JP6919098B2 - 筋強直性ジストロフィー1型に対するマイクロrnaの変調及びそのためのマイクロrnaのアンタゴニスト - Google Patents
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Description
解説したように、本発明者らの以前のデータ及びバイオインフォマティクス分析に基づき、潜在的muscleblind調節因子として特定された一連のmiRNAを基礎としたが、それらの2つのみ、dme−miR−277(配列番号29)及びdme−miR−304(配列番号30)のサイレンシングが、mRNA及びタンパク質自体の両方についてのショウジョウバエmuscleblind遺伝子の発現の上方調節を生じた。したがって、miRNAがMBNL1及び/又はMBNL2発現調節に対して影響を有し得ることを示す可能性がある構造モチーフの特定でしかなく、特にこのタンパク質レベルの増大が適切な組織において生じ、DM1症状の改善を伴うことを目的とする場合に、それが発現に対して負の影響を有するmiRNAであるか、又はその特異的阻害剤の設計が或るタンパク質及び/又は他のタンパク質のレベルの増大に対して所望の効果を生じ得ることを保証するものではない。
定量分析により各スポンジ構築物が種々のMuscleblindアイソフォームのレベルの増大を生じることが確認されたことに留意することも興味深い。興味深いことに、両方のスポンジ構築物miR−277SP及びmiR−304SP(dme−miR−277及びdme−miR−304をサイレンシングするために特異的に設計されたスポンジ構築物)が、それぞれmblB及びmblCアイソフォームの発現を増大するのではなく、発現を負に調節することが可能であり、MBNLタンパク質について以前に実証されたように(Kino et al., 2015、Terenzi et al., 2010)、或る種のアイソフォーム間調節が示唆された。この事実から、本発明者らは、2つのタンパク質間又はそれらの発現を調節するmiRNA間に生じ得る調節作用又は補償効果を制御するために、MBNL1又はMBNL2のいずれかの阻害剤又は両方の阻害剤であるmiRNAのヒト細胞における特定を考慮することとなった。
スポンジ構築物miR−304SP及びmiR−277SPの1つを発現するハエの筋組織におけるタンパク質の免疫検出試験により、異なる細胞内位置ではあるが、どちらの場合にもmuscleblindの過剰発現が示された。miR−277SPはサルコメアバンド中、miR−304SPは核内でより増大を引き起こした。これらの場合のいずれにおいても、伸長を検出するように設計されたプローブ(「CAG」プローブ)を用いてハエ胸部のIFM切片に検出されない、リボ核内フォーカスにおけるmuscleblindの保持は検出されなかったことが注目に値する。最後に、miR−304SPによるMblCの発現の選択的調節によりアイソフォームMblCが核内に位置することを示す以前の知識と一致して、miR−304SPの発現がMuscleblindに依存する多数の誤ったスプライシング事象を回復させることが確認された。まとめると、特異的調節miRNAのサイレンシングによって達成されるmuscleblindの上方調節が、ハエのDM1モデルにおいて変化した重要な分子特性を回復させるのに十分であることがこれらのデータから確認される。
実施例1では、DM1の特徴的な表現型である筋萎縮の回復に対するスポンジ構築物miR−277SP及びmiR−304SPの発現の正の効果についても記載される。
ドライバーMhc−Gal4によりスポンジ構築物を発現することで、長期的なmuscleblind過剰発現の影響も試験した。対照ハエでは、miR−304SPの発現がmuscleblindの相対発現の6倍の増大を引き起こし、筋面積、生存又は運動器官の機能には影響を有しないことが観察された。しかしながら、15倍のmuscleblindの上方調節を生じたmiR−277SPの発現は、着地高さの減少と相関する筋面積の顕著な減少を引き起こした。しかしながら、CTGを発現する背景では、いずれのスポンジ構築物の発現も有益な効果を生じ、遮断されるmiRNAの付加的な天然標的の転写産物の過剰発現の制限が、muscleblind発現を刺激する正の効果と比較してごく僅かであることが示唆された。このことは、dme−miR−277が筋肉において最高の発現を有するmiRNAの1つであることから、miR−277SPの有害作用がその標的の幾つか及びMuscleblindの過剰発現によって生じ得るために重要である。以前の研究から、マウスモデルにおけるMBNL1の長期過剰発現が骨格筋に限定した場合に忍容性良好であることが確認されている。10倍〜17倍の範囲で増大したMBNL1過剰発現は、検出可能な組織病理又は機能的異常(functional anomalies)を引き起こさなかった(非特許文献17)。これらの結果は、治療を必要とする個体の他の機能に対して望ましくない副作用を生じることなくDM1の症状を緩和する手段としての哺乳動物、特にヒトにおけるMBNL1及び/又はMBNL2タンパク質の負の調節に関与する特定のmiRNAの活性阻害/サイレンシング/減少/拮抗を試みる戦略を支持するものと考えられた。
hsa−mir−23b−3pの一次マイクロRNA(pri−miRNA)は、遺伝子C90rf3(ENSG00000148120)の転写産物内にある遺伝子間マイクロRNAであり、この遺伝子(chr9:97488983−97849441)はmiR−23bのpri−miRとみなされ得る。miR−23bの成熟配列に加えて、miR−23b成熟マイクロRNAをコードする同じゲノム領域内で近くにあることから、同じクラスターの一部とみなすことができる他のマイクロRNAが存在する(hsa−mir−27b:chr9:97847727−97847823[+]、hsa−mir−3074:chr9:97848296−97848376[−]及びhsa−mir−24−1:chr9:97848303−97848370[+])。好ましくは、望ましくない二次的影響を回避するために、このpri−miRNAを標的とするアンタゴニストを有することが所望される場合、同じクラスターの他の3つのmiRNAが影響を受けないように、それを選択することが好ましい場合がある。同じ理由から、miR−23bのアンタゴニストは、それが成熟miRNA及び/又はpre−miRNAのアンタゴニストであるように設計されることが好ましい。
hsa−mir−23b−3pのマイクロRNA前駆体(pre−miRNA)は、ゲノム位置hg19 chr9:97847490−97847586[+]及び配列:CUCAGGUGCUCUGGCUGCUUGGGUUCCUGGCAUGCUGAUUUGUGACUUAAGAUUAAAAUCACAUUGCCAGGGAUUACCACGCAACCACGACCUUGGC(配列番号81)に対応する。これがhsa−mir−23bよりも長い配列であることから、pre−miRNAに特異的なアンタゴニストを設計することが可能である。
hsa−mir−218−5pは、それをコードする2つのゲノム位置、並びに2つの前駆体pre−miRNAであるPre−miR−218−1(chr4:20529898−20530007):GUGAUAAUGUAGCGAGAUUUUCUGUUGUGCUUGAUCUAACCAUGUGGUUGCGAGGUAUGAGUAAAACAUGGUUCCGUCAAGCACCAUGGAACGUCACGCAGCUUUCUACA(配列番号82)及びPre−miR−218−2(chr5:168195151−168195260):GACCAGUCGCUGCGGGGCUUUCCUUUGUGCUUGAUCUAACCAUGUGGUGGAACGAUGGAAACGGAACAUGGUUCUGUCAAGCACCGCGGAAAGCACCGUGCUCUCCUGCA(配列番号83)を有する。どちらの前駆体もアンタゴニストの設計に用いることができる。
hsa−mir−218の一次マイクロRNA(pri−miRNA)は、miR−218−1については遺伝子SLIT2(ENSG00000145147:chr4:20254883−20622184)、miR−218−2については遺伝子SLIT3(ENSG00000184347、chr5:168088745−168728133)の転写産物内にある遺伝子間マイクロRNAである。他の成熟miRNAは同じクラスターの一部ではない。次いで、hsa−miR−218の場合、pre−miRNA又はpri−miRNAの両方を、MBNLタンパク質レベルの増大を目的とするアンタゴニストの考え得る標的として想定することができる。
どちらも、実施例2における試験によると、他の経路に影響を及ぼすそれらの潜在的阻害剤のリスクを減少させるか、又はそれらの影響が標的遺伝子に対するそれらの作用までに必要な中間工程の内在性調節により減少する、対応するメッセンジャーRNAに対する直接作用を有するリプレッサーである、ショウジョウバエmuscleblind遺伝子に対応するヒト遺伝子MBNL1又はMBNL2である作用すべき遺伝子の少なくとも1つのマイクロRNAリプレッサーであるようである。
どちらも、運動障害及び心機能障害の両方に関連する筋肉の変化、又は神経障害等の疾患の特徴的な症状と関連する器官の組織において発現を示す。特に、どちらも、DM1患者に由来する筋肉生検組織のサンプルにおけるレベルの明らかな増大を示すため、細胞におけるこれらのマイクロRNAの遮断又は阻害試験、及び選択的スプライシング改変等の疾患と関連する分子改変に対するそれらの効果の観察が、疾患の症状の緩和に対するそれらの遮断又は阻害の有効性の指標となり得る。
miR−128−5p(MIMAT000275):5’− UUGUGCUUGAUCUAACCAUGU−3’(配列番号3)
miR−23b−3p(MIMAT0000418):5’−AUCACAUUGCCAGGGAUUACC−3’(配列番号4)
キイロショウジョウバエ種のハエMhc−Gal4系統は、ショウジョウバエミオシン重鎖遺伝子発現パターンと共に酵母の転写因子Gal4を発現する。したがって、Gal4は体性筋組織すなわち骨格筋組織、内臓筋組織すなわち平滑筋組織、特に咽頭及び背脈管又は心臓の筋肉を含む、この昆虫の筋肉組織全体で発現される。これらは中央リポジトリ(http://flystocks.bio.indiana.edu/)から、その維持に貢献する料金を支払うことによって購入することができる。ショウジョウバエのmiRNAであるdme−miR−92a、dme−miR−100、dme−miR−124、dme−miR−277、dme−miR−304に対するmiRNAスポンジ(UAS−miR−SP)、及び陰性対照としてのランダム配列に対するmiRNAスポンジ(scrambled−SPとして知られる、対照)を有する系統は、T. Fulga博士から入手した(Fulga et al., 2015)。簡潔に述べると、miR−SPの構築物を、4ヌクレオチドの可変結合配列によって分離されたmiRNAに相補的な20反復配列のサイレンシングカセットを用いて設計した(miR−92SP:配列番号62;miR−100SP:配列番号63;miR−124SP:配列番号64;miR−277SP:配列番号65;miR−304SP:配列番号66)。組み換え系統MHC−Gal4 UAS−i(CTG)480は、Llamusi et al.に記載のように生成した(Llamusi et al., 2013)。ハエ系統UAS−mblC及びUAS−IR−mblの構築及び特性は、以前に記載されている(それぞれGarcia-Casado et al., 2002及びLlamusi et al., 2013)。UAS−mblCは、GaL4/UASシステムの制御下でmuscleblindのアイソフォームmblC(アクセス番号NM 176210で表される)を発現する導入遺伝子であり、UAS−IR−mblは、muscleblind遺伝子から選択的スプライシングによって生成する全ての転写産物をサイレンシングする干渉構築物を発現し、mblの発現を、その正常値の少なくとも50%まで低減することが以前の試験で示されている導入遺伝子である。全ての交雑を標準ハエ給餌により25℃で行った。
各生物学的複製について10匹の雄性成体の全RNAを、Trizol(Sigma)を用いて抽出した。1マイクログラムのRNAをDNアーゼI(Invitrogen)で消化し、ランダムヘキサヌクレオチドを用いるSuperscript II(Invitrogen)を用い、製造業者の推奨に従って逆転写した(retrotranscribed)。20ngのcDNAを、Go Taqポリメラーゼ(Promega)及びFhos遺伝子のエクソン16’及びTnt遺伝子のエクソン3〜5のスプライシングを分析するための特異的プライマーを用いた標準PCR反応に使用し、内在性対照としてRp49を0.2ngのcDNAとともに使用した。qRT−PCRを2ngのcDNA鋳型からSYBR Green PCR Master Mix(Applied Biosystems)及び特異的プライマー(配列番号31〜配列番号50:表1を参照されたい)を用いて行った。参照遺伝子Rp49については、qRT−PCRを0.2ngのcDNAから行った。熱サイクルは、Step One PlusリアルタイムPCRシステム(Applied Biosystems)において標準条件に従って行った。各実験において3回の生物学的反復試験及び3回の技術的反復試験を行った。内在性遺伝子及び対照群に関する相対発現のデータは、2-ΔΔCt法によって得た。サンプル対は、両側T検定(α=0.05)を用い、必要であればウェルチ補正を適用して比較した。
キイロショウジョウバエの全タンパク質の抽出のために、20個の雌の胸部をRIPAバッファー(150mM NaCl、1.0%IGEPAL、0.5%デオキシコール酸ナトリウム、0.1%SDS、50mM Tris−HCl pH8.0)+プロテアーゼ及びホスファターゼ阻害剤カクテル(Roche Applied Science)中でホモジナイズした。全タンパク質を、ウシ血清アルブミンを標準として用いたBCAタンパク質アッセイキット(Pierce)によって定量化した。20μgのサンプルを100℃で5分間変性させ、12%SDS−PAGEゲル中で分離し、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜に転写した。膜をPBS−T(8mM Na2HPO4、150mM NaCl、2mM KH2PO4、3mM KCl、0.05%Tween 20、pH7.4)中の5%粉末スキムミルクでブロッキングし、免疫検出を膜上で標準手順に従って行った。ショウジョウバエのMblタンパク質の検出のために、抗Mbl抗体(Houseley et al., 2005)を初期野生型胚(産卵後0時間〜6時間)に対して予め吸着処理し、非特異的抗体の結合を排除した。膜を吸着処理済み(preabsorbed)一次抗体(終夜、1000倍)、続いてホースラディッシュペルオキシダーゼ(HRP)とコンジュゲートした二次抗ヒツジIgG抗体(1時間、5000倍、Sigma-Aldrich)と共にインキュベートした。ロード対照(Load control)を、抗チューブリン抗体(終夜のインキュベーション、5000倍、Sigma-Aldrich)を用いて行い、続いてHRPコンジュゲート二次抗マウスIgG抗体(1時間、3000倍、Sigma-Aldrich)とのインキュベーションを行った。ウエスタンブロットECL基質(Pierce)を用いてバンドを検出した。画像をImageQuant LAS 4000(GE Healthcare)により撮影した。
ハエの飛翔筋(fly muscle)におけるMuscleblindの免疫蛍光検出及びショウジョウバエの胸部における筋面積の分析を以前に記載のように行った(Llamusi et al., 2013)。Mblの免疫検出のために、ハエ胸部の凍結切片を用い、ブロッキング溶液と共に30分間、500倍希釈の抗Mbl抗体と共に4℃で終夜インキュベートした。翌日、過剰な抗体をPBS−Tで洗い流し、200倍希釈のビオチンとコンジュゲートした二次抗体抗ヒツジIGと共に45分間インキュベートした。二次抗体を洗浄した後、ABC溶液(VECTASTAIN ABCキット)と共に30分間インキュベートし、過剰な試薬を洗い流し、1000倍の最終フルオロフォアとコンジュゲートしたストレプトアビジンと共に45分間インキュベートした。調製物を、DAPIを含む封入剤に封入した。
分析対象のハエの胸部をPBS中の4%パラホルムアルデヒドにおいて4℃で一晩固定した後、PBS中の30%スクロース溶液において2日間維持した。2日後に、胸部をOCTに浸し、液体窒素中で凍結し、処理を行うまで−80℃に維持した。この時点で、15μmの横断切片をクライオミクロトーム(cryomicrotome)Leica CM 1510Sで得た。胸部切片のスライドを1倍PBSで3回(5分間)洗浄し、アセチル化バッファーを添加した。10分後に、スライドを1倍PBSで3回(5分間)洗浄し、ハイブリダイゼーション溶液(10mlの脱イオン化ホルムアミド、12μlの5M NaCl、400μlの1M Tris−HCl pH=8、20μlの0.5M EDTA pH=8、2gの硫酸デキストラン、400μlの50倍デンハルト溶液、1mlのニシン精子(10mg/m)、20mlの最終容量までのH2O)を用いて30分間プレハイブリダイズした。標識プローブ(Cy3−5’CAGCAGCAGCAGCAGCAGCA3’−Cy3:配列番号61、Sigma)を65℃で5分間加熱した後にスライドに添加し、ハイブリダイゼーションバッファー(1/100)に溶解し、多湿暗室において37℃で一晩ハイブリダイズした。翌日、プレパラートを32℃に維持しながら2倍SSCで洗浄し(2×15分間)、PBSで3×5分間洗浄した。最後に、スライドにVectastainをマウントし、40倍レンズを備える共焦点顕微鏡FLUOVIEW FV1000を用いて写真を撮影した。
適切な遺伝子型を有する合計120匹の新生ハエを収集し、29℃に維持した。ハエを2日に1回、新たな新鮮栄養培地に移し、死亡数を毎日計数した。カプランマイヤー法を用いて生存曲線を得て、GraphPad Prism5ソフトウェアを用いて対数範囲検定(logarithmic range test)(ログランク検定、マンテル−コックス)(α=0.05)により統計分析を行った。
飛行試験をBabcok et al.によって記載される手順(Babcock et al., 2014)に従い、1群当たり100匹の雄性ハエを用いて5日目に行った。試験は、じょうごを通して高さおよそ1メートル、直径15cmの円筒にハエの群を放すことからなる。この円筒を、接着剤を染み込ませたプラスチックシートで覆い、ハエが飛んで円筒の上部の空中に留まりそこで動けなくなるか、又は十分に飛べない場合に円筒の底部に落下して動けなくなるようにする。着地高さを、両側t検定(α=0.05)を用いて群間で比較した。上昇速度を評定するために、10匹の5日齢の雄の群を麻酔することなく24時間経過後に使い捨てピペット(直径1.5cm、高さ25cm)に移した。各ハエが10秒間で到達するバイアルの底からの高さをカメラで記録した。各遺伝子型について30匹のハエの2つの群を試験した。サンプル対を、両側T検定(α=0.05)を用い、必要であればウェルチ補正を適用して比較した。
この研究では、キット「癌miRNA SureFindトランスクリプトームPCRアレイ」(Qiagen)を使用して、考え得るMBNL1及びMBNL2を調節するmiRNAを特定した。qPCR多重試験を、市販のTaqManプローブ(QuantiFastプローブPCRキット、Qiagen)を用いて行い、MBNL1及びMBNL2(ThermoFisherによる蛍光マーカーFAM:フルオレセインで標識した対象の遺伝子)、並びにGAPDH(同様にThermoFisherからのMax又はFluoro−Maxとして知られるフルオロフォアで標識した内在性遺伝子として)の発現を定量化した。qRT−PCRを、StepOnPlusリアルタイムサーマルサイクラーを用いて行い、各々の特異的マイクロRNA模倣物による処理の結果としてのMBNL1及びMBNL2の発現の変化を、SureFIND miRNAトランスクリプトームPCRアレイに付属するExcelベースのデータ分析ソフトウェアを用いて分析し、模倣物陰性対照(天然には存在しないマイクロRNA)に対して算出し、GAPDHに対して標準化した。観察された変化をlog2の形で表し、陽性miRNA候補の選択のために統計分析ΔΔCt(MAD)に供した。
HeLa細胞を、10%ウシ胎仔血清及び1%ペニシリン/ストレプトマイシン(Sigma-Aldrich)を添加した、1000mg/Lグルコースを含むDMEM培養培地(Sigma-Aldrich)中、37℃で培養した。細胞を6ウェルプレートにおいて2ml容量の培地に4×105細胞/ウェルの密度で播種した。16時間後に細胞が80%コンフルエントな状態で、X−tremeGENE HP試薬(Roche)を用い、HeLa細胞での使用についての製造業者の説明書に従ってベクターをトランスフェクトした。
HeLa細胞を、10%ウシ胎仔血清及び1%ペニシリン/ストレプトマイシン(P/S;Sigma-Aldrich)を添加した、1000mg/Lグルコースを含むDMEM培養培地(Sigma-Aldrich)中、37℃で培養した。細胞を24ウェルプレートにおいて0.5ml容量の培地に4×105細胞/ウェルの密度で播種した。16時間後に細胞が80%コンフルエントな状態で、pCMV−MIRベクター(OriGene)の対応する誘導体から発現される上述のマイクロRNAを、遺伝子MBNL1及びMBNL2の両方の3’UTR領域を有するpEZX−MT05ベクター(GeneCopoeia)と共に、X−tremeGENE HP試薬(Roche)を用い、HeLa細胞での使用についての製造業者の説明書に従ってコトランスフェクトした。いずれの場合にもpEZX−MT05ベクターに挿入される、対応するフラグメントの3’UTRに対応する部分の配列を、配列番号51(MBNL1遺伝子の3’UTR領域:製品番号HmiT011084−MT05)及び配列番号54(MBNL2遺伝子の3’UTR領域:製品番号HmiT000192−MT05)に示す。
マウス組織(前脳、小脳、海馬、心臓、腓腹筋及び四頭筋)、ヒト筋肉生検組織及びヒト線維芽細胞の培養物に由来する小型RNAを富化した全RNAの抽出を、QiagenのMiRNeasyキットを用いて行った。10ngの全RNAから、miRNAの画分をExiqonの汎用cDNA合成IIキットを用いて逆転写した。qRT−PCRのために、cDNAの80倍希釈を行い、そのうち4μlを1回の技術的反復試験に使用した。miRNAのqRT−PCR増幅を、各miRNAに特異的な市販のプライマー(EXIQON)及びSyBR Green Mastermix Universal RTを用いて行った。発現の差異を、2-ΔΔCt法を用いて算出した。
健常対照線維芽細胞を細胞培養ボトル中の1%P/S及び10%不活性化ウシ胎仔血清を添加した高グルコースダルベッコ改変イーグル培地(DMEM 4500mg/l、Gibco)において培養し、増殖させた。
5’−mG*mG*mUmAmAmUmCmCmCmUmGmGmCmAmAmUmGmU*mG*mA*mU*−3’−chol(antagomiR−23b−3p)
5’−mA*mC*mAmUmGmGmUmUmAmGmAmUmCmAmAmGmCmA*mC*mA*mA*−3’−chol(antagomiR−218−5p)
健常対照線維芽細胞を細胞培養ボトル中の1%P/S及び10%不活性化ウシ胎仔血清を添加した高グルコースダルベッコ改変イーグル培地(DMEM 4500mg/l、Gibco)において培養し、増殖させた。これらの細胞の接着増殖(adherent growth)を考慮すると、細胞を継代するためにPBSで洗浄し、37℃で2分間トリプシン処理した後、トリプシンの作用を阻害するために新鮮培地を添加した。
DM1患者及び健常対照に由来する線維芽細胞を、細胞培養ボトルにおいて1%P/S及び10%不活性化ウシ胎仔血清を添加した高グルコースダルベッコ改変イーグル培地(4500mg/l DMEM、Gibco)中で培養した。細胞を60mmペトリ皿に125000細胞/プレートの密度で、10mlの細胞を各ウェルに入れて播種した。細胞の播種の約16時間後に細胞が80%コンフルエントな状態で、細胞に出願人の依頼に応じてCreative Biogeneにより合成されたantagomiR(antagomiR−23b−3p及びantagomiR−218−5p)を、X−tremeGENE HP試薬(Roche)を用い、5μlのトランスフェクション試薬しか添加しなかったこと以外は、線維芽細胞での使用についての製造業者の説明書に従ってトランスフェクトした。
マウスの取扱い及び実験手順は、実験動物の世話及び実験法に関する欧州法(2003/65/CE)に準拠し、本施設内審査委員会によって認可された(参照番号A1458832800370)。ホモ接合体トランスジェニックHSALR(20b系統)マウス25は、C. Thornton教授(University of Rochester Medical Center,Rochester,New York,USA)によって提供され、対応する遺伝的背景(FVB)を有するマウスを対照として使用した。合計4匹の性別及び年齢を適合させた(5月齢未満の)マウスに、肩甲骨間部に送達される100μlの1倍PBS(ビヒクル)又はantagomirの3回の皮下注射(12時間に1回)を行った。全注射に分割された最終的に投与されるantagomirの総量は、12.5mg/kgであった。最初の注射の4日後に、マウスを屠殺し、対象の組織を採取し、各2つのサンプルに分けた。上記セクションのPCRアッセイを含む分子分析のために一方を液体窒素中で凍結し、他方を4%パラホルムアルデヒド(PFA)中で固定し、組織学的処理の前に30%スクロース中で凍結保護した。Cy3標識antagomirは、10mg/kgの単回皮下注射で上記のように投与した。
細胞を105細胞/mLで96ウェルプレートに播種し、先に説明したようにantagomiRをトランスフェクトした。トランスフェクションの96時間後に、細胞増殖を、CellTiter 96(商標) AQueous非放射性細胞増殖アッセイ(Promega)を用い、製造業者の説明書に従って測定した。IC10及び用量応答阻害曲線を、非線形最小二乗回帰を用いて算出し、吸光度レベルをTecan Infinite M200 PROプレートリーダー(Life Sciences)を用いて決定した。
MBNL1及びMBNL2については、免疫蛍光筋芽細胞を4%PFAにより室温(RT)で15分間固定し、続いて1倍PBS中で数回洗浄した。次いで、細胞をPBS−T(PBS中の0.3%Triton−X)で透過化処理し、RTで30分間ブロッキングし(PBS−T、0.5%BSA、1%ロバ血清)、一次抗体であるマウス抗MBNL1(200倍、ab77017、Abcam)又はウサギ抗MBNL2(200倍、ab105331、Abcam)と共に4℃で一晩インキュベートした。数回のPBS−T洗浄後に、細胞をビオチコンジュゲート二次抗体、及び抗MBNL1を検出するための抗マウスIgG(200倍、Sigma-Aldrich)又は抗MBNL2を検出するための抗ウサギIgG(200倍、Sigma-Aldrich)と共に1時間インキュベートした。蛍光シグナルをElite ABCキット(VECTASTAIN)によりRTで30分間増幅し、続いてPBS−T洗浄を行い、抗MBNL1を検出するためのストレプトアビジン−FITC(200倍、Vector)又は抗MBNL2を検出するためのストレプトアビジン−テキサスレッド(200倍、Vector)と共にRTで45分間のインキュベーションを行った。PBSで数回洗浄した後、細胞を、核の検出のためにDAPIを含有するVECTASHIELD(商標)封入剤(Vector)に封入した。
筋電図検査を、処理前及び屠殺時に全身麻酔下で以前に記載されているように26行った。簡潔に述べると、両後肢の各四頭筋に5回の針挿入を行い、ミオトニー放電(myotonic discharges)を5段階評価で格付けした:0、筋強直なし;1、針挿入の50%以下で時折のミオトニー放電;2、挿入の50%超でミオトニー放電;3、ほぼ全ての挿入でミオトニー放電;4、全ての挿入でミオトニー放電。
マウス腓腹筋及び四頭筋の筋肉の凍結15μm切片をヘマトキシリンエオシン(H&E)で染色し、標準手順に従ってVECTASHIELD(商標)封入剤(Vector)に封入した。画像をLeicaのDM2500顕微鏡により倍率100倍で撮影した。中心核を含有する線維のパーセンテージを、各マウスにおいて合計200本の線維で定量化した。
1.1. dme−miR−277又はdme−miR−304のサイレンシングは、ショウジョウバエの筋肉におけるmuscleblindの過剰発現を引き起こす
RNAのフォーカスにおけるMuscleblindによる捕捉及びその後のタンパク質機能の喪失が、DM1の分子病理の主要誘発因子の1つである。muscleblindを抑制するmiRNAを特定するために、本発明者らは候補miRNAを選択し、次に特異的miRNAスポンジを用いたそれらの活性の遮断を行った。
キイロショウジョウバエのmuscleblind遺伝子は、110kb超をカバーし、選択的スプライシングにより幾つかの異なる転写産物を生じる大きな遺伝子である(Begeman et al., 1997、Irion et al., 2012)。実験的証拠から、muscleblindのアイソフォームが機能的に冗長でないことが示唆される(Vicente et al., 2007)。どのmuscleblindのアイソフォームがdme−miR−277又はdme−miR−304によって調節されるかを決定するために、miRandaアルゴリズム(Enright et al., 2003)を用いて、muscleblindのアイソフォームの3’UTR領域におけるdme−miR−277及びdme−miR−304の認識部位を特定した(表4)。MiRandaが、上述の参照においてBegemann et al. 1997によって用いられる分類に従ってmblA、mblB、mblC及びmblDの転写産物における探索を行い、近年特定されたアイソフォームであるmblH、mblH’、mblJ及びmblK(Irion et al., 2012)を含まないことに留意することが重要である。
ショウジョウバエの以前のDM1モデルは、muscleblindタンパク質を含有する筋細胞中にリボ核内フォーカスを有していた(Garcia-Lopez et al., 2008、Picchio et al., 2013)。ショウジョウバエDM1モデルにおけるmuscleblindのリプレッサーmiRNAサイレンシングの特異的効果を試験するために、muscleblindの発現を、筋肉における発現の特異的決定因子ドライバーとしてのミオシン重鎖プロモーターと共に断続CTG 480リピート(「i(CTG)480」)を発現し、スポンジ構築物の同時発現を有するハエ(Mhc−Gal4 UAS−i(CTG)480 UAS−miR−XSP)において研究した。
スプライス異常は、症状に直接関連付けられている唯一の主要なDM1の生化学的指標である。dme−miR−277又はdme−miR−304のサイレンシングによって引き起こされるMuscleblindの増加が、DM1モデルハエにおいてスプライシングの変化を回復させるのに十分であるかを試験するために、特徴的に変化させたスプライシング事象を研究した。
本発明者らによって特定され、Muscleblindによって調節されることが検証されるDM1モデルハエにおけるFhos遺伝子のエクソン16’の除外、
Muscleblindによって調節されるスプライシング事象であるSerca遺伝子のエクソン13の包含、
であった。
特異的スポンジ構築物の発現によって達成されるMuscleblindの増加の機能的関連性を評価するために、その変化がDM1を有する個体を特徴付ける形質の1つである、筋萎縮に対するdme−miR−277又はdme−miR−304のサイレンシングの影響を研究した。筋萎縮の研究のために、筋肉中にmiR−277SP又はmiR−304SPのいずれかを発現する対照ハエにおけるIFMの背腹断面の筋面積を初めに測定した(図3a〜d)。dme−miR−277の機能の低下は、対照としてのScrambled−SPを発現するハエと比較してIFM面積の15%の減少を誘導した。重要なことには、miR−304SPの発現は、このパラメーターには影響を有しなかった。
筋肉機能、特に呼吸器系の筋肉機能の低下がDM1の主要な死因である。本発明者らのグループは、筋肉中にi(CTG)480を発現するハエが対照ハエと比較して生存率の低下及び平均生存の低下を有することを以前に報告した(Garcia-Lopez et al., 2008)。dme−miR−277又はdme−miR−304のサイレンシングがDM1モデルハエの生存率を回復させるかを研究するために、種々の遺伝子型のハエにおける生存曲線の分析を行った。筋肉中にmiR−277SP又はmiR−304SPを発現するハエの生存曲線がscrambled−SPを発現するハエの生存曲線とは異ならず、dme−miR−277又はdme−miR−304のサイレンシングが生存率を変化させなかったことが示されることに留意することが重要である(図4c、d)。scrambled−SPを発現するDM1モデルハエの生存率は、CTGリピートを発現しない対照ハエと比較して有意に低下した(図4g、h)。モデルハエにおけるmiR−277SP又はmiR−304SPの発現は、生存率及び平均生存を増大した。Dme−miR−277のサイレンシングは平均生存を8日間延長し、6日間の延長がmiR−304SPを発現するDM1モデルハエについて検出された(図4g、h)。したがって、dme−miR−277又はdme−miR−304の機能の低下によって引き起こされるmuscleblindの正の調節は、DM1モデルハエの生存を改善する。
2.1. MBNL1又はMBNL2を負に調節するmiRNAを特定するためのスクリーニング
初めに、miRNA模倣物のライブラリーに基づき初期スクリーニングを、Qiagenの市販のキットであるSureFINDトランスクリプトームPCRアレイを用いて、先の方法論のセクションに記載されるように行った。この研究により、対照GAPDHに対して少なくとも4倍の上述の遺伝子の発現の抑制を示す、HeLa細胞におけるMBNL1の潜在的リプレッサーとしての18個のmiRNA及びHeLa細胞におけるMBNL2の潜在的リプレッサーとしての9個のマイクロRNAが初めに特定された。これらのmiRNAのうち4個が、初めに両方の発現を阻害することが可能であると考えられた。
マイクロRNAの数が検証には多かったことから、アッセイを続けるマイクロRNAの数を、所与の遺伝子の転写産物における特異的マイクロRNAの標的の存在に関する情報を与える合計9つの予測プログラムの情報を収集するデータベースmirDIP(https://omictools.com/mirdip-tool)及びmiRecords(https://omictools.com/mirecords-tool)において収集された、調節が存在することを示唆するバイオインフォマティクス予測数に基づいて選択することで合計6つに限定した。
次いで、miRNAが結合し、抑制作用を発揮する必要がある特異的配列を特定した。これは、blockmiR型阻害剤を設計するために、また標的へのmiRNAの直接結合を確認し、間接的調節を除外するために必要とされる。
抑制能力を検証することに加えて、作用を受けるmiRNAが疾患に関係がある組織(中でも心臓、筋肉及び脳)において発現され、それに対する作用がこれらの組織と関連する疾患の症状に対して緩和効果を有し得るかを確認することが重要である。したがって、このことは、リプレッサーが特定されるが、関連組織において発現されない場合、その遮断が効果を有しないことから重要である。
mRNA及びタンパク質の発現のリプレッサー能を確認するための試験の結果、MBNL1及び/又はMBNL2のmRNAに対する直接作用を確認するための試験の結果、並びに種々の組織における発現のデータを考え合わせることで、病理に関与する組織において最も大きな発現を有する2つのマイクロRNAであるmiR−23b及びmiR−218の遮断剤又は阻害剤の設計に集中することにした。
上記セクションに記載されるように、初めにフルオロフォアCy3(赤色シグナルを発する)で標識した漸増濃度(10nM、50nM、100nM)の各antagomiR、及び2つの異なる濃度のトランスフェクション試薬XtremGene(0.5μl及び1μl)によるDM1患者に由来する線維芽細胞のトランスフェクションについての試験を行った。
最初の概算は、化合物を細胞モデルにおいて扱う場合に、IC10よりも低い濃度で扱うことが望ましいことから、antagomiRが細胞内で扱うには毒性となり始めるantagomiR濃度の閾値を確立するため用量応答細胞毒性試験を行うことであった。
上述の濃度を用いて、antagomiR−23又はantagomiR−218によるDM1患者の筋芽細胞に分化転換した線維芽細胞のトランスフェクションについての試験を、「スプライシング試験」についての方法論のセクションに記載されるように行い、MBNL1及びMBNL2のRNAの定量化アッセイを開始した。図9に見られるように、antagomiR mir−23b及びantagomiR mir−218の両方が、qPCRによるMBNL1及びMBNL2の発現をmRNAレベルで増大させ、この増大は、antagomiRの用量(トランスフェクションによる)に対応する。これは48時間及び96時間の時点で行った。典型的な釣鐘型の用量応答を仮定すると、得られる結果から、antagomiR mir−23bの最適濃度が50nM以下であり、antagomiR mir−218については200nM以上であることが示唆される。
miRNAはmRNAの安定性及び翻訳レベルで遺伝子発現を調節することができるため、MBNL1及びMBNL2のタンパク質発現に対するantagomiRの影響を決定しようとした。antagomiR処理により、トランスフェクションの48時間後(図12A)又は96時間後(図12B)にqPCRデータからMBNL1及びMBNL2 mRNAのレベルの有意な増大が確認された。タンパク質レベルでは、これらの差異が更に拡大し、antagomiR処理の96時間後(図13a、b、d、e)及び48時間後にDM1筋芽細胞においてウエスタンブロットにより4倍〜5倍多いMBNL1及び3倍〜5倍多いMBNL2タンパク質が検出された。対照的に、CELF1タンパク質レベルは、miR−23b又はmiR−218サイレンシングの際に96時間後(図13c、f)及び48時間後の両方で変化しないままであり、CAPZB選択的スプライシングでは一貫して同じままであった。重要なことには、この増大が免疫蛍光により明らかに認められた。MBNL1及びMBNL2の両方がDM1筋芽細胞のリボ核内フォーカスに捕捉された一方で(図4h、l)、antagomiR−23b及びantagomiR−218は、タンパク質発現を確実に増大し、細胞質及び細胞核におけるそれらの分布を元に戻した(図13i、j;m、n)。細胞核におけるMBNL1及びMBNL2タンパク質の増加は、先に示したスプライシングの回復と一致していた。
4.1. AntagomiR−23b及びAntagomiR−218は、HSALRモデルマウスにおいて骨格筋に到達し、Mbnlタンパク質発現を増大する
次に、HSALRマウスDM1モデルにおけるantagomiR−23b及びantagomiR−218の活性を調査した(Mankodi et at., 2000)。初めに、本発明者らは、骨格筋に到達するantagomiRの能力を評価した。antagomiRのCy3標識バージョンを、4月齢HSALRマウスに単回皮下注射によって投与した。注射の4日後に、標識オリゴヌクレオチドを検出するために後肢の腓腹筋及び四頭筋の6つの筋肉を処理した。antagomiRは、抗Cy3免疫蛍光により両方の種類の筋線維の核内に強い点状パターンで観察された。antagomiRは、細胞全体にも散在していた(図5b〜e)。これらのデータから、miR−23b又はmiR−218を遮断するantagomiRオリゴヌクレオチドがDM1マウスモデルの骨格筋に到達し得ることが実証される。
処理した腓腹筋及び四頭筋の筋肉におけるMbnl1及びMbnl2の大幅な増加を考慮して、本発明者らは、HSALRマウスにおけるMbnl依存性スプライシング事象Atp2a1、Clcn1及びNfixの回復を確認しようとした(図15a、b)。AntagomiR投与は、HSALRマウスの四頭筋ではなく腓腹筋においてAtp2a1(エクソン22)及びNfix(エクソン7)の異常エクソン選択を改善し、Clcn1エクソン7a PSIを増大した。HSALRマウスの導入遺伝子発現の日常試験において、CUG発現レベルが動物間で最大0.5倍変動し、その変動が腓腹筋及び四頭筋における選択的エクソンの異常な包含と正に相関することが発見された(図16)。留意すべきは、Atp2a1エクソン22包含が二峰性であった。低レベルの導入遺伝子を発現する2匹のマウスが、エクソン22を残りのHSALRマウスよりも有意に高い(正常に近い)レベルまで包含したため、分析から除外した(図16及び図17)。これらのデータから、筋肉におけるCUGリピートRNAの発現が低い程、スプライシング異常が少ないことが示唆される。対照的に、antagomiRで処理したHSALR筋肉サンプルでは、スプライシング欠損は、リピート発現ではなくMbnl mRNAレベルと相関し、スプライシング事象の回復におけるこれらのタンパク質7の因果的役割が支持される(図16)。モデルの固有の変動性に関わらず、両方のantagomiRが全ての腓腹筋スプライシング異常事象において同様のレベルの回復を達成したと結論付けられる。しかしながら、antagomiR−23bは、四頭筋においてNfix及びClcn1スプライシングをantagomiR−218よりも大きく回復させ、これは、この筋肉においてantagomiR−218によって達成されるMbnl1及びMbnl2のタンパク質レベルのより低い上方調節と相関していた。処理HSALRマウスの筋肉において変化しないCelf1タンパク質のレベルと一致して、処理マウス及び対照マウスの腓腹筋及び四頭筋におけるCapzbエクソン8包含は非常によく似ていた(図15a、b)。これらの結果から、antagomiRの全身送達がDM1マウスモデルにおいて筋肉スプライシング異常をin vivoで回復させることが可能であることが示される。
胎児から成体への選択的スプライシングパターンの移行の欠陥は、DM1筋肉表現型44によって生じることが提唱されている。HSALR DM1モデルマウスでは、イオン電流の変化が、筋電図検査によって定量化することができる反復活動電位、すなわち筋強直を引き起こす。処理前に、全てのDM1マウスがグレード3又は4の筋強直、すなわち電極挿入の大半で多くの反復放電を有していた。4日後に、antagomiRは、antagomiR−218で処理したマウスの75%及びantagomiR−23bで処理したマウスの50%のそれぞれで、筋強直をグレード2(挿入の50%超でミオトニー放電)又はグレード1(時折のミオトニー放電)まで低減した(図15c)。DM1及びHSALRマウス筋線維の典型的な組織学的特徴は、再生しようとしているミオパシー性(myopathic)筋肉に起因する中央の核の位置である。両方のantagomiRが、腓腹筋及び四頭筋の両方の筋肉において核の分散化を引き起こした(図15d〜h)。まとめると、これらの結果から、哺乳動物においてCUGリピートRNAによって誘導されるミオパシーを抑制する薬物としてのantagomiR−23b及びantagomiR−218の可能性が検証される。
他のタイプのアンタゴニストへのアプローチの適用性を検証するために、以下のantimiR及びblockmiRがMiRx Therapeutics(Lyngby,Denmark)によって合成された:
MbloCKnoMIR TbsGbscsascscsusususgsTbsTbsAbsTbsTbsTb(配列番号84)
M1bloCK23−1 CbsCbsAbsTbsTbsAbsuscsascsasusususTbsGb(配列番号85)
M2bloCK23−1 AbsuscsascsasusgsasTbsTbsCbsAbsAbsCbsGb(配列番号86)
M1bloCK218−1 GbsAbsusgsusgscsusususAbsAbsAbsTbsAbsTb(配列番号87)
M1bloCK218−2 GbsususgsusgscsusgsTbsCbsTbsAbsTbsTbsGb(配列番号88)
M2bloCK218−1 AbsCbsTbsusgsusgscsususGbsAbsAbsusTbsTb(配列番号89)
M2bloCK218−2 GbsTbsTbsGbsusgsusgscsusasasTbsAbsAbsTb(配列番号90)
M2bloCK218−3 CbsGbsAbsTbsAbsgsusgscsususAbsAbsAbsAb(配列番号91)
AntimiR−23b CbscscsusgsgsCbsasAbsusgsusGbsasTb(配列番号92)
AntimiR−218 TbsusasGbsasuscsAbsasgsGbsasCbsasAb(配列番号93)
AntimiR−SC GbsCbsAbsTbsAbsAbsusgsascsusususasTbsGb(配列番号94)
ここで、
LNAヌクレオチドは、大文字及び小文字の組合せ:Ab、Gb、Tb、Cbによって示される。
ホスホロチオエート結合は、小文字「s」によって示される
2’−O−メチル−ヌクレオチドは、小文字:a g c uによって表される。
図18Aに見られるように、antimiRは、DM1線維芽細胞においてantagomiRよりも低毒性であるようであり、更なるアッセイで濃度を増大することが可能である。トランスフェクション反応自体が20%の細胞を死滅させたことを指摘することが重要である。
トランスフェクション反応としてblockmiRを用いて行われた毒性アッセイにより、blockmiRの比較的低い毒性が示され、同様に更なるアッセイで濃度を増大することが可能である(図19Aを参照されたい)。
AUM Biotech LLC(Philadelphia,PA,United States)によって合成され、提供された以下のFANAオリゴヌクレオチドを用いたアッセイを行った:
AUM−miR−23b−1 GGUAAUCCCTGGCAAUGUGAU(配列番号95)
AUM−miR−23b−2: GGUAATCCCTGGCAATGTGAU(配列番号96)
AUM−miR−23b−3 GGUAAUCCCUGGCAAUGUGAU(配列番号97)
AUM−miR−23b−4 GGUAATCCCTGGCAATGTGAU(配列番号98)
AUM−miR−218−1 ACAUGGUTAGATCAAGCACAA(配列番号99)
AUM−miR−218−2 ACATGGUUAGATCAAGCACAA(配列番号100)
AUM−miR−218−3 ACAUGGUUAGAUCAAGCACAA(配列番号101)
AUM−miR−218−4 ACATGGUTAGATCAAGCACAA(配列番号102)
AUM−SC−1 AUAUCCUTGTCGTAUCCCAGU(配列番号103)
AUM−SC−2 AUAUCCUTGTCGTAUCCCAGU(配列番号104)
Claims (8)
- 筋強直性ジストロフィー1型の治療のための医薬であって、
ヒト遺伝子MBNL1及び/又はMBNL2の発現を下方調節する、ヒトマイクロRNA−218−5p又はヒトマイクロRNA−23b−3pのアンタゴニストである、オリゴリボヌクレオチド分子、
2種以上の該分子の混合物、又は
該オリゴリボヌクレオチド分子の少なくとも1つのコード配列を含む発現ベクターの少なくとも1つ
を含む、医薬。 - 前記オリゴリボヌクレオチド分子が、
配列番号10によって表されるantagomiR型オリゴリボヌクレオチド類似体(antagomiR−218−5p)又は配列番号11によって表されるantagomiR型オリゴリボヌクレオチド類似体(antagomiR−23b−3p)である、請求項1に記載の医薬。 - 前記オリゴリボヌクレオチド分子が、
配列番号84〜配列番号91からなる群より選択される配列によって表される、請求項1に記載の医薬。 - 前記オリゴリボヌクレオチド分子が、
配列番号92〜配列番号94からなる群より選択される配列によって表される、請求項1に記載の医薬。 - 前記オリゴリボヌクレオチド分子が、
配列番号95〜配列番号104からなる群より選択される配列によって表される、請求項1に記載の医薬。 - 担体及び/又は1つ以上の薬学的に許容可能な賦形剤を付加的に含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の医薬。
- 前記治療が筋強直性ジストロフィー1型の1つ以上の症状の姑息的治療である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の医薬。
- 前記治療が筋強直性ジストロフィー1型の症状の一部である筋障害の1つ以上の姑息的治療である、請求項7に記載の医薬。
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