JP7676009B2 - Method for inducing bile duct lumen formation - Google Patents
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Description
本発明は、細胞培養器材に関し、具体的には器材表面にクローディンタンパク質層を形成させた細胞培養器材に関する。また、本発明は、上記本発明の細胞培養器材表面に胆管腔形成を誘導する方法、並びに上記本発明の細胞培養器材を用いる、肝臓由来細胞における薬物代謝及び/又は膜輸送の評価方法に関する。 The present invention relates to a cell culture substrate, specifically to a cell culture substrate having a claudin protein layer formed on the substrate surface. The present invention also relates to a method for inducing bile duct lumen formation on the surface of the cell culture substrate of the present invention, and a method for evaluating drug metabolism and/or membrane transport in liver-derived cells using the cell culture substrate of the present invention.
肝臓はヒトにおいて最大の容積を持つ臓器であり、生体の内部環境の維持に大きな役割を果たしている他、薬物動態においても重要な役割を果たしており、その機能として薬物の代謝および胆汁中排泄が挙げられる。 The liver is the largest organ in humans and plays a major role in maintaining the internal environment of the body. It also plays an important role in pharmacokinetics, including drug metabolism and biliary excretion.
胆汁中排泄は脂溶性の高い化合物の体外排泄を担う機構の一つであり、肝実質細胞の血管側膜からの受動拡散あるいはトランスポーター(輸送体)を介する輸送により取り込まれた薬物は、あるものは代謝・抱合を受け、胆管腔側膜に局在する薬物排出輸送体によって胆汁中へ排泄される。胆管腔側膜に局在する輸送体としては、P-糖タンパク質 (P-gp)、胆汁酸塩輸出ポンプ (BSEP)、乳がん抵抗性タンパク質(BCRP)及び多剤耐性関連タンパク質2(MRP2)等のABC (ATP-結合カセット)輸送体が挙げられる。これらの輸送体は、投与された種々の薬物などの生体異物に加え、胆汁酸や生体内代謝産物を胆汁中へ排泄する重要な役割を担っている。 Bile excretion is one of the mechanisms responsible for the excretion of highly lipid-soluble compounds from the body. Drugs taken up by passive diffusion from the vascular membrane of hepatic parenchymal cells or by transporter-mediated transport are metabolized and conjugated, and then excreted into bile by drug efflux transporters localized in the luminal membrane of the bile. Transporters localized in the luminal membrane of the bile include ABC (ATP-binding cassette) transporters such as P-glycoprotein (P-gp), bile salt export pump (BSEP), breast cancer resistance protein (BCRP), and multidrug resistance-associated protein 2 (MRP2). These transporters play an important role in excreting bile acids and endogenous metabolic products into the bile, in addition to xenobiotics such as various administered drugs.
薬物の研究開発において胆汁中排泄の評価は非常に重要であるが、現在、これは実験動物によるin vivo試験、あるいはin vitroでヒトやげっ歯類の初代培養肝細胞や株化した培養肝細胞を用いて評価されている。また、in vitro胆汁排泄評価法としてサンドイッチ培養ヒト肝細胞も用いられている(非特許文献1~4)。 Evaluation of biliary excretion is extremely important in drug research and development, and is currently evaluated in vivo in laboratory animals, or in vitro using primary cultured human or rodent hepatocytes or established cultured hepatocyte lines. Sandwich-cultured human hepatocytes are also used as an in vitro method for evaluating biliary excretion (Non-Patent Documents 1-4).
胆汁の分泌、及び薬物等の胆汁中排泄は、肝細胞の細胞膜に形成される胆管腔を介して行われる。肝細胞における胆管腔の形成には、肝細胞同士の接着を担う密着結合(タイトジャンクション、TJ)の形成が必須である。密着結合にはオクルディン、クローディン、及びJAM等の膜貫通タンパク質、zonula occludens (ZO)タンパク質(ZO-1、2、3)等の足場タンパク質、Par-3やaPKC等の極性シグナル分子が関与しており、そのうちクローディンファミリーが主要な役割を果たすことが報告されている(非特許文献5)。 Bile secretion and excretion of drugs and other substances into the bile are carried out via the bile lumen formed in the cell membrane of hepatocytes. The formation of the bile lumen in hepatocytes requires the formation of tight junctions (TJs) that are responsible for adhesion between hepatocytes. Tight junctions involve transmembrane proteins such as occludin, claudins, and JAMs, scaffolding proteins such as zonula occludens (ZO) proteins (ZO-1, 2, 3), and polarity signaling molecules such as Par-3 and aPKC, of which it has been reported that the claudin family plays a major role (Non-Patent Document 5).
従来用いられているin vitroの方法では、胆管腔が肝細胞間に形成されるため、胆汁中排泄された化合物を回収して直接測定することができず、蛍光化合物の利用や胆管腔の崩壊を利用するなど、間接的な評価によってなされている。さらに、細胞培養に手間がかかること、胆管腔崩壊の有無の両条件下で測定が必要なため、多くの試験を行う必要があり、迅速かつ定量的な胆汁中排泄評価法として利用することができなかった。そのため、薬物の胆汁中排泄を簡便にかつ精度が高く予測可能な評価系が強く求められている。 In conventional in vitro methods, because bile duct lumens are formed between hepatocytes, compounds excreted in bile cannot be collected and directly measured, and indirect evaluations are performed using fluorescent compounds or the collapse of the bile duct lumen. Furthermore, because cell culture is time-consuming and measurements are required both with and without the collapse of the bile duct lumen, many tests must be performed, making it impossible to use this method as a rapid and quantitative method for evaluating bile excretion. Therefore, there is a strong demand for an evaluation system that can easily and accurately predict the bile excretion of drugs.
本発明者等は、上記の課題は、肝細胞の胆管腔を培養器材の基底面側に誘導し、透過試験型の評価系を樹立することで解決することができると考えた。胆管腔の形成位置を基底膜側に誘導することで透過試験が可能となれば、胆管腔へ排出された化合物の経時的かつ定量的な解析が可能となり、ヒトにおける胆汁中排泄の精度の高い予測システムの構築が可能となる。 The inventors considered that the above problem could be solved by inducing the bile duct lumen of hepatocytes to the basal side of the cultureware and establishing a permeability test-type evaluation system. If permeability tests could be performed by inducing the formation of the bile duct lumen to the basement membrane side, it would be possible to quantitatively analyze compounds excreted into the bile lumen over time, and it would be possible to construct a highly accurate prediction system for bile excretion in humans.
本発明者等は、上記のような効果的な評価系の確立を目的として種々検討した結果、驚くべきことに、クローディンタンパク質を利用することで、胆管腔形成を培養器材表面に誘導することができた。更に本発明者等は、種々の条件を検討した結果、本発明を完成するに到った。 The inventors conducted various studies aimed at establishing an effective evaluation system as described above, and were surprised to find that by using claudin proteins, they were able to induce bile duct lumen formation on the surface of a culture substrate. The inventors further investigated various conditions, and as a result, they were able to complete the present invention.
すなわち、本発明は以下を提供するものである。
(1)器材表面にクローディンタンパク質層を形成させた細胞培養器材。
(2)表面が透過性を有する膜を有する、上記(1)記載の細胞培養器材。
(3)ヒトの肝臓に発現するクローディン1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、25、26及び27からなる群より選択される1種以上を含む、上記(1)又は(2)記載の細胞培養器材。
(4)上記(1)~(3)のいずれか記載の細胞培養器材と、肝臓由来培養細胞とを含む、胆汁中への薬物排出評価のためのキット。
(5)透過性を有する器材表面にクローディンタンパク質を含有する層をコーティングすることを特徴とする、上記(1)~(3)のいずれか記載の培養器材の製造方法。
(6)上記(1)~(3)のいずれか記載の培養器材に肝臓由来細胞層を形成させることを特徴とする、胆汁中への薬物排出評価系の作製方法。
(7)上記(1)~(3)のいずれか記載の培養器材に肝臓由来細胞層を形成させ、該細胞と該器材の表面との接触部位に胆管腔形成を誘導する方法。
(8)上記(1)~(3)のいずれか記載の培養器材に肝臓由来細胞層を形成させ、該肝臓由来細胞から該培養器材を介して排出される薬物を評価することを特徴とする、該肝臓由来細胞における薬物代謝及び/又は膜輸送の評価方法。
That is, the present invention provides the following.
(1) A cell culture device having a claudin protein layer formed on the surface of the device.
(2) The cell culture substrate according to (1) above, which has a permeable membrane on its surface.
(3) The cell culture equipment according to (1) or (2) above, comprising one or more selected from the group consisting of claudins 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26 and 27 expressed in the human liver.
(4) A kit for evaluating drug excretion into bile, comprising the cell culture equipment according to any one of (1) to (3) above and liver-derived cultured cells.
(5) A method for producing a culture substrate according to any one of (1) to (3) above, characterized in that the surface of a permeable substrate is coated with a layer containing a claudin protein.
(6) A method for preparing an evaluation system for drug excretion into bile, which comprises forming a liver-derived cell layer on the culture vessel according to any one of (1) to (3) above.
(7) A method for forming a liver-derived cell layer on the culture vessel according to any one of (1) to (3) above, and inducing bile duct lumen formation at the site of contact between the cells and the surface of the vessel.
(8) A method for evaluating drug metabolism and/or membrane transport in liver-derived cells, comprising forming a liver-derived cell layer on the culture vessel according to any one of (1) to (3) above, and evaluating a drug excreted from the liver-derived cells through the culture vessel.
本発明により、透過試験が可能なインサート膜にクローディンをコーティングして肝細胞を培養することで、肝細胞を用いた透過試験系を構築することができる。 The present invention makes it possible to construct a permeability test system using hepatocytes by coating an insert membrane capable of permeability testing with claudins and culturing hepatocytes.
本発明は、器材表面にクローディンタンパク質層を形成させた細胞培養器材を提供する。 The present invention provides a cell culture device having a claudin protein layer formed on the device surface.
<クローディンタンパク質>
クローディンは、上記の通り、細胞間結合の1種であるタイトジャンクションの形成に関わる主要なタンパク質であることが知られている。ヒト及びマウスにおいてこれまでに27種類のクローディンタンパク質が報告されており、それぞれ分子量が20~27kDaの膜貫通タンパク質である。
<Claudin Protein>
As mentioned above, claudins are known to be major proteins involved in the formation of tight junctions, a type of intercellular junction. To date, 27 types of claudin proteins have been reported in humans and mice, each of which is a transmembrane protein with a molecular weight of 20 to 27 kDa.
本発明において使用するクローディンタンパク質は、肝細胞の機能や、薬物の代謝について評価する系を作成するために使用するものであるため、特に限定するものではないが、評価に使用する肝細胞が由来する動物種と同じ種由来のものとすることが好適である。 The claudin proteins used in the present invention are used to create a system for evaluating hepatocyte function and drug metabolism, so although there are no particular limitations, it is preferable that they are derived from the same animal species as the hepatocytes used for evaluation are derived from.
動物種としては、肝臓を有する動物としての哺乳類、鳥類、両生類、爬虫類、魚類をいずれも挙げることができ、限定するものではないが、特に哺乳類、例えばイヌ、ネコ、ラット、マウス、ウサギ、ウシ、ウマ、ヤギ、サル、ヒト等が挙げられる。例えばヒトにおける代謝研究のためにはヒト由来のクローディンを用いることが好ましい。 Animal species include any animal with a liver, including mammals, birds, amphibians, reptiles, and fish, and include, but are not limited to, mammals, such as dogs, cats, rats, mice, rabbits, cows, horses, goats, monkeys, and humans. For example, for metabolic studies in humans, it is preferable to use claudins of human origin.
クローディンとして、ヒトでは26種のクローディン(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、25、26及び27)が発現し、そのうち肝臓ではクローディン1、2、3、4、5、6、7、8、9、11及び14の11種が発現していることが報告されている。そして、クローディン分子は、同じ分子間のみならず、異なるクローディン分子間でも結合が生じてその機能を発揮することも知られている(Gunzel & Yu, 2013 Physiol Rev. 93 : 525-569;D’Souza et al., 2009 J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 64: 1146-1153;Yang et al., 2015 Oncol Rep. 34 : 1415-1423)。 Twenty-six types of claudins (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, and 27) are expressed in humans, and it has been reported that 11 of these, claudins 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, and 14, are expressed in the liver. It is also known that claudin molecules exert their functions by binding not only between the same molecules but also between different claudin molecules (Gunzel & Yu, 2013 Physiol Rev. 93: 525-569; D'Souza et al., 2009 J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 64: 1146-1153; Yang et al., 2015 Oncol Rep. 34: 1415-1423).
従って、本発明においては、ヒトにおいて発現が確認されている26種のクローディンをいずれも単独又は組み合わせて使用することができる。好ましくは、ヒト肝臓での発現が確認されている11種のクローディンを単独又は組み合わせて使用することができる。すなわち、本発明において、クローディンタンパク質は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、25、26及び27から1種、又は2種以上を使用することができる。好ましくは、本発明において、クローディンタンパク質は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、11及び14から1種、又は2種以上を使用することができる。本発明者等は、上記のうち、クローディン1、2、3及び9が本発明において好適に使用可能であることを確認している。従って、本発明の好ましい実施形態において、クローディンタンパク質は、クローディン1、2、3及び9からなる群より選択される1種以上を使用し得る。 Therefore, in the present invention, any of the 26 types of claudins whose expression has been confirmed in humans can be used alone or in combination. Preferably, the 11 types of claudins whose expression has been confirmed in the human liver can be used alone or in combination. That is, in the present invention, one or more types of claudin proteins can be used from 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, and 27. Preferably, in the present invention, one or more types of claudin proteins can be used from 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, and 14. The present inventors have confirmed that, of the above, claudins 1, 2, 3, and 9 can be suitably used in the present invention. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, one or more types of claudin proteins selected from the group consisting of claudins 1, 2, 3, and 9 can be used.
ヒトクローディン1(本明細書において「CLDN1」と記載することがある)のアミノ酸配列及びこれをコードする塩基配列は、例えばアメリカ国立生物工学情報センター(National Center for Biotechnology Information、NCBI)の配列データベースにおいて、それぞれアクセッション番号NP_066924及びGene ID:9076として入手することができる。 The amino acid sequence of human claudin 1 (sometimes referred to as "CLDN1" in this specification) and the nucleotide sequence encoding it are available, for example, from the sequence database of the National Center for Biotechnology Information (NCBI) under accession number NP_066924 and Gene ID: 9076, respectively.
ヒトクローディン2(本明細書において「CLDN2」と記載することがある)のアミノ酸配列及びこれをコードする塩基配列は、例えばNCBIの配列データベースにおいて、それぞれアクセッション番号NP_065117及びGene ID:9075として入手することができる。 The amino acid sequence of human claudin 2 (sometimes referred to as "CLDN2" in this specification) and the nucleotide sequence encoding it are available, for example, from the NCBI sequence database under accession number NP_065117 and Gene ID: 9075, respectively.
ヒトクローディン3(本明細書において「CLDN3」と記載することがある)のアミノ酸配列及びこれをコードする塩基配列は、例えばNCBIの配列データベースにおいて、それぞれアクセッション番号NP_001297及びGene ID:1365として入手することができる。 The amino acid sequence of human claudin 3 (sometimes referred to as "CLDN3" in this specification) and the nucleotide sequence encoding it are available, for example, from the NCBI sequence database under accession number NP_001297 and Gene ID: 1365, respectively.
ヒトクローディン9(本明細書において「CLDN9」と記載することがある)のアミノ酸配列及びこれをコードする塩基配列は、例えばNCBIの配列データベースにおいて、それぞれアクセッション番号NP_066192及びGene ID:9080として入手することができる。 The amino acid sequence of human claudin 9 (sometimes referred to as "CLDN9" in this specification) and the nucleotide sequence encoding it are available, for example, from the NCBI sequence database under accession number NP_066192 and Gene ID: 9080, respectively.
その他のヒトクローディン及び他の動物種由来のクローディンタンパク質のアミノ酸配列及びこれをコードする塩基配列も、それぞれ同様にして入手することができる。 The amino acid sequences and the base sequences encoding the amino acid sequences of other human claudins and claudin proteins derived from other animal species can also be obtained in a similar manner.
本発明において、クローディンタンパク質は、動物から単離・精製して使用することもできる。しかしながら、上記の配列情報に基づいて、目的のクローディンタンパク質を合成することで、夾雑物質のないタンパク質層の形成がより容易に達成される。膜貫通タンパク質であるクローディンの合成は、限定するものではないが、脂質/界面活性剤混合ミセルを用いる無細胞合成により好適に行うことができる(例えばShinoda T. et al., Sci Rep., 6: 30442, 2016を参照されたい)。 In the present invention, claudin proteins can be isolated and purified from animals for use. However, by synthesizing the desired claudin protein based on the above sequence information, the formation of a protein layer free of contaminants can be more easily achieved. The synthesis of claudins, which are transmembrane proteins, can be suitably performed by cell-free synthesis using lipid/detergent mixed micelles, although this is not limited thereto (see, for example, Shinoda T. et al., Sci Rep., 6: 30442, 2016).
本発明においては、器材表面にクローディンタンパク質層を形成させることを特徴とする。「クローディンタンパク質層」とは、器材表面の上にクローディンタンパク質が均一にコーティングされた状態であるものをいう。ただし、器材表面に存在するクローディンタンパク質量については、播種した細胞膜に局在する生理的なクローディンタンパク質と結合しうる量があればよく、必ずしも均一である必要はない。一例として、クローディンタンパク質は、器材表面に0.6~0.8μg/cm2の範囲の密度で存在することが好ましい。 The present invention is characterized in that a claudin protein layer is formed on the surface of the device. The term "claudin protein layer" refers to a state in which the claudin protein is uniformly coated on the surface of the device. However, the amount of claudin protein present on the device surface does not necessarily have to be uniform, as long as it is an amount that can bind to physiological claudin protein localized in the seeded cell membrane. As an example, it is preferable that the claudin protein is present on the device surface at a density in the range of 0.6 to 0.8 μg/ cm2 .
<器材>
本明細書において「器材」とは、当分野において細胞培養器材として通常用いられているものを意図し、形状及び材質を特に限定するものではない。例えばガラス又はプラスチック製の器材であって、セルカルチャーインサート、スライド、ディッシュ、プレート、マルチウェルプレートを適宜使用することができる。
<Equipment>
In this specification, the term "apparatus" refers to a type of cell culture apparatus commonly used in the art, and is not limited to a particular shape or material. For example, a cell culture insert, slide, dish, plate, or multi-well plate made of glass or plastic can be used as appropriate.
クローディンタンパク質層を介した薬物の透過を評価する目的のために、クローディンタンパク質層を形成させる器材表面は、透過性を有するものであることが必要である。ここで、「透過性」とは、細胞から分泌される気体・液体・溶質・イオン等が通過可能であることをいい、100nm以上の孔径を有する多孔質体、メッシュ、セルカルチャーインサート等を使用することができる。例えば、Corning社のトランズウェル(登録商標)のインサート膜は好適に使用できる透過性を有する器材の一例である。なお、使用する素材は物質透過ができれば良いため、100nm以下の孔径の使用も可能性として考えられる。 For the purpose of evaluating drug permeation through a claudin protein layer, the surface of the device on which the claudin protein layer is formed must be permeable. Here, "permeable" means that gases, liquids, solutes, ions, etc. secreted from cells can pass through, and porous bodies, meshes, cell culture inserts, etc. with pore sizes of 100 nm or more can be used. For example, the insert membrane of Corning's Transwell (registered trademark) is an example of a device with permeability that can be suitably used. Note that the material used only needs to be permeable to substances, so it is also possible to use pore sizes of 100 nm or less.
上記の器材表面におけるクローディンタンパク質層は、器材表面にクローディンタンパク質をコーティングすることで形成される。クローディンタンパク質のコーティングは、特に限定するものではないが、クローディンタンパク質を10μg/mlの濃度の溶液として100μL/cm2の量で器材表面に載せ、例えば室温で60分間静置した後、溶液を除いて乾燥させることで行うことができる。 The claudin protein layer on the surface of the device is formed by coating the surface of the device with claudin protein. The claudin protein coating can be performed, without particular limitation, by applying a solution of claudin protein at a concentration of 10 μg/ml to the surface of the device in an amount of 100 μL/ cm2 , leaving the solution at room temperature for 60 minutes, removing the solution, and drying the surface.
クローディンタンパク質は、上記の器材表面に単独でコーティングすることができる。あるいはまた、クローディンタンパク質は、コラーゲン等の細胞外マトリックスタンパク質と組み合わせてコーティングすることもできる。当分野において、複数の細胞外マトリックスタンパク質を含有してゲルを形成する製品が、効果的な細胞培養のために器材表面にコーティングするために提供されており、これらをクローディンタンパク質と組み合わせても良い。例えば、限定するものではないが、Cellmatrix Type I-C(新田ゼラチン, Osaka, Japan)、Matrigel(Corning, NY, USA)は好適に使用できる例であり、これらはクローディンタンパク質と混合してコーティングしても良く、またクローディンタンパク質よりも先にコーティングしても良い。 Claudin proteins can be coated alone on the above-mentioned surfaces of the substrate. Alternatively, claudin proteins can be coated in combination with extracellular matrix proteins such as collagen. In the art, products that contain multiple extracellular matrix proteins and form gels are provided for coating substrate surfaces for effective cell culture, and these may be combined with claudin proteins. For example, but not limited to, Cellmatrix Type I-C (Nitta Gelatin, Osaka, Japan) and Matrigel (Corning, NY, USA) are suitable examples, and these may be mixed with claudin proteins for coating, or may be coated prior to claudin proteins.
尚、本明細書において、「器材表面」又は「器材底面」とは、器材において培養する細胞、特に肝細胞と接する器材の面を意図する。透過性器材の場合、器材の双方の表面がコーティングされることもあり得る。 In this specification, the term "surface of the device" or "bottom surface of the device" refers to the surface of the device that comes into contact with the cells, particularly hepatocytes, that are cultured in the device. In the case of permeable devices, both surfaces of the device may be coated.
本発明の細胞培養器材を用いることで、培養した細胞、特に肝細胞において胆管腔の器材表面側での形成が誘導され、透過性の器材を用いることで、クローディンタンパク質層を有する器材を通して細胞から分泌される物質を容易に回収することができる。 By using the cell culture equipment of the present invention, the formation of bile duct lumens is induced on the surface side of the equipment in cultured cells, particularly hepatic cells, and by using a permeable equipment, substances secreted from cells can be easily collected through the equipment having a claudin protein layer.
<キット>
本発明はまた、上記の本発明の細胞培養器材と、肝臓由来培養細胞とを含む、胆汁中への薬物排出評価のためのキットを提供する。
本発明において、「肝臓由来培養細胞」(本明細書において「培養細胞」又は「肝細胞」と記載する場合もある)としては、特に限定するものではないが、例えば市販の肝臓由来培養細胞、iPS由来肝細胞、肝がん由来培養細胞、健康な個体又は肝疾患を有する個体(ヒト又は動物)由来の培養細胞等が挙げられる。
<Kit>
The present invention also provides a kit for evaluating drug excretion into bile, comprising the above-mentioned cell culture substrate of the present invention and liver-derived cultured cells.
In the present invention, "liver-derived cultured cells" (sometimes referred to as "cultured cells" or "hepatocytes" in the present specification) are not particularly limited, but examples thereof include commercially available liver-derived cultured cells, iPS-derived hepatocytes, cultured cells derived from liver cancer, and cultured cells derived from healthy individuals or individuals (humans or animals) with liver disease.
正常な肝細胞又は健康な個体由来の肝細胞を用いる場合、本発明のキットは、正常な肝臓における薬物代謝の評価に使用することができ、例えば特定の薬物(化合物)の代謝について評価することができる。 When normal hepatocytes or hepatocytes derived from a healthy individual are used, the kit of the present invention can be used to evaluate drug metabolism in a normal liver, for example, to evaluate the metabolism of a specific drug (compound).
あるいはまた、肝がん由来の培養細胞、又は肝がん等の肝疾患を有する個体由来の肝細胞を用いる場合、本発明のキットは、正常な肝臓と比較して薬物代謝の変化、例えば代謝機能の低下の有無等を評価することができる。 Alternatively, when using cultured cells derived from liver cancer or liver cells derived from an individual with a liver disease such as liver cancer, the kit of the present invention can evaluate changes in drug metabolism, such as the presence or absence of a decrease in metabolic function, in comparison with a normal liver.
<培養器材の製造方法>
本発明はまた、透過性を有する器材表面にクローディンタンパク質を含有する層をコーティングすることを特徴とする、上記の培養器材の製造方法を提供する。本方法は、クローディンタンパク質を単独で、又は培養器材のコーティングに用いられる他の成分と組み合わせて器材表面にコーティングすることを含む。
本発明の方法によって得られた培養器材は、上記の通り、胆汁中への薬物排出評価系に使用することができる。
<Manufacturing method of culture equipment>
The present invention also provides a method for producing the above-mentioned culture substrate, which comprises coating a surface of a permeable substrate with a layer containing a claudin protein. The method comprises coating the surface of the substrate with the claudin protein alone or in combination with other components used in coating the culture substrate.
As described above, the culture device obtained by the method of the present invention can be used in a system for evaluating drug excretion into bile.
<胆汁中への薬物排出評価系の作製方法>
本発明はまた、上記の本発明の培養器材に肝臓由来細胞層を形成させることを特徴とする、胆汁中への薬物排出評価系の作製方法を提供する。
肝臓由来細胞層は、単層培養され細胞間は密着して細胞間の透過性は低く保たれる。播種する細胞密度は、細胞種によって異なるため一概には規定できないが、例えば初代ヒト肝細胞においては2.0×105個/cm2で播種すると培養器材一面に肝細胞を播種できることがある。ただし、細胞の生存率や接着率の影響を受けるため、ロットごとの最適化が必要である。
<Method of preparing a system for evaluating drug excretion into bile>
The present invention also provides a method for preparing a system for evaluating drug excretion into bile, which comprises forming a liver-derived cell layer on the above-mentioned culture substrate of the present invention.
The liver-derived cell layer is cultured as a monolayer, with the cells in close contact with each other and low intercellular permeability. The cell density to be seeded varies depending on the cell type and cannot be specified in general, but for example, primary human hepatocytes can be seeded over the entire surface of the cultureware when seeded at 2.0 x 105 cells/ cm2 . However, this is affected by the cell survival rate and adhesion rate, so optimization for each lot is required.
<胆管腔形成の誘導方法>
本発明はまた、上記の本発明の培養器材に肝臓由来細胞層を形成させ、該細胞と該器材の表面との接触部位に胆管腔形成を誘導する方法を提供する。
本発明の培養器材は、クローディンタンパク質層の存在によって、肝臓由来細胞における胆管腔の形成が培養器材と接触する面に誘導される。
Method for inducing bile duct lumen formation
The present invention also provides a method for forming a liver-derived cell layer on the above-mentioned culture substrate of the present invention and inducing bile ductular lumen formation at the contact site between the cells and the surface of the substrate.
The culture substrate of the present invention induces the formation of bile ductal lumens in liver-derived cells on the surface in contact with the culture substrate due to the presence of a claudin protein layer.
胆管腔の形成は、例えば胆管腔側膜に選択的に発現するMRP2タンパク質の発現の検出によって確認することができる。MRP2の発現は、MRP2に対する抗体を用いて検出することができる。MRP2に対する抗体は市販のものを好適に使用することができ、例えば、MRP2の発現は、抗MRP2マウスモノクローナル抗体を一次抗体、蛍光標識されたヤギ抗マウス抗体を二次抗体として用いる免疫染色によって可視化し、蛍光によって胆管腔の数を数えることができる。 The formation of bile duct lumen can be confirmed, for example, by detecting the expression of MRP2 protein, which is selectively expressed in the bile duct luminal membrane. The expression of MRP2 can be detected using an antibody against MRP2. Commercially available antibodies against MRP2 can be suitably used. For example, the expression of MRP2 can be visualized by immunostaining using an anti-MRP2 mouse monoclonal antibody as the primary antibody and a fluorescently labeled goat anti-mouse antibody as the secondary antibody, and the number of bile duct lumens can be counted by fluorescence.
本発明の方法によって、本発明の培養器材を用いない場合と比較して、培養器材表面における胆管腔の数(1細胞あたり胆管腔が0.89個)が1.5倍以上、好ましくは2倍以上、より好ましくは3倍以上に増加し得る。 By using the method of the present invention, the number of bile duct lumens on the surface of the culture equipment (0.89 bile duct lumens per cell) can be increased by 1.5 times or more, preferably by 2 times or more, and more preferably by 3 times or more, compared to when the culture equipment of the present invention is not used.
胆管腔の形成は、MRP2の発現の他、オクルディン、JAM、zonula occluden (ZO)タンパク質(ZO-1、2、3)等の発現によっても確認することができる。 The formation of the bile duct lumen can be confirmed by the expression of MRP2 as well as occludin, JAM, zonula occluden (ZO) proteins (ZO-1, 2, 3), etc.
<薬物代謝及び/又は膜輸送の評価方法>
本発明はまた、上記の本発明の培養器材に肝臓由来細胞層を形成させ、該肝臓由来細胞から該培養器材を介して排出される薬物を評価することを特徴とする、該肝臓由来細胞における薬物代謝及び/又は膜輸送の評価方法を提供する。
Methods for assessing drug metabolism and/or membrane transport
The present invention also provides a method for evaluating drug metabolism and/or membrane transport in liver-derived cells, which comprises forming a liver-derived cell layer on the culture tool of the present invention described above, and evaluating drugs excreted from the liver-derived cells through the culture tool.
図13に、本発明の培養器材を用いた薬物透過試験の例を模式的に示す。この例では、Corning社のトランズウェル(登録商標)等において、細胞培養インサートにクローディンタンパク質をコーティングすることが想定される。 Figure 13 shows a schematic example of a drug permeation test using the cultureware of the present invention. In this example, it is assumed that a cell culture insert such as Corning's Transwell (registered trademark) is coated with claudin proteins.
本発明の培養器材を用い、クローディンタンパク質をコーティングした器材上に肝細胞を播種して培養することで、器材と接触する面において胆管腔が形成され、この胆管腔から透過性プレート(インサート)を介して薬物が移動することができる。
従って、培養器材外部(下部コンパートメント)の液体を採取することで、透過した薬物を容易に回収し、薬物の種類や濃度を決定することが可能である。
By using the culture device of the present invention, hepatocytes are seeded and cultured on a device coated with claudin protein, and a bile duct lumen is formed on the surface that comes into contact with the device, and drugs can migrate from this bile duct lumen through the permeable plate (insert).
Therefore, by sampling the liquid outside the culture vessel (lower compartment), it is possible to easily recover the permeated drug and determine the type and concentration of the drug.
以下に本発明を実施例によって更に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be further described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[実施例1 クローディンの発現による胆管腔形成の誘導]
HepG2細胞(ヒト肝がん由来細胞株、American Type Culture Collectionより入手)を37℃、5%CO2のインキュベーター内で、10% FBS、100 units/mL Penicillin G Potassium、100μg/mL Streptomycin、1% NEAAを含有するDMEM中で培養し、70-80%コンフルエントの状態でPBSで洗浄後、0.1% trypsin-EDTA/PBS処理により細胞を回収、継代した。
[Example 1] Induction of bile duct lumen formation by expression of claudins
HepG2 cells (a human hepatoma-derived cell line obtained from the American Type Culture Collection) were cultured in DMEM containing 10% FBS, 100 units/mL Penicillin G Potassium, 100 μg/mL Streptomycin, and 1% NEAA in an incubator at 37°C and 5% CO2. When the cells were 70-80% confluent, they were washed with PBS, and then harvested and passaged by treatment with 0.1% trypsin-EDTA/PBS.
0.75×105個のHepG2細胞に対して、クローディン1、2、3、4、5、7、8、9、10a、12、14、15、19、23及び25をコードする遺伝子をそれぞれ導入した。 Genes encoding claudins 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10a, 12, 14, 15, 19, 23, and 25 were transfected into 0.75× 105 HepG2 cells.
得られたクローディン発現細胞における機能的な胆管腔には、クローディンタンパク質の裏打ちタンパク質であるZO-1と、化合物を胆管腔へ排出するMRP2が共局在化すると考えられる。そこで、共局在化したMRP2/ZO-1の数を、導入しなかった場合(mock)を100として算出した。 In the functional bile duct lumen of the resulting claudin-expressing cells, ZO-1, the supporting protein for claudin proteins, and MRP2, which excretes compounds into the bile duct lumen, are thought to colocalize. Therefore, the number of colocalized MRP2/ZO-1 cells was calculated, with the number in the non-transfected case (mock) set at 100.
その結果、図1に示すように、クローディン1、2、3及び9をそれぞれ導入した細胞において、胆管腔形成が増加することが示された(クローディン1、2及び9において有意、クローディン3においてp=0.07。) As a result, as shown in Figure 1, bile canalicular lumen formation was increased in cells transfected with claudins 1, 2, 3, and 9 (significant for claudins 1, 2, and 9, p=0.07 for claudin 3).
[実施例2 クローディン発現細胞と肝細胞との共培養による胆管腔形成の誘導]
クローディン発現細胞と肝細胞とを共培養した場合に、肝細胞における胆管腔形成が誘導されるか否かを検討した。
[Example 2] Induction of bile duct lumen formation by co-culture of claudin-expressing cells and hepatocytes.
We investigated whether bile canalicular lumen formation is induced in hepatocytes when claudin-expressing cells are co-cultured with hepatocytes.
HeLa細胞(ヒト子宮頸がん由来細胞株、American Type Culture Collectionより入手)を37℃、5%CO2のインキュベーター内で、10% FBS、100 units/mL Penicillin G Potassium、100 μg/mL Streptomycinを含有するDMEM中で培養し、70-80%コンフルエントの状態でPBS洗浄後、0.1% trypsin-EDTA/PBS処理により細胞を回収、継代した。 HeLa cells (a human cervical cancer-derived cell line obtained from the American Type Culture Collection) were cultured in DMEM containing 10% FBS, 100 units/mL Penicillin G Potassium, and 100 μg/mL Streptomycin in an incubator at 37°C and 5% CO2. When the cells were 70-80% confluent, they were washed with PBS, and then harvested and passaged by treatment with 0.1% trypsin-EDTA/PBS.
5.0×104個/cm2のHeLa細胞をNunc6ウェルプレート(Thermo Fisher Scientificより入手)に播種し、24時間後に培地を取り除き、以下のように調製したレンチウイルス溶液含有DMEMを加えた。さらに24時間後に通常培養用の培地に交換を行った。 HeLa cells were seeded at 5.0 × 104 cells/ cm2 in a Nunc 6-well plate (obtained from Thermo Fisher Scientific), and the medium was removed after 24 hours, and the lentivirus solution-containing DMEM prepared as follows was added. After another 24 hours, the medium was replaced with normal culture medium.
レンチウイルス含有DMEM
培養用DMEM (FBS, 抗生剤含有) 37.5%
レンチウイルス溶液(CLDN-1) 12.5%
レンチウイルス溶液(CLDN-2) 12.5%
レンチウイルス溶液(CLDN-3) 12.5%
レンチウイルス溶液(CLDN-9) 12.5%
レンチウイルス溶液(EGFP) 12.5%
Lentivirus-containing DMEM
DMEM for culture (FBS, antibiotics included) 37.5%
Lentivirus solution (CLDN-1) 12.5%
Lentivirus solution (CLDN-2) 12.5%
Lentivirus solution (CLDN-3) 12.5%
Lentivirus solution (CLDN-9) 12.5%
Lentivirus solution (EGFP) 12.5%
レンチウイルス溶液の作成方法として、HEK293T細胞(金沢大学がん進展制御研究所平尾敦教授より分譲された)をプラスミドの導入前日に、0.95×105個/cm2でnunc 6ウェルプレートに播種した。培養液は110 mg/L ピルビン酸ナトリウム、10% FBSを含むDMEMを用いた。FG12/hCLDNs 1.0μg、pCMC-VSV-G (Addgeneより入手) 0.5μg、psPAX2 (Addgeneより入手) 1.0μgをそれぞれLipofectamine3000(Thermo fisher Scientificより入手)を用いて導入した。遺伝子導入から6-12時間後に培地交換した。導入から72時間後に培地上清を15mLチューブに回収し、150×g、5分間遠心を行い、上清を回収し、レンチウイルス溶液とした。 To prepare the lentivirus solution, HEK293T cells (provided by Professor Atsushi Hirao, Cancer Research Institute, Kanazawa University) were seeded on a nunc 6-well plate at 0.95 x 105 cells/ cm2 the day before the plasmid was introduced. The culture medium was DMEM containing 110 mg/L sodium pyruvate and 10% FBS. 1.0 μg of FG12/hCLDNs, 0.5 μg of pCMC-VSV-G (obtained from Addgene), and 1.0 μg of psPAX2 (obtained from Addgene) were each introduced using Lipofectamine3000 (obtained from Thermo Fisher Scientific). The medium was replaced 6-12 hours after gene introduction. 72 hours after introduction, the medium supernatant was collected in a 15 mL tube and centrifuged at 150 x g for 5 minutes, and the supernatant was collected and used as the lentivirus solution.
一方、実施例1と同様にして継代したHepG2細胞を0.3×105個/ウェルとなるようにして、上記のクローディン発現HeLa細胞と10% FBS、100 units/mL Penicillin G Potassium、100 μg/mL Streptomycin、1% NEAAを含有するDMEM中で37℃で4日間共培養した。 On the other hand, HepG2 cells passaged in the same manner as in Example 1 were co-cultured with the above-mentioned claudin-expressing HeLa cells at a density of 0.3 × 105 cells/well in DMEM containing 10% FBS, 100 units/mL Penicillin G Potassium, 100 μg/mL Streptomycin, and 1% NEAA at 37°C for 4 days.
その結果、図2に示すように、上記の遺伝子導入したHeLa細胞とHepG2細胞を共培養した場合、HepG2細胞間だけでなく、HeLa細胞とHepG2細胞の間においても胆管腔の形成が誘導されることが示された。 As a result, as shown in Figure 2, when the above-mentioned gene-transfected HeLa cells and HepG2 cells were co-cultured, it was shown that the formation of bile ductal lumen was induced not only between HepG2 cells but also between HeLa cells and HepG2 cells.
[実施例3 クローディンタンパク質の合成]
1.クローディン1、2、3、及び9タンパク質の無細胞合成
クローディンは膜タンパク質のため、膜貫通構造の維持が重要となる。そこで、Shinoda T. et al., Sci Rep., 6: 30442, 2016に記載されたような無細胞タンパク質合成系を用い、リポソームを利用したin vitroタンパク質合成を行った。
[Example 3: Synthesis of claudin proteins]
1. Cell-free synthesis of claudins 1, 2, 3, and 9 proteins
Since claudins are membrane proteins, maintaining the transmembrane structure is important. Therefore, we performed in vitro protein synthesis using liposomes in a cell-free protein synthesis system as described in Shinoda T. et al., Sci Rep., 6: 30442, 2016.
具体的には、クローディン1、2、3、及び9タンパク質の無細胞合成は、再構成型無細胞合成キットPUREfrex (GeneFrontier, Kashiwa, Japan)を用いて行った。無細胞合成反応液中へ、N末端側にT7プロモーター及びribosomal binding site (RBS)配列を付加したクローディンテンプレート、及び脂質/界面活性剤混合ミセルを加え、37℃で4時間反応させ、クローディン1、2、3、及び9タンパク質を合成した。 Specifically, cell-free synthesis of claudins 1, 2, 3, and 9 proteins was performed using the reconstituted cell-free synthesis kit PUREfrex (GeneFrontier, Kashiwa, Japan). A claudin template with a T7 promoter and ribosomal binding site (RBS) sequence attached to the N-terminus and lipid/detergent mixed micelles were added to the cell-free synthesis reaction solution, and the reaction was carried out at 37°C for 4 hours to synthesize claudins 1, 2, 3, and 9 proteins.
先ず、クローディン1タンパク質の合成のために、pcDNA3.1(+)/hCLDN1 myc-tag plasmid(配列番号1)を鋳型にし、以下のプライマー(表1)及びPrimeSTAR Max DNA Polymerase (TaKaRa Bio, Inc, Shiga, Japan)を用いた3段階PCRを行い、N末端領域にT7 promoter配列、Ribosomal binding site (RBS)、Hisタグ配列を付加したin vitro合成用クローディン1テンプレートを調製した。PCRの反応条件は、熱変性反応 (98℃, 10秒)、アニーリング (55℃, 5秒)、伸長反応 (72℃, 5秒)を1サイクルとし、30サイクル行った。 First, to synthesize claudin-1 protein, three-step PCR was performed using pcDNA3.1(+)/hCLDN1 myc-tag plasmid (SEQ ID NO: 1) as a template and the following primers (Table 1) and PrimeSTAR Max DNA Polymerase (TaKaRa Bio, Inc, Shiga, Japan) to prepare a claudin-1 template for in vitro synthesis with a T7 promoter sequence, ribosomal binding site (RBS), and His tag sequence added to the N-terminal region. The PCR reaction conditions were thermal denaturation reaction (98°C, 10 seconds), annealing (55°C, 5 seconds), and extension reaction (72°C, 5 seconds), with 30 cycles performed.
混合ミセルは、6.7 mg/mL 脂質 [5 % (w/w)コレステロールおよび95 % (w/w)卵黄ホスファチジルコリン]および10.0 mg/mL ジギトニンから溶液が透明になるまで超音波処理することにより、調製した。 Mixed micelles were prepared from 6.7 mg/mL lipid [5% (w/w) cholesterol and 95% (w/w) egg yolk phosphatidylcholine] and 10.0 mg/mL digitonin by sonication until the solution was clear.
クローディン2、3、及び9タンパク質についても同様に、それぞれ配列番号2~4に示す配列を有するプラスミド(hCLDN2 myc-tag plasmid(配列番号2)、hCLDN3 myc-tag plasmid(配列番号3)、hCLDN9 myc-tag plasmid(配列番号4))を用い、それぞれ表2~4に示すプライマーを用いた3段階PCRを行ってテンプレートを調製した。 Similarly, for claudins 2, 3, and 9 proteins, templates were prepared by performing three-step PCR using the primers shown in Tables 2 to 4, respectively, using plasmids (hCLDN2 myc-tag plasmid (SEQ ID NO: 2), hCLDN3 myc-tag plasmid (SEQ ID NO: 3), and hCLDN9 myc-tag plasmid (SEQ ID NO: 4)) having the sequences shown in SEQ ID NOs: 2 to 4.
2.クローディン1、2、3、9タンパク質の精製
合成したクローディン1、2、3、及び9タンパク質は、Dynabeads His-tag Isolation & Pulldown (Thermo Fisher Scientific)を用いて精製した。
2. Purification of claudins 1, 2, 3, and 9 The synthesized claudins 1, 2, 3, and 9 proteins were purified using Dynabeads His-tag Isolation & Pulldown (Thermo Fisher Scientific).
クローディン1、2、3、及び9タンパク質合成反応液を混合し、1 × Binding/Wash bufferへ添加して700μLとした。その後、磁気ビーズと共に室温で5分振盪し、上清を回収した (フロースルー)。磁気ビーズを300μLの1 × Binding/Wash bufferと混合し、室温で2分静置したのち、上清を回収した。この操作を4回繰り返した(洗浄液1-4)。磁気ビーズを100μLのHis-Elution bufferと混合し、室温で5分振盪したのち、上清を回収した。この操作を2回繰り返した (溶出液1、2)。 The reaction mixture for synthesis of claudins 1, 2, 3, and 9 proteins was mixed and added to 1 × Binding/Wash buffer to make a volume of 700 μL. After that, it was shaken together with magnetic beads at room temperature for 5 minutes, and the supernatant was collected (flow-through). The magnetic beads were mixed with 300 μL of 1 × Binding/Wash buffer, left to stand at room temperature for 2 minutes, and the supernatant was collected. This procedure was repeated four times (Washing solutions 1-4). The magnetic beads were mixed with 100 μL of His-Elution buffer, shaken at room temperature for 5 minutes, and the supernatant was collected. This procedure was repeated twice (Elution solutions 1 and 2).
3.ウエスタンブロッティングによるクローディン1、2、3、及び9の検出
クローディン1、2、3、及び9タンパク質精製サンプル(フロースルー、洗浄液、溶出液1及び2)をそれぞれ4 × SDS loading bufferで希釈し、3% スタッキングゲルを含む14% ポリアクリルアミドゲルで分離した。分子量はBlueStar Prestained Protein Marker (日本ジェネティクス, Tokyo, Japan)を使用して決定した。
3. Detection of claudins 1, 2, 3, and 9 by Western blotting. Claudin 1, 2, 3, and 9 protein purification samples (flow-through, washing solution, elution solution 1 and 2) were diluted with 4 × SDS loading buffer and separated on a 14% polyacrylamide gel containing a 3% stacking gel. Molecular weights were determined using BlueStar Prestained Protein Marker (Nihon Genetics, Tokyo, Japan).
タンパク質を100 mAで30分、Trans-BlotSD Semi-Dry Transfer Cell (Bio-Rad, Hercules, CA)を使用して、PVDF膜に転写した。メンブレンを0.1% Tween-20および2% スキムミルクを含むPBS-Tで1時間ブロッキングした。PBS-Tで洗浄した後、一次抗体(anti-claudin 1 antibody, mouse monoclonal (sc-81796、Santa Cruz Biotechnology)、anti-claudin2 antibody, rabbit polyclonal (ab53032、abcam)、anti-claudin3 antibody, rabbit monoclonal (ab214487、abcam)、anti-claudin9 antibody, rabbit polyclonal (sc-398836、santa Cruz Biotechnology))を4℃、一晩反応させ、さらに二次抗体(蛍光標識ヤギ抗マウス抗体又は蛍光標識ヤギ抗ウサギ抗体、Thermo Fisher Scientific)を室温、2時間で反応させ、ImmunoStarZeta (富士フイルム和光純薬)を使用して発光を検出した。 Proteins were transferred to a PVDF membrane using a Trans-BlotSD Semi-Dry Transfer Cell (Bio-Rad, Hercules, CA) at 100 mA for 30 min. The membrane was blocked for 1 h with PBS-T containing 0.1% Tween-20 and 2% skim milk. After washing with PBS-T, the sections were incubated overnight with primary antibodies (anti-claudin 1 antibody, mouse monoclonal (sc-81796, Santa Cruz Biotechnology), anti-claudin 2 antibody, rabbit polyclonal (ab53032, Abcam), anti-claudin 3 antibody, rabbit monoclonal (ab214487, Abcam), anti-claudin 9 antibody, rabbit polyclonal (sc-398836, Santa Cruz Biotechnology)) at 4°C, and then incubated with secondary antibodies (fluorescently labeled goat anti-mouse antibody or fluorescently labeled goat anti-rabbit antibody, Thermo Fisher Scientific) at room temperature for 2 hours. Luminescence was detected using ImmunoStarZeta (Fujifilm Wako Pure Chemical).
4.CBB染色によるクローディン1、2、3、及び9の検出
ポリアクリルアミドゲルでサンプルを分離した後、ゲルをCBB固定液に浸して30分間振盪した。固定液を捨て、ゲルをCBB染色液に浸し、40分間振盪した。染色液を捨て、ゲルをCBB脱色液に浸し脱色を行い、バンドを確認した。
4. Detection of claudins 1, 2, 3, and 9 by CBB staining After separating the samples on a polyacrylamide gel, the gel was immersed in CBB fixative and shaken for 30 minutes. The fixative was discarded, and the gel was immersed in CBB staining solution and shaken for 40 minutes. The staining solution was discarded, and the gel was immersed in CBB destaining solution for destaining, and the bands were confirmed.
ImageJアプリケーション (National institutes of health, Bethesda, MD, USA)を用いたデンシトメトリー分析により、各質量のBSAのバンドから検量線を作成し、クローディン1、2、3、及び9のバンドの濃さから、合成量及び精製量を見積もった。合成量については各クローディンのDNAを添加した合成反応液 [DNA (+)]のバンドから、DNAを添加していない合成反応液 [DNA(-)]のバンドを差し引くことにより見積もった。 A calibration curve was created from the BSA bands of each mass by densitometry analysis using the ImageJ application (National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA), and the synthesis and purification amounts were estimated from the intensity of the bands of claudins 1, 2, 3, and 9. The synthesis amount was estimated by subtracting the band of the synthesis reaction solution without DNA addition [DNA(-)] from the band of the synthesis reaction solution with DNA of each claudin added [DNA(+)].
その結果、図3~6に示すように、クローディン1(23kDa)、クローディン2(25kDa)、クローディン3(23kDa)、及びクローディン9(22kDa)がそれぞれ単一のバンドとして精製された。精製率はいずれも15~26%の範囲であった。 As a result, as shown in Figures 3 to 6, claudin 1 (23 kDa), claudin 2 (25 kDa), claudin 3 (23 kDa), and claudin 9 (22 kDa) were each purified as a single band. The purification rates were all in the range of 15 to 26%.
[実施例4 培養器材へのクローディンタンパク質のコーティングの確認]
培養器材として、ibidi 8 well plate(日本ジェネティクス, Tokyo, Japan)をそのまま、又はコラーゲンIをコーティングしたものを用い、クローディンタンパク質がコーティングできるか否かを確認した。
[Example 4] Confirmation of coating of claudin protein on culture equipment
As culture equipment, ibidi 8 well plates (Nihon Genetics, Tokyo, Japan) were used either as is or coated with collagen I to confirm whether claudin proteins could be coated.
コラーゲンコーティング器材の調製のために、ibidi 8 well plateに300μg/mlになるようにpH 3.0塩酸で希釈したCellmatrix Type I-C (新田ゼラチン, Osaka, Japan)を100μl/wellで添加し、15分静置した。その後、溶液を取り除き、室温で1時間風乾させた。使用直前にPBSで2回洗浄した。 To prepare collagen-coated devices, Cellmatrix Type I-C (Nitta Gelatin, Osaka, Japan) diluted with hydrochloric acid (pH 3.0) to 300 μg/ml was added to an ibidi 8-well plate at 100 μl/well and left to stand for 15 minutes. The solution was then removed and the plate was air-dried at room temperature for 1 hour. Immediately before use, the plate was washed twice with PBS.
ibidi 8 well plate、又は予めCellmatrixでコーティングしたibidi 8 well plateに、実施例3で合成したクローディン1タンパク質の溶液(最終濃度44μg/ml)をコーティングした後、4%PFAを含むPBS溶液で10分固定した。2%BSAを含むPBSで60分ブロッキングした後、一次抗体(anti-claudin 1 antibody, mouse monoclonal (sc-81796、Santa Cruz Biotechnology))を4℃、一晩反応させ、さらに二次抗体(蛍光標識ヤギ抗マウス抗体、Thermo Fisher Scientific)を室温、1時間反応させた。蛍光をHSオールインワン蛍光顕微鏡 (BZ-9000, KEYENCE, Osaka, Japan)で観察した。 An ibidi 8-well plate or an ibidi 8-well plate previously coated with Cellmatrix was coated with a solution of claudin 1 protein (final concentration 44 μg/ml) synthesized in Example 3, and then fixed with PBS solution containing 4% PFA for 10 minutes. After blocking with PBS containing 2% BSA for 60 minutes, the primary antibody (anti-claudin 1 antibody, mouse monoclonal (sc-81796, Santa Cruz Biotechnology)) was reacted overnight at 4°C, and then the secondary antibody (fluorescently labeled goat anti-mouse antibody, Thermo Fisher Scientific) was reacted at room temperature for 1 hour. Fluorescence was observed with an HS all-in-one fluorescence microscope (BZ-9000, KEYENCE, Osaka, Japan).
その結果、クローディン1をコーティングしたウェルでは、Cellmatrixのコーティングの有無にかかわらず、均一な蛍光が観察され、クローディン1が器材に均一にコーティングされたことが示された(データは示さない)。 As a result, uniform fluorescence was observed in the claudin-1-coated wells, regardless of whether they were coated with Cellmatrix, indicating that claudin-1 was uniformly coated on the equipment (data not shown).
[実施例5 クローディン1、2、3、9コーティングプレートの作製]
Cellmatrix Type I-C (最終濃度300μg/ml)と実施例3で合成したクローディン1(最終濃度43.9μg/mL)の溶液を1 : 1で混合し、コーティング溶液を作製した。
[Example 5 Preparation of claudin-1, -2, -3, -9 coated plates]
A solution of Cellmatrix Type IC (final concentration 300 μg/mL) and the claudin-1 synthesized in Example 3 (final concentration 43.9 μg/mL) was mixed at a ratio of 1:1 to prepare a coating solution.
同様にして、Cellmatrix Type I-C (最終濃度300μg/ml)又はMatrigel(最終濃度42μg/ml)と実施例3で合成したクローディン1、2、3、及び9のミックス溶液を1 : 1で混合し、コーティング溶液を作製した(クローディン1、2、3、及び9はそれぞれ最終濃度として22.0、9,55、17.8、及び10.25 μg/mL)。その後、各コーティング剤のコーティング方法に従いコーティングプレートを作製した。 In the same manner, Cellmatrix Type I-C (final concentration 300 μg/ml) or Matrigel (final concentration 42 μg/ml) was mixed 1:1 with the mixed solution of claudins 1, 2, 3, and 9 synthesized in Example 3 to prepare a coating solution (final concentrations of claudins 1, 2, 3, and 9 were 22.0, 9.55, 17.8, and 10.25 μg/mL, respectively). Then, a coating plate was prepared according to the coating method for each coating agent.
[実施例6 クローディン1コーティングプレート上でのヒト肝がん細胞における胆管腔形成の誘導]
実施例5で作製したクローディン1コーティングプレートに、HepG2細胞を0.75×105個/cm2で播種し、10% FBS、100 units/mL Penicillin G Potassium、100μg/mL Streptomycin、1% NEAAを含有するDMEM中で72時間培養し、培地交換後に更に培養して、合計4日間培養した。
[Example 6] Induction of bile canalicular lumen formation in human hepatoma cells on claudin-1-coated plates
HepG2 cells were seeded at 0.75 × 105 cells/ cm2 on the claudin-1 coated plate prepared in Example 5, and cultured in DMEM containing 10% FBS, 100 units/mL Penicillin G Potassium, 100 μg/mL Streptomycin, and 1% NEAA for 72 hours. After changing the medium, the cells were further cultured for a total of 4 days.
HepG2細胞の播種より96時間培養後、4%PFAを含むPBS溶液で10分固定し、Wheat germ agglutinin (WGA) (5μg/mL, Thermo Fisher Scientificより入手)で細胞膜を染色した後、0.2% Triton X-100を含むPBSで透過処理を行った。2% BSAを含むPBSで60分ブロッキング後、一次抗体 (anti-MRP2 mouse monoclonal antibody : 100倍)を室温で2時間反応させ、さらに二次抗体 (Goat anti-Mouse Alexa flour 594 : 200倍)を室温で1 時間反応させた。DRAQ5 (5μM, 室温, 30分)で核染色を行い, 蛍光を共焦点顕微鏡 (LSM710, Carl-Zeiss)で観察した。 After 96 hours of culture from seeding, HepG2 cells were fixed in PBS containing 4% PFA for 10 minutes, and the cell membrane was stained with wheat germ agglutinin (WGA) (5 μg/mL, obtained from Thermo Fisher Scientific), and then permeabilized with PBS containing 0.2% Triton X-100. After blocking for 60 minutes with PBS containing 2% BSA, the cells were incubated with a primary antibody (anti-MRP2 mouse monoclonal antibody: 100x) at room temperature for 2 hours, and then with a secondary antibody (Goat anti-Mouse Alexa flour 594: 200x) at room temperature for 1 hour. Nuclei were stained with DRAQ5 (5 μM, room temperature, 30 minutes), and fluorescence was observed under a confocal microscope (LSM710, Carl-Zeiss).
その結果、図7Aに示すように、MRP2染色が器材底面側へ誘導される傾向が観察された。また、この誘導はCellmatrixのコーティングの有無による影響を受けなかった(図7B)。一方、CellmatrixのみをコーティングしたウェルでHepG2細胞を培養した条件では, MRP2染色は肝細胞の隣接細胞間に観察された(図7C)。 As a result, as shown in Figure 7A, a tendency for MRP2 staining to be induced toward the bottom side of the device was observed. Furthermore, this induction was not affected by the presence or absence of Cellmatrix coating (Figure 7B). On the other hand, when HepG2 cells were cultured in wells coated with Cellmatrix only, MRP2 staining was observed between adjacent hepatocytes (Figure 7C).
[実施例7 クローディン1、2、3、9コーティングプレート上でのヒト初代肝細胞における胆管腔形成の誘導]
凍結ヒト初代肝細胞 (Lot: Hu1663, Thermo Fisher Scientific)を37℃に温めた温浴で融解し、37℃のCHRMに懸濁後、100×g、10分遠心した。デカントで上清を捨て、1×106 個/mlになるようにPrimary Hepatocyte Thawing and Maintenance Supplements(Thermo Fisher Scientificより入手)含有Williams' Medium E(Thermo Fisher Scientificより入手)を加え、トリパンブルー染色により細胞数を計数した。
[Example 7] Induction of bile canalicular lumen formation in human primary hepatocytes on claudin-1, -2, -3, -9 coated plates
Frozen primary human hepatocytes (Lot: Hu1663, Thermo Fisher Scientific) were thawed in a 37°C water bath and suspended in CHRM at 37°C, then centrifuged at 100×g for 10 minutes. The supernatant was discarded by decanting, and Williams' Medium E (obtained from Thermo Fisher Scientific) containing Primary Hepatocyte Thawing and Maintenance Supplements (obtained from Thermo Fisher Scientific) was added to a concentration of 1× 106 cells/ml, and the number of cells was counted by trypan blue staining.
その後、実施例5でCellmatrix Type I-Cと共にクローディン1、2、3、9をコーティングしたプレート上に4.0×105個/cm2の播種密度で初代ヒト肝細胞を播種した。37℃、5% CO2下で4時間インキュベート後、氷冷Matrigel及びPrimary Hepatocyte Maintenance Supplements(Thermo Fisher Scientificより入手)含有Williams' Medium Eに培地交換した。さらに24時間ごとにPrimary Hepatocyte Maintenance Supplements含有Williams' Medium Eに培地を交換し、播種から72時間後に実験に用いた。 Then, primary human hepatocytes were seeded at a seeding density of 4.0 × 105 cells/ cm2 on the plate coated with claudins 1, 2, 3, and 9 together with Cellmatrix Type IC in Example 5. After 4 hours of incubation at 37°C and 5% CO2, the medium was replaced with ice-cold Matrigel and Williams' Medium E containing Primary Hepatocyte Maintenance Supplements (obtained from Thermo Fisher Scientific). The medium was further replaced with Williams' Medium E containing Primary Hepatocyte Maintenance Supplements every 24 hours, and the cells were used for experiments 72 hours after seeding.
初代ヒト肝細胞の播種より72時間後、4% PFAを含むPBS溶液で10分固定し、Wheat germ agglutinin (WGA) (5 μg/mL, Thermo Fisher Scientific)で細胞膜を染色した後、0.2% Tritonを含むPBSで透過処理を行った。2% BSAを含むPBSで60分ブロッキング後、一次抗体 (anti-MRP2 mouse monoclonal antibody : 100倍)を室温で2時間反応させ、さらに二次抗体 (Goat anti-Mouse Alexa flour 594 : 200倍)を室温で1 時間反応させた。DRAQ5 (5 μM, 室温, 30分)で核染色を行い、蛍光を共焦点顕微鏡 (LSM710, Carl-Zeiss)で観察した。 72 hours after seeding, primary human hepatocytes were fixed in PBS containing 4% PFA for 10 minutes, and the cell membrane was stained with wheat germ agglutinin (WGA) (5 μg/mL, Thermo Fisher Scientific), followed by permeabilization with PBS containing 0.2% Triton. After blocking with PBS containing 2% BSA for 60 minutes, the cells were incubated with a primary antibody (anti-MRP2 mouse monoclonal antibody: 100x) at room temperature for 2 hours, and then with a secondary antibody (Goat anti-Mouse Alexa flour 594: 200x) at room temperature for 1 hour. Nuclei were stained with DRAQ5 (5 μM, room temperature, 30 minutes), and fluorescence was observed under a confocal microscope (LSM710, Carl-Zeiss).
その結果、図8に示すように、MRP2染色が器材底面側へ誘導される傾向が観察された。一方、CellmatrixのみをコーティングしたウェルでHepG2細胞を培養した条件では, MRP2染色は肝細胞の隣接細胞間に観察された(図9)。 As a result, as shown in Figure 8, a tendency for MRP2 staining to be induced toward the bottom side of the device was observed. On the other hand, when HepG2 cells were cultured in wells coated with Cellmatrix only, MRP2 staining was observed between adjacent hepatocytes (Figure 9).
同様の結果は、実施例5でMatrigelと共にクローディン1、2、3、9をコーティングしたプレートを用いた場合においても観察された(図10及び11)。 Similar results were observed when plates coated with claudins 1, 2, 3, and 9 together with Matrigel were used in Example 5 (Figures 10 and 11).
[実施例8 培養器材側に誘導されたヒト初代肝細胞胆管腔の計測]
実施例7において、クローディン1、2、3、及び9の存在下で培養器材側に誘導されたヒト初代肝細胞胆管腔の計測を、共焦点顕微鏡 (LSM710, Carl-Zeiss)のZ-stack機能を用い、胆管腔マーカーであるMRP2の染色の数を計数し、目視で行った。
[Example 8] Measurement of bile ductal lumen of human primary hepatocytes induced on the culture substrate side
In Example 7, the bile ductular lumina of human primary hepatocytes induced on the culture substrate in the presence of claudins 1, 2, 3, and 9 were measured by visually counting the number of stained spots of MRP2, a bile ductular marker, using the Z-stack function of a confocal microscope (LSM710, Carl-Zeiss).
その結果、図12に示すように、Cellmatrixを用いた場合、及びMatrigelを用いた場合のいずれにおいても、クローディン1、2、3、及び9をコーティングしたプレート上で培養した場合に器材側におけるMRP2染色数が3倍以上に増加したことが示された。 As a result, as shown in Figure 12, in both the cases where Cellmatrix and Matrigel were used, the number of MRP2 stainings on the device side increased by more than three-fold when cultured on plates coated with claudins 1, 2, 3, and 9.
本発明により、透過試験により薬物代謝及び/又は膜輸送の評価が可能な新たな培養器材を提供することができる。 The present invention provides a new culture equipment that allows evaluation of drug metabolism and/or membrane transport through permeation tests.
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| ARAKAWA, H et al.,Induction of open-form bile canaliculus formation by hepatocytes for evaluation of biliary drug excretion,Communications Biology,2023年,Vol. 6, Article number: 866,https://doi.org/10.1038/s42003-023-05216-z |
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