JP5937515B2 - 皮膚及び毛髪色制御因子 - Google Patents
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Description
また最近では、異なる民族に由来するケラチノサイトを用いた検討から、取り込まれたメラニンの代謝能に民族差があることも示唆されている(非特許文献7)。本論文は、蛍光物質で標識したメラニンを表皮細胞に取り込ませた後に、表皮細胞内の蛍光が消退していく結果をもってメラニンが白人由来の表皮細胞で分解されやすいことを報告している。しかしながら、分解に寄与するメカニズムや特定の因子については何ら言及されてはいない。
美白戦略(南江堂)IV.,美白剤の薬理と臨床,p95−116 Thong et al(2003)Br J Dermatol 149:498−505 Lin et al(2008)Pigment Cell Melanoma Res 21:172−183 Byers et al(2003)J Invest Dermatol 121:813−820 Byers et al(2007)J Invest Dermatol 127:1736−1744 Singh et al(2010)FASEB J 24:3756−3769 Ebanks et al(2011)J Invest Dermatol 131:1226−1233 Vaughan et al(1999)J Cell Sci 112:1437−1447 Yang et al(2004)Biochem Biophys Res Commun 318:792−799 Wang et al(2007)Blood 110:962−971 Yao et al(2009)J Immunol 183:1751−1758 Progida et al(2010)J Cell Sci 123:1480−1491 Matsunaga et al(2009)Nat Cell Biol 11:385−396 Bryant et al(2010)Nat Cell Biol 12:1035−1045 Ishida−Yamamoto et al(2007)J Invest Dermatol 127 :2166−2170 Komatsu et al(2005)J Cell Biol 169:425−434
下記工程を含むケラチノサイトにおけるメラニン量調節剤の評価及び/又は選択方法:
細胞に被験物質を投与する工程;
該細胞におけるATG7、RAB11A、CLIP−170、Rubicon及びRAB7Bからなる群から選択される遺伝子のうちの少なくとも1の発現又は当該遺伝子にコードされる分子のうちの少なくとも1の発現若しくは活性の変化を測定する工程;
該測定の結果に基づいて、該被験物質のメラニン量調節作用を評価する工程;及び
該評価の結果に基づいて、該被験物質をケラチノサイトにおけるメラニン量調節剤として選択する工程、
を提供する。
別の態様において、本発明は、以下、
下記工程を含む皮膚又は毛髪色制御剤の評価及び/又は選択方法:
細胞に被験物質を投与する工程;
該細胞におけるATG7、RAB11A、CLIP−170、Rubicon及びRAB7Bからなる群から選択される遺伝子のうちの少なくとも1の発現又は当該遺伝子にコードされる分子のうちの少なくとも1の発現若しくは活性の変化を測定する工程;
該測定の結果に基づいて、該被験物質の皮膚又は毛髪色制御作用を評価する工程;及び
該評価の結果に基づいて、該被験物質を皮膚又は毛髪色制御剤として選択する工程、
を提供する。
さらに別の態様において、本発明は、皮膚又は毛髪色制御を所望する被験体のケラチノサイトにおけるATG7、RAB11A、CLIP−170、Rubicon及びRAB7Bからなる群から選択される遺伝子のうちの少なくとも1の発現又は当該遺伝子にコードされる分子のうちの少なくとも1の発現若しくは活性を調節する工程を含む、被験体における皮膚又は毛髪色制御方法を提供する。
なお別の態様において、本発明は、皮膚又は毛髪色を制御するための、ATG7、RAB11A、CLIP−170、Rubicon及びRAB7Bからなる群から選択される遺伝子又は当該遺伝子にコードされる分子の使用を提供する。
上記に列挙した遺伝子は、下記表1のとおり、公知のデータベースに登録されているが、ケラチノサイト内でのメラニン動態、例えば、メラニンの取り込み、輸送、局在、蓄積、排出又は分解等における関与は従来知られていなかった。
RAB7Bは、小胞の輸送に深く関与する低分子量Gタンパク質Rab GTPaseファミリーに属し、2004年に初めて同定された分子である(Yang et al,2004,Biochem Biophys Res Commun 318,792−799)。主に単球やマクロファージ、樹状細胞など免疫系細胞で豊富に発現し、免疫制御に関与するTLR4(Toll−like receptor 4)やTLR9(Toll−like receptor 9)のエンドサイトーシスに関与することが報告されている(Wang et al,2007,Blood 110,962−971;Yao et al,2009,J Immunol 183,1751−1758)。また、Hela細胞においては、RAB7Bが小胞の分解酵素であるCathepsin−Dの成熟を調節すること、RAB7Bの発現抑制によって細胞内の分解器官リソソームへの正常な輸送が妨げられることも知られている(Progida et al,2010,J Cell Sci 123,1480−1491)。
Rubiconは、細胞内における自食作用(Autophagy)を抑制する分子として最近報告された(Matsunaga et al,2009,Nat Cell Biol 11,385−396)。
RAB11Aは、RAB7Bと同様に小胞の輸送に深く関与する低分子量Gタンパク質Rab GTPaseファミリーに属し、小胞のリサイクル、細胞極性の形成、エクソサイトーシスなど多彩な小胞輸送に関与していることが知られている(Bryant et al,2010,Nat Cell Biol 12,1035−1045)。また、表皮顆粒層においてRAB11Aは層板顆粒(ラメラボディ)の細胞外分泌に関与することも報告されている(Ishida−Yamamoto et al,2007,J Invest Dermatol 127 ,2166−2170)。
ATG7は、オートファジーを制御する因子の1つである。オートファジーは自食作用とも呼ばれ、細胞内小器官などの大きなタンパク質構造体を膜で包み、タンパク質の分解器官であるリソソームと融合することで内容物を分解する機構である。ATG7は、複数のオートファジー関連因子の中の1つであり、オートファゴソームの形成に関与することが知られている(Komatsu et al,2005,J Cell Biol 169,425−434)。
したがって、上記ATG7遺伝子、RAB11A遺伝子、CLIP−170遺伝子、Rubicon遺伝子及びRAB7B遺伝子は、その発現を変化させることによって、ケラチノサイトにおけるメラニン蓄積、局在及び/又は分解を調節することができ、それによって皮膚表皮層や毛包の毛母細胞やさらにはシャフトを構成する毛皮質細胞におけるメラニン量及び分布を調節し、結果として皮膚及び毛髪の色を制御することができる皮膚又は毛髪色制御遺伝子である。
また、本発明の皮膚又は毛髪色制御遺伝子の発現低下は、ケラチノサイトにおける細胞核近傍へのメラニン局在を阻害してメラニンを細胞内に散在させ、又は、メラニンの排出や分解を抑制させ、細胞の色を暗色化させる。逆にこれらの遺伝子の発現増加により、ケラチノサイトの細胞核近傍へのメラニン局在化、排出又は分解が促進され、細胞の色は明色化する。
したがって、本発明の皮膚又は毛髪色制御遺伝子の発現又はこれらの遺伝子にコードされる分子(発現産物)の発現若しくは活性を増加させることにより、皮膚及び毛髪の色は明るくなる。逆に、本発明の皮膚又は毛髪色制御遺伝子の発現又はこれらの遺伝子にコードされる分子(発現産物)の発現若しくは活性を減少させることにより、皮膚及び毛髪の色は暗くなる。
当該遺伝子の発現、又は当該分子の発現若しくは活性を変化させる手段は特に限定されない。例えば、遺伝子発現を変化させる手段としては、アンチセンスオリゴヌクレオチド又はsiRNA等による遺伝子ノックダウン、特異的プロモーターによる標的遺伝子の転写活性化、ベクターを用いた外部からの遺伝子の挿入、その他遺伝子の発現を変化させる作用を有する任意の物質の添加等が挙げられる。このうち、当該遺伝子の発現を変化させる作用を有する任意の物質の添加等がより好ましい。
分子の発現若しくは活性を変化させる手段としては、上述の遺伝子発現を変化させる手段、タンパク質発現を変化させる手段、分子の酵素活性等を変化させる手段、分子とその標的因子との相互作用を変化させる手段、分子が作用を及ぼすシグナル経路を変化させる手段などが挙げられる。このうち、遺伝子発現を変化させる手段、タンパク質発現を変化させる手段などがより好ましい。
上記ケラチノサイトとしては、皮膚や毛包に存在するケラチノサイトが好ましく、表皮ケラチノサイト、毛母細胞及び毛皮質細胞がより好ましい。上記ケラチノサイトを含む培養物、組織、器官としては、培養ケラチノサイト、ならびに表皮組織、毛包組織、皮膚及びそれらの培養物が好ましい。上記動物としては、ヒト又は非ヒト哺乳動物が好ましい。
別の一態様において、上記本発明によるメラニン量調節、又は皮膚若しくは毛髪色制御においては、メラニン蓄積量、局在、排出若しくは分解の調節、又は皮膚若しくは毛髪色の制御を所望する動物が被験体であり得る。好ましくは、当該調節又は制御は、美容目的、例えば、皮膚の美白若しくはタンニング、毛髪のカラーリング(ライトニング若しくは暗色化)又はブリーチング、ブリーチング後の色戻し、白髪染め等の目的により、非治療的に行われ得る。本明細書において、「非治療的」とは、医療行為、すなわち治療による人体への処置行為を含まない概念である。
別の実施形態は、メラニン量低減が所望されるケラチノサイトにおける当該遺伝子の発現又は当該分子の発現若しくは活性を増強することによって、当該ケラチノサイトにおけるメラニン量を減少させる工程を含む、ケラチノサイトにおけるメラニン量の低減方法である。
別の実施形態は、皮膚色明色化を所望する被験体の皮膚ケラチノサイトにおける当該遺伝子の発現又は当該分子の発現若しくは活性を増強することによって、当該ケラチノサイトにおけるメラニン量を減少させ、あるいは当該ケラチノサイト内のメラニン局在を限局化させる工程を含む、被験体の皮膚色を明色化する方法である。この方法によれば、例えば、皮膚美白が可能になる。
別の実施形態は、毛髪色明色化を所望する被験体の毛包ケラチノサイトにおける当該遺伝子の発現又は当該分子の発現若しくは活性を増強することによって、当該ケラチノサイトにおけるメラニン量を減少させ、あるいは当該ケラチノサイト内のメラニン局在を限局化させる工程を含む、被験体の毛髪色を明色化する方法である。この方法によれば、例えば、髪のライトニング又はブリーチングが可能になる。
遺伝子にコードされる分子の発現若しくは活性の解析方法としては、ウェスタンブロッティング法、免疫染色法、ELISA、バインディングアッセイ等が挙げられる。
当該遺伝子の発現又は当該分子の発現若しくは活性に影響を及ぼす被験物質は、ケラチノサイトにおけるメラニン量の調節作用を有する物質として評価することができる。
当該方法で使用される細胞、被験物質、遺伝子又は分子の発現又は活性の測定方法、及び該測定結果の評価方法は、上述と同様である。
当該遺伝子の発現又は当該分子の発現若しくは活性に影響を及ぼす被験物質は、皮膚又は毛髪色制御作用を有する物質として評価することができ、皮膚又は毛髪色の制御に使用できる皮膚又は毛髪色制御剤として選択される。
実施例1
皮膚又は毛髪色制御遺伝子発現がケラチノサイトのメラニン量に与える影響
1.メラニンの単離
メラノーマ細胞株MNT−1細胞は、10%AIM−V培地と10%FBS(仔牛胎児血清)を含むRPMI−1640培地(いずれもLife Technologies社製)を使用して37℃、5%CO2下にて培養した。MNT−1細胞からメラノソーム画分を単離調製するため、T−175フラスコに培養したMNT−1細胞を0.05%Trypsin/EDTAで回収し、PBSにて洗浄した。続いて、3mLのLysis buffer(0.1M Tris−HCl(pH7.5)、1%Igepal CA−630、0.01%SDS)を加えて緩やかに混合し、4℃にて1時間振盪攪拌した。この細胞抽出液を1.5mLチューブに分注し、1,000gの速度で10分間(4℃)遠心し、上清を回収した。本遠心操作を計2回繰り返し、得られた上清を20,000gで10分間(4℃)遠心した。ペレットをPBSで洗浄し、同条件での遠心操作をさらに操り返し、得られたペレットをメラノソーム画分(Melanin)とした。
正常ヒト新生児表皮由来表皮細胞(NHEK)は、増殖用培地として表皮細胞用増殖培地(Epilife(登録商標))及び培地用添加剤(Humedia−KG2)(いずれもクラボウ社より購入)を使用して37℃、5%CO2下にて培養した。続いて、細胞を0.75×105細胞/mL/ウェルの細胞密度で12ウェルプレートに播種した。試験用培地Epilife(登録商標)(培地用添加剤として0.5μg/mL hydrocortisone及び50ng/mL amphotericin Bを添加)100μLに、4μLのトランスフェクション試薬HiPerFect(登録商標)Transfection Reagent(QIAGEN)を添加し、よく攪拌した。
CLIP−170遺伝子、RAB7B遺伝子、Rubicon遺伝子、又はコントロール(標的遺伝子が存在しない非特異的な配列)のsiRNAをAmbion silencer select siRNA(Ambion,Life Technologies)から購入し、上記トランスフェクション試薬の最終濃度が10nMとなるように各々のsiRNAを加えて攪拌後、10分間室温にて静置し、siRNA−トランスフェクション試薬コンプレックスを調製した。その試薬コンプレックスを各ウェルに添加した後プレートを静かに振盪させて均一にした。翌日に培地交換を行った。siRNA導入により標的遺伝子及び/又は当該分子の発現が特異的に抑制されたことを確認した(データ示さず)。
siRNA導入から2日後にMNT−1細胞から単離したメラニンを添加して、さらに24時間後に細胞内のメラニン量を観察するとともに、メラニン定量及びウェスタンブロッティング法によるメラノソームタンパク質(Pmel17)の発現定量を行った。
メラニン添加から24時間後に細胞培養プレートをPBSで3回洗浄し、各ウェルに2M NaOHを120μL加えてから100℃で溶解させた。プレートを遠心し、得られた上清についての吸光度(405nm)を測定し、メラニン量を算出した。メラニン量は、定法により求めた各ウェル中のタンパク質量により補正して評価に供した。
メラニン添加から24時間後に細胞培養プレート(12ウェル)をPBSで洗浄した後、RIPA buffer(Sigma−Aldrich社製)を0.1ml加えて細胞を回収し、超音波処理により細胞を破砕した。その後、15,000rpmで15分間遠心分離し、その上清についてタンパク定量を行った後、定法に従ってSDS−PAGE(12.5%ゲル)に供した。一次抗体はanti−Pmel17 antibody(HMG45、1:500、DAKO社製)を用いた。二次抗体はanti−mouse IgG peroxidase linked F(AB’)2 fragment(GE healthcare bioscience)を5000倍に希釈して用いた。その後、ECL plus Western blotting detection reagents(GE healthcare bioscience)を用いて発色させ、LAS4000(GE healthcare bioscience)を用いて可視化した。内部標準としてのβ−actinの発現を、Sigma−Aldrich社製のmonoclonal antibody specific for β−actinを用いて評価した。
メラニン添加に伴う皮膚又は毛髪色制御因子の発現変化
ケラチノサイトに取り込まれたメラニン(メラノソーム)による本発明の皮膚色制御遺伝子の発現変化を調べた。メラニン添加から24時間後におけるRAB7Bのタンパク質及びmRNAの発現を一例として示す。
タンパク質発現は以下のように評価した。メラニン添加から24時間後に培養プレートをPBSで洗浄した後、RIPA buffer(Sigma−Aldrich社製)を0.1ml用いて細胞を回収し、超音波処理により細胞を破砕した。その後、15,000rpmで15分間遠心分離し、その上清のタンパク定量を行った後、定法に従ってSDS−PAGE(12.5%ゲル)に供した。一次抗体はanti−RAB7B antibody(1:1000、Avnova社製)を用いた。二次抗体はanti−mouse IgG peroxidase linked F(AB’)2 fragment(GE healthcare bioscience)を5000倍に希釈して用いた。その後、ECL plus Western blotting detection reagents(GE healthcare bioscience)を用いて発色させ、LAS4000(GE healthcare bioscience)を用いて可視化した。内部標準としては、β−actinの発現を、Sigma−Aldrich社製のmonoclonal antibody specific for β−actinを用いて評価した。
RAB11A又はATG7遺伝子発現がケラチノサイトのメラニン量に与える影響
1.siRNA導入
正常ヒト新生児表皮由来表皮細胞(NHEK)は、増殖用培地として表皮細胞用増殖培地(Epilife(登録商標))及び培地用添加剤(Humedia−KG2)(いずれもクラボウ社より購入)を使用して37℃、5%CO2下にて培養した。続いて、細胞を0.75×105細胞/mL/ウェルの細胞密度で12ウェルプレートに播種した。試験用培地Epilife(登録商標)(培地用添加剤として0.5μg/mL hydrocortisone及び50ng/mL amphotericin Bを添加)100μLに、4μLのトランスフェクション試薬HiPerFect(登録商標)Transfection Reagent(QIAGEN)を添加し、よく攪拌した。
RAB11A遺伝子、ATG7遺伝子、又はコントロール(標的遺伝子が存在しない非特異的な配列)のsiRNAをAmbion silencer select siRNA (Ambion,Life Technologies)から購入し、上記トランスフェクション試薬の最終濃度が10nMとなるように各々のsiRNAを加えて攪拌後、10分間室温にて静置し、siRNA−トランスフェクション試薬コンプレックスを調製した。その試薬コンプレックスを各ウェルに添加した後プレートを静かに振盪させて均一にした。翌日に培地交換を行った。siRNA導入により標的遺伝子及び/又は当該分子の発現が特異的に抑制されたことを確認した。
siRNA導入から2日後に、実施例1記載の方法に従ってMNT−1細胞から単離したメラニンを添加して、さらに24時間後にウェスタンブロッティング法による細胞内のRAB11A及びATG7遺伝子の発現産物、ならびにメラノソームタンパク質(Pmel17)の発現定量を行った。RAB11AとATG7の発現解析については、一次抗体としてanti−RAB11 antibody(1:2000、Invitrogen社製)又はanti−ATG7 antibody(1:2000、Epitomics社製)をそれぞれ用いて、これらの発現抑制を確認した。内部標準としてのβ−actinの発現を、Sigma−Aldrich社製のmonoclonal antibody specific for β−actinを用いて評価した。
皮膚又は毛髪色制御遺伝子発現と皮膚色との相関
RAB11A遺伝子発現と皮膚色との相関を調べた。皮膚組織は、米国テキサス州ダラス近郊のコントラクトラボラトリー(RCTS)に依頼し、現地皮膚科医によってCaucasian、Asian、Hispanic及びAfrican American(各n=3)の上腕内側部から、皮膚の測色後にパンチバイオプシーによって採取された。本試験は全てIRB(IntegReview)により承認済みであり、適切なインフォームドコンセントを得た上で実施されている。皮膚組織からRNAを抽出後、DNAマイクロアレイ法としてAffymetrix社のGeneChip(Human Genome U133 plus 2.0 array)を用いて遺伝子発現を網羅的に解析するとともに、肌色強度(明度L*値)との相関性を調べた。結果を図6に示す。
Claims (14)
- 下記工程を含むケラチノサイトにおけるメラニン量調節剤の評価及び/又は選択方法:
培養細胞に被験物質を投与する工程;
該細胞におけるATG7、RAB11A、CLIP−170、Rubicon及びRAB7Bからなる群から選択される遺伝子のうちの少なくとも1の発現又は当該遺伝子にコードされる分子のうちの少なくとも1の発現若しくは活性の変化を測定する工程;
該測定の結果に基づいて、該被験物質のメラニン量調節作用を評価する工程;及び
該評価の結果に基づいて、該被験物質をケラチノサイトにおけるメラニン量調節剤として選択する工程であって、該記遺伝子の発現又は該分子の発現若しくは活性が抑制された場合は、該試験物質をケラチノサイトにおけるメラニン量増加剤として選択し、該遺伝子の発現又は該分子の発現若しくは活性が増強された場合は、該試験物質をケラチノサイトにおけるメラニン量低下剤として選択する、工程。 - 前記培養細胞が、皮膚細胞、毛包細胞、又はATG7、RAB11A、CLIP−170、Rubicon及びRAB7Bからなる群から選択される遺伝子のうちの少なくとも1を発現するように遺伝子工学的に改変された細胞である、請求項1記載の方法。
- 下記工程を含む皮膚又は毛髪色制御剤の評価及び/又は選択方法:
培養細胞に被験物質を投与する工程;
該細胞におけるATG7、RAB11A、CLIP−170、Rubicon及びRAB7Bからなる群から選択される遺伝子のうちの少なくとも1の発現又は当該遺伝子にコードされる分子のうちの少なくとも1の発現若しくは活性の変化を測定する工程;
該測定の結果に基づいて、該被験物質の皮膚又は毛髪色制御作用を評価する工程;及び
該評価の結果に基づいて、該被験物質を皮膚又は毛髪色制御剤として選択する工程。 - 前記遺伝子の発現又は前記分子の発現若しくは活性が抑制された場合に、前記試験物質が皮膚又は毛髪色を暗色化する作用があると評価され、皮膚又は毛髪の暗色化剤として選択される、請求項3記載の方法。
- 前記遺伝子の発現又は前記分子の発現若しくは活性が増強された場合に、前記試験物質が皮膚又は毛髪色を明色化する作用があると評価され、皮膚又は毛髪の明色化剤として選択される、請求項3記載の方法。
- 前記培養細胞が、皮膚細胞、毛包細胞、又はATG7、RAB11A、CLIP−170、Rubicon及びRAB7Bからなる群から選択される遺伝子のうちの少なくとも1を発現するように遺伝子工学的に改変された細胞である、請求項3〜5のいずれか1項記載の方法。
- メラニン量調節が所望されるケラチノサイトにおけるATG7、RAB11A、CLIP−170、Rubicon及びRAB7Bからなる群から選択される遺伝子のうちの少なくとも1の発現又は当該遺伝子にコードされる分子のうちの少なくとも1の発現若しくは活性をインビトロで調節する工程を含む、ケラチノサイトにおけるメラニン量の調節方法。
- 前記遺伝子の発現又は前記分子の発現若しくは活性が抑制され、ケラチノサイトにおけるメラニン量が増加する、請求項7記載の方法。
- 前記遺伝子の発現又は前記分子の発現若しくは活性が増強され、ケラチノサイトにおけるメラニン量が減少する、請求項7記載の方法。
- 非ヒト哺乳動物被験体のケラチノサイトにおけるATG7、RAB11A、CLIP−170、Rubicon及びRAB7Bからなる群から選択される遺伝子のうちの少なくとも1の発現又は当該遺伝子にコードされる分子のうちの少なくとも1の発現若しくは活性を調節する工程を含む、非ヒト哺乳動物被験体における皮膚又は毛髪色制御方法。
- 皮膚ケラチノサイトにおける前記遺伝子の発現又は前記分子の発現若しくは活性が抑制され、皮膚色が暗色化される、請求項10記載の方法。
- 皮膚ケラチノサイトにおける前記遺伝子の発現又は前記分子の発現若しくは活性が増強され、皮膚色が明色化される、請求項10記載の方法。
- 毛包ケラチノサイトにおける前記遺伝子の発現又は前記分子の発現若しくは活性が抑制され、毛髪色が暗色化される、請求項10記載の方法。
- 毛包ケラチノサイトにおける前記遺伝子の発現又は前記分子の発現若しくは活性が増強され、毛髪色が明色化される、請求項10記載の方法。
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