILフラグメントのRACE−PCR
3種の内部TRAILオリゴプライマーがPCR−RACEでうまく用いられた。それらを以下に示す:N4066E06−TCCTGAAATCGRAAGTATGTTTGGGAATACATGTA(配列番号2,上記を参照)、N4066E07−TACATCTATTCCCAAACATACTTYCGATTTCAGGA(配列番号4)、これは、ヒトTRAIL cDNAのヌクレオチド#634〜669、同様に、マウスTRAIL cDNAのヌクレオチド#605〜640に対応する。N4066E09−ACCATTTCTACAGTTCMAGAAAAGCA(配列番号1,上記を参照)。クロンテック・ラボラトリーズ(カタログ番号K1811−1,パロアルト,カリフォルニア州)製のSMART RACE cDNA増幅キットを用いて、PCR−RACE反応を行った。第一の鎖のcDNA合成を行い、それぞれ5’−RACE−Ready cDNAと、3’−RACE−Ready cDNAを製造した。トータルのイヌおよびネコのRNA(上記を参照)(1μg)を、5’−CDSプライマーと共に混合し、同様に、5’−RACE Ready DNAについてはSMART IIオリゴと共に混合した。3’−RACE Ready cDNAについては、RNAサンプルを、3’−CDSプライマーと混合した。この反応液を70℃で2分間インキュベートし、次に、氷上で2分間冷却した。第一の鎖の緩衝液、DTT、dNTPミックスおよびMMLV逆転写酵素をこの混合物に加え、42℃で1.5時間インキュベートした。次に、トリシン−EDTA緩衝液(100μl)を加え、−20℃で保存した。
RACE(Rapid Amplification of cDNA Ends)を、クロンテックの説明書に従って行い、水と、アドバンテージ(Advantage)2 PCR緩衝液、dNTPミックス、および、アドバンテージ2ポリメラーゼミックスとを混合することによってPCRマスターミックスを製造した。5’−RACE−Ready cDNA(上記を参照)、10×UPM、遺伝子特異的プライマー(プライマーE07またはE09,上記を参照)、および、PCRマスターミックスを混合することによって、5’RACEサンプルを得た。3’−RACE−Ready cDNA(上記を参照)、10×UPM、遺伝子特異的プライマー(プライマーE06,上記を参照)、および、PCRマスターミックスを混合することによって、3’RACEサンプルを得た。タッチダウン(Touch Down)PCRプログラムは、以下の通りである:94℃で5秒間、および、72℃で3分間を5サイクル、続いて、94℃で5秒間、および、70℃で10秒間、および、72℃で3分間を5サイクル、さらに続いて、94℃で5秒間、65℃で10秒間、および、72℃で3分間を35サイクル。PCR産物を電気泳動によって分析した。可能性のあるRACE DNAバンドを、サザン解析によってさらに分析した。シュライヒャー&シュエル社(Schleicher & Schuell Inc.)のターボブロッター(Turboblotter)を用いてトランスファーを行った。ベーリンガー・マンハイム社(Boeringer Mannheim Inc.)のDIG キットを用いて、ヒトTRAILのDNAプローブを作製した。
ヒト脾臓のマラソン(marathon)−ready cDNA(クロンテック社)(4.1μl)を、プライマーN4066E12(5’−GCAGTCAGACTCTGACAGGATCATG,配列番号5)、および、N4066F02(5’−CTTTTTCTTTCCAGGTCAGTTA,配列番号6)、PCR緩衝液、DIGミックス、ならびに、酵素ミックスと共に混合した。以下のようにPCRを行った:94℃で3分間保持、続いて、94℃で30秒間、55℃で1分間、68℃で1.5分間および74℃で7分間の伸長を30サイクル。DIG標識されたPCR産物を、電気泳動によって分析した。
プレハイブリダイゼーションを42℃で3時間行った。DIG標識されたTRAIL PCR DNAとのハイブリダイゼーションを42℃で一晩行った。ブロットを、2×SSCと0.1%SDSを含む緩衝液で2回5分間洗浄し、続いて、0.1×SSCと0.1%SDSを含む緩衝液で65℃で2回洗浄した。
ブロッキング溶液(100ml)で30分間メンブレンをインキュベートし、続いて、抗体溶液(抗DIG−AP,75mU/ml)(20ml)で30分間インキュベートすることによってECL検出を行った。次に、ブロットを、洗浄緩衝液(マレイン酸緩衝液+0.3%トゥイーン(Tween)20,v/v)で15分間、2回洗浄した。メンブレンを検出緩衝液(20ml)で2〜5分間平衡化した後、CDP−Star(1:100希釈で)をメンブレンに加え、X線フィルムに露光した。
4.TRAILのRACE DNAのクローニング
製造元の説明書に従って、RACE PCR産物を真核性のTAクローニングベクターpUni/V5−His−TOPO(インビトロジェン,カールスバッド,カリフォルニア州)にクローニングし、それぞれpUni−caTrail−E06、pUni−caTrail−E07、および、pUni−caTrail−E09として、イヌのクローン用に設計した。ネコのクローン用に、それらを、それぞれpUni−feTrail−E06、pUni−feTrail−E07、および、pUni−feTrail−E09として設計した。予測サイズ(RACEプライマーE06については0.7kb,RACEプライマーE07については1.1kb、および、RACEプライマーE09については0.7kb)のインサートを含む4種の独立したクローンを配列解析した(アドバンスト・ジェネティック・アナリシス・センター(Advanced Genetic Analysis Center),セントポール,ミネソタ州)。その配列をアセンブルし、DNAStar(DNAスター社(DNAStar Inc.),マディソン,ウィスコンシン州)を用いて分析した。
ヒトTRAILとマウスTRAILとのDNA配列相同性が低いため、内部プライマーを設計し、イヌおよびネコのcDNAを得るためのRACE技術を用いた。イヌおよびネコのTRAILの一部をコードするcDNAを、RACE−PCRによってイヌおよびネコから増幅した。イヌのTRAILのヌクレオチド配列を、図2(配列番号20)に示し、予測されたアミノ酸配列を、図3(配列番号21)に示す。ネコのTRAILのヌクレオチド配列を、図4(配列番号22)に示し、予測されたアミノ酸配列を、図5(配列番号23)に示す。図2において、イヌのTRAILタンパク質をコードするオープンリーディングフレームに対応する領域を太字で示し、図4において、ネコのTRAILタンパク質のコード配列に対応する領域を太字で示す。図6A〜6Dは、全て既知のTRAILのアミノ酸配列のアライメントを示し、イヌのTRAILと、ヒトおよびマウスのTRAILとの相同性の程度は、それぞれ80.3%および63.5%である。ネコのTRAILと、ヒトおよびマウスのTRAILとの相同性の程度は、それぞれ83.2%および65.3%である。イヌのTRAILとネコのTRAILとの相同性の程度は、92.9%である。図7A〜7Bは、全て既知の可溶性TRAILのアミノ酸配列のアライメントを示し、イヌの可溶性TRAILと、ヒトおよびマウスの可溶性TRAILとの相同性の程度は、それぞれ76.9%および66.9%である。ネコの可溶性TRAILと、ヒトおよびマウスの可溶性TRAILとの相同性の程度は、それぞれ82.2%および69.9%である。イヌの可溶性TRAILとネコの可溶性TRAILとの相同性の程度は、92.4%である。
5.完全長イヌおよびネコのTRAILのクローニング
完全長イヌおよびネコの遺伝子を以下のように得た。ネコのTRAILに関しては、5’−RACE−Ready DNA(上記を参照)、および、3’−RACE−Ready DNAをそれぞれ、RCR反応のテンプレートとして用いた。用いられたプライマーを以下に示す:N7974C01−AGAGTACGCGGGGGCAGCAGTGAC(配列番号7)(上流プライマー用)、および、N7974C02−CCCTCGAGTGTAGCCGATTAAAAAGGCCCCGAAAAAAC(配列番号8)(下流プライマー用)。用いられたPCRプログラムは、以下の通りである:95℃で5分間テンプレートを変性させ、続いて、94℃で30秒間、および、55℃で1分間、および、68℃で1.5分間を30サイクル、続いて、74℃で7分間。PCR産物を電気泳動によって分析した。可能性のある完全長TRAILのDNAをサザン解析によって上述したようにさらに分析した。DIG標識されたヒトTRAILのDNAを、プローブとして用いた。
TRAILプローブとハイブリダイズしたPCR産物を電気泳動で再度分析し、長さが約0.9kbのDNAバンドを切り出し、アガロースゲルからQIAquickゲル抽出キットを用いて単離した。次に、精製されたバンドを、製造元の説明書に従って、pUni/V5−His−TOPOクローニングベクター(インビトロジェン,カールスバッド,カリフォルニア州)にクローニングした。予測サイズ(0.9kb)のインサートを含む22種の独立したクローンを配列解析した(アドバンスト・ジェネティック・アナリシス・センター,セントポール,ミネソタ州)。唯一クローン(#14)だけが、ネコのRACE配列と比較して完全に正しい配列を有していた。これを、pUni−feTRAIL−#14として設計した。
イヌのTRAILのために、イヌの心臓のトータルRNA(CRL6252)を、オリゴpdN6およびAMV逆転写酵素の存在下での、第一の鎖のcDNA合成反応に用いた。この反応を、室温で10分間、続いて42℃で50分間、続いて70℃で10分間行った。次に、上記のDNAを、PCR反応のテンプレートとして用いた。用いられたプライマーを以下に示す:N7429A12−GCAGTGGATCCAACGCAGAGTACGCGGGAGCACGGACCGGCGGGGGGCAG(配列番号9)(上流プライマー用)、および、N9294G07−CCAAGAGTAGATAATAAAGACAGC(配列番号10)(下流プライマー用)。Pfxポリメラーゼ(GIBCO−ライフテクノロジーズ)をPCR反応に用いた。用いられたPCRプログラムは、以下の通りである:95℃で5分間テンプレートを変性させ、続いて、94℃で30秒間、および、55℃で1分間、および、68℃で1.5分間を30サイクル、続いて、74℃で7分間。PCR産物を、電気泳動によって分析した。約1.2kbの豊富なバンドが、肉眼ではっきり観察された。このバンドを、プローブとしてDIG標識されたヒトTRAILのDNAを用いてサザン解析によってさらに確認した。
次に、上記のPCR産物を、pUni/V5−His−TOPOクローニングベクター(インビトロジェン,カールスバッド,カリフォルニア州)に、製造元の説明書に従ってクローニングした。予測サイズ(1.2kb)のインサートを含む20種の独立したクローンを配列解析した(アドバンスト・ジェネティック・アナリシス・センター,セントポール,ミネソタ州)。これら20種のクローンのうち14種(#1、2、3、4、5、8、10、11、14、17、18、22、24および25)が、イヌのRACE配列と比較して完全に正しい配列を有していた。これを、pUni−caTRAIL−#1等として設計した。
それゆえに、テンプレートとして第一の鎖のcDNAを用いて、完全長イヌおよびネコのcDNAクローンをPCR反応によって得た。イヌのTRAILのために、イヌの心臓のトータルRNA(CRL6252)を、オリゴpdN6およびAMV逆転写酵素の存在下での、第一の鎖のcDNA合成反応に用いた。ネコのTRAILのために、5’−RACE−Ready DNA(ネコの肺,上記を参照)、および、3’−RACE−Ready DNAをそれぞれRCR反応のテンプレートとして用いた。用いられたプライマーは、TRAILのコード領域のちょうど外側に存在する。イヌおよびネコの完全長クローンはいずれも、制限解析によって分析され、配列解析によって確認された。
6.イヌおよびネコの可溶性TRAILのクローニング
この実験において、ヒト可溶性TRAIL遺伝子を、ポジティブコントロールとして得た。アドバンテージ(Advantage)HF(正確度が高いDNAポリメラーゼ,インビトロジェン社)を用いたPCR反応において、ヒト脾臓のマラソン−ready DNAを用いた。ヒト可溶性TRAIL用の上流プライマーとして、以下が用いられた:N7974C06−CAACAAAATATGGATCCCATGGTGAGAGAAAGAGGT(配列番号11)。下流プライマー(ベクター中でV5タグおよびHisタグとの融合を起こす):R4428C10−TTCCAGGCTCGAGAGCCAACTAAAAAGGCCCCGAAAAAAC(配列番号12)。下流プライマー(V5−Hisタグが生じない):R4428C11−TTCTCGAGCAGTTAGCCAACTAAAAAGGCCCCGAAAAAAC(配列番号13)、イヌの可溶性TRAIL用の上流プライマー:N8071H11−ATTCCTTACATGGTAAGCGACCGAGGTTCTCAGAG(配列番号14)。下流プライマー(ベクター中でV5タグおよびHisタグとの融合を起こす):R1886B08−GTTTTTTCTCGAGTGCAGCGTATGTAGCCGATTAAA(配列番号15)。下流プライマー(V5−Hisタグが生じない):R4429A09−GTTTTTTCTCGAGTGCAGCGTATTTAGCCG(配列番号16)。ネコの可溶性TRAIL用の上流プライマー:N8071 H10−TACATGGTAAGAGAAAGAGGTCCTCAGAGAGTAGCA(配列番号17)。下流プライマー(ベクター中でV5タグおよびHisタグとの融合を起こす):R1886B10−CCTCGAGTGTAGCCGATTAAAAAGGCCCCGAAAAAAC(配列番号18)。下流プライマー(V5−Hisタグが生じない):R4429A11−CCTCGAGTTTAGCCGATTAAAAAGGCCCCGAAAAAAC(配列番号19)。イヌおよびネコ両方の可溶性TRAIL遺伝子のために、5’−RACE−Ready DNA、および、3’−RACE−Ready DNA(上記を参照)を、RCR反応のテンプレートとして用いた。全てのPCR反応において、用いられたDNAポリメラーゼは、Advantage HF(インビトロジェン社,カールスバッド,カリフォルニア州)であり、PCR条件は以下の通り:95℃で5分間テンプレートを変性させ、続いて、94℃で30秒間、および、55℃で1分間、および、68℃で1.5分間を30サイクル、続いて、74℃で7分間。PCR産物を、電気泳動によって分析した。次に、上記のPCR産物を、pUni/V5−His−TOPOクローニングベクター(インビトロジェン,カールスバッド,カリフォルニア州)に、製造元の説明書に従ってクローニングした。予測サイズ(0.6kb)のインサートを含む約6種の独立したクローンを配列解析し(アドバンスト・ジェネティック・アナリシス・センター,セントポール,ミネソタ州)、それら全ては、イヌのRACE配列と比較して完全に正しい配列を有していた。
ヒトTRAILタンパク質の可溶性の改変型(遺伝子の細胞外の部分を含む)は、ガン細胞に対してアポトーシス誘導活性、すなわち腫瘍傷害活性を有することが実証された。このタンパク質形態は、細菌中でうまく生産することができる。イヌおよびネコのTRAIL遺伝子可溶性の改変型をクローニングするために、ヒトタンパク質配列との配列相同性に基づいてプライマーを設計し、第一の鎖のcDNAを、テンプレートとして用いた。各遺伝子(ヒト、イヌおよびネコのTRAIL)の細胞外部分を、pUni/V5−His−TOPOクローニングベクター(インビトロジェン,カールスバッド,カリフォルニア州)にクローニングした。2種のクローンの改変型を設計した:1つは、タンパク質がそのC末端でベクターのV5−Hisタグと融合している;他方は、タグを有さない天然タンパク質のみを含む。正しいサイズのインサートを含む各コンストラクトの6種の
独立したクローン(トータルで6種)を送付し、配列解析によって確認した。それらは、以下のように設計される:pUni/V5−His−sh−huTRAIL、pUni−sh−huTRAIL、pUni/V5−His−sh−caTRAIL、pUni−sh−caTRAIL、pUni/V5−His−sh−feTRAIL、pUni−sh−feTRAIL。
実施例2
可溶性TRAIL遺伝子の発現ベクターへのクローニング
この章で示される実施例において、イヌおよびネコのTRAILを様々な発現ベクターにサブクローニングすることに関する研究を説明する。
1.HAタグを有するイヌおよびネコのTRAILの哺乳動物発現ベクターへのサブクローニング
pUni/V5−His−TOPOクローニングベクター中のイヌおよびネコの可溶性TRAIL遺伝子をPCR増幅することによって、可溶性部分イヌおよびネコのTRAIL遺伝子をpDisplayベクターにサブクローニングした:5’プライマー(イヌのTRAIL遺伝子用)、S2633B10−GCCAGATCTGTAAGCGACCGAGGTTCTCAG(配列番号32);5’プライマー(ネコのTRAIL遺伝子用)、S2633B09−GCCAGATCTGTAAGAGAAAGAGGTCCTCAG(配列番号33)、3’プライマー、
Figure 2006506985
クローニングを促進するために、2つの制限酵素部位BglII(5’プライマー)、および、PstI(3’プライマー)を、下線で示したようにプライマー配列に組み込んだ。インサートを、ベクターに存在するシグナルペプチドおよびHAエピトープ配列にインフレームで融合した。翻訳を停止させるために、TRAILの停止コドンTAA(太字で示される)を3’プライマーに含ませ、それゆえに、最終的なプラスミドコンストラクト(pDisplay−HA−ca−TRAIL、および、pDisplay−HA−fe−TRAIL)において、インサート下流のベクターによりコードされたPDGFR膜貫通ドメインは翻訳されなかった。
2.イヌのTRAIL(HAタグを含まない)のサブクローニング
以下のプライマーを用いたpUni/V5−His−TOPOクローニングベクターにおけるイヌおよびネコの可溶性TRAIL遺伝子のPCR増幅によって、イヌおよびネコのTRAILをpSecTag2Bベクターにサブクローニングした:5’プライマー(イヌのTRAIL遺伝子用)、S2633B06−GCTTGGTACCGTAAGCGACCGAGGTTCTCAG(配列番号35);5’プライマー(ネコのTRAIL遺伝子用)、S2633B08−GCTTGGTACCGTAAGAGAAAGAGGTCCTCAG(配列番号36)、3’プライマー、
Figure 2006506985
クローニングを促進するために、2つの制限酵素部位KpnI(5’プライマー)、および、XhoI(3’プライマー)を、下線で示したようにプライマー配列に組み込んだ。インサートを、ベクターに存在するシグナルペプチド配列にインフレームで融合した。翻訳を停止させるために、TRAILの停止コドンTAA(太字で示される)を3’プライマーに含ませた。最終的なプラスミドコンストラクトを、pSecTag2−ca−TRAIL、および、pSecTag2−fe−TRAILとして設計した。
3.細菌の発現ベクター、pBAD−Thio−Eへの可溶性ヒト、イヌおよびネコのTRAILのクローニング
Creリコンビナーゼの存在下で、インビトロジェンの製造元の説明書に従って、pUni−V5−His−TOPOクローニングベクター:pUni/V5−His−sh−huTRAIL、pUni−sh−huTRAIL、pUni/V5−His−sh−caTRAIL、pUni−sh−caTRAIL、pUni/V5−His−sh−feTRAIL、pUni−sh−feTRAILにおけるヒト、イヌおよびネコのTRAIL遺伝子を、pBAD/Thio−Eに組換えした。新しい細菌の発現プラスミドにおいて、TRAIL遺伝子は細菌のプロモーターpBAD(アラビノース誘導性)下に置かれた。全てのタンパク質のN末端でチオ−タンパク質(チオレドキシン)が融合した。組換え反応を37℃で30分間行い、65℃、5分間で反応を止めた。正しい制限解析パターンを有する各コンストラクトの3種の独立したクローンの配列を確認した。これらのプラスミドは、以下のように設計される:pBAD−Thio−V5His−sh−huTRAIL、pBAD−Thio−sh−huTRAIL、pBAD−Thio−V5His−sh−caTRAIL、pBAD−Thio−sh−caTRAIL、pBAD−Thio−V5His−sh−feTRAIL;pBAD−Thio−sh−feTRAIL。
4.細菌の発現ベクター、pCRT7−Eへの可溶性ヒト、イヌおよびネコのTRAILのクローニング
pUni−V5−His−TOPOクローニングベクター:pUni/V5−His−sh−huTRAIL、pUni−sh−huTRAIL、pUni/V5−His−sh−caTRAIL、pUni−sh−caTRAIL、pUni/V5−His−sh−feTRAIL、pUni−sh−feTRAILにおけるヒト、イヌおよびネコのTRAIL遺伝子を、pCRT7−Eで、Creリコンビナーゼの存在下で、インビトロジェンの製造元の説明書に従って組換えした。新しい細菌の発現プラスミドにおいて、TRAIL遺伝子は、細菌のプロモーターpT7(IPTG(イソプロピルβ−D−チオガラクトピラノシド)誘導性)下に置かれた。組換え反応を37℃で30分間行い、65℃、5分間で反応を止めた。正しい制限解析パターンを有する各コンストラクトの3種の独立したクローンの配列を確認した。これらのプラスミドは、以下のように設計される:pCRT7−V5His−sh−huTRAIL、pCRT7−sh−huTRAIL、pCRT7−V5His−sh−caTRAIL、pCRT7−sh−caTRAIL、pCRT7−V5His−sh−feTRAIL、pCRT7−sh−feTRAIL。
5.細菌の発現ベクター、pBAD/His Aへのイヌおよびネコの可溶性TRAILのクローニング
pUni−V5−His−TOPOクローニングベクター(pUni/V5−His−sh−caTRAIL、pUni−sh−caTRAIL、pUni/V5−His−sh−feTRAIL、および、pUni−sh−feTRAIL)におけるイヌおよびネコのTRAIL遺伝子を、PCR反応におけるDNAテンプレートとして用いた。新しい細菌の発現プラスミドにおいて、TRAIL遺伝子は、細菌のプロモーターpBAD(アラビノース誘導性)に置かれた。天然TRAILタンパク質のみが発現され、N末端におけるチオタンパク質の融合は起こらない。ポリメラーゼとしてPfuを用いてPCR反応を以下のように行った:94℃で5分間テンプレートを変性させ、続いて、94℃で45秒間、および、52℃で45秒間、および、72℃で1.5分間を30サイクル、続いて、72℃で10分間。用いられたプライマー:イヌのTRAIL上流:43114−001−GAATTGCCCTTATTCCTTCCATGGTAAGCGACCGAGGTTCT(配列番号38)。イヌのTRAILの下流プライマー(V,5−Hisタグの融合を生じない):43114−003−TGTTTTTTCTCGAGTGCACTGCAGTTAGCCGATTAAAAAGG(配列番号39)。イヌのTRAILの下流プライマー(V5−Hisタグの融合を生じる):43114−004−CACAGTCGAGGCTGATAGCTGCAGTCAATGGTGATGGTGATG(配列番号40)。ネコのTRAIL上流:43114−002−CTCGAGGAATTGCCCTTTCCATGGTAAGAGAAAGAGGTCCT(配列番号41)。ネコのTRAIL下流プライマー(V5−Hisタグの融合を生じない):43114−005−CTCCCGAATTGCCCTTCCCTGCAGTTAGCCGATTAAAAAGG(配列番号42)。ネコのTRAIL下流プライマー(V5−Hisタグの融合を生じる):43114−006−CACAGTCGAGGCTGATAGCTGCAGTCAATGGTGATGGTGATGATG(配列番号43)。電気泳動解析でPCRバンドを視覚的した後、PCR反応液をキアゲン(Qiagen)PCR精製キットで精製した。次に、精製されたDNAをNcoIおよびPstIで37℃で3時間消化した。次に、電気泳動ゲルから、キアゲンのゲル抽出キットを用いて消化されたPCRのDNAフラグメントを切り出し、精製した。次に、ゲルから精製されたPCRフラグメントを、T4 DNA リガーゼの存在下で、NcoIとPstIで二重に消化したプラスミドベクターpBAD/Myc−Hisにライゲーションした。ライゲーション反応を室温で1時間行った。正しい制限解析パターンを有する各コンストラクトの3種の独立したクローンの配列を確認した。これらのプラスミドは、以下のように設計された:pBAD−V5His−sh−caTRAIL、pBAD−sh−caTRAIL、pBAD−V5His−sh−feTRAIL、および、pBAD−sh−feTRAIL。
実施例3
哺乳動物細胞におけるTRAIL遺伝子の発現
この章で示される実施例において、哺乳動物細胞で発現された新規のイヌおよびネコのTRAIL遺伝子を発現させ、分析する方法を同定することに関する研究を説明する。
1.TRAILのトランスフェクション
リポフェクトアミンプラス(Gibco−BRL,ゲイザースバーグ,メリーランド州,カタログ番号10964−013)を用いて、6ウェルプレートで成長したヒト293細胞を、イヌまたはネコのTRAILをコードするプラスミド(2.5μg)でトランスフェクトした。
2.免疫ブロット分析によるTRAILの検出
プラスミドpDisplay−HA−ca−TRAIL、および、pDisplay−HA−fe−TRAILでトランスフェクションして2日後に、NuPAGE LDSサンプル緩衝液(NOVEX,サンディエゴ,カリフォルニア州)で溶解させることによって細胞を回収した。培養上清を、遠心分離によって3000rpmで15分間回収した。MESランニング緩衝液を用いた10%ビス−トリスゲルでタンパク質を分離し、ニトロセルロースメンブレン(NOVEX,サンディエゴ,カリフォルニア州)にトランスファーした。免疫ブロット分析のために、HAエピトープに対するHA抗体、または、抗ヒトTRAIL抗体(R&Dシステムズ,カタログ番号AF375)を1:1000に希釈し、ブロットを1.5時間インキュベートした。アルカリホスファターゼに連結した抗マウスIgG(1:1000,ベーリンガー・マンハイム,インディアナポリス,インディアナ州)と30分間インキュベートした後、結合した抗体を、ホスファターゼ基質BCIP/NBT(KPL,ゲイザースバーグ,メリーランド州)を用いて検出した。細胞溶解産物と培養上清との両方からトランスフェクトされたTRAILの発現がはっきりと検出された(図8)。
イヌおよびネコのTRAILをコードするcDNAも哺乳動物発現ベクターpSecTag2へサブクローニングし、pSecTag2−ca−TRAIL、および、pSecTag2−fe−TRAILを作製した。これらのプラスミドでヒト293細胞をトランスフェクトした。解析のために、トランスフェクションの48時間後に細胞を回収した。TRAILの発現をウェスタン免疫ブロット分析で研究した。TRAIL発現は、細胞溶解産物からは検出されたが、培養上清からは検出されなかった(データ示さず)。
様々な抗ヒトTRAIL抗体を、それらのイヌまたはネコのTRAILタンパク質とのクロス反応性について試験した。表1に試験結果を示す。AF375,抗ヒトTRAILヤギ抗血清(R&Dシステムズ)は、イヌおよびネコのTRAILタンパク質の両方との最も強い反応性を示す。シグマ製およびアップステート・バイオテクノロジー製の抗体は、イヌおよびネコのTRAILの両方に関して明らかなクロス反応性を示さなかった。
3.細胞成長阻害に関するMTT分析
この分析のために、細胞増殖分析キット(ロシュ,カタログ番号1 456 007)を用いた。U937またはその他のあらゆるタイプの細胞を2,000rpmで10分間遠心分離した。次に、細胞を完全成長培地に再懸濁し、細胞数を2×105細胞/mlに調整した。96−ウェルプレートに、細胞(1×104)(50μl)、および、上清(50μl)またはアポトーシス誘導物質(例えばTRAIL)を含むその他の溶液を用いた。37℃で24または48時間インキュベートした後、MTT溶液(10μl)を各ウェルに加え、CO2インキュベーターで4時間プレートをインキュベートした。次に、MTT溶媒(100μl)を加えた。37℃のインキュベーターにプレートを一晩放置し、MTT結晶を完全に溶解させた。次に、プレートを、570nmおよび690nm(バックグラウンド)で、ELISAプレートリーダーで読み取った。
TRAILの1つの重要な特徴は、特異的にアポトーシスを誘導し、腫瘍細胞の細胞成長を阻害する能力である。U937ヒト腫瘍細胞を、トランスフェクトされた293細胞の調整培地から生産されたTRAILタンパク質の存在または非存在下で成長させた。増殖速度を、通常の成長培地で処理されたコントロール細胞に対して正規化した。緑色蛍光タンパク質(GFP)でトランスフェクトされた細胞からの調整培地を用いて、その他のコントロール実験を行った。図9Aに、2つの独立した実験から得られた結果をまとめた。HAタグを有するイヌおよびネコのTRAILの添加により、U937細胞の細胞成長がコントロールの細胞成長の35%を越えて阻害された。HAタグを有するイヌおよびネコのTRAILで観察された阻害活性は、ヒトの市販のTRAILタンパク質(アップステート・テクノロジーズ(Upstate Technologies),コントロールの40%のレベル)での阻害活性に同等であった。
4.アポトーシスに関する細胞死検出ELISAプラス(ELISA Plus)分析
上記分析は、DNAおよびヒストンそれぞれに対して向けられたマウスモノクローナル抗体を用いた定量的サンドイッチ酵素免疫分析原理に基づく。この分析により、細胞溶解産物の細胞質画分におけるモノ−およびオリゴヌクレオソームを特異的に決定することができる。この分析には、ロシュのキット(カタログ番号1 774 425)を用いた。48−ウェルプレートにおいて、U937またはその他のあらゆるタイプの細胞(2×104)(0.1ml)、および、組織培養上清、またはアポトーシス誘導物質(例えばTRAIL)を含むその他の溶液(0.1ml)をこの分析のために用いた。37℃で24または48時間インキュベートした後、細胞を2,000rpmで10分間遠心した。次に、細胞ペレットを、溶解緩衝液(200μl)に再懸濁し、室温で30分間インキュベートした。次に、細胞溶解産物を2,000rpmで10分間遠心分離し、インキュベート緩衝液で1:10に希釈した。希釈した溶解産物(20μl)を、コーティングされたプレート(キットからのMTP)に加え、免疫試薬(80μl)を各ウェルに加えた。次に、MTPを粘着性のカバーホイルで多い、穏かに撹拌しながら室温で2時間インキュベートした。次に、この溶液を軽くたたきながら徹底的に除去し、その後、インキュベート緩衝液(250μl)で3回リンスした。ABTS溶液(100μl)を加え、プレート振盪器で250rpmで15分間インキュベートした。ELISAリーダーで405nmおよび490nm(バックグラウンド)で読み取った。
U937ヒト腫瘍細胞を、トランスフェクトされた293細胞の調整培地から生産されたTRAILタンパク質の存在または非存在下で成長させた。この分析で、アポトーシスにより誘導された細胞死を測定した。通常の成長培地を用いて1回のコントロール実験を行った。緑色蛍光タンパク質(GFP)でトランスフェクトされた細胞からの調整培地を用いて、その他のコントロール実験を行った。図9Bに、2つの独立した実験から得られた結果をまとめた。HAタグを有するイヌおよびネコのTRAILの添加により、アポトーシス特異的なU937細胞の細胞死が、それぞれコントロールの細胞死の2.5および4倍誘導された。HAタグを有するイヌおよびネコのTRAILで観察された阻害活性は、ヒトの市販のTRAILタンパク質での阻害活性に同等であった(アップステート・テクノロジーズ,コントロールの7倍)。
5.アネキシンVアポトーシス分析
ApoScreenアネキシンVアポトーシスキット(カタログ番号10010−02,サザン・バイオテクノロジー・アソシエイツ社(Southern Biotechnology Assoc.Inc.))をこの分析に用いた。アネキシンVは、細胞膜中のホスファチジルセリン(PS)位置の変化を検出する。非アポトーシス細胞において、ほとんどのホスファチジルセリン分子は、細胞質膜の内部層に存在する。アポトーシスを誘導した後、PSは、膜の外部層へ再分布される。PSの転位はさらなるアポトーシス現象の前に起こるため、アポトーシスの初期検出を可能にする。分析には、6−ウェルプレートにおいて、U937細胞(2×104)(1ml)またはその他のあらゆるタイプの細胞、および、上清またはアポトーシス誘導物質(例えばTRAIL)を含むその他の溶液(1ml)を用いた。48時間インキュベートした後、細胞を冷PBS(リン酸緩衝生理食塩水)(2ml)で洗浄し、冷1×結合緩衝液(100μl)に再懸濁した。アネキシンV−FITC(10μl)を各チューブに加え、チューブを穏かにボルテックスで混合し、その後、暗所で4℃で15分間インキュベートした。冷1×結合緩衝液(200μl)を各チューブに加え、さらにPI(10μl)を各チューブに加えた。次に、フローサイトメトリーで染色を分析した。
U937ヒト腫瘍細胞を、トランスフェクトされた293細胞の調整培地から生産されたTRAILタンパク質の存在または非存在下で成長させた。この分析において、調整培地によって誘導されたU937細胞のアポトーシスを測定した。通常の成長培地を用いて1回のコントロール実験を行った。緑色蛍光タンパク質(GFP)でトランスフェクトされた細胞からの調整培地を用いて、その他のコントロール実験を行った。図9Cに、2つの独立した実験から得られた結果をまとめた。GFPでトランスフェクトされた細胞からの培地および調整培地では、バックグラウンドのアポトーシスが15〜20%誘導された一方で、HAタグを有するイヌおよびネコのTRAILの添加により、U937細胞のアポトーシスが40%誘導された。HAタグを有するイヌおよびネコのTRAILで観察されたアポトーシスにより誘導された活性は、ヒトの市販のTRAILタンパク質(アップステート・テクノロジーズ,45%のアポトーシス)での活性と同等であった。
実施例4
細菌細胞におけるPBAD−チオプロモーター下でのTRAIL遺伝子の発現
この章で示される実施例において、細菌細胞で発現された、新規のイヌのTRAIL、同様に、ヒトTRAIL遺伝子を発現させ、分析する方法を同定することに関する研究を説明する。
1.細菌におけるpBAD−チオプロモーター下の可溶性TRAILタンパク質の発現
細菌の発現プラスミド、pBAD−Thio−V5His−sh−huTRAIL、pBAD−Thio−sh−huTRAIL、pBAD−Thio−V5His−sh−caTRAIL、pBAD−Thio−sh−caTRAIL、pBAD−Thio−V5His−sh−feTRAIL、pBAD−Thio−sh−feTRAILを、E.Coli TOP10細胞(インビトロジェン,カリフォルニア州)に形質転換した。50μg/mlのカナマイシンを含むLブロス(L50Kanブロス)(4ml)に植え付けたシングルコロニーを37℃の振盪器で一晩成長させた。この一晩の培養液(0.1ml)を新しいL50Kanブロス(4ml)に植え付け、37℃で2時間振盪した。この時点で、アラビノースを3つの異なる濃度で各培養液に加えた:0.2%、0.02%および0.002%。培養液を37℃で4時間以上振盪した後、各培養液(1ml)を遠心分離し、細菌のペレットを、1×サンプル緩衝液(100μl)に70℃で10分間溶解させた。これらの溶解産物サンプル(15μl)を、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,NuPAGE1.0mm×15ウェル,NP0303)にローディングし、40%(v/v)メタノール、および、7%(v/v)酢酸中の0.25%(w/v)ブリリアントブルーRで染色した。
全てのアラビノース濃度(図10A〜10B)で、6種全てのコンストラクト[ヒト(タグを有する、および、有さない);イヌ(タグを有する、および、有さない)、ならびに、ネコ(タグを有する、および、有さない)]に関してTRAIL−チオタンパク質の発現の導入が極めてはっきり観察された。抗ヒトTRAIL抗体(カタログ番号AF375,R&Dシステムズ,データ示さず)、同様に、抗V5抗体(カタログ番号46−0708,インビトロジェン、データ示さず)を用いたウェスタン免疫ブロット分析で、これらのTRAIL−チオタンパク質の同一性をさらに確認した。
2.細菌におけるpBAD-チオプロモーター下の可溶性TRAIL-チオタンパク質の溶解性
細菌溶解産物をドライアイスで凍結させ、37℃の水槽で融解させることを2回行い、続いて、20%デューティサイクル、出力コントロール3で超音波破砕(ブランソン・ソニフィアー(Branson Sonifier)250)を行うことによって、発現されたTRAILタンパク質の溶解性を試験した。次に、全溶解産物を12,000rpmで1分間遠心分離し、不溶性物(すなわちペレット(P))から可溶性画分(S)を分離した。両方の画分を、タンパク質サンプル緩衝液と混合した。等量の両方の画分を、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,カリフォルニア州)にローディングし、0.25%ブリリアントブルーRで染色した。50%超のTRAIL−チオタンパク質が不溶性画分に存在していたが、顕著なの量のTRAIL−チオが可溶性画分に存在していた(図10C〜10E)。
3.pBAD−チオプロモーター下で発現されたTRAIL−チオタンパク質の精製
pBAD−チオプロモーター下でヒトまたはイヌのTRAILタンパク質を発現する細菌培養液(300ml)を遠心分離し、アンダーソン(Anderson)のEmulsi Flex−C5機械溶解装置を用いて細胞ペレットを溶解緩衝液(30ml)に溶解させた。溶解産物を10,000rpmで20分間、次に再び18,000rpmで45分間遠心分離した。上清(25ml)を、製造元の説明書に従って(ノヴァジェン)、予め湿らせたHis−バンドクイック900カートリッジにローディングした。最初の流出液をカラムに再ローディングし、TRAILタンパク質のカラムへの結合をさらに高めた。続いて2回洗浄した:1回目は、1×結合緩衝液(20ml)(5mMイミダゾール,0.5M NaCl,20mMトリス−HCl,pH7.9および0.1%トリトン(Triton)X−100)、2回目は、0.5×洗浄緩衝液(15ml)(30mMイミダゾール,0.25M NaCl,10mMトリス−HCl,pH7.9および0.1%トリトンX−100)で洗浄した。溶出緩衝液(4ml)(1Mイミダゾール,0.5M NaClおよび20mMトリス−HCl,pH7.9)をカラムに加え、8個の画分(0.5ml/チューブ)を回収した。
各画分(6μl)を、10%ビス−トリスゲルにローディングし、0.25%ブリリアントブルーRで染色した。画分3および4において、ヒトおよびイヌ両方のTRAIL−チオタンパク質が肉眼ではっきり観察された(図11A〜11B)。画分の4サンプル(hu−E3、hu−E4、ca−E3およびcaE2+E4)を体積10mlに増量し、1×PBS(2リットル)に対して4℃で一晩透析した。用いられた透析装置は、スライド−A−ライザーカセット(Slide−A−Lyzer cassette)(7,000MWCO,3〜12ml,PIERCE,ロックフォード,イリノイ州)である。最終的な透析したタンパク質サンプルを、最終濃度0.1mMのDTTに加え、−20℃で保存した。
4.アネキシンV分析における細菌発現TRAIL−チオによるヒト腫瘍細胞のアポトーシスの誘導
U937ヒト腫瘍細胞を、上述のように半精製されたTRAIL−チオタンパク質の存在または非存在下で成長させた。この分析において、これらタンパク質によって誘導されたヒト腫瘍細胞U937のアポトーシスを測定した。ネガティブコントロールPBSはほとんどいかなるバックグラウンドアポトーシスも誘導しなかった一方で、イヌのおよびヒト両方のTRAIL−チオにより誘導されたU937細胞のアポトーシスは、約20〜30%であった(図12)。この実験において、ヒトの市販のTRAILタンパク質(アップステート・テクノロジーズ)のアポトーシスを誘導する活性は、極めて強かった(上記85%)。
実施例5
細菌細胞におけるT7プロモーター下でのTRAIL遺伝子の発現
この章で示される実施例において、細菌細胞で発現された新規のネコおよびイヌのTRAIL遺伝子を発現させ、分析する方法を同定することに関する研究を説明する。
1.細菌におけるT7プロモーター下の可溶性TRAILタンパク質の発現
細菌の発現プラスミド、pCRT7−V5His−sh−huTRAIL、pCRT7−sh−huTRAIL、pCRT7−V5His−sh−caTRAIL、pCRT7−sh−caTRAIL、pCRT7−V5His−sh−feTRAIL、pCRT7−sh−feTRAILを、E.coliのBL21細胞(インビトロジェン,カリフォルニア州)に形質転換した。50μg/mlのカナマイシンおよび34μg/mlのクロラムフェニコールを含むLブロス(L50Kan34Cmブロス)(4ml)にシングルコロニーを植え付け、37℃の振盪器で一晩成長させた。これらの一晩の培養液(3.2ml)を新しいL50kan34Cmブロス(150ml)に植え付け、30℃で3時間振盪した。この時点で、IPTG溶液を最終濃度1mMになるように各培養液に加えた。この培養液を30℃で2.5時間以上振盪した後、各培養液(1ml)を遠心分離し、細菌のペレットを、1×サンプル緩衝液(100μl)に70℃で10分間溶解させた。これらの溶解産物サンプル(15μl)を、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,NuPAGE1.0mm×15ウェル,NP0303)にローディングし、40%(v/v)メタノール、および、7%(v/v)酢酸中の0.25%(w/v)ブリリアントブルーRで染色した。
ブリリアントブルーRで染色したゲルで分析したところ、6種全てのコンストラクト[ヒト(タグを有する、および、有さない);イヌ(タグを有する、および、有さない)、ならびに、ネコ(タグを有する、および、有さない)]に関して、IPTGの存在下でTRAILタンパク質発現の誘導ははっきり観られなかった(データは示さず)。同じサンプルをさらに、ウェスタン免疫ブロット分析で、抗V5(インビトロジェン)および抗ヒトTRAIL抗体(AF375,R&Dシステムズ)をプローブとして用いて分析した。IPTGの存在下で、ネコおよびヒトのTRAILタンパク質発現のわずかな誘導が観られた(図13Aおよび13B)。ポジティブコントロールでさえも、IPTGでCAT発現がほんのわずか高められた。数種の独立したクローンで何回か試みたが、イヌのTRAILタンパク質(V5−Hisタグを有する、または、タグを有さない)は発現されなかった。これら2種のイヌのTRAILコンストラクトで配列エラーは発見されなかった。
2.細菌におけるpT7プロモーター下の可溶性TRAIL−タンパク質の溶解性
細菌培養液(3リットル)を遠心分離し、アンダーソンのEmulsi Flex−C5機械溶解装置を用いて細胞ペレットを溶解緩衝液(300ml)に溶解させた。溶解産物を9,000rpmで30分間(第一ペレット)、続いて、再び19,000rpmで90分間(第二ペレット)遠心分離した。次に、上清を、0.1Mトリス(pH8.0)で平衡化した陰イオン交換Qファストフローカラムにローディングした。次に、流出液を、3K MWCOの透析バッグで50mM NaPO4(pH6.8)に対して透析し、続いて19,000rpmで90分間遠心分離し(第三ペレット)、0.22μmフィルターに通過させた。次に、上記の上清(50ml)を、50mM NaPO4(pH6.5)で平衡化した陽イオン交換S−セファロースカラム(Hi TrapTM SP HP,アマシャム・ファルマシア(Amershan Pharmacia))にローディングした。カラムを50mM NaPO4(5ml,pH6.5)で洗浄し、50mM PO4(pH6.5)+1M NaCl(8ml)で溶出させた。全てのサンプルを、SDSタンパク質サンプル緩衝液と混合し、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,カリフォルニア州)にローディングし、これを次に、0.25%ブリリアントブルーRで染色するか、または、ウェスタン解析を行った。
T7プロモーターから発現されたTRAILの溶解性は極めて低いようであり、TRAILタンパク質の大半が、溶解産物ペレット(すなわち不溶性画分)に存在していた(図14Aおよび14B)。
実施例6
細菌細胞におけるpBADプロモーター下でのTRAIL遺伝子の発現
この章で示される実施例において、細菌細胞で発現された新規のイヌおよびネコのTRAIL遺伝子を発現させ、分析する方法を同定することに関する研究を説明する。
1.細菌におけるpBADプロモーター下の可溶性TRAILタンパク質の発現
細菌の発現プラスミド、pBAD−V5His−sh−caTRAIL、pBAD−sh−caTRAIL、pBAD−V5His−sh−feTRAIL、および、pBAD−sh−feTRAILを、E.coliのTOP10細胞(インビトロジェン,カリフォルニア州)に形質転換した。シングルコロニーを100μg/mlアンピシリンを含むLブロス(L100Ampブロス)(4ml)に植え付け、37℃の振盪器で一晩成長させた。これらの一晩の培養液(0.15ml)を新しいL100Ampブロス(4ml)に植え付け、37℃で2時間振盪した。この時点で、アラビノースを最終濃度0.02%になるように加えた。培養液を37℃で4時間以上振盪した後、各培養液(0.5ml)を遠心分離し、細菌のペレットを1×サンプル緩衝液(150μl)に70℃で10分間溶解させた。これらの溶解産物サンプル(12μl)を、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,NuPAGE1.0mm×15ウェル,NP0303)にローディングし、40%(v/v)メタノール、および、7%(v/v)酢酸中の0.25%(w/v)ブリリアントブルーRで染色した。
ネコのコンストラクト(タグを有する、および、有さない)に関してTRAILタンパク質発現の誘導が極めてはっきり観られた;イヌのTRAILタンパク質発現のレベルは比較的低かった(図15A)。抗ヒトTRAIL抗体(R&Dシステムズ,図15B)、同様に、抗V5抗体(インビトロジェン,図15C)を用いてウェスタン免疫ブロット分析において、イヌのTRAILタンパク質の発現が肉眼ではっきり観察された。
2.細菌におけるpBADプロモーター下の可溶性TRAILタンパク質の溶解性
細菌培養液を30℃または37℃のいずれかで成長させ、細菌溶解産物をドライアイスで凍結させ、37℃の水槽で融解させることを2回行い、続いて、20%デューティサイクル、出力コントロール3で5分間超音波破砕(ブランソン・ソニフィアー250)することによって、発現されたTRAILタンパク質の溶解性を試験した。次に、全溶解産物を12,000rpmで5分間遠心分離し、不溶性物から可溶性画分を分離した。両方の画分を、タンパク質サンプル緩衝液と混合した。同量の両方の画分を、10%ビス−トリスゲル(インビトロジェン,カリフォルニア州)にローディングし、0.25%ブリリアントブルーRで染色し、または、抗TLAIL抗体を用いたウェスタン免疫ブロットで分析した。30℃または37℃のいずれにおいても大半のTRAILタンパク質が可溶性画分に存在していた(図16Aおよび16B)。その上、可溶性TRAILタンパク質のレベルは、30℃より37℃のほうが豊富であった。
3.pBADプロモーター下で発現されたTRAILタンパク質の精製
pBADプロモーター下でイヌまたはネコのTRAILタンパク質を発現する細菌培養液(7ml)を遠心分離し、細胞ペレットを溶解緩衝液(4ml)に再懸濁し、続いて、ドライアイスで凍結させ、37℃の水槽で融解させることを2回行い、20%デューティサイクル、出力コントロール3で5分間超音波破砕した(ブランソン・ソニフィアー250)。溶解産物を12,000rpmで15分間遠心分離した。次に、上清を、製造元の説明書に従って(ノヴァジェン)、予め湿らせたHis−バンドクイック900カートリッジにローディングした。最初の流出液をカラムに再ローディングし、TRAILタンパク質のカラムへの結合をさらに高めた。続いて2回洗浄した:1回目は、1×結合緩衝液(20ml)(5mMイミダゾール,0.5M NaCl,20mMトリス−HCl,pH7.9および0.1%トリトンX−100)、2回目は、0.5×洗浄緩衝液(15ml)(30mMイミダゾール,0.25M NaCl,10mMトリス−HCl,pH7.9および0.1%トリトンX−100)で洗浄した。溶出緩衝液(4ml)(1Mイミダゾール,0.5M NaClおよび20mMトリス−HCl,pH7.9)をカラムに加え、8個の画分(0.5ml/チューブ)を回収した。
各画分(6μl)を、10%ビス−トリスゲルにローディングし、シルバー・エクスプレス・ステイニングで染色した(インビトロジェン,パネルI、または、抗TRAIL抗体を用いたウェスタン免疫ブロットでの分析,パネルII)。イヌおよびネコのTRAILタンパク質(C末端にV5−Hisタグを有する)に関しては、画分2、3および4で溶出したTRAILが肉眼ではっきり観察された(図17Bおよび17D)。しかしながら、イヌおよびネコのTRAIL(いかなるタグも有さない)に関しては、タンパク質は、溶出画分1〜8をカバーする極めて広いピークを示した(図17Aおよび17C)。さらに、イヌおよびネコ両方のTRAILタンパク質(いかなるタグも有さない)に関しては、相当量のTRAILタンパク質を0.5×洗浄緩衝液で洗浄して除去した(パネル図17Aおよび17CのレーンW2)。画分をあわせてプールした:イヌのTRAIL(V5−Hisタグを含まない)(E2〜6);イヌのTRAIL(V5−hisタグを含む)(E2〜7);ネコのTRAIL(V5−Hisタグを含まない)(E1〜8);ネコのTRAIL(V5−Hisタグを有する)(E2〜8)。各サンプルを体積10mlに増量し、1×PBS(4リットル)に対して4℃で一晩透析した。用いられた透析装置は、スライド−A−ライザーカセット(7,000MWCO,3〜12ml,PIERCE,ロックフォード,イリノイ州)である。最終的な透析したタンパク質サンプルを、最終濃度0.1mMのDTTに加え、−20℃で保存した。
4.MTT分析における、細菌によって発現されたTRAILによるヒト腫瘍細胞の成長阻害
U937ヒト腫瘍細胞を、上述の細菌から発現され精製されたTRAILタンパク質の存在または非存在下で成長させた。増殖速度を、通常の成長培地で処理されたコントロール細胞に対して正規化した。その他のコントロール実験をPBS緩衝液を用いて行った。スタウロスポリン(0.4μM)、および、市販のヒトTRAIL(100ng/ml)の両方をポジティブコントロールとして同時に分析した。この分析において、哺乳動物発現イヌおよびネコのTRAILの上清、同様に、ベクターでトランスフェクトされた上清も用いられた。この実験において、5種の細菌の精製サンプルを分析した。S5は細菌のカラムの画分(TRAILを含まない)であり、ネガティブコントロールとして役立つ。S6は、His−バンドクイック900カートリッジカラムからの精製されたネコのTRAILである。S7は、精製されたネコのTRAIL(V5−Hisタグを有する)である。S8は、半精製されたイヌのTRAILであり、カラムからの洗浄液である(図17AのレーンW2)。S9は、半精製されたネコのTRAILであり、カラムからの洗浄液である(図17CのレーンW2)。この結果により、半精製されたイヌおよびネコのTRAILの添加により、U937細胞の細胞成長は、コントロールの細胞成長の80%を超えて阻害されることが示される(図18A)。
5.細胞死ELISA分析における、細菌により発現されたTRAILによるヒト腫瘍細胞のアポトーシスの誘導
MTT成長阻害分析で用いられたのと同じサンプル群の存在下または非存在下で、U937ヒト腫瘍細胞を成長させた。この分析において、半精製されたTRAILタンパク質サンプル(U937細胞のアポトーシスを誘導することができる)、S8およびS9に加えて、さらに精製されたTRAILサンプルであるS6およびS7も、陽性であった(図18B)。
6.アネキシンV分析における、細菌により発現されたTRAILによるヒト腫瘍細胞のアポトーシスの誘導
上述のTRAILタンパク質サンプル群の存在下または非存在下で、U937ヒト腫瘍細胞を成長させた。この分析において、これらタンパク質によって誘導されたヒト腫瘍細胞U937のアポトーシスを測定した。細胞死ELISA分析の結果と一致して、S8およびS9、半精製されたTRAILタンパク質サンプルは、コントロールサンプルS5の7倍超でU937細胞のアポトーシスを誘導することができる(図18C)。その上、この分析において、さらに精製されたTRAILサンプル、S6およびS7も陽性であった。ヒトの市販のTRAILタンパク質(アップステート・テクノロジーズ)のアポトーシスを誘導する活性は、細菌サンプルS8およびS9に類似していた。
実施例7
様々なガン細胞/正常な細胞に対するTRAILのアポトーシス誘導活性
この章で示される実施例において、様々なガン細胞/正常な細胞に対するTRAILのアポトーシス誘導活性の特異性を同定することに関する研究を説明する。
1.様々なヒト腫瘍細胞系に対するイヌおよびネコのTRAILのアポトーシス誘導活性
5種のヒト腫瘍細胞系(HELA,頚部の類上皮細胞ガン;PT−3,HT−29,結腸腺ガン;SW480,結腸腺ガン;および、U937,組織球性リンパ腫)を、哺乳動物発現イヌおよびネコのTRAILタンパク質に対するそれらの感受性について分析した。MTT成長阻害分析、および、細胞死ELISAアポトーシス分析の両方を行った。MTT分析については、U937に加えて、その他のヒト腫瘍細胞系のPT−3は、イヌおよびネコ両方のTRAILによって誘導されたアポトーシスに対して極めて高い感受性を有していた。SW480に対する作用はあまり明確ではなかった(図19A)。
細胞死ELISA分析も5種のヒト腫瘍細胞系に対して行った。この分析において、5種全ての細胞系が、TRAILで誘導されたアポトーシスに対して感受性を示した(図19B)。その上、イヌおよびネコ両方のTRAILは、極めて有効にアポトーシスを誘導した。この結果により、TRAILは、広範な治療範囲を有する効力のある抗ガン治療剤であることがさらに確認された。
2.様々なイヌの腫瘍細胞系に対するイヌおよびネコのTRAILのアポトーシス誘導活性
8種のイヌの腫瘍細胞系(D22,イヌ骨肉腫;D17,その他のイヌ骨肉腫;CF21.T,イヌの腕/肩のガン;CF11.T,イヌ骨肉腫;MDCK,イヌ腎臓細胞系;DH82,イヌの組織球増殖症;0309および030E,いずれも独立したイヌの組織球増殖症クローン)を、哺乳動物発現イヌおよびネコのTRAILタンパク質に対するそれらの感受性に関して分析した。U937ヒト腫瘍細胞系を同時に分析し、ポジティブコントロールとして用いた。MTT細胞成長阻害分析に関して、培養上清を含むイヌのTRAILは、試験された全て細胞系において明らかなアポトーシスを誘導した;一方、細胞系MDCK、CF21.T、D17およびD22において、ネコのTRAILの作用はそれほど明確ではなかった(図20A)。この結果により、イヌの腫瘍細胞系に対して効力のある治療剤としてのイヌのTRAILの有効性が実証された。
細胞死ELISAアポトーシス分析に関しては、イヌのTRAILは、D22、D17では明白なアポトーシスを誘導し、CF21.Tおよび0309ではその程度は低かった(図20B)。ネコのTRAILもまた、D17、CF21.T、0309および030Eに対して作用を有していた。興味深いことに、市販のヒトTRAILは、ヒトU937細胞に対して効力のあるアポトーシスを誘導するが、イヌの細胞系に対する作用は極めて低かったことが特記される(図20B,データ示さず)。イヌおよびネコのTRAILは、様々なヒト腫瘍細胞系に対して効力のあるアポトーシス誘導性の活性を示した(図19Aおよび19B)。その感受性のある細胞系に対するTRAILの種の特異性は、一方向性である、すなわち、イヌおよびネコのTRAILは、ヒト腫瘍細胞系のアポトーシスを誘導するが、ヒトTRAILは、イヌの腫瘍細胞系のアポトーシスを有効に誘導することができない、と考えられる。
3.正常なイヌの肝細胞に対するイヌおよびネコのTRAILのアポトーシス誘導性の活性
正常なイヌ肝細胞を、哺乳動物発現イヌおよびネコのTRAILタンパク質に対するそれらの感受性に関して分析した。細胞死ELISA分析により、正常なイヌ肝細胞はFasリガンド処理に対して極めて高い感受性を有するのに対して、イヌおよびネコ両方のTRAILタンパク質は、これら細胞に対して作用を有しないが、U937はFasリガンド処理とTRAIL処理との両方に対して感受性であった(図21B)。この結論は、MTT分析の結果によって支持された(図21A)。Fasリガンドは、インビボで肝臓毒性を引き起こす周知の物質である。TRAILタンパク質がインビトロで肝細胞のアポトーシスを引き起こさないことは、インビボで用いる場合、TRAILタンパク質の肝臓毒性が存在したとしてもわずかである可能性が高いことを示す。
本発明において、イヌおよびネコのアポトーシス誘導物質であるTRAIL遺伝子のクローニングについて報告する。イヌのTRAILと、ヒトおよびマウスのTRAILとの相同性の程度は、それぞれ80.3%および63.5%である。ネコのTRAILと、ヒトおよびマウスのTRAILとの相同性の程度は、83.2%および65.3である。可溶性TRAILの既知のアミノ酸配列全てのアライメントから、イヌの可溶性TRAILと、ヒトおよびマウスの可溶性TRAILとの相同性の程度は、それぞれ76.9%および66.9%である。ネコの可溶性TRAILと、ヒトおよびマウスの可溶性TRAILとの相同性の程度は、それぞれ82.2%および69.9%である。イヌの可溶性TRAILとネコの可溶性TRAILとの相同性の程度は、92.4%であった。ウェスタン免疫ブロット分析により、TRAILが哺乳動物細胞で発現される場合、そのタンパク質は調整培地に分泌されたことが確認された。イヌおよびネコ両方のTRAILはまた、ガン細胞のアポトーシスを特異的に誘導し、そのレベルは、それらのヒト対照と同等であることが示された。
ヒトTRAILは、多種多様な原発腫瘍および転移性の腫瘍の成長を阻害することが示された。その上、TRAILでの治療は、薬剤耐性または副作用を引き起こすことなく多くの回数繰り返すことができる。これらのアポトーシス誘導物質はまた、その他のガン治療(例えば外科手術、化学療法、放射線療法および免疫療法)とうまく合わせて、優れた治療的な作用を達成することもできる。これらの特性により、安全で有効な、かつ広範な治療を非常に必要としている場合に、TRAILは、イヌおよびネコのガンを治療するための極めて魅力的な候補となる。しかしながら、ガン治療のようなTRAILの成功した用途はおそらく、長期の腫瘍抑制および遅延を達成するためには、繰り返しの連続した治療が含まれる。イヌおよびネコのTRAILのクローニングおよび同定により、種特異的なアポトーシス阻害剤を用いたイヌおよびネコの腫瘍の治療が可能になり、それによって繰り返し投与の際の免疫反応が発生する危険を最小限にすることができる。最終的に、自然発生するイヌの腫瘍は、組織病理学的および生物学的挙動において、それらのヒトの相互関係に極めて類似しており(MacEwen,1990年, Cancer Metastasis Rev 9(2):125〜36)、それゆえにイヌの腫瘍から得られた実験結果はまた、ヒトのガンの生物学および治療に関する価値のある情報を提供すると考えられる。
本発明は、本発明で説明される特定の実施形態の範囲に限定されず、これら実施形態は、本発明の個々の形態の単なる説明であり、機能的に同等の方法および成分も本発明の範囲内であるとする。実際には、本発明で示されたものや説明されたものに加えて、本発明の様々な改変が、上述の説明および添付の図面より当業者には明白であると考えられる。このような改変は、添付の請求項の範囲内に含まれるものとする。
本明細書で示された全ての出版物および特許出願は、参照により本発明に加入され、それぞれ個々の出版物または特許出願が、特に、および、個々に参照により加入されるように示されるのと同等とする。
配列表
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イヌおよびネコの細胞系におけるTRAIL遺伝子発現である。 イヌのTRAILのヌクレオチド配列(配列番号20)である。 イヌのTRAILタンパク質である。図2の配列(配列番号21)から翻訳されたイヌのTRAILのアミノ酸配列である。 ネコのTRAILのヌクレオチド配列(配列番号22)である。 ネコのTRAILタンパク質である。図3の配列(配列番号23)から翻訳されたネコのTRAILのアミノ酸配列である。 全て既知の(ヒト、マウス、イヌおよびネコの)TRAILのアミノ酸配列のアライメントである。 6Aの続きである。 6Bの続きである。 6Cの続きである。 全て既知の(ヒト、マウス、イヌおよびネコの)可溶性TRAILのアミノ酸配列のアライメントである。 7Aの続きである。 哺乳動物細胞で発現されたTRAILタンパク質のウェスタン免疫ブロット分析である。 哺乳動物発現TRAILのアポトーシス分析である。 細菌においてpBAD−チオプロモーターから発現されたTRAILタンパク質の発現および溶解性である。 細菌においてpBAD−チオプロモーターから発現されたTRAILタンパク質の発現および溶解性である。 ヒトおよびイヌのTRAIL−チオの、His−バンドクイック(His−band Quick)900カートリッジカラムの画分である。 細菌発現TRAIL−チオタンパク質のアポトーシス分析である。 細菌においてT7プロモーターから発現されたTRAILタンパク質の発現である。 細菌においてT7プロモーターから発現されたTRAILタンパク質の溶解性である。 細菌においてpBADプロモーターから発現されたTRAILタンパク質の発現である。 細菌においてpBADプロモーターから発現されたTRAILタンパク質の溶解性である。 イヌおよびネコのTRAILのHis−バンドクイック900カートリッジカラムの画分である。 イヌおよびネコのTRAILのHis−バンドクイック900カートリッジカラムの画分である。 細菌発現TRAILタンパク質のアポトーシス分析である。 様々なヒトガン細胞系の哺乳動物発現TRAILタンパク質のアポトーシス分析である。 様々なイヌのガン細胞系の哺乳動物発現TRAILタンパク質のアポトーシス分析である。 イヌ肝細胞の哺乳動物発現TRAILタンパク質のアポトーシス分析である。

Claims (14)

  1. a)配列番号21に示されるポリペプチド;または、
    b)配列番号23に示されるポリペプチド、
    を含む、TRAILをコードするヌクレオチド配列を含む単離された核酸分子。
  2. a)配列番号20で示される核酸;または、
    b)配列番号22で示される核酸、
    を含む、請求項1に記載の単離された核酸分子。
  3. 請求項1に記載の核酸分子の相補体を含む単離された核酸分子。
  4. 高ストリンジェントな条件下で請求項1に記載の核酸分子の相補体にハイブリダイズする、単離された核酸分子。
  5. 核酸によってコードされたポリペプチドの発現を制御する調節核酸と操作可能に結合した請求項1に記載の核酸を含む、発現ベクター。
  6. 核酸によってコードされたポリペプチドの発現を制御する調節核酸と操作可能に結合した請求項1に記載の核酸を発現するように遺伝子操作された、宿主細胞。
  7. 請求項1に記載の核酸を含む導入遺伝子を含むように遺伝子操作された、トランスジェニック非ヒト動物。
  8. a)配列番号21;または、
    b)配列番号23、
    および、場合により、いずれかの配列に融合した融合ペプチドのアミノ酸配列を含む、単離されたポリペプチド。
  9. 請求項8に記載の単離されたポリペプチドに結合する抗体。
  10. 被験体におけるTRAIL配列の機能、活性および/または発現を調節する化合物を被験体に投与することを含む、被験体においてアポトーシス関連疾患を治療する方法。
  11. 化合物が、小さい有機分子、抗体、リボザイム、および、アンチセンス分子からなる群より選択される、請求項10に記載の方法。
  12. アポトーシス関連疾患が、ガン、神経変性病、紅斑性狼瘡、リウマチ様関節炎、および、多発性硬化症からなる群より選択される、請求項10に記載の方法。
  13. TRAIL配列の発現を調節する化合物を同定する方法であって:
    a)試験化合物と、TRAIL配列を発現する細胞とを接触させること;
    b)上記細胞中のTRAIL配列の発現のレベルを測定すること;
    c)上記試験化合物の存在下の細胞中のTRAIL配列の発現のレベルと、上記試験化合物の非存在下の細胞中のTRAIL配列の発現のレベルとを比較すること(ここで、上記試験化合物の存在下の細胞中のTRAIL配列の発現のレベルが、上記試験化合物の非存在下の細胞中のTRAIL配列の発現のレベルと異なる場合、TRAIL配列の発現を調節する化合物が同定される)、
    を含む、上記方法。
  14. TRAIL配列産物の活性を調節する化合物を同定する方法であって:
    a)試験化合物と、TRAIL配列産物を発現する細胞とを接触させること;
    b)細胞中のTRAIL配列産物のレベルを測定すること;
    c)上記試験化合物の存在下の細胞中のTRAIL配列産物活性のレベルと、上記試験化合物の非存在下の細胞中のTRAIL配列産物活性のレベルとを比較すること(ここで、上記試験化合物の存在下の細胞中のTRAIL配列産物活性のレベルが、試験化合物の非存在下の細胞中のTRAIL配列産物活性のレベルと異なる場合、TRAIL配列産物の活性を調節する化合物が同定される)、
    を含む、上記方法。
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