JP6468781B2 - Method for evaluating mitochondrial membrane permeability, screening method for substances that suppress mitochondrial membrane permeability enhancement, screening method for substances that enhance mitochondrial membrane permeability, and inhibitor for enhancing mitochondrial membrane permeability - Google Patents
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Description
本発明は、ミトコンドリア膜透過性の評価方法、ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質のスクリーニング方法、ミトコンドリア膜透過性を亢進する物質のスクリーニング方法、及びミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤に関する。 The present invention relates to a method for evaluating mitochondrial membrane permeability, a screening method for a substance that suppresses enhancement of mitochondrial membrane permeability, a screening method for a substance that enhances mitochondrial membrane permeability, and an inhibitor for enhancing mitochondrial membrane permeability.
神経細胞死等を原因とする脳神経細胞の脱落は、認知能力及び運動感覚機能の低下をもたらす。これが進行すると、最終的には社会生活が困難になる。老化、パーキンソン病、アルツハイマー病等の症例の増加は、高齢化の進む我が国の最大の課題である。現在、神経細胞死を防ぎ、疾患の発症を防止又は遅延する薬剤による神経細胞保護療法の開発が求められその一部が試験的に実施されている。 The loss of cranial neurons due to neuronal cell death or the like results in a decline in cognitive ability and motor sensory function. As this progresses, social life will eventually become difficult. Increasing cases of aging, Parkinson's disease, Alzheimer's disease, etc. is the biggest issue in Japan with aging. Currently, there is a demand for the development of neuroprotective therapies with drugs that prevent neuronal cell death and prevent or delay the onset of disease, some of which are being experimentally implemented.
これまでに神経変性疾患の細胞・動物モデルで、神経細胞保護作用の機序が明らかとなっている(非特許文献1及び2)。酸化ストレス、神経栄養因子の欠乏、又は神経毒等により、ミトコンドリアが有する細胞死機構が活性化され、アポトーシスの形で細胞死に至る。ミトコンドリア膜にチャンネルが形成され開口すると、アポトーシスを誘導するタンパク質が細胞質に流出することで、細胞死が惹起される。神経細胞保護薬はこの細胞死の各段階を阻止し、最終的に神経細胞を保護するものである。 So far, the mechanism of nerve cell protective action has been clarified in cell and animal models of neurodegenerative diseases (Non-patent Documents 1 and 2). Oxidative stress, deficiency of neurotrophic factor, or neurotoxin activates the cell death mechanism of mitochondria, leading to cell death in the form of apoptosis. When a channel is formed and opened in the mitochondrial membrane, a protein that induces apoptosis flows into the cytoplasm, thereby causing cell death. Nerve cell protective drugs block each stage of cell death and ultimately protect nerve cells.
細胞死の過程では、アポトーシスシグナルがミトコンドリアで誘導され、細胞質でカスパーゼを活性化し、核DNAの分裂濃縮と細胞の縮小を惹起して典型的なアポトーシス像を示し細胞死に至る。この過程の各段階を測定する方法としては、ミトコンドリア膜のメガチャンネル(permeability transition pore:PTP)形成による変化の測定、ミトコンドリア機能の変化の測定に基づくミトコンドリア膜透過性の変化の測定、流出したアポトーシス誘導分子の測定、カスパーゼ活性化の測定、アポトーシスの定量に基づく細胞死の測定等が知られている。 In the process of cell death, an apoptotic signal is induced in mitochondria, activates caspase in the cytoplasm, causes nuclear DNA division and cell shrinkage, shows a typical apoptotic image, and leads to cell death. Measurement of each stage of this process includes measurement of changes in mitochondrial membrane permeation transition pore (PTP) formation, measurement of changes in mitochondrial membrane permeability based on measurement of changes in mitochondrial function, and outflowed apoptosis Measurement of inducing molecules, measurement of caspase activation, measurement of cell death based on quantification of apoptosis, and the like are known.
上述のとおり、細胞死の各段階を測定する方法は知られているものの、細胞死の最初の段階を測定し、評価することは困難であった。例えば、ミトコンドリア膜透過性の変化の測定においては、蛍光法により膜電位の変化を検出することが行われているが、膜電位の変化は二次的な変化である。また、ミトコンドリア機能の変化の測定では、ミトコンドリアの精製が必要なことに加え、細胞全体の機能を反映した評価が困難である。 As described above, although methods for measuring each stage of cell death are known, it has been difficult to measure and evaluate the first stage of cell death. For example, in measuring changes in mitochondrial membrane permeability, changes in membrane potential are detected by a fluorescence method, but changes in membrane potential are secondary changes. In addition, in measuring changes in mitochondrial function, in addition to the need for mitochondrial purification, it is difficult to evaluate the function of the entire cell.
そこで、本発明は、細胞死の最初の段階を評価することができる、ミトコンドリア膜透過性の評価方法の提供を目的とする。本発明はまた、ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質のスクリーニング方法、ミトコンドリア膜透過性を亢進する物質のスクリーニング方法、及びミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤の提供も目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for evaluating mitochondrial membrane permeability, which can evaluate the first stage of cell death. Another object of the present invention is to provide a screening method for a substance that suppresses enhancement of mitochondrial membrane permeability, a screening method for a substance that enhances mitochondrial membrane permeability, and an inhibitor for enhancing mitochondrial membrane permeability.
本発明者らは、本明細書の実施例で詳述するように、神経細胞のアポトーシス誘導の過程において、ミトコンドリア膜の透過性亢進により細胞質内でのCa2+量及び反応液中(細胞外)のスーパーオキシド(O2 −)量の増加が見られること、並びに当該Ca2+量及びO2 −量の増加がアポトーシス誘導の初発のシグナルであることを見出した。本発明は、これらの新規知見に基づいている。 As described in detail in the examples of the present specification, the inventors of the present invention, in the process of inducing apoptosis of neurons, increase the mitochondrial membrane permeability and increase the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and in the reaction solution (extracellular). It was found that an increase in the amount of superoxide (O 2 − ) was observed, and that the increase in the amount of Ca 2+ and O 2 − was the initial signal for inducing apoptosis. The present invention is based on these new findings.
すなわち、本発明は、ミトコンドリア膜透過性の評価方法であって、インビトロで被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップと、上記カルシウムイオン指示薬を指標として、カルシウムイオン量を測定するステップと、測定されたカルシウムイオン量と第1の基準値を比較するステップと、を含み、上記測定されたカルシウムイオン量が上記第1の基準値を上回る場合、上記被験細胞のミトコンドリア膜透過性が亢進したと評価される、評価方法に関する。 That is, the present invention relates to a method for evaluating mitochondrial membrane permeability, comprising adding a calcium ion (Ca 2+ ) indicator to a reaction solution containing test cells in vitro, and using the calcium ion indicator as an index, And a step of comparing the measured amount of calcium ions with a first reference value, and when the measured amount of calcium ions exceeds the first reference value, the mitochondria of the test cell The present invention relates to an evaluation method in which membrane permeability is evaluated to be enhanced.
上記評価方法によれば、カルシウムイオン量に基づいた評価を行うことから、複雑な前処理を要することなく、ミトコンドリア膜透過性の変化を迅速に評価することができる。したがって、上記評価方法は、細胞死の最初の段階を評価することができる。従来、細胞死におけるCa2+の関与は、細胞内外でのCa2+の増減、及びホメオスタシスの撹乱として検討されてきた。これに対し、本発明では、ミトコンドリアにおけるCa2+の動態として細胞死シグナルを測定するのである。 According to the said evaluation method, since evaluation based on the amount of calcium ions is performed, a change in mitochondrial membrane permeability can be rapidly evaluated without requiring complicated pretreatment. Therefore, the evaluation method can evaluate the first stage of cell death. Conventionally, the involvement of Ca 2+ in cell death has been examined as an increase / decrease in Ca 2+ inside and outside the cell and disturbance of homeostasis. In contrast, in the present invention, a cell death signal is measured as the kinetics of Ca 2+ in mitochondria.
上記評価方法は、インビトロで上記反応液に活性酸素指示薬を添加するステップと、上記活性酸素指示薬を指標として、活性酸素量を測定するステップと、測定された活性酸素量と第2の基準値とを比較するステップと、を更に含むことが好ましい。この場合、上記測定されたカルシウムイオン量が上記第1の基準値を上回り、かつ上記測定された活性酸素量が上記第2の基準値を上回る場合、上記被験細胞のミトコンドリア膜透過性が亢進したと評価される。 The evaluation method includes a step of adding an active oxygen indicator to the reaction solution in vitro, a step of measuring an active oxygen amount using the active oxygen indicator as an index, a measured active oxygen amount, and a second reference value, Preferably further comprising the step of comparing In this case, when the measured calcium ion amount exceeds the first reference value and the measured active oxygen amount exceeds the second reference value, the mitochondrial membrane permeability of the test cell is enhanced. It is evaluated.
カルシウムイオン量に加え、活性酸素量に基づいた評価を併せて行うことにより、細胞死に関連したミトコンドリア膜透過性の変化をより精度よく評価することができる。 By performing evaluation based on the amount of active oxygen in addition to the amount of calcium ions, changes in mitochondrial membrane permeability related to cell death can be evaluated more accurately.
上記活性酸素は、スーパーオキシド(O2 −)であってもよい。これにより、細胞死に関連したミトコンドリア膜透過性の変化をより一層精度よく評価することができる。 The active oxygen may be superoxide (O 2 − ). Thereby, the change in mitochondrial membrane permeability associated with cell death can be evaluated with higher accuracy.
上記評価方法は、上記カルシウムイオン指示薬及び上記活性酸素指示薬の少なくとも一方が蛍光指示薬であることが好ましく、上記カルシウムイオン指示薬が蛍光指示薬であり、かつ上記活性酸素指示薬が化学発光指示薬であることがより好ましい。これにより、カルシウムイオン量及び活性酸素量の検出を簡便に行うことができ、また検出感度を向上させることができる。 In the evaluation method, preferably, at least one of the calcium ion indicator and the active oxygen indicator is a fluorescent indicator, the calcium ion indicator is a fluorescent indicator, and the active oxygen indicator is a chemiluminescent indicator. preferable. Thereby, the amount of calcium ions and the amount of active oxygen can be easily detected, and the detection sensitivity can be improved.
上記評価方法では、カルシウムイオン量、又は活性酸素量に基づいた評価を行うことから、ミトコンドリア膜の透過性亢進によるアポトーシス誘導の初発のシグナルを検出することができる。したがって、上記評価方法は、上記被験細胞のミトコンドリア膜透過性の亢進が、アポトーシスの誘導を示すものであってもよい。すなわち、上記測定されたカルシウムイオン量が上記第1の基準値を上回る場合、及び/又は上記測定された活性酸素量が上記第2の基準値を上回る場合、上記被験細胞はアポトーシスが誘導されたと評価される。 In the above evaluation method, since the evaluation is performed based on the calcium ion amount or the active oxygen amount, an initial signal for inducing apoptosis due to increased permeability of the mitochondrial membrane can be detected. Therefore, in the evaluation method, the enhancement of mitochondrial membrane permeability of the test cell may indicate induction of apoptosis. That is, when the measured calcium ion amount exceeds the first reference value and / or when the measured active oxygen amount exceeds the second reference value, the test cell is induced to be apoptotic. Be evaluated.
本発明はまた、ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質のスクリーニング方法であって、インビトロで複数の被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップと、上記反応液を少なくとも2つに分けて、第1の被験細胞を含む反応液、及び第2の被験細胞を含む反応液を得て、上記第1の被験細胞に被験物質及びミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させ、上記第2の被験細胞にミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させるステップと、上記カルシウムイオン指示薬を指標として、上記第1の被験細胞、及び前記第2の被験細胞それぞれについて、カルシウムイオン量を測定するステップと、上記第1の被験細胞、及び上記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較するステップと、を含み、上記第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が上記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を下回る場合、上記被験物質がミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であると評価される、スクリーニング方法にも関する。 The present invention also provides a method for screening a substance that suppresses increased mitochondrial membrane permeability, comprising adding a calcium ion (Ca 2+ ) indicator to a reaction solution containing a plurality of test cells in vitro, and the reaction solution comprising: Dividing into at least two and obtaining a reaction liquid containing the first test cell and a reaction liquid containing the second test cell, the test substance and the mitochondrial membrane permeability enhancer are brought into contact with the first test cell. , Contacting the second test cell with a mitochondrial membrane permeability enhancer, and measuring the amount of calcium ions for each of the first test cell and the second test cell using the calcium ion indicator as an index Comparing the amount of calcium ions measured for the first test cell and the second test cell And when the amount of calcium ions measured for the first test cell is lower than the amount of calcium ions measured for the second test cell, the test substance is a substance that suppresses the enhancement of mitochondrial membrane permeability. It also relates to screening methods that are evaluated as being.
上記スクリーニング方法では、カルシウムイオン量に基づいた評価を行うことから、ミトコンドリア膜透過性を評価することができる。したがって、ミトコンドリア膜透過性亢進剤単独で投与した場合と比べて、ミトコンドリア膜透過性亢進剤と被験物質の双方を投与した場合にカルシウムイオン量が低下していれば、当該被験物質をミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であると評価することができる。また上記スクリーニング方法は、カルシウムイオン量に基づいた評価を行うため、複雑な前処理を要せず、またミトコンドリア膜透過性の変化を迅速に検出できることから、短時間での評価が可能である。 In the above screening method, mitochondrial membrane permeability can be evaluated because the evaluation is based on the amount of calcium ions. Therefore, if the amount of calcium ions is reduced when both the mitochondrial membrane permeability enhancer and the test substance are administered compared to the case where the mitochondrial membrane permeability enhancer alone is administered, the test substance is permeated through the mitochondrial membrane. It can be evaluated as a substance that suppresses sex enhancement. In addition, since the screening method performs evaluation based on the amount of calcium ions, complicated pretreatment is not required, and changes in mitochondrial membrane permeability can be detected quickly, so that evaluation in a short time is possible.
上記スクリーニング方法は、インビトロで上記複数の被験細胞を含む反応液に活性酸素指示薬を添加するステップと、上記活性酸素指示薬を指標として、上記第1の被験細胞、及び上記第2の被験細胞それぞれについて、活性酸素量を測定するステップと、上記第1の被験細胞、及び上記第2の被験細胞について測定された活性酸素量を比較するステップと、を更に含むことが好ましい。この場合、上記第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が上記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を下回り、かつ上記第1の被験細胞について測定された活性酸素量が上記第2の被験細胞について測定された活性酸素量を下回る場合、上記被験物質がミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であると評価される。 The screening method includes a step of adding an active oxygen indicator to a reaction solution containing the plurality of test cells in vitro, and the first test cell and the second test cell, respectively, using the active oxygen indicator as an index. Preferably, the method further includes the step of measuring the amount of active oxygen and the step of comparing the amount of active oxygen measured for the first test cell and the second test cell. In this case, the amount of calcium ions measured for the first test cell is less than the amount of calcium ions measured for the second test cell, and the amount of active oxygen measured for the first test cell is When the amount of active oxygen measured for 2 test cells is below, the test substance is evaluated as a substance that suppresses the enhancement of mitochondrial membrane permeability.
カルシウムイオン量に加え、活性酸素量に基づいた評価を併せて行うことにより、より精度よく評価することができる。 By performing the evaluation based on the amount of active oxygen in addition to the amount of calcium ions, the evaluation can be made more accurately.
上記活性酸素は、スーパーオキシド(O2 −)であってもよい。 The active oxygen may be superoxide (O 2 − ).
上記スクリーニング方法は、上記カルシウムイオン指示薬及び上記活性酸素指示薬の少なくとも一方が蛍光指示薬であることが好ましく、上記カルシウムイオン指示薬が蛍光指示薬であり、かつ上記活性酸素指示薬が化学発光指示薬であることがより好ましい。これにより、カルシウムイオン量及び活性酸素量の検出を簡便に行うことができ、また検出感度を向上させることができる。 In the screening method, preferably, at least one of the calcium ion indicator and the active oxygen indicator is a fluorescent indicator, the calcium ion indicator is a fluorescent indicator, and the active oxygen indicator is a chemiluminescent indicator. preferable. Thereby, the amount of calcium ions and the amount of active oxygen can be easily detected, and the detection sensitivity can be improved.
上記スクリーニング方法では、カルシウムイオン量、又は活性酸素量に基づいた評価を行うことから、ミトコンドリア膜の透過性亢進によるアポトーシス誘導の初発のシグナルを検出することができる。したがって、上記スクリーニング方法は、上記被験細胞のミトコンドリア膜透過性の亢進が、アポトーシスの誘導を示すものであってもよい。すなわち、上記スクリーニング方法は、上記被験物質が、アポトーシスの誘導を抑制する物質であると評価するものであってもよい。 In the above screening method, since the evaluation is performed based on the calcium ion amount or the active oxygen amount, an initial signal for inducing apoptosis due to increased permeability of the mitochondrial membrane can be detected. Therefore, in the screening method, the enhancement of mitochondrial membrane permeability of the test cell may indicate induction of apoptosis. That is, the screening method may evaluate that the test substance is a substance that suppresses the induction of apoptosis.
本発明は更に、セサミン又はセサミノールを有効成分として含有する、ミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤にも関する。 The present invention further relates to an inhibitor for enhancing mitochondrial membrane permeability, which contains sesamin or sesaminol as an active ingredient.
本発明者らは、セサミン及びセサミノールがミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であることを見出した。上記亢進抑制剤は、この新規知見に基づく。 The present inventors have found that sesamin and sesaminol are substances that suppress the enhancement of mitochondrial membrane permeability. The enhancement inhibitor is based on this novel finding.
上記亢進抑制剤は、神経細胞のアポトーシス誘導の過程におけるミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制することができるため、アポトーシス抑制剤としても好適に用いることができる。 Since the above-mentioned enhancement inhibitor can suppress enhancement of mitochondrial membrane permeability in the process of inducing apoptosis of nerve cells, it can also be suitably used as an apoptosis inhibitor.
本発明はまた、ミトコンドリア膜透過性を亢進する物質のスクリーニング方法であって、インビトロで複数の被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップと、上記反応液を少なくとも2つに分けて、第1の被験細胞を含む反応液、及び第2の被験細胞を含む反応液を得て、上記第1の被験細胞に被験物質を接触させ、上記第2の被験細胞に被験物質を接触させないステップと、上記カルシウムイオン指示薬を指標として、上記第1の被験細胞、及び上記第2の被験細胞それぞれについて、カルシウムイオン量を測定するステップと、上記第1の被験細胞、及び上記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較するステップと、を含み、上記第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が上記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を上回る場合、上記被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価される、スクリーニング方法にも関する。 The present invention is also a method for screening a substance that enhances mitochondrial membrane permeability, comprising adding a calcium ion (Ca 2+ ) indicator to a reaction solution containing a plurality of test cells in vitro, and at least two reaction solutions. The reaction solution containing the first test cell and the reaction solution containing the second test cell are obtained, the test substance is brought into contact with the first test cell, and the second test cell is tested. A step of not contacting a substance, a step of measuring the amount of calcium ions for each of the first test cell and the second test cell, using the calcium ion indicator as an index, the first test cell, and the above Comparing the amount of calcium ion measured for the second test cell, and measuring calcium for the first test cell If the ion amount exceeds the amount of calcium ions was measured for the second test cell, the test substance is evaluated as a substance that enhances the mitochondrial membrane permeability, also relates to a screening method.
上記スクリーニング方法では、カルシウムイオン量に基づいた評価を行うことから、ミトコンドリア膜透過性を評価することができる。したがって、被験物質を接触させない場合と比べて、被験物質を接触させた場合にカルシウムイオン量が上昇していれば、当該被験物質をミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価することができる。また上記スクリーニング方法は、カルシウムイオン量に基づいた評価を行うため、複雑な前処理を要せず、またミトコンドリア膜透過性の変化を迅速に検出できることから、短時間での評価が可能である。 In the above screening method, mitochondrial membrane permeability can be evaluated because the evaluation is based on the amount of calcium ions. Therefore, if the amount of calcium ions is increased when the test substance is contacted compared to the case where the test substance is not contacted, the test substance can be evaluated as a substance that enhances mitochondrial membrane permeability. . In addition, since the screening method performs evaluation based on the amount of calcium ions, complicated pretreatment is not required, and changes in mitochondrial membrane permeability can be detected quickly, so that evaluation in a short time is possible.
上記スクリーニング方法は、インビトロで上記複数の被験細胞を含む反応液に活性酸素指示薬を添加するステップと、上記活性酸素指示薬を指標として、上記第1の被験細胞、及び上記第2の被験細胞それぞれについて、活性酸素量を測定するステップと、上記第1の被験細胞、及び上記第2の被験細胞について測定された活性酸素量を比較するステップと、を更に含むことが好ましい。この場合、上記第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が上記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を上回り、かつ上記第1の被験細胞について測定された活性酸素量が上記第2の被験細胞について測定された活性酸素量を上回る場合、上記被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価される。 The screening method includes a step of adding an active oxygen indicator to a reaction solution containing the plurality of test cells in vitro, and the first test cell and the second test cell, respectively, using the active oxygen indicator as an index. Preferably, the method further includes the step of measuring the amount of active oxygen and the step of comparing the amount of active oxygen measured for the first test cell and the second test cell. In this case, the amount of calcium ions measured for the first test cell exceeds the amount of calcium ions measured for the second test cell, and the amount of active oxygen measured for the first test cell is When the amount of active oxygen measured for the two test cells is exceeded, the test substance is evaluated as a substance that enhances mitochondrial membrane permeability.
カルシウムイオン量に加え、活性酸素量に基づいた評価を併せて行うことにより、より精度よく評価することができる。 By performing the evaluation based on the amount of active oxygen in addition to the amount of calcium ions, the evaluation can be made more accurately.
上記活性酸素は、スーパーオキシド(O2 −)であってもよい。 The active oxygen may be superoxide (O 2 − ).
上記スクリーニング方法は、上記カルシウムイオン指示薬及び上記活性酸素指示薬の少なくとも一方が蛍光指示薬であることが好ましく、上記カルシウムイオン指示薬が蛍光指示薬であり、かつ上記活性酸素指示薬が化学発光指示薬であることがより好ましい。これにより、カルシウムイオン量及び活性酸素量の検出を簡便に行うことができ、また検出感度を向上させることができる。 In the screening method, preferably, at least one of the calcium ion indicator and the active oxygen indicator is a fluorescent indicator, the calcium ion indicator is a fluorescent indicator, and the active oxygen indicator is a chemiluminescent indicator. preferable. Thereby, the amount of calcium ions and the amount of active oxygen can be easily detected, and the detection sensitivity can be improved.
上記スクリーニング方法では、カルシウムイオン量、又は活性酸素量に基づいた評価を行うことから、ミトコンドリア膜の透過性亢進によるアポトーシス誘導の初発のシグナルを検出することができる。したがって、上記スクリーニング方法は、上記被験細胞のミトコンドリア膜透過性の亢進が、アポトーシスの誘導を示すものであってもよい。すなわち、上記スクリーニング方法は、上記被験物質が、アポトーシスを誘導する物質であると評価するものであってもよい。 In the above screening method, since the evaluation is performed based on the calcium ion amount or the active oxygen amount, an initial signal for inducing apoptosis due to increased permeability of the mitochondrial membrane can be detected. Therefore, in the screening method, the enhancement of mitochondrial membrane permeability of the test cell may indicate induction of apoptosis. That is, the screening method may evaluate that the test substance is a substance that induces apoptosis.
本発明によれば、細胞死の最初の段階を評価することができる、ミトコンドリア膜透過性の評価方法が提供される。本発明の評価方法によれば、従来の方法では困難であった細胞死シグナル活性の最初の段階の評価を、複雑な前処理を施すことなく行うことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the mitochondrial membrane permeability evaluation method which can evaluate the initial stage of cell death is provided. According to the evaluation method of the present invention, it is possible to evaluate the first stage of the cell death signal activity, which is difficult with the conventional method, without performing complicated pretreatment.
また、本発明によれば、ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質のスクリーニング方法が提供される。本発明のスクリーニング方法は、複雑な前処理を要せず、短時間で、細胞死に関連したミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制することができる被験物質の評価が可能である。したがって、例えば、食品等由来の天然化合物、又は合成化合物のアポトーシス誘導抑制活性、神経細胞保護活性等を迅速かつ簡便に測定及び評価することができる。 In addition, according to the present invention, a screening method for a substance that suppresses enhancement of mitochondrial membrane permeability is provided. The screening method of the present invention does not require complicated pretreatment, and can evaluate a test substance that can suppress the enhancement of mitochondrial membrane permeability related to cell death in a short time. Therefore, for example, the apoptosis induction inhibitory activity, nerve cell protective activity, etc. of natural compounds or synthetic compounds derived from foods can be measured and evaluated quickly and easily.
世界に先駆けて超高齢社会に突入した日本において、健康長寿を妨げる大きな原因となる脳神経変性疾患の予防には高い関心が見込まれる。さらに、「食」による予防医療への期待も高まっている今、食への応用が可能な物質についてアポトーシス誘導抑制活性、神経細胞保護活性を迅速に簡便に測定できる方法は、健康長寿社会実現に大いに貢献できると考えられる。 In Japan, which has entered a super-aged society for the first time in the world, high interest is expected in the prevention of cranial neurodegenerative diseases, which are a major cause of hindering healthy longevity. In addition, as the expectation for preventive medicine by “food” is increasing, a method that can quickly and easily measure apoptosis-inducing inhibitory activity and nerve cell protective activity for substances that can be applied to food is a realization of a healthy and long-lived society. It is thought that it can contribute greatly.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
〔ミトコンドリア膜透過性の評価方法〕
本実施形態のミトコンドリア膜透過性の評価方法は、インビトロで被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップと、上記カルシウムイオン指示薬を指標として、カルシウムイオン量を測定するステップと、測定されたカルシウムイオン量と第1の基準値を比較するステップと、を含む。
[Evaluation method of mitochondrial membrane permeability]
The method for evaluating mitochondrial membrane permeability according to this embodiment includes a step of adding a calcium ion (Ca 2+ ) indicator to a reaction solution containing test cells in vitro, and a step of measuring the amount of calcium ions using the calcium ion indicator as an index. And comparing the measured amount of calcium ions with a first reference value.
被験細胞としては、ミトコンドリア膜透過性を評価すべき細胞種を用いればよく、任意の細胞を用いることができる。被験細胞としては、例えば、神経細胞、グリア細胞、心筋細胞、癌細胞、肝細胞、並びにこれらの細胞由来で系統化された培養細胞株等を挙げることができる。 As a test cell, a cell type whose mitochondrial membrane permeability should be evaluated may be used, and any cell can be used. Examples of test cells include nerve cells, glial cells, cardiomyocytes, cancer cells, hepatocytes, and cultured cell lines that are systematized from these cells.
被験細胞を含む反応液は、被験細胞を緩衝液(例えば、RH緩衝液、PBS(−)緩衝液)等に懸濁させることで調製することができる。 The reaction solution containing the test cell can be prepared by suspending the test cell in a buffer solution (for example, RH buffer solution, PBS (−) buffer solution) or the like.
カルシウムイオン指示薬としては、カルシウムイオンの存在量と相関する信号を検出できる試薬であればよく、例えば、カルシウムイオンと定量的に反応する蛍光指示薬、発光(例えば、化学発光)指示薬、又は吸光指示薬を用いることができる。カルシウムイオン指示薬は、市販されているものを用いてもよい。そのような指示薬として、例えば、Fluo−3(DOJINDO社製)、Indo−1、Indo−5F、bis−fura−2、Quin−2、Quin−AM、Rhod−2、X−Rhod−1(いずれもMolecular Probes社製)が挙げられる。 The calcium ion indicator may be any reagent that can detect a signal correlated with the abundance of calcium ions. For example, a fluorescent indicator that reacts quantitatively with calcium ions, a luminescent (eg, chemiluminescent) indicator, or an absorption indicator. Can be used. A commercially available calcium ion indicator may be used. As such an indicator, for example, Fluo-3 (manufactured by DOJINDO), Indo-1, Indo-5F, bis-fura-2, Quin-2, Quin-AM, Rhod-2, X-Rhod-1 (any) Also manufactured by Molecular Probes).
被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン指示薬を添加する方法としては、例えば、上述したカルシウムイオン指示薬又はその溶液等を反応液に加える方法が挙げられる。反応液に添加されたカルシウムイオン指示薬は、ミトコンドリア膜及び細胞膜を透過した反応液中のカルシウムイオンと反応するか、又はカルシウムイオン指示薬そのものの細胞膜透過性により被験細胞の細胞内に取り込まれ、ミトコンドリア膜を透過した細胞質内のカルシウムイオンと反応することになる。 Examples of the method of adding a calcium ion indicator to a reaction solution containing test cells include a method of adding the above-described calcium ion indicator or a solution thereof to the reaction solution. The calcium ion indicator added to the reaction solution reacts with calcium ions in the reaction solution that permeates the mitochondrial membrane and the cell membrane, or is taken into the cell of the test cell by the cell membrane permeability of the calcium ion indicator itself, and the mitochondrial membrane It reacts with the calcium ions in the cytoplasm that have permeated through.
インビトロで被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップは、ミトコンドリア膜透過性の変化をより迅速に評価できることから、インビトロで被験細胞の細胞内にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップであることが好ましい。 Since the step of adding a calcium ion (Ca 2+ ) indicator to a reaction solution containing test cells in vitro can more quickly evaluate changes in mitochondrial membrane permeability, calcium ions (Ca 2+ ) enter the cells of test cells in vitro. The step of adding an indicator is preferred.
被験細胞の細胞内にカルシウムイオン指示薬を添加する方法としては、例えば、カルシウムイオン指示薬そのものの細胞膜透過性を利用して反応液にカルシウムイオン指示薬を添加することにより細胞内に移動させる方法、カルシウムイオン指示薬と細胞内への物質導入に汎用されている試薬(例えば、リポフェクション試薬)を混合して反応液に添加することにより細胞内に導入する方法、物理的にカルシウムイオン指示薬を細胞内に導入する方法(例えば、マイクロインジェクション法、エレクトロポレーション法)を挙げることができる。 Examples of a method for adding a calcium ion indicator into the cells of a test cell include, for example, a method in which a calcium ion indicator is added to a reaction solution using the cell membrane permeability of the calcium ion indicator itself to move into the cell, A method of introducing an indicator and a reagent commonly used for introducing a substance into the cell (for example, lipofection reagent) and adding it to the reaction solution, and then physically introducing the calcium ion indicator into the cell Examples thereof include a method (for example, a microinjection method and an electroporation method).
反応液中又は細胞質内のカルシウムイオン量の測定は、カルシウムイオン指示薬を指標として、常法により行われる。例えば、カルシウムイオン指示薬が蛍光指示薬の場合、励起光源から出力された励起光を被験細胞を含む試料容器に照射し、放出された蛍光を蛍光検出器により検出することで、カルシウムイオン量を測定することができる。カルシウムイオン指示薬が化学発光指示薬の場合、被験細胞を含む試料容器から放出された化学発光を化学発光検出器で検出することで、カルシウムイオン量を測定することができる。ミトコンドリア膜透過性の変化をより精度よく、またより迅速に評価できることから、細胞質内のカルシウムイオン量を測定することが好ましい。 Measurement of the amount of calcium ions in the reaction solution or in the cytoplasm is performed by a conventional method using a calcium ion indicator as an index. For example, when the calcium ion indicator is a fluorescent indicator, the amount of calcium ions is measured by irradiating a sample container containing a test cell with excitation light output from an excitation light source and detecting the emitted fluorescence with a fluorescence detector. be able to. When the calcium ion indicator is a chemiluminescence indicator, the amount of calcium ions can be measured by detecting the chemiluminescence released from the sample container containing the test cell with a chemiluminescence detector. Since changes in mitochondrial membrane permeability can be evaluated more accurately and more quickly, it is preferable to measure the amount of calcium ions in the cytoplasm.
続いて、測定されたカルシウムイオン量と第1の基準値を比較する。第1の基準値は、評価目的、評価対象となる細胞種、及び基準とするミトコンドリア膜透過性の程度に応じて、随時設定することができる。より具体的には、比較対照となる状態の細胞について測定されたカルシウムイオン量を第1の基準値として設定することができる。例えば、神経細胞におけるアポトーシス誘導の初発シグナルの検出を目的とする場合、アポトーシスの誘導が生じない条件(例えば、酸化ストレス、神経栄養因子の欠乏、又は神経毒等のストレスがない条件)で培養している神経細胞においてカルシウムイオン量を測定し、測定されたカルシウムイオン量を第1の基準値として設定することができる。 Subsequently, the measured calcium ion amount is compared with the first reference value. The first reference value can be set as needed according to the purpose of evaluation, the cell type to be evaluated, and the degree of mitochondrial membrane permeability as a reference. More specifically, the amount of calcium ions measured for a cell in a state serving as a comparative control can be set as the first reference value. For example, when the purpose is to detect the initial signal of apoptosis induction in nerve cells, the cells are cultured under conditions that do not induce apoptosis (for example, conditions without stress such as oxidative stress, neurotrophic factor deficiency, or neurotoxin). It is possible to measure the amount of calcium ions in the nerve cells, and set the measured amount of calcium ions as the first reference value.
測定されたカルシウムイオン量が第1の基準値を上回る場合、第1の基準値を設定するために用いられた比較対照となる状態の細胞と比べて、被験細胞のミトコンドリア膜透過性が亢進したと評価される。 When the measured amount of calcium ions exceeds the first reference value, the mitochondrial membrane permeability of the test cell is enhanced compared to the cell in the state of comparison used to set the first reference value It is evaluated.
本実施形態のミトコンドリア膜透過性の評価方法は、カルシウムイオン量に基づく評価と共に、活性酸素量に基づいた評価を行ってもよい。すなわち、本実施形態のミトコンドリア膜透過性の評価方法は、インビトロで被験細胞を含む反応液に活性酸素指示薬を添加するステップと、活性酸素指示薬を指標として、活性酸素量を測定するステップと、測定された活性酸素量と第2の基準値とを比較するステップとを更に含んでいてもよい。これにより、細胞死に関連したミトコンドリア膜透過性の変化をより精度よく評価することができる。 The mitochondrial membrane permeability evaluation method of the present embodiment may perform evaluation based on the amount of active oxygen as well as evaluation based on the amount of calcium ions. That is, the method for evaluating mitochondrial membrane permeability of the present embodiment includes a step of adding an active oxygen indicator to a reaction solution containing test cells in vitro, a step of measuring the amount of active oxygen using the active oxygen indicator as an index, and a measurement The method may further include a step of comparing the determined amount of active oxygen with the second reference value. Thereby, the change of the mitochondrial membrane permeability relevant to cell death can be evaluated more accurately.
活性酸素指示薬としては、活性酸素の存在量と相関する信号を検出できる試薬であればよく、例えば、活性酸素と定量的に反応する蛍光指示薬、発光(例えば、化学発光)指示薬、又は吸光指示薬を用いることができる。活性酸素指示薬は、市販されているものを用いてもよい。そのような指示薬として、例えば、2−メチル−6−フェニル−3,7−ジヒドロイミダゾ[1,2−a]ピラジン−3−オン(CLA)、2−メチル−6−(4−メトキシフェニル)−3,7−ジヒドロイミダゾ[1,2−a]ピラジン−3−オン(MCLA)、2−メチル‐6−p−メトキシフェニルエチニルイミダゾピラジノン(MPEC)、インドシアニン型イミダゾピラノジン化合物(NIR−CLA)、2−[2,4,5,7−テトラフルオロ−6−(2−ニトロ−4,5−ジメトキシフェニルスルホニルオキシ)−3−オキソ−3H−キサンテン−9−イル]安息香酸(BES−So)ジヒドロエチジウム等のスーパーオキシドと反応する指示薬、カルボキシ−H2DCFDA(2’,7’−ジクロロジヒドロフルオレセインジアセテート)、ジヒドロカルセイン、ジヒドロローダミン123、ルミノール等の過酸化水素と反応する指示薬、CM−H2DCFDC、プロキシルフルオレスカミン、TEPO−9−AC等のヒドロキシラジカルと反応する指示薬、トランス−1−(2’−メトキシビニル)ピレン等の一重項酸素と反応する指示薬が挙げられる。 The active oxygen indicator may be any reagent that can detect a signal that correlates with the amount of active oxygen present. For example, a fluorescent indicator that reacts quantitatively with active oxygen, a luminescent (eg, chemiluminescent) indicator, or an absorption indicator. Can be used. A commercially available active oxygen indicator may be used. Examples of such indicators include 2-methyl-6-phenyl-3,7-dihydroimidazo [1,2-a] pyrazin-3-one (CLA), 2-methyl-6- (4-methoxyphenyl) -3,7-dihydroimidazo [1,2-a] pyrazin-3-one (MCLA), 2-methyl-6-p-methoxyphenylethynylimidazopyrazinone (MPEC), indocyanine type imidazopyranodine compound ( NIR-CLA), 2- [2,4,5,7-tetrafluoro-6- (2-nitro-4,5-dimethoxyphenylsulfonyloxy) -3-oxo-3H-xanthen-9-yl] benzoic acid (BES-So) Indicators that react with superoxide such as dihydroethidium, carboxy-H 2 DCFDA (2 ′, 7′-dichlorodihydrofluorescein di Acetate), dihydrocalcein, dihydrorhodamine 123, indicators that react with hydrogen peroxide such as luminol, CM-H 2 DCFDC, proxylfluorescamine, indicators that react with hydroxy radicals such as TEPO-9-AC, trans-1 Examples include indicators that react with singlet oxygen such as-(2'-methoxyvinyl) pyrene.
被験細胞を含む反応液に活性酸素指示薬を添加する方法としては、例えば、上述した活性酸素指示薬又はその溶液等を反応液に加える方法が挙げられる。反応液に添加された活性酸素指示薬は、反応液中の活性酸素と反応するか、又は活性酸素指示薬そのものの細胞膜透過性により被験細胞の細胞内に取り込まれ、細胞質内の活性酸素と反応することになる。 Examples of a method for adding an active oxygen indicator to a reaction solution containing test cells include a method of adding the above-described active oxygen indicator or a solution thereof to the reaction solution. The active oxygen indicator added to the reaction solution reacts with the active oxygen in the reaction solution, or is taken into the cell of the test cell by the cell membrane permeability of the active oxygen indicator itself and reacts with the active oxygen in the cytoplasm. become.
インビトロで被験細胞を含む反応液に活性酸素指示薬を添加するステップは、ミトコンドリア膜透過性の変化をより迅速に評価できることから、インビトロで被験細胞の細胞内に活性酸素指示薬を添加するステップであってもよい。 The step of adding the active oxygen indicator to the reaction solution containing the test cell in vitro is a step of adding the active oxygen indicator into the cell of the test cell in vitro since the change in mitochondrial membrane permeability can be evaluated more quickly. Also good.
被験細胞の細胞内に活性酸素指示薬を添加する方法としては、カルシウムイオン指示薬を添加する方法と同様の方法を例示できる。活性酸素指示薬を添加する場合、活性酸素指示薬とカルシウムイオン指示薬との添加順序は任意であり、同時に添加してもよい。 Examples of the method for adding an active oxygen indicator into the cells of a test cell include the same method as the method for adding a calcium ion indicator. When the active oxygen indicator is added, the order of adding the active oxygen indicator and the calcium ion indicator is arbitrary, and they may be added simultaneously.
反応液中又は細胞質内の活性酸素量の測定は、活性酸素指示薬を指標として、常法により行われる。活性酸素量の測定方法の具体例としては、カルシウムイオン量の測定方法の具体例と同様の方法を例示できる。ミトコンドリア膜透過性の変化をより精度よく評価できることから、反応液中の活性酸素量を測定することが好ましい。 Measurement of the amount of active oxygen in the reaction solution or in the cytoplasm is performed by a conventional method using an active oxygen indicator as an index. Specific examples of the method for measuring the amount of active oxygen include the same methods as the specific examples of the method for measuring the amount of calcium ions. Since changes in mitochondrial membrane permeability can be evaluated with higher accuracy, it is preferable to measure the amount of active oxygen in the reaction solution.
カルシウムイオン量及び活性酸素量の測定においては、検出感度を向上させるという観点から、カルシウムイオン指示薬及び活性酸素指示薬の少なくとも一方が蛍光指示薬であることが好ましく、カルシウムイオン指示薬が蛍光指示薬であり、かつ活性酸素指示薬が化学発光指示薬であることがより好ましい。 In the measurement of the amount of calcium ions and the amount of active oxygen, from the viewpoint of improving detection sensitivity, at least one of the calcium ion indicator and the active oxygen indicator is preferably a fluorescent indicator, the calcium ion indicator is a fluorescent indicator, and More preferably, the active oxygen indicator is a chemiluminescent indicator.
カルシウムイオン量及び活性酸素量は、略同時に測定してもよい。これにより、同一の条件下におけるカルシウムイオン量及び活性酸素量を測定することができ、ミトコンドリア膜透過性をより正確に評価することができる。 The amount of calcium ions and the amount of active oxygen may be measured substantially simultaneously. Thereby, the amount of calcium ions and the amount of active oxygen under the same conditions can be measured, and mitochondrial membrane permeability can be more accurately evaluated.
カルシウムイオン量及び活性酸素量は、例えば、蛍光検出装置、化学発光検出装置、吸光度測定装置を用いて測定することができる。また、カルシウムイオン量及び活性酸素量を蛍光と化学発光により略同時に測定する場合、例えば、特開2004−61438号公報、特開2000−131234号公報等に記載の蛍光及び化学発光を同時に測定する装置を用いて測定することもできる。 The amount of calcium ions and the amount of active oxygen can be measured using, for example, a fluorescence detection device, a chemiluminescence detection device, or an absorbance measurement device. When the amount of calcium ions and the amount of active oxygen are measured substantially simultaneously by fluorescence and chemiluminescence, for example, the fluorescence and chemiluminescence described in JP-A-2004-61438, JP-A-2000-13234, etc. are simultaneously measured. It can also be measured using an apparatus.
続いて、測定された活性酸素量と第2の基準値を比較する。第2の基準値は、評価目的、評価対象となる細胞種、及び基準とするミトコンドリア膜透過性の程度に応じて、随時設定することができる。より具体的には、比較対照となる状態の細胞について測定された活性酸素量を第2の基準値として設定することができる。例えば、神経細胞におけるアポトーシス誘導の初発シグナルの検出を目的とする場合、アポトーシスの誘導が生じない条件(例えば、酸化ストレス、神経栄養因子の欠乏、又は神経毒等のストレスがない条件)で培養している神経細胞において活性酸素量を測定し、測定された活性酸素量を第2の基準値として設定することができる。第2の基準値は、第1の基準値と同じ条件で設定するのが好ましい。 Subsequently, the measured amount of active oxygen is compared with the second reference value. The second reference value can be set at any time according to the evaluation purpose, the cell type to be evaluated, and the degree of mitochondrial membrane permeability as a reference. More specifically, the amount of active oxygen measured for a cell in a state as a comparison control can be set as the second reference value. For example, when the purpose is to detect the initial signal of apoptosis induction in nerve cells, the cells are cultured under conditions that do not induce apoptosis (for example, conditions without stress such as oxidative stress, neurotrophic factor deficiency, or neurotoxin). It is possible to measure the amount of active oxygen in the nerve cells, and set the measured amount of active oxygen as the second reference value. The second reference value is preferably set under the same conditions as the first reference value.
活性酸素としては、スーパーオキシド、過酸化水素、ヒドロキシラジカル、一重項酸素が挙げられる。アポトーシス誘導の初発シグナルの検出を目的とする場合には、より精度よい評価が可能になることから、活性酸素としてスーパーオキシドを採用することが好ましい。 Examples of active oxygen include superoxide, hydrogen peroxide, hydroxy radical, and singlet oxygen. For the purpose of detecting the initial signal for inducing apoptosis, it is preferable to employ superoxide as the active oxygen because it enables more accurate evaluation.
測定された活性酸素量が第2の基準値を上回る場合、第2の基準値を設定するために用いられた比較対照となる状態の細胞と比べて、被験細胞のミトコンドリア膜透過性が亢進したと評価される。ここで、評価の精度をより向上させる観点から、測定されたカルシウムイオン量が第1の基準値を上回り、かつ測定された活性酸素量が第2の基準値を上回る場合に、被験細胞のミトコンドリア膜透過性が亢進したと評価されることが好ましい。 When the measured amount of active oxygen exceeds the second reference value, the mitochondrial membrane permeability of the test cell was enhanced compared to the cell in the state of comparison used to set the second reference value It is evaluated. Here, from the viewpoint of further improving the accuracy of evaluation, when the measured calcium ion amount exceeds the first reference value and the measured active oxygen amount exceeds the second reference value, the mitochondria of the test cell It is preferable to evaluate that the membrane permeability is enhanced.
上述したミトコンドリア膜透過性の評価方法によれば、ミトコンドリア膜透過性の亢進によるアポトーシス誘導の初発シグナル(例えば、細胞質におけるCa2+又はO2 −量の増加)を検出することができるため、本実施形態の評価方法は、被験細胞におけるアポトーシス誘導の評価方法又は検出方法としても有用である。 According to the method for evaluating mitochondrial membrane permeability described above, an initial signal of apoptosis induction (for example, increase in Ca 2+ or O 2 − amount in the cytoplasm) due to enhanced mitochondrial membrane permeability can be detected. The form evaluation method is also useful as an evaluation method or detection method of apoptosis induction in a test cell.
〔ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質のスクリーニング方法〕
本発明は、ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質のスクリーニング方法にも応用することができる。
[Screening method for substances that suppress the increase in mitochondrial permeability]
The present invention can also be applied to a screening method for substances that suppress the enhancement of mitochondrial membrane permeability.
本実施形態のミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質のスクリーニング方法は、インビトロで複数の被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップと、反応液を少なくとも2つに分けて、第1の被験細胞を含む反応液、及び第2の被験細胞を含む反応液を得て、第1の被験細胞に被験物質及びミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させ、第2の被験細胞にミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させるステップと、カルシウムイオン指示薬を指標として、第1の被験細胞、及び第2の被験細胞それぞれについて、カルシウムイオン量を測定するステップと、第1の被験細胞、及び第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較するステップと、を含む。比較の結果、第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を下回る場合、被験物質がミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であると評価される。 The method for screening a substance that suppresses the enhancement of mitochondrial membrane permeability according to this embodiment includes a step of adding a calcium ion (Ca 2+ ) indicator to a reaction solution containing a plurality of test cells in vitro, and at least two reaction solutions. Separately, a reaction liquid containing the first test cell and a reaction liquid containing the second test cell are obtained, the test substance and the mitochondrial membrane permeation enhancer are brought into contact with the first test cell, and the second test A step of contacting a cell with a mitochondrial membrane permeability enhancer, a step of measuring the amount of calcium ions for each of the first test cell and the second test cell using the calcium ion indicator as an index, and the first test cell And comparing the amount of calcium ions measured for the second test cell. As a result of the comparison, if the amount of calcium ions measured for the first test cell is less than the amount of calcium ions measured for the second test cell, the test substance is evaluated as a substance that suppresses enhancement of mitochondrial membrane permeability Is done.
被験物質に特に制限はなく、任意の物質を用いることができる。被験物質としては、例えば、天然由来の化合物、人工合成された化合物、ペプチド、タンパク質、脂質、核酸(リボ核酸、デオキシリボ核酸等)が挙げられる。被験物質として、食品由来の物質を用いてもよい。 There is no particular limitation on the test substance, and any substance can be used. Examples of the test substance include naturally occurring compounds, artificially synthesized compounds, peptides, proteins, lipids, and nucleic acids (ribonucleic acid, deoxyribonucleic acid, etc.). A food-derived substance may be used as the test substance.
ミトコンドリア膜透過性亢進剤としては、ミトコンドリア膜の透過性を亢進させる性質を有する物質を制限なく用いることができる。ミトコンドリア膜の透過性を亢進させる性質は、ミトコンドリア膜のPTP形成(開口)を促進する性質であることが好ましい。ミトコンドリア膜透過性亢進剤の具体例としては、例えば、PK11195(1−(2−クロロフェニル)−N−メチル−N−(1−メチルプロピル)−3−イソキノリンカルボキサミド)が挙げられる。PK11195は、ミトコンドリア膜のPTPを開口させ、アポトーシスシグナルを活性化して細胞死を惹起することが知られている(非特許文献2)。 As the mitochondrial membrane permeability enhancer, a substance having the property of enhancing the permeability of the mitochondrial membrane can be used without limitation. The property of enhancing the permeability of the mitochondrial membrane is preferably the property of promoting PTP formation (opening) of the mitochondrial membrane. Specific examples of the mitochondrial permeability enhancer include PK11195 (1- (2-chlorophenyl) -N-methyl-N- (1-methylpropyl) -3-isoquinolinecarboxamide). PK11195 is known to cause cell death by opening PTP of the mitochondrial membrane and activating an apoptotic signal (Non-patent Document 2).
被験細胞は、任意の細胞を用いてよい。特に神経細胞保護活性を有する物質のスクリーニングを目的とする場合は、神経細胞又は神経細胞由来で系統化された培養細胞株を用いるのが好ましく、ドパミン細胞系の培養細胞株であるSH−SY5Y細胞を用いるのがより好ましい。 Any cell may be used as the test cell. In particular, for the purpose of screening a substance having neuronal cell protective activity, it is preferable to use a neuronal cell or a cultured cell line systematized from neuronal cells, and SH-SY5Y cell which is a cultured cell line of dopamine cell line Is more preferable.
本実施形態に係るスクリーニング方法では、まず複数の被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン指示薬を添加する。当該添加はインビトロで行われる。カルシウムイオン指示薬、及びそれを添加する方法の具体例としては、上述したとおりである。 In the screening method according to the present embodiment, a calcium ion indicator is first added to a reaction solution containing a plurality of test cells. The addition is performed in vitro. Specific examples of the calcium ion indicator and the method of adding the same are as described above.
次に反応液を少なくとも2つに分けて、第1の被験細胞を含む反応液、及び第2の被験細胞を含む反応液を得る。そして、第1の被験細胞に被験物質及びミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させ、第2の被験細胞にミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させる。 Next, the reaction solution is divided into at least two to obtain a reaction solution containing the first test cell and a reaction solution containing the second test cell. Then, the test substance and the mitochondrial membrane permeability enhancer are brought into contact with the first test cell, and the mitochondrial membrane permeability enhancer is brought into contact with the second test cell.
被験物質及びミトコンドリア膜透過性亢進剤を被験細胞に接触させる方法としては、例えば、被験細胞を含む反応液に被験物質若しくはミトコンドリア膜透過性亢進剤、又はこれらの溶液を添加することにより行うことができる。第1の被験細胞において、被験物質及びミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させる順序は任意であり、同時に接触させてもよい。ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する作用をより精度よく評価するという観点からは、被験細胞に被験物質を接触させた後、ミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させることが好ましい。 As a method of bringing the test substance and the mitochondrial membrane permeability enhancer into contact with the test cell, for example, it can be performed by adding the test substance or the mitochondrial membrane permeability enhancer or a solution thereof to a reaction solution containing the test cell. it can. In the first test cell, the order in which the test substance and the mitochondrial membrane permeation enhancer are brought into contact with each other is arbitrary, and may be contacted at the same time. From the viewpoint of more accurately evaluating the effect of suppressing the enhancement of mitochondrial membrane permeability, it is preferable to contact a test substance with a test cell and then contact a mitochondrial membrane permeability enhancer.
次にカルシウムイオン指示薬を指標として、第1の被験細胞、及び第2の被験細胞それぞれについて、反応液中又は細胞質内のカルシウムイオン量を測定する。測定方法の具体例としては、上述したとおりである。 Next, using the calcium ion indicator as an index, the amount of calcium ions in the reaction solution or in the cytoplasm is measured for each of the first test cell and the second test cell. Specific examples of the measurement method are as described above.
次に第1の被験細胞、及び第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較する。第2の被験細胞は、ミトコンドリア膜透過性亢進剤の作用により、ミトコンドリア膜の透過性が亢進し、反応液中又は細胞質内のカルシウムイオン量が上昇する。これに対し、被験物質がミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する性質を有する場合、第1の被験細胞はミトコンドリア膜透過性亢進剤の作用が被験物質の作用により打ち消され、第2の被験細胞と比べて、反応液中又は細胞質内のカルシウムイオン量の上昇が抑えられるか、又は上昇しないことになる。したがって、第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を下回る場合、被験物質がミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であると評価される。 Next, the calcium ion content measured about the 1st test cell and the 2nd test cell is compared. In the second test cell, the permeability of the mitochondrial membrane is enhanced by the action of the mitochondrial membrane permeability enhancer, and the amount of calcium ions in the reaction solution or in the cytoplasm increases. On the other hand, when the test substance has the property of suppressing the enhancement of mitochondrial membrane permeability, the action of the mitochondrial membrane permeability enhancer is canceled by the action of the test substance in the first test cell, and the second test cell and In comparison, an increase in the amount of calcium ions in the reaction solution or in the cytoplasm is suppressed or does not increase. Therefore, when the amount of calcium ions measured for the first test cell is lower than the amount of calcium ions measured for the second test cell, the test substance is evaluated as a substance that suppresses the enhancement of mitochondrial membrane permeability. .
本実施形態に係るスクリーニング方法においては、カルシウムイオン指示薬を添加した複数の被験細胞を含む反応液を3つに分けて、第1の被験細胞を含む反応液、第2の被験細胞を含む反応液、及び第3の被験細胞を含む反応液を得て、第1の被験細胞に被験物質及びミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させ、第2の被験細胞にミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させ、第3の被験細胞に細胞保護薬及びミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させるステップを含むものであってもよい。また、細胞保護薬が、後述するBcl−2タンパク質のように細胞に発現させることにより細胞保護薬として機能する細胞保護因子である場合、当該接触させるステップにおける細胞保護因子との接触は、細胞内部で細胞保護因子が発現することを意味する。 In the screening method according to the present embodiment, a reaction solution containing a plurality of test cells to which a calcium ion indicator is added is divided into three, a reaction solution containing a first test cell, and a reaction solution containing a second test cell. And a reaction solution containing a third test cell, contacting the first test cell with a test substance and a mitochondrial membrane permeability enhancer, contacting the second test cell with a mitochondrial membrane permeability enhancer, It may include a step of contacting the third test cell with a cytoprotective drug and a mitochondrial membrane permeability enhancer. In addition, when the cytoprotective agent is a cytoprotective factor that functions as a cytoprotective agent when expressed in the cell like the Bcl-2 protein described later, the contact with the cytoprotective factor in the contacting step Means that the cytoprotective factor is expressed.
第3の被験細胞に接触させる細胞保護薬(細胞保護剤ともいう。)としては、ミトコンドリア膜の透過性の亢進を抑制する性質を有する物質を制限なく用いることができる。細胞保護薬としては、例えば、シクロスポリンA(Cyclosporin−A)、ラサギリン(N−2−プロピニル−1−インダンアミン)、Bcl−2タンパク質が挙げられる。シクロスポリンAはPTP開口を阻害することが知られている。また、Bcl−2タンパク質及びラサギリンは、PTP形成を阻害することでアポトーシスを阻止し神経細胞を保護することが知られている(非特許文献1)。Bcl−2タンパク質は、被験細胞へ遺伝子導入を行いミトコンドリアに発現させたものであってもよい。 As the cytoprotective agent (also referred to as cytoprotective agent) to be contacted with the third test cell, a substance having a property of suppressing the enhancement of mitochondrial membrane permeability can be used without limitation. Examples of cytoprotective agents include cyclosporin A (Cyclosporin-A), rasagiline (N-2-propynyl-1-indanamine), and Bcl-2 protein. Cyclosporine A is known to inhibit PTP opening. Bcl-2 protein and rasagiline are known to inhibit apoptosis by inhibiting PTP formation and protect neurons (Non-patent Document 1). The Bcl-2 protein may be a gene that is introduced into a test cell and expressed in mitochondria.
第3の被験細胞は、ミトコンドリア膜透過性亢進剤の作用が細胞保護薬の作用で打ち消されるため、反応液中又は細胞質内のカルシウムイオン量の上昇が抑えられるか、又は上昇しない。したがって、第1の被験細胞と第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較することに加え、第1の被験細胞と第3の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較することによって、より精度のよい評価を行うことができる。 In the third test cell, since the action of the mitochondrial membrane permeability enhancer is counteracted by the action of the cytoprotective agent, an increase in the amount of calcium ions in the reaction solution or in the cytoplasm is suppressed or does not increase. Therefore, in addition to comparing the calcium ion content measured for the first test cell and the second test cell, by comparing the calcium ion content measured for the first test cell and the third test cell. Therefore, more accurate evaluation can be performed.
本実施形態に係るスクリーニング方法は、カルシウムイオン量に基づく評価と共に、活性酸素量に基づいた評価を行ってもよい。すなわち、本実施形態に係るスクリーニング方法は、インビトロで上記複数の被験細胞を含む反応液に活性酸素指示薬を添加するステップと、活性酸素指示薬を指標として、第1の被験細胞、及び第2の被験細胞、並びに必要に応じて第3の被験細胞それぞれについて、活性酸素量を測定するステップと、第1の被験細胞、及び第2の被験細胞、並びに必要に応じて第3の被験細胞について測定された活性酸素量を比較するステップと、を更に含んでいてもよい。これにより、細胞死に関連したミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する作用をより精度よく評価することができる。 The screening method according to the present embodiment may perform evaluation based on the amount of active oxygen as well as evaluation based on the amount of calcium ions. That is, the screening method according to the present embodiment includes a step of adding an active oxygen indicator to the reaction solution containing the plurality of test cells in vitro, the first test cell, and the second test using the active oxygen indicator as an index. A step of measuring the amount of active oxygen for each of the cells and, if necessary, the third test cell, the first test cell, the second test cell, and, if necessary, the third test cell And comparing the amount of active oxygen. Thereby, the effect | action which suppresses the enhancement of mitochondrial membrane permeability relevant to cell death can be evaluated more accurately.
活性酸素指示薬、及びそれを添加する方法の具体例としては、上述したとおりである。また、カルシウムイオン量及び活性酸素量の測定方法の具体例も上述したとおりである。 Specific examples of the active oxygen indicator and the method of adding it are as described above. Moreover, the specific example of the measuring method of the amount of calcium ions and the amount of active oxygen is as above-mentioned.
第1の被験細胞について測定された活性酸素量が第2の被験細胞について測定された活性酸素量を下回る場合、被験物質がミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であると評価される。ここで、評価の精度をより高める観点から、第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を下回り、かつ第1の被験細胞について測定された活性酸素量が第2の被験細胞について測定された活性酸素量を下回る場合、被験物質がミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であると評価されることが好ましい。 When the amount of active oxygen measured for the first test cell is lower than the amount of active oxygen measured for the second test cell, the test substance is evaluated as a substance that suppresses enhancement of mitochondrial membrane permeability. Here, from the viewpoint of further improving the accuracy of evaluation, the amount of calcium ions measured for the first test cell was lower than the amount of calcium ions measured for the second test cell, and was measured for the first test cell. When the amount of active oxygen is lower than the amount of active oxygen measured for the second test cell, it is preferable that the test substance is evaluated as a substance that suppresses enhancement of mitochondrial membrane permeability.
本実施形態のスクリーニング方法によれば、ミトコンドリア膜透過性の亢進によるアポトーシス誘導の初発シグナル(例えば、細胞質におけるCa2+又はO2 −量の増加)に基づく評価が可能であるため、本実施形態のスクリーニング方法は、アポトーシスを抑制する物質のスクリーニング方法としても有用である。 According to the screening method of the present embodiment, evaluation based on an initial signal of apoptosis induction due to enhanced mitochondrial membrane permeability (for example, an increase in the amount of Ca 2+ or O 2 − in the cytoplasm) is possible. The screening method is also useful as a screening method for substances that suppress apoptosis.
本実施形態のスクリーニング方法により、ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であると評価された被験物質は、ミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤として好適に用いられる。次に、ミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤について説明する。 A test substance evaluated as a substance that suppresses enhancement of mitochondrial membrane permeability by the screening method of the present embodiment is suitably used as an agent for inhibiting mitochondrial membrane permeability enhancement. Next, the mitochondrial permeability enhancement inhibitor will be described.
〔ミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤〕
本実施形態のミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤は、セサミン又はセサミノールを有効成分として含有する。
[Inhibitors of enhanced mitochondrial permeability]
The mitochondrial permeability enhancement inhibitor of this embodiment contains sesamin or sesaminol as an active ingredient.
セサミンは、ゴマに含まれる成分の一つであり、5,5’−(1S,3aR,4S,6aR)−テトラヒドロ−1H,3H−フロ[3,4−c]フラン−1,4−ジイルビス(1,3−ベンゾジオキソール)とも称される化合物である。 Sesamin is one of the components contained in sesame, and is 5,5 ′-(1S, 3aR, 4S, 6aR) -tetrahydro-1H, 3H-furo [3,4-c] furan-1,4-diylbis. It is a compound also called (1,3-benzodioxole).
セサミノールは、ゴマに含まれる成分の一つであり、(1S,3aβ,6aβ)−1β−(6−ヒドロキシ−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)−4β−(1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)テトラヒドロ−1H,3H−フロ[3,4−c]フランとも称される化合物である。 Sesaminol is one of the components contained in sesame and is (1S, 3aβ, 6aβ) -1β- (6-hydroxy-1,3-benzodioxol-5-yl) -4β- (1,3 -Benzodioxol-5-yl) tetrahydro-1H, 3H-furo [3,4-c] furan.
セサミン及びセサミノールは、ミトコンドリア膜透過性亢進剤(PK11195)により誘導されるミトコンドリア膜の透過性の亢進を抑制することができるため、セサミン及びセサミノールを有効成分として含有するミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤は、ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する用途に好適に用いられる。 Since sesamin and sesaminol can suppress the increase in mitochondrial permeability induced by the mitochondrial permeability enhancer (PK11195), the enhancement of mitochondrial permeability that contains sesamin and sesaminol as active ingredients The inhibitor is suitably used for the purpose of suppressing the enhancement of mitochondrial membrane permeability.
セサミン及びセサミノールは、天然由来のものであってもよく、化学合成されたものであってもよい。セサミン及びセサミノールは、例えば、ゴマ油から精製して得ることができる。セサミン及びセサミノールは、市販されているものを用いてもよい。 Sesamin and sesaminol may be naturally derived or chemically synthesized. Sesamin and sesaminol can be obtained by refining from sesame oil, for example. Commercially available sesamin and sesaminol may be used.
本実施形態のミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤は、セサミン又はセサミノールを1種単独で有効成分として含有していてもよく、2種を組み合わせて有効成分として含有していてもよい。 The mitochondrial membrane permeability inhibitor of this embodiment may contain sesamin or sesaminol alone as an active ingredient, or a combination of two kinds as an active ingredient.
本実施形態のミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤は、固体、液体(懸濁液を含む)、ペースト等のいずれの形状であってもよい。また、剤形としては、散剤、丸剤、顆粒剤、錠剤、シロップ剤、トローチ剤、カプセル剤等のいずれであってもよい。 The inhibitor for enhancing mitochondrial membrane permeability of the present embodiment may be any shape such as a solid, a liquid (including a suspension), and a paste. Further, the dosage form may be any of powder, pill, granule, tablet, syrup, troche, capsule and the like.
上述の各種製剤は、有効成分であるセサミン又はセサミノールのみからなるものであってもよく、当該有効成分と薬学的に許容される添加剤との混合物であってもよい。また、上述の製剤は、例えば、セサミン、セサミノール、及び必要に応じて添加剤を混和し、上記剤形に成形することによって調製することができる。添加剤を含む場合、上記有効成分の含有量は、例えば、製剤全量を基準として、0.1〜90質量%である。 The above-mentioned various preparations may be composed of only the active ingredient sesamin or sesaminol, or may be a mixture of the active ingredient and a pharmaceutically acceptable additive. Moreover, the above-mentioned formulation can be prepared by, for example, mixing sesamin, sesaminol, and, if necessary, an additive and forming the dosage form. When an additive is included, the content of the active ingredient is, for example, 0.1 to 90% by mass based on the total amount of the preparation.
薬学的に許容される添加剤としては、例えば、賦形剤、結合剤、滑沢剤、崩壊剤、乳化剤、界面活性剤、基剤を挙げることができる。 Examples of the pharmaceutically acceptable additive include an excipient, a binder, a lubricant, a disintegrant, an emulsifier, a surfactant, and a base.
賦形剤としては、例えば、ラクトース、スクロース、デンプン、デキストリン等が挙げられる。結合剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、アラビアゴム、トラガント、ゼラチン、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニルピロリドン等が挙げられる。滑沢剤としては、例えば、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、タルク等が挙げられる。崩壊剤としては、例えば、結晶セルロース、寒天、ゼラチン、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、デキストリン等が挙げられる。乳化剤又は界面活性剤としては、例えば、Tween60、Tween80、Span80、モノステアリン酸グリセリン等が挙げられる。基剤としては、例えば、セトステアリルアルコール、ラノリン、ポリエチレングリコール、米糠油、魚油(DHA、EPA等)、オリーブ油等が挙げられる。 Examples of the excipient include lactose, sucrose, starch, dextrin and the like. Examples of the binder include polyvinyl alcohol, gum arabic, tragacanth, gelatin, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, sodium carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone and the like. Examples of the lubricant include magnesium stearate, calcium stearate, talc and the like. Examples of the disintegrant include crystalline cellulose, agar, gelatin, calcium carbonate, sodium bicarbonate, dextrin and the like. Examples of the emulsifier or surfactant include Tween 60, Tween 80, Span 80, and glyceryl monostearate. Examples of the base include cetostearyl alcohol, lanolin, polyethylene glycol, rice bran oil, fish oil (DHA, EPA, etc.), olive oil and the like.
本実施形態のミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤は、ヒトに投与しても、非ヒト哺乳動物に投与してもよい。投与量及び投与方法は、投与される個体の状態、年齢等に応じて適宜決定することができる。好適な投与方法としては、例えば、経口投与が挙げられる。投与量及び投与方法の一例として、本実施形態のミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤の有効成分濃度と脳内移行効率を考慮すると、100mg〜1g(有効成分量基準)を1日1回経口で投与する方法を挙げることができる。 The mitochondrial permeability enhancement inhibitor of this embodiment may be administered to humans or non-human mammals. The dosage and administration method can be appropriately determined according to the condition, age, etc. of the individual to be administered. Suitable administration methods include, for example, oral administration. As an example of the dose and administration method, taking into account the active ingredient concentration of the mitochondrial membrane permeability enhancement inhibitor of this embodiment and the efficiency of translocation into the brain, 100 mg to 1 g (based on the active ingredient amount) is orally administered once a day. The method of administration can be mentioned.
本実施形態のミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤は、医薬品、医薬部外品、一般食品、サプリメント、特定保健用食品、機能性食品、栄養補助食品、食品添加物、飼料、飼料添加物等として使用することができる。 Mitochondrial membrane permeability enhancement inhibitor of this embodiment is a pharmaceutical, quasi-drug, general food, supplement, food for specified health use, functional food, dietary supplement, food additive, feed, feed additive, etc. Can be used.
本実施形態のミトコンドリア膜透過性の亢進抑制剤は、細胞のアポトーシス誘導の過程におけるミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制することができるため、例えば、アポトーシス抑制剤、細胞保護剤(例えば、神経細胞保護剤)としても好適に用いることができる。また、アポトーシス抑制作用、神経細胞保護作用を介して、老化防止効果、脳を若く保つ効果等を奏することもできる。 Since the inhibitor for enhancing mitochondrial membrane permeability of the present embodiment can suppress the enhancement of mitochondrial membrane permeability in the process of inducing apoptosis of cells, for example, apoptosis inhibitor, cytoprotective agent (for example, protection of nerve cells) As an agent). In addition, an anti-aging effect, an effect of keeping the brain young, and the like can also be achieved through an apoptosis-inhibiting action and a nerve cell protecting action.
〔ミトコンドリア膜透過性を亢進する物質のスクリーニング方法〕
本発明は、ミトコンドリア膜透過性を亢進する物質のスクリーニング方法にも応用することができる。
[Screening method for substances that enhance mitochondrial membrane permeability]
The present invention can also be applied to screening methods for substances that enhance mitochondrial membrane permeability.
本実施形態のミトコンドリア膜透過性を亢進する物質のスクリーニング方法は、インビトロで複数の被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップと、反応液を少なくとも2つに分けて、第1の被験細胞を含む反応液、及び第2の被験細胞を含む反応液を得て、第1の被験細胞に被験物質を接触させ、第2の被験細胞に被験物質を接触させないステップと、カルシウムイオン指示薬を指標として、第1の被験細胞、及び第2の被験細胞それぞれについて、カルシウムイオン量を測定するステップと、第1の被験細胞、及び第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較するステップと、を含む。比較の結果、第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を上回る場合、被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価される。 The method for screening a substance that enhances mitochondrial membrane permeability according to this embodiment comprises a step of adding a calcium ion (Ca 2+ ) indicator to a reaction solution containing a plurality of test cells in vitro, and dividing the reaction solution into at least two. Obtaining a reaction solution containing the first test cell and a reaction solution containing the second test cell, contacting the test substance with the first test cell, and not contacting the test substance with the second test cell; The step of measuring the amount of calcium ions for each of the first test cell and the second test cell using the calcium ion indicator as an index, and the calcium ion measured for the first test cell and the second test cell Comparing the amounts. As a result of the comparison, when the amount of calcium ions measured for the first test cell exceeds the amount of calcium ions measured for the second test cell, the test substance is evaluated as a substance that enhances mitochondrial membrane permeability. .
被験物質に特に制限はなく、任意の物質を用いることができる。被験物質としては、例えば、天然由来の化合物、人工合成された化合物、ペプチド、タンパク質、脂質、核酸(リボ核酸、デオキシリボ核酸等)が挙げられる。被験物質として、食品由来の物質を用いてもよい。 There is no particular limitation on the test substance, and any substance can be used. Examples of the test substance include naturally occurring compounds, artificially synthesized compounds, peptides, proteins, lipids, and nucleic acids (ribonucleic acid, deoxyribonucleic acid, etc.). A food-derived substance may be used as the test substance.
被験細胞は、任意の細胞を用いてよい。特に癌治療効果を有する物質のスクリーニングを目的とする場合は、癌細胞又は癌細胞由来で系統化された培養細胞株を用いるのが好ましい。癌細胞は、アポトーシスを避けて増殖し続ける性質があるため、アポトーシスを誘導する物質を抗癌剤又は抗癌補助剤として使用している例もある。 Any cell may be used as the test cell. In particular, for the purpose of screening for substances having a cancer therapeutic effect, it is preferable to use cancer cells or cultured cell lines systematized from cancer cells. Since cancer cells have the property of continuing to proliferate while avoiding apoptosis, there are examples in which a substance that induces apoptosis is used as an anticancer agent or an anticancer adjuvant.
本実施形態に係るスクリーニング方法では、まず複数の被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン指示薬を添加する。当該添加はインビトロで行われる。カルシウムイオン指示薬、及びそれを添加する方法の具体例としては、上述したとおりである。 In the screening method according to the present embodiment, a calcium ion indicator is first added to a reaction solution containing a plurality of test cells. The addition is performed in vitro. Specific examples of the calcium ion indicator and the method of adding the same are as described above.
次に反応液を少なくとも2つに分けて、第1の被験細胞を含む反応液、及び第2の被験細胞を含む反応液を得る。そして、第1の被験細胞に被験物質を接触させ、第2の被験細胞には被験物質を接触させない。 Next, the reaction solution is divided into at least two to obtain a reaction solution containing the first test cell and a reaction solution containing the second test cell. Then, the test substance is brought into contact with the first test cell, and the test substance is not brought into contact with the second test cell.
被験物質を被験細胞に接触させる方法としては、例えば、被験細胞含む反応液に被験物質又はその溶液を添加することにより行うことができる。 As a method of bringing a test substance into contact with a test cell, for example, it can be performed by adding the test substance or a solution thereof to a reaction solution containing the test cell.
次にカルシウムイオン指示薬を指標として、第1の被験細胞、及び第2の被験細胞それぞれについて、反応液中又は細胞質内のカルシウムイオン量を測定する。測定方法の具体例としては、上述したとおりである。 Next, using the calcium ion indicator as an index, the amount of calcium ions in the reaction solution or in the cytoplasm is measured for each of the first test cell and the second test cell. Specific examples of the measurement method are as described above.
次に第1の被験細胞、及び第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較する。第2の被験細胞は、被験物質と接触させていないときの反応液中又は細胞質内のカルシウムイオン量を示す対照である。被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する性質を有する場合、第1の被験細胞は被験物質の作用により、対照である第2の被験細胞と比べて、反応液中又は細胞質内のカルシウムイオン量が上昇することになる。したがって、第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を上回る場合、被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価される。 Next, the calcium ion content measured about the 1st test cell and the 2nd test cell is compared. The second test cell is a control indicating the amount of calcium ions in the reaction solution or in the cytoplasm when not in contact with the test substance. When the test substance has the property of enhancing mitochondrial membrane permeability, the amount of calcium ions in the reaction solution or in the cytoplasm is higher in the first test cell than in the second test cell as a control due to the action of the test substance. Will rise. Therefore, when the amount of calcium ions measured for the first test cell exceeds the amount of calcium ions measured for the second test cell, the test substance is evaluated as a substance that enhances mitochondrial membrane permeability.
本実施形態に係るスクリーニング方法においては、第1の被験細胞に被験物質及び細胞保護薬を接触させ、第2の被験細胞に細胞保護薬を接触させてもよい。細胞保護薬については、上述したとおりである。第2の被験細胞は、細胞保護薬の作用により、ミトコンドリア膜の透過性の亢進が抑制されている。これに対し、被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する性質を有する場合、第1の被験細胞は、細胞保護薬の作用が被験物質の作用により打ち消され、第2の被験細胞と比べて、反応液中又は細胞質内のカルシウムイオン量が上昇することになる。したがって、第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を上回る場合、被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価される。 In the screening method according to the present embodiment, the test substance and cytoprotective drug may be contacted with the first test cell, and the cytoprotective drug may be contacted with the second test cell. The cytoprotective drug is as described above. In the second test cell, the increase in permeability of the mitochondrial membrane is suppressed by the action of the cytoprotective drug. On the other hand, when the test substance has the property of enhancing mitochondrial membrane permeability, the first test cell is counteracted by the action of the test substance and the reaction of the first test cell compared to the second test cell. The amount of calcium ions in the fluid or in the cytoplasm will increase. Therefore, when the amount of calcium ions measured for the first test cell exceeds the amount of calcium ions measured for the second test cell, the test substance is evaluated as a substance that enhances mitochondrial membrane permeability.
本実施形態に係るスクリーニング方法においては、カルシウムイオン指示薬を添加した複数の被験細胞を含む反応液を3つに分けて、第1の被験細胞を含む反応液、第2の被験細胞を含む反応液、及び第3の被験細胞を含む反応液を得て、第1の被験細胞に被験物質を接触させ、第2の被験細胞には被験物質及びミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させず、第3の被験細胞にミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させるステップを含むものであってもよい。また、第1〜第3の被験細胞のそれぞれに対して、更に細胞保護薬を接触させてもよい。ミトコンドリア膜透過性亢進剤については上述したとおりである。 In the screening method according to the present embodiment, a reaction solution containing a plurality of test cells to which a calcium ion indicator is added is divided into three, a reaction solution containing a first test cell, and a reaction solution containing a second test cell. And the third test cell is obtained, the test substance is contacted with the first test cell, the test substance and the mitochondrial permeability enhancer are not contacted with the second test cell, The step of contacting the test cell with a mitochondrial membrane permeability enhancer. Further, a cytoprotective drug may be further contacted with each of the first to third test cells. The mitochondrial permeability enhancer is as described above.
第3の被験細胞は、ミトコンドリア膜透過性亢進剤の作用により、反応液中又は細胞質内のカルシウムイオン量が上昇するため、陽性対照として利用できる。したがって、第1の被験細胞と第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較することに加え、第1の被験細胞と第3の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較することによって、より精度のよい評価を行うことができる。 The third test cell can be used as a positive control because the amount of calcium ions in the reaction solution or in the cytoplasm is increased by the action of the mitochondrial membrane permeability enhancer. Therefore, in addition to comparing the calcium ion content measured for the first test cell and the second test cell, by comparing the calcium ion content measured for the first test cell and the third test cell. Therefore, more accurate evaluation can be performed.
本実施形態に係るスクリーニング方法は、カルシウムイオン量に基づく評価と共に、活性酸素量に基づいた評価を行ってもよい。すなわち、本実施形態に係るスクリーニング方法は、インビトロで上記複数の被験細胞を含む反応液に活性酸素指示薬を添加するステップと、上記活性酸素指示薬を指標として、上記第1の被験細胞、及び上記第2の被験細胞、並びに必要に応じて第3の被験細胞それぞれについて、活性酸素量を測定するステップと、第1の被験細胞、及び第2の被験細胞、並びに必要に応じて第3の被験細胞について測定された活性酸素量を比較するステップと、を更に含んでいてもよい。これにより、細胞死に関連したミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制作用をより精度よく評価することができる。 The screening method according to the present embodiment may perform evaluation based on the amount of active oxygen as well as evaluation based on the amount of calcium ions. That is, the screening method according to the present embodiment includes a step of adding an active oxygen indicator to a reaction solution containing the plurality of test cells in vitro, the first test cell, and the first test using the active oxygen indicator as an index. Measuring the amount of active oxygen for each of the two test cells and, if necessary, the third test cell, the first test cell, the second test cell, and, if necessary, the third test cell Comparing the amount of active oxygen measured for. Thereby, the inhibitory effect on the enhancement of mitochondrial membrane permeability related to cell death can be evaluated more accurately.
活性酸素指示薬、及びそれを添加する方法の具体例としては、上述したとおりである。また、カルシウムイオン量及び活性酸素量の測定方法の具体例も上述したとおりである。 Specific examples of the active oxygen indicator and the method of adding it are as described above. Moreover, the specific example of the measuring method of the amount of calcium ions and the amount of active oxygen is as above-mentioned.
第1の被験細胞について測定された活性酸素量が第2の被験細胞について測定された活性酸素量を上回る場合、被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価される。ここで、評価の精度をより高める観点から、第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を上回り、かつ第1の被験細胞について測定された活性酸素量が第2の被験細胞について測定された活性酸素量を上回る場合、被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価されることが好ましい。 When the amount of active oxygen measured for the first test cell exceeds the amount of active oxygen measured for the second test cell, the test substance is evaluated as a substance that enhances mitochondrial membrane permeability. Here, from the viewpoint of further improving the accuracy of evaluation, the amount of calcium ions measured for the first test cells exceeded the amount of calcium ions measured for the second test cells, and was measured for the first test cells. When the amount of active oxygen exceeds the amount of active oxygen measured for the second test cell, it is preferable that the test substance is evaluated as a substance that enhances mitochondrial membrane permeability.
本実施形態のスクリーニング方法によれば、ミトコンドリア膜透過性の亢進によるアポトーシス誘導の初発シグナル(例えば、細胞質におけるCa2+又はO2 −量の増加)に基づく評価が可能であるため、本実施形態のスクリーニング方法は、アポトーシスを誘導する物質のスクリーニング方法としても有用である。 According to the screening method of the present embodiment, evaluation based on an initial signal of apoptosis induction due to enhanced mitochondrial membrane permeability (for example, an increase in the amount of Ca 2+ or O 2 − in the cytoplasm) is possible. The screening method is also useful as a screening method for a substance that induces apoptosis.
本実施形態のスクリーニング方法により、ミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価された被験物質は、ミトコンドリア膜透過性亢進剤として好適に用いられる。当該ミトコンドリア膜透過性亢進剤は、細胞のアポトーシス誘導の初発シグナルであるミトコンドリア膜透過性の亢進を促すことができるため、例えば、アポトーシス誘導剤としても好適に用いることができる。また、アポトーシス誘導作用を介して、癌細胞死を誘導できることから、抗癌剤又は従来の抗癌剤に抵抗性を示す癌細胞における治療補助剤としても好適に用いることができる。 The test substance evaluated as a substance that enhances mitochondrial membrane permeability by the screening method of the present embodiment is suitably used as a mitochondrial membrane permeability enhancer. Since the mitochondrial membrane permeability enhancer can promote enhancement of mitochondrial membrane permeability, which is an initial signal for inducing apoptosis of cells, it can be suitably used, for example, as an apoptosis inducer. In addition, since cancer cell death can be induced through apoptosis-inducing action, it can also be suitably used as a therapeutic adjuvant in cancer cells that are resistant to anticancer agents or conventional anticancer agents.
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated more concretely. However, the present invention is not limited to these examples.
〔1.実験方法〕
(1)細胞培養
ヒト神経芽細胞腫由来SH−SY5Y細胞を、10%血清(FBS)、100mg/mLペニシリン及び100U/mLストレプトマイシンを補充したDMEM(Gibco社製)培地で維持した。フラスコ(125cm2フラスコ)に播種した細胞を37℃、5%CO2インキュベーター内で培養し、80〜90%コンフルエント(約3日間)になった段階で、継代培養を行った。SH−SY5Y細胞に遺伝子導入し、Bcl−2を過剰発現させた細胞(Bcl−2過剰発現細胞)も同様にして維持した。
[1. experimental method〕
(1) Cell culture Human neuroblastoma-derived SH-SY5Y cells were maintained in DMEM (Gibco) medium supplemented with 10% serum (FBS), 100 mg / mL penicillin and 100 U / mL streptomycin. Cells seeded in a flask (125 cm 2 flask) were cultured in a 37 ° C., 5% CO 2 incubator, and subculture was performed when the cells became 80-90% confluent (about 3 days). Cells transfected with SH-SY5Y cells and overexpressed Bcl-2 (Bcl-2 overexpressing cells) were similarly maintained.
(2)カルシウムイオン指示薬の添加
上記のように維持していた細胞を機械的に収集し、遠心分離(1000rpm、3分間)した。遠心沈渣として得られた細胞をRH緩衝液(154mM NaCl,5.6mM KCl,10mM Hepes,pH7.4)に懸濁し、再度遠心分離した。遠心沈渣として得られた細胞を5mL DMEM培地に懸濁させ、細胞内蛍光指示薬であるFluo−3 AM(1mM in DMSO,DOJINDO社)を添加した。添加量は、1mM Fluo−3 AM 15μl/5mL細胞懸濁液とした。37℃、5%CO2インキュベーター内で30分培養し、Fluo−3 AMを細胞内に取り込ませた。
(2) Addition of calcium ion indicator Cells maintained as described above were mechanically collected and centrifuged (1000 rpm, 3 minutes). The cells obtained as a centrifugal sediment were suspended in RH buffer (154 mM NaCl, 5.6 mM KCl, 10 mM Hepes, pH 7.4) and centrifuged again. Cells obtained as a centrifugal sediment were suspended in 5 mL of DMEM medium, and an intracellular fluorescent indicator Fluo-3 AM (1 mM in DMSO, DOJINDO) was added. The addition amount was 1 mM Fluo-3 AM 15 μl / 5 mL cell suspension. The cells were cultured for 30 minutes in a 37 ° C., 5% CO 2 incubator to incorporate Fluo-3 AM into the cells.
(3)細胞懸濁液の調整
Fluo−3 AMで処理した細胞を遠心分離し、RH緩衝液で洗浄し再度遠心分離した。遠心沈渣として得られた細胞を2mL RH緩衝液に再懸濁した。この細胞懸濁液20μLに等量の0.4% Trypan−Blue溶液を混合し、血球計算盤で細胞数を測定した。測定された細胞数に基づいて、細胞懸濁液の濃度が6×105細胞/mLとなるようにRH緩衝液を加えて調整した。
(3) Preparation of cell suspension Cells treated with Fluo-3 AM were centrifuged, washed with RH buffer, and centrifuged again. Cells obtained as a centrifugal sediment were resuspended in 2 mL RH buffer. An equal amount of 0.4% Trypan-Blue solution was mixed with 20 μL of this cell suspension, and the number of cells was measured with a hemocytometer. Based on the measured number of cells, RH buffer was added to adjust the cell suspension concentration to 6 × 10 5 cells / mL.
(4)活性酸素指示薬の添加、及び細胞保護薬による処理
下記(5)におけるカルシウムイオン量及び活性酸素量の測定時の細胞反応液の総容量が1500μLとなるように、上述の細胞懸濁液とRH緩衝液を混合した。これに、スーパーオキシドの化学発光指示薬であるMCLA(25μM、RH緩衝液に溶解,東京化成)60μL(終濃度が1μM)又はCLA(25μM、RH緩衝液に溶解,東京化成)60μL(終濃度が1μM)を添加した。細胞保護薬(100μM シクロスポリンA、又は10μM ラサギリン)を添加する場合は、MCLAと一緒に細胞懸濁液に15μL添加した。添加後、37℃で7分間置き、温度を平衡化した。
(4) Addition of active oxygen indicator and treatment with cytoprotective agent The cell suspension described above so that the total volume of the cell reaction solution when measuring the calcium ion amount and the active oxygen amount in (5) below is 1500 μL. And RH buffer were mixed. MCLA (25 μM, dissolved in RH buffer, Tokyo Kasei) 60 μL (final concentration is 1 μM) or CLA (25 μM, dissolved in RH buffer, Tokyo Kasei) 60 μL (final concentration is superoxide chemiluminescence indicator) 1 μM) was added. When a cytoprotective drug (100 μM cyclosporin A or 10 μM rasagiline) was added, 15 μL was added to the cell suspension together with MCLA. After the addition, the temperature was equilibrated at 37 ° C. for 7 minutes.
(5)ミトコンドリア膜透過性亢進剤による処理、並びにカルシウムイオン量及び活性酸素量の測定
上記のとおり温度を平衡化した細胞懸濁液を蛍光セル(キュベット)に入れ、図5に示す蛍光及び化学発光の同時測定装置にセットし、測定時間を設定した(0.5秒/ポイント×1500ポイント)。ミトコンドリア膜透過性亢進剤(500〜100μMPK11195)を添加する場合は、この段階で15μL添加した。測定に用いた反応液の組成例を表1に示す。なお、溶媒はエタノールである。
カルシウムイオン量及び活性酸素量は、図5に示す蛍光及び化学発光の同時測定装置により蛍光及び化学発光を検出することにより測定した。図5に示す測定装置100は、LED光源1(500nm)から放出された励起光が、バンドパスフィルター2、開口部3及びレンズ4を介してブロックヒーター5にセットされたキュベット6に照射される。キュベット6内には上記反応液が入っている。反応液から放出された蛍光及び化学発光は、レンズ7、バンド阻止フィルター8及びシャッター9を介して検出器10に導かれる。検出器10で蛍光及び化学発光量を定量する。測定装置100は、上述の構成が暗箱50内に備えられている。 The amount of calcium ions and the amount of active oxygen were measured by detecting fluorescence and chemiluminescence with the simultaneous measurement apparatus for fluorescence and chemiluminescence shown in FIG. In the measuring apparatus 100 shown in FIG. 5, the excitation light emitted from the LED light source 1 (500 nm) is irradiated to the cuvette 6 set in the block heater 5 through the bandpass filter 2, the opening 3 and the lens 4. . The reaction solution is contained in the cuvette 6. The fluorescence and chemiluminescence emitted from the reaction solution are guided to the detector 10 through the lens 7, the band blocking filter 8 and the shutter 9. The detector 10 quantifies the amount of fluorescence and chemiluminescence. The measuring apparatus 100 has the above-described configuration in the dark box 50.
〔2.PK11195による細胞質内のCa2+及び反応液中のO2 −量の増加(1)〕
SH−SY5Y細胞及びBcl−2過剰発現細胞にミトコンドリア膜透過性亢進剤としてPK11195を添加し、上述の実験方法に従って、細胞質内のCa2+及び反応液中のO2 −量を測定した。結果を図1に示す。
[2. Increase of cytosolic Ca 2+ and O 2 − content in the reaction solution by PK11195 (1)]
PK11195 was added as a mitochondrial membrane permeability enhancer to SH-SY5Y cells and Bcl-2 overexpressing cells, and the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution were measured according to the experimental method described above. The results are shown in FIG.
SH−SY5Y細胞にPK11195を添加した場合(図1(A)中、「II」と表示。PK11195(CL)又はPK11195(FL)で示される曲線。)、細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量共に増加が見られた。一方、PK11195を添加していない対照SH−SY5Y細胞ではこのような増加はなかった(図1(A)中、「I」と表示。Control(CL)又はControl(FL)で示される曲線。)。なお、図1〜4中「CL」は化学発光を意味し、「FL」は蛍光を意味する。 When PK11195 is added to SH-SY5Y cells (indicated as “II” in FIG. 1A, a curve indicated by PK11195 (CL) or PK11195 (FL)), the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and in the reaction solution of O 2 - increased amounts both were observed. On the other hand, there was no such increase in control SH-SY5Y cells to which PK11195 was not added (indicated as “I” in FIG. 1 (A). Curve indicated by Control (CL) or Control (FL)). . 1 to 4, “CL” means chemiluminescence, and “FL” means fluorescence.
一方、Bcl−2過剰発現細胞は、PK11195を添加した場合(図1(B)中、「II」と表示。PK11195(CL)又はPK11195(FL)で示される曲線。)も、添加していない場合(図1(B)中、「I」と表示。Control(CL)又はControl(FL)で示される曲線。)も細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量の増加はなかった。 On the other hand, Bcl-2 overexpressing cells do not add PK11195 (indicated as “II” in FIG. 1B, a curve represented by PK11195 (CL) or PK11195 (FL)). In the case (shown as “I” in FIG. 1B. Curve indicated by Control (CL) or Control (FL)), there is no increase in the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution. It was.
図1(C)は、図1(A)及び(B)における373〜377.5秒のCa2+のシグナルの積算値を示すグラフである。図1(D)は、図1(A)及び(B)における373〜377.5秒のO2 −のシグナルの積算値を示すグラフである。SH−SY5Y細胞(wild)では、PK11195の添加により、有意に細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量共に増加した。一方、Bcl−2過剰発現細胞(Bcl−2)では、PK11195を添加しても細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量に有意差はなかった。 FIG. 1C is a graph showing an integrated value of Ca 2+ signals for 373 to 377.5 seconds in FIGS. 1A and 1B. FIG. 1 (D) is a graph showing the integrated value of the O 2 − signal for 373 to 377.5 seconds in FIGS. 1 (A) and 1 (B). In SH-SY5Y cells (wild), the addition of PK11195 significantly increased both the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution. On the other hand, in Bcl-2 overexpressing cells (Bcl-2), there was no significant difference in the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution even when PK11195 was added.
Bcl−2はミトコンドリア外膜で発現しPTPの開口による膜透過性の増加を阻止することが知られている。また、Bcl−2をSH−SY5Y細胞に過剰発現させると、膜透過性の増加、及びその下流のアポトーシスシグナルの活性化を阻害し、細胞死が阻止されるという報告がある(J Neurochem,2002年,82(4),pp.913−923)。したがって、これらの結果は、PK11195の添加による細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量の増加がPTPの開口を介していることを証明している。 Bcl-2 is known to be expressed in the outer mitochondrial membrane and prevent the increase in membrane permeability due to the opening of PTP. In addition, there is a report that overexpression of Bcl-2 in SH-SY5Y cells inhibits increase in membrane permeability and activation of apoptotic signals downstream thereof, thereby preventing cell death (J Neurochem, 2002). Year, 82 (4), pp. 913-923). Therefore, these results prove that the addition of PK11195 increases the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution through the opening of PTP.
〔3.PK11195による細胞質内のCa2+及び反応液中のO2 −量の増加(2)〕
PK11195の添加による細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量の増加がPTPの開口を介していることを更に証明するため、シクロスポリンA(細胞保護薬)の添加による影響を解析した。シクロスポリンAは、ミトコンドリア内膜に存在しPTPを構成するアデニンヌクレオチド転移酵素(ANT)を阻害し、PTPが形成されることを阻害することが知られている。
[3. Increase of cytosolic Ca 2+ and O 2 − amount in the reaction solution by PK11195 (2)]
In order to further prove that the increase in the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution due to the addition of PK11195 is through the opening of PTP, the effect of the addition of cyclosporin A (cytoprotective drug) was analyzed. . Cyclosporin A is known to inhibit the formation of PTP by inhibiting adenine nucleotide transferase (ANT) which is present in the inner mitochondrial membrane and constitutes PTP.
SH−SY5Y細胞にミトコンドリア膜透過性亢進剤としてPK11195を、細胞保護薬としてシクロスポリンAを添加し、上述の実験方法に従って、細胞質内のCa2+及び反応液中のO2 −量を測定した。結果を図2に示す。 PK11195 as a mitochondrial membrane permeability enhancer and cyclosporin A as a cytoprotective agent were added to SH-SY5Y cells, and the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution were measured according to the experimental method described above. The results are shown in FIG.
SH−SY5Y細胞にPK11195のみを添加した場合(図2(A)中、「II」と表示。PK11195(CL)又はPK11195(FL)で示される曲線。)、細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量共に増加が見られた。PK11195もシクロスポリンAも添加していない対照SH−SY5Y細胞ではこのような増加はなかった(図2(A)中、「IV」と表示。Control(CL)又はControl(FL)で示される曲線。)。また、SH−SY5Y細胞にPK11195とシクロスポリンAの両方を添加した場合(図2(A)中「III」と表示。PK+CysA(CL)又はPK+CysA(FL)で示される曲線。)、細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量共に増加が見られたものの、SH−SY5Y細胞にPK11195のみを添加した場合と比べて、細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量は減少した。また、SH−SY5Y細胞にシクロスポリンAのみを添加した場合、細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量に有意な増加は見られなかった(図2(A)中、「I」と表示。CysA(CL)又はCysA(FL)で示される曲線。)。 When only PK11195 is added to SH-SY5Y cells (indicated as “II” in FIG. 2A, a curve indicated by PK11195 (CL) or PK11195 (FL)), the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the reaction solution An increase in the amount of O 2 − was observed. There was no such increase in control SH-SY5Y cells to which neither PK11195 nor cyclosporin A was added (indicated as “IV” in FIG. 2 (A). Curve indicated by Control (CL) or Control (FL)). ). In addition, when both PK11195 and cyclosporin A are added to SH-SY5Y cells (indicated as “III” in FIG. 2A, a curve indicated by PK + CysA (CL) or PK + CysA (FL)), Ca in the cytoplasm. Although both the 2+ amount and the O 2 − amount in the reaction solution increased, the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the O 2 − amount in the reaction solution were higher than when only PK11195 was added to SH-SY5Y cells. Diminished. In addition, when only cyclosporin A was added to SH-SY5Y cells, there was no significant increase in the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution (“I” in FIG. 2 (A)). (A curve indicated by CysA (CL) or CysA (FL).)
図2(B)は、図2(A)における373〜377.5秒のCa2+のシグナルの積算値を示すグラフである。図2(C)は、図2(A)における373〜377.5秒のO2 −のシグナルの積算値を示すグラフである。SH−SY5Y細胞にPK11195とシクロスポリンAの両方を添加した場合、PK11195のみを添加した場合と比べて、細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量は有意に減少した。 FIG. 2B is a graph showing the integrated value of the Ca 2+ signal for 373 to 377.5 seconds in FIG. FIG. 2C is a graph showing the integrated value of the O 2 − signal for 373 to 377.5 seconds in FIG. When both PK11195 and cyclosporin A were added to SH-SY5Y cells, the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution were significantly reduced compared to the case where only PK11195 was added.
この結果は、図1の結果とともに、今回観察された細胞質内のCa2+量の増加がミトコンドリアCa2+プールに存在し、PTPの開口で細胞質に流出したCa2+に由来することを示している。また反応液中の活性酸素種(O2 −)の生成が、ミトコンドリア膜透過性の亢進によることが明らかとなった。 This result, together with the result of FIG. 1, shows that the increase in the amount of Ca 2+ in the cytoplasm observed this time is present in the mitochondrial Ca 2+ pool and is derived from Ca 2+ that has flowed into the cytoplasm at the opening of PTP. It was also clarified that the generation of reactive oxygen species (O 2 − ) in the reaction solution was due to enhanced mitochondrial membrane permeability.
〔4.ラサギリンによる細胞質内のCa2+量の制御〕
SH−SY5Y細胞にミトコンドリア膜透過性亢進剤としてPK11195を、細胞保護薬としてラサギリンを添加し、上述の実験方法に従って、細胞質内のCa2+量を測定した。結果を図3に示す。
[4. Control of cytosolic Ca 2+ levels by rasagiline]
To the SH-SY5Y cells, PK11195 was added as a mitochondrial membrane permeability enhancer and rasagiline was added as a cytoprotective agent, and the amount of Ca 2+ in the cytoplasm was measured according to the above-described experimental method. The results are shown in FIG.
SH−SY5Y細胞に500μM、250μM又は100μM PK11195のみを添加した場合(図3(A)中、それぞれ「II」、「III」及び「IV」と表示。)、細胞質内のCa2+量に増加が見られた。PK11195もラサギリンも添加していない対照SH−SY5Y細胞(図3(A)中、「I」と表示)、及びSH−SY5Y細胞に10μMラサギリンのみを添加した場合(図3(B)中、「I」と表示。)ではこのような増加はなかった。また、SH−SY5Y細胞に500μM PK11195と10μMラサギリンの両方を添加した場合(図3(B)中、「III」と表示)、及び250μM PK11195と10μMラサギリンの両方を添加した場合(図3(B)中、「V」と表示)は、細胞質内のCa2+量に増加が見られたものの、SH−SY5Y細胞にPK11195のみを添加した場合と比べて(図3(B)中、「II」(500μM)又は「IV」(250μM)と表示。)、細胞質内のCa2+量は減少した。なお、図3(B)中、「I」と表示した曲線は、10μMラサギリンのみを添加した場合のものである。 When only 500 μM, 250 μM, or 100 μM PK11195 was added to SH-SY5Y cells (indicated as “II”, “III”, and “IV” in FIG. 3A, respectively), there was an increase in the amount of Ca 2+ in the cytoplasm. It was seen. Control SH-SY5Y cells to which neither PK11195 nor rasagiline were added (indicated as “I” in FIG. 3A), and when 10 μM rasagiline alone was added to SH-SY5Y cells (in FIG. 3B, “ There was no such increase in "I". In addition, when both 500 μM PK11195 and 10 μM rasagiline were added to SH-SY5Y cells (indicated as “III” in FIG. 3B), and when both 250 μM PK11195 and 10 μM rasagiline were added (FIG. 3 (B ), Indicated as “V”), although an increase in the amount of Ca 2+ in the cytoplasm was observed, compared with the case where only PK11195 was added to SH-SY5Y cells (“II” in FIG. 3B). (Labeled 500 μM) or “IV” (250 μM)), the amount of Ca 2+ in the cytoplasm decreased. In FIG. 3B, the curve labeled “I” is for the case where only 10 μM rasagiline is added.
図3(C)は、図3(A)及び(B)における373〜377.5秒のCa2+のシグナルの積算値を示すグラフである。SH−SY5Y細胞にPK11195とラサギリンの両方を添加した場合、PK11195のみを添加した場合と比べて、細胞質内のCa2+量は有意に減少した。また、この減少はPK11195及びラサギリンの濃度に依存していた。 FIG. 3C is a graph showing the integrated value of the Ca 2+ signal for 373 to 377.5 seconds in FIGS. 3A and 3B. When both PK11195 and rasagiline were added to SH-SY5Y cells, the amount of Ca 2+ in the cytoplasm was significantly reduced compared to the case where only PK11195 was added. This decrease was also dependent on the concentrations of PK11195 and rasagiline.
ラサギリンは、SH−SY5Y細胞、又はその他の培養細胞を用いた細胞実験、さらに動物実験でもPK11195等のPTP形成を促進する物質、神経毒、酸化ストレス、虚血、神経栄養因子の除去等による神経細胞死から神経細胞を保護しているという報告がある(非特許文献1、Curr Top Med Chem.,2012年,12(20),pp.2177−2188、Expert Rev Neurother.,13(6),pp.671−684)。 Rasagiline is a cell experiment using SH-SY5Y cells or other cultured cells, and also a substance that promotes PTP formation such as PK11195 in animal experiments, neurotoxin, oxidative stress, ischemia, neurotrophic factor by removing neurotrophic factors, etc. There are reports that nerve cells are protected from cell death (Non-patent Document 1, Curr Top Med Chem., 2012, 12 (20), pp. 2177-2188, Expert Rev Neurother., 13 (6), pp. 671-684).
〔5.ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質のスクリーニング〕
食品成分であるセサミン(SM)及びセサミノール(SML)を被験物質として、ミトコンドリア膜透過性の亢進抑制活性を評価した。
[5. Screening for substances that suppress mitochondrial permeability
Using food ingredients sesamin (SM) and sesaminol (SML) as test substances, the mitochondrial membrane permeability-inhibiting activity was evaluated.
SH−SY5Y細胞を100μMセサミン(長良サイエンス株式会社製)、又はセサミノール(長良サイエンス株式会社製)に接触させる前処理を行った。次いで、ミトコンドリア膜透過性亢進剤としてPK11195を添加し、上述の実験方法に従って、細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量を測定した。結果を図4に示す。 Pretreatment was performed in which SH-SY5Y cells were contacted with 100 μM sesamin (manufactured by Nagara Science Co., Ltd.) or sesaminol (manufactured by Nagara Science Co., Ltd.). Next, PK11195 was added as a mitochondrial membrane permeability enhancer, and the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution were measured according to the above-described experimental method. The results are shown in FIG.
SH−SY5Y細胞にPK11195のみを添加した場合(図4(A)中、「I」と表示。図4(B)中、「I」と表示。PK11195(CL)又はPK11195(FL)で示される曲線。)、細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量共に増加が見られた。SH−SY5Y細胞にPK11195とセサミノールの両方を添加した場合(図4(A)中「II」と表示。PK11195+SML(CL)又はPK11195+SML(FL)で示される曲線。)、及びPK11195とセサミンの両方を添加した場合(図4(B)中「II」と表示。PK+SM(CL)又はPK+SM(FL)で示される曲線。)、SH−SY5Y細胞にPK11195のみを添加した場合と比べて、細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量は減少した。なお、図4(A)中、SML(CL)又はSML(FL)(「III」と表示。)と表示した曲線は、セサミノールのみを添加した場合のものである。同様に、図4(B)中、SM(CL)又はSM(FL)(「III」と表示。)と表示した曲線は、セサミンのみを添加した場合のものである。 When only PK11195 is added to SH-SY5Y cells (indicated as “I” in FIG. 4A, indicated as “I” in FIG. 4B), indicated by PK11195 (CL) or PK11195 (FL) Curve)), an increase in both the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution. When both PK11195 and sesaminol are added to SH-SY5Y cells (indicated as “II” in FIG. 4 (A), a curve indicated by PK11195 + SML (CL) or PK11195 + SML (FL)), and both PK11195 and sesamin (Indicated as “II” in FIG. 4B. Curve shown by PK + SM (CL) or PK + SM (FL).) In comparison with the case where only PK11195 is added to SH-SY5Y cells, The amount of Ca 2+ and the amount of O 2 − in the reaction solution decreased. In FIG. 4A, the curve indicated as SML (CL) or SML (FL) (indicated as “III”) is obtained when only sesaminol is added. Similarly, in FIG. 4B, the curve indicated as SM (CL) or SM (FL) (indicated as “III”) is obtained when only sesamin is added.
図4(C)は、図4(A)及び(B)における373〜377.5秒のCa2+のシグナルの積算値を示すグラフである。図4(D)は、図4(A)及び(B)における373〜377.5秒のO2 −のシグナルの積算値を示すグラフである。セサミン又はセサミノールを添加することによる細胞質内のCa2+量及び反応液中のO2 −量の減少は統計上有意であった。 FIG. 4C is a graph showing the integrated value of the Ca 2+ signal for 373 to 377.5 seconds in FIGS. 4A and 4B. FIG. 4 (D) is a graph showing the integrated value of the O 2 − signal for 373 to 377.5 seconds in FIGS. 4 (A) and 4 (B). The decrease in the amount of Ca 2+ in the cytoplasm and the amount of O 2 − in the reaction solution by adding sesamin or sesaminol was statistically significant.
この結果は、セサミン及びセサミノールには、ミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する作用があることを示している。 This result indicates that sesamin and sesaminol have an action of suppressing the enhancement of mitochondrial membrane permeability.
1…LED光源、2…バンドパスフィルター、3…開口部、4…レンズ、5…ブロックヒーター、6…キュベット、7…レンズ、8…バンド阻止フィルター、9…シャッター、10…検出器、50…暗箱、100…測定装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LED light source, 2 ... Band pass filter, 3 ... Opening part, 4 ... Lens, 5 ... Block heater, 6 ... Cuvette, 7 ... Lens, 8 ... Band block filter, 9 ... Shutter, 10 ... Detector, 50 ... Dark box, 100 ... measuring device.
Claims (18)
インビトロで被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップと、
前記カルシウムイオン指示薬を指標として、ミトコンドリア膜を透過したカルシウムイオン量を測定するステップと、
測定されたカルシウムイオン量と第1の基準値を比較するステップと、を含み、
前記測定されたカルシウムイオン量が前記第1の基準値を上回る場合、前記被験細胞のミトコンドリア膜透過性が亢進したと評価される、評価方法。 A method for evaluating mitochondrial membrane permeability,
Adding a calcium ion (Ca 2+ ) indicator to a reaction solution containing test cells in vitro;
Using the calcium ion indicator as an index, measuring the amount of calcium ions permeating the mitochondrial membrane ;
Comparing the measured calcium ion amount with a first reference value,
The evaluation method, wherein when the measured calcium ion amount exceeds the first reference value, the mitochondrial membrane permeability of the test cell is evaluated to be enhanced.
前記活性酸素指示薬を指標として、活性酸素量を測定するステップと、
測定された活性酸素量と第2の基準値とを比較するステップと、を更に含み、
前記測定されたカルシウムイオン量が前記第1の基準値を上回り、かつ前記測定された活性酸素量が前記第2の基準値を上回る場合、前記被験細胞のミトコンドリア膜透過性が亢進したと評価される、請求項1に記載の評価方法。 Adding an active oxygen indicator to the reaction solution in vitro;
Measuring the amount of active oxygen using the active oxygen indicator as an index;
Comparing the measured amount of active oxygen with a second reference value,
When the measured calcium ion amount exceeds the first reference value and the measured active oxygen amount exceeds the second reference value, it is evaluated that the mitochondrial membrane permeability of the test cell is enhanced. The evaluation method according to claim 1.
インビトロで複数の被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップと、
前記反応液を少なくとも2つに分けて、第1の被験細胞を含む反応液、及び第2の被験細胞を含む反応液を得て、前記第1の被験細胞に被験物質及びミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させ、前記第2の被験細胞にミトコンドリア膜透過性亢進剤を接触させるステップと、
前記カルシウムイオン指示薬を指標として、前記第1の被験細胞、及び前記第2の被験細胞それぞれについて、ミトコンドリア膜を透過したカルシウムイオン量を測定するステップと、
前記第1の被験細胞、及び前記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較するステップと、を含み、
前記第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が前記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を下回る場合、前記被験物質がミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であると評価される、スクリーニング方法。 A method for screening a substance that suppresses increased mitochondrial membrane permeability,
Adding a calcium ion (Ca 2+ ) indicator to a reaction solution containing a plurality of test cells in vitro;
Dividing the reaction solution into at least two parts to obtain a reaction solution containing the first test cell and a reaction solution containing the second test cell, and increasing the permeability of the test substance and the mitochondrial membrane to the first test cell Contacting an agent and contacting the second test cell with a mitochondrial membrane permeability enhancer;
Measuring the amount of calcium ions permeating the mitochondrial membrane for each of the first test cell and the second test cell using the calcium ion indicator as an index;
Comparing the amount of calcium ions measured for the first test cell and the second test cell,
When the amount of calcium ions measured for the first test cell is less than the amount of calcium ions measured for the second test cell, the test substance is evaluated as a substance that suppresses enhancement of mitochondrial membrane permeability. Screening method.
前記活性酸素指示薬を指標として、前記第1の被験細胞、及び前記第2の被験細胞それぞれについて、活性酸素量を測定するステップと、
前記第1の被験細胞、及び前記第2の被験細胞について測定された活性酸素量を比較するステップと、を更に含み、
前記第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が前記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を下回り、かつ前記第1の被験細胞について測定された活性酸素量が前記第2の被験細胞について測定された活性酸素量を下回る場合、前記被験物質がミトコンドリア膜透過性の亢進を抑制する物質であると評価される、請求項7に記載のスクリーニング方法。 Adding an active oxygen indicator to a reaction solution containing the plurality of test cells in vitro;
Measuring the amount of active oxygen for each of the first test cell and the second test cell using the active oxygen indicator as an index;
Comparing the amount of active oxygen measured for the first test cell and the second test cell,
The amount of calcium ions measured for the first test cell is less than the amount of calcium ions measured for the second test cell, and the amount of active oxygen measured for the first test cell is the second test. The screening method according to claim 7, wherein the test substance is evaluated as a substance that suppresses enhancement of mitochondrial membrane permeability when the amount of active oxygen measured for cells is below.
インビトロで複数の被験細胞を含む反応液にカルシウムイオン(Ca2+)指示薬を添加するステップと、
前記反応液を少なくとも2つに分けて、第1の被験細胞を含む反応液、及び第2の被験細胞を含む反応液を得て、前記第1の被験細胞に被験物質を接触させ、前記第2の被験細胞に被験物質を接触させないステップと、
前記カルシウムイオン指示薬を指標として、前記第1の被験細胞、及び前記第2の被験細胞それぞれについて、ミトコンドリア膜を透過したカルシウムイオン量を測定するステップと、
前記第1の被験細胞、及び前記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を比較するステップと、を含み、
前記第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が前記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を上回る場合、前記被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価される、スクリーニング方法。 A screening method for substances that enhance mitochondrial membrane permeability,
Adding a calcium ion (Ca 2+ ) indicator to a reaction solution containing a plurality of test cells in vitro;
The reaction solution is divided into at least two to obtain a reaction solution containing the first test cell and a reaction solution containing the second test cell, contacting the test substance with the first test cell, Not contacting the test substance with the two test cells;
Measuring the amount of calcium ions permeating the mitochondrial membrane for each of the first test cell and the second test cell using the calcium ion indicator as an index;
Comparing the amount of calcium ions measured for the first test cell and the second test cell,
When the amount of calcium ions measured for the first test cell exceeds the amount of calcium ions measured for the second test cell, the test substance is evaluated as a substance that enhances mitochondrial membrane permeability. Screening method.
前記活性酸素指示薬を指標として、前記第1の被験細胞、及び前記第2の被験細胞それぞれについて、活性酸素量を測定するステップと、
前記第1の被験細胞、及び前記第2の被験細胞について測定された活性酸素量を比較するステップと、を更に含み、
前記第1の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量が前記第2の被験細胞について測定されたカルシウムイオン量を上回り、かつ前記第1の被験細胞について測定された活性酸素量が前記第2の被験細胞について測定された活性酸素量を上回る場合、前記被験物質がミトコンドリア膜透過性を亢進する物質であると評価される、請求項13に記載のスクリーニング方法。 Adding an active oxygen indicator to a reaction solution containing the plurality of test cells in vitro;
Measuring the amount of active oxygen for each of the first test cell and the second test cell using the active oxygen indicator as an index;
Comparing the amount of active oxygen measured for the first test cell and the second test cell,
The amount of calcium ions measured for the first test cell exceeds the amount of calcium ions measured for the second test cell, and the amount of active oxygen measured for the first test cell is the second test. The screening method according to claim 13 , wherein when the amount of active oxygen measured for a cell is exceeded, the test substance is evaluated as a substance that enhances mitochondrial membrane permeability.
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