JP7486497B2 - 上皮または内皮バリア機能の改善 - Google Patents

上皮または内皮バリア機能の改善 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2019年1月16日に出願された米国仮出願第62/793,088号の優先権を主張する。本出願の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
政府の利益
本発明は、国立衛生研究所により授与されたHL120521およびHL131143による政府の支援によってなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
本発明は、上皮または内皮のバリア機能の改善に関する。
上皮および内皮バリアは、生命にとって不可欠である。内皮は血管系の内側を覆って、組織への栄養素および酸素の供給を確実にする一方で、上皮は組織と外部環境との間にバリアを形成し、有害な物質の侵入から臓器を保護する。どちらのバリアも、傷害や感染に対する自然免疫反応において重要な役割を果たす。したがって、上皮または内皮バリアの機能不全が様々な疾患の根底にある。例えば、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)は生命を脅かす肺疾患であり、米国では毎年190,600人以上が罹患し、74,500人が死亡している(1、2)。肺胞上皮および内皮バリアの損傷はARDSの特徴であり、感染、誤嚥性症候群、輸血、および機械的力等のいくつかの要因によって引き起こされる可能性がある(4)。内皮バリアの損傷および修復は十分に特徴付けられているが、上皮の損傷および修復の機構はほとんど解明されていない。現在の治療法は、疾患の根底にある病態生理学を標的とするのではなく、支持療法に依存している(3)。したがって、上皮および内皮バリア機能を改善するための薬剤および方法が必要である。
本発明は、いくつかの態様において上述の必要性に対応する。
一態様において、本発明は、上皮または内皮バリアの完全性または機能を改善する方法を特徴とする。この方法は、バリアの1つまたは複数の細胞における筋緊張性ジストロフィーキナーゼ関連Cdc42結合キナーゼα(MRCKα)のレベルを増加させることを含む。いくつかの例において、バリアは、肺胞上皮バリア等の上皮バリアである。MRCKαのレベルは、MRCKα遺伝子の酵素レベルまたは発現レベルであり得る。MRCKαのレベルを増加させることは、MRCKαポリペプチドまたはMRCKαポリペプチドをコードする第1の核酸を1つまたは複数の細胞に導入することを含み得る。この方法は、1つまたは複数の細胞におけるNa+/K+-ATPアーゼ(NKA)β1サブユニットのレベル(例えば、NKA遺伝子β1の活性レベルまたは発現レベル)を増加させることをさらに含み得る。これは、NKA β1サブユニットポリペプチドまたはNKA β1サブユニットポリペプチドをコードする第2の核酸を細胞に導入することにより、NKA β1サブユニットポリペプチドのレベルを増加させることによって達成することができる。さらに、NKA β1サブユニットのレベルは、NKA β1遺伝子の活性レベルまたは発現レベルであり得る。細胞は肺胞上皮細胞であってもよく、対象においてインビトロまたはインビボであり得る。第1の核酸または第2の核酸は、同じ発現ベクターまたは2つの異なる発現ベクター内にあってもよい。
上皮または内皮バリアの機能不全に関連する疾患または状態を治療する方法も提供される。この方法は、それを必要とする対象の上皮または内皮バリアの1つまたは複数の細胞におけるMRCKαのレベルを増加させることを含む。疾患または状態の例として、急性肺損傷、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)、および喘息からなる群から選択される1つが挙げられる。
第2の態様において、本発明は、上述のMRCKαおよびNKA β1サブユニットをコードする核酸分子または核酸分子のセットを提供する。核酸分子または核酸分子のセットは、発現カセット、ベクター、宿主細胞、ウイルスまたはウイルス様粒子中に単離するまたは存在することができる。
本発明はさらに、(i)核酸分子または核酸分子のセット、ベクター、宿主細胞、上記のウイルスまたはウイルス様粒子、および(ii)薬学的に許容される担体または賦形剤を含む医薬組成物を提供する。核酸分子、核酸分子のセット、ベクター、宿主細胞、ウイルス、およびウイルス様粒子のうちの1つまたは複数を含むキットも提供される。
本発明の1つまたは複数の実施形態の詳細は、以下の明細書に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、明細書および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
NKA β1(β1)サブユニットの過剰発現が肺胞I型バリアの完全性を高めたことを示す一連の図および写真である。(図1A)インビトロで培養した場合、ラット初代ATII細胞は表現型ATI細胞に分化した。ATIIマーカー(SPC)およびATIマーカー(T1a)のqPCR分析のために細胞を溶解した。(図1B)単離後3日目に、ラットβ1サブユニットを発現するプラスミドまたは対照としてのpCDNA3空プラスミドを細胞にエレクトロポレーションした。24時間後、ウェスタンブロットのために細胞を溶解した。(図1C)ATI細胞のウェスタンブロットの定量化。(図1D)ATII細胞を単離し、ラットβ1サブユニットを発現するプラスミドまたは対照としてのpCDNA3空プラスミドを直ちにトランスフェクトした。24時間後、ウェスタンブロットのために細胞を溶解した。(図1E)ATII細胞のウェスタンブロットの定量化。**p<0.05、*p<0.01。 β1サブユニットの過剰発現が肺胞I型バリア機能を高めたことを示す一連の図および写真である。(図2A)ATI細胞(単離後3日目)に、ラットβ1サブユニットを発現するプラスミドまたは対照としてのpCDNA3空プラスミドをエレクトロポレーションした。24時間後、細胞をオクルディン、zo-1、zo-2、クローディン-4について染色した。赤色はタイトジャンクション構成タンパク質の染色を示し、青色は核染色のためのDAPIを示す。スケールバー:70mm。(図2B)ATII細胞を単離し、次いで、単離後1日目に、4mg/ml pCMV-Tet3Gプラスミドおよび16mg/ml pTet3G-ヒトβ1プラスミドをコトランスフェクトした。次いで、フィブロネクチンでコーティングした12ウェルトランスウェルプレートに細胞を播種した。2日目の24時間後、1μg/mlのdoxを加えてβ1遺伝子発現を誘導した。TEERは24時間ごとに測定した。統計分析には二元配置ANOVAを使用した。***p<0.001。(図2C)4日目のTEER測定後、3kDテキサスレッドデキストランおよび40kD FITCデキストランに対する透過性を2時間の期間にわたって測定した。**p<0.01。 β1サブユニットを介したタイトジャンクションのアップレギュレーションがイオン輸送に依存しないことを示す一連の写真である。(図3A)ATI細胞(単離後3日目)に、マウスβ2サブユニットを発現するプラスミドまたは対照としてのpCDNA3空プラスミドをトランスフェクトした。24時間後、ウェスタンブロット分析のために細胞を溶解した。(図3B)ATI細胞(単離後3日目)に、DDKタグを含むマウスβ3サブユニットを発現するプラスミドまたは対照としてのpCDNA3空プラスミドをトランスフェクトした。24時間後、ウェスタンブロット分析のために細胞を溶解した。(図3C)ATI細胞に、ラットβ1サブユニットを発現するプラスミドまたはpCDNA3空プラスミドをトランスフェクトし、その後直ちに0、10nM、100nMまたは1000nMのウアバインで処理した。24時間後、ウェスタンブロットを行った。 MRCKαがβ1サブユニットと相互作用してタイトジャンクションを安定化させることを示す一連の写真と図である。(図4A)MRCKαとβ1サブユニットとの相互作用が、共免疫沈降の使用により確認された。全細胞ライセートの5%をインプットに使用した。β2またはβ3サブユニットは、MRCKαと共免疫沈降しなかった。(図4B)ATI細胞におけるβ1サブユニットとMRCKαとの共染色。スケールバー:20μm。(図4C)ATI細胞に、スクランブルsiRNA(siScramble)またはMRCKαに対するsiRNA(siMRCKα)をトランスフェクトした。24時間後、免疫ブロット分析のために細胞を溶解した。(図4D)(C)のウェスタンブロットのデンシトメトリー。 β1を介した肺胞バリアの緊密性にはMRCKαが必要であったことを示す一連の図および写真である。(図5A)単離の24時間後、ATII細胞にsiRNA(スクランブル対照またはMRCKαに対する)およびプラスミド(CMV-tetおよびTet-β1)をコトランスフェクトした。2日目に、1μg/μlのdoxを加えて遺伝子発現を誘導した。次いで、3日目から5日目まで24時間ごとにTEERを測定した。(図5B)単離の24時間後、ATII細胞にプラスミド(CMV-tetおよびTet-β1)をコトランスフェクトし、2μMのMRCKα阻害剤BDP5290で直ちに処理した。24時間後にTEERを測定した。統計分析は、二元配置ANOVAを使用して行った。*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001。(図5C)ルシフェラーゼ、β1およびsiScramble、またはβ1およびsiMRCKαをトランスフェクトした後、48時間ドキシサイクリンで処理したまたはドキシサイクリンなしで処理した細胞におけるzo-1の免疫蛍光染色。画像は3つの別々の実験を表している。スケールバー:100um。 MRCKαの過剰発現が上皮バリア機能を高めたことを示す一連の図および写真である。(図6A)単離の1日後に、ATII細胞に空のプラスミドまたはMRCKαをトランスフェクトした。次いで、24時間間隔でTEERを測定した。統計分析は、二元配置ANOVAを使用して行った。N=6、****p<0.0001。(図6B)トランスフェクションの48時間後のオクルディンおよびzo-1の免疫蛍光染色。データは3つの独立した実験の代表である。スケールバー:70um。 β1サブユニットの過剰発現によりMRCKα下流経路が活性化されたことを示す一連の図および写真である。(図7A)単離後3日目に、ラットβ1サブユニットを発現するプラスミドまたは対照としてのpCDNA3空プラスミドを細胞にエレクトロポレーションした。24時間後、ウェスタンブロットのために細胞を溶解した。(図7B)単離後1日目に、pCMV-tetおよびpTet-β1を細胞にコトランスフェクトし、20μMのブレビスタチンまたは対照としてのDMSOで処理した。さらに24時間後、1μg/mlのドキシサイクリンを加えて遺伝子発現を誘導した。24時間後にTEERを測定した。***p<0.001。(図7C)ATI細胞に、ラットβ1サブユニットを発現するプラスミドまたはpCDNA3空プラスミドをトランスフェクトし、その後直ちに最終濃度0、1uM、10uMまたは100uMのブレビスタチンで処理した。オクルディンのウェスタンブロットを24時間後に行った。 ヒトARDS患者の肺胞上皮におけるMRCKαレベルの低下を示す一連の写真および図である。(図8A)対照ドナーおよびARDS患者におけるMRCKαについての肺切片の免疫蛍光法の代表的な画像(緑色)。上のパネルは、20倍の対物レンズ倍率で撮影された画像を示し、下のパネルは、上部のパネルの四角で囲まれた領域の63倍の対物レンズ倍率で撮影された画像を示す。(図8B)肺胞におけるMRCKα発現の定量化。ROI(関心領域)を肺胞領域内に描画し、MRCKおよびDAPIの統合ピクセル強度の比率を各ROIについて計算した。合計3人の正常ドナーおよび5人のARDS患者が定量化に使用され、各サンプルについて3つのランダムフィールドが選択された。データは平均値±標準偏差として表され、正常対照はN=9、ARDSはN=15、両側t検定、****p<0.0001である。(図8C)β1サブユニットの作業モデルは、肺胞上皮バリアの完全性を増加させる。Na+/K+-ATPアーゼのβ1サブユニットはMRCKαと相互作用し、その活性化を助け、より高いミオシンリン酸化をもたらし、最終的にはタイトジャンクションを安定化させる。 ATII細胞からATI細胞への分化の特徴を示す一連の図および写真である。(図9A)ATI細胞を、20mg/mlのフィブロネクチンコーティングまたは対照としてのPBSを有する12ウェルトランスウェルプレート上で培養した。TEERは、播種後24時間ごとに測定する(各群でn=4)。(図9B)4日目の後、細胞を固定し、オクルディンおよびzo-1について染色した。画像は20倍で撮影された。赤色:オクルディンまたはzo-1。青色:DAPI。(図9C)単離後3日目、細胞がコンフルエントになり、ATI表現型を表示したときに、1μg/mlのLPSを加え、24時間後にTEERを測定し、続いて(図9D)3kD FITC-デキストランに対する透過性をアッセイした。**p<0.05、*p<0.01. 以下を示す一連の写真および図である:(図10A)ATI細胞(単離後3日目)に、300Vおよび20ミリ秒の方形波を用いてGFPプラスミドをエレクトロポレーションした。トランスフェクションの24時間後、同じフィールドで細胞を位相差およびGFPについて画像化した。代表的な3枚の画像が示された。スケールバー:70mm。(図10B)ATII単離後3日目に、ラットβ1サブユニットを発現するプラスミドまたは対照としてのpCDNA3空プラスミドを細胞にエレクトロポレーションした。エレクトロポレーションの24時間後、定量的PCR分析のためにmRNAを採取した。 以下を示す一連の写真および図である:(図11A)16HBE14o-細胞に、エレクトロポレーションにより、pCMV-tet調節プラスミドおよびpTet3G-ヒトβ1サブユニット発現プラスミドをコトランスフェクトし、その後直ちに0、1、10、100、および1000ng/mlのドキシサイクリンを加えた。エレクトロポレーションの24時間後、ウェスタンブロットのために細胞を溶解した。(図11B)16HBE14o-細胞に、エレクトロポレーションにより、pCMV-tetプラスミドおよびtet-ルシファーゼプラスミドをコトランスフェクトした。トランスフェクション後、細胞を1μg/mlのドキシサイクリンまたは対照としてのHOで処理した。細胞をレポーター溶解バッファーで1日置きに溶解し、発光を測定した。RLU:相対発光単位。 質量分析で検出されたMRCKαの配列断片(配列番号2)を示す(下線部)。 ヒトARDS患者の肺切片におけるMRCKαレベルの低下を示す一連の写真である。(図13A)。3人の正常な対照ドナーおよび6人のARDS患者の切片からのMRCKαの染色。強度の定量化のために、各患者につき3つのランダムなフィールドを選択した。ARDS患者5番からの画像は、バックグラウンド信号が高いため、分析から除外された。(図13B)。対照ドナーからのわずかなMRCKαとオクルディンとの共染色。(図13C)対照ドナーおよびARDS患者の気道におけるMRCKαの代表的な染色。 インビボでのMRCKαの役割を示す一連の図である。雄のC57black6マウス(n=6)を気管内投与によりLPS(5mg/kg)で損傷させ、1日後、示されるように、経胸壁エレクトロポレーションによりDNA(100μgの50μl PBS)を肺に送達した。マウスに、タンパク質を発現しないプラスミド(pcDNA3)、Na+/K-ATPアーゼβ1サブユニット、MRCKα、またはNa+/K+-ATPアーゼβ1サブユニットとMRCKαプラスミドとの組み合わせを投与した。LPSもDNAも投与しない一連のナイーブマウスも使用した。DNA送達の2日後、(図14A)肺水腫の重量測定分析(湿潤乾燥比)および(図14B)気腔における浸潤免疫細胞の測定のための気管支肺胞洗浄液(BAL)の採取のために肺を摘出した。統計分析は二元配置ANOVAによるものであり、p値は図に示される。 β1サブユニットの上位15個の相互作用タンパク質を示す表である。 文献から既知のβ1相互作用タンパク質を示す表である。 LPS損傷肺をMRCKαで処理すると肺水腫が軽減したことを示す図である。LPS(5mg/kg)をマウスに吸引投与し、1日後、50μl中の100μgのプラスミドをエレクトロポレーションにより肺に送達した。2日後、重量分析のために肺を摘出した。湿潤乾燥比は、平均±SEM(n=11~13)として示される。統計分析は、二元配置ANOVAによるものであった。pCDNA3と比較して*P<0.05または***P<0.001。 LPS損傷肺をMRCKαで処理すると肺損傷が軽減することを示す一連の写真である。LPS(5mg/kg)をマウスに吸引投与し、1日後、50μl中の100μgのプラスミドをエレクトロポレーションにより肺に送達した(n=6)。2日後、肺を摘出し、ホルマリンで膨張固定し、パラフィンに包埋して切片化した。ヘマトキシリンおよびエオシン染色を用いて組織学的特徴を比較した。代表的な画像を示す。 LPS損傷肺をMRCKαで処理すると、BALFのPMNが減少することを示す一連の写真および図である。LPS(5mg/kg)をマウスに吸引投与し、1日後、50μl中の100μgのプラスミドをエレクトロポレーションにより肺に送達した(n=6)。2日後、マウスからBALFを採取し、細胞を数え(図19B)、サイトスピンによる示差的染色(図19A)を使用して、浸潤しているPMNの数を定量化した(図19C)。統計分析は、二元配置ANOVAによるものであった。pCDNA3と比較して**P<0.01または**P<0.001。 LPS損傷肺をMRCKαで処理すると、タイトジャンクション構成タンパク質のレベルが増加することを示す一連の写真である。LPS(5mg/kg)をマウスに吸引投与し、1日後、50μl中の100μgのプラスミドまたは生理食塩水のみをエレクトロポレーションにより肺に送達した(n=6)。別の群の動物には、追加の投与またはエレクトロポレーションを一切行わずにLPSのみを投与した。2日後、オクルディンおよびZO-1レベルのウェスタンブロット分析のために肺を摘出した。 LPS損傷肺をMRCKαで処理するとLPSによって誘発される肺漏出が軽減することを示す図である。マウスを気管内LPS(5mg/kg)で処理し、1日後、示されたプラスミドをエレクトロポレーションした。肺の透過性は、血液から気道へのエバンスブルー色素(EBD)の漏出によって測定した。遺伝子導入の47時間後、尾静脈注射によりEBD(30mg/kg)を投与した。1時間後、肺を灌流して血管系のEBDを除去した。灌流肺から抽出されたEBDを、620nmおよび740nmで測定することにより定量化し、平均±SEM(n=7-11)として示した。統計分析は、二元配置ANOVAによるものであった。 マウスの肺において、MRCKαの過剰発現が肺胞液クリアランスに影響を及ぼさなかったことを示す図である。50μl中の100μgのプラスミドを、吸引およびエレクトロポレーションによりマウスの肺に投与した。2日後、生きているマウスにおいてAFCを測定し、30分で排出された総注入量のパーセンテージとして示した。プロカテロール(エバンスブルー色素注入液中10-8M)を、陽性対照として導入遺伝子を投与していないマウスの1つのコホートに加えた。統計分析は、一元配置ANOVA(平均±SEM;n=6-7)により行った。
本発明は、少なくとも一部、Na+/K+-ATPアーゼβ1サブユニットが肺胞タイトジャンクションを調節するシグナル伝達経路の予想外の発見に基づいている。内皮と上皮の両方がタイトジャンクションを形成するため、本発明は、上皮または内皮バリア機能を改善し、特定の肺障害または肺疾患等の関連疾患を治療するのに有用である。
無傷の上皮バリアは、肺機能およびホメオスタシスに不可欠である。バリアの破壊は、最大40%の死亡率を伴う致命的な肺病態であるARDS等の深刻な病気を引き起こす可能性がある。Na+/K+-ATPアーゼ(NKA)は、全ての哺乳動物細胞で発現するイオンポンプであり、肺バリアの完全性に影響を与えることにより、ARDSの病原性において重要な役割を果たすことが示されている。しかしながら、その根底にある機構は未知である。ここでは、遺伝的、薬理学的、およびタンデム質量分析のアプローチにより、NKA β1サブユニットが、アクチン細胞骨格を調節するプロテインキナーゼであるMRCKαを必要とするポンプ非依存機構において肺胞上皮タイトジャンクションを増強することが実証された。MRCKαと相互作用することにより、β1サブユニットはミオシン軽鎖の活性化を増加させ、タイトジャンクションの発現を安定化させる。この効果は、β1サブユニットに特異的であるが、β2またはβ3アイソフォームには特異的ではない。重要なことに、ARDS患者では肺胞および小気道におけるMRCKαの発現が大幅に減少する。総合すると、本明細書に開示されるデータは、NKA β1サブユニットによる肺胞バリア緊密性の分子経路を解明し、ARDSおよび他のバリア関連ヒト疾患の新しい治療法を開発する道を開いた。
肺胞上皮/内皮バリアおよびMRCKα
肺胞上皮バリアは、肺胞上皮I型細胞(ATI)および肺胞II型細胞(ATII)からなる。両方の細胞型で発現するタイトジャンクションは、組織の完全性を調整し、通常の状態では、ほとんどのイオン、溶質、およびタンパク質の自由な通過を制限するが、ARDS等の疾患では漏出しやすくなる(5、6)。タイトジャンクションは、膜貫通タンパク質(オクルディン、クローディン、およびJAM)、足場タンパク質(zo-1、zo-2、zo-3、シングリン等)、およびシグナル伝達タンパク質(RhoファミリーGTPアーゼ、キナーゼ、ホスファターゼ)を含む大きなタンパク質ファミリーからなる(7)。タイトジャンクションがどのように破壊するかについての現在の知識と比較して、特に肺上皮組織において、その発現および機能を回復するための経路についてはほとんど記述されていない。
強固なバリア機能に加えて、肺胞上皮バリアのもう1つの重要な特性は、体液バランスである。ATIとATIIの両方で発現するイオンチャネルおよびトランスポーターは、上皮バリアを通過するベクトルイオン輸送によって肺液のバランスを維持する。その中でも、Na+/K+-ATPアーゼが最も重要である。Na+/K+-ATPアーゼは、触媒αサブユニットおよび非触媒βサブユニットのヘテロ二量体であり、αサブユニットの成熟および膜ターゲティングを促進する。ARDSでは、両方のサブユニットの発現が低下するか、側底膜へのターゲティングが中断される可能性があり、これが肺浮腫の発症につながる(8-11)。
イオン輸送の回復および肺浮腫の軽減を目的として、Na+/K+-ATPアーゼの直接遺伝子送達を介してその発現を増強する研究が行われた(12-18)。驚くべきことに、タイトジャンクション構成タンパク質の発現の増加および肺胞バリア透過性の低下によって示されるように、非触媒β1サブユニットが肺胞上皮バリアに保護を付与することがわかった(13,18)。しかしながら、その根底にある分子機構は未知である。
本明細書に開示されるように、Na+/K+-ATPアーゼβ1サブユニットが肺胞タイトジャンクションを調節するシグナル伝達経路を解明するための研究が行われた。Na+/K+-ATPアーゼのバリア増強効果は、β1サブユニットに特異的であり、イオン輸送活性に依存しないと考えられることが最初に証明された。質量分析を使用して、β1サブユニットの多くの新しい相互作用パートナーが同定された。
その中には、セリン/スレオニンプロテインキナーゼであるMRCKαがある。機能喪失、化学的阻害、および機能獲得実験を使用して、β1サブユニットがMRCKαに結合して活性化し、それによって非筋肉ミオシンIIをリン酸化し、タイトジャンクション発現を増加させる新規分子経路が明らかになった。興味深いことに、ARDS患者ではMRCKαのタンパク質発現が大幅に減少する。総合すると、本発明は、Na+/K+-ATPアーゼから肺胞上皮タイトジャンクションへの新しい分子経路を特定した。この経路を標的とすることは、ARDSを治療するための新しい治療戦略を提供する。以下のリストは、MRCKα(CDC42BPAとしても知られる)のオープンリーディングフレーム(ORF;配列番号:1)のcDNA配列およびアミノ酸配列(配列番号:2)である。
配列番号1
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配列番号:2:(1732 aa)
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以下のリストはNKA β1のアミノ酸配列(配列番号3、303 aa)
MARGKAKEEGSWKKFIWNSEKKEFLGRTGGSWFKILLFYVIFYGCLAGIFIGTIQVMLLTISEFKPTYQDRVAPPGLTQIPQIQKTEISFRPNDPKSYEAYVLNIVRFLEKYKDSAQRDDMIFEDCGDVPSEPKERGDFNHERGERKVCRFKLEWLGNCSGLNDETYGYKEGKPCIIIKLNRVLGFKPKPPKNESLETYPVMKYNPNVLPVQCTGKRDEDKDKVGNVEYFGLGNSPGFPLQYYPYYGKLLQPKYLQPLLAVQFTNLTMDTEIRIECKAYGENIGYSEKDRFQGRFDVKIEVKS
タイトジャンクションの完全性または機能の改善
Na+/K+-ATPアーゼは、細胞からNaを移動させ、Kを取り込むその輸送活性でよく知られている。本明細書における結果により、この酵素の新しい機能が特定された。具体的には、小さな非触媒β1サブユニットが、タンパク質相互作用およびタンパク質キナーゼMRCKαの活性化を含む輸送非依存機構を通じて、肺胞上皮バリアの完全性を促進することがわかった(図8C)。siRNAまたは薬理学的阻害剤のいずれかを使用したMRCKαの阻害は、オクルディンのアップレギュレーション、およびβ1サブユニットの過剰発現によって誘導されるTEERの増加を防ぎ、一方で、バリア機能を増強するにはMRCKαの過剰発現のみで十分であった。MRCKαの活性化と一致して、β1サブユニットの過剰発現は、Ser19でのミオシン軽鎖キナーゼのリン酸化を増加させた(32)。ミオシンII ATPアーゼ活性の特異的阻害剤であるブレビスタチンは、β1サブユニットの過剰発現によるTEERの増加を抑制した。総合すると、これらのデータは、β1サブユニットがMRCKα活性化およびミオシン-アクチン活性を制御することによって上皮タイトジャンクション機能を増加させることを示している。
シグナル伝達経路を解読するための調査中に、本発明は、遺伝子発現の効率的かつ用量依存的な誘導を可能にするATI様細胞を使用して、肺胞上皮バリアの細胞モデルを確立した。このモデルを使用して、タイトジャンクションのアップレギュレーション、電気抵抗の増加、および蛍光トレーサーに対する透過性の低下によって示されるように、β1サブユニットの過剰発現がバリアの完全性の改善をもたらすことが実証された。今日まで、これは、β1サブユニットが肺の上皮細胞バリア機能を増強することを裏付ける最初の直接的な証拠である。この研究は、マウスおよびブタにおける既存のデータを補足し(16、18、45)、ヒトの臨床用途にARDS遺伝子治療アプローチを適用するための機構的基礎を提供する。ここで確立された細胞モデルは、喘息等のバリア欠陥を特徴とする他の肺疾患の研究に使用することができる。注目すべきことに、エレクトロポレーションを使用して、ヌクレオフェクションを使用した以前の研究に匹敵する高いトランスフェクション効率が達成された(46)。テトラサイクリン誘導性プラスミドと組み合わせることで、本発明は、たとえ細胞が播種されて、既に緊密な単層を形成した後でも、時間依存性および用量依存性の遺伝子発現を達成することができた。これにより、異なるプラスミドのトランスフェクション中に発生する実験的変動が減少し、それ自体がタイトジャンクション構成タンパク質の発現または局在を調節することが示されているウイルスベクターを使用せずに、遺伝的摂動に応答するバリア機能の測定が可能になる(47)。
本明細書に開示されるデータは、β1サブユニットが、ATIにおいてタイトジャンクションを特異的にアップレギュレートするが、ATIIではそうではないことを示唆している。この細胞型の特異性は、さらなる調査を正当化する。1つの可能性は、タイトジャンクションの再利用にはカベオリンを介したエンドサイトーシスが必要であるため、ATIIには存在しないがATIにはカベオラが存在することによるものである(42、48)。別の可能性は、これらの細胞型におけるMRCKαレベルの不均衡によるものである。ここでのデータは、β1がMRCKαとの相互作用によってバリアの完全性を改善することを示唆している。したがって、ATIIよりもATIにおけるMRCKαの発現が高いことは、β1の過剰発現時のタイトジャンクションの変化の違いを説明し得る。肺切片におけるMRCKαとATIおよびATIIのマーカーとの共染色は、この仮説を検証することが期待される。
本明細書に開示されるデータは、ウアバイン処理によって示されるようなイオン輸送活性がβ1を介したタイトジャンクションのアップレギュレーションに必要ではないことを示唆している。ウアバインは、その濃度に応じて、Na+/K+-ATPアーゼに対して様々な機能を有する。低濃度(20nM未満)では、ウアバインは、細胞間のNaおよびKレベルを変化させるのに十分な酵素を阻害するには不十分であるが、シグナル伝達によって増殖および遺伝子発現等の多くの生物学的プロセスに影響を与える(49)。対照的に、より高い濃度(100nM超)では、ウアバインは、Na+/K+-ATPアーゼα1サブユニットの内在化およびリソソーム分解を誘導することによりポンプ活性を阻害する(50)。ここで、低濃度および高濃度のウアバインで処理したATI細胞からのデータは、輸送活性だけでは、β1の過剰発現によって引き起こされるタイトジャンクションの過剰発現の増加を説明できないことを示した。タイトジャンクションのイオン非依存性調節は、全てがα1サブユニットと機能的複合体を形成することができる異なる形態のβサブユニットアイソフォームを使用することによりさらに確認された。β1のみがオクルディンおよびzo-1をアップレギュレートするという発見は、β1サブユニットが他の2つのアイソフォームとは別の独自のシグナル伝達機能を有することを示すものである。驚くべきことに、β2サブユニットではなく、β3サブユニットの過剰発現により、24時間後にβ1タンパク質レベルが低下し、結果としてオクルディンおよびzo-1レベルが低下した。β3を過剰発現するこの効果は、β1をノックダウンする効果を模倣し、タイトジャンクションのアップレギュレーションにポンプ活性は必要ないという発明者の仮説をさらに支持するものである。β2サブユニットではなく、β1サブユニットとβ3サブユニットとの間のこのような競合機構が文献で報告されていることは言及する価値がある(51)。β1ノックアウトマウスは高いβ3サブユニット発現を示したが(52)、マウスにおけるβ2サブユニットの過剰発現はβ1サブユニットレベルを低下させなかった(53)。LPS誘発性肺損傷の治療における3つのサブユニットの効果を比較する実験は、本明細書に開示される結果をさらに裏付けるであろう。本明細書に開示されるデータを考慮すると、LPS誘発性肺損傷を有するマウスへのβ1サブユニットの遺伝子導入は、損傷の重症度を軽減することが予測できる。β2サブユニットの同様の導入は、いずれの考えられる効果も有しないであろう。β3サブユニットの同様の導入は、損傷を悪化させる可能性さえある。
結果は、β1サブユニットを介したタイトジャンクションのアップレギュレーションが、Na+/K+-ATPアーゼのイオン輸送活性とは無関係のプロセスであることを示している。これは、αサブユニットまたは上皮性ナトリウムチャネルではなく、β1サブユニットのみが、肺透過性を低下させ、既存のARDSを有するマウスを治療するという、発明者の研究室(15、16、18)および他の研究者(12-14、61)による以前の知見と一致する。重要なことに、β2またはβ3サブユニットの過剰発現もまたイオン輸送活性の増加をもたらすはずであるが、タイトジャンクションは誘導しないため、タイトジャンクションのアップレギュレーションは、β2またはβ3アイソフォームではなく、β1サブユニットだけに限定されているという今回の発見は、この結論をさらに裏付けるものである。
イオン輸送活性の測定(輸送に依存するATP加水分解(62)または86Rbの取り込みによる)により、β2またはβ3サブユニットがα1β2またはα1β3複合体を形成できなかった可能性、または、これらの2つの複合体が、α1β1と比較して低いイオン輸送活性を有していた可能性を排除することができる。しかしながら、β2およびβ3サブユニットがα1サブユニットと機能的複合体を形成することが示されており(63,64)、また実際に、α1β2複合体はα1β1複合体よりもさらに高い輸送活性を有することが報告されているため(65)、どちらの可能性も低い。β1およびβ2のキメラ(β1のN末端細胞質ドメインまたはC末端細胞外ドメインのいずれかを、対応するβ2配列で置き換える)もまた、β1を介したタイトジャンクションのアップレギュレーションはその輸送活性に依存しないが、特定のアミノ酸配列を必要とすることの正当性をさらに立証する。
ここに提示された結果により、Na+/K+-ATPアーゼα1サブユニット、ERタンパク質ウォルフラミン(54)、コートマーサブユニットβ(55)、および致死性巨大幼虫タンパク質(56)を含む、β1サブユニットのいくつかの既知のタンパク質相互作用が確認された。β1サブユニットと相互作用すると以前に報告されたいくつかのタンパク質は(57-60)、本明細書に開示される分析では検出されないが、それはおそらく、それらのタンパク質が神経系において主に発現し、肺での発現が低いためである。さらに重要なことに、多くの新しい結合パートナーが同定された。今日まで、これはβ1サブユニット相互作用ネットワークの最初のプロテオミクス解析である。多くの内在性膜タンパク質のインタラクトームは、それらの疎水性、低発現、およびそれらの膜貫通セグメントにおけるトリプシン切断部位の欠如のために、未知のままであるか、または十分に特徴付けられていない(66、67)。本発明は、β1サブユニットのタンパク質相互作用の知識を大幅に深めた。この研究から同定されたタンパク質パートナーは、さらなる実験によって確認することができ、Na+/K+-ATPアーゼの活性および細胞機能に関する重要な情報を提供する。
マウス胚へのsiRNA注入を用いた以前の研究では、おそらくはアクチン細胞骨格の調節を介して、タイトジャンクションの適切な分布にはβ1サブユニットが必要であることが提案された(30)。ここに提示されたデータは、MRCKαがこれらのプロセスに関与していると考えられることを示唆している。MRCKαは、アクチン-ミオシン活性を調節することにより、細胞の移動、分極、およびジャンクション形成に関与する(30、33、68)。MRCKαの活性化は、β1サブユニットと相互作用することによって増加する。β1サブユニットとの会合は、ナトリウムカルシウム交換体1(69)または皮質下嚢胞1を有する大脳白質脳症(59)でβ1サブユニットに見られるのと同様に、MRCKαの原形質膜局在を増加させる可能性がある。別の可能性は、MRCKαとのβ1の会合が、分子内でキナーゼドメインと相互作用し、その活性を負に制御する2つの遠位CCドメインに結合することにより、MRCKαの自己阻害を無効にするということである(28)。これらの2つの事象は同時に発生する場合もある。
本明細書に開示される結果からの1つの顕著な発見は、ARDS患者の肺がより少ない量のMRCKαを発現する傾向があるということである。ARDSの遺伝的感受性は、これまでのところMRCKαと関連付けられていない。しかしながら、その下流の標的の1つであるミオシン軽鎖キナーゼは、ARDSの罹患率および帰結に関連している(70)。さらに、最近の研究により、MRCKαがアポトーシス後の上皮における押し出しに関与していることが示唆された(71)。上皮における押し出しは、層のバリア機能を維持しながら、死滅する細胞または不要な細胞が上皮から除去されるプロセスである(72)。今日まで、肺におけるMRCKαの生理学的および病理学的役割を調査した研究はない。MRCKαの減少が上皮における押し出しの欠陥をもたらし、それによって肺が最終的にARDSにつながる損傷を受けやすくなるかどうかを調査することは非常に興味深いであろう。
ARDS患者の肺が有意に低い量のMRCKαを発現する理由は不明である。1つの可能性は、遺伝的原因(遺伝子コピー数の減少やエピジェネティックな修飾等)によるMRCKαの基本転写がより低いことである。別の可能性は、炎症等のARDSの危険因子がMRCKαレベルをダウンレギュレートすることである。いずれにしても、MRCKαは、ARDS、またはバリア欠陥を特徴とする他のヒト疾患を治療するための有用な薬物標的である。現在、MRCKαの阻害剤のみが同定されている(35,73)。MRCKαの活性化は、Na+/K+-ATPアーゼβ1サブユニット上の相互作用ドメインに対応するペプチドを使用することによって達成され得る。このようなペプチドモジュレーターは、上皮バリア機能を増強するための有望な薬物でもあり、最終的にはARDSの単純な薬理学的治療につながる可能性がある。
本明細書に開示されるデータは、タイトジャンクションの調節におけるNa+/K+-ATPアーゼβ1サブユニットの輸送以外の役割を示した。本発明は、Na+/K+-ATPアーゼおよびMRCKαの理解を深め、遺伝子治療をヒトの臨床試験に進める上で価値のあるものである。したがって、本発明は、上皮または内皮バリアの完全性または機能を改善するための薬剤および方法を提供する。方法は、一般に、上皮または内皮バリアの1つまたは複数の細胞におけるMRCKαのレベルを増加させることを含む。方法は、NKA β1のレベルを増加させることをさらに含む。特定の耐用において、本発明は、関連疾患を治療するための組成物および方法を提供する。
本発明は、上皮または内皮バリアの完全性または機能に関連する障害の危険性がある(または罹患しやすい)、または障害を有する対象を治療する予防的方法および治療的方法の両方を提供する。本発明の別の態様は、治療目的でMRCKαおよび/またはNKA β1の発現または活性を調節する方法に関する。
したがって、例示的な実施形態において、本発明の調節方法は、細胞を、該細胞に関連するMRCKαおよび/またはNKA β1活性の1つまたは複数の活性を調節する活性薬剤または活性化合物と接触させることを含む。
MRCKαおよび/またはNKA β1活性を調節する活性化合物は、核酸もしくはタンパク質、MRCKαタンパク質の天然に存在する標的分子(例えば、MRCKαリガンドまたは基質)、MRCKαアゴニストもしくはアンタゴニスト、MRCKαアゴニストもしくはアンタゴニストのペプチド模倣物、または他の小分子等の本明細書に記載されるような薬剤であり得る。一実施形態において、活性化合物は、1つまたは複数のMRCKα活性を刺激する。そのような刺激活性化合物の例として、活性なMRCKαタンパク質、および細胞に導入されたMRCKαをコードする核酸分子が挙げられる。いくつかの実施形態において、MRCKαおよび/またはNKA β1活性を調節する活性化合物は、NKA β1タンパク質もしくはポリペプチド、またはNKA β1をコードする核酸分子であり得る。
これらの調節方法は、インビトロで(例えば、細胞を活性化合物と共に培養することにより)、またはインビボで(例えば、活性化合物を対象に投与することにより)実施することができる。したがって、本発明は、MRCKαタンパク質または核酸分子の異常または不十分な発現もしくは活性を特徴とする疾患または障害、例えば肺障害に苦しむ個体を治療する方法を提供する。一実施形態において、方法は、MRCKαおよび/またはNKA β1の発現または活性を調節する(例えば、アップレギュレートする)活性化合物、または活性化合物の組み合わせを投与することを含む。別の実施形態において、方法は、減少した、異常な、または望ましくないMRCKαおよび/またはNKA β1の発現または活性を補完するための治療として、キメラMRCKαおよび/またはNKA β1タンパク質または核酸分子を投与することを含む。
本発明はまた、正常な対立遺伝子を発現させるための遺伝子導入によるか、または精製されたMRCKαおよび/もしくはNKA β1または組換えMRCKαおよび/もしくはNKA β1またはMRCKαおよび/もしくはNKA β1類似体を用いたタンパク質置換によるかにかかわらず、例えば肺障害の治療に有益な、MRCKαおよび/またはNKA β1の置換を提供する。肺疾患の病態は、急性肺損傷、ARDS、および喘息を含む。他の例として、特発性肺線維症(IPF)、剥離性間質性肺炎(DIP)、通常の間質性肺炎(UIP)、非特異性間質性肺炎(NSIP)、ならびに嚢胞性線維症、気腫、肺線維症、気管支拡張症、および再発性感染症等の炎症性および遺伝性肺疾患を含む他の形態の肺疾患が挙げられる。
活性薬剤、例えば、MRCKαおよび/またはNKA β1遺伝子またはタンパク質は、ホスファチジルグリセロール、ホスファチジルコリンを含む界面活性剤様リン脂質を含む薬学的に有用な製剤のエアロゾルまたは吸入によって投与することができる。
遺伝子治療
上で概説したように、本発明の一態様は、上皮バリアの1つまたは複数の細胞におけるMRCKαおよび/またはNKA β1のレベルを増加させることを含む、上皮または内皮バリアの完全性または機能を改善する方法を含む。本発明の他の態様は、それを必要とする対象の上皮または内皮バリアの1つまたは複数の細胞におけるMRCKαおよび/またはNKA β1のレベルを増加させることを含む、上皮または内皮バリアの機能不全に関連する疾患または状態を治療する方法を含む。
一実施形態において、遺伝子治療によって、平滑筋、上皮細胞、および内皮細胞等の肺および気道の細胞にMRCKαおよび/またはNKA β1機能を供給するための方法が提供される。MRCKαおよび/もしくはNKA β1遺伝子、改変されたMRCKαおよび/もしくはNKA β1遺伝子、または該遺伝子の一部は、遺伝子が染色体外に残るようにベクターで細胞に導入され得るか、または発現のために対象の染色体DNAに組み込まれ得る。これらの方法は、そのような治療を必要とする対象に、MRCKαおよび/またはNKA β1遺伝子を過剰発現させるための、治療有効量のMRCKαおよび/もしくはNKA β1遺伝子、またはそれらの薬学的に許容される組成物を投与することを提供する。
MRCKαまたはNKA β1遺伝子または該遺伝子の一部は、対象の標的細胞のゲノムを構成する染色体DNAに組み込まれてもよいか(共有結合している)または組み込まれなくてもよい。遺伝子は、該遺伝子が染色体外に残るように細胞に導入することができる。そのような状況では、遺伝子は染色体外の位置から細胞によって発現されるであろう。細胞はまた、外因性DNAが染色体に組み込まれた場所で形質転換され、その結果、染色体複製によって娘細胞に受け継がれる。遺伝子は、染色体外の維持または宿主への組み込みのために適切なベクターに導入され得る。組換えおよび染色体外維持のための遺伝子を導入するためのベクターは当該技術分野で既知であり、任意の好適なベクターを使用することができる。エレクトロポレーション、リン酸カルシウム共沈およびウイルス形質導入等の細胞へのDNAの導入方法は当該技術分野で既知であり、方法の選択は当業者の能力の範囲内である。
本明細書に記載されるような本発明の遺伝子は、RNAの形態またはDNAの形態であり得るポリヌクレオチドまたは核酸であり、DNAには、cDNA、ゲノムDNA、および合成DNAが含まれる。DNAは二本鎖または一本鎖であり得、一本鎖である場合、コード鎖または非コード(アンチセンス)鎖であり得る。配列番号2によって識別される成熟ポリペプチドをコードするMRCKαポリヌクレオチドのコード配列は、配列番号1と同一でもまたは異なってもよい。しかしながら、遺伝暗号の冗長性または縮重の結果として、上記コード配列は同じ成熟ポリペプチドをコードする。
成熟MRCKαまたはNKA β1ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドまたは核酸は以下を含み得る:成熟ポリペプチドのコード配列のみ、成熟ポリペプチドのコード配列および追加のコード配列、成熟ポリペプチドのコード配列(および任意選択的に追加のコード配列)、ならびに非コード配列、例えば、成熟ポリペプチドのコード配列のイントロンまたは非コード配列5’および/もしくは3’。
本発明のポリヌクレオチドまたは核酸組成物もしくは分子は、当業者には容易に理解されるように、RNA、cDNA、ゲノムDNA、合成形態、ならびにセンス鎖およびアンチセンス鎖の両方の混合ポリマーを含むことができ、化学的もしくは生化学的に修飾されるか、または非天然もしくは誘導体化ヌクレオチド塩基を含み得る。そのような修飾は、例えば、標識、メチル化、類似体による天然に存在するヌクレオチドのうちの1つ以上の置換、ヌクレオチド間修飾、例えば、非荷電結合(例えば、メチルホスホネート、ホスホトリエステル、ホスホアミデート、カルバメート等)、荷電結合(例えば、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート等)、ペンダント部分(例えば、ポリペプチド)、挿入剤(例えば、アクリジン、ソラレン等)、キレート剤、アルキル化剤、および修飾結合(例えば、アルファアノメリック核酸等)等を含む。水素結合および他の化学的相互作用を介して指定された配列に結合する能力においてポリヌクレオチドを模倣する合成分子も含まれる。そのような分子は当該技術分野で既知であり、例えば、ペプチド結合が分子の主鎖中のリン酸結合に取って代わるものを含む。
MRCKαおよび/またはNKA β1導入遺伝子のインビボ発現は、特定の組織への直接的な導入遺伝子の注入、例えば、裸のDNAもしくはDNA-カチオン性リポソーム複合体の直接的な気管内、筋肉内もしくは動脈内注射、または後に再注入を伴う宿主細胞のエクスビボトランスフェクションによって行うことができる。
インビトロおよびインビボの両方で、機能的な新しい遺伝物質を細胞に導入するための複数のアプローチが既知である。これらのアプローチは、発現させる遺伝子の改変レトロウイルスへの組み込み;非ウイルスベクターへの組込み;または、リガンド特異性に基づく輸送システムに連結されたリポソームを介して異種プロモーター-エンハンサー要素に結合された導入遺伝子の送達;または裸のDNA発現ベクターの使用を含む。導入遺伝子の組織への直接注入は、局所的な発現をもたらす。PCT/US90/01515(Felgner et al.)は、インビボで脊椎動物の細胞の内部に薬学的または免疫原性ポリペプチドをコードする遺伝子を送達する方法を対象としている。PCT/US90/05993(Brigham)は、発現構築物の静脈内注射または気管内注射のいずれかに続いて、哺乳動物の肺細胞における導入遺伝子の発現を得るための方法を対象としている。ほとんどの遺伝子治療戦略は、レトロウイルスまたはDNAウイルスベクターへの導入遺伝子の挿入に依存してきたが、脂質担体を使用して宿主の肺細胞をトランスフェクトすることができる。
上記のポリヌクレオチドまたは核酸は、好適な宿主細胞で複製することにより生成することができる。所望の断片をコードする天然または合成ポリヌクレオチド断片は、原核細胞または真核細胞に導入および複製できる組換えポリヌクレオチド構築物、通常はDNA構築物に組み込むことができる。通常、ポリヌクレオチド構築物は、酵母または細菌等の単細胞宿主での複製に適している可能性があるが、培養された哺乳動物または植物または他の真核細胞株への(ゲノム内への組み込みを用いたおよび用いない)導入を意図する場合もある。
ポリヌクレオチドまたは核酸は、化学合成によって生成することもでき、市販の自動オリゴヌクレオチド合成機で行うことができる。二本鎖断片は、相補鎖を合成し、適切な条件下で鎖をアニーリングするか、または適切なプライマー配列を有するDNAポリメラーゼを使用して相補鎖を付加することによって、化学合成の一本鎖生成物から得ることができる。
原核生物または真核生物宿主への導入のために調製されたポリヌクレオチドまたは核酸構築物は、所望のポリペプチドをコードする意図されたポリヌクレオチド断片を含む、宿主によって認識される複製系を含んでもよく、好ましくは、ポリペプチドコードセグメントに作動可能に連結された転写および翻訳開始調節配列も含む。発現ベクターは、例えば、複製起点または自律複製配列(ARS)および発現制御配列、プロモーター、エンハンサー、ならびに必要な処理情報部位、例えば、リボソーム結合部位、RNAスプライス部位、ポリアデニル化部位、転写ターミネーター配列、およびmRNA安定化配列を含み得る。天然のMRCKαおよび/もしくはNKA β1タンパク質から、または他の受容体から、または同じもしくは関連する腫の分泌ポリペプチドからかどうかにかかわらず、適切な場合には分泌シグナルが含まれてもよく、それによってタンパク質が細胞膜を横断することおよび/または細胞膜に留まることを可能にし、したがって、その機能的トポロジーを達成するか、または細胞から分泌される。そのようなベクターは、当該技術分野で周知の標準的な組換え技術によって調製することができる。
適切なプロモーターおよび他の必要なベクター配列は、宿主で機能するように選択することができ、適切な場合、MRCKαおよび/またはNKA β1遺伝子と自然に関連する配列を含んでもよい。多くの有用なベクターが当該技術分野で既知であり、STRATAGENE、NEW ENGLAND BIOLABS、PROMEGA BIOTECH等の販売業者から入手することができる。trp、lacおよびファージプロモーター、tRNAプロモーター、ならびに解糖酵素プロモーター等のプロモーターが、原核生物宿主において使用され得る。有用な酵母プロモーターは、メタロチオネイン、3-ホスホグリセリン酸キナーゼ、またはエノラーゼもしくはグリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ等の他の解糖酵素、マルトースおよびガラクトースの利用に関与する酵素等のプロモーター領域を含む。適切な非生来の哺乳動物プロモーターには、SV40由来の初期および後期プロモーター、またはマウスモロニー白血病ウイルス、マウス腫瘍ウイルス、鳥肉腫ウイルス、アデノウイルスII、ウシパピローマウイルスもしくはポリオーマに由来するプロモーターが含まれ得る。さらに、構築物は、遺伝子の複数のコピーが作られ得るように、増幅可能な遺伝子に連結されてもよい。
一実施形態において、核酸構築物は、RNAポリメラーゼIII、RNAポリメラーゼII、CMVプロモーターおよびエンハンサー、SV40プロモーター、HBVプロモーター、HCVプロモーター、HSVプロモーター、HPVプロモーター、EBVプロモーター、HTLVプロモーター、HIVプロモーター、およびcdc25Cプロモーター、サイクリンαプロモーター、cdc2プロモーター、bmybプロモーター、DHFRプロモーター、ならびにE2F-1プロモーターからなる群から選択される少なくとも1つのプロモーターを含むことができる。いくつかの実施形態において、長期発現のためにユビキチンCプロモーターを使用することができる。
本発明の一実施形態によれば、MRCKαまたはNKA β1遺伝子治療によって、平滑筋および上皮細胞等の肺および気道の細胞にMRCKαまたはNKA β1機能を供給する方法が提供される。MRCKαもしくはNKA β1遺伝子、改変されたMRCKαまたはNKA β1遺伝子、または該遺伝子の一部は、遺伝子が染色体外に残るように、ベクターで細胞に導入され得る。そのような状況では、遺伝子は染色体外の位置から細胞によって発現されるであろう。
本発明によれば、そのような治療を必要とする患者に、治療有効量のMRCKαおよび/もしくはNKA β1をコードする核酸、またはその薬学的に許容される組成物を投与することを含む、気道疾患の治療方法が提供される。本方法の態様は、第1の核酸を単独で、またはMRCKαのコード配列を含むベクターで、および任意選択的に第2の核酸を単独で、またはNKA β1サブユニットポリペプチドをコードするベクターで投与することを含む。場合によっては、第1の核酸は両方のコード配列を含んでもよい。核酸を利用する遺伝子治療法も提供される。本発明の実施形態は、本方法で使用される組成物、例えば、核酸のみ、またはベクターおよびキット中等の組成物を含む。
この方法は、対象(例えば、哺乳動物)に投与された場合、MRCKαおよび/またはNKA β1遺伝子の発現の増加をもたらし得る。対象へのベクターの投与は、疾患または状態の1つまたは複数の症状またはマーカーを改善し得る。
ベクター
本明細書に開示されるように、本発明の一態様は、ベクター中の核酸である。例えば、遺伝子治療法等の任意の便利な方法を使用して、目的のベクターを対象に適用すると、対象の細胞内で1つまたは複数の目的のコード配列が発現し、細胞の生物活性を調節し得る生物学的に活性な生成物を生成する。場合によっては、ベクターは、MRCKαのコード配列を含む核酸ベクターである。場合によっては、核酸ベクターは、1つまたは複数のMRCKαおよび/またはNKA β1のコード配列を含む。
場合によっては、ベクターは、遺伝子治療での使用に適したMRCKαおよび/またはNKA β1のコード配列を含む。目的の遺伝子治療ベクターは、機能的なMRCKαおよび/またはNKA β1タンパク質の発現を可能にするプロモーター等の調節エレメントに機能的に連結され、標的細胞におけるその活性を示す、MRCKαおよび/またはNKA β1タンパク質をコードするポリヌクレオチド断片を含むあらゆる種類の粒子を含む。場合によっては、MRCKαは、配列番号1に記載の核酸配列によってコードされるか、またはMRCKαの活性断片または機能的同等物である。場合によっては、ベクターは、サイトメガロウイルス(CMV)プロモーター等の構成的プロモーターである調節配列を含む。
遺伝子治療ベクターに使用されるMRCKαおよび/またはNKA β1配列は、対象と同じ種に由来し得る。霊長類、有蹄動物、ネコ、イヌ、または飼育されたペットもしくは飼いならされた哺乳動物、ウサギ、ブタ、ウマ、ヒツジ、ウシ、またはヒト等の任意の便利な動物からの配列を含む、任意の便利なMRCKαおよび/もしくはNKA β1配列、またはその断片もしくは機能的同等物が、対象ベクターに用いられ得る。例えば、ヒトにおける遺伝子治療は、ヒトMRCKαおよび/またはNKA β1配列を使用して行うことができる。
したがって、MRCKαおよび/またはNKA β1をコードする核酸分子およびそれらの類似体は、(i)上皮もしくは内皮バリアの完全性もしくは機能の改善、または(ii)バリア機能不全に関連する障害の治療に使用することができる。類似体の例として、cDNAまたはゲノムDNA、合成、トランスジェニック、および遺伝子活性化方法から生成されるかどうかを問わない組換えベクター発現を含むがこれらに限定されない合成または製造の方法にかかわらず、MRCKαアイソフォーム、模倣物、断片、ハイブリッドタンパク質、上記の融合タンパク質のオリゴマーおよびマルチマー、上記のホモログを挙げることができる。
ポリペプチド
いくつかの実施形態において、本発明は、細胞にMRCKαおよび/またはNKA β1ポリペプチドを導入する方法を提供する。一実施形態において、MRCKαはヒトMRCKαである。一実施形態において、ヒトMRCKαは、配列番号2に示されるアミノ酸配列を有する。「MRCKα」という用語は、1つ以上のアミノ酸残基が変更、欠失、または挿入されており、本明細書で報告されるもの等の修飾されていないタンパク質に匹敵する生物活性を有する、配列番号2のタンパク質の変異体も意味する。MRCKαの多数のスプライス変異体が当該技術分野で既知であり、わずかに異なる翻訳タンパク質をもたらす。それらのいくつかはアミノ酸残基の約50に違いを有し得るが、残りは同じであり、一方、他のいくつかの変異体はわずかにより小さなタンパク質を生成する。これらの変異体は、配列番号1と同じ活性を有する可能性がある。このような変異体の例には、NM_001366011.1、NM_001366019.1、NM_003607.3、NM_001366010.1、XM_017002581.2、およびXM_011544307.3が含まれる。
MRCKαの比活性は、当該技術分野で既知の、または本明細書に記載される様々なアッセイによって決定することができる。
MRCKαのアミノ酸配列変異体は、MRCKαをコードするヌクレオチド配列に適切な修飾を導入することによって、またはペプチド合成によって調製することができる。そのような修飾は、例えば、MRCKαのアミノ酸配列内における残基の欠失および/または挿入および/または置換を含む。最終構築物がヒトMRCKαに匹敵する生物学的活性を有する限り、最終構築物に到達するために、欠失、挿入、および置換の任意の組み合わせを行うことができる。
本明細書で使用される場合、「保存的配列修飾」という用語は、MRCKαの活性に大幅に影響を与えないまたはそれを変化させないアミノ酸修飾を指す。「保存的アミノ酸置換」は、アミノ酸残基が、類似の側鎖を有するアミノ酸残基で置換されたものである。類似の側鎖を有するアミノ酸残基のファミリーは、当該技術分野で定義されている。
アミノ酸置換は、場合によっては、(a)置換領域のペプチド骨格の構造、(b)標的部位における分子の電荷もしくは疎水性、または(c)側鎖のバルクの維持に対する効果が大幅には異ならない置換を選択することによって行うことができる。例えば、天然に存在する残基は、側鎖の特性に基づいて群に分割することができる:(1)疎水性アミノ酸(ノルロイシン、メチオニン、アラニン、バリン、ロイシン、およびイソロイシン);(2)中性親水性アミノ酸(システイン、セリン、スレオニン、アスパラギン、およびグルタミン);(3)酸性アミノ酸(アスパラギン酸およびグルタミン酸);(4)塩基性アミノ酸(ヒスチジン、リジン、およびアルギニン);(5)鎖の配向に影響を与えるアミノ酸(グリシンおよびプロリン);および(6)芳香族アミノ酸(トリプトファン、チロシン、およびフェニルアラニン)。これらの群の中で行われる置換は、保存的置換と見なすことができる。置換の例として、限定されないが、アラニンに対するバリン、アルギニンに対するリジン、アスパラギンに対するグルタミン、アスパラギン酸に対するグルタミン酸、システインに対するセリン、グルタミンに対するアスパラギン、グルタミン酸に対するアスパラギン酸、グリシンに対するプロリン、ヒスチジンに対するアルギニン、イソロイシンに対するロイシン、ロイシンに対するイソロイシン、リジンに対するアルギニン、メチオニンに対するロイシン、フェニルアラニンに対するロイシン、プロリンに対するグリシン、セリンに対するスレオニン、スレオニンに対するセリン、トリプトファンに対するチロシン、チロシンに対するフェニルアラニン、および/またはバリンに対するロイシンの置換が挙げられる。例示的な置換を下の表に示す。アミノ酸置換をヒトMRCKαに導入し、ヒトMRCKαの生物活性の保持について生成物をスクリーニングすることができる。
本明細書において、MRCKαの「機能的同等物」は、MRCKα活性を有するポリペプチドまたはMRCKα活性を有するポリペプチドをコードする核酸分子を指す。機能的同等物は、親MRCKα配列(例えば、配列番号2)と比較して、50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%、99%、100%またはそれ以上の活性を示し得る。機能的同等物は、人工であり得るかまたは天然に存在し得る。例えば、母集団内の配列の天然に存在する変異体は、機能的に同等の範囲内に属する。他の種に由来するMRCKα配列、例えばマウスMRCKα配列も「機能的同等物」という用語の範囲内に属する。特定の実施形態において、機能的同等物は、親配列に対して少なくとも75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%の同一性を有するヌクレオチド配列を有する核酸であるさらなる実施形態において、機能的同等物は、親配列に対して少なくとも75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%の同一性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチドである。機能的同等物の場合、配列同一性は核酸の全長に沿って計算されるべきである。機能的同等物は、親配列と比較した場合、1つまたは複数、例えば2、3、4、5、10、15、20、30またはそれ以上のヌクレオチドの挿入、欠失および/または置換を含み得る。
「機能的同等物」という用語は、親アミノ酸配列に対して少なくとも75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%の配列同一性を有するMRCKαポリペプチドをコードする核酸配列も包含するが、遺伝暗号の縮重のために、親核酸配列に対してほとんど相同性を示さない。
本明細書で使用される場合、「活性断片」という用語は、MRCKαキナーゼ活性を有するポリペプチドまたはMRCKαキナーゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸分子を指すが、それは親ポリヌクレオチド配列に示される核酸の断片または親ポリペプチド配列に示されるアミノ酸配列である。活性断片は、MRCKαキナーゼ活性が保持されているか、または触媒ドメインを有している限り、どのようなサイズであってもよい。断片は、より短い断片とより長い親配列の間のアライメントの長さに沿って、親配列に対して少なくとも75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、100%の同一性を有する。
これらの断片を含む融合タンパク質は、本発明の実施に必要な核酸ベクターに含まれ得る。例えば、ポリペプチド配列または相同配列からの追加の5、10、20、30、40、50、またはさらに100アミノ酸残基が、ポリペプチド断片が正しく折りたたまれ、生物活性を示す能力を損なうことなく、C末端および/またはN末端のいずれかまたは両方に含まれてもよい。配列同一性は、例えばBLAST(Altschul S F,Gish W,Miller W,Myers E W,Lipman D J(1990).“Basic local alignment search tool”.J Mol Biol 215(3):403-410)およびPASTA(Lipman,DJ;Pearson,WR(1985)).“Rapid and sensitive protein similarity searches”.Science 227(4693):1435-41;http://fasta.bioch.virginia.edu/fasta www2/fasta list2.shtml)およびこれらのアライメントプログラムのバリエーションを含む当該技術分野における様々な方法のいずれか1つによって計算することができる。
本出願に記載のポリペプチドは、当該技術分野で既知の従来の方法によって調製することができる。
ウイルスベクター
目的のベクターを対象に送達する際には、任意の便利なウイルスを利用することができる。目的のウイルスには、レトロウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス(AAV)、単純ヘルペスウイルス、およびレンチウイルスが含まれるが、これらに限定されない。ウイルス遺伝子治療ベクターは当該技術分野で周知である。例えば、Heilbronn&Weger(2010)Handb Exp Pharmacal.197:143-70を参照のこと。目的のベクターには、レトロウイルス、アデノウイルス(AdV)、アデノ随伴ウイルス(AAV)、レンチウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、およびヘルペスウイルスに基づくもの等の、組み込み型および非組込み型ベクターが含まれる。
場合によっては、AAV等の非組込み型ウイルスベクターが用いられてもよい。一態様において、非組込み型ベクターは、いずれの永久的な遺伝子改変も引き起こさない。ベクターは成体組織を標的とし、対象が発生の初期段階から構成的発現の影響を受けないようにすることができる。場合によっては、非組込み型ベクターには、MRCKαおよび/またはNKA β1発現細胞の過剰増殖を回避するための安全性機構が効果的に組み込まれる。細胞が急速に増殖し始めると、細胞はベクター(および結果としてタンパク質の発現)を失う可能性がある。
目的の非組込み型ベクターには、ガットレスアデノウイルス、アデノ随伴ウイルス(AAV)、インテグラーゼ欠損レンチウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、ヘルペスウイルス等のアデノウイルス(AdV)に基づくものが含まれる。特定の実施形態において、本発明で使用される非組込み型ベクターは、天然のアデノ随伴ウイルス粒子に類似した、アデノ随伴ウイルスに基づく非組み込みベクターである。アデノ随伴ウイルスに基づく非組込み型ベクターの例には、任意のAAV血清型、すなわち、AAVI、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、AAV9、AAVI0、AAVII、および偽型AAVに基づくベクターが含まれる。目的のベクターには、免疫原性が低く、安全性プロファイルが優れており、広範囲の組織を高効率で形質導入できるものが含まれる。場合によっては、ベクターは有糸***後の細胞に形質導入され、関連疾患の小型および大型動物モデルの両方で長期的な遺伝子発現(最長で数年)を維持することができる。
医薬組成物
別の態様において、本発明は、治療有効量のMRCKαおよび/またはNKA β1、またはMRCKαおよび/またはNKA β1をコードする核酸配列、および薬学的に許容される担体を含む医薬組成物を提供する。好ましくは、コード核酸配列は、プラスミドDNAまたはウイルス等の発現ベクター内に含まれる。医薬組成物は、患者の気道、例えば、鼻、副鼻腔、咽喉および肺への、例えば、点鼻薬としての、点鼻剤としての、吸入剤としての噴霧、気化、または当該技術分野で既知の他の方法による投与に適合させることができる。投与は、当業者が決定できるように、連続的または明確な間隔で行うことができる。
医薬組成物は、薬学的に有用な組成物を調製するための既知の方法に従って製剤化することができる。さらに、本明細書で使用される場合「薬学的に許容される担体」という句は、標準的な薬学的に許容される担体のいずれかを意味する。薬学的に許容される担体は、希釈剤、アジュバント、および媒体、ならびに移植担体、および本発明の活性成分と反応しない不活性で非毒性の固体または液体の充填剤、希釈剤、またはカプセル化材料を含むことができる。例として、リン酸緩衝生理食塩水、生理食塩水、水、および油/水エマルション等のエマルションが挙げられるが、これらに限定されない。担体は、例えば、水、エタノール、ポリオール(例えば、グリセロール、プロピレングリコール、および液体ポリエチレングリコール等)、それらの好適な混合物、および植物油を含む溶媒または分散媒であり得る。薬学的に許容される担体を含む製剤は、当業者に周知の多くの情報源に記載されており、容易に入手可能である。例えば、Remington’s Pharmaceutical Sciences(Martin EW[1995]Easton Pennsylavania、Mack Publishing Company,19.sup.th ed.)は、本発明に関連して使用され得る製剤について記載している。非経口投与に適した製剤は、例えば、抗酸化剤、緩衝剤、静菌剤、および製剤を意図するレシピエントの血液と等張にする溶質を含み得る水性滅菌注射溶液、ならびに懸濁剤および増粘剤を含み得る水性および非水性の滅菌懸濁液を含む。製剤は、単位用量または複数回用量の容器、例えば密封されたアンプルおよびバイアルに提示され得、使用前に滅菌液体担体、例えば注射用水の条件のみを必要とするフリーズドライ(凍結乾燥)状態で保存され得る。即時注射用溶液および懸濁液は、滅菌粉末、顆粒、錠剤等から調製することができる。上に具体的に述べた成分に加えて、本発明の製剤は、当該製剤の種類を考慮して当該技術分野における従来の他の薬剤を含むことができることを理解されたい。
医薬組成物は、上皮または内皮バリアの機能不全に関連する疾患または状態に関連する症状の予防または緩和をもたらす任意の経路によって対象に投与することができる。例えば、核酸分子は、非経口、静脈内(IV)、筋肉内(IM)、皮下(SC)、皮内(ID)、経口、鼻腔内等で投与することができる。鼻腔内投与の例は、噴霧剤、点鼻薬、散剤またはゲル剤によるものであり得、米国特許第6,489,306号、US2018/0344816、US2006/0078558、US2008/0070858、US2018/0298057、およびUS2015/0313924にも記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。/本発明の一実施形態は、鼻腔スプレーとしての組成物の投与である。しかしながら、他の薬物投与の手段は、十分に本発明の範囲内である。
MRCKαおよび/またはNKA βポリペプチドまたはコード核酸分子は、個々の患者の臨床状態、投与の部位および方法、投与のスケジュール、患者の年齢、性別、体重、ならびに医師に既知である他の要因を考慮して、適切な医療行為に従って投与および服用され得る。したがって、本明細書の目的のための薬学的に「有効な量」は、当該技術分野で既知であるような考慮事項によって決定される。例えば、ポリペプチドまたはコード核酸分子の有効量は、インビボで発現させた場合に、治療有効量のMRCKαおよび/またはNKA β1を提供するのに必要な量である。MRCKαおよび/もしくはNKA β1またはコード核酸分子の量は、完全な予防および生存率の改善またはより迅速な回復を含むがこれらに限定されない改善、あるいは関連疾患および当業者によって適切な基準として選択されるような他の指標の改善または排除を達成するために有効でなければならない。本発明によれば、好適な単回用量サイズは、好適な期間にわたって1回以上投与された場合に、患者の症状を予防または緩和(軽減または排除)することができる用量である。当業者は、哺乳動物のサイズおよび投与経路に基づいて、全身投与に適切な単回用量サイズを容易に決定することができる。
治療用途
本発明による医薬組成物は、一般に全身投与することができる。治療される障害に応じて、本明細書に記載の医薬組成物は、経口、非経口(例えば、静脈内、皮下、皮内、筋肉内、関節内、動脈内、滑液嚢内、胸骨内、髄腔内、病巣内または頭蓋内注射を介して)、局所、粘膜(例えば、直腸または膣)、鼻腔、頬側、眼内、吸入スプレーを介して(例えば、吸入投与、噴霧剤、または乾燥粉末装置を介して送達される)または移植されたリザーバーを介して投与され得る。
特定の実施形態において、本開示は、本明細書に開示される活性医薬品を含む医薬組成物の有効量を、それを必要とする対象に投与することを含む、呼吸窮迫または呼吸器疾患を治療または予防する方法を提供する。
特定の実施形態において、対象は急性呼吸窮迫症候群;アルコール性肺症候群;敗血症関連肺障害;細菌性およびウイルス性肺炎;人工呼吸器誘発肺損傷;気管支肺異形成(BPD);喘息;気管支、アレルギー性、内因性、外因性または塵埃喘息;慢性または難治性の喘息;晩期喘息または気道過敏症;慢性閉塞性肺疾患(COPD);気管支炎;気腫;アレルギー性鼻炎;または嚢胞性線維と診断されている。呼吸器疾患の他の例として、限定されないが、風邪ウイルス感染、気管支炎、肺炎、結核、肺組織の刺激、花粉症および他の呼吸器アレルギー、喘息、気管支炎、単純および粘液膿性慢性気管支炎、不特定の慢性気管支炎(慢性気管支炎NOS、慢性気管炎および慢性気管気管支炎を含む)、気腫、他の慢性閉塞性肺疾患、喘息、喘息状態および気管支拡張症が挙げられる。他の呼吸器疾患には、アレルギー性および非アレルギー性鼻炎、ならびに気道および肺の非悪性増殖性および/または炎症性疾患が含まれる。気道経路または肺の非悪性増殖性および/または炎症性疾患は、以下の1つまたは複数を意味する:(1)外因性アレルギー性肺胞炎等の肺胞炎、ならびに細胞毒性および/またはアルキル化剤等によって引き起こされる薬物毒性;(2)ウェゲナー肉芽腫症、アレルギー性肉芽腫症、肺血管腫症および特発性肺線維症、慢性好酸球性肺炎、好酸球性肉芽腫およびサルコイドーシス等の血管炎。
特定の実施形態において、本明細書に開示される薬剤は、抗生物質、抗ウイルス剤、抗炎症剤、気管支拡張剤、または粘液希釈剤等の他の薬剤と組み合わせて投与される。そのような薬剤の例として、グルココルチコイド受容体アゴニスト(ステロイド性および非ステロイド性)、例えば、トリアムシノロン、トリアムシノロンアセトニド、プレドニゾン、モメタゾンフロエート、ロテプレドノールエタボネート、フルチカゾンプロピオン酸、フルチカゾンフロエート、フルオシノロンアセトニド、デキサメタゾンシペシル酸エステル、デスイソブチリルシクレソニド、プロピオン酸クロベタゾール、シクレソニド、プロピオン酸ブチキソコート、ブデソニド、ジプロピオン酸ベクロメタゾン、ジプロピオン酸アルクロメタゾン;ロスマピモド等のp38アンタゴニスト;ホスホジエステラーゼ(PDE)阻害剤、例えば、メチルキサンタニン、テオフィリン、およびアミノフィリン;選択的PDEアイソザイム阻害剤、PDE4阻害剤およびアイソフォームPDE4D、例えばテトミラスト、ロフルミラスト、オグレミラスト、イブジラスト、ロノミラスト;ケモカイン受容体機能のモジュレーター、例えば、ビクリビロック、マラビロック、セニクリビロック、ナバリキシン;ロイコトリエン生合成阻害剤、5-リポキシゲナーゼ(5-LO)阻害剤、および5-リポキシゲナーゼ活性化タンパク質(FLAP)アンタゴニスト、例えばTA270(4-ヒドロキシ-1-メチル-3-オクチルオキシ-7-シナピノイルアミノ-2(1H)キノリノン)、例えば、セチリュートン、リコフェロン、キフラポン、ジロートン、ザフィルルカスト、またはモンテルカスト;およびレスベラトロールおよびピセアタンノール等のミエロペルオキシダーゼアンタゴニストが挙げられる。
本明細書に開示される組成物および薬剤を投与する方法には、例えば、吸入器またはネブライザーの使用による肺投与、およびエアロゾル化剤を含む製剤が含まれるが、これらに限定されない。例えば、US2018/0298057、米国特許第6,019,968号、同第5,985,200号、同第5,985,309号、同第5,934,272号、同第5,874,064号、同第5,855,913号、同第5,290,540号、および同第4,880,078号、ならびにPCT公開第WO92/19244号、同第WO97/32572号、同第WO97/44013号、同第WO98/31346号、および同第WO99/66903号を参照のこと。特定の実施形態において、治療が必要な領域に局所的に医薬組成物を投与することが望ましい場合がある。これは、例えば、限定するものではないが、局所注入、注射、またはインプラントによって達成することができ、上記インプラントは、SILASTIC膜等の膜または繊維を含む、多孔性、非多孔性、またはゼラチン質の材料である。特定の実施形態において、エアロゾル化剤または噴射剤は、ハイドロフルオロアルカン、1,1,1,2-テトラフルオロエタン、1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン、プロパン、n-ブタン、イソブテン、二酸化炭素、空気、窒素、亜酸化窒素、ジメチルエーテル、トランス-1,3,3,3-テトラフルオロプロパ-1-エン、またはそれらの組み合わせである。特定の実施形態において、本開示は経口投与を想定している。
ヒトまたは他の霊長類におけるエアロゾル送達の場合、エアロゾルは、哺乳動物宿主がエアロゾルを肺に引き込むことができるマウスピース、フェイスマスク等を通してエアロゾルを送達する医療用ネブライザーシステムによって生成される。様々なネブライザーが当該技術分野で既知であり、本発明の方法に使用することができる。ネブライザーシステムの選択は、肺胞または気道への送達(すなわち、気管、一次、二次または三次気管支等)が望ましいかどうかに依存する。必要な投与量で刺激が強すぎない特定の核酸組成物が選択される。
気道送達に有用なネブライザーには、喘息の治療に通常使用されるものが含まれる。そのようなネブライザーも市販されている。使用される化合物の量は、肺および気道へのDNAまたは複合体の進入後に細胞の十分なトランスフェクションを提供し、トランスフェクトされた細胞において治療レベルの転写および/または翻訳を提供するのに十分な量である。治療レベルの転写および/または翻訳は、核酸組成物の宿主哺乳動物の肺、特に肺胞または気管支肺および細気管支肺平滑筋、ならびに気管、気管支、気管支、細気管支、および肺胞の上皮細胞への投与後の宿主哺乳動物の疾患を予防、治療、または緩和するのに十分な量である。したがって、エアロゾル化された核酸製剤の有効量は、治療を行うのに十分な用量、すなわち、症状の緩和または軽減を引き起こし、症状の悪化を抑制し、症状の発症を防止する等に十分な用量である。有効量を構成する予め設定された組成物の投与量は、当業者が適切な対照を用いて日常的な試験を行うことにより、本開示を考慮して決定することができる。適切な治療群と対照との比較により、特定の投与量が特定の症状の予防または軽減に効果的であるかどうかが分かる。
哺乳動物宿主に送達される核酸の総量は、エアロゾル化される総量、ネブライザーの種類、粒径、哺乳動物宿主の呼吸パターン、肺疾患の重症度、エアロゾル化された溶液中の核酸組成物の濃度、および吸入療法の長さを含む、多くの要因に依存する。
相互作用する要因にもかかわらず、当業者は、特にエアロゾルの粒径が最適化されている場合、効果的なプロトコルを容易に設計することができるであろう。ネブライザーの効率の推定に基づくと、送達される有効用量は、通常、約1mg/治療~約500mg/治療の範囲内であるが、対象および所望の結果に応じて、より多くのまたはより少ない用量も効果的であり得る。より深刻な状態を治療する場合、一般により高用量を投与することが望ましい。一般に、核酸が宿主細胞のゲノムに組み込まれていない場合、達成される結果に応じてアドホックベースで治療を繰り返すことができる。治療が繰り返される場合、哺乳動物宿主は、治療に対する有害な免疫反応がないことを確認するために監視される。治療の頻度は、患者の健康状態および病歴だけでなく、投与1回当たりに投与される核酸組成物の量等の、多くの要因に依存する。
キット
本開示はキットも提供し、キットは、本発明の方法に使用される1つまたは複数の構成要素、例えば、本明細書に記載されるようなベクターを含む。いくつかの実施形態において、主題のキットは、ベクター(本明細書に記載されるような)、ならびにプロモーター、ウイルス、細胞、および緩衝液から選択される1つまたは複数の構成要素を含む。本明細書に記載の構成要素のいずれも、例えば、細胞、MRCKαおよび/またはNKA β1をコードする構築物(例えば、ベクター)、発現系での使用に適した構成要素(例えば、細胞、クローニングベクター、複数のクローニング部位(MSC)、双方向プロモーター、内部リボソーム侵入部位(IRES)等)等が、キットで提供され得る。構築物、クローニングベクター、および発現系の作製および使用に適した様々な構成要素が、主題のキットで使用され得る。キットは、チューブ、緩衝液等、および使用説明書も含む場合がある。キットの様々な試薬成分は、別々の容器内に存在してもよいか、または必要に応じて、それらの一部もしくは全てを単一容器内で事前に組み合わせて試薬混合物にしてもよい。
上記の構成要素に加えて、キットは、主題の方法を実施するための指示をさらに含み得る。これらの指示は、様々な形でキット内に存在してもよく、その中の1つまたは複数がキットに含まれている場合がある。これらの指示が存在する可能性のある1つの形態は、好適な媒体または基材、例えば、情報が印刷された1枚または複数の紙片、キットのパッケージ、パッケージ挿入物等に印刷された情報である。これらの指示の別の形態は、情報が記録されているコンピュータ可読媒体、例えばディスケット、コンパクトディスク(CD)、ハードドライブ等である。存在する可能性のあるこれらの指示のさらに別の形態は、削除されたサイトの情報にアクセスするためにインターネットを介して使用できるウェブサイトのアドレスである。
本発明の態様は、例えば上記のような核酸ベクターを含むウイルス粒子を提供することを含む。任意の便利なウイルス粒子を利用することができ、上記のウイルスベクター粒子が含まれる。
本発明の態様は、核酸ベクターを含む細胞を提供することを含む。目的のベクターが提供される細胞は、行われる特定の応用に応じて異なり得る。目的の標的細胞には、真核細胞、例えば動物細胞が含まれ、特定の種類の動物細胞には、昆虫、線虫、または哺乳動物細胞が含まれるが、これらに限定されない。例として、ウマ、ウシ、ヒツジ、イヌ、ネコ、ネズミ、非ヒト霊長類およびヒト細胞を含む、様々な哺乳動物細胞を使用することができる。様々な種の中で、上皮、内皮、肺、造血、神経、グリア、間葉、皮膚、粘膜、間質、筋肉(平滑筋細胞を含む)、脾臓、網状内皮、肝臓、腎臓、胃腸、線維芽細胞、および他の細胞型。等の、様々な種類の細胞を使用することができる。
定義
本明細書で使用される「遺伝子治療」という用語は、目的の遺伝物質(例えば、DNAまたはRNA)を宿主に移入して、遺伝的または後天的な疾患または状態の表現型を治療または予防することを指す。目的の遺伝物質は、インビボでの生成が所望される生成物(例えば、タンパク質、ポリペプチド、ペプチド、または機能的RNA)をコードする。例えば、目的の遺伝物質は、治療的価値のあるホルモン、受容体、酵素、ポリペプチドまたはペプチドをコードすることができる。(1)エクスビボおよび(2)インビボ遺伝子治療という、遺伝子治療の2つの基本的なアプローチが進化してきた。エクスビボ遺伝子治療では、患者から細胞が取り出され、培養しながらインビトロで処理される。通常、機能置換遺伝子は、適切な遺伝子送達ビヒクル/方法(トランスフェクション、形質導入、相同組換え等)および必要に応じて発現系を介して細胞に導入され、その後、改変された細胞が培養で増殖され、宿主/患者に戻される。これらの遺伝的に再移植された細胞は、トランスフェクトされた遺伝子産物をインサイチュで生成することが示されている。インビボ遺伝子治療では、標的細胞が対象から取り出されるのではなく、導入される遺伝子がインサイチュで、すなわちレシピエントの体内で、レシピエント生物の細胞に導入される。あるいは、宿主の遺伝子に欠陥がある場合、その遺伝子はインサイチュで修復される。これらの遺伝的操作された細胞は、トランスフェクトされた遺伝子産物をインサイチュで生成することが示されている。
「ペプチド」、「ポリペプチド」、および「タンパク質」という用語は、ポリマー中のアミノ酸残基の配置を説明するために本明細書で互換的に使用される。ペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質は、希少アミノ酸および合成アミノ酸類似体に加えて、標準の20の天然に存在するアミノ酸から構成され得る。それらは、長さまたは翻訳後修飾(例えば、グリコシル化またはリン酸化)に関係なく、任意のアミノ酸鎖であり得る。
「組換え」ペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質は、組換えDNA技術によって、すなわち、所望のペプチドをコードする外因性DNA構築物によって形質転換された細胞から生成される生成される、ペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質を指す。「合成」ペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質は、化学合成によって調製されたペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質を指す。「組換え」という用語は、例えば、細胞、または核酸、タンパク質、またはベクターに関して使用される場合、細胞、核酸、タンパク質、またはベクターが、異種核酸もしくはタンパク質の導入によって、または天然の核酸もしくはタンパク質の改変によって修飾されているか、あるいは細胞がそのように改変された細胞に由来することを示す。前述の配列の1つまたは複数および異種配列を含む融合タンパク質は、本発明の範囲内にある。異種のポリペプチド、核酸、または遺伝子は、外来種に由来するものであるか、または同じ種に由来する場合は、その元の形態から実質的に改変されたものである。2つの融合されたドメインまたは配列は、天然に存在するタンパク質または核酸において互いに隣接していない場合、互いに異種である。
本発明に開示されるペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質の保存的修飾または機能的同等物は、ペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質のポリペプチド誘導体、例えば、1つ以上の点突然変異、挿入、欠失、短縮、融合タンパク質、またはそれらの組み合わせを有するタンパク質を指す。それは、親ペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質(本発明に開示されるもの等)の活性を実質的に保持している。一般に、保存的修飾または機能的同等物は、少なくとも60%(例えば、60%~100%の任意の数(両端の数を含む)、例えば、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、および99%を含む)親(例えば、配列番号2)と同一である。
核酸またはポリヌクレオチドは、DNA分子(例えば、cDNAもしくはゲノムDNA)、RNA分子(例えば、mRNA)、またはDNAもしくはRNA類似体を指す。DNAまたはRNA類似体は、ヌクレオチド類似体から合成することができる核酸分子は、一本鎖または二本鎖であり得るが、好ましくは二本鎖DNAである。「単離された核酸」は、その構造が任意の天然に存在する核酸の構造または天然に存在するゲノム核酸の任意の断片の構造と同一ではない核酸を指す。したがって、この用語は、例えば、(a)天然に存在するゲノムDNA分子の一部の配列を有するが、それが天然に存在する生物のゲノムの分子のその部分に隣接するコード配列の両方には隣接していないDNA;(b)得られた分子が天然に存在するベクターまたはゲノムDNAと同一ではない様式で、原核生物または真核生物のベクターまたはゲノムDNAに組み込まれた核酸;(c)cDNA、ゲノム断片、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって生成された断片、または制限断片等の別個の分子;および(d)ハイブリッド遺伝子、すなわち融合タンパク質をコードする遺伝子の一部である組換えヌクレオチド配列を包含する。上記の核酸を用いて、本発明のタンパク質を発現させることができる。この目的のために、核酸を好適な調節配列に作動可能に連結させて発現ベクターを生成することができる。
ベクターは、それが連結された別の核酸を輸送することができる核酸分子を指す。ベクターは、自律複製または宿主DNAへの組み込みが可能である。ベクターの例として、プラスミド、コスミド、またはウイルスベクターが挙げられる。ベクターは、宿主細胞における核酸の発現に適した形態の核酸を含む。好ましくは、ベクターは、発現される核酸配列に作動可能に連結された1つまたは複数の調節配列を含む。
「調節配列」には、プロモーター、エンハンサー、および他の発現制御要素(例えば、ポリアデニル化シグナル)が含まれる。調節配列には、ヌクレオチド配列の構成的発現を指示する配列、ならびに組織特異的調節および/または誘導配列が含まれる。発現ベクターの設計は、形質転換される宿主細胞の選択、所望のタンパク質またはRNAの発現レベル等の要因に依存し得る。発現ベクターを宿主細胞に導入して、本発明のポリペプチドを生成することができる。プロモーターは、RNAポリメラーゼがDNAに結合してRNA合成を開始するように指示するDNA配列として定義される。強力なプロモーターは、mRNAを高頻度で開始させるものである。
「作動可能に連結された」または「作動可能に連結された」という用語は、そのように記載された隣接配列がそれらの通常の機能を果たすように構成または組み立てられた隣接配列の配置を指すために本明細書において使用される。したがって、コード配列に作動可能に連結された隣接配列は、コード配列の複製、転写、および/または翻訳を生じさせ得る。例えば、プロモーターがそのコード配列の転写を指示することができる場合、コード配列はプロモーターに作動可能に連結される。隣接配列は、正しく機能する限り、コード配列と連続している必要はない。したがって、例えば、介在する翻訳されていないが転写配列は、プロモーター配列とコード配列との間に存在する可能性があり、プロモーター配列は依然としてコード配列に「作動可能に連結されている」と見なすことができる。ポリペプチドをコードする各ヌクレオチド配列は、典型的には、それ自身の作動可能に連結されたプロモーター配列を有する。
本明細書で使用される「発現カセット」は、適切な宿主細胞において特定のヌクレオチド配列の発現を指示することができる核酸配列を意味し、終結シグナルに作動可能に連結され得る目的のヌクレオチド配列に作動可能に連結され得るプロモーターを含み得る。コード領域は通常、目的の機能的RNAをコードする。目的のヌクレオチド配列を含む発現カセットは、キメラであり得る。発現カセットは、天然に存在するが、異種発現に有用な組換え形態で得られたものであってもよい。発現カセット内のヌクレオチド配列の発現は、宿主細胞がある特定の刺激に曝露された場合にのみ転写を開始する構成的プロモーターまたは調節可能プロモーターの制御下にあり得る。多細胞生物の場合、プロモーターは特定の組織または器官または発生段階に特異的でもあり得る。
そのような発現カセットは、目的のヌクレオチド配列に連結された転写開始領域を含むことができる。そのような発現カセットには、目的の遺伝子が調節領域の転写調節下となるように挿入するための複数の制限部位が提供される。発現カセットは、選択可能なマーカー遺伝子をさらに含み得る。
「コード配列」は、特定のアミノ酸配列をコードするDNAまたはRNA配列を指す。それは、「中断されていないコード配列」、すなわち、cDNA等のイントロンを欠くか、または適切なスプライスジャンクションによって結合された1つまたは複数のイントロンを含み得る。
本明細書で使用される場合、2つのアミノ酸配列間のパーセント相同性は、2つの配列間のパーセント同一性と同等である。2つの配列間のパーセント相同性は、2つの配列の最適なアラインメントのために導入する必要がある、ギャップの数および各ギャップの長さを考慮に入れた、それらの配列によって共有される同一位置の数の関数であり(すなわち、%相同性=同一位置の数/位置の総数×100)。2つの配列間の配列の比較およびパーセント同一性の決定は、後述の非限定的な例に記載されるように、数学的アルゴリズムを使用して達成することができる。
2つのアミノ酸配列間のパーセント同一性は、ALIGNプログラム(バージョン2.0)に組み込まれたE.Meyers and W.Millerのアルゴリズム(Comput.Appl.Biosci.,4:11-17(1988))を使用して、PAM120重み残基表、ギャップ長ペナルティ12、ギャップペナルティ4を用いて決定することができる。さらに、2つのアミノ酸配列間のパーセント同一性は、GCGソフトウェアパッケージ(www.gcg.comで入手可能)のGAPプログラムに組み込まれたNeedleman and Wunsch(J.Mol.Biol.48:444-453(1970))アルゴリズムを使用して、Blossum 62マトリックスまたはPAM250マトリックスのいずれか、および16、14、12、10、8、6、もしくは4のギャップ重みは、または1、2、3、4、5、もしくは6の長さ重みを用いて決定することができる。
本明細書で使用される場合、「治療すること」または「治療」は、障害、障害の症状、障害に続発する病態、または障害に対する素因を、治癒する、軽減する、緩和する、治療する、その発症を遅延する、予防する、または改良する目的での、障害を有する、または障害を発症するリスクがある対象への化合物または薬剤の投与を指す。「予防する」、「予防すること」、「予防」、「予防的治療」等の用語は、障害または状態を発症していないが、発症するリスクがあるかまたは発症しやすい対象において障害または状態を発症する可能性を低減することを指す。
有効量は、治療される対象に治療効果を与えるために必要な活性化合物/薬剤の量を指す。有効用量は、当業者に認識されるように、治療される状態の種類、投与経路、賦形剤の使用、および他の治療的処置との併用の可能性に応じて変化する。
「医薬組成物」という用語は、組成物をインビボまたはエクスビボでの診断または治療用途に特に適したものにする、活性薬剤と不活性または活性な担体との組み合わせを指す。
「薬学的に許容される担体」は、対象に投与された後、または対象において、望ましくない生理学的効果を引き起こさない。医薬組成物中の担体は、活性成分に適合性があり、それを安定化させることができるという意味においても「許容され」なければならない。1つまたは複数の可溶化剤を、活性化合物の送達のための薬学的担体として利用することができる。薬学的に許容される担体の例として、限定されないが、剤形として使用可能な組成物を得るための生体適合性のビヒクル、アジュバント、添加剤、および希釈剤が挙げられる。他の担体の例として、コロイド状酸化ケイ素、ステアリン酸マグネシウム、セルロース、およびラウリル硫酸ナトリウムが挙げられる。
「対象」は、ヒトおよび非ヒト動物を指す。非ヒト動物の例として、全ての脊椎動物、例えば、非ヒト哺乳動物、非ヒト霊長類(特に高等霊長類)、イヌ、げっ歯類(例えば、マウスまたはラット)、モルモット、ネコ、およびウサギ等の哺乳動物、ならびに鳥類、両生類、爬虫類等の非哺乳動物が挙げられる。一実施形態において、対象はヒトである。別の実施形態において、対象は、実験的な非ヒト動物または疾患モデルとして好適な動物である。
本明細書で使用される場合、「肺疾患」は、原因または病因に関係なく、気腫、単球浸潤、線維症、上皮細胞異形成、ならびにII型上皮細胞および肺胞マクロファージ中の細胞内脂質の非定型蓄積を特徴とする一連の肺疾患に関連すると当業者によって一般的に認識される障害および状態を指す。これらには、「気道閉塞性疾患」、例えば、気道閉塞、アレルギー、喘息、急性炎症性肺疾患、慢性炎症性肺疾患、慢性閉塞性肺異形成、気腫、肺気腫、慢性閉塞性気腫、成人呼吸窮迫症候群、気管支炎、慢性気管支炎、慢性喘息性気管支炎、慢性閉塞性気管支炎、および間質性肺疾患等の呼吸器疾患が含まれるが、これらに限定されない。
本明細書に開示されるように、いくつかの範囲の値が提供される。文脈上明確に別段の指示のない限り、下限の単位の10分の1までの、その範囲の上限と下限との間にある各介在値もまた具体的に開示されることを理解されたい。任意の記載される値または記載される範囲内の介在値と、その記載される範囲内の任意の他の記載される値または介在値との間の各小さい範囲は、本発明に含まれる。これらのより小さい範囲の上限および下限は、その範囲に独立して含まれてもまたは除外されてもよく、記載される範囲内に任意の具体的に除外される限界があることを条件として、より小さい範囲にいずれか一方もしくは両方の限界が含まれるか、またはどちらも含まれていない各範囲も本発明に包含される。記載される範囲が限界の一方または両方を含む場合、それらの含まれる限界のいずれかまたは両方を除外した範囲も本発明に含まれる。
「約」という用語は、一般に、示された数のプラスまたはマイナス10%を指す。例えば、「約10%」は、9%~11%の範囲を示す場合があり、「約1」は、0.9~1.1を意味する場合がある。「約」の他の意味は、四捨五入等の文脈から明らかであり得るため、例えば「約1」は0.5~1.4を意味する場合もある。
実施例1 材料および方法
この実施例では、以下の実施例2~9で使用される材料および方法について説明する。
プラスミドおよびsiRNA
この試験で使用されたプラスミドは、様々な供給元から入手した。pCDNA3およびpCMV-EGFPプラスミドは、INVITROGEN(Carlsbad,CA)から購入した。マウスNa+/K+-ATPアーゼβ2サブユニット、およびMyc-DDKタグ付きのマウスNa+/K+-ATPアーゼβ3サブユニットは、ORIGENE(Rockville,MD)から入手した。Tet-On 3G薬物誘導性遺伝子発現系は、CLONTECH(Mountain View,CA)から購入した。ヒトNa+/K+-ATPアーゼβ1サブユニットコード配列を、SalIおよびBamHI制限酵素部位でpTRE3Gベクターに挿入した。ヒトMRCKαプラスミドは、University of BernのPaolo Armando Gagliardi博士から贈られた(31)。ノックダウンは、製造者の指示に従ってTRIFECTA DSIRNAキット(IDT、Coralville,IA)を使用して行った。100万個の細胞ごとに100nMのsiRNAを使用した。
抗体および阻害剤
ウェスタンブロット用の一次抗体は、抗Na+/K+-ATPアーゼβ1サブユニット(UPSTATE、05-382番)、抗オクルディン(INVITROGEN、71-1500番)、抗zo-1(INVITROGEN、61-7300番)、抗zo-2(INVITROGEN、71-1400番)、抗アクチン(SIGMA、A2066番)、抗GAPDH(MILIPORE、CB1-001番)、抗Na+/K+-ATPアーゼβ2サブユニット(ABCAM、ab185210番)、抗DDK(ORIGENE、TA50011-100番)、抗MRCKα(SANTA CRUZ、sc-374568番)、抗MYPT1(CELL SIGNALING、2634S番)、抗ホスホ-MYPT1(Thr696、CELL SIGNALING、5163S番)、抗ミオシン軽鎖2(CELL SIGNALING、3672S番)、および抗ホスホ-ミオシン軽鎖2(Ser19、CELL SIGNALING、3672S番)を含む。免疫蛍光用の一次抗体は、抗オクルディン-Alexa Fluor594(INVITROGEN、331594番)、抗zo-1-Alexa Fluor594(INVITROGEN、339194番)、抗MCKα(FISHER、PA1-10038番)を含む。MRCKαの阻害剤BDP5290は、AOBIOUS(Gloucester、MA)から購入した。ミオシン阻害剤ブレビスタチンはABCAMから購入した。
一次細胞の単離および細胞培養
初代ラット肺胞上皮II型細胞を、Dobbs(74)によって記載されたIgGパニング手法を使用して単離した。簡潔に述べると、Sprague Dawleyラット(200~250g)から肺を外科的に摘出し、灌流し、洗浄し、1mg/mlのエラスターゼ(WORTHINGTON BIOCHEMICAL、Lakewood,NJ)で処理して上皮細胞を遊離させた。次に、肺葉を分離し、切断し、細かく刻み、濾過し、1500rpmで15分間スピンダウンした。FBSを含まないDMEMで細胞を再懸濁し、2つのIgGプレートに移した。37℃で1時間インキュベートした後、接着していない細胞(主にATII細胞)を新しいチューブに移し、1500rpmで15分間遠心分離した。10% FBSを含むDMEMに細胞を再懸濁し、フィブロネクチンでコーティングしたプレートに播種した。プレートをフィブロネクチンでコーティングするために、ウシ血漿(F1141、SIGMA-ALDRICH、St.Louis,MO)からの20μg/mlのフィブロネクチンを100mm培養プレート(3mlを使用)またはトランスウェルプレートの上部チャンバー(400μlを使用)に加えた。プレートを37℃で3時間放置した。残留溶液を除去し、細胞を加える前に、プレートを組織培養フード内で少なくとも30分間乾燥させた。16HBE14o-ヒト気管支上皮細胞は、以前に報告されたようにダルベッコ改変イーグル培地中で培養した(18)。
トランスフェクション
トランスフェクションは、GENE PULSER MXCELLエレクトロポレーションシステム(BIORAD、Hercules,CA)を使用したエレクトロポレーションにより行った。ATI細胞の条件は、300V、1000Ω、20ミリ秒の1つの方形波パルスであった。
ウェスタンブロット
細胞を、プロテアーゼ阻害剤(COMPLETE、Mini、EDTAフリーの錠剤;ROCHE、Basel,Switzerland)およびホスファターゼ阻害剤(PHOSSTOP Phosphatase Inhibitor Cocktail、ROCHE、Basel,Switzerland)を補充したレポーター溶解緩衝液(1x、PROMEGA)で溶解した。タンパク質を10%SDS-PAGEで分離し、PVDF膜に転写し、室温で2時間または4℃で一晩、一次抗体でプローブした。二次抗体とインキュベーションして展開した後、フィルム(BIOMAX MRフィルム;CARESTREAM HEALTH、Rochester,NY)上で、またはCHEMIDOC IMAGING SYSTEM(BIO-RAD、Hercules.CA)を使用してバンドを検出し、IMAGE STUDIO(商標)LITEソフトウェア(LI-COR、Lincoln,NE)またはIMAGE LABソフトウェア(BIO-RAD、Hercules,CA)を使用して定量化した。
qPCR
RNeasy Mini Kit(QIAGEN、Hilden,Germany)を使用して全RNAを単離した。分光光度法によりRNA濃度を決定した後、100~1000ngの全RNAをcDNA合成に使用した。REVERSE TRANSCRIPTION SYSTEM(PROMEGA、Madison,WI)を使用して逆転写を行った。10マイクロリットルの反応液を100μlに希釈し、ITAQ(商標)UNIVERSAL SYBR(登録商標)GREEN SUPERMIX(BIORAD、Hercules,CA)を使用する定量的リアルタイムPCRのために1マイクロリットルを取り出した。プライマーの特異性は、融解曲線分析およびゲル電気泳動により確認した。qPCRは、CFX CONNECT REAL TIME PCR DETECTION SYSTEM(BIORAD、Hercules,CA)で行った。試料を3通りアッセイした。相対的なRNAレベルは、ΔΔCt法を使用して定量化し(75)、特に指定がない限り、内因性対照GAPDHに対して正規化した。
免疫蛍光
細胞を3回洗浄した後、室温で15分間、PBS中の4%パラホルムアルデヒドで固定した。固定した細胞をPBSで洗浄し、PBS中の0.2% Triton X-100で10分間透過処理した。PBSで洗浄した後、トランスウェルインサートをブロッキング試薬(DAKO PROTEIN BLOCK SERUM FREE、AGILENT)で1時間ブロックし、一次抗体とともに4℃で一晩インキュベートした。核を2.5μg/mlのDAPIで5分間染色し、次いでPBSで2回洗浄した。次いで、清浄なカミソリの刃を使用してトランスウェル膜を注意深く切り取り、ProLong褪色防止用封入剤(FISHER、Waltham,MA)を使用してスライドガラスに封入した。スライドをLeica DMI6000顕微鏡下で検査し、オープンソースソフトウェアMANAGERまたはVOLOCITYソフトウェア(VELOCITY INC.)を使用して写真をキャプチャした。ARDS患者からのヒト肺の組織切片は、Institutional Review Board承認のプロトコルを使用して、University of Rochesterの病理学部門によって提供された。全ての試料は剖検で採取された。合計で、6人のARDS患者から16の切片と、3人のARDSのない対照患者から7つの切片を得た。対応する各セクションのH&E染色は、様々な程度の肺損傷および浮腫の内容を示す。免疫蛍光染色のために、組織切片を脱パラフィンして再水和した。次いで、抗原検索ステップを実行して、後続の抗体結合および免疫蛍光のためにエピトープを露出させた。
TEER
アッセイの前に、12ウェルトランスウェルプレート(孔径0.4μmのポリエステル膜インサートを備えた12mmトランスウェル;CORNING、Corning,NY)上で培養した細胞を組織培養フードに15分間移し、培地を室温に平衡化させた。TEERは、上皮電圧計(EVOM2;WORLD PRECISION INSTRUMENTS、Sarasota,FL)を使用して測定した。3つの読み取り値を記録し、各ウェルについて平均した。TEERを計算するために、細胞を含まないフィブロネクチンでコーティングしたインサートの抵抗(ブランク抵抗)を、測定された抵抗から差し引き、次いで1.12cmを乗じてインサートの表面積を求めた。
透過性
蛍光トレーサーに対する透過性は、以前に記載した修正プロトコルを使用して測定した(76)。TEER測定後、上部および下部のトランスウェルチャンバーをP緩衝液(pH7.4の10mM HEPES、1mMピルビン酸ナトリウム、10mMグルコース、3mM CaCl、および145mM NaCl)で2回洗浄した。100μg/mLの40kD FITC-デキストランおよび100μg/mLの3kD テキサスレッド-デキストランを含む500マイクロリットルの新たに調製した溶液を、頂端区画に加えた。1000マイクロリットルのP緩衝液を下部チャンバーに加えた。37℃で2時間インキュベートした後、100μlの基本培地を回収し、輸送されたデキストランの蛍光をSPECTRAMAX M5マルチモードマイクロプレートリーダー(MOLECULAR DEVICES、San Jose,CA)で測定した。励起波長および発光波長は、それぞれ、FITCで492nmおよび520nm、テキサスレッドで596nmおよび615nmである。標準曲線と比較することによりトレーサーの量を算出した。透過係数は、以下の式を使用して決定した(77):Pc(cm/min)=V/(AxCo)x(C/T)、式中、Vは下部区画容積(1ml)、Aは膜の表面積(ここで使用される12ウェルトランスウェルの場合は1.12cm)、Coは時間0での上部区画のデキストラン濃度(0.1mg/ml)、Cは時間T(2時間)での下部区画のデキストラン濃度である。
免疫沈降および質量分析
1枚の100mmプレートからの細胞を1mlのIP溶解緩衝液(1% NP-40、50mM Tris HCl、pH8.0)で溶解し、25ゲージシリンジで10回ホモジナイズした。製造者(MILTENYI BIOTEC、Bergisch-Gladbach,Germany)の指示に従ってμMACS Protein Gキットを使用して免疫沈降を行った。事前に清澄化した試料を、抗MRCKα抗体(PA1-10038、1:50希釈;FISHER、Waltham,MA)、抗β1抗体(UPSTATE、05-382、1:250希釈)、または対照としてのIgGとともに4℃で一晩インキュベートした。溶出液をSDS-PAGEグラジエントゲル(4~20%)により分析した。各レーンをほぼ同じサイズの10個の小片に切断した。次いで、ゲルのバンドを脱染し、還元し、トリプシンで一晩消化した。次いで、消化されたペプチド混合物を、Orbitrapシステムを使用してLC-MS/MS分析に供した。
β1サブユニットと相互作用するタンパク質の無標識定量化
Thermoの原データをmgf形式に変換した。結果として得られたピークリストを、PROTEIN PROSPECTOR(v5.22.0)を使用して以下の設定で検索した:最大1つの切断部位が欠落しているプロテアーゼとしてのトリプシン、MSに対する10ppmの質量許容誤差、MS/MSについてそれぞれ0.5Da(イオントラップ)および0.05Da(ORBITRAP)、固定としてのカルバミドメチル化(C)、可変修飾としての酸化(M)およびリン酸化(S/T/Y)。PROTEIN PROSPECTORからの結果を取得し、社内のPythonスクリプトを使用してクリーンアップした。NSAF測定を使用したタンパク質の定量化については以前に記載されている(23)。データの正規化、注釈、および統計分析は、Perseusを使用して実行した(78)。NSAFの統計分析には、スチューデントのt検定が使用された(79)。
実施例2 β1サブユニットの過剰発現が肺胞タイトジャンクションの発現を増加させる。
肺胞上皮バリアの細胞間結合の大部分は、隣接するATI細胞間にあり、その表面の95%を覆っている(5)。残念ながら、既存の細胞株はインビボでのATIの遺伝的特徴および表現型特徴を完全に再現しておらず、ATI細胞を直接単離することは技術的な課題をもたらす(19)。これを克服するために、ラットの初代ATII細胞が使用されたが、それは、該細胞を単離してインビトロで培養するとATI細胞に分化することができるためである(20)。プロセス中の表現型の変化を追跡するために、ATII(SPC)またはATI(T1α)に特異的な遺伝子についてqPCR分析を行った(図1A)。SPC mRNAレベルは、単離後24時間から48時間で15分の1に低下したことから、ATII表現型の喪失が示唆される。対照的に、T1αレベルは、単離後5日目まで継続的に増加し、ATI表現型への移行を示した。20μg/mlのフィブロネクチンでコーティングされたトランスウェルプレートで培養した場合、これらの細胞は、16HBE14oまたはCalu-3細胞で測定されたものに匹敵するかまたはそれ以上の、細胞単層全体の電気抵抗の測定値であるTEERを示し(図9A)(21)、細胞膜に局在するオクルディンおよびzo-1のほぼ連続的な染色が見られた(図9B)。一方、1μg/mlのリポ多糖で処理した場合、これらの細胞はTEERの低下および4kDデキストランに対する透過性の増加を示したことから(図9Cおよび図9D)、上皮バリアの損傷が示唆される。これらのデータは、この初代ラットATI培養系が、肺胞上皮バリアを研究するための適切なモデルとしての役割を果たすことを示している。
次に、上皮バリアにおけるその機能を調べるために、β1サブユニットをATI細胞で過剰発現させた。脂質ベースのアプローチは、これらの細胞に検出可能なトランスフェクションをもたらさなかったが、300Vおよび20ミリ秒の方形波を使用したエレクトロポレーションは、EGFP発現プラスミドによって決定されるように、最小限の細胞死を伴って約50%のトランスフェクション効率をもたらした(図10A)。同じアプローチを使用して、ラットβ1サブユニットをコードするプラスミドをATI細胞にトランスフェクトし、24時間後にタイトジャンクションの発現を測定した。mRNAレベルでは、β1サブユニットのレベルが上昇したにもかかわらず、β1サブユニットの過剰発現はオクルディンまたはzo-1に影響を与えなかった(図10B)。しかしながら、タンパク質レベルでは、オクルディンの3.9倍の増加、zo-1の2.5倍の増加、およびzo-2の8.2倍の増加が観察された(図1Bおよび図1C)。驚くべきことに、β1サブユニットがATII細胞にトランスフェクトされた場合、これらのタイトジャンクション構成タンパク質のいずれも発現の増加を示さなかった(図1Dおよび図1E)。同様の結果が、ヒトATII細胞株であるA549細胞でも観察された(データは示さず)。これらのデータは、β1サブユニットがタンパク質レベルでタイトジャンクションの発現を増加させ、そのような効果が肺胞のATI細胞に特異的であることを示すものである。
実施例3 β1サブユニットの過剰発現は、肺胞I型バリアの完全性を高める。
β1サブユニットがATI細胞においてタイトジャンクションのタンパク質発現を増加させたことを考慮して、これらの細胞におけるそれらの局在を分析した。免疫蛍光染色により、細胞膜上のオクルディン、zo-1、zo-2、およびクローディン-4のレベルの上昇が確認された(図2A)。次に、肺胞上皮バリアに対するβ1サブユニットの機能的効果を調査するためにアッセイを行った。エレクトロポレーションでは細胞をトリプシン処理する必要があり、それによって細胞単層が破壊され、TEERおよび透過性アッセイが妨げられるため、ラットβ1サブユニットをTet-onプラスミドにクローニングすることにより、ドキシサイクリン誘導系を作製してβ1サブユニットの発現を制御した。これにより、エレクトロポレーション後、細胞培養培地にドキシクリンを添加するだけで、ATI細胞の遺伝子発現をオンにすることができる。このシステムを使用してβ1サブユニットの発現を制御できるかどうかを調べるために、ヒト気管支上皮細胞株である16HBE14o-細胞に、エレクトロポレーションによりpCMV-tet調節プラスミドおよびpTet3G-ヒトβ1サブユニット発現プラスミドをコトランスフェクトし、その後直ちに増加する濃度のドキシサイクリン(0、1、10、100、1000ng/ml)を加えた。イムノブロット分析は、ドキシサイクリンがトランスフェクションの24時間後にβ1サブユニットの用量依存的なアップレギュレーションを引き起こし、1000ng/mlで最大誘導が見られたことを示した(図11A)。その結果、オクルディンおよびzo-1の発現も増加し、pCMV-ラットβ1プラスミドを使用した以前の知見が裏付けられた。さらに、ルシフェラーゼレポータープラスミドを使用すると、一過性のトランスフェクションがトランスフェクション後7日まで遺伝子のアップレギュレーションをもたらすことが明らかになった(図11B)。
このシステムを使用して、ATI細胞のタイトジャンクション機能に対するβ1サブユニットの役割を調べるためのアッセイを行った。ドキシサイクリンを培地に加える前は、細胞単層間でTEERに有意差は見られなかった(図10B)。しかしながら、1μg/mlのドキシサイクリンを加えた後、ドキシクリン処理群でTEERが有意に高くなり(3日目および4日目)、バリアの完全性の増加が示唆された。TEERの測定と一致して、3kDデキストランおよび40kDデキストランに対する透過性は、ドキシサイクリン処理後、それぞれ33.2%および18.5%低下した(図2C)。総合すると、これらのデータは、β1サブユニットの過剰発現が肺胞上皮バリア機能の改善をもたらすことを示した。
実施例4 β1サブユニットを介したタイトジャンクションのアップレギュレーションは、イオン輸送に依存しない。
Na+/K+-ATPアーゼのβサブユニットは、αサブユニットの成熟および膜輸送を促進し、それによってイオン輸送活性を増加させる(22)。この活性がβ1サブユニットのバリア増強効果に必要な場合、β2またはβ3アイソフォームの過剰発現はβ1と同じ効果を有する可能性がある。これを調べるために、単離の3日後、ATI細胞がATI表現型を表示したときに、ATI細胞にマウスβ2サブユニットまたはマウスβ3サブユニットをコードするプラスミドをトランスフェクトした。次いで、24時間後、ウェスタンブロットによりタイトジャンクション構成タンパク質のレベルを評価した。β1サブユニットとは対照的に、β2アイソフォームの過剰発現はオクルディンまたはzo-1の発現を増加させず(図3A)、β3サブユニットの過剰発現は、そのレベルをそれどころか低下させた(図3B)。
驚くべきことに、β3サブユニットの過剰発現はβ1サブユニットの総レベルを低下させ、おそらくこれら2つのβアイソフォームのαサブユニットへの競合的結合を示唆していることがわかった。ポンプ活性がバリア増強効果を媒介していないことをさらに確認するために、β1サブユニットによるトランスフェクション後に、ATP依存性ナトリウム-カリウム交換を阻害する強心配糖体であるウアバインで細胞を処理した。イムノブロット分析は、ウアバインが試験したいずれの濃度でもオクルディンのアップレギュレーションをブロックしなかったことを示した(図3C)。総合すると、これらの結果は、β1サブユニットがトランスポート非依存性の機構を通じてタイトジャンクションのバリア機能を促進することを示している。
実施例5 MRCKαは、上皮バリアの完全性を調節するβ1相互作用タンパク質である。
上記の知見は、β1サブユニットを介した上皮バリアの緊密性がそのイオン輸送活性とは無関係であることを示唆しているため、β1相互作用タンパク質が役割を果たす可能性があるという仮説が立てられた。しかしながら、文献で報告されたこれらのタンパク質はほんのわずかであり、それらのほとんどは神経系でのみ発現される(表S1/図16)。肺上皮細胞のβ1サブユニットと相互作用しているタンパク質を体系的に特定するために、タンデム質量分析を使用した。
16HBE14o-細胞からの細胞ライセートは、プロテインG磁気ビーズと、陰性対照としてβ1サブユニットに対する抗体またはGFPに対する抗体とを使用して免疫沈降した。次いで、得られたタンパク質複合体をゲル精製し、トリプシン消化に供した。スペクトルについてデータベースで検索した後、3つの独立した実験から2936の固有のタンパク質が特定された(補足ファイル)。次いで、各タンパク質に割り当てられた固有のペプチドの数を数えることに基づくラベルフリーの定量法である正規化されたスペクトル存在量係数(NSAF)を使用して、それらの相対存在量を定量化した(23)。合計138のタンパク質が潜在的な相互作用の基準に合格した(p<0.05、スチューデントのt検定)。これらのタンパク質の遺伝子オントロジー(GO)濃縮分析(24、25)により、ユビキチン化膜タンパク質のエンドソーム選別に関与する2つのプロセスであるエンドソーム輸送選別複合体(ESCRT)分解および多胞体組織化を含む生物学的プロセスのための有意な濃縮が明らかになった。表1(図15)は、上位15の相互作用タンパク質を示す。いくつかの相互作用物質は、β1自体の調節に重要な役割を果たし得る。例えば、MOGS(マンノシルオリゴ糖グルコシダーゼ)は、そのN-グリコシル化に関与している可能性があり、DTX3L(E3ユビキチン-タンパク質リガーゼDTX3L)は、そのユビキチン化に関与している可能性がある。
次に、GOが「細胞間結合」という用語を含むタンパク質をさらに調べた。β1サブユニットのこれらの相互作用物質は、肺胞上皮バリアの完全性を促進する際にその機能を媒介し得る。実際に、上位15の相互作用物質のうち2つは、「細胞間結合」を表すGOの用語を有する:PDCD6IP(プログラム細胞死6相互作用タンパク質またはAlix)およびCDC42BPA(筋強直性ジストロフィーキナーゼ関連CDC42結合キナーゼアルファまたはMRCKα)。Alixは、アクトミオシンタイトジャンクション極性複合体の組み立ておよび上皮バリアの完全性の維持に関与している。しかしながら、Alixの喪失は、タイトジャンクションのタンパク質量ではなく、編成に影響を与える(26)。したがって、MRCKαをさらに調べた。
MRCKαはセリン/スレオニンタンパク質キナーゼであり、細胞骨格の再編成におけるCdc42の下流エフェクターである(27)。本来の状態では、MRCKαはそのキナーゼ活性をブロックするホモ二量体を形成する(28)。一旦、活性化されると、MRCKαは、ミオシン軽鎖キナーゼ2およびLIMキナーゼを含む基質をリン酸化し、それによってアクチン-ミオシンの収縮を調節する(29)。自己阻害性二量体化の解離は、Rap1(30)およびPDK1(31)等の多くの因子によって誘発され得るMRCKα活性化の前提条件である。細胞骨格を調節することにより、活性化されたMRCKαは、細胞移動(31、32)、細胞極性(33)、および内皮接合部形成(30、34)等の多くの細胞プロセスに関与する。β1サブユニットがMRCKαを介して肺胞上皮バリアの完全性を高め得るという仮説が立てられた。
MRCKαは質量分析で40%を超える配列包括度を有するが(図12)、共免疫沈降実験によりβ1サブユニットとの相互作用を確認するためにアッセイを行った。3つのβアイソフォームのうち、β1サブユニットのみがMRCKαプルダウン複合体で検出され、この相互作用の特異性が示唆された(図4A)。ATI細胞におけるさらなる免疫蛍光染色は、β1が細胞膜上でMRCKαと共局在することを示した(図4B)。上皮バリア機能におけるMRCKαの役割を解読するために、ATI細胞でその発現をノックダウンし、タイトジャンクションのタンパク質レベルを評価した。MRCKαに対する低分子干渉RNA(siRNA)をトランスフェクトした細胞は、オクルディンとzo-1の両方のレベルが有意に低いことを示し(図4Cおよび図4D)、MRCKαがタイトジャンクション構成タンパク質の発現を安定化し得ることが示唆された。
MRCKαの機能喪失はタイトジャンクションを損なうため、β1サブユニットがMRCKαとの相互作用によって肺胞バリア機能を増強するという仮説が立てられた。この仮説を検証するために、最初にsiRNAを使用してMRCKαをノックダウンし、続いてドキシサイクリンを使用してβ1の過剰発現を誘導した。TEERは、ドキシサイクリンの添加後24、48、および72時間にはATI単層で有意に高かったが、MRCKαに対するsiRNAを細胞にトランスフェクトすると消失した(図5A)。これをさらに確認するために、MRCKαの強力な阻害剤である細胞を2μMのBDP5290で処理し(35)、バリアの完全性をTEERで評価した。siRNAノックダウンと一致して、ベースラインのTEERはMRCKα阻害時に減少した。さらに重要なことに、阻害剤による処理は、β1サブユニットが誘発するバリア完全性の増加を妨げた(図5B)。免疫蛍光染色により、β1サブユニットがzo-1の膜組織化を促進することも確認されたが、これはMRCKαがノックダウンされたときには観察されなかった所見である(図5C)。まとめると、これらのデータは、MRCKαの活性化による肺胞バリア機能の改善におけるβ1サブユニットの重要な役割を示している。
実施例6 MRCKα過剰発現のみで肺胞バリア機能を改善することができる。
上記のデータは、MRCKαがβ1によって誘導されるATI細胞上皮バリア増強の下流メディエーターであったことを示唆しているため、肺胞バリア機能を改善するにはMRCKαの活性増加のみで十分であると推測された。この仮説を検証するために、ATII細胞にMRCKαプラスミドをトランスフェクトし、TEERを使用してバリアの完全性を測定した。トランスフェクションの24時間後、TEERに有意差は検出されなかった。しかしながら、トランスフェクションの48時間後および72時間後の両方で、MRCKαをトランスフェクトした細胞に空のプラスミド対照と比較して有意に高い値が観察された(図6A)。この結果と一致して、オクルディンおよびzo-1は、MRCKαトランスフェクション時により高い強度および細胞間境界への局在の増加を示した(図6B)。これらの結果は、肺胞上皮バリアの完全性を促進するにはMRCKαの過剰発現のみで十分であることを示している。
実施例7 非筋肉ミオシンIIの活性化は、タイトジャンクションのβ1サブユニットの安定化を媒介する。
これまでの結果は、β1サブユニット相互作用タンパク質MRCKαが肺胞タイトジャンクションを促進するために必要かつ必須であるという仮説を支持している。この結論をさらに実証するために、ミオシン軽鎖キナーゼ2(ミオシンホスファターゼMYPT1の阻害により直接的または間接的に)、LIMキナーゼ、およびミオシン(29-31、33、36-38)を含むMRCKα下流経路の活性化を調べるためのアッセイを行ったこれらの基質のリン酸化は、ウェスタンブロット分析を使用して評価した。β1サブユニットの過剰発現により、Ser19でミオシン軽鎖2(MLC2)のリン酸化が2倍に誘導されることがわかった(図7A)。したがって、このデータは、β1サブユニットがMRCKαと相互作用して活性化することをさらに裏付けるものである。
アクチン-ミオシンの活性化は、タイトジャンクション複合体の集合を調節し(39)、またエンドサイトーシス分解を通して、それらの定常状態レベル(40-42)を調節する。MLC2の活性化は、ジャンクションへの動員、周囲のアクチン束の形成、およびバリアの成熟を促進する(30、33、34、43、44)。したがって、MLC2のβ1を介した活性化がバリアの完全性の増加に関与しているかどうかを調査するために、アッセイを行った。ミオシンIIの特異的阻害剤である20μMブレビスタチンの前処理は、β1サブユニットの過剰発現によって誘導されるTEERの増加を防いだ(図7B)。この結果と一致して、ウェスタンブロット分析は、ブレビスタチンによるATI細胞の処理がオクルディンのアップレギュレーションを有意に抑制することを示した(図7C)。総合すると、これらの結果は、ミオシンIIの活性化が、β1を介したタイトジャンクションの安定化および肺胞上皮バリアの増強に必要であることを示唆している。
実施例8 ヒトARDS患者はMRCKαの発現低下を示す。
MRCKαが肺胞バリアの完全性を調節することを考慮して、ARDSにおいてその発現が変化するかどうかを調べた。免疫蛍光染色は、ARDS患者の肺が、対照ドナーの肺と比較してはるかに低いレベルのMRCKαを発現し(図13Aおよび図8A)、相対蛍光強度が平均30%少ないことを示した(図8B)。肺胞に加えて、小気道も、特にオクルディンが発現している繊毛および基底細胞において、高レベルのMRCKαを発現した(図13B)。重要なことに、これらの組織の染色強度もARDS患者で減少した(図13C)。総合すると、これらのデータは、肺のMRCKαのレベルがより低いことがARDSの病態に関連していることを示している。
実施例9 インビボでのMRCKαの役割
この実施例では、インビボでのMRCKαの役割を調べるためにアッセイを行った。簡潔に述べると、肺炎感染または細菌性敗血症を模倣し、急性肺損傷/急性呼吸窮迫症候群(ALI/ARDS)を引き起こすLPSでマウスの肺を損傷させた。1日後、肺が好中球および肺水腫液で満たされたとき、図14Aおよび図14Bに示される様々なタンパク質をコードするプラスミドをエレクトロポレーションにより肺に送達した。プラスミドは、対照プラスミド(「空」、遺伝子産物を発現しないため、加えられるDNAの良好な陰性対照である)、およびNa/K-ATPアーゼ(「b1」)のβ1サブユニット、MRCKα(「MRCK」)、またはβ1サブユニットとMRCKαとの組み合わせ(「b1+MRCK」)をコードするものを含む。その2日後、肺を採取し、損傷のエンドポイントについて調べた。
エンドポイントは、肺組織の湿潤乾燥比、および気管支肺胞洗浄液(BALF)中の浸潤免疫細胞の総数であった。湿潤乾燥比は肺水腫の尺度であり、比率が高いほど肺の水分または浮腫が多く、したがって肺損傷がより大きい。BALFは、肺がどの程度損傷しているかを示す指標であり、細胞の数が多い場合は重度の損傷を示す。データ(図14Aおよび14B)は、肺へのMRCKαの遺伝子導入だけでも少し効果があったことを示しているが、β1サブユニットとともに送達した場合、その効果はより顕著であり、統計学的に非常に有意であった。このことは、MRCKを単独で使用してALI/ARDSを治療し、β1サブユニットと組み合わせて最適な治療を行うことができることを示すものであった。これらの結果は、MRCKαがインビボで機能することを示した。
実施例10 MRCKαは肺胞-毛細血管上皮-内皮バリア機能を改善する
この実施例では、インビボでの肺胞-毛細血管上皮-内皮バリア機能を改善するためのMRCKαの役割を調べるために、追加のアッセイを行った。
方法および材料
プラスミド
プラスミドpcDNA3は、PROMEGA(Madison,WI)から入手した。pCMV-MRCKαは、CMVプロモーターからヒトMRCKαを発現し、pCMV-Na+/K+-ATPアーゼβ1は、以前に記載されたように、GFPタグ付きラットNa+/K+-ATPアーゼβ1サブユニットを発現する(Gagliardi,P.A.,et al.,J Cell Biol 206:415-34、およびMachado-Aranda,D.,et al.,Am J Respir Crit Care Med 171:204-11)。QIAGEN GIGA-PREP KITS(QIAGEN、Chatsworth,CA)を使用してプラスミドを精製し、10mM Tris-HCl(pH8.0)、1mMエチレンジアミン四酢酸、および140mM NaClに懸濁した。
インビボでの遺伝子導入および急性肺損傷の誘導
雄のC57BL/6マウス(9~11週)をイソフルランで麻酔し、100μgの各プラスミドを、Lin,X.,et al.,Gene Ther 23:489-99に以前に記載されたように、吸引によって、50μの10mM Tris-HCl(pH8.0)、1mM EDTA、および140mM NaCl中でマウスの肺に送達した(β1とMRCKαの両方を送達した場合、エレクトロポレーションの前にそれぞれ100μgを投与した)。ECM830エレクトロポレーター(BTX,HARVARD APPARATUS、Holliston,MA)を用いてマウスの胸部に配置された電気生理学的な皮膚電極(MEDTRONIC、Redmond,WA)を使用して、200V/cmの電界強度で8つの10ミリ秒の方形波パルスを直ちに印加した。遺伝子導入の1日前に、全てのLPSチャレンジマウスに、吸引によって、50μlのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中の5mg/kgのLPS(Escherichia coli O55:B5、15,000,000 エンドトキシンユニット/mg タンパク質;SIGMA-ALDRICH、St.Louis,MO)を投与した。(n=5~11マウス/群)。全ての実験手順は、American Association for the Accreditation of Laboratory Animal Care承認施設で、実験動物のケアと使用に関する施設のガイドラインに従って実施された。
生きたマウスの肺胞液クリアランス(AFC)の測定
この試験で使用した方法は、Lin,X.,et al.,Gene Ther 23:489-99およびMutlu,G.M.,et al.,Circ Res 94:1091-100に以前に記載されたように、生きたマウスで行われた。簡潔に述べると、37℃の体温に維持されたマウスをジアゼパム(5mg/kg、腹腔内投与)およびペントバルビタール(50mg/kg、ジアゼパムの10分後に腹腔内投与)で麻酔した。5mm、20ゲージの血管カテーテル(BECTON-DICKENSON、Sandy,UT)で気管にカニューレを挿入し、カテーテルを小動物人工呼吸器に接続した後、臭化パンクロニウム(0.04mg、腹腔内投与)で麻痺させた。マウスは、100%酸素、および1分当たり160呼吸の頻度で、10ml/kgの1回換気量で換気した。5%無酸性のエバンスブルーで標識したウシ血清アルブミン(0.15mg/ml、SIGMA、St.Louis,MO)を含む等浸透圧性の(324mOsm)0.9% NaCl溶液300mlを、10秒にわたって気管内カテーテルに注入し、その後200μlの空気を注入して液体を肺胞腔に配置した。マウスを30度に傾けて仰臥位を維持し、30分間換気した後、両側気胸を作製するために開胸し、気管カテーテルからの流体の吸引を容易にした。吸引液中のタンパク質濃度は、Bradfordアッセイ(BIO-RAD LABORATORIES、Hercules,CA)を使用して評価し、AFCは以下の式を用いて計算した:AFC=1-(C/C30)、式中、Cは、注入前の注入液のタンパク質濃度であり、C30は、30分の機械的換気の終わりに得られた試料のタンパク質濃度である。クリアランスは、排出された総注入量/30分のパーセンテージとして表される。プロカテロール(特異的βARアゴニスト、10-8M)を陽性対照として注入液中で投与した。
湿潤乾燥比の測定
LPS誘発急性肺損傷の総肺水分含有量への影響は、LPSの注入から72時間後に決定した。マウスを左腎動脈および左腎静脈の断裂により失血させた後、肺を切除し、表面の液体を吸い取った。湿潤肺重量を評価し、70℃のハイブリダイゼーションオーブンに72時間肺を入れた後、安定した乾燥重量を得た。
気管支肺胞洗浄(BAL)分析
BALは、Lin,X.,et al.,Gene Ther 23:489-99およびMutlu,G.M.,et al.,Am J Respir Crit Care Med 176:582-90に以前に記載されたように行った。簡潔に述べると、滅菌PBSの2つの別々の0.5mlアリコートを、洗浄のためにマウスの肺に注入した。直ちに処理するために液体を氷上に置き、血球計数器を使用して洗浄液中の細胞の総数を数えた。BALからの細胞は、サイトスピン後にDIFF-QUIK(商標)(SIEMENS、Newark,DE)で染色した。
組織学的分析
マウスを屠殺した直後に、20cc/kgの10%(vol/vol)緩衝化ホルマリンで肺を膨張させ、パラフィン包埋切片に使用した。切片(5μm)をヘマトキシリンおよびエオシンで染色し、盲検化し、肺の炎症反応および病理学的変化の分析について検討した。
肺透過性分析
肺の透過性は、血液から気道へのエバンスブルー色素(EBD)の漏出によって測定した(Baluk,P.,et al.,Br J Pharmacol 126:522-8およびMammoto,A.,et al.,Nat Commun 4:1759)。LPSの気管内投与によりマウス(n=7~11)をチャレンジし、1日後、α1-ENaCまたはβ1-Na+/K+-ATPアーゼのみを発現するプラスミドを肺にエレクトロポレーションした。遺伝子導入の47時間後、尾静脈注射によってEBD(30mg/kg、SIGMA、St.Louis,MO)を投与した。1時間後、肺を5mlの滅菌PBSで灌流して血管系内のEBDを除去し、次いで取り出し、写真を撮影し、60℃で乾燥させた。24時間後、37℃のホルムアミド(FISHER SCIENTIFIC)中でEBDを24時間抽出し、620nmおよび740nmで分光光度的に測定することにより定量化し、式E620(EBD)=E620-(1.426×E740+0.030)を用いて補正した(Standiford,TJ,et al.,J Immunol 155:1515-24)。
ウェスタンブロット分析
ウェスタンブロットは、Lin,X.,et al.Am J Respir Crit Care Med 183:1689-97に以前に記載されたように行った。簡潔に述べると、プロテアーゼ阻害剤を含む溶解緩衝液に肺組織を可溶化した。30μgの総タンパク質を10% SDS-PAGEにロードし、PVDF膜に転写し、オクルディン(THERMO FISHER SCIENTIFIC、Waltham,MA)、ZO-1(INVITROGEN、Carlsbad,CA)、またはGAPDH(SIGMA-ALDRICH、St.Louis,MO)に対する一時抗体でプローブした。二次抗体とインキュベーションして展開した後、CHEMIDOC IMAGING SYSTEM(BIO-RAD、Hercules.CA)を使用してバンドを検出し、IMAGE STUDIO(商標)LITEソフトウェア(LI-COR、Lincoln,NE)またはIMAGE LABソフトウェア(BIO-RAD、Hercules,CA)を使用して定量化した。
統計分析
定量的結果は、インビボ試験では平均±SEM、インビトロ実験では平均±SDとして表される。データを一元配置ANOVAまたは二元配置ANOVAで統計的に評価し、P値<0.05は統計的に有意であると見なした。
結果
既存のLPS誘発性肺損傷を有するマウスにMRCKαを遺伝子導入すると、肺損傷の複数の指標が減少する。
Na+/K+-ATPアーゼのβ1サブユニットをマウスの肺に遺伝子導入すると、その後のLPS誘発性肺損傷を防ぎ、既存のLPS誘発性肺損傷を治療することができる。重量分析によって測定されるこの肺水腫の減少は、Na+/K+-ATPアーゼの機能による肺からの活発な流体除去の増加と、β1サブユニットの過剰発現によって誘発されるバリア機能の増加の両方の組み合わせに起因するものであった。培養細胞では、β1サブユニットがMRCKαを介してバリア機能をアップレギュレートするシグナルを伝達することが示されたため、MRCKαの過剰発現が既存のLPS誘発性肺損傷を有する肺における肺水腫の減少にもつながり得るかどうかを調べるためにアッセイを行った。
簡潔に述べると、LPS(5mg/kg)の気管内投与によりマウスの肺を損傷させ、1日後、β1-Na+/K+-ATPアーゼまたはMRCKαを発現するプラスミドを個別にまたは組み合わせて肺にエレクトロポレーションした。2日後、湿潤乾燥比、組織学的分析、BALタンパク質レベルおよび細胞性の測定によって損傷を評価した。β1-Na+/K+-ATPアーゼの遺伝子導入により、非発現性の空の対照プラスミド(pCDNA3)を投与したLPS損傷動物と比較して、湿潤乾燥比の低下(図17)、損傷の組織学的徴候の減少(図18)、ならびにマウスのBALF中の総細胞数およびPMN数の減少がもたらされた(図19)。これらの結果は、前述した以前の知見を裏付けるものである。
MRCKαの遺伝子導入だけで、pcDNA3と比較して、Na+/K+-ATPアーゼのβ1サブユニットよりもわずかに大きい程度まで動物の湿潤乾燥比を低下させ、組織学による肺損傷の軽減、ならびにいくらか減少したレベルのBAL中の総細胞数およびPMNを示したが、その減少は統計的有意性に達しなかった(図15~図19)。しかしながら、β1-Na+/K+-ATPアーゼまたはMRCKαプラスミドの両方がマウスに同時送達された場合に、最も程度の高い治療効果が見られた。これらの結果は、マウスにおける既存の急性肺損傷を治療するためにMRCKαを単独で使用できることを示唆しているが、最大の効果はβ1-Na+/K+-ATPアーゼ遺伝子導入と組み合わせても同様に見られる可能性がある。
MRCKαの遺伝子導入だけで、LPS損傷肺のタイトジャンクション構成タンパク質のレベルを増加させる。
MRCKαの遺伝子導入だけで、培養細胞で見られるように、およびβ1-Na+/K+-ATPアーゼの遺伝子導入後にマウスの肺で見られるように、タイトジャンクション構成タンパク質のレベルを増加できるかどうかを判断するために、健康な肺およびLPS損傷肺の両方でタイトジャンクション構成タンパク質ZO-1およびオクルディンの発現を測定した。LPSによる肺の損傷は、ZO-1とオクルディンの両方のレベルを低下させた。図20に示すように、生理食塩水または対照プラスミドpcDNA3の送達は、LPS損傷動物におけるZO-1またはオクルディンの発現に影響を与えなかった。対照的に、β1-Na+/K+-ATPアーゼ、MRCKα、またはこれら2つの組み合わせを発現するプラスミドの送達は、健康な動物におけるZO-1とオクルディンの両方の発現を3~4倍と大幅に増強した。β1がMRCKαを介してシグナルを伝達すると仮定すると、これらのタイトジャンクション構成タンパク質の誘導に、プラスミドの単独または組み合わせによる違いは見られなかった。これらの結果は、膜のタイトジャンクション構成タンパク質レベルおよびタイトジャンクション活性を増加させるにはMRCKαの遺伝子導入のみで十分であるという培養細胞における知見を裏付けるものである。
Na+/K+-ATPアーゼβ1サブユニットおよび/またはMRCKαのいずれかの遺伝子導入により、マウスのLPS損傷肺の透過性が改善される。
タイトジャンクションのβ1-Na+/K+-ATPアーゼおよびMRCKαによる調節がLPS誘発性ALIの治療に寄与するかどうかをさらに調べるために、血液から気道へのエバンスブルー色素の漏出によって肺透過性を測定した。内皮および/または上皮バリアの破壊により、LPSに応答した肺漏出は、ナイーブマウスと比較して3倍~4倍増加した(図21)。LPS注入後の対照プラスミドpcDNA3の導入は、肺漏出に変化をもたらさず、またエレクトロポレーションの非存在下でのPBSの投与も変化をもたらさなかった。β1-Na+/K+-ATPアーゼの遺伝子導入は、MRCKα単独またはβ1サブユニットと組み合わせた遺伝子導入と同様に、LPS単独と比較して、以前にLPSによって誘発された肺漏出を著しく減少させた。まとめると、これらの結果は、MRCKαの遺伝子導入が肺漏出の阻害に重要な役割を果たし、したがって内皮および/または上皮バリア(複数可)を機能的に増強することを示唆している。
Na+/K+-ATPアーゼβ1サブユニットの過剰発現は、マウスの肺における肺胞液クリアランスを増強するが、MRCKαは増強しない。
以前の研究では、エレクトロポレーションを介したβ1-Na+/K+-ATPアーゼ遺伝子導入により、肺胞液クリアランス(AFC)が単離されたラットの肺で74%、マウスの肺で43%増加したことが報告されている。培養細胞における結果は、β1Na+/K+-ATPアーゼによるMRCKαの活性化を示しているが、この活性化が双方向であるかどうか、すなわちMRCKαもまたβ1Na+/K+-ATPアーゼを活性化することができ、AFCの増加をもたらすかどうかを調べるためにアッセイが行われた。
MRCKαの過剰発現がAFCの増加をもたらすかどうかを決定するために、β1-Na+/K+-ATPアーゼまたはMRCKαをコードするプラスミドを、個別に、または組み合わせて、吸引およびエレクトロポレーションによりマウスの肺に送達した。2日後、換気、酸素添加、および血清pHを維持する、機械的に換気された無傷の肺モデルの変更例を使用して、生きたマウスでAFCを測定した(図22)。Mutlu,GM,et al.,Circ Res 94:1091-100およびMutlu,GM,et al.,Circ Res 96:999-1005。
空のプラスミドであるpcDNA3のエレクトロポレーションは、ナイーブマウスと比較してAFCを増加させなかった。対照的に、β1-Na+/K+-ATPアーゼの遺伝子導入は、AFCを115%有意に増加させ、これは以前に見られたものよりも高かった(Mutlu,GM,et al.,Circ Res 94:1091-100およびMutlu,GM,et al.,Circ Res 96:999-1005)。同様に、肺胞上皮β2-アドレナリン受容体特異的アゴニストであるプロカテロール(10-8mol/L)を注入液に含めると、AFCが145%増加した。しかしながら、エレクトロポレーション後にマウスの肺でMRCKαを過剰発現させた場合、pcDNA3で見られたまたはナイーブな動物に見られたものを上回るAFCの増加は見られなかった。さらに、β1-Na+/K+-ATPアーゼと組み合わせたMRCKαのマウス肺へのエレクトロポレーションは、β1-Na+/K+-ATPアーゼ単独で見られるものを超えてAFCを有意に増加させることができなかった。これらの結果は、MRCKαがAFCを駆動するβ1-Na+/K+-ATPアーゼイオンチャネル活性を増加させるために信号を戻さないことを示唆している。
総合すると、この結果は、マウスの肺におけるMRCKαの過剰発現だけで、タイトジャンクション構成タンパク質レベルをアップレギュレートすることにより、既存のLPS誘発性急性肺損傷を治療することができ、その結果、肺胞-毛細血管上皮-内皮バリア機能を改善することを明確に示している。MRCKα単独での遺伝子送達後、肺水腫が減少し、組織学的肺損傷が軽減し、浸潤する好中球の数が減少し、肺透過性が低下するが、これらは全て、速度または肺胞液クリアランスに影響を与えない。さらに、Na+/K+-ATPアーゼβ1サブユニットと同時投与すると、その効果はさらに顕著になる。これは、MRCKαの過剰発現がALI/ARDSの治療として使用され得ることを示唆するものである。
参考文献
1.Rubenfeld GD,Caldwell E,Peabody E,Weaver J,Martin DP,Neff M,et al.Incidence and outcomes of acute lung injury.The New England journal of medicine.2005;353(16):1685-93.
2.Villar J,Blanco J,and Kacmarek RM.Current incidence and outcome of the acute respiratory distress syndrome.Curr Opin Crit Care.2015.
3.Hussain M,Xu C,Ahmad M,Majeed A,Lu M,Wu X,et al.Acute Respiratory Distress Syndrome:Bench-to-Bedside Approaches to Improve Drug Development.Clin Pharmacol Ther.2018.
4.Bhattacharya J,and Matthay MA.Regulation and repair of the alveolar-capillary barrier in acute lung injury.Annual review of physiology.2013;75:593-615.
5.Koval M. Claudin heterogeneity and control of lung tight junctions.Annual review of physiology.2013;75:551-67.
6.Overgaard CE,Mitchell LA,and Koval M. In:Fromm M,and Schulzke JD eds.Annals of the New York Academy of Sciences.2012:167-74.
7.Zihni C,Mills C,Matter K,and Balda MS.Tight junctions:from simple barriers to multifunctional molecular gates.Nature reviews Molecular cell biology.2016.
8.Peteranderl C,Morales-Nebreda L,Selvakumar B,Lecuona E,Vadasz I,Morty RE,et al.Macrophage-epithelial paracrine crosstalk inhibits lung edema clearance during influenza infection.The Journal of clinical investigation.2016;126(4):1566-80.
9.Nieto-Torres JL,Dediego ML,Verdia-Baguena C,Jimenez-Guardeno JM,Regla-Nava JA,Fernandez-Delgado R,et al.Severe acute respiratory syndrome coronavirus envelope protein ion channel activity promotes virus fitness and pathogenesis.PLoS pathogens.2014;10(5):e1004077.
10.Helenius IT,Dada LA,and Sznajder JI.Role of ubiquitination in Na,K-ATPase regulation during lung injury.Proceedings of the American Thoracic Society.2010;7(1):65-70.
11.Comellas AP,Briva A,Dada LA,Butti ML,Trejo HE,Yshii C,et al.Endothelin-1 impairs alveolar epithelial function via endothelial ETB receptor.American journal of respiratory and critical care medicine.2009;179(2):113-22.
12.Factor P,Dumasius V,Saldias F,and Sznajder JI.Adenoviral-mediated overexpression of the NA,K-ATPase beta1 subunit gene increases lung edema clearance and improves survival during acute hyperoxic lung injury in rats.Chest.1999;116(1 Suppl):24S-5S.
13.Factor P,Dumasius V,Saldias F,Brown LA,and Sznajder JI.Adenovirus-mediated transfer of an Na+/K+-ATPase beta1 subunit gene improves alveolar fluid clearance and survival in hyperoxic rats.Hum Gene Ther.2000;11(16):2231-42.
14.Adir Y,Factor P,Dumasius V,Ridge KM,and Sznajder JI.Na,K-ATPase gene transfer increases liquid clearance during ventilation-induced lung injury.American journal of respiratory and critical care medicine.2003;168(12):1445-8.
15.Machado-Aranda D,Adir Y,Young JL,Briva A,Budinger GR,Yeldandi AV,et al.Gene transfer of the Na+,K+-ATPase beta1 subunit using electroporation increases lung liquid clearance.American journal of respiratory and critical care medicine.2005;171(3):204-11.
16.Mutlu GM,Machado-Aranda D,Norton JE,Bellmeyer A,Urich D,Zhou R,et al.Electroporation-mediated gene transfer of the Na+,K+ -ATPase rescues endotoxin-induced lung injury.American journal of respiratory and critical care medicine.2007;176(6):582-90.
17.Emr BM,Roy S,Kollisch-Singule M,Gatto LA,Barravecchia M,Lin X,et al.Electroporation-mediated gene delivery of Na+,K+ -ATPase,and ENaC subunits to the lung attenuates acute respiratory distress syndrome in a two-hit porcine model.Shock.2015;43(1):16-23.
18.Lin X,Barravecchia M,Kothari P,Young JL,and Dean DA. beta1-Na(+),K(+)-ATPase gene therapy upregulates tight junctions to rescue lipopolysaccharide-induced acute lung injury.Gene therapy.2016;23(6):489-99.
19.Marconett CN,Zhou B,Sunohara M,Pouldar TM,Wang H,Liu Y,et al.Cross-Species Transcriptome Profiling Identifies New Alveolar Epithelial Type I Cell-Specific Genes.American journal of respiratory cell and molecular biology.2017;56(3):310-21.
20.Cheek JM,Evans MJ,and Crandall ED.Type I cell-like morphology in tight alveolar epithelial monolayers.Experimental cell research.1989;184(2):375-87.
21.Wan H,Winton HL,Soeller C,Stewart GA,Thompson PJ,Gruenert DC,et al.Tight junction properties of the immortalized human bronchial epithelial cell lines Calu-3 and 16HBE14o.The European respiratory journal.2000;15(6):1058-68.
22.Hasler U,Wang X,Crambert G,Beguin P,Jaisser F,Horisberger JD,et al.Role of beta-subunit domains in the assembly,stable expression,intracellular routing,and functional properties of Na,K-ATPase.The Journal of biological chemistry.1998;273(46):30826-35.
23.Paoletti AC,Parmely TJ,Tomomori-Sato C,Sato S,Zhu D,Conaway RC,et al.Quantitative proteomic analysis of distinct mammalian Mediator complexes using normalized spectral abundance factors.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.2006;103(50):18928-33.
24.Ashburner M,Ball CA,Blake JA,Botstein D,Butler H,Cherry JM,et al.Gene ontology:tool for the unification of biology.The Gene Ontology Consortium.Nat Genet.2000;25(1):25-9.
25.The Gene Ontology C. Expansion of the Gene Ontology knowledgebase and resources.Nucleic Acids Res.2017;45(D1):D331-D8.
26.Campos Y,Qiu X,Gomero E,Wakefield R,Horner L,Brutkowski W,et al.Alix-mediated assembly of the actomyosin-tight junction polarity complex preserves epithelial polarity and epithelial barrier.Nat Commun.2016;7:11876.
27.Leung T,Chen XQ,Tan I,Manser E,and Lim L. Myotonic dystrophy kinase-related Cdc42-binding kinase acts as a Cdc42 effector in promoting cytoskeletal reorganization.Mol Cell Biol.1998;18(1):130-40.
28.Tan I,Seow KT,Lim L,and Leung T. Intermolecular and intramolecular interactions regulate catalytic activity of myotonic dystrophy kinase-related Cdc42-binding kinase alpha.Mol Cell Biol.2001;21(8):2767-78.
29.Unbekandt M,and Olson MF.The actin-myosin regulatory MRCK kinases:regulation,biological functions and associations with human cancer.J Mol Med(Berl).2014;92(3):217-25.
30.Ando K,Fukuhara S,Moriya T,Obara Y,Nakahata N,and Mochizuki N. Rap1 potentiates endothelial cell junctions by spatially controlling myosin II activity and actin organization.The Journal of cell biology.2013;202(6):901-16.
31.Gagliardi PA,di Blasio L,Puliafito A,Seano G,Sessa R,Chianale F,et al.PDK1-mediated activation of MRCKalpha regulates directional cell migration and lamellipodia retraction.The Journal of cell biology.2014;206(3):415-34.
32.Wilkinson S,Paterson HF,and Marshall CJ.Cdc42-MRCK and Rho-ROCK signalling cooperate in myosin phosphorylation and cell invasion.Nature cell biology.2005;7(3):255-61.
33.Zihni C,Vlassaks E,Terry S,Carlton J,Leung TKC,Olson M,et al.An apical MRCK-driven morphogenetic pathway controls epithelial polarity.Nature cell biology.2017;19(9):1049-60.
34.Marston DJ,Higgins CD,Peters KA,Cupp TD,Dickinson DJ,Pani AM,et al.MRCK-1 Drives Apical Constriction in C. elegans by Linking Developmental Patterning to Force Generation.Curr Biol.2016;26(16):2079-89.
35.Unbekandt M,Croft DR,Crighton D,Mezna M,McArthur D,McConnell P,et al.A novel small-molecule MRCK inhibitor blocks cancer cell invasion.Cell Commun Signal.2014;12:54.
36.Sumi T,Matsumoto K,Shibuya A,and Nakamura T. Activation of LIM kinases by myotonic dystrophy kinase-related Cdc42-binding kinase alpha.The Journal of biological chemistry.2001;276(25):23092-6.
37.Tan I,Yong J,Dong JM,Lim L,and Leung T. A tripartite complex containing MRCK modulates lamellar actomyosin retrograde flow.Cell.2008;135(1):123-36.
38.Lee IC,Leung T,and Tan I. Adaptor protein LRAP25 mediates myotonic dystrophy kinase-related Cdc42-binding kinase(MRCK)regulation of LIMK1 protein in lamellipodial F-actin dynamics.The Journal of biological chemistry.2014;289(39):26989-7003.
39.Spadaro D,Le S,Laroche T,Mean I,Jond L,Yan J,et al.Tension-Dependent Stretching Activates ZO-1 to Control the Junctional Localization of Its Interactors.Curr Biol.2017;27(24):3783-95 e8.
40.Shen L,and Turner JR.Actin depolymerization disrupts tight junctions via caveolae-mediated endocytosis.Molecular biology of the cell.2005;16(9):3919-36.
41.Nighot PK,and Blikslager AT.Chloride channel ClC-2 modulates tight junction barrier function via intracellular trafficking of occludin.American journal of physiology Cell physiology.2012;302(1):C178-87.
42.Marchiando AM,Shen L,Graham WV,Weber CR,Schwarz BT,Austin JR,2nd,et al.Caveolin-1-dependent occludin endocytosis is required for TNF-induced tight junction regulation in vivo.The Journal of cell biology.2010;189(1):111-26.
43.Smutny M,Cox HL,Leerberg JM,Kovacs EM,Conti MA,Ferguson C,et al.Myosin II isoforms identify distinct functional modules that support integrity of the epithelial zonula adherens.Nature cell biology.2010;12(7):696-U147.
44.Itoh M,Tsukita S,Yamazaki Y,and Sugimoto H. Rho GTP exchange factor ARHGEF11 regulates the integrity of epithelial junctions by connecting ZO-1 and RhoA-myosin II signaling.Proc Natl Acad Sci U S A.2012;109(25):9905-10.
45.Emr BM,Roy S,Kollisch-Singule M,Gatto LA,Barravecchia M,Lin X,et al.Electroporation Mediated Gene Delivery of Na+,K+-ATPase and ENaC Subunits to the Lung Attenuates Acute Respiratory Distress Syndrome in a Two-Hit Porcine Model.Shock.2014.
46.Grzesik BA,Vohwinkel CU,Morty RE,Mayer K,Herold S,Seeger W,et al.Efficient gene delivery to primary alveolar epithelial cells by nucleofection.American journal of physiology Lung cellular and molecular physiology.2013;305(11):L786-94.
47.Torres-Flores JM,and Arias CF.Tight Junctions Go Viral!Viruses.2015;7(9):5145-54.
48.Hackett TL,de Bruin HG,Shaheen F,van den Berge M,van Oosterhout AJ,Postma DS,et al.Caveolin-1 controls airway epithelial barrier function.Implications for asthma.American journal of respiratory cell and molecular biology.2013;49(4):662-71.
49.Lingrel JB.The Physiological Significance of the Cardiotonic Steroid/Ouabain-Binding Site of the Na,K-ATPase.Annual review of physiology.2010;72:395-412.
50.Cherniavsky-Lev M,Golani O,Karlish SJ,and Garty H. Ouabain-induced internalization and lysosomal degradation of the Na+/K+-ATPase.The Journal of biological chemistry.2014;289(2):1049-59.
51.Yoshimura SH,Iwasaka S,Schwarz W,and Takeyasu K. Fast degradation of the auxiliary subunit of Na+/K+-ATPase in the plasma membrane of HeLa cells.J Cell Sci.2008;121(Pt 13):2159-68.
52.Flodby P,Kim YH,Beard LL,Gao D,Ji Y,Kage H,et al.Knockout Mice Reveal a Major Role for Alveolar Epithelial Type I Cells in Alveolar Fluid Clearance.American journal of respiratory cell and molecular biology.2016.
53.Clifford RJ,and Kaplan JH.Regulation of Na,K-ATPase subunit abundance by translational repression.The Journal of biological chemistry.2009;284(34):22905-15.
54.Zatyka M,Ricketts C,da Silva Xavier G,Minton J,Fenton S,Hofmann-Thiel S,et al.Sodium-potassium ATPase 1 subunit is a molecular partner of Wolframin,an endoplasmic reticulum protein involved in ER stress.Human molecular genetics.2008;17(2):190-200.
55.Morton MJ,Farr GA,Hull M,Capendeguy O,Horisberger JD,and Caplan MJ.Association with {beta}-COP regulates the trafficking of the newly synthesized Na,K-ATPase.The Journal of biological chemistry.2010;285(44):33737-46.
56.Hatzold J,Beleggia F,Herzig H,Altmuller J,Nurnberg P,Bloch W,et al.Tumor suppression in basal keratinocytes via dual non-cell-autonomous functions of a Na,K-ATPase beta subunit.Elife.2016;5.
57.Mao H,Ferguson TS,Cibulsky SM,Holmqvist M,Ding C,Fei H,et al.MONaKA,a novel modulator of the plasma membrane Na,K-ATPase.The Journal of neuroscience:the official journal of the Society for Neuroscience.2005;25(35):7934-43.
58.Brignone MS,Lanciotti A,Macioce P,Macchia G,Gaetani M,Aloisi F,et al.The beta1 subunit of the Na,K-ATPase pump interacts with megalencephalic leucoencephalopathy with subcortical cysts protein 1(MLC1)in brain astrocytes:new insights into MLC pathogenesis.Human molecular genetics.2011;20(1):90-103.
59.Lanciotti A,Brignone MS,Molinari P,Visentin S,De Nuccio C,Macchia G,et al.Megalencephalic leukoencephalopathy with subcortical cysts protein 1 functionally cooperates with the TRPV4 cation channel to activate the response of astrocytes to osmotic stress:dysregulation by pathological mutations.Human molecular genetics.2012;21(10):2166-80.
60. de Juan-Sanz J,Nunez E,Villarejo-Lopez L,Perez-Hernandez D,Rodriguez-Fraticelli AE,Lopez-Corcuera B,et al.Na+/K+-ATPase is a new interacting partner for the neuronal glycine transporter GlyT2 that downregulates its expression in vitro and in vivo.The Journal of neuroscience:the official journal of the Society for Neuroscience.2013;33(35):14269-81.
61.Factor P,Saldias F,Ridge K,Dumasius V,Zabner J,Jaffe HA,et al.Augmentation of lung liquid clearance via adenovirus-mediated transfer of a Na,K-ATPase beta1 subunit gene.The Journal of clinical investigation.1998;102(7):1421-30.
62.Bartolommei G,Moncelli MR,and Tadini-Buoninsegni F. A method to measure hydrolytic activity of adenosinetriphosphatases(ATPases).PloS one.2013;8(3):e58615.
63.Chruewkamlow N,Pata S,Mahasongkram K,Laopajon W,Kasinrerk W,and Chiampanichayakul S. beta3 subunit of Na,K ATPase regulates T cell activation with no involvement of Na,K ATPase activity.Immunobiology.2015.
64.Tokhtaeva E,Clifford RJ,Kaplan JH,Sachs G,and Vagin O. Subunit Isoform Selectivity in Assembly of Na,K-ATPase alpha-beta Heterodimers.Journal of Biological Chemistry.2012;287(31):26115-25.
65.Hilbers F,Kopec W,Isaksen TJ,Holm TH,Lykke-Hartmann K,Nissen P,et al.Tuning of the Na,K-ATPase by the beta subunit.Sci Rep.2016;6:20442.
66.Pankow S,Bamberger C,Calzolari D,Bamberger A,and Yates JR,3rd.Deep interactome profiling of membrane proteins by co-interacting protein identification technology.Nature protocols.2016;11(12):2515-28.
67.Vit O,and Petrak J.Integral membrane proteins in proteomics.How to break open the black box?J Proteomics.2017;153:8-20.
68.Gagliardi PA,Blasio L,Puliafito A,Seano G,Chianale F,Sessa R,et al.PDK1 regulates epithelial cell migration through MRCK.Febs J.2013;280:378-.
69.Balasubramaniam SL,Gopalakrishnapillai A,Gangadharan V,Duncan RL,and Barwe SP.Sodium-calcium exchanger 1 regulates epithelial cell migration via calcium-dependent extracellular signal-regulated kinase signaling.The Journal of biological chemistry.2015;290(20):12463-73.
70.Acosta-Herrera M,Pino-Yanes M,Perez-Mendez L,Villar J,and Flores C. Assessing the quality of studies supporting genetic susceptibility and outcomes of ARDS.Frontiers in genetics.2014;5:20.
71.Gagliardi PA,Somale D,Puliafito A,Chiaverina G,di Blasio L,Oneto M,et al.MRCK alpha is activated by caspase cleavage to assemble an apical actin ring for epithelial cell extrusion.Journal of Cell Biology.2018;217(1):231-49.
72.Gudipaty SA,and Rosenblatt J.Epithelial cell extrusion:Pathways and pathologies.Semin Cell Dev Biol.2017;67:132-40.
73.Unbekandt M,Belshaw S,Bower J,Clarke M,Cordes J,Crighton D,et al.Discovery of potent and selective MRCK inhibitors with therapeutic effect on skin cancer.Cancer research.2018.
74.Dobbs LG,Gonzalez R,and Williams MC.An improved method for isolating type II cells in high yield and purity.The American review of respiratory disease.1986;134(1):141-5.
75.Livak KJ,and Schmittgen TD.Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(T)(-Delta Delta C)method.Methods.2001;25(4):402-8.
76.Larre I,Lazaro A,Contreras RG,Balda MS,Matter K,Flores-Maldonado C,et al.Ouabain modulates epithelial cell tight junction.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.2010;107(25):11387-92.
77.Strengert M,and Knaus UG.Analysis of epithelial barrier integrity in polarized lung epithelial cells.Methods in molecular biology.2011;763:195-206.
78.Tyanova S,Temu T,Sinitcyn P,Carlson A,Hein MY,Geiger T,et al.The Perseus computational platform for comprehensive analysis of(prote)omics data.Nature methods.2016;13(9):731-40.
79.Morris JH,Knudsen GM,Verschueren E,Johnson JR,Cimermancic P,Greninger AL,et al.Affinity purification-mass spectrometry and network analysis to understand protein-protein interactions.Nature protocols.2014;9(11):2539-54.
80.Jorgensen PL,Hakansson KO,and Karlish SJD.Structure and mechanism of Na,K-ATPase:Functional sites and their interactions.Annual review of physiology.2003;65:817-49.
81.Tokhtaeva E,Sun H,Deiss-Yehiely N,Wen Y,Soni PN,Gabrielli NM,et al.FXYD5 O-glycosylated ectodomain impairs adhesion by disrupting cell-cell trans-dimerization of Na,K-ATPase beta1 subunits.J Cell Sci.2016.
82.Barwe SP,Anilkumar G,Moon SY,Zheng Y,Whitelegge JP,Rajasekaran SA,et al.Novel role for Na,K-ATPase in phosphatidylinositol 3-kinase signaling and suppression of cell motility.Molecular biology of the cell.2005;16(3):1082-94.
83.Gorokhova S,Bibert S,Geering K,and Heintz N. A novel family of transmembrane proteins interacting with beta subunits of the Na,K-ATPase.Human molecular genetics.2007;16(20):2394-410.
84.Jha S,and Dryer SE.The beta1 subunit of Na+/K+-ATPase interacts with BKCa channels and affects their steady-state expression on the cell surface.FEBS letters.2009;583(19):3109-14.
85.Su Y,Al-Lamki RS,Blake-Palmer KG,Best A,Golder ZJ,Zhou A,et al.Physical and functional links between anion exchanger-1 and sodium pump.Journal of the American Society of Nephrology:JASN.2015;26(2):400-9.
86.Carmosino M,Torretta S,Procino G,Timperio A,Zolla L,and Svelto M. Na+/K+-ATPase beta1-subunit is recruited in Na-K-2Cl co-transporter isoform 2 multiprotein complexes in rat kidneys:possible role in blood pressure regulation.Journal of hypertension.2014;32(9):1842-53.
87.Liu YF,Sowell SM,Luo Y,Chaubey A,Cameron RS,Kim HG,et al.Autism and Intellectual Disability-Associated KIRREL3 Interacts with Neuronal Proteins MAP1B and MYO16 with Potential Roles in Neurodevelopment.PloS one.2015;10(4):e0123106.
88.Hu LY,and Kontrogianni-Konstantopoulos A. The kinase domains of obscurin interact with intercellular adhesion proteins.FASEB journal:official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology.2013;27(5):2001-12.
前述の実施例および好ましい実施形態の記載は、特許請求の範囲によって定義される本発明を限定するものではなく、例示するものとして解釈されるべきである。容易に理解されるように、上記の特徴の多数の変形例および組み合わせは、特許請求の範囲に記載される本発明から逸脱することなく用いられ得る。そのような変形例は、本発明の範囲からの逸脱とはみなされず、そのような全ての変形例は、以下の特許請求の範囲に含まれることが意図される。本明細書において言及される全ての参考文献は、その全体が参考により組み込まれる。
更なる実施形態:
(実施形態1)
上皮または内皮バリアの完全性または機能を改善する方法であって、前記バリアの1つまたは複数の細胞における筋緊張性ジストロフィーキナーゼ関連Cdc42結合キナーゼα(MRCKα)のレベルを増加させることを含む、方法。
(実施形態2)
前記上皮バリアが肺胞上皮バリアである、実施形態1に記載の方法。
(実施形態3)
MRCKαのレベルが、MRCKα遺伝子の酵素レベルまたは発現レベルである、実施形態1または2に記載の方法。
(実施形態4)
MRCKαのレベルを増加させることが、MRCKαポリペプチドまたはMRCKαポリペプチドをコードする第1の核酸を1つまたは複数の細胞に導入することを含む、実施形態1~3のいずれか一項に記載の方法。
(実施形態5)
前記1つまたは複数の細胞におけるNa+/K+-ATPアーゼ(NKA)β1サブユニットのレベルを増加させることをさらに含む、実施形態1~4のいずれか一つに記載の方法。
(実施形態6)
NKA β1サブユニットのレベルが、NKA β1遺伝子の活性レベルまたは発現レベルである、実施形態5に記載の方法。
(実施形態7)
NKA β1サブユニットポリペプチドのレベルを増加させることが、NKA β1サブユニットポリペプチドまたはNKA β1サブユニットポリペプチドをコードする第2の核酸を前記細胞に導入することを含む、実施形態5または6に記載の方法。
(実施形態8)
前記細胞が肺胞上皮細胞である、実施形態1~7のいずれか一つに記載の方法。
(実施形態9)
細胞がインビトロである、実施形態1~8のいずれか一つに記載の方法。
(実施形態10)
前記細胞が対象のインビボである、実施形態1~8のいずれか一つ記載の方法。
(実施形態11)
前記第1の核酸または前記第2の核酸が発現ベクター中にある、実施形態4または7に記載の方法。
(実施形態12)
上皮または内皮バリアの機能不全に関連する疾患または状態を治療する方法であって、それを必要とする対象の上皮または内皮バリアの1つまたは複数の細胞におけるMRCKαのレベルを増加させることを含む、方法。
(実施形態13)
前記1つまたは複数の細胞におけるNa+/K+-ATPアーゼ(NKA)β1サブユニットのレベルを増加させることをさらに含む、実施形態12に記載の方法。
(実施形態14)
前記疾患または状態が、急性肺損傷、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)、および喘息からなる群から選択される、実施形態12または13に記載の方法。
(実施形態15)
MRCKαおよび/またはNKA β1サブユニットをコードする核酸分子または核酸分子のセット。
(実施形態16)
実施形態15に記載の核酸分子または核酸分子のセットを含む、ベクター。
(実施形態17)
実施形態15に記載の核酸分子または核酸分子のセットを含む、宿主細胞。
(実施形態18)
実施形態15に記載の核酸分子または核酸分子のセットを含む、ウイルスまたはウイルス様粒子。
(実施形態19)
医薬組成物であって、
(i)実施形態15に記載の核酸分子または核酸分子のセット、実施形態16に記載のベクター、実施形態17に記載の宿主細胞、または実施形態18に記載のウイルスもしくはウイルス様粒子、および
(ii)薬学的に許容される担体または賦形剤、を含む、医薬組成物。
(実施形態20)
実施形態15に記載の核酸分子または核酸分子のセット、実施形態16に記載のベクター、実施形態17に記載の宿主細胞、および実施形態18に記載のウイルスまたはウイルス様粒子のうちの1つ以上を含む、キット。

Claims (12)

  1. 上皮または内皮バリアの完全性または機能を改善するための組成物であって筋緊張性ジストロフィーキナーゼ関連Cdc42結合キナーゼα(MRCKα)ポリペプチドまたはMRCKαポリペプチドをコードする第1の核酸を含み、
    バリアの1つまたは複数の細胞におけるMRCKαのレベルが、MRCKαポリペプチドまたはMRCKαポリペプチドをコードする第1の核酸を前記1つまたは複数の細胞に導入することによって増加する、組成物
  2. 前記上皮バリアが肺胞上皮バリアである、請求項1に記載の組成物
  3. MRCKαのレベルが、MRCKα遺伝子の酵素レベルまたは発現レベルである、請求項1または2に記載の組成物
  4. Na+/K+-ATPアーゼ(NKA)β1サブユニットポリペプチドまたはNKA β1サブユニットポリペプチドをコードする第2の核酸をさらに含み
    前記1つまたは複数の細胞におけるNKA β1サブユニットのレベルが、NKA β1サブユニットポリペプチドまたはNKA β1サブユニットポリペプチドをコードする第2の核酸を前記1つまたは複数の細胞に導入することによって増加する、請求項1~のいずれか一項に記載の組成物
  5. NKA β1サブユニットのレベルが、NKA β1遺伝子の活性レベルまたは発現レベルである、請求項に記載の組成物
  6. 前記細胞が肺胞上皮細胞である、請求項1~のいずれか一項に記載の組成物
  7. 細胞がインビトロである、請求項1~のいずれか一項に記載の組成物
  8. 前記細胞が対象のインビボである、請求項1~のいずれか一項記載の組成物
  9. 前記第1の核酸または前記第2の核酸が発現ベクター中にある、請求項またはに記載の組成物
  10. それを必要とする対象において上皮または内皮バリアの機能不全に関連する疾患または状態を治療するための医薬であって、MRCKαポリペプチドまたはMRCKαポリペプチドをコードする第1の核酸を含み、
    上皮または内皮バリアの1つまたは複数の細胞におけるMRCKαのレベルが、MRCKαポリペプチドまたはMRCKαポリペプチドをコードする第1の核酸を前記1つまたは複数の細胞に導入することによって増加する、医薬
  11. Na+/K+-ATPアーゼ(NKA)β1サブユニットポリペプチドまたはNKA β1サブユニットポリペプチドをコードする第2の核酸をさらに含み、
    前記1つまたは複数の細胞におけるNβ1サブユニットのレベルが、NKA β1サブユニットポリペプチドまたはNKA β1サブユニットポリペプチドをコードする第2の核酸を前記1つまたは複数の細胞に導入することによって増加する、請求項10に記載の医薬
  12. 前記疾患または状態が、急性肺損傷、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)、および喘息からなる群から選択される、請求項10または11に記載の医薬
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11471713B2 (en) * 2020-12-24 2022-10-18 Mohammad Taghi Fatehi Personal protective equipment that employs an electric field for inactivating microorganisms
US11673007B2 (en) 2020-12-24 2023-06-13 Saied Tousi Personal protective equipment that employs nanoparticles of two different metals that generate an electric field for inactivating microorganisms
WO2024129459A1 (en) 2022-12-16 2024-06-20 University Of Rochester Repairmen! of barrier dysfunction in esophagus

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4880078A (en) 1987-06-29 1989-11-14 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Exhaust muffler
AU666852B2 (en) 1991-05-01 1996-02-29 Henry M. Jackson Foundation For The Advancement Of Military Medicine A method for treating infectious respiratory diseases
US5934272A (en) 1993-01-29 1999-08-10 Aradigm Corporation Device and method of creating aerosolized mist of respiratory drug
US6019968A (en) 1995-04-14 2000-02-01 Inhale Therapeutic Systems, Inc. Dispersible antibody compositions and methods for their preparation and use
PT885002E (pt) 1996-03-04 2011-07-14 Massachusetts Inst Technology Materiais e métodos para aumento da internalização celular
US5855913A (en) 1997-01-16 1999-01-05 Massachusetts Instite Of Technology Particles incorporating surfactants for pulmonary drug delivery
US5874064A (en) 1996-05-24 1999-02-23 Massachusetts Institute Of Technology Aerodynamically light particles for pulmonary drug delivery
US5985309A (en) 1996-05-24 1999-11-16 Massachusetts Institute Of Technology Preparation of particles for inhalation
JP3884484B2 (ja) 1997-01-16 2007-02-21 マサチューセッツ インスティチュート オブ テクノロジー 吸入用粒子の調製
US5985200A (en) 1997-12-12 1999-11-16 Owens Corning Fiberglass Technology, Inc. Injection molding of asphalt-based compositions
US6489306B2 (en) 1998-02-23 2002-12-03 University Of South Florida Method of intranasal gene transfer for protection against respiratory infection
DE69907456T2 (de) 1998-06-24 2004-03-25 Advanced Inhalation Research, Inc., Cambridge Grosse poröse partikel ausgestossen von einem inhalator
JP2002533419A (ja) * 1998-12-30 2002-10-08 イーデマ クリアランス, インコーポレイテッド Na,K−ATPaseをコードするアデノウイルスベクターを使用する、肺水腫のための遺伝子治療
PL375356A1 (en) * 2002-05-20 2005-11-28 Immunex Corporation Claudin polypeptides, polynucleotides, and methods of making and use thereof
AU2003268531A1 (en) 2002-09-06 2004-03-29 University Of South Florida Materials and methods for treatment of allergic diseases
US20060078558A1 (en) 2003-11-12 2006-04-13 Whitsett Jeffrey A Diagnosis, prognosis and treatment of pulmonary diseases
US9012403B2 (en) * 2010-06-18 2015-04-21 Xiberscience Gmbh Peptides as active agents to stabilize biological barriers
US9001515B2 (en) 2012-04-20 2015-04-07 Cisco Technology, Inc. Universal pull tab release for modules including fiber optic and cable accessibilities
WO2014105870A1 (en) 2012-12-27 2014-07-03 Sierra Sciences, Inc. Enhancing health in mammals using telomerase reverse transcriptase gene therapy
US9987299B2 (en) 2014-05-05 2018-06-05 University Of Iowa Research Foundation Methods of improving RNAi in well-differentiated airway epithelia
US10738079B2 (en) 2017-04-14 2020-08-11 Emory University Compositions and methods for managing respiratory conditions

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. BAI; ET AL,MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL,2016年12月15日,PAGE(S):P2103,https://www.ascb.org/wp-content/uploads/2016/04/2016ASCBMeeting-PosterAbstracts.pdf
X LIN; ET AL,GENE THERAPY,英国,2016年06月,VOL:23, NR:6,PAGE(S):489-499,https://doi.org/10.1038/gt.2016.19

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