JP2023516325A - 血中コレステロール低下用、心血管代謝疾患の予防又は治療用及び抗炎症用薬学的組成物 - Google Patents

血中コレステロール低下用、心血管代謝疾患の予防又は治療用及び抗炎症用薬学的組成物 Download PDF

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Abstract

本発明は、CAP1とPCSK9の間の結合阻害剤、CAP1とレジスチンの間の結合阻害剤、又はCAP1遺伝子の発現抑制剤を有効成分として含む血中コレステロール低下用、心血管代謝疾患の予防又は治療用及び抗炎症用薬学的組成物などに関する。本発明は、CAP1とPCSK9の結合、CAP1とレジスチンの結合、又はCAP1遺伝子の発現を抑制することによって、血中LDLコレステロールの数値を低減できる効果がある。したがって、本発明は、異常な血中コレステロールのレベルとそれに因って発病する各種心血管代謝疾患、例えば、脂質異常症、脳卒中、動脈硬化症などを治療し、炎症を抑制するための薬学的組成物などとして有用に使用できる。【選択図】図4s

Description

特許法第30条第2項適用申請有り 令和1年8月16日にウェブサイト(URL:https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehz566)にてオンライン出版論文“European Heart Journal(2020)41,pp.239-252”(タイトル:“Cyclase-associated protein 1 is a binding partner of proprotein convertase subtilisin/kexin type-9 and is required for the degradation of low-density lipoprotein receptors by proprotein convertase subtilisin/kexin type-9”を公開
本発明は、CAP1とPCSK9の間の結合阻害剤、CAP1とレジスチンの間の結合阻害剤、又はCAP1遺伝子の発現抑制剤を有効成分として含む血中コレステロール低下用、心血管代謝疾患の予防又は治療用、抗炎症用薬学的組成物及びCAP1とPCSK9又はレジスチンの間の結合レベルを測定する製剤を含む高コレステロール血症又は心血管代謝疾患の診断用組成物などに関する。
本出願は、2020年3月2日に出願された韓国特許出願第10-2020-0026073号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示されたすべての内容は本出願に援用される。
PCSK9(Proprotein convertase subtilisin/kexin type-9)は、LDL(low-density lipoprotein)受容体の内在化及びリソソーム分解(lysosomal degradation)を調節することによって、血漿LDLコレステロールのレベルを決定し、これによって、有望な治療標的になった。PCSK9抑制剤は、血漿LDLコレステロールのレベルを減少させ、改善された心血管結果を示した。しかしながら、PCSK9がLDL受容体の運命を決定する正確なメカニズムは明らかにされていない。LDL受容体は、LDLコレステロールに結合した状態で細胞に入った後、エンドソーム(endosome)でLDLコレステロールから分離されて、細胞表面に再循環されるのに対し、LDLコレステロールは、分解のためにリソソームに送られる。これとは対照的に、PCSK9に結合した場合、LDL受容体は、内在化され、未知のメカニズムを通した分解のために、リソソームに案内される。PCSK9は、プロテイナーゼK類似セリンプロテアーゼであるが、自己触媒的切断後、プロドメイン(pro-domain;アミノ酸32-152)の末端部分が触媒三残基(catalytic triad)を覆うことによって、さらなるタンパク質分解活性を防止する。PCSK9の触媒ドメインは、LDL受容体と結合し、PCSK9のさらに他の部分、すなわちC末端システインリッチドメイン(cysteine rich domain;CRD)は、タンパク質複合体をリソソーム分解側にエスコートする推定膜結合タンパク質(putative membrane-bound protein)と相互作用すると疑われてきた。
一方、CAP1は、細胞の形態、移動及びエンドサイトーシス(endocytosis)に重要なアクチンフィラメントの動力学を調節することが知られており、従来の研究結果では、CAP1がヒトレジスチン(resistin)の受容体であることが報告されている。しかしながら、CAP1がPCSK9又はレジスチンと相互作用して脂質異常症(dyslipidemia)、脳卒中、動脈硬化症などを含む各種心血管代謝疾患においてLDLコレステロールの濃度の調節に関与するかどうかは全く知られていない。
本発明者らは、CAP1がLDL受容体の運命を決定するPCSK9と直接結合して前記受容体の分解を誘導し、CAP1とPCSK9の間の結合又はCAP1とレジスチンの間の結合を抑制したり、CAP1の発現を抑制する場合、LDL受容体の分解が阻害されることによって、LDLコレステロールの数値を低減することができ、これと同時に、炎症が抑制されることを発見して、本発明を完成した。
したがって、本発明の目的は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1(Adenylyl cyclase-Associated Protein 1)と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9(proprotein convertase subtilisin/kexin type-9)の間の結合阻害剤を有効成分として含む、血中コレステロール低下用組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤を有効成分として含む、血中コレステロール低下用組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は(iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む、心血管代謝疾患の予防、改善又は治療用組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチン(resistin)の間の結合阻害剤;及び(iii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤からなる群から選ばれる1種以上を有効成分として含む、抗炎症用薬学的組成物又は健康機能食品組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と;配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9又は配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチンの間の結合レベルを測定する製剤を含む、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患の診断用組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、患者の試料のうち、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と;配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9又は配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチンの間の結合レベルを測定する段階を含む、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患の診断方法又は診断のための情報提供方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患治療剤のスクリーニング方法を提供することにある。
しかしながら、本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は、下記の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解され得る。
本発明の目的を達成するために、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1(Adenylyl cyclase-associated Protein 1)と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9(proprotein convertase subtilisin/kexin type-9)の間の結合阻害剤を有効成分として含む、血中コレステロール低下用薬学的組成物を提供する。
また、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤を個体に投与する段階を含む、血中コレステロール低下方法を提供する。
さらに、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤の血中コレステロール低下用途を提供する。
それだけでなく、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤の、血中コレステロール低下又は高コレステロール血症に対する予防又は治療に用いられる薬剤を生産するための用途を提供する。
本発明の一具現例において、前記結合阻害剤は、CAP1又はPCSK9に特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明の他の具現例において、前記結合阻害剤は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び免疫グロブリン重鎖のFc断片を含む融合タンパク質でありうる。
本発明のさらに他の具現例において、前記融合タンパク質は、配列番号4又は配列番号6のアミノ酸配列からなるものであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記結合阻害剤は、CAP1のSH3(Src homology 3)結合ドメイン及びPCSK9のシステインリッチドメイン(cysteine rich domain;CRD)からなる群から選ばれる一つ以上のドメインに結合するものであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記CAP1のSH3結合ドメインは、配列番号10のアミノ酸配列を含んでもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記PCSK9のシステインリッチドメインは、配列番号11のアミノ酸配列からなってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記PCSK9のシステインリッチドメインは、配列番号12のアミノ酸配列からなるM1ドメインを含んでもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記PCSK9のシステインリッチドメインは、配列番号13のアミノ酸配列からなるM3ドメインを含んでもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記結合阻害剤は、CAP1のSH3結合ドメインに存在する34B番アスパラギン酸(aspartic acid)を含む部位に特異的に結合するものであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記結合阻害剤は、PCSK9のM1ドメインに存在する494番リシン(lysine)を含む部位に特異的に結合するものであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記結合阻害剤は、PCSK9のM3ドメインに存在する659番アルギニン(arginine)を含む部位に特異的に結合するものであってもよいが、これに限定されるものではない。
また、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤を有効成分として含む、血中コレステロール低下用薬学的組成物を提供する。
さらに、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤を個体に投与する段階を含む、血中コレステロール低下方法を提供する。
それだけでなく、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤の血中コレステロール低下用途を提供する。
さらに、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤の、血中コレステロール低下又は高コレステロール血症に対する予防又は治療に用いられる薬剤を生産するための用途を提供する。
本発明の一具現例において、前記発現抑制剤は、CAP1遺伝子のmRNAに相補的に結合できるアンチセンスヌクレオチド、siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム及びPNAからなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明の他の具現例において、前記発現抑制剤は、配列番号8の塩基配列からなるsiRNAであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記発現抑制剤は、配列番号9の塩基配列からなるshRNAであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記組成物は、LDL(Low-density lipoprotein)受容体の分解を抑制するものであってもよい。
本発明のさらに他の具現例において、前記コレステロールは、LDLコレステロールであってもよいが、これに限定されるものではない。
また、本発明は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は(iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む、血中コレステロール低下用健康機能食品組成物を提供する。
また、本発明は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は(iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む、心血管代謝疾患の予防又は治療用薬学的組成物又は心血管代謝疾患の予防又は改善用健康機能食品組成物を提供する。
さらに、本発明は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は(iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む組成物を個体に投与する段階を含む、心血管代謝疾患の予防又は治療方法を提供する。
それだけでなく、本発明は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は(iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む組成物の、心血管代謝疾患の予防又は治療用途を提供する。
さらに、本発明は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は(iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む組成物の、心血管代謝疾患の予防又は治療に用いられる薬剤を生産するための用途を提供する。
本発明の一具現例において、前記結合阻害剤は、CAP1又はPCSK9に特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明の他の具現例において、前記結合阻害剤は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び免疫グロブリン重鎖のFc断片を含む融合タンパク質でありうる。
本発明のさらに他の具現例において、前記融合タンパク質は、配列番号4又は配列番号6のアミノ酸配列からなるものであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記発現抑制剤は、CAP1遺伝子のmRNAに相補的に結合できるアンチセンスヌクレオチド、siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム及びPNAからなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記発現抑制剤は、配列番号8の塩基配列からなるsiRNAであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記発現抑制剤は、配列番号9の塩基配列からなるshRNAであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記心血管代謝疾患は、糖尿病、肥満、脂質異常症、脂肪肝、高血圧、痛風、脳卒中、動脈硬化症、心筋梗塞症、狭心症、末梢血管疾患及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる疾患であってもよいが、これに限定されるものではない。
また、本発明は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチン(resistin)の間の結合阻害剤;及び(iii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤からなる群から選ばれる1種以上を有効成分として含む、抗炎症用薬学的組成物を提供する。
本発明の一具現例において、前記(i)の結合阻害剤は、PCSK9に特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明の他の具現例において、前記(ii)の結合阻害剤は、レジスチンに特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記(i)又は(ii)の結合阻害剤は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び免疫グロブリン重鎖のFc断片を含む融合タンパク質でありうる。
本発明のさらに他の具現例において、前記融合タンパク質は、配列番号4又は配列番号6のアミノ酸配列からなるものであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記(iii)の発現抑制剤は、CAP1遺伝子のmRNAに相補的に結合できるアンチセンスヌクレオチド、siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム及びPNAからなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の具現例において、前記組成物は、NF-κBの活性を抑制することができる。
また、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と;配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9又は配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチンの間の結合レベルを測定する製剤を含む、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患の診断用組成物を提供する。
また、本発明は、患者の試料のうち、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と;配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9又は配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチンの間の結合レベルを測定する段階を含む、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患の診断方法又はその診断のための情報提供方法を提供する。
本発明の一具現例において、前記患者の試料は、肝組織、肝細胞、血液、血清、血漿、唾液、喀痰及び尿からなる群から選ばれるものであってもよいが、これに限定されるものではない。
また、本発明は、(a)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9タンパク質又はその断片、又は配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチンタンパク質又はその断片;を含む試料に被検物質を処理する段階;(b)前記CAP1;及びPCSK9タンパク質又はその断片、又はレジスチンタンパク質又はその断片;間の結合レベルを測定する段階;及び(c)前記結合レベルが対照群試料と比較して減少した被検物質を選別する段階を含む、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患治療剤のスクリーニング方法を提供する。
本発明の一具現例において、前記(b)段階の結合レベルの測定は、酵母ツーハイブリッド法(Yeast two-hybrid)、表面プラズモン共鳴法(Surface Plasmon Resonance,SPR)、免疫沈降法(immunoprecipitation)、放射能免疫分析法(RIA)、酵素免疫測定法(ELISA)、免疫組織化学、ウェスタンブロット(Western Blotting)及びフローサイトメトリー(FACS)からなる群から選ばれるいずれか一つを用いて測定するものであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明によれば、PCSK9と直接結合してLDL受容体の生活周期を調節するCAP1がPCSK9又はレジスチンと結合することを阻害したり、CAP1遺伝子の発現を抑制することによって、コレステロール数値を調節することができる。したがって、本発明によるCAP1とPCSK9又はレジスチンの間の結合阻害剤又はCAP1遺伝子の発現抑制剤などは、血中コレステロールの数値を低減することができ、これによって、血中コレステロールの異常レベルに関連したり、それに因って発病する各種心血管代謝疾患を治療するための組成物として有用に使用でき、また、NF-κBの活性化の抑制を通した炎症抑制効果を奏することができる。
図1a~図1iは、CAP1とPCSK9が直接相互作用することを示す図である:(図1a)C57/BL6野生型マウスの肝溶解物から内因性CAP1又はPCSK9の免疫沈降反応結果;(図1b)mFc-hCAP1及びhPCSK9-Hisのファーウェスタンブロット分析結果;(図1c)生細胞でhCAP1とhPCSK9の間の相互作用を可視化した二分子蛍光補完分析結果;(図1d)外因性組換えhPCSK9を処理したHepG2細胞でCAP1及びPCSK9の共局在化を確認するための免疫蛍光染色結果(オーバーラップ係数:平均±標準偏差);(図1e)表面プラズモン共鳴を用いたrhPCSK9とCAP1の間の直接結合分析の結果(平衡解離定数:1.01μM);(図1f)HEK293細胞でhPCSK9-Flag及び野生型CAP1又は各CAP1突然変異体の共免疫沈降反応結果;(図1g)HEK293細胞でhPCSK9-Flag及びCAP1 SH3BDの共免疫沈降反応結果;(図1h)HEK293細胞で野生型PCSK9又はCRD欠失PCSK9突然変異体と野生型hCAP1の共免疫沈降反応結果;(図1i)タンパク質-タンパク質ドッキングシミュレーション及び結合エネルギースコア分析を用いた複合体の3D分子モデリング。 図2a~図2cは、PCSK9の機能喪失突然変異体を用いた実験結果を示す図である:(図2a)ヒト血漿でLDLコレステロールと関連していると知られた8個のPCSK9-CRD単一ヌクレオチド変異体に対する概略図;(図2b)PCSK9に対する機能喪失突然変異体とCAP1の間の結合親和性実験結果;(図2c)BLItzシステムを使用したPCSK9野生型及びその突然変異体とCAP1の相互作用に対する直接結合分析結果。 図3a~図3jは、CAP1がPCSK9によるLDL受容体の分解に必須であることを示す図である:(図3a)PCSK9によって誘導されたLDL受容体の分解がCAP1 siRNAによって弱まることを示す図;(図3b)CAP1 siRNAを処理したHepG2細胞でHis-rhPCSK9を処理した後、LDL受容体、PCSK9及びCAP1の分布を示す図;(図3c)CAP1欠損細胞で野生型CAP1及びそれぞれの突然変異体の発現によってLDL受容体の分解程度を測定した結果;(図3d)CAP1+/-マウスの各臓器別CAP1発現量を比較した図;(図3e)CAP1+/+及びCAP1+/-マウスでLDL受容体の発現レベルを比較した図;(図3f)16週間高脂肪食又は通常食を摂取したCAP1+/-及びCAP+/+マウスで血漿コレステロール数値を測定した図;(図3g)高脂肪食を供給したCAP+/+及びCAP+/-マウスでプールされた血漿サンプルからFPLC分画のコレステロールのレベルを示す図;(図3h)CAP1+/-及びCAP1+/+マウスの肝でPCSK9によって誘導されたLDL受容体の分解に対するウェスタンブロット分析結果(P、pro-PCSK9;M、mature PCSK9);(図3i)ELISAによって測定した血漿hPCSK9のレベル;(図3j)PCSK9を過発現させるか、過発現させないCAP1+/-及びCAP1+/+マウスでの血漿コレステロールのレベル分析結果。 図4a~図4sは、CAP1がLDL受容体のカベオリン依存性エンドサイトーシス及びリソソーム分解を媒介することを示す図である:(図4a~図4c)HepG2細胞に組換えhPCSK9を処理した後、LDL受容体(緑色)、PCSK9(赤色)及びエンドソームマーカーEEA1又はリソソームマーカーLAMP2(白色)で一連の免疫蛍光染色を行った結果;(図4d)HepG2細胞に組換えhPCSK9を処理して240分が経過した後、LDL受容体(緑色)、PCSK9(赤色)及びリソソームマーカーLAMP2(白色)で免疫蛍光染色を行った結果;(図4e)CAP1 siRNAを処理したHepG2細胞にPCSK9処理後、LDL受容体、PCSK9及びCAP1の細胞分布を示す細胞膜分画化及びウェスタンブロット分析結果;(図4f)図4eのウェスタンブロット結果を定量したグラフ;(図4g)HepG2細胞で組換えhPCSK9処理30分後、LDL受容体(緑色)とカベオリン1(上図で赤色)又はクラスリン(下図で赤色)の間の共局在化を比較した図;(図4h及び図4i)HepG2細胞で組換えヒトPCSK9を30分間処理した後、クラスリン又はカベオリン-1とエンドソームマーカーEEA1の共局在化を示す図;(図4j及び図4k)HepG2細胞でカベオリン又はクラスリンをノックダウンした場合、PCSK9によって誘導されたLDL受容体の分解に及ぼす影響を示す図;(図4l)CAP1、カベオリン-1又はクラスリンに対するsiRNAを前処理したHepG2細胞でhPCSK9処理240分後、LDL受容体(緑色)及びリソソームマーカーLAMP2(赤色)で免疫蛍光染色を行った結果;(図4m)HepG2細胞でEGF(赤色)及びアルブミン(緑色)を免疫蛍光染色した図(scale bar、10μm);(図4n)PCSK9過発現によって誘導されたLDL受容体の分解においてCAP1、カベオリン-1又はクラスリンのノックダウンによる影響を示す図;(図4o)HepG2細胞でPCSK9処理15分後、CAP1 siRNA処理による透過電子顕微鏡イメージ(scale bar、0.5μm);(図4p)CAP1とカベオリン-1の結合においてSH3BDが重要であることを示す図;(図4q)野生型マウスの肝溶解物でカベオリン-1、LDL受容体、CAP1及びPCSK9に対する免疫沈降分析結果;(図4r)HepG2細胞でLDLコレステロールの処理4時間後、Rab11(赤色)、LDL受容体(緑色)及びDAPI(青色)で免疫蛍光染色を行った結果;(図4s)LDL受容体がカベオラ依存性エンドサイトーシス及びPCSK9によって誘導されたリソソーム分解を経る概略図。 図5a及び図5bは、mFC-CAP1が末梢血液単核球でNF-κp65サブユニットの活性化を抑制できることを示す図である:(図5a)組換えヒトレジスチン(rhResistin)及び/又は濃度別mFc-CAP1の処理によるp65のリン酸化の様相を確認したウェスタンブロット写真;(図5b)PCSK9及び/又は濃度別mFc-CAP1の処理によるp65のリン酸化の様相を確認したウェスタンブロット写真。 図6a~図6fは、mFc-CAP1が肝細胞でLDL受容体の保護効果、AMPK経路の活性化及びNF-κの抑制効果があることを示す図である:(図6a)組換えヒトPSCK9(rhPCSK9)及び/又は濃度別(0.1、1μg/ml)mFc-CAP1の処理によるLDL受容体の発現レベル、pAMPK及びpACCレベルを確認したウェスタンブロット写真(左)及びこれをそれぞれGAPDHで定量化したグラフ(右);(図6b)rhPCSK9及び/又は濃度別(0.01、0.1、1μg/ml)mFc-CAP1の処理によるLDL受容体の発現レベルを確認したウェスタンブロット写真(左)及びこれを定量化したグラフ(右);(図6c)rhResistin及び/又は濃度別(50、150、500ng/ml)mFc-CAP1の処理によるLDL受容体の発現レベル、p-p65及びpAMPKのレベルを確認したウェスタンブロット写真(左)及びこれをそれぞれGAPDHで定量化したグラフ(右);(図6d)rhResistin及び/又は濃度別(10、50、500ng/ml)mFc-CAP1の処理によるLDL受容体の発現レベルを確認したウェスタンブロット写真(左)及びこれを定量化したグラフ(右);(図6e)AMPKをAICARで刺激した後、rhResistin及び/又は濃度別(50、500ng/ml)mFc-CAP1の処理によるpAMPK及びLDL受容体の発現レベルを確認したウェスタンブロット写真(左)及びこれをGAPDHで定量化したグラフ;(図6f)rhResistin及び/又は濃度別(50、150、500ng/ml)mFc-CAP1の処理によるLDL受容体の発現レベルを確認したウェスタンブロット写真(左)及びこれを定量化したグラフ(右)。 図7は、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)でshRNAを用いたCAP1遺伝子のノックダウン(knock-down)によるLDLコレステロールの吸収変化を確認した蛍光顕微鏡イメージ(上図)及び比較グラフ(下図)である。
本発明者らは、CAP1をPCSK9の新しい結合パートナーとして確認することによって、PCSK9によるLDL受容体のエンドサイトーシスに対する理解を広げた。
まず、本発明の一実施例では、CAP1のSH3BD(Src Homology 3 Binding Domain)がPCSK9のCRD(cysteine rich domain)と直接結合することを示した(実施例1参照)。
本発明の他の実施例では、ヒトPCSK9で発見された二つの機能損失多型性(loss-of-function polymorphism)は、CAP1との相互作用にあたって欠陥が存在することを確認した(実施例2参照)。
本発明のさらに他の実施例では、肝細胞でCAP1に対するsiRNAだけでなく、血漿LDLコレステロールのレベルが低い異型接合CAP1ノックアウトマウスでPCSK9媒介性LDL受容体の分解が防止されることを確認した(実施例3参照)。
本発明のさらに他の実施例では、CAP1がカベオリン-1に結合し、次いで、PCSK9-LDL受容体複合体をカベオラ依存性エンドサイトーシス及びリソソーム性分解に導くことを証明した(実施例4参照)。
本発明のさらに他の実施例では、CAP1の競合的阻害剤としてmFc-CAP1を製造し(実施例5参照)、これを末梢血液単核球及び肝細胞に処理して、LDL受容体に対する保護効果及び体内ほぼすべての炎症反応の調節に関連したNF-κBの抑制効果を確認した(実施例6及び7参照)。
本発明のさらに他の実施例では、CAP1をノックダウンしてその発現を抑制した場合、LDLコレステロールに対する吸収が抑制されることを確認した(実施例8参照)。
これによって、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1(Adenylyl cyclase-associated Protein 1)と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9(proprotein convertase subtilisin/kexin type-9)の間の結合阻害剤を有効成分として含む、血中コレステロール低下用薬学的組成物を提供する。
本明細書において使用される用語「CAP1」は、「Adenylyl cyclase-associated Protein 1」を意味するものであり、構造的、機能的な点から、三つのドメインに分けられる。第一に、高く保存されたカルボキシル末端ドメインは、単量体のアクチンと結合し、一般的な細胞形態学に必須である。第二に、CAP1のアミノ末端ドメインは、酵母でアデニリルシクラーゼ(adenylyl cyclase)と相互作用する。第三に、中央に位置するプロリンリッチドメイン(proline-rich domain)は、特定タンパク質のSH3(Src homology 3)ドメインと相互作用する。本発明によるCAP1は、例えば、配列番号1で表されるアミノ酸配列を含むか、配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるか、配列番号1のアミノ酸配列と80%以上、より好ましくは、90%以上、さらに好ましくは、95%以上の配列相同性を有するアミノ酸配列からなってもよい。例えば、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、100%の配列相同性を有するアミノ酸配列を含む。アミノ酸配列に対する「配列相同性の%」とは、二つの最適に配列された配列と比較領域を比較することによって確認され、比較領域でのアミノ酸配列の一部は、二つの配列の最適配列に対する参考配列(追加又は削除を含まない)に比べて追加又は削除(すなわち、ギャップ)を含んでもよい。
本明細書において使用される用語「PCSK9」は、「proprotein convertase subtilisin/kexin type-9」を意味するものであり、ヒトPCSK9遺伝子は、染色体1p32.3上に位置し、25,378bpの長さを有する。これは、692個のアミノ酸をコードする12個のエクソンを含有する。PCSK9タンパク質は、シグナルペプチド、プロドメイン、触媒ドメイン、及び3個のモジュール(M1、M2及びM3)で構成されたC末端システイン-ヒスチジンリッチドメインを含有する。本発明によるPCSK9は、例えば、配列番号2で表されるアミノ酸配列を含むか、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるか、配列番号2のアミノ酸配列と80%以上、より好ましくは、90%以上、さらに好ましくは、95%以上の配列相同性を有するアミノ酸配列からなってもよい。例えば、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、100%の配列相同性を有するアミノ酸配列を含む。アミノ酸配列に対する「配列相同性の%」の意味は前述した通りである。
本発明において、前記結合阻害剤は、CAP1又はPCSK9に特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、CAP1又はPCSK9に結合して、これらの相互作用を妨害できるすべての物質は、本発明の範囲に含まれる。
本明細書において使用される用語「ペプチド模倣体(Peptide mimetics)」は、CAP1又はPCSK9の結合ドメインに結合してCAP1とPCSK9の間の結合を阻害するものである。ペプチド模倣体は、ペプチド又は非ペプチドであってもよく、psi結合のような、非ペプチド結合によって結合したアミノ酸で構成されることができる。また、構造的に制限された(conformationally constrained)ペプチド、サイクリック模倣体(cyclic mimetics)、少なくとも一つのエキソサイクリックドメイン(exocyclic domain)、結合部分(結合アミノ酸)及び活性部位を含むサイクリック模倣体でありうる。ペプチド模倣体は、CAP1又はPCSK9タンパク質の二次構造特性と類似に構造化され、抗体又は水溶性受容体のような巨大な分子の抑制特性を模倣することができ、天然の拮抗剤と同等な効果で作用できる新規の小分子でありうる。
本明細書において使用される用語「抗体」は、タンパク質又はペプチド分子の抗原性部位に特異的に結合できるタンパク質性分子を意味するが、このような抗体は、各遺伝子を通常の方法によって発現ベクターにクローニングして前記マーカー遺伝子によってコードされるタンパク質を得て、得られたタンパク質から通常の方法によって製造されることができる。
本明細書において使用される用語「アプタマー(aptamer)」は、所定の標的分子に対する結合活性を有する核酸分子を意味する。前記アプタマーは、RNA、DNA、修飾(modified)核酸又はこれらの混合物であってもよく、直鎖状又は環状の形態であってもよいが、概して前記アプタマーを構成するヌクレオチドの配列が短いほど化学合成及び大量生産がさらに容易であり、費用の面で優れているという長所があり、化学修飾が容易であり、生体内安定性に優れ、毒性が低いことが知られている。
本発明において、前記結合阻害剤は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び免疫グロブリン重鎖のFc断片を含む融合タンパク質でありうる。前記CAP1タンパク質は、PCSK9と特異的に結合できる程度の断片、例えば、配列番号2で表されるPCKS9の421番目のアミノ酸から629番目のアミノ酸部分に該当するシステインリッチドメイン(cystein-rich domain)に特異的に結合できる程度の断片であってもよく、前記断片は、CAP1タンパク質のSH3結合ドメイン全部又は一部を含むポリペプチドであってもよく、前記ポリペプチドの長さには制限がない。
前記Fc断片は、ヒトを含む哺乳類、例えば、サル、オランウータン、チンパンジー、マウス、イヌ、ネコ、ウシ、ブタ、ウマなどの免疫グロブリン重鎖に由来するものであってもよく、好ましくは、ヒト又はマウスの免疫グロブリン重鎖に由来するものであってもよいが、これに限定されるものではない。前記Fc断片の配列は、本発明の技術分野における通常の知識を有する者が、体内CAP1がPCSK9又はレジスチンと結合することを阻害し、前記体内CAP1の代わりにPCSK9又はレジスチンと結合してこれらによって調節されるLDL受容体の分解を阻害するための目的を達成できる限度内で当該配列を適切に変形/修正して使用することができる。
また、前記Fc断片は、CAP1タンパク質のN末端部分又は好ましくはC末端部分に結合されることができ、直接結合されるか、本発明の技術分野において広く知られたペプチドリンカー又はヒンジ(hinge)を通じて間接的に連結されることができる。
また、本発明において前記融合タンパク質は、ヒト免疫グロブリン重鎖のFc断片又はマウス免疫グロブリン重鎖のFc断片がそれぞれ融合したCAP1タンパク質でありうる。この際、ヒト免疫グロブリン重鎖のFc断片が融合したCAP1タンパク質は、配列番号4のアミノ酸配列からなるか、配列番号5の塩基配列によってコード化されるものであってもよい。また、マウス免疫グロブリン重鎖のFc断片が融合したCAP1タンパク質は、配列番号6のアミノ酸配列からなるか、配列番号7の塩基配列によってコード化されるものであってもよい。前記融合タンパク質は、配列番号4又は配列番号6で表されるアミノ酸配列の機能的同等物も、本発明の権利範囲に含まれ、前記機能的同等物とは、アミノ酸の付加、置換、又は欠失の結果、前記アミノ酸配列と少なくとも60%以上、好ましくは、70%以上、より好ましくは、80%以上、最も好ましくは、90%以上の配列相同性を有するものであり、前記配列番号4又は配列番号6で表されるアミノ酸配列と実質的に同質の活性を示すポリペプチド(polypeptide)を意味し、PCSK9に特異的に結合できるアミノ酸配列であれば、これに限定されない。
本発明者らは、ヒトCAP1タンパク質に免疫グロブリン重鎖のFc断片がコンジュゲートされた融合タンパク質(Fc-CAP1)を製造し、そのLDL受容体の保護効果を直接観察し、これによって、前記Fc-CAP1は、血中LDLコレステロール数値を低下させることができることを確認した。
本発明において、前記結合阻害剤は、CAP1のSH3(Src homology 3)結合ドメイン及びPCSK9のシステインリッチドメイン(cysteine rich domain;CRD)からなる群から選ばれる一つ以上のドメインに結合するものであってもよい。
この際、前記結合阻害剤が相互作用するCAP1のSH3結合ドメインは、配列番号10のアミノ酸配列からなるものであってもよいが、これに限定されるものではなく、例えば、前記アミノ酸配列は、SH3結合ドメインのAsp34Bアミノ酸を含む、長さ3~250、3~200、3~150、3~100、3~50、3~25、3~10、3~7又は3~5のアミノ酸部位に特異的に結合するものであってもよい。
本発明において、前記結合阻害剤は、CAP1のSH3結合ドメインに存在するAsp34Bを含む部位に特異的に結合するものであってもよい。例えば、CAP1のSH3結合ドメイン内にAsp34Bを含む部位に特異的に結合してPCSK9との結合を阻害するものであってもよい。
また、本発明において、前記PCSK9のCRDは、配列番号11のアミノ酸配列からなるものであってもよい。前記CRDは、配列番号12のアミノ酸配列からなるM1ドメイン又は配列番号13のアミノ酸配列からなるM3ドメインを含む。
また、本発明において、前記結合阻害剤は、PCSK9のM1ドメインに存在する494番リシン(lysine)を含む部位に特異的に結合するものであってもよい。例えば、配列番号2で表されるアミノ酸配列の494番目のアミノ酸を含む部位に特異的に結合してPCSK9との結合を阻害するものであってもよい。
この際、前記結合阻害剤が結合するPCSK9のM1ドメインは、配列番号12のアミノ酸配列を含んでもよいが、これに限定されるものではなく、例えば、前記アミノ酸配列の42番目のアミノ酸(又は、配列番号2で表されるアミノ酸配列の494番目のアミノ酸)を含む、長さ3~70、3~60、3~50、3~40、3~30、3~25、3~20、3~15、3~10、3~7又は3~5のアミノ酸部位に特異的に結合するものであってもよい。
また、本発明において、前記結合阻害剤は、PCSK9のM3ドメインに存在する659番アルギニン(arginine)を含む部位に特異的に結合するものであってもよい。例えば、配列番号2で表されるアミノ酸配列の659番目のアミノ酸を含む部位に特異的に結合してPCSK9との結合を阻害するものであってもよい。
この際、前記結合阻害剤が結合するPCSK9のM3ドメインは、配列番号13のアミノ酸配列を含んでもよいが、これに限定されるものではなく、例えば、前記アミノ酸配列の56番目のアミノ酸(又は、配列番号2で表されるアミノ酸配列の659番目のアミノ酸)を含む、長さ3~85、3~75、3~65、3~55、3~45、3~35、3~25、3~20、3~15、3~10、3~7又は3~5のアミノ酸部位に特異的に結合するものであってもよい。
本発明の他の様態として、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤を有効成分として含む、血中コレステロール低下用薬学的組成を提供する。
本発明のさらに他の様態として、本発明は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は(iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む、血中コレステロール低下用健康機能食品組成物を提供する。
本発明において、前記CAP1遺伝子の発現抑制剤は、CAP1遺伝子のmRNAに相補的に結合できるアンチセンスヌクレオチド、siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム及びPNAからなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明において、「発現抑制」は、CAP1遺伝子の転写抑制及びタンパク質への翻訳抑制を含む意味である。また、遺伝子の発現が完全に停止したものだけでなく、発現が減少したものを含む。
本明細書において使用される用語「siRNA、shRNA及びmiRNA」は、RNA妨害又は遺伝子サイレンシング(silencing)を媒介するために、主に目的遺伝子から転写したmRNAに結合して、前記mRNAの翻訳を阻害する核酸分子を意味する。前記miRNA、siRNA及びshRNAは、標的遺伝子の発現を翻訳レベルで抑制できるので、効率的な遺伝子ノックダウン(knockdown)方法又は遺伝子治療方法に使用できる。
本明細書において使用される用語「アンチセンスオリゴヌクレオチド」は、特定mRNAの配列に相補的な核酸配列を含有しているDNA又はRNA又はこれらの誘導体を意味するが、mRNA内の相補的な配列に結合してmRNAのタンパク質への翻訳を阻害する効果を示すことができる。
本明細書において使用される用語「リボザイム」は、標的RNA分子内特定ヌクレオチド配列を認識して部位特異的に切断させることによって、標的遺伝子のタンパク質発現を抑制することができる。
本明細書において使用される用語「PNA」は、核酸模倣体、例えば、DNA模倣体を意味し、ここで、デオキシリボースホスフェートバックボーンは、擬ペプチドバックボーンに置換され、単に元々4個のヌクレオ塩基が維持される。PNAの中性のバックボーンは、低いイオン性強度の条件下にDNA及びRNAに特異的なハイブリッドを提供することが知られており、転写又は翻訳抑制を誘導したり複製を抑制して、遺伝子発現の配列特異的調節に対するアンチセンス又は抗原製剤として使用できる。
本発明において、前記発現抑制剤は、配列番号8の塩基配列からなるsiRNA、配列番号9の塩基配列からなるshRNA、又はこれらの混合物であってもよいが、前記siRNA配列又はshRNA配列は、本発明の技術分野における通常の知識を有する者がCAP1遺伝子の発現抑制(又はノックダウン)目的を達成できる限度内で適切に変形/修正して使用できる。
本発明において、前記コレステロールは、LDLコレステロールであってもよいが、これに限定されるものではない。例えば、LDLコレステロールを含む総コレステロールでありうる。
本発明において、前記組成物は、LDL(Low-density lipoprotein)受容体の分解を抑制するものであってもよい。CAP1の発現又は活性を抑制すると、PCSK9によるLDL受容体の分解が抑制され、これによる結果として、血中LDLコレステロール数値を低減する効果がある。
本発明の他の様態として、本発明は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は(iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む、心血管代謝疾患の予防又は治療用薬学的組成物又は心血管代謝疾患の予防又は改善用健康機能食品組成物を提供する。
本発明において、前記結合阻害剤は、CAP1又はPCSK9に特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記結合阻害剤は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び免疫グロブリン重鎖のFc断片を含む融合タンパク質でありうる。前記融合タンパク質に対する事項は、前述した通りである。
また、本発明において前記発現抑制剤は、CAP1遺伝子のmRNAに相補的に結合できるアンチセンスヌクレオチド、siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム及びPNAからなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記発現抑制剤は、配列番号8の塩基配列からなるsiRNA、配列番号9の塩基配列からなるshRNA、又はこれらの混合物であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記心血管代謝疾患は、糖尿病、肥満、脂質異常症、脂肪肝、高血圧、痛風、脳卒中、動脈硬化症、心筋梗塞症、狭心症、末梢血管疾患及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる疾患であってもよいが、血中コレステロール数値の異常又はそれに因って発生する病症であれば、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の様態として、本発明は、(i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;(ii)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチン(resistin)の間の結合阻害剤;及び(iii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤からなる群から選ばれる1種以上を有効成分として含む、抗炎症用薬学的組成物を提供する。
本発明において、前記(i)の結合阻害剤は、PCSK9に特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であってもよく、前記(ii)の結合阻害剤は、レジスチンに特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記(i)又は(ii)の結合阻害剤は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び免疫グロブリン重鎖のFc断片を含む融合タンパク質でありうる。前記融合タンパク質は、配列番号4又は配列番号6のアミノ酸配列からなるものであってもよいが、これに限定されるものではない。
また、本発明において前記(iii)の発現抑制剤は、CAP1遺伝子のmRNAに相補的に結合できるアンチセンスヌクレオチド、siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム及びPNAからなる群から選ばれる1種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記組成物は、NF-κBの活性を抑制することができる。
一方、本発明による薬学的組成物は、有効成分以外に、薬学的組成物として製造するために通常使用する適切な担体、賦形剤及び/又は希釈剤をさらに含んでもよい。また、通常の方法によって散剤、顆粒剤、錠剤、カプセル剤、懸濁液、エマルジョン、シロップ、エアロゾルなどの経口型剤形、外用剤、坐剤及び滅菌注射溶液の形態に剤形化して使用することができる。
前記組成物に含まれ得る担体、賦形剤及び希釈剤としては、ラクトース、デキストロース、スクロース、ソルビトール、マンニトール、キシリトール、エリスリトール、マルチトール、デンプン、アカシアガム、アルギネート、ゼラチン、カルシウムホスフェート、カルシウムシリケート、セルロース、メチルセルロース、微晶質セルロース、ポリビニルピロリドン、水、メチルヒドロキシベンゾアート、プロピルヒドロキシベンゾアート、タルク、マグネシウム、ステアレート、及び鉱物油などがある。前記組成物を製剤化する場合には、通常使用する充填剤、増量剤、結合剤、湿潤剤、崩解剤、界面活性剤などの希釈剤又は賦形剤を使用して調製することができる。
本発明による薬学的組成物は、薬学的に有効な量で投与される。本発明において、「薬学的に有効な量」は、医学的治療に適用可能な合理的なベネフィット/リスクの割合で疾患を治療するのに十分な量を意味し、有効用量レベルは、患者の疾患の種類、重症度、薬物の活性、薬物に対する感度、投与時間、投与経路及び排出率、治療期間、同時使用される薬物を含む要素及びその他医学分野によく知られた要素によって決定されることができる。
上記した要素を全部考慮して副作用なしに最小限の量で最大効果を得ることができる量を投与することが重要であり、これは、当業者によって決定されることができる。具体的に、本発明による薬学的組成物の有効量は、患者の年齢、性別、状態、体重、体内での活性成分の吸収度、不活性率及び***速度、疾患の種類、併用される薬物によって変わることができる。
本発明の薬学的組成物は、個体に多様な経路で投与されることができる。例えば、経口投与、鼻腔内投与、経気管支投与、動脈注射、静脈注射、皮下注射、筋肉注射又は腹腔内注射によって投与されることができる。一日投与量は、一日に一回~数回に分けて投与することができる。
本明細書において使用される用語「個体」とは、疾患の予防、治療、治療増進又は耐性抑制を必要とする対象を意味する。例えば、前記個体は、ヒト、又は非ヒトである霊長類、マウス(mouse)、イヌ、ネコ、ウマ、ヒツジ及びウシを含む哺乳類でありうる。
本発明において、「予防」とは、目的とする疾患の発病を抑制したり遅延させるすべての行為を意味し、「治療」とは、本発明による薬学的組成物の投与によって目的とする疾患とそれによる代謝異常症状が好転したり有益に変更されるすべての行為を意味し、「改善」とは、本発明による組成物の投与によって目的とする疾患に関連したパラメーター、例えば症状の程度を減少させるすべての行為を意味する。
本発明において、本発明による組成物は、食品組成物として製造されることができ、食品組成物は、有効成分を食品にそのまま添加したり、他の食品又は食品成分と共に使用でき、通常の方法によって適切に使用できる。有効成分の混合量は、その使用目的(予防又は改善用)によって好適に決定されることができる。
前記食品組成物は、指示された割合で必須成分として前記有効成分を含有すること以外に、他の成分は特に限定されず、通常の飲料のように、様々な香味剤又は天然炭水化物などをさらなる成分として含有することができる。上述した天然炭水化物の例は、モノサッカライド、例えば、ブドウ糖、果糖など;ジサッカライド、例えばマルトース、スクロースなど;及びポリサッカライド、例えば、デキストリン、シクロデキストリンなどのような通常の糖、及びキシリトール、ソルビトール、エリスリトールなどの糖アルコールである。上述したもの以外の香味剤として、天然香味剤(ソーマチン、ステビア抽出物、例えば、レバウディオサイドA、グリチルリチンなど)及び合成香味剤(サッカリン、アスパルテームなど)を有利に使用できる。前記天然炭水化物の割合は、当業者の選択によって適切に決定されることができる。
上記のほか、本発明の食品組成物は、様々な栄養剤、ビタミン、ミネラル(電解質)、合成風味剤及び天然風味剤などの風味剤、着色剤及び増進剤(チーズ、チョコレートなど)、ペクチン酸及びその塩、アルギン酸及びその塩、有機酸、保護性コロイド増粘剤、pH調節剤、安定化剤、防腐剤、グリセリン、アルコール、炭酸飲料に使用される炭酸化剤などを含有することができる。このような成分は、独立して、又は組み合わせて使用できる。また、このような添加剤の比率は、当業者によって適切に選択できる。
本発明の食品組成物には、健康機能食品が含まれ得る。
本明細書において使用される用語「健康機能食品」とは、人体に有用な機能性を有する原料や成分を使用して錠剤、カプセル、粉末、顆粒、液状及び丸薬などの形態で製造及び加工した食品をいう。ここで、機能性とは、人体の構造及び機能に対して栄養素を調節したり、生理学的作用などのような保健用途に有用な効果を得ることを意味する。本発明の健康機能食品は、当業界において通常使用される方法によって製造可能であり、前記製造時には、当業界で通常添加する原料及び成分を添加して製造することができる。また、一般薬品とは異なって、食品を原料として薬品の長期服用時に発生しうる副作用などがない長所があり、携帯性に優れていて、本発明の健康機能食品は、抗代謝性疾患効果を増進させるための補助剤として摂取が可能である。
本発明の健康機能食品は、CAP1とPCSK9又はレジスチンの間の結合阻害剤又はCAP1遺伝子の発現抑制剤を含み、かつ、適切な食品補助剤をさらに含んでもよい。
本発明のさらに他の様態として、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と;配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9又は配列番号4のアミノ酸配列からなるレジスチンの間の結合レベルを測定する製剤を含む、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患の診断用組成物を提供する。本明細書では、CAP1とPCSK9の結合が増加すると、LDL受容体の分解が増加して、血中コレステロールの濃度が高まったり、反対に、Fc-CAP1によってCAP1とレジスチンの結合が妨害される場合、LDL受容体の分解が減少して、血中コレステロールの濃度が減少することを確認したところ、CAP1とPCSK9の結合レベル、又はCAP1とレジスチンの結合レベルを測定したとき、正常対照群と比較してさらに高い結合レベルを示した場合、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患があると診断することができる。
本発明のさらに他の様態として、本発明は、患者の試料のうち、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と;配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9又は配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチンの間の結合レベルを測定する段階を含む、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患の診断方法又は診断のための情報提供方法を提供する。
本発明において、前記患者の試料は、肝組織、肝細胞、血液、血清、血漿、唾液、喀痰及び尿からなる群から選ばれるものであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明のさらに他の様態として、本発明は、(a)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9タンパク質又はその断片、又は配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチンタンパク質又はその断片;を含む試料に被検物質を処理する段階;(b)前記CAP1;及びPCSK9タンパク質又はその断片、又はレジスチンタンパク質又はその断片;間の結合レベルを測定する段階;及び(c)前記結合レベルが対照群試料と比較して減少した被検物質を選別する段階を含む高コレステロール血症又は心血管代謝疾患治療剤のスクリーニング方法を提供する。
本発明において、前記(b)段階の結合レベルの測定は、酵母ツーハイブリッド法(Yeast two-hybrid)、表面プラズモン共鳴法(Surface Plasmon Resonance,SPR)、免疫沈降法(immunoprecipitation)、放射能免疫分析法(RIA)、酵素免疫測定法(ELISA)、免疫組織化学、ウェスタンブロット(Western Blotting)及びフローサイトメトリー(FACS)からなる群から選ばれるいずれか一つを用いて測定するものであってもよいが、CAP1とPCSK9の結合レベルを測定できるものであれば、これに限定されるものではない。
本明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は、通常的又は事前的な意味に限定して解されるべきものではなく、発明者は、自分の発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づいて本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解されなければならない。
以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示する。しかしながら、下記の実施例は、本発明をより容易に理解するために提供されるものであり、下記実施例によって本発明の内容が限定されるものではない。
[実施例1.CAP1はPCSK9のCRD(cysteine rich domain)に直接結合する]
マウス肝組織で免疫沈降法(immunoprecipitation)を用いてCAP1及びPCSK9の間の物理的相互作用を確認した(図1a)。ファーウェスタンブロット(far-western blot)分析のために、非還元条件下に精製されたmFc-CAP1又はHis-PCSK9をプレイ(prey)として使用し、それぞれに対するベイト(bait)としてHis-PCSK9又はmFc-CAP1を使用した(図1b)。生細胞で上記のような相互作用を可視化するために、各断片に融合したタンパク質間相互作用によって一緒に集まる蛍光タンパク質の二つの非蛍光断片の間の相補性に基づく二分子蛍光補完分析(Bimolecular fluorescence complementation assay)を行った。これを通じて、hCAP1とhPCSK9の間の直接的な結合を明確に可視化した。図1cに示されたように、CAP1及びPCSK9がそれぞれの断片(pVC155及びpVN173)に融合し、両方とも発現するとき、緑色蛍光が観察された(左パネル)。しかしながら、ヒトCAP1又はPCSK9が単独で発現するとき、蛍光は検出されなかった(それぞれ中間及び右パネル)。
また、免疫蛍光染色(immunofluorescent staining)を通じてHepG2細胞に組換えPCSK9を処理した場合、細胞膜と細胞質基質(cytosol)でPCSK9がCAP1及びLDL受容体とともに局在化されることを立証した(図1d)。最後に、表面プラズモン共鳴法(surface plasmon resonance)ベースのシステムを利用して直接結合分析を行った結果、PCSK9の用量依存的にCAP1とPCSK9の間の反応単位(response unit)が増加することを確認した(図1e)。
さらに、本発明者らは、PCSK9のCRDがCAP1のSH3BD(Src Homology 3 Binding Domain)と結合するかどうかについてテストした。このために、wtPCSK9-Flagと下記のCAP1突然変異体を使用した試験管内共免疫沈降分析を行った:アデニリルシクラーゼ結合ドメイン欠失(ΔACBD)突然変異体、アクチン結合ドメイン欠失(ΔActinBD)突然変異体及びSH3BDとActinBD欠失(ΔSH3BD ΔActinBD)突然変異体。
その結果、図1fに示されたように、PCSK9は、wtCAP1、ΔACBD突然変異体及びΔActinBD突然変異体と相互作用したが、ΔSH3BD ΔActinBD突然変異体とは相互作用せず、これは、CAP1がSH3BDを通じてPCSK9に結合することを示唆する。また、図1gに示されたように、CAP1のSH3BDは、PCSK9との相互作用に十分であることを確認した。CAP1は、wtPCSK9とは結合したが、CRD欠失PCSK9とはそうでなかった(図1h)。
さらに、図1iに示されたように、タンパク質-タンパク質ドッキングシミュレーション及び結合エネルギースコア分析を用いた複合体の3D分子モデリング分析を通じてCAP1のSH3BDに存在するAsp34BとPCSK9-CRDのM1ドメインに存在するLys494及びM3ドメインに存在するArg659の間の相互作用が重要であることを確認した。
[実施例2.PCSK9機能損失突然変異体はCAP1と相互作用できない]
本発明者らは、ヒト遺伝子研究で発見されたよく知られた機能損失及び機能獲得変異を含むPCSK9-CRDの部位特異的突然変異誘導(site-directed mutagenesis)によって8個のPCSK9点突然変異体(point mutants)を生成した(図2a;矢印は点突然変異の誘発地点)。HepG2細胞でPCSK9のQ544E及びH683fs突然変異体は発現せず、これは、これらの突然変異体がタンパク質の発現又は安定性と関連があることを示唆する。
これとは対照的に、図2bに示されたように、PCSK9 CRDのS668R及びG670E突然変異体は良く発現したが、CAP1との結合能力が深刻に損傷したことが免疫沈降によって確認された。このような結果は、PCSK9のCRDがCAP1との結合にあたって重要であり、LDL受容体タンパク質、すなわちLDLコレステロールのレベルを調節するのに重要であることを示唆する。
PCSK9-CRD突然変異とCAP1の直接的な相互作用に対するさらなる特徴を調べてみるために、本発明者らは、BLItzシステム(Molecular Devices,LLC.,米国)を使用してCAP1に対するPCSK9 WT、PCSK9 A514T、PCSK9 G670E及びPCSK9 S668RG670Eの結合親和性(affinity)を測定した。その結果、図2cに示されたように、PCSK9 A514Tは、WT(野生型)に比べてさらに強い相互作用を示したのに対し、G670E及びG670ES668R突然変異体はさらに弱い相互作用を示した。
[実施例3.CAP1はPCSK9媒介性LDL受容体の分解を誘導し、LDLコレステロールのレベルを増加させる]
(3.1.siRNAを用いたCAP1発現抑制効果の研究)
HepG2細胞でPCSK9処理は、用量依存的にLDL受容体の分解を促進させる。本発明者らは、CAP1の発現抑制がLDL受容体の分解に及ぼす影響を調べてみるために、CAP1遺伝子をsiRNAを用いて発現を抑制させた。siRNA配列は、下記の通りである:
CAP1 siRNA、5′-AAACCGAGTCCTCAAAGAGTA-3′(配列番号8)。
その結果、図3aに示されたように、CAP1がsiRNA(siCAP1)により枯渇すると、外因性PCSK9によるLDL受容体の分解が顕著に低下した。また、図3bに示された結果は、CAP1 siRNAが処理された細胞の細胞質基質でHis-rhPCSK9を処理して30分又は60分後、全部LDL受容体及び外因性HisタグPCSK9が少なく検出されることを立証する。
本発明者らは、過発現によってwtCAP1又はそれぞれのCAP1突然変異体を有するCAP1欠損細胞(siCAP1)を回復(rescue)させ、PCSK9媒介性LDL受容体の分解を調査した。その結果、図3cに示されたように、wtCAP1及びΔactinBD突然変異体だけが減衰したPCSK9媒介性LDL受容体の分解を回復させ、前記結果は、SH3BD及びACBDが外因性PCSK9媒介性LDL受容体の分解に重要であることを示唆する。
(3.2.CAP1ノックアウトマウスを用いたCAP1のLDL受容体の分解効果の研究)
生体内(in vivo)でCAP1の役割を調べてみるために、TALEN(Transcription activator-like effector nuclease)を利用してCAP1エクソン3を標的化したCAP1ノックアウト(knock-out)マウスを生成した。同型接合ノックアウトマウスは、胚16.5日目に死亡したため、異種接合ノックアウトマウス(CAP1+/-マウス)を使用した。CAP1+/-マウスの臓器(organs)は、最大約16週まで野生型マウスの臓器と変わらないが、CAP1のmRNA及びタンパク質レベルは、CAP1+/-マウスの多様な臓器で顕著に減少することが示された(図3d)。これによって、本発明者は、高脂肪食(high-fat diet)を摂取又は摂取しないCAP1+/-マウス及びCAP1+/+マウスの肝でLDL受容体及びPCSK9の発現レベルを比較した。rt-PCRを通したLDL受容体のmRNA発現の調査では有意差を確認できなかったが、LDL受容体のタンパク質レベルは、CAP1+/+マウスよりもCAP1+/-マウスで顕著に高かった(図3e)。前記結果によって、高脂肪食下においてCAP1+/-マウスは、野生型マウスと比較してさらに低い総コレステロールとLDLコレステロール数値を有していることが確認された(図3f)。血漿トリグリセリド(triglyceride,TG)及び高密度リポタンパク質(HDL)のコレステロールのレベルには有意差がなかった。
次に、本発明者らは、FPLC(Fast protein liquid chromatography)により血漿リポタンパク質を分別(fractionation)することで、高脂肪食を摂取したCAP+/+マウスと比較してCAP1+/-マウスでLDLコレステロール及びVLDLコレステロールのレベルが減少し、HDLコレステロールが大きい浮揚形態(large-buoyant form)に移動したことを確認した(図3g)。
次いで、本発明者らは、CAP1+/-及びCAP1+/+マウスでアデノ随伴ウイルス(Adeno-associated virus)を使用してPCSK9を過発現させた後、LDL受容体の発現レベル及びLDLコレステロールのレベルを測定した。その結果、図3h~図3jに示されたように、CAP1異型ノックアウトマウスでは、PCSK9の形質導入(transduction)によるLDL受容体タンパク質の減少又は分解が防止されて、野生型動物に比べて改善されたコレステロールプロファイル(profile)を示した。このような結果は、CAP1タンパク質がPCSK9によるLDL受容体タンパク質の分解に必須であることを示す。
[実施例4.CAP1はPCSK9-LDL受容体複合体のカベオラ依存性エンドサイトーシスを誘導してLDL受容体の分解を引き起こす]
LDL受容体のPCSK9媒介性分解は、リソソームプロテアーゼ抑制剤(E-64d)により独占的に遮断されたが、プロテアソーム(proteasome;lactacystin)又はオートファジー(autophagy;bafilomycin)の抑制剤によって遮断されず、これは、LDL受容体が、従来報告されたように、リソソーム経路によって分解されることを示唆する。このような発見は、また、Cy3染料がコンジュゲートされたPCSK9(PCSK9-Cy3)を処理したHepG2細胞でPCSK9-Cy3、エンドソームマーカーEEA1(early endosome antigen 1)及びリソソームマーカーLAMP2(lysosome-associated membrane protein 2)を有するLDL受容体を多様な時点で追跡することによって説明された。すなわち、PCSK9-Cy3処理後、30分内に、EEA1は、PCSK9及びLDL受容体とともに局在化(co-localization)された(図4a)。次いで、60分内にPCSK9及びLDL受容体とともに局在化されるLAMP2が現れた(図4b)。これは、PCSK9及びLDL受容体が消えた240分まで増加した(図4a及び4c)。このような初期エンドソーム形成でないリソソーム形成は、CAP1枯渇によって遮断された(図4d)。
ラフト(raft)分離実験で、外因性PCSK9処理前の内因性PCSK9は、非ラフト分画にさらに多く分布した[ラフト(36.8%)/非ラフト(63.2%)]。外因性PCSK9処理後30分内に、それは、主に脂質ラフト分画に含まれ[ラフト(54.3%)/非ラフト(45.7%)]、これは、カベオラ(caveolae)の形成に密接に関連していることである(図4e及び図4f)。膜分画でのLDL受容体発現は、PCSK9処理60分後に減少した。しかしながら、CAP1欠損細胞にPCSK9を処理したにもかかわらず、PCSK9及びLDL受容体の発現パターンに有意な変化が現れなかった(図4e及び図4f)。
PCSK9による初期エンドソーム形成は、クラスリン(clathrin)経路によって媒介されることが知られている。しかしながら、PCSK9処理は、クラスリンだけでなく、カベオリンと共に局在化されたエンドソームの数を増加させた(図4g)。興味深いことに、強化したエンドソーム形成と関連して、PCSK9処理後のCAP1のノックダウンは、カベオリン-エンドソームを減少させたが、クラスリン-エンドソームを減少させていないし、このような結果は、CAP1がPCSK9-LDL受容体複合体のクラスリン媒介エンドサイトーシス(endocytosis)でないカベオリン媒介エンドサイトーシスを誘導することを示唆する(図4h及び図4i)。
したがって、カベオリン又はクラスリンをノックダウンして、PCSK9の処理によるカベオリン及びクラスリン媒介LDL受容体エンドサイトーシスをそれぞれ比較した。その結果、図4jに示されたように、カベオリン欠損細胞でLDL受容体は、PCSK9の処理にもかかわらず、分解されなかった。これと比較して、図4kに示されたように、クラスリン欠損細胞でPCSK9の処理によって用量依存性方式でLDL受容体が分解されることを確認し、このような結果は、PCSK9媒介性LDL受容体の分解がクラスリン非依存性であることを示唆する。
カベオリンがない場合、LAMP2は形成されることができず、LDL受容体は、PCSK9によって分解されなかった。これに対し、クラスリンがない場合には、LAMP2が現れ、LDL受容体は分解された(図4l)。また、CAP1のノックダウンは、LAMP2を生産することができず、これは、CAP1がPCSK9によるLDL受容体のカベオリン媒介分解に密接に関連していることを示唆する(図4l)。
次に、本発明者らは、CAP1の欠損によるEGF又はアルブミンのエンドサイトーシスに対する影響を評価した。EGF及びその受容体複合体は、主にクラスリン依存性エンドサイトーシスによって内在化されるのに対し、アルブミンの吸収は、カベオラに依存することが知られている。その結果、図4mに示されたように、カベオリン依存性アルブミンエンドサイトーシスは、CAP1の欠損によって非常に減少したのに対し、クラスリン依存性EGF受容体エンドサイトーシスは、何の影響を受けなかった。
このような観察は、CAP1がPCSK9-LDL受容体複合体のエンドサイトーシスだけでなく、一般的なカベオリン依存性エンドサイトーシスに関与することができることを示唆する。また、図4nに示されたように、内因性に過発現したPCSK9によって媒介されたLDL受容体の分解は、CAP1又はカベオリンに対するsiRNAによって弱化された。また、電子顕微鏡分析は、PCSK9処理後、クラスリンでないカベオソーム(caveosome)の形成のみがCAP1 siRNAによって顕著に弱まることを示した(図4o)。CAP1がPCSK9-LDL受容体複合体をカベオソームに誘導するメカニズムは、CAP1のAC-ドメインとカベオリン-1の結合に基づく。免疫沈降実験で、LDL受容体を含むPCSK9は、wtCAP1及びカベオリン-1との複合体を形成することができたが、ΔSH3BD ΔactinBD又はΔACBD CAP1のような突然変異体CAP1の存在下では不可能であった(図4p)。このような結果は、CAP1のSH3BDは、PCSK9のCRDとの結合に必須であることを証明するものである。
また、CAP1のActinBDは、カベオリンとの結合に必要である。図4qに示されたように、野生型マウスの肝溶解物に対する免疫沈降分析は、カベオリンがLDL受容体、CAP1及びPCSK9に結合することを示した。さらに、マウス肝でLDL受容体-PCSK9-CAP1複合体は、カベオリンと共に局在化された。LDLコレステロールを処理して1時間経過後、初期エンドソームマーカーRab5とともに染色されるLDL受容体エンドサイトーシスは、クラスリンsiRNA及びカベオリンsiRNAの両方によって有意に減少した。siRNA減衰LDL受容体分解経路にPCSK9を遮断した場合、カベオリン媒介LDL受容体エンドサイトーシスが有意に減少したのに対し、クラスリン媒介エンドサイトーシスには有意な変化がなかった。しかも、LDLコレステロール処理4時間後、再循環メカニズムに関連したRab11とLDL受容体を共染色した場合、カベオリンsiRNAを処理した場合と比較して、クラスリンsiRNAを処理した場合、再循環LDL受容体の量が顕著に減少した(図4r)。
前記実施例1~4を通じて証明された結果を総合すると、図4sの概略図に示されたように、LDL受容体は、LDLコレステロールと結合することによって、クラスリン依存性エンドサイトーシスによって細胞中に入り、その後、エンドソームの酸性pHによってアロステリック解離(allosteric dissociation)が誘発されて、細胞表面に再生される。PCSK9は、また、クラスリン依存性エンドサイトーシスを促進するが、LDL受容体のリソソーム分解を引き起こさない。しかしながら、LDL受容体及びPCSK9の複合体がCAP1と相互作用するとき、CAP1がアクチン結合ドメインを通じてカベオリン-1に結合できるので、これらのタンパク質は、カベオリン依存性エンドサイトーシスによって細胞に入る。次いで、LDL受容体-PCSK9-CAP1複合体を含有するカベオリン被覆エンドソームは、分解のためにリソソームで誘導される。すなわち、CAP1は、PCSK9の結合パートナーとしてカベオリン依存性LDL受容体のエンドサイトーシス及びリソソーム性分解を媒介する必須の分子であることを最初に明らかにしたものである。
[実施例5.CAP1の競合的阻害剤Fc-CAP1の製造]
本発明によるhFc-CAP1は、配列番号4のアミノ酸配列によってタンパク質合成メーカに依頼して作製した。mFc-CAP1の発現のために、pCEP4発現ベクターを用いた。
タンパク質の精製に使用したExpi293細胞の培養は、メーカー(Thermo Scientific、米国)の培養方法を一部変形して使用した。より具体的に、FreeStyle培地に0.5X抗菌-抗真菌剤(antibiotic-antimycotic;Gibco、15240-062、米国)を添加して、温度37℃、CO分圧7%、140RPMが維持される振とう器で培養した。mFc-CAP1プラスミド形質導入時、1ml当たり1×10細胞数で300mlを培養した。翌日、形質注入混合体[150mM NaCl 30ml+600μg(2μg/ml)mFc-CAP1プラスミド+1200μg PEI]を作成して、常温で30分間培養した後、ドロップ方式(drop wise manner)で細胞に加えた。形質を注入した日から7日目、細胞と培地を3,000rpmで10分間遠心分離した後、上澄み液を回収した。前記回収した上澄み液は、濃縮後、カラムとmFcビーズ(CaptureSelectTM IgG-Fc,ms)を用いてろ過し、0.1Mグリシン(pH2.8)を用いて順次にビーズから分離した。以後、ウェスタンブロット(western blot)でタンパク質の発現程度を確認し、カラム(ZebaTM Spin Desalting Columns)を用いてバッファーをPBSで透析した。
上記のように分離・精製されたmFc-CAP1は、下記の実施例6~8でCAP1とレジスチン又はCAP1とPCSK9の間の結合阻害剤(又は抑制剤)として使用された。
[実施例6.末梢血液単核球でmFc-CAP1はNF-κB p65サブユニットの活性化を抑制する]
ヒト単核球細胞株THP-1細胞は、ATCC(American type culture collection、米国)社の培養方法によって1X抗菌-抗真菌剤(antibiotic-antimycotic;Gibco、15240-062、米国)及び10%FBS(fetal bovine serum)を含有するRPMI培地で温度37℃、CO分圧5%が維持される培養器で培養した。以後、THP-1細胞をRPMI培地に希釈した後、各well当たり1×10cellsで細胞を均一に加え、37℃、5%CO環境の培養器で24時間の間培養した。
THP-1細胞に対する効果を最大化するために、0.1%FBS RPMIで37℃、 5%CO条件で16時間の間培養して、細胞の飢餓(starvation)状態を誘導した。 その後、1μg/mlの組換えヒト(recombinant human;rh)PCSK9又は50ng/ml組換えヒトレジスチン(recombinant human resistin;rhResistin)を各濃度(0.1、0.5、2μg/ml)別にmFc-CAP1と混合して30分間事前培養した後、これをTHP-1細胞に30分間処理した。以後、細胞溶解バッファー(lysis buffer;CST,#9803)を用いてTHP-1細胞からタンパク質を分離し、これをウェスタンブロット(Western blot)で確認した。
その結果、図5aに示されたように、THP-1でレジスチンの処理によってp65サブユニットのS276位がリン酸化(phosphorylation)されて、NF-κの活性化を誘導するが、mFc-CAP1を共に処理したグループの場合、濃度依存的にp65のリン酸化が抑制されることが確認された。PCSK9の場合、また、図5bに示されたように、THP-1でPCSK9の処理によってp65サブユニットのS276位がリン酸化され、mFc-CAP1を共に処理すると、濃度依存的にp65のリン酸化が抑制されることを確認した。上記のような結果は、PCSK9によるNF-κBの活性化による炎症の誘導がmFc-CAP1によって効果的に阻害されることを意味する。
[実施例7.肝細胞でmFc-CAP1はLDL受容体の分解及びNF-κBの活性化を抑制し、AMPK経路の活性化を促進する]
(7.1.HepG2ヒト肝がん細胞の培養)
HepG2細胞は、ATCC社の培養方法によって1X抗菌-抗真菌剤(Gibco)及び10%FBSを含有するDMEM(Dulbecco’s Modified Eagle’s medium、high glucose)培地で温度37℃、CO分圧5%が維持される培養器で培養した。以後、HepG2細胞をDMEM培地に希釈した後、各well当たり5×10cellsで細胞を均一に加え、37℃、5%CO環境の培養器で24時間の間培養した。
(7.2.mFc-CAP1のPCSK9媒介性LDL受容体の保護効果及びAMPK経路の活性化効果の確認)
HepG2細胞を基本(basal)DMEMとして37℃、5%CO培養器で6時間の間培養した。その後、前記細胞に2μg/ml組換えヒトPCSK9と各濃度(0.1、1μg/ml又は0.05、0.15、0.5μg/ml)別にmFc-CAP1を同時に4時間の間処理した。以後、細胞溶解バッファー(CST、#9803)を用いてHepG2細胞からタンパク質を分離し、これを電気泳動した後、タンパク質をPVDF膜(polyvinylidene fluoride membrane;Millipore、米国)にトランスファーした後、各抗体を反応させた。
その結果、図6a及び図6bに示されたように、HepG2細胞でPCSK9を単独処理した場合、PCSK9によってLDL受容体の分解が促進され、mFc-CAP1を同時に処理した場合には、LDL受容体に対する保護効果が濃度依存的に現れることを確認した。また、mFc-CAP1処理時、AMPKが効果的にリン酸化され、これによって、ACCのリン酸化が抑制されることを確認した。
上記のような結果は、本発明によるmFc-CAP1がAMPK活性化を通じてLDL受容体分解を成功裏に抑制することができ、したがって、血中LDLコレステロールの数値を減少させるためのLDL受容体の保護効果があることを直接的に示すものである。
(7.3.mFc-CAP1のレジスチン媒介LDL受容体の保護効果及びNF-κ抑制効果の確認)
HepG2細胞に50ng/mlのrhレジスチンと各濃度(0.1、1μg/ml又は0.05、0.15、0.5μg/ml)別にmFc-CAP1を処理し、37℃、5%CO培養器で12~16時間の間培養した。以後、前記実施例7.2と同じ方法によってタンパク質を得て、電気泳動した後、それぞれに特異的な抗体と反応させた。
その結果、図6c及び図6dに示されたように、mFc-CAP1とrhレジスチンを一晩中共同処理したとき、rhレジスチンによるLDL受容体の分解レベルは比較的温和であることが示された。また、レジスチンによって活性化したp-p65は、mFc-CAP1の処理によって減少したのに対し、pAMPKは、mFc-CAP1処理によって活性化されることを確認した。
上記のような結果は、本発明によるmFc-CAP1がレジスチンによるLDL受容体分解を抑制することができ、これは、p65のリン酸化の抑制及びAMPKの活性化によるものであることを確認したのであり、CAP1の競合的阻害剤が血中LDLコレステロールの数値を減少させるためのLDL受容体の保護効果を有することを証明したのである。
(7.4.mFc-CAP1のレジスチン媒介LDL受容体の保護効果及びAMPK経路の活性化効果の確認)
培養中のHepG2細胞を基本DMEM培地に変えた後、37℃、5%CO培養器で6時間の間培養した。6時間後、AMPK活性剤であるAICAR(5-aminoimidazole-4-carboxamide riboside)を1時間の間前処理した後、50ng/mlのrhレジスチンと各濃度(0.05、0.5μg/ml)別にmFc-CAP1を4時間の間共に処理した。
その結果、図6eに示されたように、AICARによるAMPKの活性化がレジスチンによって抑制され、これは、mFc-CAP1の処理によってさらに活性化されることを確認した。
また、培養中のHepG2細胞を基本DMEM培地に変えた後、37℃、5%CO培養器で6時間の間培養し、50ng/mlのrhレジスチンと各濃度(0.1、1μg/ml又は0.05、0.15、0.5μg/ml)別にmFc-CAP1を同時に処理した場合、図6fに示されたように、rhレジスチンの単独処理によってLDL受容体の分解が促進されたものが、mFc-CAP1の同時処理によって分解が抑制されることを確認した。
[実施例8.ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)でCAP1のノックダウン(knock-down)はLDLコレステロールの吸収を抑制する]
本発明によるmFc-CAP1のLDLコレステロール吸収抑制効果を直接確認するために、本発明者らは、shRNAを用いてヒト臍帯静脈内皮細胞でのCAP1遺伝子発現を抑制させた。CAP1遺伝子をターゲットするようにデザインされた下記の配列番号9のshCAP1は、pLL3.7レンチウイルスベクターのHpaI及びXhoI制限酵素部位でクローニングして製造した。
CAP1 shRNA、5′-AGATGTGGATAAGAAGCAT-3′(配列番号9)。
血中LDLコレステロールは、動脈血管の内皮細胞を通過して動脈硬化を誘発することが知られている。これによって、本発明者らは、shCAP1を用いてCAP1の発現を抑制した場合、LDLコレステロールの吸収に変化が現れるかを確認した。その結果、図7に示されたように、静脈内皮細胞HUVECでPCSK9を処理すると、LDLコレステロールが血管壁を通過して流入するが、この際、CAP1をノックダウン(knock-down)した血管内皮細胞では、LDLコレステロールが内皮細胞に入らないことが示された。上記のような結果は、CAP1が動脈硬化を誘発できるLDLコレステロールの細胞内吸収に重要な役割をし、したがって、CAP1の結合阻害又は発現抑制を通じて動脈硬化を含む各種心血管代謝疾患を治療することができることを示唆する。
上述した本発明の説明は例示のためのもので、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者は、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更しなくても他の具体的な形態に容易に変形が可能であることが理解できる。したがって、以上で記述した実施例は、全ての面で例示的なものであり、限定的ではないものと理解すべきである。
本発明によれば、PCSK9と直接結合してLDL受容体の生活周期を調節するCAP1がPCSK9又はレジスチンと結合することを阻害したり、CAP1遺伝子の発現を抑制することによって、コレステロール数値を調節することができる。したがって、本発明によるCAP1とPCSK9又はレジスチンの間の結合阻害剤又はCAP1遺伝子の発現抑制剤などは、血中コレステロールの数値を低減することができ、これによって、血中コレステロールの異常レベルに関連したり、それによって発病する各種心血管代謝疾患を治療するための組成物として有用に使用でき、また、炎症抑制効果があるという点から産業的利用価値が大きいことが予想される。

Claims (47)

  1. 配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1(adenylyl cyclase-associated protein 1)と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9(proprotein convertase subtilisin/kexin type-9)の間の結合阻害剤を有効成分として含む、血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  2. 前記結合阻害剤が、CAP1又はPCSK9に特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項1に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  3. 前記結合阻害剤が、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び免疫グロブリン重鎖のFc断片を含む融合タンパク質であることを特徴とする、請求項1に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  4. 前記融合タンパク質が、配列番号4又は配列番号6のアミノ酸配列からなることを特徴とする、請求項3に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  5. 前記結合阻害剤が、CAP1のSH3(Src homology 3)結合ドメイン及びPCSK9のシステインリッチドメイン(cysteine rich domain;CRD)からなる群から選ばれる一つ以上のドメインに結合することを特徴とする、請求項1に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  6. 前記CAP1のSH3結合ドメインが、配列番号10のアミノ酸配列からなることを特徴とする、請求項5に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  7. 前記PCSK9のシステインリッチドメインが、配列番号11のアミノ酸配列からなることを特徴とする、請求項5に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  8. 前記PCSK9のシステインリッチドメインが、配列番号12のアミノ酸配列からなるM1ドメインを含むことを特徴とする、請求項5に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  9. 前記PCSK9のシステインリッチドメインが、配列番号13のアミノ酸配列からなるM3ドメインを含むことを特徴とする、請求項5に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  10. 前記結合阻害剤が、CAP1のSH3結合ドメインに存在する34B番アスパラギン酸(aspartic acid)を含む部位に特異的に結合することを特徴とする、請求項1に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  11. 前記結合阻害剤が、PCSK9のM1ドメインに存在する494番リシン(lysine)を含む部位に特異的に結合することを特徴とする、請求項1に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  12. 前記結合阻害剤が、PCSK9のM3ドメインに存在する659番アルギニン(arginine)を含む部位に特異的に結合することを特徴とする、請求項1に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  13. 配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤を有効成分として含む、血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  14. 前記発現抑制剤が、CAP1遺伝子のmRNAに相補的に結合できるアンチセンスヌクレオチド、siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム及びPNAからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項13に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  15. 前記発現抑制剤が、配列番号8の塩基配列からなるsiRNAであることを特徴とする、請求項13に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  16. 前記発現抑制剤が、配列番号9の塩基配列からなるshRNAであることを特徴とする、請求項13に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  17. 前記組成物が、LDL(Low-density lipoprotein)受容体の分解を抑制することを特徴とする、請求項1又は13に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  18. 前記コレステロールが、LDLコレステロールであることを特徴とする、請求項1又は13に記載の血中コレステロール低下用薬学的組成物。
  19. (i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;
    (ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は
    (iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む、血中コレステロール低下用健康機能食品組成物。
  20. (i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;
    (ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は
    (iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む、心血管代謝疾患の予防又は治療用薬学的組成物。
  21. 前記結合阻害剤が、CAP1又はPCSK9に特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項20に記載の心血管代謝疾患の予防又は治療用薬学的組成物。
  22. 前記結合阻害剤が、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び免疫グロブリン重鎖のFc断片を含む融合タンパク質であることを特徴とする、請求項20に記載の心血管代謝疾患の予防又は治療用薬学的組成物。
  23. 前記融合タンパク質が、配列番号4又は配列番号6のアミノ酸配列からなることを特徴とする、請求項22に記載の心血管代謝疾患の予防又は治療用薬学的組成物。
  24. 前記発現抑制剤が、CAP1遺伝子のmRNAに相補的に結合できるアンチセンスヌクレオチド、siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム及びPNAからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項20に記載の心血管代謝疾患の予防又は治療用薬学的組成物。
  25. 前記発現抑制剤が、配列番号8の塩基配列からなるsiRNAであることを特徴とする、請求項20に記載の心血管代謝疾患の予防又は治療用薬学的組成物。
  26. 前記発現抑制剤が、配列番号9の塩基配列からなるshRNAであることを特徴とする、請求項20に記載の心血管代謝疾患の予防又は治療用薬学的組成物。
  27. 前記心血管代謝疾患が、糖尿病、肥満、脂質異常症、脂肪肝、高血圧、痛風、脳卒中、動脈硬化症、心筋梗塞症、狭心症、末梢血管疾患及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる疾患であることを特徴とする、請求項20に記載の心血管代謝疾患の予防又は治療用薬学的組成物。
  28. (i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;
    (ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は
    (iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む、心血管代謝疾患の予防又は改善用健康機能食品組成物。
  29. (i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;
    (ii)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチン(resistin)の間の結合阻害剤;及び
    (iii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤からなる群から選ばれる1種以上を有効成分として含む、抗炎症用薬学的組成物。
  30. 前記(i)の結合阻害剤が、PCSK9に特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項29に記載の抗炎症用薬学的組成物。
  31. 前記(ii)の結合阻害剤が、レジスチンに特異的に結合するタンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、基質類似体、アプタマー及び抗体からなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項29に記載の抗炎症用薬学的組成物。
  32. 前記(i)又は(ii)の結合阻害剤が、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び免疫グロブリン重鎖のFc断片を含む融合タンパク質であることを特徴とする、請求項29に記載の抗炎症用薬学的組成物。
  33. 前記融合タンパク質が、配列番号4又は配列番号6のアミノ酸配列からなることを特徴とする、請求項32に記載の抗炎症用薬学的組成物。
  34. 前記(iii)の発現抑制剤が、CAP1遺伝子のmRNAに相補的に結合できるアンチセンスヌクレオチド、siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム及びPNAからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項29に記載の抗炎症用薬学的組成物。
  35. 前記組成物が、NF-κBの活性を抑制することを特徴とする、請求項29に記載の抗炎症用薬学的組成物。
  36. 配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と;配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9又は配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチンの間の結合レベルを測定する製剤を含む、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患の診断用組成物。
  37. 患者の試料のうち、配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と;配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9又は配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチンの間の結合レベルを測定する段階を含む、高コレステロール血症又は心血管代謝疾患診断のための情報提供方法。
  38. 前記患者の試料が、肝組織、肝細胞、血液、血清、血漿、唾液、喀痰及び尿からなる群から選ばれることを特徴とする、請求項37に記載の高コレステロール血症又は心血管代謝疾患診断のための情報提供方法。
  39. 下記の段階を含む高コレステロール血症又は心血管代謝疾患治療剤のスクリーニング方法:
    (a)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1タンパク質又はその断片;及び配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9タンパク質又はその断片、又は配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチンタンパク質又はその断片;を含む試料に被検物質を処理する段階;
    (b)前記CAP1;及びPCSK9タンパク質又はその断片、又はレジスチンタンパク質又はその断片;間の結合レベルを測定する段階;及び
    (c)前記結合レベルが対照群試料と比較して減少した被検物質を選別する段階。
  40. 配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1(adenylyl cyclase-associated protein 1)と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9(proprotein convertase subtilisin/kexin type-9)の間の結合阻害剤を個体に投与する段階を含む、血中コレステロール低下方法。
  41. 配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1(adenylyl cyclase-associated protein 1)と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9(proprotein convertase subtilisin/kexin type-9)の間の結合阻害剤の、血中コレステロール低下用途。
  42. 配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1(adenylyl cyclase-associated protein 1)遺伝子の発現抑制剤を個体に投与する段階を含む、血中コレステロール低下方法。
  43. 配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1(adenylyl cyclase-associated protein 1)遺伝子の発現抑制剤の、血中コレステロール低下用途。
  44. (i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;
    (ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は
    (iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む組成物を個体に投与する段階を含む、心血管代謝疾患の予防又は治療方法。
  45. (i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;
    (ii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤;又は
    (iii)前記(i)及び(ii)の混合物を含む組成物の、心血管代謝疾患の予防又は治療用途。
  46. (i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;
    (ii)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチン(resistin)の間の結合阻害剤;及び
    (iii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤からなる群から選ばれる1種以上を有効成分として含む組成物を個体に投与する段階を含む、炎症抑制方法。
  47. (i)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号2のアミノ酸配列からなるPCSK9の間の結合阻害剤;
    (ii)配列番号1のアミノ酸配列からなるCAP1と配列番号3のアミノ酸配列からなるレジスチン(resistin)の間の結合阻害剤;及び
    (iii)配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるCAP1遺伝子の発現抑制剤からなる群から選ばれる1種以上を有効成分として含む組成物の、炎症抑制用途。
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