JP5737702B2 - Arf6 gene function loss animal and method of using the same - Google Patents
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Description
本発明は、Arf6遺伝子の機能が喪失した、Arf6遺伝子機能喪失動物に関する。また、本発明は、Arf6阻害剤を有効成分として含む腫瘍治療用の医薬組成物及び腫瘍治療薬のスクリーニング方法に関する。さらに、本発明は、前記動物を用いた薬剤に対する腫瘍の応答性を検査する方法、血管新生抑制剤と併用投与する抗腫瘍増殖剤のスクリーニング方法及びArf6関連疾患の治療剤のスクリーニング方法に関する。 The present invention relates to an Arf6 gene loss-of-function animal in which Arf6 gene function is lost. The present invention also relates to a pharmaceutical composition for tumor treatment comprising an Arf6 inhibitor as an active ingredient and a screening method for a tumor therapeutic agent. Furthermore, the present invention relates to a method for examining tumor responsiveness to a drug using the animal, a screening method for an antitumor proliferating agent administered in combination with an angiogenesis inhibitor, and a screening method for a therapeutic agent for an Arf6-related disease.
癌は DNA の障害等によって発症する疾病であるが、癌遺伝子又は癌抑制遺伝子が多数同定されている。このことは、癌は単一の原因による疾患ではないことを示している。このため、それぞれの患者が持つ癌、すなわち腫瘍細胞の性質は多様であり、各腫瘍細胞の性質に即した治療法の適用が求められる(非特許文献1)。従って、個々の癌がどのような性質を持ち、どのような抗腫瘍剤に感受性があるのかを知ることは、治療戦略を構築する上で非常に重要なインフォメーションとなる。また抗腫瘍剤に関しても、異なるメカニズムで作用する多様な薬剤を保有することが、オーダーメイド治療を考える上でのベースとなると考えられる。 Cancer is a disease that develops due to DNA damage or the like, but many oncogenes or tumor suppressor genes have been identified. This indicates that cancer is not a single cause disease. For this reason, the properties of cancers, that is, tumor cells, possessed by each patient are diverse, and application of a treatment method in accordance with the properties of each tumor cell is required (Non-patent Document 1). Therefore, knowing what properties each cancer has and what anti-tumor agents are sensitive is very important information for constructing treatment strategies. In addition, regarding antitumor agents, possessing various drugs that act by different mechanisms is considered to be the basis for considering tailor-made treatment.
抗腫瘍剤のターゲットとしては、腫瘍細胞そのものの増殖抑制(細胞周期や微小管をターゲットとしたもの)、又は腫瘍組織内の血管新生阻害が挙げられる。腫瘍細胞の増殖抑制をターゲットとする薬剤を投与した場合、他の正常細胞への増殖阻害効果が無視できず、投与された患者が副作用に苦しむことが多い。 Examples of the target of the antitumor agent include inhibition of growth of the tumor cell itself (targeting the cell cycle and microtubules) or inhibition of angiogenesis in the tumor tissue. When a drug targeting tumor cell growth inhibition is administered, the growth inhibitory effect on other normal cells cannot be ignored, and the administered patient often suffers from side effects.
一般的に癌細胞の増殖は、癌組織内への酸素及び栄養素供給のために血管新生を必要とする。そこで、癌組織内への酸素及び栄養素供給を断ち、また癌細胞が血流を介して転移を起こすのを防ぐことを目的として、血管新生を阻害することが抗腫瘍剤のターゲットとして重要となる。血管新生阻害をターゲットとする場合は、癌組織の増殖を抑えられる一方で、癌細胞自体の死を誘導しないことから、臨床的には癌細胞自身をターゲットとする薬剤との併用が望ましいと考えられている。癌組織内への血管新生には血管成長因子である血管内皮細胞増殖因子(Vascular Endothelial Growth Factor: VEGF)及び肝細胞増殖因子(Hepatocyte Growth Factor: HGF)が重要な役割を果たしていると考えられている。既に抗VEGF 薬は臨床に用いられている。抗HGF 薬は現時点では前臨床段階にあるが、実用化が期待されている(非特許文献2)。 In general, the growth of cancer cells requires angiogenesis for the supply of oxygen and nutrients into the cancer tissue. Therefore, it is important as an anti-tumor agent target to inhibit angiogenesis for the purpose of cutting off the supply of oxygen and nutrients to cancer tissues and preventing cancer cells from metastasizing through the bloodstream. . When targeting angiogenesis inhibition, it can suppress the growth of cancer tissue, but does not induce the death of the cancer cell itself, so it is clinically desirable to use a drug that targets the cancer cell itself. It has been. Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) and Hepatocyte Growth Factor (HGF) are considered to play an important role in angiogenesis in cancer tissues. Yes. Anti-VEGF drugs are already in clinical use. Anti-HGF drugs are currently in the preclinical stage, but are expected to be put to practical use (Non-patent Document 2).
このような状況下、新たな腫瘍治療剤及びそのスクリーニング方法、並びに血管新生阻害剤に対する腫瘍の感受性を簡便に検査する方法及び血管新生阻害剤と併用投与可能な腫瘍増殖阻害剤のスクリーニング方法の開発が必要とされる。 Under such circumstances, development of a novel tumor therapeutic agent and a screening method thereof, a method for simply examining tumor sensitivity to an angiogenesis inhibitor, and a method for screening a tumor growth inhibitor that can be administered in combination with an angiogenesis inhibitor Is needed.
本発明者らは、過去に低分子量 G 蛋白質であるadenosine diphosphate (ADP)-ribosylation factor 6(Arf6)の生理的役割を解明する目的で、Arf6遺伝子ノックアウト(KO)マウスを作製し、その解析を行ったが、これらのKOマウスは、胎生期13.5 日目頃から死亡し、出生までにほぼ全ての個体が死に至るものであった(Suzuki, T. et al., Mol Cell Biol 26, 6149-6156 (2006))。KOマウスの胎児を解析した結果、当該KO マウスの死因は肝臓の形成不全であると認定された。また、同時に、当該 KO マウスが血管形成異常を持ち合わせることも判明した。以上の知見に基づき、本発明者らは、今回初めて血管内皮細胞特異的なコンディショナルノックアウトマウス(cKO)(Tie2-Cre: Arf6-flox/flox)を作製し、該cKOマウスの生態を鋭意研究した結果、本発明を完成させるに至った。 In order to elucidate the physiological role of low molecular weight G protein adenosine diphosphate (ADP) -ribosylation factor 6 (Arf6) in the past, the present inventors made Arf6 gene knockout (KO) mice and analyzed them. However, these KO mice died from embryonic day 13.5, and almost all individuals died before birth (Suzuki, T. et al., Mol Cell Biol 26, 6149- 6156 (2006)). As a result of analyzing the fetus of a KO mouse, it was determined that the cause of death of the KO mouse was dysplasia of the liver. At the same time, the KO mice were found to have angiogenic abnormalities. Based on the above findings, the present inventors have made a vascular endothelial cell-specific conditional knockout mouse (cKO) (Tie2-Cre: Arf6-flox / flox) for the first time, and have intensively studied the ecology of the cKO mouse. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、本発明は以下に関する。
[1] Arf6遺伝子の機能を喪失させた、非ヒト哺乳動物。
[2] Arf6遺伝子の機能が、染色体上の少なくとも一方のアレルで喪失したものである、前記[1]に記載の非ヒト哺乳動物。
[3] 血管内皮細胞で特異的に発現する遺伝子のプロモーターにより制御されたCre遺伝子を有するトランスジェニック動物である、前記[2]に記載の非ヒト哺乳動物。
[4] 前記血管内皮細胞で特異的に発現する遺伝子のプロモーターが、Tie2遺伝子のプロモーターである、前記[3]に記載の非ヒト哺乳動物。
[5] げっ歯類動物である、前記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の非ヒト哺乳動物。
[6] Arf6阻害物質を有効成分として含む、腫瘍を治療するための医薬組成物。
[7] 前記腫瘍がArf6を発現するものである、前記[6]に記載の医薬組成物。
[8] 前記腫瘍が乳癌である、前記[6]に記載の医薬組成物。
[9] 前記Arf6阻害物質が、以下の(a)又は(b)から選択されるものである、前記[6]〜[8]のいずれか1項に記載の医薬組成物。
(a)腫瘍細胞におけるARF6タンパク質を介するシグナル伝達の阻害物質
(b)Arf6遺伝子の発現の阻害物質
[10] 以下の工程を含む、血管新生抑制剤に対する腫瘍の応答性を検査する方法。
(a)前記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の非ヒト哺乳動物に腫瘍細胞又は腫瘍組織を移植する工程
(b)前記移植した腫瘍細胞又は腫瘍組織の増殖率を測定する工程
[11] 前記血管新生抑制剤が、Arf6阻害剤又はHGF阻害剤である、前記[10]に記載の方法。
[12] 以下の工程を含む、血管新生抑制剤と併用投与する抗腫瘍増殖剤のスクリーニング方法。(a)前記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の非ヒト哺乳動物に腫瘍細胞又は腫瘍組織を移植する工程
(b)前記動物に候補薬剤を投与する工程
(c)前記移植した腫瘍細胞又は腫瘍組織の増殖率を測定する工程
[13] 前記血管新生抑制剤が、Arf6阻害剤又はHGF阻害剤である、前記[12]に記載の方法。
[14] 前記[1]〜[5]のいずれか1項に記載のArf6遺伝子機能喪失動物に候補薬剤を投与する工程を含む、Arf6関連疾患の治療剤のスクリーニング方法。
That is, the present invention relates to the following.
[1] A non-human mammal that has lost the function of the Arf6 gene.
[2] The non-human mammal according to [1] above, wherein the function of the Arf6 gene is lost in at least one allele on the chromosome.
[3] The non-human mammal according to [2], which is a transgenic animal having a Cre gene controlled by a promoter of a gene specifically expressed in vascular endothelial cells.
[4] The non-human mammal according to [3] above, wherein the promoter of a gene specifically expressed in the vascular endothelial cell is a Tie2 gene promoter.
[5] The non-human mammal according to any one of [1] to [4], which is a rodent animal.
[6] A pharmaceutical composition for treating a tumor, comprising an Arf6 inhibitor as an active ingredient.
[7] The pharmaceutical composition according to [6] above, wherein the tumor expresses Arf6.
[8] The pharmaceutical composition according to [6], wherein the tumor is breast cancer.
[9] The pharmaceutical composition according to any one of [6] to [8], wherein the Arf6 inhibitor is selected from the following (a) or (b).
(A) Inhibitor of signal transduction through ARF6 protein in tumor cells (b) Inhibitor of expression of Arf6 gene [10] A method for examining tumor responsiveness to an angiogenesis inhibitor, comprising the following steps.
(A) Transplanting tumor cells or tumor tissue into the non-human mammal according to any one of [1] to [5] (b) Measuring the growth rate of the transplanted tumor cells or tumor tissue Step [11] The method according to [10], wherein the angiogenesis inhibitor is an Arf6 inhibitor or an HGF inhibitor.
[12] A screening method for an antitumor proliferating agent administered in combination with an angiogenesis inhibitor, comprising the following steps. (A) a step of transplanting tumor cells or tumor tissue to the non-human mammal according to any one of [1] to [5] (b) a step of administering a candidate drug to the animal (c) the transplant Measuring the growth rate of the tumor cells or tumor tissue obtained [13] The method according to [12] above, wherein the angiogenesis inhibitor is an Arf6 inhibitor or an HGF inhibitor.
[14] A screening method for a therapeutic agent for an Arf6-related disease, comprising a step of administering a candidate drug to the Arf6 gene-deficient animal according to any one of [1] to [5].
本発明により、新たな腫瘍治療剤及びそのスクリーニング方法が提供される。また、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物は、Arf6遺伝子及び該遺伝子にコードされるタンパク質の生体機能の解明に有用である。本発明のArf6遺伝子機能喪失動物に、患者から採取した腫瘍を投与することにより、血管新生抑制剤に対する腫瘍の応答性を簡便に検査することができる。さらに、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物に抗腫瘍増殖剤の候補化合物を投与することにより、血管新生抑制剤と併用投与する抗腫瘍増殖剤として最適な薬剤を簡便にスクリーニングすることができる。さらに、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物に、候補化合物を投与することにより、Arf6関連疾患の治療剤を簡便にスクリーニングすることができる。 According to the present invention, a novel tumor therapeutic agent and a screening method thereof are provided. The Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention is useful for elucidating the biological function of the Arf6 gene and the protein encoded by the gene. By administering a tumor collected from a patient to the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention, the tumor responsiveness to an angiogenesis inhibitor can be easily examined. Furthermore, by administering a candidate compound for an antitumor proliferating agent to an Arf6 gene loss animal of the present invention, an optimal drug as an antitumor proliferating agent to be administered in combination with an angiogenesis inhibitor can be easily screened. Furthermore, a therapeutic agent for an Arf6-related disease can be easily screened by administering a candidate compound to the Arf6 gene-deficient animal of the present invention.
1. Arf6遺伝子機能喪失動物
本発明は、Arf6遺伝子の機能を喪失させた、非ヒト哺乳動物を提供する。
1. Arf6 gene loss-of-function animal The present invention provides a non-human mammal that has lost the function of the Arf6 gene.
本発明において、「Arf6遺伝子」とは、adenosine diphosphate (ADP)-ribosylation factor 6をコードする遺伝子を意味する。Arf6遺伝子にコードされるARF6タンパク質は、各種細胞でユビキタスに発現するグアノシン三リン酸(GTP)結合タンパク質であり、膜輸送及びアクチン細胞骨格の構成を制御する(D’Saura-Schorey C and Chavrier P, Nat Rev Mol Cell Biol 7: 347-358 (2008)、Myers KR and Casanova JE, Trends Cell Biol 18: 184-192 (2008))。 In the present invention, “Arf6 gene” means a gene encoding adenosine diphosphate (ADP) -ribosylation factor 6. The ARF6 protein encoded by the Arf6 gene is a guanosine triphosphate (GTP) binding protein that is ubiquitously expressed in various cells, and controls membrane transport and actin cytoskeleton composition (D'Saura-Schorey C and Chavrier P , Nat Rev Mol Cell Biol 7: 347-358 (2008), Myers KR and Casanova JE, Trends Cell Biol 18: 184-192 (2008)).
Arf6遺伝子は、広範囲の動物種において保存されており、複数の動物種のArf6遺伝子については既に塩基配列が解析され、その配列情報がデータベースに登録されている(表1参照)。 The Arf6 gene is conserved in a wide range of animal species, and the base sequences of Arf6 genes of a plurality of animal species have already been analyzed, and the sequence information is registered in the database (see Table 1).
従って、本発明において「Arf6遺伝子」とは、各種哺乳動物のArf6遺伝子のオーソログを含むものであり、さらに、ゲノム遺伝子だけではなく、メッセンジャーRNA(mRNA)及びcDNAも含むものである。ヒトのArf6遺伝子のCDS配列及びARF6タンパク質のアミノ酸配列を、それぞれ配列番号1及び2に示す。また、マウスのArf6遺伝子のCDS配列及びARF6タンパク質のアミノ酸配列を、それぞれ配列番号3及び4に示す。 Therefore, in the present invention, the “Arf6 gene” includes orthologs of various mammalian Arf6 genes, and further includes not only genomic genes but also messenger RNA (mRNA) and cDNA. The CDS sequence of human Arf6 gene and the amino acid sequence of ARF6 protein are shown in SEQ ID NOs: 1 and 2, respectively. Further, the CDS sequence of the mouse Arf6 gene and the amino acid sequence of the ARF6 protein are shown in SEQ ID NOs: 3 and 4, respectively.
本発明において、「Arf6遺伝子の機能を喪失させた」とは、Arf6遺伝子の正常な機能を喪失させることを意味する。このような状態の例としては、Arf6遺伝子産物が全く発現されない状態だけでなく、当該遺伝子の発現産物(例えば、hnRNA、mRNA又はタンパク質)がその正常な機能を有しない状態が挙げられる。このようなArf6遺伝子の機能喪失は、Arf6遺伝子又はその転写調節領域若しくはプロモーター領域を含む発現制御領域上における1又は複数のヌクレオチドの欠失、置換、及び/又は挿入等によって生じさせることができる。なお、前記欠失、置換、及び/又は挿入を行う部位や、欠失、置換、及び/又は挿入される配列は、Arf6遺伝子の正常な機能が喪失しうる限り、特に限定されないが、好ましくは、Arf6遺伝子の少なくとも1つのエクソンが欠失していることが好ましい。 In the present invention, “the function of the Arf6 gene has been lost” means that the normal function of the Arf6 gene has been lost. Examples of such a state include not only a state where the Arf6 gene product is not expressed at all, but also a state where the expression product of the gene (for example, hnRNA, mRNA or protein) does not have its normal function. Such loss of function of the Arf6 gene can be caused by deletion, substitution, and / or insertion of one or more nucleotides in the expression control region including the Arf6 gene or its transcriptional regulatory region or promoter region. The site for performing the deletion, substitution and / or insertion, and the sequence to be deleted, substituted and / or inserted are not particularly limited as long as the normal function of the Arf6 gene can be lost, but preferably Preferably, at least one exon of the Arf6 gene is deleted.
本発明のArf6遺伝子機能喪失動物は、前記Arf6遺伝子の機能が、染色体上の少なくとも一方のアレル(ヘテロ接合)で喪失していればよいが、好ましくは、両アレルで喪失していること(ホモ接合)が好ましい。 In the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention, it is sufficient that the function of the Arf6 gene is lost in at least one allele (heterozygote) on the chromosome, but preferably it is lost in both alleles (homologue). Bonding) is preferred.
また、本発明にかかる「非ヒト哺乳動物」は、ヒト以外の哺乳動物であれば特に限定されないが、遺伝子組換及び交配による次世代動物取得の容易性の観点からマウス、ラット、モルモット、ウサギ等のげっ歯類動物が好ましい。 In addition, the “non-human mammal” according to the present invention is not particularly limited as long as it is a mammal other than a human, but from the viewpoint of easy acquisition of next-generation animals by genetic recombination and mating, mouse, rat, guinea pig, rabbit Rodents such as are preferred.
2.Arf6遺伝子欠損動物の作製方法
本発明のArf6遺伝子機能喪失動物は、ジーンターゲティング、Cre-loxPシステム、体細胞クローン、RNAi等の技術を利用することにより作製することができる。
2. Method for producing Arf6 gene-deficient animal The Arf6 gene-deficient animal of the present invention can be produced by using techniques such as gene targeting, Cre-loxP system, somatic cell clone, RNAi and the like.
2.1 ジーンターゲティング
ジーンターゲティングは、相同組換えを利用して染色体上の特定遺伝子に変異を導入する手法である(Capeccchi, M.R. Science, 244, 1288-1292, 1989)。
2.1 Gene targeting Gene targeting is a technique for introducing a mutation into a specific gene on a chromosome using homologous recombination (Capeccchi, MR Science, 244, 1288-1292, 1989).
(1)ターゲティングベクターの構築
まず、Arf6遺伝子機能を喪失させるためのターゲティングベクターを構築するために、対象動物のゲノムDNAライブラリーを調製する。このゲノムDNAライブラリーは、多型等による組換え頻度の低下が起こらないよう、使用するArf6遺伝子機能喪失動物と同系統の動物に由来するゲノムDNAから作製したライブラリーを用いることが好ましい。そのようなライブラリーとしては、市販のものを用いてもよい。あるいは、Arf6 cDNA又はその部分配列をプローブとしてスクリーニングを行い、Arf6ゲノム遺伝子のDNA配列をクローニングすることにより調製することができる。ゲノムDNAライブラリーの調製方法の詳細については、以下を参照できる。"Sambrook & Russell, Molecular Cloning: A Laboratory Manual Vol. 3, Cold Spring Harbor Laboratory Press 2001"、"Ausubel, Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons 1987-1997"
(1) Construction of targeting vector First, in order to construct a targeting vector for losing Arf6 gene function, a genomic DNA library of the target animal is prepared. As this genomic DNA library, it is preferable to use a library prepared from genomic DNA derived from an animal of the same strain as the Arf6 gene functional loss animal to be used so that the recombination frequency does not decrease due to polymorphism or the like. A commercially available library may be used as such a library. Alternatively, it can be prepared by screening using Arf6 cDNA or a partial sequence thereof as a probe and cloning the DNA sequence of the Arf6 genomic gene. For details of the method for preparing a genomic DNA library, the following can be referred to. "Sambrook & Russell, Molecular Cloning: A Laboratory Manual Vol. 3, Cold Spring Harbor Laboratory Press 2001", "Ausubel, Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons 1987-1997"
次に、クローニングされたゲノムDNAを、シークエンシング、サザンブロッティング、制限酵素消化等によって解析してエクソンの位置及び制限酵素サイトを同定する。このような解析により得られた配列情報を基に変異導入部位等を決定する。 Next, the cloned genomic DNA is analyzed by sequencing, Southern blotting, restriction enzyme digestion and the like to identify the position of the exon and the restriction enzyme site. Based on the sequence information obtained by such analysis, a mutation introduction site and the like are determined.
本発明において、染色体上に導入する変異(欠失、置換、及び/又は挿入)はArf6遺伝子の正常な機能が損なわれる限り特に限定されず、これらの変異は、Arf6遺伝子のイントロン領域、エクソン領域又はArf6遺伝子の発現制御領域に存在していてよい。前記変異は、Arf6遺伝子のエクソン領域に存在することが好ましく、さらに好ましくは、Arf6遺伝子の少なくとも1つのエクソンが欠失した変異、最も好ましくは全てのエクソンが欠失した変異である。このような変異であれば、確実にArf6遺伝子の機能を欠損させることができるからである。 In the present invention, mutations (deletions, substitutions and / or insertions) to be introduced onto the chromosome are not particularly limited as long as the normal function of the Arf6 gene is impaired, and these mutations include intron regions and exon regions of the Arf6 gene. Alternatively, it may be present in the expression control region of Arf6 gene. The mutation is preferably present in an exon region of the Arf6 gene, more preferably a mutation in which at least one exon of the Arf6 gene is deleted, and most preferably a mutation in which all the exons are deleted. This is because such a mutation can surely delete the function of the Arf6 gene.
ターゲティングベクターは、変異導入部位の3’及び5’側の相同領域(それぞれ3’アーム及び5’アーム)に加え、組み換え体のセレクション用の選択マーカーを含んでいてもよい。選択マーカーの例としては、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシンBホスホトランスフェラーゼ遺伝子等のポジティブセレクションマーカー、LacZ、GFP(Green Fluorescence Protein)及びルシフェラーゼ遺伝子などの破壊対象遺伝子の発現レポーター、単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ遺伝子(HSV-TK)、ジフテリア毒素Aフラグメント(DTA)等のネガティブセレクションマーカー等が挙げられるが、これらに限定されない。また、ベクターは相同領域の外側に、ベクターを直鎖化するための適当な制限酵素切断部位を含んでいてもよい。 The targeting vector may contain a selection marker for selection of recombinants in addition to the 3 'and 5' homologous regions (3 'arm and 5' arm, respectively) of the mutation introduction site. Examples of selectable markers include neomycin resistance gene, positive selection marker such as hygromycin B phosphotransferase gene, expression reporter for genes to be disrupted such as LacZ, GFP (Green Fluorescence Protein) and luciferase gene, herpes simplex virus thymidine kinase gene ( HSV-TK) and negative selection markers such as diphtheria toxin A fragment (DTA), but are not limited thereto. Further, the vector may include an appropriate restriction enzyme cleavage site for linearizing the vector outside the homologous region.
図1に、マウスArf6遺伝子機能喪失用のターゲティングベクターの一例を示す。このコンストラクトは、Arf6ゲノム遺伝子のエクソン1及び2を含む配列を、ネオマイシン耐性遺伝子を含む相同領域で置換するように構築されている。さらに前記ベクターには、ネガティブセレクションマーカーとしてDTAが挿入されている。このようなターゲティングベクターは、市販のプラスミドベクター(例えば、pBluescriptII (Stratagene製)等)をベースにして構築することができる。 FIG. 1 shows an example of a targeting vector for loss of mouse Arf6 gene function. This construct is constructed to replace the sequence containing exons 1 and 2 of the Arf6 genomic gene with a homologous region containing the neomycin resistance gene. Furthermore, DTA is inserted into the vector as a negative selection marker. Such a targeting vector can be constructed based on a commercially available plasmid vector (for example, pBluescriptII (manufactured by Stratagene)).
(2)多能性幹細胞へのターゲティングベクターの導入
次に、構築されたターゲティングベクターを、生殖細胞に分化可能な多能性幹細胞に導入する。このような幹細胞の例としては、人工多能性幹細胞(Induced Pluripotent Stem Cell: iPS細胞)又は胚性幹細胞(Embryonic Stem Cell:ES細胞)が挙げられる。iPS細胞は、マウス、ラット、イヌ、ブタ、カニクイザル等の細胞で樹立されており、一方で、ES細胞は、マウス、ラット、ハムスター、ブタ、ウシ、カニクイザル等の細胞で樹立されている。
(2) Introduction of targeting vector into pluripotent stem cells Next, the constructed targeting vector is introduced into pluripotent stem cells that can differentiate into germ cells. Examples of such stem cells include induced pluripotent stem cells (Induced Pluripotent Stem Cells: iPS cells) or embryonic stem cells (Embryonic Stem Cells: ES cells). iPS cells are established with cells of mice, rats, dogs, pigs, cynomolgus monkeys, and the like, while ES cells are established with cells of mice, rats, hamsters, pigs, cows, cynomolgus monkeys, and the like.
ターゲティングベクターは、エレクトロポレーション、マイクロインジェクション、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、ウィルス感染等、公知の遺伝子導入法により前記多能性幹細胞へ導入することができる。遺伝子導入法の詳細については、前記Cold Spring Harbor Laboratory Press等を参照することができる。 The targeting vector can be introduced into the pluripotent stem cell by a known gene introduction method such as electroporation, microinjection, calcium phosphate method, lipofection method, virus infection and the like. For details of the gene introduction method, the Cold Spring Harbor Laboratory Press and the like can be referred to.
ターゲティングベクターが導入された多能性幹細胞は、ベクター中に挿入されたマーカーにより容易に選択することができる。例えば、ネオマイシン耐性遺伝子をマーカーとして導入した細胞であれば、G418を加えた培地中で培養することにより、一次セレクションを行うことができる。また、ターゲティングベクターがGFP等の蛍光タンパク質の遺伝子をマーカーとして含む場合には、薬剤耐性によるセレクションに加えて、FACS(Fluorescence Activated Cell Sorter)等を用いた蛍光タンパク質発現細胞のソーティングを行ってもよい。 Pluripotent stem cells into which a targeting vector has been introduced can be easily selected using a marker inserted into the vector. For example, in the case of cells introduced with a neomycin resistance gene as a marker, primary selection can be performed by culturing in a medium supplemented with G418. When the targeting vector contains a gene for a fluorescent protein such as GFP as a marker, sorting of fluorescent protein-expressing cells using FACS (Fluorescence Activated Cell Sorter) or the like may be performed in addition to drug resistance selection. .
ターゲティングベクターが導入された多能性幹細胞では、相同組み換えによって、染色体上のArf6遺伝子の一部が該ベクターの相同組換え配列で置換され、内因性のArf6遺伝子が破壊される。所望の相同組換えが生じたか否かは、サザンブロティングやPCR法等を利用したジェノタイプ解析によって判定できる。サザンブロッティングによるジェノタイプ解析は、組換え細胞のみに含まれる薬剤耐性遺伝子又は蛍光タンパク質遺伝子等の配列をプローブとして用いることにより行うことができる。PCR法によるジェノタイプ解析も、組換え細胞のみに含まれる薬剤耐性遺伝子又は蛍光タンパク質遺伝子等の配列に相補的なプライマーを作製し、これらのプライマーでPCR増幅を行うことで、組換え細胞を検出することができる。 In pluripotent stem cells into which the targeting vector has been introduced, a part of the Arf6 gene on the chromosome is replaced by the homologous recombination sequence of the vector by homologous recombination, and the endogenous Arf6 gene is destroyed. Whether or not the desired homologous recombination has occurred can be determined by genotype analysis using Southern blotting, PCR method or the like. Genotype analysis by Southern blotting can be carried out by using a sequence such as a drug resistance gene or a fluorescent protein gene contained only in recombinant cells as a probe. Genotype analysis by PCR also detects primers that are complementary to sequences such as drug resistance genes or fluorescent protein genes contained only in recombinant cells, and PCR amplification is performed using these primers. can do.
(3)キメラ動物の作製
ターゲティングベクターが導入された多能性幹細胞は、該多能性幹細胞が由来する系統とはコートカラーが異なる系統由来の初期胚に導入し、キメラ動物として発生させる。例えば、マウスのES細胞を相同組換えする場合であれば、アグーチ色の毛色を有する129系由来のES細胞と、体毛が黒色のC57BL/6マウス等の初期胚とを用いることできる。このように別系統に由来する多能性幹細胞と初期胚とを用いてキメラ動物を作製すれば、その毛色によって、キメラ率を判断することができる。
(3) Production of chimeric animal A pluripotent stem cell into which a targeting vector has been introduced is introduced into an early embryo derived from a strain having a coat color different from that from which the pluripotent stem cell is derived, and is generated as a chimeric animal. For example, in the case of homologous recombination of mouse ES cells, ES cells derived from the 129 strain having agouti hair color and early embryos such as C57BL / 6 mice with black hair can be used. Thus, if a chimeric animal is produced using pluripotent stem cells derived from different strains and early embryos, the chimera rate can be determined from the coat color.
多能性幹細胞の初期胚への導入は、マイクロインジェクション法(Hogan, B. et al. ”Manipulating the Mouse Embryo” Cold Spring Habor Laboratory Press, 1988)又はアグリゲーション法(Andra, N. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 8424-8428, 1993, Stephen, A.W. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 4582-4585, 1993)等により行うことができる。 Introduction of pluripotent stem cells into early embryos can be accomplished by microinjection (Hogan, B. et al. “Manipulating the Mouse Embryo” Cold Spring Habor Laboratory Press, 1988) or aggregation (Andra, N. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 8424-8428, 1993, Stephen, AW et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 4582-4585, 1993).
マイクロインジェクション法は、多能性幹細胞を初期発生段階の胚(例えば、8細胞期胚から胚盤胞(blastocyst)に直接注入する方法である。この方法では、動物から採取した胚に、マイクロマニピュレーター等を用いて組換え多能性幹細胞を顕微鏡下で直接注入してキメラ胚を作製する。一方、アグリゲーション法では、透明帯を除去した1〜2個の8細胞期胚と多能性幹細胞との共培養で細胞を凝集させることによりキメラ胚を得る。
このようにして作製されたキメラ胚を、仮親(偽妊娠動物)の子宮に移植して発生させることにより所望のキメラ動物を得ることができる。
The microinjection method is a method in which pluripotent stem cells are directly injected into an embryo at an early stage of development (for example, from an 8-cell embryo to a blastocyst. In this method, a micromanipulator is applied to an embryo collected from an animal. Recombinant pluripotent stem cells are directly injected under a microscope to produce a chimeric embryo, whereas in the aggregation method, 1 to 2 8-cell stage embryos and pluripotent stem cells from which the zona pellucida has been removed Chimera embryos are obtained by aggregating the cells in the co-culture.
A desired chimeric animal can be obtained by transplanting the thus-produced chimeric embryo into the uterus of a foster parent (pseudopregnant animal).
(4)Arf6遺伝子機能喪失動物の作製
仮親から得られたキメラ動物を、さらに同系の野性型動物と交配させることにより、Arf6遺伝子機能喪失のヘテロ接合動物を得ることができる。各個体のジェノタイプは、毛色等の外見上の特徴で一時判定できるほか、前述したサザンブロッティングやPCR法を利用したジェノタイプ解析によって決定することができる。次に、ヘテロ型のArf6遺伝子機能喪失動物同士を交配させることで、ホモ接合動物を得ることができる。
(4) Production of an Arf6 gene function loss animal A heterozygous animal with an Arf6 gene function loss can be obtained by crossing a chimeric animal obtained from a foster parent with a wild-type animal of the same strain. The genotype of each individual can be determined temporarily by appearance characteristics such as hair color, and can be determined by genotype analysis using the Southern blotting or PCR method described above. Next, homozygous animals can be obtained by crossing heterozygous Arf6 gene function-deficient animals.
上記のようにして作製されたArf6遺伝子機能喪失動物の子孫も、染色体上のArf6遺伝子の機能が喪失している限り、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物に含まれる。 The offspring of the Arf6 gene loss-of-function animal produced as described above is also included in the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention as long as the function of the Arf6 gene on the chromosome is lost.
2.2 Cre-loxPシステムの利用
先に述べたように、本発明者らは、Arf6のノックアウト(KO)マウスを作製し、その解析を行った結果、これらのKOマウスが、胎生期13.5 日目頃から死亡し、出生までにほぼ全ての個体が死に至るという知見を得ている(Suzuki, T. et al., Mol Cell Biol 26, 6149-6156 (2006))。上記知見から、発生初期段階から全身においてArf6遺伝子機能が欠損している場合は、そのArf6遺伝子機能喪失動物は、出産後に生存することができないと考えられる。従って、本発明において、Arf6遺伝子機能喪失動物は、該遺伝子の機能喪失が、時間特異的又は組織特異的に制御されていることが好ましい。このようにArf6遺伝子の機能喪失を時間特異的又は組織特異的に制御できる動物の例としては、Arf6遺伝子のコンディショナルノックアウト(Conditional Knock Out: cKO)動物が挙げられる。
cKO動物は、Cre-loxPシステムを利用して、時間特異的又は組織特異的に標的遺伝子を欠損させた動物である(Kuhn R. et al., Science, 269, 1427-1429, 1995)。loxP(locus of X-ing-over)配列は34塩基対からなるDNA配列であり(5’-ATAACTTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTAT-3’:配列番号5)、Cre(Causes recombination)組換え酵素により認識される配列である。遺伝子上の2つのloxP配列はCreタンパク質の存在下で特異的組換えを生じる。従って、宿主細胞(多能性幹細胞等)のゲノムArf6遺伝子を、2つのloxPサイト間にArf6遺伝子の一部(好ましくは、1つ以上のエクソン)を含むターゲティングベクターによって相同組換し、さらに前記宿主細胞に時期特異的又は組織特異的に発現が制御されたCre発現ベクターを同宿主細胞に組み込めば、時期特異的又は組織特異的なCreタンパク質の発現によりloxP間のArf6遺伝子部分を欠失させることができる。
2.2 Utilization of Cre-loxP system As described above, the present inventors made Arf6 knockout (KO) mice and analyzed them. As a result, these KO mice were found to be around embryonic day 13.5. It has been found that almost all individuals die by birth (Suzuki, T. et al., Mol Cell Biol 26, 6149-6156 (2006)). From the above findings, when the Arf6 gene function is deficient in the whole body from the early stage of development, it is considered that the Arf6 gene function-deficient animal cannot survive after delivery. Therefore, in the present invention, it is preferable that the loss of function of the gene of an Arf6 gene function loss animal is controlled in a time-specific or tissue-specific manner. Examples of animals that can control loss of Arf6 gene function in a time-specific or tissue-specific manner include Arf6 gene conditional knockout (cKO) animals.
cKO animals are animals in which a target gene is deleted in a time-specific or tissue-specific manner using the Cre-loxP system (Kuhn R. et al., Science, 269, 1427-1429, 1995). The loxP (locus of X-ing-over) sequence is a DNA sequence consisting of 34 base pairs (5'-ATAACTTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTAT-3 ': SEQ ID NO: 5) and is a sequence recognized by Cre (Causes recombination) recombination enzyme. . Two loxP sequences on the gene cause specific recombination in the presence of Cre protein. Therefore, homologous recombination of the genomic Arf6 gene of a host cell (such as a pluripotent stem cell) with a targeting vector containing a part of the Arf6 gene (preferably one or more exons) between two loxP sites, When a Cre expression vector whose expression is controlled in a time-specific or tissue-specific manner is incorporated into the host cell, the Arf6 gene portion between loxPs is deleted by the expression of the time-specific or tissue-specific Cre protein. be able to.
Cre発現を時期特異的又は組織特異的に制御する方法の具体例としては、動物が一定の段階に成長して初めて活性化される遺伝子(例えば、生殖細胞マーカー遺伝子等)のプロモーター、あるいは、特定の組織に特異的に発現する遺伝子(例えば、血管内皮細胞マーカー遺伝子)のプロモーターの制御下にCre遺伝子を挿入する方法が挙げられる。時期特異的な発現制御を可能にするプロモーターの具体例としては、例えば、Neuron specific enolase遺伝子(生後3日以降に神経細胞内で発現)及びPcp2遺伝子(生後6日以降に小脳プルキンエ細胞内で発現)のプロモーター等が挙げられる。また、組織特異的な発現制御を可能にするプロモーターの具体例としては、例えば、アルブミン遺伝子(肝細胞で特異的に発現)、インスリン遺伝子(膵β細胞で特異的に発現)及びNestin遺伝子(神経幹細胞及びグリア細胞に特異的に発現)のプロモーター等が挙げられる。 Specific examples of methods for controlling Cre expression in a time-specific or tissue-specific manner include promoters or specific genes that are activated only after the animal has grown to a certain stage (eg, germ cell marker genes). And a method of inserting a Cre gene under the control of a promoter of a gene (eg, vascular endothelial cell marker gene) that is specifically expressed in the above tissue. Specific examples of promoters that enable time-specific expression control include, for example, the Neuron specific enolase gene (expressed in neurons after 3 days of birth) and the Pcp2 gene (expressed in cerebellar Purkinje cells after 6 days of birth) ) And the like. Specific examples of promoters that enable tissue-specific expression control include, for example, albumin gene (specifically expressed in hepatocytes), insulin gene (specifically expressed in pancreatic β cells) and Nestin gene (neural Promoters specifically expressed in stem cells and glial cells).
また、エストロゲン受容体(Estrogen Receptor:ER)のリガンド結合ドメインとCreタンパク質との融合タンパク質であるCreER又はCreERT2(以下において、「CreER等」)を用いることで、Creタンパク質の核内移行を時期特異的に調節することができる。CreER等は、不活性状態では細胞質に留まり、核内に移行することはない。しかしながら、タモキシフェン(エストロゲンの誘導体)の存在下において、CreER等は活性化され、核に移行してloxPで挟まれた配列を切り出す。この性質を利用し、組織及び時期の両パラメーターを制御しながら遺伝子をノックアウトすることができる。まず、CreER等をコードする遺伝子を、上記の組織特異的な発現制御を可能にするプロモーターの制御下に組み込んでCreER等を組織特異的に発現させる発現ベクターを作製し、このベクターを導入した細胞から動物を発生させることにより、組織特異的にCreER等を発現させるトランスジェニック動物を作製する。次に、この動物を、Arf6遺伝子がloxP配列で挟まれた配列を有するトランスジェニック動物と交配させて、CreER等を組織特異的に発現し、かつArf6遺伝子がloxP配列で挟まれた配列を有するダブルトランスジェニック動物を作製する。この動物に所望のタイミングでタモキシフェンを投与することにより、CreER等が活性化され、Arf6遺伝子を組織特異的及び時期特異的にノックアウトすることができる。CreER等を用いたコンディショナルノックアウト動物の作製については、以下を参照することができる:Nestin遺伝子プロモーターによるCreERT2発現系(Forni et al.,J Neurosci 26, 9593-9602 (2006))、VE-cadherin遺伝子プロモーターによるCreERT2発現系(Monvoisin et al.,Dev Dyn 12, 3413 - 3422 (2006))及びNaV1.8遺伝子プロモーターによるCreERT2発現系(Zhao et al.,Genesis 18, 364 - 371 (2006))。 In addition, by using CreER or CreERT2 (hereinafter referred to as “CreER”), which is a fusion protein of the ligand binding domain of Estrogen Receptor (ER) and Cre protein, the nuclear translocation of Cre protein is time-specific. Can be adjusted. CreER and the like remain in the cytoplasm in an inactive state and do not move into the nucleus. However, in the presence of tamoxifen (a derivative of estrogen), CreER and the like are activated and translocate to the nucleus to cut out the sequence sandwiched by loxP. This property can be used to knock out genes while controlling both tissue and time parameters. First, a gene encoding CreER or the like is incorporated under the control of a promoter that enables the above-described tissue-specific expression control to produce an expression vector that expresses CreER or the like in a tissue-specific manner, and a cell into which this vector has been introduced By generating an animal from the above, a transgenic animal that expresses CreER and the like in a tissue-specific manner is produced. Next, this animal is mated with a transgenic animal having a sequence in which the Arf6 gene is sandwiched between loxP sequences, and CreER and the like are expressed in a tissue-specific manner, and the Arf6 gene has a sequence in which the Arf6 gene is sandwiched between loxP sequences. A double transgenic animal is produced. By administering tamoxifen to this animal at a desired timing, CreER and the like are activated, and the Arf6 gene can be knocked out tissue-specifically and time-specifically. For the production of conditional knockout animals using CreER, etc., the following can be referred to: CreERT2 expression system by Nestin gene promoter (Forni et al., J Neurosci 26, 9593-9602 (2006)), VE-cadherin CreERT2 expression system by gene promoter (Monvoisin et al., Dev Dyn 12, 3413-3422 (2006)) and CreERT2 expression system by Na V 1.8 gene promoter (Zhao et al., Genesis 18, 364-371 (2006)).
本発明者らは、本願実施例において、血管内皮細胞で特異的に発現するTie2遺伝子のプロモーター制御下にCre遺伝子が挿入されたベクターを用いている。Tie2遺伝子は、TEK受容体チロシンキナーゼとも呼ばれるチロシンキナーゼ受容体をコードしており、内皮細胞において特異的に発現することが知られている。Tie2遺伝子のプロモーターに関する情報及びTie2-Creマウスの作製方法については、それぞれ以下を参照することができる:Schlaeger et al., Proc Natl Acad Sci USA 94, 3058-3063 (1997)及びKisanuki et al., Dev Biol 230, 230-242 (2001)。 In the Examples of the present application, the present inventors use a vector in which the Cre gene is inserted under the promoter control of the Tie2 gene that is specifically expressed in vascular endothelial cells. The Tie2 gene encodes a tyrosine kinase receptor, also called a TEK receptor tyrosine kinase, and is known to be specifically expressed in endothelial cells. For information on the promoter of the Tie2 gene and methods for generating Tie2-Cre mice, see the following: Schlaeger et al., Proc Natl Acad Sci USA 94, 3058-3063 (1997) and Kisanuki et al., Dev Biol 230, 230-242 (2001).
Cre-loxPシステムによりcKO動物を作製する第1の方法として、2つのloxPサイト間にArf6遺伝子の一部(好ましくは、1つ以上のエクソン)を含むターゲティングベクターによって多能性幹細胞を相同組換し、該細胞に、さらに時間特異的又は組織特異的に発現が制御されたCre発現ベクターを導入することでダブルトランスジェニック多能性幹細胞を作製し、該ダブルトランスジェニック細胞を初期胚に導入してキメラ動物を作製し、該キメラ動物同士の交配によりcKO動物を作製する方法が挙げられる。あるいは第2の方法として、上記loxPターゲティングベクターで相同組換えしたシングルトランスジェニック多能性幹細胞を初期胚に導入してキメラ動物を作製し、該キメラ動物を交配させて、loxP相同組換動物を作製する。他方、Cre発現ベクターを導入したCre発現組換え動物を作製する。そして、前記loxP相同組換動物とCre発現組換え動物とを交配させることによって、Cre-loxP組換え動物を作製する。 The first method for creating cKO animals using the Cre-loxP system is to homologously recombine pluripotent stem cells with a targeting vector that contains a part of Arf6 gene (preferably one or more exons) between two loxP sites. Then, a double transgenic pluripotent stem cell is produced by introducing a Cre expression vector whose expression is controlled in a time-specific or tissue-specific manner into the cell, and the double transgenic cell is introduced into an early embryo. And a method of producing a cKO animal by mating the chimeric animals. Alternatively, as a second method, a single transgenic pluripotent stem cell homologously recombined with the loxP targeting vector is introduced into an early embryo to produce a chimeric animal, and the chimeric animal is mated to obtain a loxP homologous recombinant animal. Make it. On the other hand, a Cre-expressing recombinant animal into which a Cre expression vector has been introduced is prepared. Then, a Cre-loxP recombinant animal is produced by crossing the loxP homologous recombinant animal with a Cre-expressing recombinant animal.
2.3 体細胞クローン
多能性幹細胞が利用できない動物の場合、体細胞クローン(I. Wilmut et al, Nature, Vol.385, 810-813, 1997、A. E. Schnieke et al, Science, Vol.278, 2130-2133, 1997)を利用してArf6遺伝子欠損動物を作製することも可能である。体細胞クローンとは、体細胞から取り出した核を、脱核した未受精卵に移植してクローン胚を作製し、このクローン胚を仮親の子宮に移植して発生させたクローンである。従って、体細胞に前述の遺伝子組換えを行ってArf6遺伝子の機能喪失を生じさせ、該体細胞の核を取り出し、これを脱核した未受精卵に移植して、クローン胚を作製することができる。次に、このクローン胚を仮親(偽妊娠動物)の子宮に移植して発生させれば、Arf6遺伝子の機能喪失を有する体細胞クローン動物を得ることができる。
2.3 Somatic cell clones In animals where pluripotent stem cells are not available, somatic cell clones (I. Wilmut et al, Nature, Vol. 385, 810-813, 1997, AE Schnieke et al, Science, Vol. 278, 2130- 2133, 1997) can also be used to produce Arf6 gene-deficient animals. A somatic cell clone is a clone generated by transplanting a nucleus extracted from a somatic cell into an enucleated unfertilized egg to produce a cloned embryo and then transplanting this cloned embryo into a foster mother's uterus. Therefore, the aforementioned genetic recombination is performed on somatic cells to cause loss of Arf6 gene function, the somatic cell nucleus is removed, and this is transplanted into an enucleated unfertilized egg to produce a cloned embryo. it can. Next, if this cloned embryo is transplanted and generated in the uterus of a foster parent (pseudopregnant animal), a somatic cell cloned animal having a loss of function of the Arf6 gene can be obtained.
2.4 RNAi
上記以外にも、Arf6遺伝子の機能を欠損させる方法として、siRNA(small interfering RNA)等を用いたRNA干渉(RNA interference: RNAi)法が挙げられる。RNAi は、複数の段階を経て行われるマルチステッププロセスである。最初に、RNAi発現ベクターから発現した二本鎖RNA(Double Stranded RNA: dsRNA)又はヘアピン状のshRNA(Small Hairpin RNA)が Dicerによって認識され、21〜23 ヌクレオチドの siRNAs に分解される。次に、siRNAs は RNA 誘導型サイレンシング複合体 (RNA-Induced Silencing Complex: RISC) と呼ばれる RNAi 標的複合体に組み込まれ、RISC とsiRNAsとの複合体がsiRNAの配列と相補的な配列を含む標的mRNAに結合し、mRNAを分解する。標的mRNAは、siRNAに相補的な領域の中央で切断され、最終的に標的mRNAが速やかに分解されてタンパク発現量が低下する。最も効力の高い siRNA 二重鎖は、19bpの二重鎖の各3’末端にウリジン残基2個の突出部分を持つ 21 ヌクレオチド長の配列であることが知られている(Elbashir S.M. et al., Genes and Dev, 15, 188-200 (2001))。
2.4 RNAi
In addition to the above, an RNA interference (RNAi) method using siRNA (small interfering RNA) or the like can be used as a method for deleting the function of the Arf6 gene. RNAi is a multi-step process that takes place in multiple stages. First, double-stranded RNA (Double Stranded RNA: dsRNA) or hairpin-shaped shRNA (Small Hairpin RNA) expressed from an RNAi expression vector is recognized by Dicer and degraded into 21-23 nucleotide siRNAs. The siRNAs are then incorporated into an RNAi target complex called the RNA-Induced Silencing Complex (RISC), where the RISC and siRNAs complex contains a sequence that is complementary to the siRNA sequence. Binds to mRNA and degrades mRNA. The target mRNA is cleaved at the center of the region complementary to the siRNA. Finally, the target mRNA is rapidly degraded and the protein expression level decreases. The most potent siRNA duplex is known to be a 21 nucleotide long sequence with two uridine residue overhangs at each 3 'end of the 19 bp duplex (Elbashir SM et al. Genes and Dev, 15, 188-200 (2001)).
従って、Arf6遺伝子ノックダウン動物を得るには、まず、配列番号1に示すArf6遺伝子配列の一部と相補的な配列を含むヌクレオチドを、適切なRNAi発現ベクターにdsRNA又はshRNAとして発現可能な状態で挿入してRNAiベクターを作製する。次に、該ベクターを多能性幹細胞に導入し、該多能性幹細胞からヘテロ動物を発生させ、該へテロ動物同士を交配させる。これにより、Arf6遺伝子ノックダウン動物を得ることができる。Arf6をターゲットとするsiRNAの配列については、例えば、Balana ME et al.,( Journal of Cell Science 118, 2201-2210 (2005))を参照できる。
dsRNA又はshRNAの設計及び合成は、市販のDNA/RNAシンセサイザー、例えば、Applied Biosystems394型で行うことも可能であり、あるいは第三者機関(例えば、TAKARA Bio)に委託することもできる。
Therefore, in order to obtain an Arf6 gene knockdown animal, first, a nucleotide containing a sequence complementary to a part of the Arf6 gene sequence shown in SEQ ID NO: 1 can be expressed as dsRNA or shRNA in an appropriate RNAi expression vector. Insert to make RNAi vector. Next, the vector is introduced into a pluripotent stem cell, a hetero animal is generated from the pluripotent stem cell, and the hetero animals are mated. Thereby, an Arf6 gene knockdown animal can be obtained. For the sequence of siRNA targeting Arf6, see, for example, Balana ME et al., (Journal of Cell Science 118, 2201-2210 (2005)).
The design and synthesis of dsRNA or shRNA can be performed with a commercially available DNA / RNA synthesizer, eg, Applied Biosystems 394, or can be commissioned to a third party (eg, TAKARA Bio).
また、Dickins RA. et al.,(Nature Genetics, 39(7): 914-921 (2007))に報告されるように、RNAiによる時期特異的又は組織特異的な発現抑制も可能である。具体的には、まず、テトラサイクリン感受性(Tet-On)のプロモーター制御下で、Arf6遺伝子ターゲティング用のdsRNA又はshRNAを発現できるようにRNAi発現ベクターを作製する。次に前記RNAi発現ベクターを多能性幹細胞にトランスフェクションして、トランスジェニック多能性幹細胞を作製する。一方で、先の「2.2 Cre-loxPシステムの利用」の項目で述べたような時期特異的又は組織特異的に活性化されるプロモーターの制御下でテトラサイクリントランスアクチベーター(tetracycline trans-activator: tTA)を発現するtTA発現ベクター作製し、該tTA発現ベクターを前記トランスジェニック多能性幹細胞に導入する。さらに、得られたダブルトランスジェニック多能性幹細胞からキメラ動物を発生させ、該キメラ動物同士を交配させて、Arf6コンディショナルノックアウトのヘテロ接合型動物を作製し、該動物同士を交配させることにより、Arf6遺伝子の両方のアレルを時期特異的又は組織特異的にノックダウン可能な動物を作製することができる。
あるいは、前記RNAi発現ベクターを導入した第1のトランスジェニック動物と、前記tTA発現ベクターを導入した第2のトランスジェニック動物を別々に作製し、これら第1及び第2の動物同士を交配させることによって、時期特異的又は組織特異的にArf6遺伝子をノックダウン可能な動物を作製することもできる。
テトラサイクリン感受性のRNAi発現ベクターは、市販のもの(例えば、KnockoutTM Tet RNAi System P(Clontech))を用いてもよく、又はDickins RA. et al.,(Nature Genetics, 39(7): 914-921 (2007))に記載の方法で作製してもよい。
In addition, as reported in Dickins RA. Et al., (Nature Genetics, 39 (7): 914-921 (2007)), it is possible to suppress time-specific or tissue-specific expression by RNAi. Specifically, first, an RNAi expression vector is prepared so that dsRNA or shRNA for targeting Arf6 gene can be expressed under the control of a tetracycline sensitive (Tet-On) promoter. Next, the RNAi expression vector is transfected into pluripotent stem cells to produce transgenic pluripotent stem cells. On the other hand, a tetracycline trans-activator (tTA) under the control of a time-specific or tissue-specific promoter as described in “2.2 Use of Cre-loxP system” above. Is prepared, and the tTA expression vector is introduced into the transgenic pluripotent stem cells. Furthermore, by generating a chimeric animal from the obtained double transgenic pluripotent stem cells, mating the chimeric animals, creating a heterozygous animal of Arf6 conditional knockout, by mating the animals, An animal capable of knocking down both alleles of the Arf6 gene in a time-specific or tissue-specific manner can be produced.
Alternatively, by separately producing a first transgenic animal introduced with the RNAi expression vector and a second transgenic animal introduced with the tTA expression vector, and mating these first and second animals An animal capable of knocking down the Arf6 gene in a time-specific or tissue-specific manner can also be produced.
Tetracycline-sensitive RNAi expression vectors may be commercially available (eg, Knockout ™ Tet RNAi System P (Clontech)) or Dickins RA. Et al., (Nature Genetics, 39 (7): 914-921 (2007)).
3.Arf6遺伝子機能喪失動物の表現型
本発明のArf6遺伝子機能喪失動物において、同系統の野生型動物とは異なる表現型が現れた場合、それはArf6遺伝子の機能喪失に起因することが予測される。例えば、Arf6遺伝子機能喪失マウスでは、以下に代表される変化が認められた。
(1)血管新生の低下
(2)移植した腫瘍細胞の増殖率の低下
血管新生の低下については、特に、HGF誘導による血管新生が顕著に低下することが判明した(図5)。
従って、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物の表現型を解析することにより、Arf6遺伝子の生体機能について知見を得ることができる。
3. Phenotype of Arf6 gene loss-of-function animal In the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention, when a phenotype different from that of a wild-type animal of the same strain appears, it is predicted that it is caused by loss of function of the Arf6 gene. For example, changes represented by the following were observed in mice with loss of Arf6 gene function.
(1) Decrease in angiogenesis (2) Decrease in the growth rate of transplanted tumor cells Regarding the decrease in angiogenesis, it was found that the angiogenesis induced by HGF was particularly reduced (Fig. 5).
Therefore, knowledge about the biological function of the Arf6 gene can be obtained by analyzing the phenotype of the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention.
4.Arf6阻害物質を有効成分として含む抗腫瘍剤
本発明者らは、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物の表現型を詳細に観察した結果、Arf6遺伝子の機能を阻害することにより、該動物体内の腫瘍細胞の増殖率が低下することを見出した。従って、Arf6遺伝子又はARF6タンパク質の阻害物質を含む医薬を腫瘍患者に投与すれば、腫瘍患者の体内において、Arf6遺伝子又はARF6タンパク質の機能が阻害されることになり、結果として腫瘍治療効果を得ることができる。
従って、本発明は、Arf6阻害物質を有効成分として含む、腫瘍を治療するための医薬組成物を提供する。
Four. Antitumor Agents Containing Arf6 Inhibitor as an Active Ingredient It has been found that the proliferation rate of the cells decreases. Therefore, when a drug containing an inhibitor of Arf6 gene or ARF6 protein is administered to a tumor patient, the function of Arf6 gene or ARF6 protein is inhibited in the body of the tumor patient, resulting in a tumor treatment effect. Can do.
Therefore, the present invention provides a pharmaceutical composition for treating a tumor comprising an Arf6 inhibitor as an active ingredient.
本発明の医薬組成物の治療対象となる腫瘍の種類は、特に限定されず、良性腫瘍又は悪性腫瘍のいずれでもよい。このような腫瘍の例としては、(1)骨肉腫や軟部組織肉腫等の肉腫、(2)乳癌腫、肺癌腫、膀胱癌腫、甲状腺癌腫、前立腺癌腫、結腸癌腫、結腸直腸癌腫、膵臓癌腫、胃癌腫、肝臓癌腫、子宮癌腫、子宮頸癌腫、卵巣癌腫等の癌腫、(3)ホジキンや非ホジキンリンパ腫等のリンパ腫、(4)神経芽細胞腫、(5)メラノーマ、(6)ミエローマ、(7)ウィルムス腫瘍、(8)急性骨髄性白血病(AML)、慢性骨髄性白血病(CML)、急性リンパ性白血病(ALL)及び慢性リンパ性白血病(CLL)等の白血病、(9)グリオーマ、(10)網膜芽細胞腫等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましくは、腫瘍は、血管新生を伴う腫瘍であり、最も好ましくは、Arf6を発現している腫瘍である。ヒト乳癌でも、転移能の高い癌で高頻度にArf6の活性化因子の発現上昇がみられることが報告されている(Sabe et al., Traffic 10, 982-993 (2009))。 The type of tumor to be treated by the pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited, and may be a benign tumor or a malignant tumor. Examples of such tumors include (1) sarcomas such as osteosarcoma and soft tissue sarcomas, (2) breast cancer, lung carcinoma, bladder carcinoma, thyroid carcinoma, prostate carcinoma, colon carcinoma, colorectal carcinoma, pancreatic carcinoma, Gastric carcinoma, liver carcinoma, uterine carcinoma, cervical carcinoma, ovarian carcinoma, etc., (3) lymphoma such as Hodgkin and non-Hodgkin lymphoma, (4) neuroblastoma, (5) melanoma, (6) myeloma, ( 7) Wilms tumor, (8) Leukemia such as acute myeloid leukemia (AML), chronic myeloid leukemia (CML), acute lymphocytic leukemia (ALL) and chronic lymphocytic leukemia (CLL), (9) glioma, (10 ) Retinoblastoma and the like, but not limited thereto. Preferably, the tumor is a tumor with angiogenesis, most preferably a tumor expressing Arf6. Even in human breast cancer, it has been reported that expression of Arf6 activator is frequently observed in cancer with high metastatic potential (Sabe et al., Traffic 10, 982-993 (2009)).
本発明において、「Arf6阻害物質」としては、Arf6の機能を阻害する効果を有する薬剤又は化合物を意味する。「Arf6の機能阻害」としては、(a)腫瘍細胞におけるARF6タンパク質を介するシグナル伝達の阻害、及び(b)Arf6遺伝子の発現の阻害が考えられる。
ARF6タンパク質を介するシグナル伝達の阻害としては、ARF6タンパク質には、GDPに結合した不活性型とGTPに結合した活性型が存在するため、特に好ましくは、GTP結合型ARF6タンパク質の機能の阻害が挙げられる。このような阻害効果を有する物質には、GTP結合型ARF6タンパク質に結合してその機能を喪失させる化合物又は中和抗体、あるいはGTP結合型ARF6タンパク質を不活性化させる物質が含まれる。
GTP結合型ARF6タンパク質に結合してその機能を喪失させる化合物又は中和抗体としては、ARF6タンパク質のGTP結合部位に結合することにより、ARF6タンパク質とGTPとの結合を阻害する化合物又は抗体が考えられる。ARF6タンパク質のGTP結合部位をエピトープとする抗体は、ARF6タンパク質のGTP結合部位を含むペプチドで適切な抗体産生動物(例えば、モルモット及びウサギ等のげっ歯類動物)を免疫し、その血清から定法に従って精製することで作製できる。また、このような抗体は、モノクローナル抗体であることが好ましく、さらにヒト化モノクローナル抗体であることが好ましい。ヒト化モノクローナル抗体の作製方法については、例えば、特許公報第2912618号を参照できる。
GTP結合型ARF6タンパク質を不活性化させる物質としては、例えば、G Protein-Coupled Receptor Kinase-Interacting Protein 1(GIT1)が挙げられる(Meyer MZ et al., J.B.C. March 24, Vol. 281, Number 12, 7919-7926 (2006))。
一方、Arf6遺伝子の発現を阻害する物質としては、例えば、Arf6遺伝子の発現産物、例えば、Arf6のhnRNA、mRNA及びペプチドの合成を阻害する物質又はこれら発現産物を分解する物質が挙げられる。このような物質の具体例としては、ARF6の変異体タンパク質(例えば、アミノ酸配列の27番目のトレオニンがアスパラギンで置換されたT27N変異体、又は特定のタンパク質との結合能を失ったエフェクター領域変異体等)、cytohesin(ARF6の活性因子Guanine-nucleotide Exchange Factor(ARF6-GEF)の一つ)を阻害するSecinH3及びその類似化合物、ARF6-GEFであるARF-GEP100(Guanine-nucleotide Exchange Protein 100)又はEFA6(Exchange Factor for Arf6)の活性欠失型変異体、ARF6-GAP(GTPase-activating protein)、並びに上記項目「2.4 RNAi」で述べた、siRNAが挙げられる。
In the present invention, “Arf6 inhibitor” means a drug or compound having an effect of inhibiting the function of Arf6. As “inhibition of Arf6 function”, (a) inhibition of signal transduction via ARF6 protein in tumor cells and (b) inhibition of expression of Arf6 gene are considered.
Inhibition of signal transduction via ARF6 protein is particularly preferred because ARF6 protein has an inactive form bound to GDP and an active form bound to GTP, and particularly preferably, inhibits the function of GTP-bound ARF6 protein. It is done. Substances having such an inhibitory effect include compounds or neutralizing antibodies that bind to GTP-bound ARF6 protein and lose its function, or substances that inactivate GTP-bound ARF6 protein.
As a compound or neutralizing antibody that binds to GTP-binding ARF6 protein and loses its function, a compound or antibody that inhibits the binding of ARF6 protein to GTP by binding to the GTP binding site of ARF6 protein is considered. . An antibody having the GTP binding site of ARF6 protein as an epitope immunizes an appropriate antibody-producing animal (for example, a rodent such as guinea pig and rabbit) with a peptide containing the GTP binding site of ARF6 protein, and from the serum according to a standard method It can be produced by purification. Moreover, such an antibody is preferably a monoclonal antibody, and more preferably a humanized monoclonal antibody. For a method for producing a humanized monoclonal antibody, see, for example, Japanese Patent Publication No. 2912618.
Examples of substances that inactivate GTP-bound ARF6 protein include G Protein-Coupled Receptor Kinase-Interacting Protein 1 (GIT1) (Meyer MZ et al., JBC March 24, Vol. 281, Number 12, 7919-7926 (2006)).
On the other hand, examples of substances that inhibit the expression of Arf6 gene include Arf6 gene expression products, such as substances that inhibit the synthesis of Arf6 hnRNA, mRNA, and peptides, and substances that degrade these expression products. Specific examples of such substances include mutant proteins of ARF6 (for example, T27N mutant in which the 27th threonine of the amino acid sequence is substituted with asparagine, or an effector region mutant that has lost the ability to bind to a specific protein) Etc.), SesinH3 and its similar compounds that inhibit cytohesin (one of the active factors Guanine-nucleotide Exchange Factor (ARF6-GEF) of ARF6), ARF-GEP100 (Guanine-nucleotide Exchange Protein 100) or EFA6 which is ARF6-GEF (Exchange Factor for Arf6) activity-deficient mutant, ARF6-GAP (GTPase-activating protein), and siRNA described in the above item “2.4 RNAi”.
患者は、腫瘍を有する哺乳動物であれば特に限定されないが、好ましくはヒトである。 Although a patient will not be specifically limited if it is a mammal which has a tumor, Preferably it is a human.
本発明の医薬組成物の投与経路は、該候補薬剤の投与に一般的に採用されている経路であれば、特に限定はされないが、具体例としては、経口、舌下、経鼻、経肺、経消化管、経皮、点眼、静脈内注射、皮下注射、筋肉内注射、腹腔内注射、局所注射、外科的移殖が挙げられ、好ましくは静脈内注射である。 The administration route of the pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a route generally adopted for administration of the candidate drug. Specific examples include oral, sublingual, nasal, and pulmonary. , Transgastrointestinal tract, transcutaneous, eye drop, intravenous injection, subcutaneous injection, intramuscular injection, intraperitoneal injection, local injection, and surgical transplantation, preferably intravenous injection.
腫瘍の「治療」とは、患者体内に存在する腫瘍の増殖率を低下させることを意味する。腫瘍は、本発明の医薬組成物を投与した場合に、投与しなかった場合と比べて腫瘍の増殖速度が低下していれば、該腫瘍は本発明の医薬組成物によってその「増加率が低下した」と判断できる。
患者体内の腫瘍の増殖は、MRI(磁気共鳴画像)又はエコー等の診断機器を用いて容易にトレースすることができる。
“Treating” a tumor means reducing the growth rate of the tumor present in the patient. If the tumor growth rate decreases when the pharmaceutical composition of the present invention is administered as compared with the case where the tumor is not administered, the tumor is reduced in its “increase rate” by the pharmaceutical composition of the present invention. It can be judged.
Tumor growth in a patient can be easily traced using diagnostic equipment such as MRI (magnetic resonance imaging) or echo.
本発明の医薬組成物は、カプセル、錠剤、粉末等の固形剤であってもよく、溶液、懸濁液若しくは乳液等の液剤、又は軟膏、クリーム若しくはペースト等の半液体製剤であってもよい。 The pharmaceutical composition of the present invention may be a solid agent such as a capsule, a tablet or a powder, or may be a liquid agent such as a solution, suspension or emulsion, or a semi-liquid preparation such as an ointment, cream or paste. .
上記有効成分は、単独で使用してもよく、又は薬理学的に許容可能な他の成分と共に調合してもよい。薬理学的に許容可能な他の成分の例としては、賦形剤、結合剤、崩壊剤、抗酸化剤、保存剤、補助剤、滑沢剤、甘味剤、香料等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The active ingredients may be used alone or in combination with other pharmacologically acceptable ingredients. Examples of other pharmacologically acceptable ingredients include excipients, binders, disintegrants, antioxidants, preservatives, adjuvants, lubricants, sweeteners, fragrances, etc. It is not limited to.
本発明の医薬組成物は、有効成分であるArf6阻害物質を治療上有効量で含み得る。ここで、「治療上有効量」とは、その量の有効成分を対象に投与することにより、腫瘍の増加率を低下させることが可能な量を意味する。例えば、静脈内注射剤の場合、治療上有効量は、0.001〜10重量%であり、好ましくは、0.01〜5重量%であり、より好ましくは、0.1〜2重量%である。 The pharmaceutical composition of the present invention may contain a therapeutically effective amount of an active ingredient, Arf6 inhibitor. Here, the “therapeutically effective amount” means an amount capable of reducing the rate of tumor growth by administering the amount of the active ingredient to the subject. For example, in the case of intravenous injections, the therapeutically effective amount is 0.001 to 10% by weight, preferably 0.01 to 5% by weight, and more preferably 0.1 to 2% by weight.
本発明の医薬組成物の投与量及び投与頻度は、対象の種、体重、性別、年齢、腫瘍疾患の進行度、投与経路といった種々の要因に依存して変化するが、医師、獣医師、歯科医師又は薬剤師等の当業者であれば、それぞれの要因を考慮して投与量を決定することができる。例えば、本発明の医薬組成物を体重60kgの成人に局所投与する場合、毎日1〜4回、好ましくは1又は2回投与してもよく、1回あたりの投与量は、0.1〜150 mgであり、好ましくは1〜50 mgである。 The dose and frequency of administration of the pharmaceutical composition of the present invention vary depending on various factors such as the subject's species, body weight, sex, age, tumor disease progression, and administration route, but doctors, veterinarians, dentists A person skilled in the art such as a doctor or a pharmacist can determine the dose in consideration of each factor. For example, when the pharmaceutical composition of the present invention is locally administered to an adult having a body weight of 60 kg, it may be administered 1 to 4 times, preferably 1 or 2 times daily, and the dose per time is 0.1 to 150 mg. Yes, preferably 1-50 mg.
上記の治療上有効量、投与量及び投与頻度は、典型的な数値を列挙したものであり、これを超える数値又は下回る数値であっても腫瘍の増加率が低下する場合も十分に考えられる。従って、上記の治療上有効量、投与量及び投与頻度を超える数値又は下回る数値であっても、本発明の医薬組成物の治療上有効量、投与量及び投与頻度として包含される。 The above therapeutically effective dose, dose, and administration frequency are listed as typical values, and even when the value is higher or lower than this, it is fully conceivable that the increase rate of the tumor decreases. Therefore, numerical values exceeding or below the therapeutically effective amount, dosage and administration frequency are also included as the therapeutically effective amount, dosage and administration frequency of the pharmaceutical composition of the present invention.
5.腫瘍治療剤のスクリーニング方法
本発明者らは、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物の表現型を詳細に観察した結果、Arf6遺伝子の機能を阻害することにより、該動物体内の腫瘍細胞の増殖率が低下することを見い出した。この知見に基づき、任意の化合物について、Arf6阻害効果を有することを確認できれば、その化合物を投与した動物体内ではArf6遺伝子又はARF6タンパク質の機能が阻害されることになるため、該動物体内の腫瘍の増加率も低下すると予測される。ゆえに、このようなArf6阻害効果を有する化合物は、腫瘍の増加率を低下させる作用を有するものと判断することができる。
従って、本発明は、以下の工程を含む、腫瘍の治療剤のスクリーニング方法を提供する。
(a)腫瘍細胞と候補化合物とを接触させる工程
(b)Arf6の機能阻害効果を検出する工程
Five. As a result of detailed observation of the phenotype of the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention, the present inventors have observed the growth rate of tumor cells in the animal body by inhibiting the function of the Arf6 gene. I found it to decline. Based on this finding, if any compound can be confirmed to have an Arf6 inhibitory effect, the function of the Arf6 gene or ARF6 protein will be inhibited in the animal body to which the compound is administered. The rate of increase is also expected to decline. Therefore, it can be determined that such a compound having an Arf6 inhibitory effect has an action of reducing the rate of tumor growth.
Therefore, the present invention provides a screening method for a therapeutic agent for tumor, comprising the following steps.
(A) A step of bringing a tumor cell into contact with a candidate compound (b) A step of detecting a function inhibitory effect of Arf6
本発明において、「腫瘍細胞」の「腫瘍」は、上記「4.Arf6阻害物質を有効成分として含む抗腫瘍剤」の項で述べた通りである。従って、腫瘍細胞とは、前記腫瘍に含まれる細胞を意味する。また、腫瘍細胞は、Arf6遺伝子が発現されているものが好ましい。 In the present invention, the “tumor” of the “tumor cell” is as described in the above section “4. Antitumor agent containing Arf6 inhibitor as an active ingredient”. Therefore, the tumor cell means a cell contained in the tumor. The tumor cells are preferably those in which the Arf6 gene is expressed.
候補化合物は、特に限定されないが、具体例としては、Arf6の活性低下と関連性が示唆されている化合物、例えば、ARF6タンパク質のGDP/GTPサイクルのメディエーター等が考えられる。候補化合物は、ペプチド、低分子化合物、高分子化合物、これらの塩又は前駆体等のあらゆる形態にあってもよい。 Candidate compounds are not particularly limited, and specific examples include compounds that have been suggested to be associated with decreased Arf6 activity, such as mediators of the GDP / GTP cycle of ARF6 protein. Candidate compounds may be in any form such as peptides, low molecular compounds, high molecular compounds, salts or precursors thereof.
本発明において、「腫瘍細胞と候補化合物とを接触させる」とは、該候補化合物が、腫瘍細胞表面の分子と相互作用を生じさせる程度に接近するか、該分子と結合するか、又は該腫瘍細胞内に取り込まれる条件を調整することを意味する。腫瘍細胞が、培養細胞である場合、該細胞が接している培養培地に該候補化合物を一定濃度以上で添加することにより、該細胞と候補化合物とを接触させることができる。一方、腫瘍細胞が動物体内に存在する場合、該動物に候補化合物を一定量で投与することにより、該腫瘍細胞と候補化合物とを接触させることができる。この場合、投与経路は、上記「4.Arf6阻害物質を有効成分として含む抗腫瘍剤」の項で述べた通りである。 In the present invention, “contacting a tumor cell with a candidate compound” means that the candidate compound is close enough to cause an interaction with a molecule on the surface of the tumor cell, binds to the molecule, or the tumor. It means to adjust the conditions to be taken up into cells. When the tumor cells are cultured cells, the cells can be brought into contact with the candidate compound by adding the candidate compound at a certain concentration or higher to the culture medium in contact with the cell. On the other hand, when tumor cells are present in an animal body, the tumor cells can be brought into contact with the candidate compound by administering the animal to the animal in a certain amount. In this case, the administration route is as described in the section of “4. Antitumor agent containing Arf6 inhibitor as active ingredient” above.
本発明において、「Arf6の機能阻害」は、上記項目「4.Arf6阻害物質を有効成分として含む抗腫瘍剤」で述べた通りである。候補化合物によるArf6の機能阻害効果は、候補化合物の投与によるArf6遺伝子の発現量の低下又はARF6タンパク質量の低下として確認することができる。Arf6遺伝子の発現量は、腫瘍細胞抽出物を用いたRT-PCR法及びアガロースゲル電気泳動、Real-Time PCR法、ノーザンブロッティング法、マイクロアレイ解析並びに質量分析法等によって測定することができる。これらの測定方法に用いるプライマー又はプローブは、GenBank等のデータベースに登録されるArf6遺伝子の配列に基づいて設計及び合成することができる。
一方、ARF6タンパク質の量は、腫瘍細胞抽出物を用いたSDS-PAGE、2次元電気泳動解析、ウェスタンブロッティング法、表面プラズモン共鳴法及び各種クロマトグラフィー法等により測定することができる。これらの測定方法に用いる抗体又はその断片は、市販の抗ARF6抗体(例えば、Sigma、A5230)を用いてもよく、あるいは、上記「4.Arf6阻害物質を有効成分として含む抗腫瘍剤」の項に記載の方法で作製した抗体を用いてもよい。
In the present invention, “function inhibition of Arf6” is as described in the above item “4. Antitumor agent containing Arf6 inhibitor as an active ingredient”. The inhibitory effect of Arf6 on the function of the candidate compound can be confirmed as a decrease in the expression level of the Arf6 gene or a decrease in the ARF6 protein level due to administration of the candidate compound. The expression level of the Arf6 gene can be measured by RT-PCR using a tumor cell extract and agarose gel electrophoresis, Real-Time PCR, Northern blotting, microarray analysis, mass spectrometry, and the like. Primers or probes used in these measurement methods can be designed and synthesized based on the Arf6 gene sequence registered in a database such as GenBank.
On the other hand, the amount of ARF6 protein can be measured by SDS-PAGE using a tumor cell extract, two-dimensional electrophoresis analysis, Western blotting method, surface plasmon resonance method and various chromatographic methods. As the antibody or fragment thereof used in these measurement methods, a commercially available anti-ARF6 antibody (for example, Sigma, A5230) may be used, or the item “4. Antitumor agent containing Arf6 inhibitor as an active ingredient” above. An antibody prepared by the method described in 1. above may be used.
ARF6タンパク質には、GDPに結合した不活性型とGTPに結合した活性型が存在するため、「Arf6の機能阻害」の確認においては、GTP結合型ARF6タンパク質量の測定を行うことが好ましい。本発明者らは、JNK-interacting protein(JIP)であるJIP3及びJIP4のロイシンジッパー領域(それぞれLZ領域及びLZII領域)が、GTP 結合型ARF6タンパク質と特異的に結合し、他のARFファミリータンパク質又はGDP結合型ARF6タンパク質とは相互作用を起こさないことを見い出し、JIP3のLZ領域及びJIP4のLZII領域を用いたGTP 結合型ARF6タンパク質の定量方法を完成させている。従って、GTP結合型ARF6タンパク質量は、上記定量方法によって測定することができる。 Since the ARF6 protein includes an inactive form bound to GDP and an active form bound to GTP, it is preferable to measure the amount of GTP-bound ARF6 protein in confirming “function inhibition of Arf6”. The present inventors specifically bind JTP3 and JIP4 leucine zipper regions (LZ region and LZII region, respectively), which are JNK-interacting proteins (JIP), to GTP-binding ARF6 protein, and other ARF family proteins or It has been found that it does not interact with GDP-bound ARF6 protein, and has completed the method for quantifying GTP-bound ARF6 protein using the LZ region of JIP3 and the LZII region of JIP4. Therefore, the amount of GTP-bound ARF6 protein can be measured by the above quantitative method.
6.血管新生抑制剤に対する腫瘍の応答性を検査する方法
本発明は、上記Arf6遺伝子機能喪失動物を用いた、血管新生抑制剤に対する腫瘍の応答性を検査する方法を提供する。
抗腫瘍治療においては、腫瘍細胞の増殖を抑制する腫瘍増殖抑制剤及び/又は血管新生を抑制する血管新生抑制剤を投与する化学療法が行われているが、腫瘍増殖抑制剤は腫瘍化していない正常細胞の活動も阻害するため、可能な限り投与量を抑えることが好ましい。そこで、治療に先立って、患者の腫瘍が、血管新生抑制剤に対して高い感受性を示すと判断できる場合には、血管新生抑制剤による作用を主たる抗腫瘍効果とした治療計画を立て、腫瘍増殖抑制剤の投与量を抑制することが可能になる。
前述の通り、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物は、同系統の野生型動物と比較して、血管新生のレベルが低下するという表現型を示す。従って、患者から採取した腫瘍を本発明のArf6遺伝子機能喪失動物に移植し、その増殖率が低下したと判断される場合には、同腫瘍の増殖は血管新生に対する依存度が高いものと考えられるため、血管新生抑制剤の投与により該腫瘍の増殖を抑制できることが期待される。
6. Method for Examining Tumor Response to Anti-Angiogenesis Agent The present invention provides a method for examining tumor responsiveness to an angiogenesis inhibitor using the above-mentioned Arf6 gene loss animal.
In anti-tumor treatment, chemotherapy is administered to administer a tumor growth inhibitor that suppresses the growth of tumor cells and / or an angiogenesis inhibitor that suppresses angiogenesis, but the tumor growth inhibitor is not tumorigenic Since the activity of normal cells is also inhibited, it is preferable to suppress the dose as much as possible. Therefore, prior to treatment, if it can be determined that the patient's tumor is highly sensitive to an angiogenesis inhibitor, a treatment plan with an anti-tumor effect mainly due to the action of the angiogenesis inhibitor will be established, and tumor growth will occur. It becomes possible to suppress the dose of the inhibitor.
As described above, the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention exhibits a phenotype in which the level of angiogenesis is reduced compared to the wild-type animal of the same strain. Therefore, when a tumor collected from a patient is transplanted into an Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention and the growth rate is judged to be reduced, the growth of the tumor is considered highly dependent on angiogenesis. Therefore, it is expected that the growth of the tumor can be suppressed by administration of the angiogenesis inhibitor.
本方法の具体的な工程としては、患者から摘出された腫瘍組織又は該組織に含まれる細胞を本発明のArf6遺伝子機能喪失動物に移植する工程、移植した腫瘍組織又は細胞をArf6遺伝子機能喪失動物から再摘出し、腫瘍組織又は細胞の増殖率を測定する工程等が挙げられる。 Specific steps of this method include a step of transplanting a tumor tissue or a cell contained in the tissue removed from a patient into the Arf6 gene function loss animal of the present invention, and the transplanted tumor tissue or cell as an Arf6 gene function loss animal. And the like, and the step of measuring the growth rate of tumor tissue or cells.
患者は、腫瘍を有する哺乳動物であれば特に限定されないが、好ましくはヒトである。
腫瘍の種類は、上記「4.Arf6阻害物質を有効成分として含む抗腫瘍剤」の項で述べたとおりである。
これらの腫瘍組織を摘出後に直ぐに本発明のArf6遺伝子機能喪失動物に移植してもよく、あるいは摘出した腫瘍組織から腫瘍細胞を単離し、一定数に調整した細胞をArf6遺伝子機能喪失動物に移植してもよい。移植方法は特に限定されないが、移植した腫瘍細胞の再摘出の容易性から、皮下注射又は腹腔内注射が好ましい。
Although a patient will not be specifically limited if it is a mammal which has a tumor, Preferably it is a human.
The types of tumors are as described in the section “4. Antitumor agents containing Arf6 inhibitor as an active ingredient” above.
These tumor tissues may be transplanted to the Arf6 gene loss animal of the present invention immediately after excision, or tumor cells are isolated from the excised tumor tissue, and a fixed number of cells are transplanted to the Arf6 gene function loss animal. May be. The transplantation method is not particularly limited, but subcutaneous injection or intraperitoneal injection is preferable because of the ease of re-extraction of the transplanted tumor cells.
腫瘍組織を直接移植する場合、増殖率(%)は、腫瘍組織の体積若しくは重量又は腫瘍細胞の細胞数の増加率を指標に測定することができるが、体積を基準に測定する場合には、以下の式により増殖率を求めることができる。
腫瘍増殖率(%)=[{(再摘出時の腫瘍の体積)−(移植時の体積)}/(移植時の体積)]x 100
When a tumor tissue is directly transplanted, the growth rate (%) can be measured using the volume or weight of the tumor tissue or the rate of increase of the number of tumor cells as an index, but when measured based on the volume, The growth rate can be determined by the following equation.
Tumor growth rate (%) = [{(tumor volume at re-extraction) − (volume at transplant)} / (volume at transplant)] × 100
また、腫瘍組織の体積は、以下の式により求めることができる。
腫瘍体積 = 長さ x 幅2 x 0.52
Moreover, the volume of the tumor tissue can be obtained by the following equation.
Tumor volume = length x width 2 x 0.52
Arf6遺伝子機能喪失動物に移植した腫瘍の増加率が、該Arf6遺伝子機能喪失動物と同系統の野生型動物(対照動物)に移植した腫瘍の増加率よりも小さい場合には、前記腫瘍は、血管新生抑制剤に対して感受性を有するものと判断することができる。 When the rate of increase of the tumor transplanted into the animal with loss of Arf6 gene function is smaller than the rate of increase of the tumor transplanted with the wild type animal (control animal) of the same strain as the animal with loss of Arf6 gene function, the tumor is vascularized It can be judged that it has sensitivity to an angiogenesis inhibitor.
Arf6遺伝子機能喪失動物と対照動物とに移植した腫瘍の増殖率の比較は、患者から採取した腫瘍組織の一部をArf6遺伝子機能喪失動物に移植し、残りの組織(又はその一部)を対照動物に移植して、並行して腫瘍の増殖過程を観察することにより行ってもよい。あるいは、サンプルの腫瘍と同一種類の腫瘍に関し、既に本発明のArf6遺伝子機能喪失動物体内での増加率について複数のデータが存在する場合には、そのデータを統計処理して得られる平均値、標準偏差等から導き出される基準値と比較して判断してもよい。
腫瘍の増殖率の平均値、標準偏差等は、種々の統計方法によって得ることができるが、具体的には、使用したマウスの移植時の体重及び腫瘍の重量、体積又は細胞数をパラメーターとして、IBM SSPS Statistics 18(SSPS)等の統計解析ソフトでtwo-way ANOVA解析することにより求めることができる。本発明の方法の実施により得られた腫瘍サンプルの増殖率を新たなデータとして統計解析用の母集団に加えて母数を大きくすることにより、さらに解析の精度を向上させることができる。
Comparison of the growth rate of tumors transplanted between Arf6 loss-of-function animals and control animals was made by transplanting part of the tumor tissue collected from patients into Arf6 loss-of-function animals and control the remaining tissues (or parts thereof). You may carry out by transplanting to an animal and observing the growth process of a tumor in parallel. Alternatively, when there are multiple data on the rate of increase in the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention regarding the same type of tumor as the sample tumor, the average value obtained by statistically processing the data, the standard You may judge by comparing with the reference value derived | led-out from a deviation etc.
The average value, standard deviation, and the like of the tumor growth rate can be obtained by various statistical methods. Specifically, the body weight at the time of transplantation of the mouse used and the weight, volume, or cell number of the tumor were used as parameters. It can be obtained by two-way ANOVA analysis with statistical analysis software such as IBM SSPS Statistics 18 (SSPS). By increasing the population in addition to the statistical analysis population as the new growth rate of the tumor sample obtained by the implementation of the method of the present invention, the accuracy of the analysis can be further improved.
本方法において、「血管新生抑制剤」は、特に限定されないが、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物では、Arf遺伝子の機能が喪失しており、また、HGF刺激性の血管新生が特に低下しているので、血管新生抑制剤の好ましい例としては、Arf6阻害剤又はHGF阻害剤が挙げられるが、これに限定されるものではない。Arf6の活性化阻害剤の具体例としては、例えば、cytohesinの阻害剤であるSecinH3(Hafner, M. et al., Nature 444, 941-944 (2006))及びArf6をターゲットとするsiRNAが挙げられるが、これに限定されるものではない。一方、HGF阻害剤の例としては、HGF中和抗体(Cao, B. et al., Proc Natl Aad Sci USA 98, 7443-7448 (2001))、c-Metキナーゼ活性阻害剤であるPHA-665752(Christensen, J.G. et al., Cancer Res 63, 7345-7355 (2003))、c-MetデコイペプチドであるSoluble Met(Michieli, P. et al., Cancer Cell 6, 61-73 (2004))、HGFの拮抗的阻害剤であるNK4(Brockmann M.A. et al., Clin Cancer Res 9, 4578-4585 (2003))、並びにHGF及びc-Metの発現抑制を目的としたU1 snRNA/ribosome(Abounader, R. et al., J Natl Cancer Inst 91, 1548-1556 (1999))が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 In the present method, the “angiogenesis inhibitor” is not particularly limited, but in the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention, the Arf gene function is lost, and HGF-stimulated angiogenesis is particularly reduced. Therefore, preferred examples of the angiogenesis inhibitor include, but are not limited to, Arf6 inhibitors and HGF inhibitors. Specific examples of Arf6 activation inhibitors include, for example, cytohesin inhibitor SecinH3 (Hafner, M. et al., Nature 444, 941-944 (2006)) and siRNA targeting Arf6. However, the present invention is not limited to this. On the other hand, examples of HGF inhibitors include HGF neutralizing antibodies (Cao, B. et al., Proc Natl Aad Sci USA 98, 7443-7448 (2001)), PHA-665752 which is a c-Met kinase activity inhibitor. (Christensen, JG et al., Cancer Res 63, 7345-7355 (2003)), c-Met decoy peptide Soluble Met (Michieli, P. et al., Cancer Cell 6, 61-73 (2004)), NK4 (Brockmann MA et al., Clin Cancer Res 9, 4578-4585 (2003)), an antagonist of HGF, and U1 snRNA / ribosome (Abounader, R) for the suppression of HGF and c-Met expression et al., J Natl Cancer Inst 91, 1548-1556 (1999)).
7.血管新生抑制剤と併用投与する抗腫瘍増殖剤のスクリーニング方法
本発明は、上記Arf6遺伝子機能喪失動物を用いた、血管新生抑制剤と併用投与する抗腫瘍増殖剤のスクリーニング方法を提供する。
前述の通り、腫瘍増殖抑制剤は、副作用が強いため、投与量を最小限度に留めることが、患者の負担軽減につながる。従って、実際の治療に先立って、患者に特有の腫瘍に対して最も効果的に腫瘍縮小を促す腫瘍増殖抑制剤をスクリーニングすることができれば、腫瘍増殖抑制剤の投与量を少量に抑えることができ、患者の負担を大きく軽減することが可能になる。しかしながら、抗腫瘍治療においては、腫瘍増殖抑制剤及び血管新生抑制剤の併用投与による化学療法が一般的に行われており、これらの薬剤は両者とも抗腫瘍効果を有するため、実際に観察された腫瘍縮小に対する腫瘍増殖抑制剤単独の寄与率を判断することは困難である。
7. The present invention provides a screening method for an antitumor proliferating agent that is administered in combination with an angiogenesis inhibitor, using the aforementioned Arf6 gene loss-of-function animal.
As described above, since the tumor growth inhibitor has strong side effects, it is possible to reduce the burden on the patient by minimizing the dose. Therefore, prior to actual treatment, if a tumor growth inhibitor that promotes tumor shrinkage most effectively against a tumor specific to a patient can be screened, the dose of the tumor growth inhibitor can be reduced to a small amount. The burden on the patient can be greatly reduced. However, in anti-tumor treatment, chemotherapy using a combination of a tumor growth inhibitor and an angiogenesis inhibitor is generally carried out, and both of these drugs have antitumor effects and were actually observed. It is difficult to determine the contribution rate of a tumor growth inhibitor alone to tumor shrinkage.
しかしながら、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物を腫瘍増殖抑制剤のスクリーニングに用いた場合、該動物では血管新生が抑制されているので、血管新生抑制剤を投与する必要がなく、腫瘍増殖抑制剤単独の抗腫瘍効果を観察することができる。即ち、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物の複数の個体に患者の腫瘍組織又は腫瘍細胞を移植し、前記動物に各候補薬剤を投与し、移植した腫瘍細胞の増殖率を測定し、腫瘍縮小効果を示した薬剤を、その患者の腫瘍の治療に適切な薬剤として選択することができる。 However, when the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention is used for screening for a tumor growth inhibitor, since angiogenesis is suppressed in the animal, there is no need to administer the angiogenesis inhibitor, and the tumor growth inhibitor alone The antitumor effect of can be observed. That is, a tumor tissue or tumor cell of a patient is transplanted into a plurality of individuals of the Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention, each candidate drug is administered to the animal, the growth rate of the transplanted tumor cell is measured, and the tumor shrinking effect Can be selected as appropriate for the treatment of the patient's tumor.
血管新生抑制剤については、先の「6.血管新生抑制剤に対する腫瘍の応答性を検査する方法」の項で述べた通りである。 The angiogenesis inhibitor is as described in the above section “6. Method for examining tumor responsiveness to angiogenesis inhibitors”.
候補薬剤の例としては、既に抗腫瘍効果が確認されている薬剤及び抗腫瘍作用を潜在的に有する化合物等が挙げられる。このような薬剤又は化合物の具体例としては、代謝拮抗剤(例えば、5-フルオロウラシル (5-FU))、葉酸代謝拮抗薬(例えば、ジヒドロプテロイン酸シンターゼ阻害薬であるスルファジアジン及びスルファメトキサゾール、ジヒドロ葉酸レダクターゼ阻害薬(DHFR阻害薬)であるメソトレキセート、トリメトプリム、ピリメタミン、)、ピリミジン代謝阻害薬(例えば、チミジル酸シンターゼ阻害薬である5-FU、フルシトシン(5-FC)) 、プリン代謝阻害薬(例えば、IMPDH阻害薬である6-メルカプトプリン及びそのプロドラッグであるアザチオプリン)、アデノシンデアミナーゼ(ADA)阻害薬)(例えば、ペントスタチン)、リボヌクレオチドレダクターゼ阻害薬(リボヌクレオチドレダクターゼ阻害薬であるヒドロキシウレア)、ヌクレオチドアナログ(プリンアナログであるチオグアニン、リン酸フルダラビン及びクラドリビン、ピリミジンアナログであるシタラビン及びゲムシタビン)、L−アスパラギナーゼ、アルキル化剤(例えば、ナイトロジェンマスタードであるシクロホスファミド、メルファラン及びチオテパ、白金製剤であるシスプラチン、カルボプラチン及びオキサリプラチン、ニトロソウレアであるダカルバシン、プロカルバシン及びラニムスチン)抗腫瘍性構成物質(ザルコマイシン、マイトマイシンC、ドキソルビシン、エピルビシン、ダウノルビシン、ブレオマイシン)、トポイソメラーゼ阻害剤(イリノテカン、ノギテカン、ドキソルビシン、エトポシド、レボフロキサシン、シプロフロキサシン)、微小管重合阻害剤(ビンブラスチン、ビンクリスチン、ビンデシン)、コルヒチン、微小管脱重合阻害薬(パクリタキセル、ドセタキセル)、分子標的剤(トラスツズマブ、リツキシマブ、イマチニブ、ゲフィチニブ、ボルテゾミブ、エルロチニブ)、デキサメサゾン等のステロイド薬、フィナステリド、アロマターゼ阻害剤及びタモキシフェン並びにこれらの組合せが挙げられるが、以上に限定されるものではない。 Examples of candidate drugs include drugs that have already been confirmed to have antitumor effects, compounds that potentially have antitumor effects, and the like. Specific examples of such agents or compounds include antimetabolites (eg, 5-fluorouracil (5-FU)), folate antimetabolites (eg, dihydropteroate synthase inhibitors sulfadiazine and sulfamethoxa Sol, dihydrofolate reductase inhibitor (DHFR inhibitor) methotrexate, trimethoprim, pyrimethamine,), pyrimidine metabolism inhibitor (eg, thymidylate synthase inhibitor 5-FU, flucytosine (5-FC)), purine metabolism Inhibitors (eg, IMPDH inhibitor 6-mercaptopurine and its prodrug azathioprine), adenosine deaminase (ADA) inhibitors (eg, pentostatin), ribonucleotide reductase inhibitors (ribonucleotide reductase inhibitors) Some hydroxyureas), nucleotides Log (purine analogs thioguanine, fludarabine phosphate and cladribine, pyrimidine analogs cytarabine and gemcitabine), L-asparaginase, alkylating agents (eg, nitrogen mustard cyclophosphamide, melphalan and thiotepa, platinum preparations) Cisplatin, carboplatin and oxaliplatin, nitrosourea dacarbacin, procarbacin and ranimustine) antitumor constituents (sarcomycin, mitomycin C, doxorubicin, epirubicin, daunorubicin, bleomycin), topoisomerase inhibitors (irinotecan, nogitecan, toposinside, doxorubiside, doxorubiside , Levofloxacin, ciprofloxacin), microtubule polymerization inhibitor (vinblastine, vincristine, bin Syn), colchicine, microtubule depolymerization inhibitors (paclitaxel, docetaxel), molecular targeting agents (trastuzumab, rituximab, imatinib, gefitinib, bortezomib, erlotinib), steroid drugs such as dexamethasone, finasteride, aromatase inhibitors and tamoxifen Combinations may be mentioned, but are not limited to the above.
「投与」とは、Arf6遺伝子機能喪失動物に移植した腫瘍組織と候補薬剤とを接触させることを意味する。抗腫瘍増殖剤の候補薬剤の投与経路は、該候補薬剤の投与に一般的に採用されている経路であれば、特に限定はされないが、具体例としては、経口、舌下、経鼻、経肺、経消化管、経皮、点眼、静脈内注射、皮下注射、筋肉内注射、腹腔内注射、局所注射、外科的移殖が挙げられる。 “Administration” refers to bringing a tumor tissue transplanted into an Arf6 gene loss animal into contact with a candidate drug. The administration route of the candidate drug for the antitumor agent is not particularly limited as long as it is a route generally adopted for administration of the candidate agent. Specific examples include oral, sublingual, nasal, transnasal. Examples include lung, trans-gastrointestinal tract, transdermal, eye drop, intravenous injection, subcutaneous injection, intramuscular injection, intraperitoneal injection, local injection, and surgical transplantation.
腫瘍組織又は腫瘍細胞の移植方法及び増殖率の測定方法は、先の「6.血管新生抑制剤に対する腫瘍の応答性を検査する方法」の項目で述べた通りである。 The method for transplanting tumor tissue or tumor cells and the method for measuring the growth rate are as described in the previous section “6. Method for examining tumor responsiveness to angiogenesis inhibitors”.
8.Arf6関連疾患の治療剤のスクリーニング方法
本発明は、上記Arf6遺伝子機能喪失動物を用いたArf6関連疾患の治療剤のスクリーニング方法を提供する。
本発明のArf6遺伝子機能喪失動物は、Arf6遺伝子の機能が喪失しており、同系統の野生型動物と異なる表現型を呈するため、任意の薬剤をArf6遺伝子機能喪失動物に投与して前記動物が有する機能障害(例えば、血管形成の低下)等が軽減される場合には、前記薬剤は、Arf6関連疾患に対して治療効果があると判断することができる。従って、本発明のArf6遺伝子機能喪失動物に、Arf6関連疾患治療の候補薬剤を投与し、前記動物の表現型の変化を観察することにより、Arf6関連疾患の治療剤をスクリーニングすることができる。
8. The present invention provides a screening method for a therapeutic agent for an Arf6-related disease using the aforementioned Arf6 gene-deficient animal.
The Arf6 gene loss-of-function animal of the present invention has a loss of Arf6 gene function and exhibits a phenotype different from that of a wild-type animal of the same strain. When the functional disorder (for example, reduction of angiogenesis) or the like is reduced, it can be determined that the drug has a therapeutic effect on Arf6-related diseases. Therefore, a therapeutic agent for an Arf6-related disease can be screened by administering a candidate drug for treating an Arf6-related disease to an Arf6-gene-deficient animal of the present invention and observing a change in the phenotype of the animal.
本発明において、「Arf6関連疾患」とは、主に、Arf6遺伝子の機能喪失により生じる疾患又は障害を意味するが、他にも、Arf6遺伝子が正常な機能を有し、正常な機能を有するARF6タンパク質が発現される場合に、該遺伝子若しくはタンパク質の発現量の異常(即ち、野生型との比較における発現量の低下若しくは増加)と関連性を有する疾患若しくは障害、ARF6タンパク質の異常な活性化若しくは不活性化により生じる疾患若しくは障害、並びにArf6遺伝子若しくはタンパク質の活性化因子又は阻害因子の細胞内濃度の増加若しくは低下を伴う疾患若しくは障害も包含する。 In the present invention, the term “Arf6-related disease” mainly means a disease or disorder caused by loss of function of the Arf6 gene. In addition, the Arf6 gene has a normal function and ARF6 having a normal function. When the protein is expressed, a disease or disorder associated with abnormal expression level of the gene or protein (ie, decreased or increased expression level compared to the wild type), abnormal activation of ARF6 protein or Also included are diseases or disorders caused by inactivation, as well as diseases or disorders associated with increased or decreased intracellular concentrations of activators or inhibitors of Arf6 gene or protein.
ARF6タンパク質については、腫瘍細胞の転移能において重要な働きを担っていることが示唆されており(Hashimoto et al., Proc Natl Acad Sci USA 101, 6647-6652 (2004); Sabe et al., Traffic 10, 982-993 (2009))、ヒト乳癌でも、転移能の高い癌で高頻度にArf6の活性化因子の発現上昇がみられることが報告されている(Sabe et al., Traffic 10, 982-993 (2009))。従って、Arf6関連疾患の具体例としては、腫瘍、特に乳癌が挙げられる。Arf6関連疾患の他の具体例としては、Niemann-Pick Type C Disease、各種感染症(特にChlamydia感染等)、インスリン抵抗性糖尿病、Dent 病及びファンコニー症候群が挙げられる。例えば、Schweitzer, J.K. et al(PLoS One 4, e5193)には、Arf6の活性を上昇させるとNiemann-Pick Type C Diseaseの病態が抑制されることが記載され、また、Balana, M.E.(J Cell Sci 118, 2201-2210 (2005))には、Chlamydiaをはじめとする各種バクテリアの感染にArf6が必要であることが記載されている。さらに、Hafner, M. et al(Nature 444, 941-944 (2006))では、Arf6の活性を抑制するとインスリン抵抗性の糖尿病様病態を示すことが報告され、Annan L.E. et al(Am J Physiol Cell Physiol 286, C768 (2004))では、Arf6 によるClC-5 クロライドチャネルの細胞内輸送の調節が、ファンコニー症候群の病態の悪化に関与していることが報告されている。また、Dent 病とARF6との関連性については、以下を参照することができる(Marshansky V et al., Biochem Cell Biol 79, 678 (2001))。 ARF6 protein has been suggested to play an important role in the metastatic potential of tumor cells (Hashimoto et al., Proc Natl Acad Sci USA 101, 6647-6652 (2004); Sabe et al., Traffic 10, 982-993 (2009)), it has been reported that even in human breast cancer, expression of Arf6 activator is frequently observed in cancers with high metastatic potential (Sabe et al., Traffic 10, 982). -993 (2009)). Thus, specific examples of Arf6-related diseases include tumors, particularly breast cancer. Other specific examples of Arf6-related diseases include Niemann-Pick Type C Disease, various infectious diseases (especially Chlamydia infection, etc.), insulin resistant diabetes, Dent disease and Fancony syndrome. For example, Schweitzer, JK et al (PLoS One 4, e5193) describes that increasing the activity of Arf6 suppresses the pathology of Niemann-Pick Type C Disease, and Balana, ME (J Cell Sci 118, 2201-2210 (2005)) describes that Arf6 is required for infection of various bacteria including Chlamydia. Furthermore, Hafner, M. et al (Nature 444, 941-944 (2006)) reported that inhibition of Arf6 activity showed an insulin-resistant diabetic state, Annan LE et al (Am J Physiol Cell (Physiol 286, C768 (2004)), it is reported that the regulation of intracellular transport of ClC-5 chloride channel by Arf6 is involved in the deterioration of the pathology of Fancony syndrome. The following can be referred to for the relationship between Dent's disease and ARF6 (Marshansky V et al., Biochem Cell Biol 79, 678 (2001)).
Arf6と関連性を有する疾患又は障害については、上記で述べたもの以外にも更に多くの種類のものが今後の本発明のArf6遺伝子機能喪失動物を用いた研究により同定されると期待される。 With regard to diseases or disorders associated with Arf6, it is expected that many types of diseases or disorders other than those described above will be identified by future studies using Arf6 gene loss-of-function animals of the present invention.
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例に記載された態様に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to the aspect described in the Example.
実験方法
cKO マウスの作製
マウス Arf6 遺伝子は12 番染色体上に存在し、2つのエクソンより成るが、その両者を挟むようにloxPサイトを挿入したターゲティングベクターを構築した(図1)。組換え体選別のためのネオマイシン耐性遺伝子(Neo)は両端にFRT配列がフランキングしているため、フリッパーゼ存在下で除去することが可能である(Floxed allele)。Creリコンビナーゼ存在下ではloxPに挟まれた領域が欠損し、Knockout alleleとなる。。このように作製したベクターをエレクトロポレーション法によってマウスES 細胞株(TT2)にトランスフェクションし、相同組換え体を単離した。
experimental method
Construction of cKO mouse The mouse Arf6 gene is located on chromosome 12 and consists of two exons. A targeting vector was constructed with a loxP site inserted between both exons (Fig. 1). The neomycin resistance gene (Neo) for selection of recombinants can be removed in the presence of flippase because the FRT sequence is flanked at both ends (Floxed allele). In the presence of Cre recombinase, the region sandwiched by loxP is lost and becomes Knockout allele. . The vector thus prepared was transfected into a mouse ES cell line (TT2) by electroporation, and a homologous recombinant was isolated.
正しく相同組み換えを起こしたES 細胞をネオマイシン耐性遺伝子によってポジティブ選択し、DTA遺伝子でネガティブ選択した。このようにして得られた相同組換えES細胞を胚盤胞に注入し、この胚盤胞を仮親に移植して、キメラマウスを作製した。生まれたキメラマウスのオスをC57BL/6Jメスマウスと交配させ、ヘテロマウス(Arf6-flox/+)を得た。このヘテロマウス(Arf6-flox/+)の雄及び雌を交配させ、ホモマウス(Arf6-flox/flox)を得た後、このホモマウスをTie2-Creマウスと交配させることによりTie2-Cre; Arf6-flox/+マウスを得た。このTie2-Cre; Arf6-flox/+マウスとホモマウス(Arf6-flox/flox)を交配させることにより、血管特異的Arf6-cKOマウス(Tie2-Cre-Arf6-cKO)を得た。 ES cells that had undergone correct homologous recombination were positively selected with the neomycin resistance gene and negatively selected with the DTA gene. The homologous recombinant ES cells thus obtained were injected into blastocysts, and these blastocysts were transplanted into temporary parents to produce chimeric mice. The resulting male chimeric mouse was mated with a C57BL / 6J female mouse to obtain a hetero mouse (Arf6-flox / +). After the male and female of this hetero mouse (Arf6-flox / +) are mated to obtain a homo mouse (Arf6-flox / flox), the homo mouse is mated with a Tie2-Cre mouse to obtain a Tie2-Cre; Arf6-flox / + Mice were obtained. The Tie2-Cre; Arf6-flox / + mouse and a homo mouse (Arf6-flox / flox) were crossed to obtain a blood vessel-specific Arf6-cKO mouse (Tie2-Cre-Arf6-cKO).
マウス血管内皮細胞の株化
Arf6-flox/flox マウス由来の血管内皮細胞を、Balconi G et al.,(Arterioscler Thromb Vasc Biol 20:1443-1451 (2000))に記載の方法に従い、polyoma middle T 抗原を用いて株化した。Arf6-flox/flox マウスのE11.5 胎児をコラゲナーゼ/ディスパーゼ溶液(GIBCO)で処理したのち、0.1% ゼラチン(Sigma)でコートティングしたディッシュ上で、37℃、5%CO2条件下で24 時間培養した。その後、polyoma middle T 抗原を発現するレトロウイルスを感染させた。この抗原は血管内皮細胞を特異的に不死化することが可能である。1〜2 週間後に不死化した血管内皮細胞のコロニーを顕微鏡下で観察し、それ以外の細胞を機械的に除去することで純化した血管内皮細胞株を樹立した。樹立した血管内皮細胞は、VE-Cadherin の免疫染色(clone: c-19, Santa Cruz Biotechnology)、及びVEGF 受容体、エンドグリン、PECAM1 のRT-PCR により血管内皮細胞の性質を保持していることを確認した。VEGF 受容体、エンドグリン、PECAM1のPCRに用いたプライマーの配列は、それぞれ以下の通りである。
VEGFR1 sense primer:TATGGTCTGTGTGCTTAGGTCGTGC(配列番号6)
VEGFR1 antisense primer:CTGCTGTTCTCATCCGTTTCTCTGG(配列番号7)
VEGFR2 sense primer:GGAGAATCAGACAACAACCATTGGCG(配列番号8)
VEGFR2 antisense primer:CATCATAAGGCAAGCGTTCACAGCG(配列番号9)
Endoglin sense primer:CCACAGGTGAATACTCCGTCAAG(配列番号10)
Endoglin antisense primer:GCTACTCAGGACAAGATGGTCGTC(配列番号11)
PECAM1 sense primer:GTCATGGCCATGGTCGAGTA(配列番号12)
PECAM1 antisense primer:CTCCTCGGCATCTTGCTGAA(配列番号13)
また、PCR反応条件は、以下の通りである。
反応液組成:
鋳型DNA 適当量
dATP 0.2 mM
dGTP 0.2 mM
dTTP 0.2 mM
dCTP 0.2 mM
Sense Primer 1 μM
Antisense Primer 1 μM
Blend Taq Buffer (Toyobo) 1x Conc
Blend Taq Enzyme (Toyobo) 0.25 unit/30μL
反応サイクル:
95℃ 30秒
60℃ 30秒
72℃ 30秒
を1サイクルとし、30サイクル。
Establishment of mouse vascular endothelial cells
Vascular endothelial cells derived from Arf6-flox / flox mice were established using polyoma middle T antigen according to the method described in Balconi G et al., (Arterioscler Thromb Vasc Biol 20: 1443-1451 (2000)). Arf6-flox / flox mouse E11.5 fetuses treated with collagenase / dispase solution (GIBCO), then on a dish coated with 0.1% gelatin (Sigma) for 24 hours at 37 ° C and 5% CO 2 Cultured. Thereafter, a retrovirus expressing the polyoma middle T antigen was infected. This antigen is capable of specifically immortalizing vascular endothelial cells. A colony of vascular endothelial cells immortalized after 1 to 2 weeks was observed under a microscope, and a vascular endothelial cell line purified by mechanically removing other cells was established. Established vascular endothelial cells retain the properties of vascular endothelial cells by VE-Cadherin immunostaining (clone: c-19, Santa Cruz Biotechnology) and RT-PCR of VEGF receptors, endoglin and PECAM1 It was confirmed. The sequences of primers used for PCR of VEGF receptor, endoglin and PECAM1 are as follows.
VEGFR1 sense primer: TATGGTCTGTGTGCTTAGGTCGTGC (SEQ ID NO: 6)
VEGFR1 antisense primer: CTGCTGTTCTCATCCGTTTCTCTGG (SEQ ID NO: 7)
VEGFR2 sense primer: GGAGAATCAGACAACAACCATTGGCG (SEQ ID NO: 8)
VEGFR2 antisense primer: CATCATAAGGCAAGCGTTCACAGCG (SEQ ID NO: 9)
Endoglin sense primer: CCACAGGTGAATACTCCGTCAAG (SEQ ID NO: 10)
Endoglin antisense primer: GCTACTCAGGACAAGATGGTCGTC (SEQ ID NO: 11)
PECAM1 sense primer: GTCATGGCCATGGTCGAGTA (SEQ ID NO: 12)
PECAM1 antisense primer: CTCCTCGGCATCTTGCTGAA (SEQ ID NO: 13)
PCR reaction conditions are as follows.
Reaction solution composition:
Appropriate amount of template DNA
dATP 0.2 mM
dGTP 0.2 mM
dTTP 0.2 mM
dCTP 0.2 mM
Sense Primer 1 μM
Antisense Primer 1 μM
Blend Taq Buffer (Toyobo) 1x Conc
Blend Taq Enzyme (Toyobo) 0.25 unit / 30μL
Reaction cycle:
95 ° C 30 seconds
60 ℃ 30 seconds
72 ° C 30 seconds
30 cycles.
細胞培養
B16 メラノーマ細胞は、10% ウシ胎児血清(FCS)、50 μg/ml ストレプトマイシン、50 units/ml ペニシリンを含むダルベッコ変法イーグル(DMEM)培地中で37℃、5%CO2条件下で培養した。株化したマウス由来培養血管内皮細胞は 10% FCS、1mM Na-pyruvate、100 μM 非必須アミノ酸、55 μM 2-メルカプトエタノール、50 μg/ml ストレプトマイシン、50 units/ml ペニシリン、50 μg/ml ヘパリン、20 μg/ml Endothelial cell growth factor (Roche)を含むダルベッコ変法イーグル培地中で37℃、5%CO2条件下で培養した。
Cell culture
B16 melanoma cells were cultured in Dulbecco's modified Eagle (DMEM) medium containing 10% fetal calf serum (FCS), 50 μg / ml streptomycin, 50 units / ml penicillin at 37 ° C. and 5% CO 2 . The established mouse vascular endothelial cells are 10% FCS, 1 mM Na-pyruvate, 100 μM non-essential amino acid, 55 μM 2-mercaptoethanol, 50 μg / ml streptomycin, 50 units / ml penicillin, 50 μg / ml heparin, The cells were cultured in Dulbecco's modified Eagle medium containing 20 μg / ml Endothelial cell growth factor (Roche) at 37 ° C. and 5% CO 2 .
癌細胞移植実験
8 週齢雄マウスの右背中に、5 x 105 細胞のB16 メラノーマを皮下注射した。その後2 日おきにデジタルキャリパーを用いて腫瘍の大きさを測定した。腫瘍の体積は、下記の計算式を用いて算出した。
腫瘍体積 = 長さ x 幅2 x 0.52
コントロールマウス(Cre(-); Arf6(flox/flox))9匹及びTie2-Arf6-cKOマウス8匹を用いて移植実験を行った。
Cancer cell transplantation experiment
The right back of 8-week old male mice was injected subcutaneously with 5 × 10 5 cells of B16 melanoma. Thereafter, the tumor size was measured every two days using a digital caliper. Tumor volume was calculated using the following formula.
Tumor volume = length x width 2 x 0.52
Transplantation experiments were performed using 9 control mice (Cre (-); Arf6 (flox / flox)) and 8 Tie2-Arf6-cKO mice.
免疫化学染色
B16 メラノーマ細胞の皮下注射から14 日後に、B16 メラノーマ細胞に由来する腫瘍を取り出した。腫瘍は細切して4%パラホルムアルデヒドで固定した後、定法に従って凍結切片を作製した。腫瘍中に伸展している血管内皮細胞は、ラット抗PECAM1 抗体(MEC13.3, BD pharmingen)、ビオチン-抗ラット二次抗体(Vector)、ストレプトアビジン-HRP(Vector)を用いて染色した。
Immunochemical staining
14 days after subcutaneous injection of B16 melanoma cells, tumors derived from B16 melanoma cells were removed. The tumor was minced and fixed with 4% paraformaldehyde, and then frozen sections were prepared according to a conventional method. Vascular endothelial cells extending into the tumor were stained with rat anti-PECAM1 antibody (MEC13.3, BD pharmingen), biotin-anti-rat secondary antibody (Vector), and streptavidin-HRP (Vector).
チューブ形成アッセイ
Growth Factor Reduced Matrigel(BD pharmingen)を24 well プレート上に充填し、37℃で 30 分間重合させた。マウス由来血管内皮細胞を、重合させたMatirgel 上に播種し、2% FCS を含む DMEM 中で50 ng/ml VEGF (Peprotech)又は50 ng/ml HGFのいずれかの存在下、あるいは非存在下において37℃、5%CO2で8 時間培養した。形成されたチューブを実体顕微鏡下で観察し、チューブの長さを計測した。
Tube formation assay
Growth Factor Reduced Matrigel (BD pharmingen) was packed on a 24-well plate and polymerized at 37 ° C. for 30 minutes. Mouse-derived vascular endothelial cells are seeded on polymerized Matirgel and in the presence or absence of either 50 ng / ml VEGF (Peprotech) or 50 ng / ml HGF in DMEM containing 2% FCS The cells were cultured at 37 ° C. and 5% CO 2 for 8 hours. The formed tube was observed under a stereomicroscope, and the length of the tube was measured.
結果
Arf6 ストレートノックアウトマウスで血管形成の異常が観察されたが、当該マウスが胎生致死であり、解析に不向きであるため、組織特異的なノックアウトマウスを作製することを試みた。まず定法に従ってArf6-floxed マウスを作製した。作製されたfloxed マウスをTie2-Cre マウスと交配することにより、Tie2-Arf6-cKO を得た。このTie2-Arf6-cKO マウスは成体まで成長し、形態学的、行動学的に特に目立った異常は観察されなかった。しかし、胎生期13.5 日目の胚を観察したところ、頭部および背部に血管密度の減少が見られた(図2)。
result
Although abnormal angiogenesis was observed in Arf6 straight knockout mice, the mice were embryonic lethal and unsuitable for analysis, so an attempt was made to create tissue-specific knockout mice. First, Arf6-floxed mice were prepared according to a conventional method. Tie2-Arf6-cKO was obtained by mating the prepared floxed mouse with a Tie2-Cre mouse. The Tie2-Arf6-cKO mice grew to adulthood, and no morphological or behavioral abnormalities were observed. However, observation of embryos at embryonic day 13.5 showed a decrease in blood vessel density on the head and back (FIG. 2).
次に、Tie2-Arf6-cKO マウスにおいて腫瘍組織の成長時における血管新生が受ける影響を検討した。培養したB16 メラノーマ細胞をマウス背部の皮下に移植し、腫瘍組織の大きさを定量した。その結果、Tie2-Arf6-cKO マウスではコントロールのArf6-flox/flox マウスに比べて腫瘍の増大が抑制されていることが分かった(図3)。また腫瘍組織内の血管を免疫染色法で検討したところ、PECAM1陽性の成熟血管が少ないことが分かった(図4)。従って、B16 メラノーマ細胞による腫瘍組織の増殖には、Arf6 依存的な血管新生が必要であると考えられた。
また、GTP 結合型Arf6 がHGF 又はVEGF誘導性の血管新生に関与しているかどうかを検討した。培養血管内皮細胞のチューブ形成は、血管新生の試験管内実験法として一般的に利用されるので、この実験系を用いた。本実施例で作製したArf6-floxed/floxed マウスでは、Cre リコンビナーゼ存在下でArf6 遺伝子が欠損する。そこで、Arf6-floxed/floxed マウスより調製した培養血管内皮細胞にCre リコンビナーゼ発現ウイルス(若しくはコントロールウイルス)を処理することにより、Arf6 が欠損した血管内皮細胞を調製し、HGF 若しくはVEGF によるチューブ形成が影響されるかを検討した(図5)。その結果、Arf6 の欠損はHGF によるチューブ形成を阻害したが、VEGF によるチューブ形成は阻害しなかった。
以上の結果をまとめると、Arf6 はHGF により活性化され(GTP 結合型への変換)、その血管新生作用に関与する一方、VEGF によっても短時間で活性化されるが、この活性化はVEGF による血管新生には重要ではないと考えられる。
Next, the effect of angiogenesis on tumor tissue growth in Tie2-Arf6-cKO mice was examined. The cultured B16 melanoma cells were transplanted subcutaneously on the back of the mouse, and the size of the tumor tissue was quantified. As a result, it was found that tumor growth was suppressed in the Tie2-Arf6-cKO mice compared to the control Arf6-flox / flox mice (FIG. 3). When blood vessels in the tumor tissue were examined by immunostaining, it was found that there were few PECAM1-positive mature blood vessels (Fig. 4). Therefore, growth of tumor tissue by B16 melanoma cells was thought to require Arf6-dependent angiogenesis.
We also examined whether GTP-bound Arf6 is involved in HGF or VEGF-induced angiogenesis. Since tube formation of cultured vascular endothelial cells is generally used as an in vitro test method for angiogenesis, this experimental system was used. In the Arf6-floxed / floxed mouse prepared in this example, the Arf6 gene is deficient in the presence of Cre recombinase. Therefore, by treating the cultured vascular endothelial cells prepared from Arf6-floxed / floxed mice with Cre recombinase-expressing virus (or control virus), vascular endothelial cells lacking Arf6 were prepared, and tube formation by HGF or VEGF was affected. We examined whether it was done (Figure 5). As a result, Arf6 deficiency inhibited tube formation by HGF, but did not inhibit tube formation by VEGF.
To summarize the above results, Arf6 is activated by HGF (conversion to GTP-linked form) and is involved in its angiogenic action, but also activated by VEGF in a short time, but this activation is caused by VEGF. Not considered important for angiogenesis.
今回の解析より、マウス由来B16 メラノーマ細胞による腫瘍組織増大にはArf6 依存的な血管新生が必要であることが分かった。すなわち、Arf6 の活性を抑えることができれば、腫瘍の増大を抑えることができると考えられる。 This analysis revealed that Arf6-dependent angiogenesis is required for tumor tissue expansion by mouse-derived B16 melanoma cells. That is, if the activity of Arf6 can be suppressed, it is considered that the tumor growth can be suppressed.
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Claims (9)
(a)請求項1〜4のいずれか1項に記載の非ヒト哺乳動物に腫瘍細胞又は腫瘍組織を移植する工程
(b)前記移植した腫瘍細胞又は腫瘍組織の増殖率を測定する工程 A method for examining tumor responsiveness to an angiogenesis inhibitor, comprising the following steps.
(A) a step of transplanting a tumor cell or tumor tissue into the non-human mammal according to any one of claims 1 to 4 , and (b) a step of measuring a growth rate of the transplanted tumor cell or tumor tissue.
(b)前記動物に候補薬剤を投与する工程
(c)前記移植した腫瘍細胞又は腫瘍組織の増殖率を測定する工程 A screening method for an antitumor proliferating agent administered in combination with an angiogenesis inhibitor, comprising the following steps. (A) a step of transplanting a tumor cell or a tumor tissue to the non-human mammal according to any one of claims 1 to 6 ; (b) a step of administering a candidate drug to the animal; (c) the transplanted tumor cell; Or measuring the growth rate of tumor tissue
A screening method for a therapeutic agent for an Arf6-related disease, comprising a step of administering a candidate drug to the non-human mammal according to any one of claims 1 to 4 .
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