JP5643237B2 - 光受容細胞のアポトーシスを抑制する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光受容細胞の死を防止する方法を提供する。特に、本発明は、FASが誘発する光受容細胞のアポトーシスを防止するペプチドを提供する。
アポトーシス(プログラム細胞死)は、すべての多細胞生物の発達および恒常性において、中心的役割を果たす。アポトーシス経路における変化が、発達障害、癌、自己免疫疾患、さらに神経変性障害、および、網膜の劣化を含めた多くのタイプのヒトの病理に関係付けられている。アポトーシス経路は個々の細胞の死亡プロセスを支配する厳格に調節された経路であって、外因によっても、内因によっても惹起される。内因による惹起はミトコンドリアによって引き起こされる細胞内機構であり、外因による惹起には、細胞膜における「細胞死受容体」と、これに対応するリガンドとの相互作用がともなう。
一部の実施形態において、本発明は、光受容細胞保護性を有する組成物を投与することを含む、光受容細胞のアポトーシスを抑制する方法を提供する。一部の実施形態では、上記光受容細胞保護性を有する組成物が、光受容細胞保護性を有するポリペプチド、または、光受容細胞保護性を有するポリペプチドをコードする核酸を含む。一部の実施形態では、上記光受容細胞保護性を有するポリペプチドが、IL−6またはIL−6の断片を含む。一部の実施形態では、上記光受容細胞保護性を有するポリペプチドが、XIAPまたはXIAPの断片を含む。一部の実施形態では、上記光受容細胞保護性を有するポリペプチドが、METまたはMETの断片を含む。一部の実施形態では、上記METの断片がMET12を含む。一部の実施形態では、上記METの断片がMET12に対して少なくとも70%(例えば、少なくとも80%、85%、90%、95%)の配列類似性を有する。一部の実施形態では、上記光受容細胞のアポトーシスが、FASが誘発する光受容細胞のアポトーシスを含む。一部の実施形態では、上記光受容細胞保護性を有する組成物が細胞の集団に投与される。一部の実施形態では、上記光受容細胞保護性を有する組成物が、上記細胞の個体群において細胞死を緩和するために十分な量で投与される。一部の実施形態では、上記光受容細胞保護性を有するポリペプチドが被験体に投与される。一部の実施形態では、上記被験体が網膜剥離に罹患している。一部の実施形態では、上記被験体が網膜剥離に罹患する危険性がある被験体である。一部の実施形態では、上記光受容細胞保護性を有する組成物が、上記被験体において細胞死を緩和するために十分な量で投与される。
上記の要約および詳細な説明は、添付の図面を参照しながら読めばより良く理解できる。ただし、添付の図面は一例として本願に含めるものであって、いかなる限定を加えるものでもない。
本願で使用する場合、「核酸分子」という用語は任意の核酸を含有する分子を指し、例としてはDNAやRNAなどがあげられるが、これらの例に限定されるわけではない。該用語は、DNAおよびRNAの任意の公知の塩基類似体を包含する配列を含み、例としては、4−アセチルシトシン、8−ヒドロキシ−N6−メチルアデノシン、アジリジニルシトシン、プソイドイソシトシン、5−(カルボキシヒドロキシルメチル)ウラシル、5−フルオロウラシル、5−ブロモウラシル、5−カルボキシメチルアミノメチル−2−チオウラシル、5−カルボキシメチルアミノメチルウラシル、ジヒドロウラシル、イノシン、N6−イソペンテニルアデニン、1−メチルアデニン、1−メチルプソイドウラシル、1−メチルグアニン、1−メチルイノシン、2,2−ジメチルグアニン、2−メチルアデニン、2−メチルグアニン、3−メチルシトシン、5−メチルシトシン、N6−メチルアデニン、7−メチルグアニン、5−メチルアミノメチルウラシル、5−メトキシアミノメチル−2−チオウラシル、β−D−マンノシルケオシン(mannosylqueosine)、5’−メトキシカルボニルメチルウラシル、5−メトキシウラシル、2−メチルチオ−N6−イソペンテニルアデニン、ウラシル−5−オキシ酢酸メチルエステル、ウラシル−5−オキシ酢酸、オキシブトキソシン、プソイドウラシル、ケオシン(queosine)、2−チオシトシン、5−メチル−2−チオウラシル、2−チオウラシル、4−チオウラシル、5−メチルウラシル、N−ウラシル−5−オキシ酢酸メチルエステル、ウラシル−5−オキシ酢酸、プソイドウラシル、ケオシン(queosine)、2−チオシトシン、および、2,6−ジアミノプリンなどがあげられるが、これらの例に限定されるものではない。
本発明の実施形態を完成させる過程において実施した実験によって、IL−6には、神経感覚網膜がその下層にあるRPEから脱離した後に光受容細胞のアポトーシスを調節する機能があることが実証される。遺伝子破壊またはIL−6中和抗体の投与によってIL−6を抑制すると、光受容細胞のアポトーシスの割合が大幅に増加した。剥離から1ヶ月で、IL−6−/−型マウスも、網膜下にIL−6 NABの投与を受けたラットも、それぞれのコントロールと比較すると、ONLの細胞数が大幅に減少した。これらのデータは、IL−6が、RPEから剥離後の光受容細胞の生存にとって必要であることを示唆している。
<実施例1.組成物および方法>
(網膜剥離の実験用モデル)
本発明の実施形態を完成させる過程において実施したすべての実験は、眼科および視覚研究における動物使用に関するアルボ宣言(ARVO Statement for the Use of Animals in Ophthalmic and Vision Research)、および、動物の使用およびケアに関するミシガン大学委員会(the University Committee on Use and Care of Animals of the University of Michigan)が制定した指針にしたがって実施した。雄の成体のBrown−Norwayラット(300g〜400g)(Charles River Laboratories社、Wilmington, MA)、野生型C57BLマウス(年齢3週間〜6週間)(Jackson Laboratory, Bar Harbor, Maine)、および、C57BLのバックグラウンドのIL−6−/−型マウス(年齢3週間〜6週間)(Jackson Laboratory, Bar Harbor, Maine)(Zacks et al. Arch Ophthalmol. 2007;125(10):1389-1395.、この文献はその全体が参照によってここに引用されるものとする)において、剥離を形成した。ケタミン(100mg/ml)とキシラジン(20mg/ml)との50:50の混合物を用いてげっ歯動物に麻酔をかけ、局所的にフェニレフリン(2.5%)およびトロピカミド(1%)を用いて瞳孔を拡張した。20ゲージのマイクロ硝子体網膜用刃(Walcott Scientific社、Marmora, NJ)を使用して、レンズの損傷を慎重に回避しながら、角膜輪部の2mm後ろ側に強膜切開術を行った。グレーザ式網膜下注射器(Glaser subretinal injector)(先端は32ゲージ;BD Ophthalmic Systems社、Sarasota, FL)を、上記強膜切開術によって硝子体腔中へ導入し、次に周縁の網膜切開術によって網膜下腔に導入した。ヒアルロン酸ナトリウム(10mg/ml)(Pharmacia and Upjohn Co.社、Kalamazoo, MI)をゆっくり注射して、神経感覚網膜をその下層にある網膜色素上皮から剥離させた。神経感覚網膜の約1/3〜1/2を剥離させた。剥離は左眼に形成し、右眼はコントロールとして放置した。一部の眼では、0.15μgの抗ヒトIL−6中和抗体(NAB)(R&D Systems社、Minneapolis, MN)、または、15ngの外来性のヒトIL−6(R&D Systems社、Minneapolis, MN)のいずれかを、剥離した網膜下腔に10μlの体積で剥離形成時またはその後の時点に注射した。投与量は、インビトロ活性アッセイに基づく製造業者の推奨に基づいている。
剥離を起こした実験用眼球から得られた網膜と、剥離を起こしていないコントロール眼球から得られた網膜とを、網膜剥離から3日後にRPE脈絡膜から切除し、ホモジナイズし、バッファ液に溶解させた。このバッファ液は、10mMのHEPES(pH値7.6)、0.5%のIgEPal、42mMのKCl、1mMのフッ化フェニルメチルスルホニル(PMSF)、1mMのEDTA、1mMのEGTA、1mMのジチオスレイトール(DTT)、および、5mMのMgCl2を含有し、さらに、バッファ液10ml当たり1錠剤のプロテアーゼ抑制剤(Complete Mini; Roche Diagnostics GmbH社、Mannheim,ドイツ)を含有する。上記ホモジネートを氷上でインキュベートし、22,000g、4℃で60分間遠心分離した。そして、上清のタンパク質濃度を決定した(DC Protein Assay kit; Bio−Rad Laboratories社、Hercules CA)。上記タンパク質試料を装填して、SDSPageポリアクリルアミドゲル(Tris−HCl Ready Gels; Bio−Rad Laboratories社)上で流動させた。電気泳動によって分離した後に、上記タンパク質をフッ化ビニリデン樹脂(“PVDF”;polyvinylidene fluoride)膜(Immobilon−P; Amersham Pharmacia Biotech社、Piscataway, NJ)上に転写した。タンパク質のバンドをPonceau S染色法で視覚化し、各レーンをすべてのレーンにわたって存在する非特異的なバンドの濃度によって等しいロード量となるようにして評価した。次に、製造業者の指示にしたがって、一次抗体の1:1000の希釈液を用いて、免疫ブロット用キット(それぞれ、PhosphoPlus(登録商標) Stat1(Tyr701)抗体キット#9170、または、PhosphoPlus(登録商標) Stat3(Tyr705)抗体キット#9130、Cell Signaling Technology社、Danvers, MA)を用いて、phopho−STAT1(Tyr701)またはphopho−STAT3(Tyr705)について、膜を免疫ブロットした。
剥離の形成からさまざまな期間の後に、動物を安楽死させて、眼球を除核した。TUNEL染色を行うために、眼球全体を、4%のパラホルムアルデヒドを含有するリン酸緩衝食塩水(pH値7.4)中で4℃で一晩固定した。上記標本をパラフィンに埋め込んで、5μm〜6μmの厚さの切片を作製した。ApopTag Fluorescein In Situ Apoptosis Detection Kit(Millipore社、Billerica, MA)を用いて、製造業者の指示にしたがって、上記切片に対してTUNEL染色を実施した。光学顕微鏡分析を行うために、0.1%のホウ酸バッファ中で0.5%のトルイジンブルーを用いて、パラフィン切片を染色した。
光受容細胞のアポトーシスを、外顆粒層(ONL)中のTUNEL陽性を示すすべての細胞の割合(%)として数値化した。切片ごとに、RDの高さが最大の箇所における3つの重畳しない強拡大視野(40×)を選択し、平均を求めた。ただし、重畳しない強拡大視野が3つ未満の場合には、3つ未満の視野を使用した。眼球ごとに、1つの代表的な切片を使用した。ONL中の細胞の総数を同様に測定した。網膜全体の厚さ(ONLの外側よりの縁部から内側の境界膜まで)を、切片ごとにRDの高さが最大の箇所における3つの重畳しない強拡大視野(40×)のそれぞれの3箇所で測定し、各眼球について平均を求めた。光受容細胞の内節および外節は、網膜全体の厚さの測定には含めなかった。これは、神経感覚網膜の剥離後にこれらの部分の退縮にバラツキがあり、光受容細胞の再付着後の生存可能性と必ずしも相関しないからである(Guerin et al. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1993;34(1):175-183.; Lewis et al. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1995;36(12):2404-2416.、いずれの文献もその全体が参照によってここに引用されるものとする)。トルイジンブルーで染色した標本については、切片を作製する角度において起こり得る差異による影響を排除して試料間の比較を可能にするために、ONLの細胞数を各切片の網膜全体の厚さ(つまり、網膜全体の厚さで割ったONLの細胞数)に正規化した。ラット実験の各グループのONLの細胞数および網膜全体の厚さも、試料間の比較を可能にするために、当該グループの剥離していない網膜の対応する値に正規化した。各実験グループについて、眼球ごとに個体が異なる4個〜11個の眼球から得られた3つの切片に対して測定を行った。
IL−6受容体のシグナル伝達のすぐ下流側のトランスデューサーは、シグナル伝達性転写因子である(“STAT”;Signal Transducer and Activator of Transcription)(Heinrich et al. Biochem J. 2003;374(Pt 1):1-20., Samardzija et al. FASEB J. 2006;20(13):2411-2413.、いずれの文献もその全体が参照によってここに引用されるものとする)。網膜のRPE脱離に関連して、STAT1およびSTAT3の転写レベルおよびタンパク質レベルは増加する(Zacks et al. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2006;47(4):1691-1695.、この文献はその全体が参照によってここに引用されるものとする)。剥離した網膜におけるSTAT1およびSTAT3のリン酸化(つまり活性化)の増加と、剥離していない網膜におけるSTAT1およびSTAT3のリン酸化(つまり活性化)の増加とを比較した。剥離時にIL−6中和抗体を網膜下腔に注射すると、リン酸化STAT3のレベルが約50%低下した。リン酸化STAT1のレベルは一切低下しなかった。このデータは、網膜のRPE脱離後に、IL−6の効果は圧倒的にSTAT3によって誘発されるのであって、STAT1によって誘発されるのではないことを示している。
(動物)
生後少なくとも6週間の、雄の成体のBrown NorwayラットをHarlan社(Indianapolis, IN)およびCharles River Laboratories社(Wilmington, MA)から購入した。ラットは標準的な研究室の条件下で飼育し、すべての手順は、眼科および視覚研究における動物使用に関するアルボ宣言(ARVO Statement for the Use of Animals in Ophthalmic and Vision Research)、および、オタワ大学の動物ケアおよび獣医学サービス(the University of Ottawa Animal Care and Veterinary Service)の指針の双方にしたがった。ラットは2つのグループに分けた。一方のグループにはXIAP遺伝子治療を実施し、もう一方のグループには緑色蛍光タンパク質(GFP)コントロールを実施した。
N末端赤血球凝集素(HA)タグを有するヒトXIAPの完全長のオープンリーディングフレームをコードするcDNA構築物を、ニワトリβ−アクチンプロモーターの制御下において、pTRベクターに挿入した。外科およびウイルスコントロールとして使用するために、GFP構築物を同様に構築した。ウッドチャック肝炎ウイルス由来の転写後制御因子(“WPRE”;woodchuck hepatitis virus post−transcriptional regulatory element)を該構築物の3’非翻訳領域に挿入することによって、X連鎖アポトーシス抑制タンパク質(XIAP)のウイルス性導入遺伝子発現を強化した。血清型5rAAVを調製し(Hauswirth et al. Methods Enzymol 2000;316:743-761., Zolotukhin et al. Methods 2002;28:158-167.、いずれの文献もその全体が参照によってここに引用されるものとする)、精製した(Leonard et al. PLoS ONE 2007;2:e314.、この文献はその全体が参照によってここに引用されるものとする)。ウイルス性タイターは、rAAV−GFPの場合が2.33×1012physical particles/ml、rAAV−XIAPの場合が1.87×1013physical particles/mlであった。感染性粒子に対するphysical particlesの比は100未満であった。
XIAPおよびGFPのいずれかを搬送するrAAVを、各ラットの左眼の網膜下腔に注射した。右眼は無処置のコントロールとした。ラットには、2%のイソフルオラン(isofluorane)ガスの吸入によって麻酔をかけた。1%のトロピカミド(Mydriacyl; Alcon Canada社、Mississauga, ON、カナダ)および2.5%のフェニレフリン塩酸塩(Mydfrin; Alcon社)を用いて、眼球を拡張した。プロパラカイン塩酸塩の液滴(0.5%、Alcaine; Alcon社)を、局所麻酔として投与した。疼痛管理をブプレノルフィンの注射(0.04mg/kg)によって達成した。作業全体を通じて潤滑性を維持するために、0.3%のヒプロメロース(Gentealゲル; Novartis Pharmaceuticals Inc.社、Mississauga, ON、カナダ)を眼に塗布した。20ゲージのV型ランスナイフ(Alcon社)を用いて角膜輪部の約2mm後ろ側に強膜切開術を行うことによって、網膜下注射を実施した。レンズに接触すると白内障の発達を誘発する可能性があるので、レンズには接触しないように注意をした。Gentealでコーティングしたカバーガラスを眼球上に設置して、眼球の後ろ側を拡大して可視化した。10mlのシリンジに取り付けた33ゲージの先端がとがっていない針(Hamilton Company社、Reno, NV)を強膜の穿刺を通して挿入して側方へレンズまで誘導し、網膜を通して挿入した。フルオレセイントレーサー(50:1v/v)と組み合わせた2μLの体積を有するrAAV−XIAPまたはrAAV−GFPを、眼の網膜下腔に送達した。上記フルオレセインによって、注射位置を即時に可視化および評価することが可能になり、網膜下への送達の成功が確認できるようになる。注射は、一貫した方法で、12:00の位置と2:00の位置との間に施された。術後のケアは、抗菌剤である0.3%のシプロフロキサシン塩酸塩(Ciloxan; Alcon社)および非ステロイド性抗炎症剤である0.03%のフルルビプロフェンナトリウム(Ocufen; Allergan, Irvine, CA)を、注射後5日間投与することからなっていた。
上記ウイルス注射の約2週間後に、各ラットの左眼に網膜剥離を形成した。この剥離は、10mg/mlのヒアルロン酸ナトリウム(Healon; AMO社、Santa Ana, CA)を、ウイルス注射の部位付近の網膜下腔に注射することによって形成した。網膜の約1/3〜1/2を剥離させて、残りの付着している部分を放置して内部コントロールとした。剥離から24時間後、3日後、および、2ヶ月後に、動物に対してサンプリングを行った。
剥離形成から24時間後に、剥離を形成しなかった右網膜(内部コントロール)、および、左網膜の剥離した部分を、XIAP(N=15)ラットおよびGFP(N=15)ラットから回収し、タンパク質を抽出した(Zacks et al. Invest Ophthalmol Vis Sci 2004;45:4563-4569.、この文献はその全体が参照によってここに引用されるものとする)。カスパーゼ9の活性は、製造業者の指示にしたがってCaspase 9 Colorimetric Assay Kit(BioVision Research Products社、Mountain View, CA)を用いて測定した。このアッセイは、標識済みの基質LEHD−pNAから切断された後の発色基質由来のp−ニトロアニリド(“pNA”: chromophore p−nitroanilide)の検出に基づいている。カスパーゼ3の活性は、製造業者の指示にしたがってCaspase 3 Colorimetric Assay kit(Chemicon International社、Billerica, MA)を用いて測定した。このアッセイは、活性化されたカスパーゼ3によるpNADEVD基質の切断に基づいている。
致死量のEuthansolをラットに注射し、組織構造を保存するために、続いて4%のパラホルムアルデヒド(PFA)を用いて灌流した。核形成および埋め込み時に向きの確認ができるように、白色の高温の針を用いて左眼に傷をつけた。固定液の貫入を可能にすべく、眼球に針で穴を開け、眼球を4%のPFA中に一晩放置した。そして、この試料に対して一連の脱水ステップを実施して、最後にパラフィンに埋め込んだ。眼球から、組織学的解析用に10mmの切片を作製した。
網膜剥離の場所を確定するために、ヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)染色を10mmの切片に対して実施した。一旦剥離を特定した後は、XIAPまたはGFPの存在を確認するために、続くスライドを免疫組織学的解析にかけた。XIAPは、抗HAマウスIgG一次抗体(Roche Applied Science社、Laval, QC)、続いて、ヤギの抗マウスIgG二次抗体(Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc.社、West Grove, PA)を用いて検出した。GFPは、抗GFPウサギIgG(Invitrogen社、Eugene, OR)、続いて、ヤギの抗ウサギIgG(Invitrogen社、Eugene, OR)を用いて検出した。B630モノクローナル抗体を用いてロドプシンを検出した。核染色剤4’,6’−ジアミンジノ−2−フェニルインドール塩酸塩(“DAPI”:4’,6’− diamindino−2−phenylindole)を用いて、27スライドを対比染色した。Zeiss AxioCam HRcカメラを搭載したZeiss Axioskop光学顕微鏡を用いて、画像を取得した。
TUNEL染色を行って、XIAPを用いて処置した試料とGFPを用いて処置した試料との、剥離から3日後の剥離領域におけるアポトーシスのレベルを比較した。Apoptag Peroxidase in situ Apoptosis Detection Kit(Chemicon社、Temecula, CA)を用いて、TUNEL陽性細胞を検出した。観察者による偏りを取り除くために、TUNEL陽性細胞は、数学ソフトウェアであるMATLAB(R2007a版、The Mathworks Inc.社)を用いて開発されたプログラムを用いて検出した。このプログラムによって、剥離した網膜の外顆粒層(ONL)のPhotoshop画像(Adobe Systems Inc.社)を分析した。TUNEL陽性を示す神経核を特定し、RGB値を記録した。上記ソフトウェアで画像を画素ごとに走査して、陽性の神経核のRGB値の2つの標準偏差の範囲内にある画素の個数を決定した。そして「TUNEL陽性」を示す画素の個数を全組織の画素で割って、その切片の「TUNEL陽性」を示す画素の比を求めた。
剥離から2ヶ月後にサンプリングを行った眼球を、組織学的解析用に処置した。H&Eで染色した10μmの切片の画像を撮影した。剥離した網膜のONL全体の核層の個数を、同一網膜の剥離していない部分のONL全体の核層の個数で割って得られる比として、ONLの厚さを測定した。網膜の厚さは視神経からの距離にともなって変化する。ONLの測定が視神経乳頭から同じ距離で行われることを保証するために、内顆粒層(“INL”;inner nuclear layer)の厚さをコントロールとして使用した。剥離していない領域および剥離した領域のどちらの場合にも、各個体について少なくとも4回のカウントを行って、平均値を求めた。
(カスパーゼ活性のアッセイ)
rAAV−GFPを、光受容体の変性速度を示すベクターおよび外科的コントロールとして用いた。rAAV−GFPが神経保護の効果を有することを示す証拠も、光受容細胞の変性を加速することを示す証拠も存在しない。rAAV−GFPを導入した眼(GFPOS)の網膜剥離によって、剥離を形成しなかったそのままの網膜に比べると、予想通りカスパーゼ3およびカスパーゼ9の活性が上昇した(図6参照)。XIAPを用いて処置した網膜(XIAP−OS)におけるカスパーゼ活性レベルは剥離が誘発する上昇を一切示さず、対応する剥離していないコントロールとほぼ同じであった。すべてのカスパーゼ活性を剥離から24時間後(この時点でカスパーゼ活性がピークに達することは、上記の記載において示した)に測定した。
網膜の形成から3日後に眼球をサンプリングし、免疫組織化学およびTUNEL分析用に埋め込み、切片を作製し、処置した。3日という時点を選択した理由は、動物モデルにおける先行する実験研究が、網膜剥離から3日後にTUNEL陽性染色のピークを示していたからである(Zacks et al. Invest Ophthalmol Vis Sci 2003;44:1262-1267., Lewis GP, Charteris et al. Invest Ophthalmol Vis Sci 2002;43:2412-2420.、この文献はその全体が参照によってここに引用されるものとする)。rAAV−GFPのウイルス注射およびrAAV−XIAPのウイルス注射のどちらの場合にも、免疫組織化学によって強い発現を確認した(図7A、図7B参照)。GFPまたはXIAPの抗体によって、網膜剥離領域中の光受容細胞の細胞体並びに内節および外節において、強い染色が特定された。このシグナルが完全な剥離を常にカバーするわけではなく、網膜の剥離していない部分においても時折見られる。このことは、ウイルスの導入と剥離とが常に完全には重なっていないことを示唆している。TUNEL染色をコンピュータによって自動的に数値化することによって、rAAV−XIAPで処置した眼の方が、rAAV−GFPで処置した眼に比べてTUNEL陽性細胞が少ないことが示される(図7C〜図7E参照)。XIAPに関連するTUNEL陽性細胞の個数の減少は、GFPを用いて処置した眼と比較すると統計的有意性を有するには到らないものの、この結果はXIAPに関連するカスパーゼの減少とのよく相関している(図6参照)。
光受容細胞の長期間にわたる構造の保護を評価するために、網膜剥離から2ヶ月後にサンプリングした眼球に対して組織学的検査を実施した。GFP(図8A、図8B参照)またはXIAP(図8D、図8E参照)に対する免疫組織化学を用いて、rAAVウイルスを注射した部位を可視化して、これを組織学的検査と関連付けた。形態学的な差異が、XIAPを用いて処置した網膜とGFPを用いて処置した網膜との間に観察された。XIAPを用いて処置した試料の内節および外節の方が、同じ眼球の剥離していない領域よりは組織化の度合いが低かったものの、GFPを用いて処置した網膜に比べれば一般に組織化の度合いが高かった。ロドプシン染色によって、保存された光受容細胞は生存可能であり、機能性タンパク質を生成したことが確認された(図8C、図8F参照)。ONL中の光受容細胞の核の層をカウントし、rAAV−XIAPおよびrAAV−GFPのいずれかを用いて処置した剥離網膜と、正常な剥離していない網膜との間で比較した。眼の周縁に向かって自然に発生する網膜厚の減少の影響を排除するために、カウントは、常に視神経から鉛直方向の経線に沿って同じ距離で実施した。全般的に、XIAPを用いて処置した剥離網膜では、ONLが非常によく保存されていた(図8および図9参照)。これらの網膜は、4〜8の核層を有していた(一方で、同じ眼球の剥離していない領域では6〜11の核層を有していた)。GFPを用いて処置した剥離網膜は、0〜7の核層を有していた(一方で、同じ眼球の剥離していない部分では6〜14の核層を有していた)。各動物について、剥離していない領域に対する、剥離した領域のONL核の比を算出した(図9E参照)。
本発明の実施形態を完成させる過程において実施した実験において、標準化動物モデル(ラット)を用いて、網膜剥離を形成した。網膜剥離時に、3つの化合物(mMET、MET、DMSO)のうちの1つを注射した。剥離から72時間後に眼球を回収し、TUNEL染色を実施するための処置を行った。METによって、TUNEL陽性細胞の個数が大幅に減少した(図10参照)(つまり、アポトーシスを起こした細胞の個数が減少した)。
1%のヒアルロン酸を網膜下注射することによって、Brown Norwayラットにおいて網膜のRPE脱離を形成した。Met12は腫瘍性タンパク質MetのFas結合細胞外領域に由来する。このMet12を、脱離時に網膜下腔に注射した。同様に投与した変異体ペプチドまたは媒体を、不活性な状態のコントロールとして使用した。Met12の存在下で、または、非存在下でFas活性化抗体を用いて、661W細胞において外因性のアポトーシス経路を誘発した。カスパーゼ3、カスパーゼ8、および、カスパーゼ9の活性を、網膜からの抽出物および細胞の可溶化物において熱量測定アッセイおよび発光性アッセイを用いて測定した。タネル(“TUNEL”;terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick−end labeling)を、脱離から3日後に網膜の切片において実施した。組織学的検査を、網膜剥離から2ヶ月後に網膜の切片において実施した。
ケタミン(100mg/ml)とキシラジン(20mg/ml)との50:50の混合物を用いてラットに麻酔をかけ、局所的にフェニレフリン(2.5%)およびトロピカミド(1%)を用いて瞳孔を拡張した。20ゲージのマイクロ硝子体網膜用刃(Walcott Scientific社、Marmora, NJ)を使用して、レンズの損傷を慎重に回避しながら、角膜輪部の2mm後ろ側に強膜切開術を行った。手術用顕微鏡で直接可視化しながら、グレーザ式網膜下注射器(Glaser subretinal injector)(先端は32ゲージ;BD Ophthalmic Systems社、Sarasota, FL)を、上記強膜切開術によって硝子体腔中へ導入し、次に周縁の網膜切開術によって網膜下腔に導入した。ヒアルロン酸ナトリウム(10mg/ml)(Pharmacia and Upjohn Co.社、Kalamazoo, MI)をゆっくり注射して、神経感覚網膜をその下層にある網膜色素上皮から剥離させた。すべての実験において、鼻の上の神経感覚網膜の約1/3〜1/2を剥離させた。網膜の細胞数を直接比較できるように、試験に用いたすべてのラットの同じ位置に剥離を形成した。剥離は左眼に形成し、右眼はコントロールとして放置した。一部の眼では、ハミルトンシリンジ(Hamilton Company社、Reno, NV)を用いて、野生Met型のYLGA 12−mer(HHIYLGAVNYIY(配列番号1)、Met12、50μg)、変異体Met12−mer(HHGSDHERNYIY(配列番号2)、mMet、50μg)、または、媒体(DMSO)を、剥離領域の網膜下腔に10μlの体積で剥離形成の直後に注射した。
10%のウシ胎仔血清、300mg/Lのグルタミン、32mg/Lのプトレシン、40μL/Lのβ−メルカプトエタノール、40μg/Lのヒドロコルチゾン21−半コハク酸塩、および、40μg/Lのプロゲステロンを含有するダルベッコ変法イーグル培地中で、661Wの株化細胞を維持した。この培地は、さらに、ペニシリン(90ユニット/ml)およびストレプトマイシン(0.09mg/ml)を含有していた。5%の二酸化炭素および95%の空気からなる加湿雰囲気中で、細胞を37℃で増殖させた。
カスパーゼ3、カスパーゼ8、および、カスパーゼ9の活性を、製造業者の指示にしたがって、比色分析によるテトラペプチド切断アッセイキット(Bio−Vision社、Mountain View, CA)を用いて測定した。網膜のタンパク質を、前記のプロトコール(Zacks et al. IOVS 2003;44(3):1262-1267.、この文献はその全体が参照によってここに引用されるものとする)にしたがってすべて抽出した。剥離していない網膜および剥離した網膜のいずれかから取得した総量が100μgの網膜のタンパク質を、カスパーゼ3基質(DEVD−pNA)、カスパーゼ8基質(IETD−pNA)、または、カスパーゼ9基質(LEHD−pNA)とともに200μMの最終濃度で60分間インキュベートした。マイクロプレート読み取り装置(Spectra−MAX 190, Molecular Devices社、Sunnyvale, CA)において、吸光度を405nmで測定した。ネガティブコントロールとして、網膜のタンパク質を、テトラペプチドを含まないアッセイバッファとともにインキュベートした。別のネガティブコントロールとして、アッセイバッファだけをテトラペプチドとともにインキュベートした。ポジティブコントロールとして、精製済みカスパーゼ3、カスパーゼ8、または、カスパーゼ9をテトラペプチドのみとともにインキュベートした。剥離した網膜におけるカスパーゼ活性を、同時点における剥離していない網膜におけるカスパーゼ活性に対して正規化した。各グループについて、データは、複数(例えば5個)の互いに独立した試料の平均のカスパーゼ活性レベルを表わしており、各試料は5個の眼球から得られたタンパク質からなる。
剥離を起こした実験用眼球から得られた網膜と、剥離を起こしていないコントロール眼球から得られた網膜とを、RPE脈絡膜から切除し、ホモジナイズし、バッファ液に溶解させた。このバッファ液は、10mMのHEPES(pH値7.6)、0.5%のIgEPal、42mMのKCl、1mMのフッ化フェニルメチルスルホニル(PMSF)、1mMのEDTA、1mMのEGTA、1mMのジチオスレイトール(DTT)、および、5mMのMgCl2を含有し、さらに、バッファ液10ml当たり1錠剤のプロテアーゼ抑制剤(Complete Mini; Roche Diagnostics GmbH社、Mannheim,ドイツ)。上記ホモジネートを氷上でインキュベートし、22,000g、4℃で60分間遠心分離した。そして、上清のタンパク質濃度を決定した(DC Protein Assay kit; Bio−Rad Laboratories社、Hercules CA)。上記タンパク質試料を装填して、SDSポリアクリルアミドゲル(Tris−HCl Ready Gels; Bio−Rad Laboratories社)上で流動させた。電気泳動によって分離した後に、上記タンパク質をフッ化ビニリデン樹脂(“PVDF”;polyvinylidene fluoride)膜(Immobilon−P; Amersham Pharmacia Biotech社、Piscataway, NJ)上に転写した。タンパク質のバンドをPonceau S染色法で視覚化し、各レーンを、すべてのレーンにわたって存在する非特異的なバンドの濃度によって等しいロード量となるようにして評価した。次に、製造業者の指示にしたがって、膜を、切断されたカスパーゼ3、切断されたカスパーゼ8、および、切断されたカスパーゼ9(Cell Signaling Technology社、Danvers, MA)について免疫ブロットした。
剥離の形成からさまざまな期間の後に、動物を安楽死させて、眼球を除核した。TUNEL染色を行うために、眼球全体を、4%のパラホルムアルデヒドを含有するリン酸緩衝食塩水(pH値7.4)中で4℃で一晩固定した。上記標本をパラフィンに埋め込んで、5μm〜6μmの厚さの切片を作製した。ApopTag Fluorescein In Situ Apoptosis Detection Kit(Millipore社、Billerica, MA)を用いて、製造業者の指示にしたがって、上記切片に対してTUNEL染色を実施した。光学顕微鏡分析を行うために、0.1%のホウ酸バッファ中で0.5%のトルイジンブルーを用いて、パラフィン切片を染色した。
光受容細胞のアポトーシスを、外顆粒層(ONL)中のTUNEL陽性を示すすべての細胞の割合(%)として数値化した。切片ごとに、網膜剥離の高さが最大の箇所における3つの重畳しない強拡大視野(40×)を選択し、平均を求めた。ただし、重畳しない強拡大視野が3つ未満の場合には、3つ未満の視野を使用した。眼球ごとに、1つの代表的な切片を使用した。ONL中の細胞の総数を同様に測定した。網膜全体の厚さ(ONLの外側よりの縁部から内側の境界膜まで)を、切片ごとに網膜剥離の高さが最大の箇所における3つの重畳しない強拡大視野(40×)のそれぞれの3箇所で測定し、各眼球について平均値を求めた。光受容細胞内節および外節は、網膜全体の厚さの測定には含めなかった。これは、神経感覚網膜の剥離後にこれらの部分の退縮にバラツキがあり、光受容細胞の再付着後の生存可能性と必ずしも相関しないからである(Zou et al. Nat Med. 2007 Sep;13(9):1078-85., Guerin et al. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1993;34(1):175-183.、いずれの文献もその全体が参照によってここに引用されるものとする)。トルイジンブルーで染色した標本については、切片を作製する角度において起こり得る差異による影響を排除して試料間の比較を可能にするために、ONLの細胞数を各切片の網膜全体の厚さ(つまり、網膜全体の厚さで割ったONLの細胞数)に正規化した。ラット実験の各グループのONLの細胞数および網膜全体の厚さも、試料間の比較を可能にするために、当該グループの剥離していない網膜の対応する値に正規化した。各実験グループについて、眼球ごとに動物が異なる複数(例えば10個)の眼球から得られた複数(例えば3つ)の切片に対して測定を行った。
661Wの株化細胞は、ヒトの光受容体間レチノール結合タンパク質(“IRBP”;interphotoreceptor retinol−binding protein)プロモーターの制御下においてSV40−T抗原の発現によって不死化された光受容株化細胞である(Al-Ubaidi et al. J Cell Biol. 1992; 119(6):1681-1687.、この文献はその全体が参照によってここに引用されるものとする)。661W細胞は、青色および緑色の錐体視物質、トランスデューシン、ならびに、錐体アレスチンを含めた、錐体光受容細胞マーカーを発現させ(Tan et al. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2004; (3):764-768.、この文献はその全体が参照によってここに引用されるものとする)、カスパーゼが誘発する細胞死を起こす(Kanan et al. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2007; 48(1):40-51.、この文献はその全体が参照によってここに引用されるものとする)。本発明を完成させる過程において以前に実施した実験によって、Fasシグナル伝達が、インビボにおけるカスパーゼ8の活性化および光受容細胞のアポトーシスにおいて決定的な役割を果たすことが実証される。661W細胞をFas活性化抗体(Fas−Ab)を用いて処置した。Fas−Abを添加すると、細胞死が起こった。661W細胞の可溶化物において測定したカスパーゼ8の活性は、Fas−Abの濃度の増加にともなって上昇し、投与量が500ng/mlの場合にピークに達する(図12A参照)。661W細胞を、500ng/mlのFas−Abを用いて処置し、活性レベルをさまざまな時点で測定した。カスパーゼ8の活性は、Fas−Abに曝露された661W細胞において、48時間後に大幅に増加した(図12B参照)。
本発明を完成させる過程において実施した実験によって、網膜剥離が、Fas/FasL経路の活性化およびカスパーゼ8の切断を引き起こすことが実証された(Zacks et al. IOVS 2003;44(3):1262-1267., Zacks et al. Arch Ophthalmol 2007;125:1389-1395., Zacks et al. IOVS 2004;45(12):4563-4569.8.、いずれの文献もその全体が参照によってここに引用されるものとする)。網膜剥離から24時間後の光受容細胞カスパーゼ8の活性化に対するMet12の効果を調べた。ラットの網膜を、Met12(50μg)、mMet(50μg)、または、媒体の存在下で剥離させた。剥離していない網膜と比較すると、媒体またはmMetを注射した剥離網膜において、カスパーゼ8の活性が大幅に増加した(図13参照)。網膜剥離時のMet12ペプチドの網膜下注射によって、カスパーゼ8の活性が約50%低下した。これらの結果によって、661W細胞と同様に、剥離網膜をMet12で処置すると、光受容細胞において、Fasが誘発するカスパーゼ8の活性化が抑制されることが実証された。
Claims (6)
- 光受容細胞保護性を有する組成物と、
点眼用に構成された薬剤キャリアとを含む、視覚的病状または視覚疾患を有する被験体において光受容細胞の生存率を増加させるための組成物であって、
上記光受容細胞保護性を有する組成物は、METの断片を含んでおり、
上記METの断片は配列番号1(MET12)であり、
上記光受容細胞の生存率の増加が、光受容細胞のアポトーシスの抑制を含む、組成物。 - 上記光受容細胞保護性を有する組成物がMET12からなる、請求項1に記載の組成物。
- 上記光受容細胞のアポトーシスが、FASが誘発する光受容細胞のアポトーシスを含む、請求項1に記載の組成物。
- 上記視覚的病状または視覚疾患が、網膜剥離、黄斑変性症、網膜色素変性症、眼炎、自己免疫性網膜症、外傷、癌、腫瘍、ぶどう膜炎、遺伝性網膜変性症、糖尿病性網膜症、脈絡膜血管新生、網膜虚血、病的近視、網膜色素線条症、黄斑浮腫、または、中心性漿液性網脈絡膜症を含む、請求項1に記載の組成物。
- 上記視覚的病状または視覚疾患が網膜剥離を含む、請求項4に記載の組成物。
- 上記視覚的病状または視覚疾患が網膜剥離または黄斑変性症を含む、請求項4に記載の組成物。
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