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JP5834297B2 - Collagen production enhancer - Google Patents

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JP5834297B2
JP5834297B2 JP2010076625A JP2010076625A JP5834297B2 JP 5834297 B2 JP5834297 B2 JP 5834297B2 JP 2010076625 A JP2010076625 A JP 2010076625A JP 2010076625 A JP2010076625 A JP 2010076625A JP 5834297 B2 JP5834297 B2 JP 5834297B2
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弘嗣 浅原
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Description

本発明は、コラーゲン産生増強剤に関する。 The present invention relates to a collagen production enhancer .

腱は筋肉と骨とを結合する組織であり、靱帯は骨と骨とを結合する組織である。これらの組織は、力や運動を伝達するという重要な機能を持っている。腱や靱帯は、酷使や加齢によって損傷し、また減少するが、栄養血管が少ないため、腱の治癒力は非常に弱く、完治が極めて難しい。腱細胞の分化機構等の生物学的理解も不十分であるため、現在、再生医療等の治療法は確立していない。   A tendon is a tissue that connects muscles and bones, and a ligament is a tissue that connects bones and bones. These organizations have an important function of transmitting power and movement. Tendons and ligaments are damaged and decreased by overuse and aging, but because there are few nutrient blood vessels, the healing power of tendons is very weak and it is extremely difficult to cure. Due to insufficient biological understanding of the mechanism of tendon cell differentiation and the like, a therapeutic method such as regenerative medicine has not been established.

腱や靱帯は、コラーゲン原線維がクロスリンクしてできる線維でできている。腱の線維間には腱細胞が僅かに存在し、コラーゲン、プロテオグリカン等の細胞外基質の産生を行っている。腱の大部分を構成するコラーゲンは、腱に弾性力を与えるが、そのほとんどはI型コラーゲンである。プロテオグリカンは、腱においてはdecorin、fibromodulin、biglycan、lumican等が存在し、コラーゲン線維同士の結合や集合に関与している。プロテオグリカンの遺伝子欠損マウスでは、腱のコラーゲン原線維の異常が観察される。エーラスダンロス(Ehlers−Danlos)症候群に代表されるコラーゲン産生に異常を有する疾患患者に腱の障害が報告されている。腱細胞における細胞外基質の産生は、腱の形成にとって重要であることが示唆される。   Tendons and ligaments are made of fibers formed by cross-linking collagen fibrils. There are a few tendon cells between the tendon fibers, producing extracellular matrix such as collagen and proteoglycan. Collagen that constitutes most of the tendon gives elasticity to the tendon, but most of it is type I collagen. Proteoglycans include decorin, fibromodulin, biglycan, and lumican in tendons, and are involved in the binding and assembly of collagen fibers. In proteoglycan gene-deficient mice, abnormalities of tendon collagen fibrils are observed. Tendon disorders have been reported in patients with diseases that have abnormalities in collagen production, such as the Ehlers-Danlos syndrome. The production of extracellular matrix in tendon cells is suggested to be important for tendon formation.

近年、腱及び靭帯細胞並びに腱及び靭帯前駆細胞で発現するbasic helix−loop−helix(bHLH)型の転写因子であるScleraxis(Scx)が腱発生に重要な因子であることが報告され、Scxノックアウトマウスでは、腱の著しい形成不全が観察された(非特許文献1)。また、腱の主成分であるI型コラーゲンを直接誘導することが示唆された(非特許文献2)。しかし、Scxノックアウトマウスは、後述の実施例に示すように、腱においてすべてのI型コラーゲンが消失するわけではない。   In recent years, it has been reported that scleraxis (Scx), a transcriptional factor of basic helix-loop-helix (bHLH) expressed in tendon and ligament cells and tendon and ligament progenitor cells, is an important factor for tendon development. In mice, significant dysplasia of tendons was observed (Non-patent Document 1). It was also suggested to directly induce type I collagen, which is the main component of tendons (Non-patent Document 2). However, Scx knockout mice do not lose all type I collagen in the tendons, as shown in the examples below.

Cserjesi P,et al.(1995)Scleraxis: a basic helix−loop−helix protein that prefigures skeletal formation during mouse embryogenesis Development 121(4) p1099−1110Cserjesi P, et al. (1995) Scleraxis: a basic helix-loop-helix protein that pre-shapes skeletal formation developing mouse development 121 (4) pp 1099110 Lejard V,et al.(2007)Scleraxis and NFATc regulate the expression of the pro−alpha1(I) collagen gene in tendon fibroblasts J Biol Chem 282(24) p17665−17675Lejard V, et al. (2007) Scleraxis and NFATc regulate the expression of the pro-alpha1 (I) collagen gene in tendon fibroblasts J Biol Chem 282 (24) p17665-17675

腱及び靭帯細胞は、I型コラーゲン等の基質を産生する細胞であって、それぞれ、腱及び靭帯組織の形成及び維持に関与する。腱及び靭帯は、上記したように再生能の低い組織であり、腱及び靭帯疾患治療に向けての再生医療が望まれる。Scxは、腱及び靭帯細胞で発現し、腱及び靭帯の主成分であるI型コラーゲンの発現を誘導することが示唆されるものの、他のI型コラーゲンの発現調節因子の存在が示唆される等、腱発生のメカニズムには未解明な部分が多いのが現状である。腱及び靭帯細胞への分化誘導方法も、確立されていない。   Tendon and ligament cells are cells that produce a substrate such as type I collagen and are involved in the formation and maintenance of tendon and ligament tissue, respectively. Tendons and ligaments are tissues with low regeneration ability as described above, and regenerative medicine for treatment of tendon and ligament diseases is desired. Scx is expressed in tendon and ligament cells and is suggested to induce the expression of type I collagen, which is the main component of tendon and ligament, but suggests the presence of other type I collagen expression regulators, etc. However, there are many unexplained mechanisms of tendon development. A method for inducing differentiation into tendon and ligament cells has not been established.

そこで、本発明の目的は、コラーゲン産生増強剤を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a collagen production enhancer .

本発明者らは、腱及び靭帯細胞への分化方法の確立には、分化に重要な遺伝子を特定し、その遺伝子を導入又は誘導することが重要であると考えた。本発明者らは、後述の実施例に示すように、Mkx遺伝子を破壊すると、腱組織と腱細胞のI型コラーゲン生産量が減少し、逆に細胞内に過剰発現させると、I型コラーゲン量が増大することを発見した。Mkxは、従来、胎生期において腱に発現するホメオボックス型の転写因子として知られていたが、Mkxが腱細胞においてその分化を制御しI型コラーゲンの発現を調節する重要な因子であることが初めて明らかとなった。これらの知見をもとに、本発明者らは、以下の発明を完成させた。   The present inventors considered that it is important to identify a gene important for differentiation and introduce or induce the gene for establishing a differentiation method into tendon and ligament cells. As shown in Examples described later, the present inventors reduced the amount of type I collagen produced by tendon tissue and tendon cells when the Mkx gene was disrupted. Has been found to increase. Mkx has been known as a homeobox-type transcription factor that is expressed in tendons in the embryonic period. Mkx is an important factor that regulates the differentiation of type I collagen and regulates the expression of type I collagen in tendon cells. First revealed. Based on these findings, the present inventors have completed the following invention.

すなわち、本発明は、
(A)Mkxタンパク質、
(B)前記Mkxタンパク質のアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸が欠失、置換、逆位、付加及び挿入からなる群から選ばれる少なくとも一種の変異を有し、かつ、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞におけるI型コラーゲンの産生を増強する活性を有する変異体、
(C)前記(A)又は(B)のタンパク質をコードする核酸、並びに、
(D)前記(C)の核酸を含む発現ベクター
の少なくとも一種を有効成分として含む、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞におけるI型コラーゲンの産生を増強するコラーゲン産生増強剤を提供する。
That is, the present invention
(A) Mkx protein,
(B) In the amino acid sequence of the Mkx protein, one to several amino acids have at least one mutation selected from the group consisting of deletion, substitution, inversion, addition and insertion, and tendons and / or ligaments A mutant having an activity to enhance the production of type I collagen in cells having the ability to differentiate into cells,
(C) a nucleic acid encoding the protein of (A) or (B), and
(D) A collagen production enhancer that enhances the production of type I collagen in cells capable of differentiating into tendon and / or ligament cells, comprising as an active ingredient at least one of the expression vectors containing the nucleic acid of (C). To do.

上記コラーゲン産生増強剤は、
(A1)Scxタンパク質、
(B1)前記Scxタンパク質のアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸が欠失、置換、逆位、付加及び挿入からなる群から選ばれる少なくとも一種の変異を有し、かつ、I型コラーゲンを誘導する活性を有する変異体、
(C1)前記(A1)又は(B1)のタンパク質をコードする核酸、並びに、
(D1)前記(C1)の核酸を含む発現ベクター、
の少なくとも一種をさらに含んでもよい。
The collagen production enhancer is
(A1) Scx protein,
(B1) In the amino acid sequence of the Scx protein, one to several amino acids have at least one mutation selected from the group consisting of deletion, substitution, inversion, addition and insertion, and induce type I collagen A mutant having the activity of
(C1) a nucleic acid encoding the protein of (A1) or (B1), and
(D1) an expression vector comprising the nucleic acid of (C1),
May further include at least one of the following.

関節の再生等の医学において、腱や靱帯は筋・骨格をつなぐ重要な組織である。そして、Mkx遺伝子を過剰発現させると、腱の主要コンポーネントであるI型コラーゲンの発現が上昇することから、Mkxは腱の成熟過程において重要であることが示唆される。損傷した腱や靱帯の部位にMkx及びその上流・下流遺伝子等からなる医薬を外来的に導入することで、腱の治癒、運動器の再生や再建を促進することが期待される。   In medicine such as joint regeneration, tendons and ligaments are important tissues that connect muscles and skeletons. When the Mkx gene is overexpressed, the expression of type I collagen, which is a major component of the tendon, increases, suggesting that Mkx is important in the tendon maturation process. It is expected that healing of tendons, regeneration of musculoskeletal organs, and reconstruction will be promoted by introducing a drug consisting of Mkx and its upstream / downstream genes into the damaged tendon or ligament site.

エーラスダンロス症候群等の腱及び/又は靭帯関連疾患に罹患している患者から採取した細胞を用いて、本発明の分化誘導剤で自家腱及び/又は靭帯細胞を製造することもでき、結果として該疾患に対する再生医療が可能となる。   Using cells collected from patients suffering from tendon and / or ligament-related diseases such as Erasdanros syndrome, autogenous tendons and / or ligament cells can also be produced with the differentiation inducer of the present invention. Regenerative medicine for the disease becomes possible.

Mkx遺伝子が腱細胞や靱帯細胞特異的に蛍光タンパク質のようなレポーター遺伝子で置き換えられている本発明の遺伝子改変非ヒト動物は、蛍光タンパクの発光を指標にMkxを調節する被験物質のスクリーニングや評価、腱損傷モデル実験等における治癒過程でのMkxの局所的な発現をモニターするためのモデル動物として有用である。   The genetically modified non-human animal of the present invention in which the Mkx gene is replaced with a reporter gene such as a fluorescent protein specifically for tendon cells and ligament cells is used for screening and evaluation of a test substance that regulates Mkx using the fluorescence of the fluorescent protein as an indicator It is useful as a model animal for monitoring the local expression of Mkx during the healing process in a tendon injury model experiment or the like.

分化誘導剤や分化誘導方法により得られる腱及び/又は靭帯細胞を用いて、腱又は靭帯関連疾患の解析又は分析方法は、腱分化の分子メカニズム理解の基礎となり、腱の障害やエーラスダンロス症候群等の腱関連疾患の治療標的発見を導くきっかけとなるかもしれない。   Analysis or analysis of tendon or ligament-related diseases using tendon and / or ligament cells obtained by differentiation-inducing agents and differentiation-inducing methods is the basis for understanding the molecular mechanism of tendon differentiation. This may lead to the discovery of therapeutic targets for tendon-related diseases such as

Mkxは、腱の発生・成熟に重要であることから、腱・靱帯等の疾患等で、Mkxそのものの遺伝子配列又はMkxの遺伝子ネットワークに関与する上流及び下流遺伝子等の遺伝子に異常を起こしている可能性が大きい。それらの探索、診断、治療に、本発発明のスクリーニング方法が応用される。   Mkx is important for the development and maturation of tendons, so it causes abnormalities in the gene sequence of Mkx itself or genes such as upstream and downstream genes involved in the Mkx gene network due to diseases such as tendons and ligaments. The potential is great. The screening method of the present invention is applied to such searching, diagnosis and treatment.

本発明のスクリーニング方法によって選択された物質や本発明の医薬によれば、腱又は靭帯関連疾患、特にMkxに異常を抱える疾患を、予防又は治療することができる。   According to the substance selected by the screening method of the present invention and the medicament of the present invention, tendon- or ligament-related diseases, particularly diseases having abnormalities in Mkx can be prevented or treated.

Mkx変異マウスを作製するために設計するMkxターゲッティングコンストラクトの一例を示す。ここで、矢印a〜eはジェノタイピング用PCRプライマー、□はUTR、■は翻訳領域、DT−AはジフテリアトキシンA、WTは野生型アリル、TAはターゲッティングされたアリルを意味する。An example of an Mkx targeting construct designed to generate Mkx mutant mice is shown. Here, arrows a to e indicate PCR primers for genotyping, □ indicates UTR, ■ indicates translation region, DT-A indicates diphtheria toxin A, WT indicates wild type allele, and TA indicates targeted allele. 野生型マウスとMkx変異マウスでの図1Aのプライマーa、b及びcを用いたゲノミックPCR(図面代用写真)を示す。1B shows genomic PCR (drawing substitute photograph) using primers a, b and c of FIG. 1A in wild type mice and Mkx mutant mice. 上段は、野生型マウスの胚のE13.5前肢(Forelimb)及び尾(Tail)におけるMkxのWISH(ホールマウント in situ ハイブリダイゼーション)(図面代用写真)を示し、そして下段は、野生型マウス及びMkx変異マウスのVenus蛍光シグナルの観察(図面代用写真)を示す。The upper row shows Mkx WISH (whole mount in situ hybridization) in the E13.5 forelimb and tail of wild type mouse embryos (drawing substitute photo), and the lower row shows wild type mice and Mkx. The observation of the Venus fluorescence signal of a mutant mouse (drawing substitute photograph) is shown. E16.5のVenusノックインへテロマウスの胚の尾におけるミオシン重鎖抗体(MF20;red)を用いた免疫組織染色とVenus蛍光シグナルを観察した顕微鏡写真を示す。図中、○で囲んだ部分が筋肉のマーカー遺伝子であるミオシン重鎖発現細胞を示し、それ以外はVenus発現細胞の蛍光シグナルを示す。また、Barは100 μmである。The micrograph which observed the immunohistochemical staining using the myosin heavy chain antibody (MF20; red) and the Venus fluorescence signal in the tail of the embryo of an E16.5 Venus knock-in hetero mouse is shown. In the figure, the portion surrounded by a circle indicates a myosin heavy chain expressing cell that is a muscle marker gene, and the others indicate fluorescence signals of Venus expressing cells. Bar is 100 μm. 野生型マウスとMkx変異マウスのアキレス腱におけるMkxのRT−PCR解析(図面代用写真)を示す。Gapdhは内在性コントールを示す。The RT-PCR analysis (drawing substitute photograph) of Mkx in the Achilles tendon of the wild type mouse and the Mkx mutant mouse is shown. Gapdh indicates an endogenous control. 3ヶ月齢の野生型マウスにおいて、膝蓋腱(Aの矢印)、アキレス腱(Cの矢印、後肢(Eの矢印)、前肢の腱(Gの矢印)、尾腱(Iの矢印)、背中の腱(Kの矢印)及び広頸筋腱(Mの矢印)を観察した図面代用写真、並びに3ヶ月齢のMkxノックアウトマウスにおいて、膝蓋腱(Bの矢印)、アキレス腱(Dの矢印、後肢(Fの矢印)、前肢の腱(Hの矢印)、尾腱(Jの矢印)、背中の腱(Lの矢印)及び広頸筋腱(Nの矢印)を観察した図面代用写真を示す。Mkxノックアウトマウスでは、腱の異常が観察される。In 3-month-old wild type mice, patella tendon (A arrow), Achilles tendon (C arrow, hind limb (E arrow), forelimb tendon (G arrow), tail tendon (I arrow), back tendon (K arrow) and cervical tendon tendon (M arrow) drawing substitute photograph, and 3-month-old Mkx knockout mouse, patella tendon (B arrow), Achilles tendon (D arrow, hind limb (F arrow) ), Forelimb tendon (H arrow), tail tendon (J arrow), back tendon (L arrow), and cervical tendon tendon (N arrow) are shown in Mkx knockout mice. Abnormal tendon is observed. 野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱の引張強度を測定したグラフである。It is the graph which measured the tensile strength of the Achilles tendon of a wild type mouse | mouth and a Mkx knockout mouse | mouth. 野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱のヤング率を測定したグラフである。It is the graph which measured the Young's modulus of the Achilles tendon of a wild type mouse and a Mkx knockout mouse. 3ヶ月齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスの膝蓋腱のH&E染色像(図面代用写真)を示す。a及びcのバーは1mmを意味し、b及びdのバーは50μmを意味する。Mkx欠損マウスでは、腱の低形成が起きていることがわかる。The H & E dyeing | staining image (drawing substitute photograph) of the patella tendon of a 3 month-old wild-type mouse | mouth and a Mkx knockout mouse | mouth is shown. The bars a and c mean 1 mm, and the bars b and d mean 50 μm. In Mkx-deficient mice, it can be seen that hypotenosis of the tendon occurs. 7日齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスの膝蓋腱の厚さを測定したグラフである。Mkxノックアウトマウスは、膝蓋腱の厚さが有意に減少している。It is the graph which measured the thickness of the patella tendon of a 7-day-old wild type mouse | mouth and a Mkx knockout mouse | mouth. Mkx knockout mice have significantly reduced patella tendon thickness. 3ヶ月齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスの尾腱のH&E染色像(図面代用写真)を示す。a及びcのバーは200μmを意味し、b及びdのバーは50μmを意味する。△矢頭は、尾腱の線維束を示す。Mkxノックアウトマウスの尾腱の線維束は有意に細っている。The H & E dyeing | staining image (drawing substitute photograph) of the tail tendon of a 3 month-old wild type mouse | mouth and a Mkx knockout mouse | mouth is shown. The bars a and c mean 200 μm, and the bars b and d mean 50 μm. The arrowhead indicates the fiber bundle of the tail tendon. The fiber bundles of the tail tendon of Mkx knockout mice are significantly thinner. 3ヶ月齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスの尾腱の細胞密度を測定したグラフである。It is the graph which measured the cell density of the tail tendon of a 3 month-old wild-type mouse | mouth and a Mkx knockout mouse | mouth. E18.5の野生型マウスとMkxノックアウトマウスの胚の尾腱のアザン染色像(図面代用写真)を示す。△矢頭は尾腱の線維束を示す。また、左図のバーは500μm、右図のバーは200μmを意味する。Azan staining images (drawing substitute photos) of tail tendons of embryos of E18.5 wild type mice and Mkx knockout mice are shown. The arrowhead indicates the fiber bundle of the tail tendon. The bar in the left figure means 500 μm, and the bar in the right figure means 200 μm. 野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱のコラーゲン原線維の電子顕微鏡観察像(図面代用写真)を示す。ここで、バーは200nmを意味する。The electron microscope observation image (drawing substitute photograph) of the collagen fibril of the Achilles tendon of a wild type mouse | mouth and a Mkx knockout mouse | mouth is shown. Here, the bar means 200 nm. 8週齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱のコラーゲン量の測定結果を示す。Mkx欠損腱細胞では、I型コラーゲン産生能が低下することがわかる。The measurement result of the collagen amount of the Achilles tendon of an 8 week-old wild type mouse | mouth and a Mkx knockout mouse | mouth is shown. It can be seen that the ability to produce type I collagen decreases in Mkx-deficient tendon cells. 8週齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱のI型コラーゲン(Col1)とβ−actinのウエスタンブロット解析の結果(図面代用写真)を示す。The results of Western blot analysis of type I collagen (Col1) and β-actin of the Achilles tendon of 8-week-old wild type mice and Mkx knockout mice (drawing substitute photo) are shown. 8週齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱のCol1a1、Col1a2及びScxのreal time PCR解析結果を示す。The results of real time PCR analysis of Col1a1, Col1a2 and Scx of Achilles tendon of 8-week-old wild type mice and Mkx knockout mice are shown. FLAG−Mkx発現ベクター(Mkx)又は空ベクター(Empty)をトランスフェクションしたC3H10T1/2細胞のI型コラーゲン(Col1)、FLAG及びβ−actinのウエスタンブロットの結果(図面代用写真)を示す。The result of Western blotting of type I collagen (Col1), FLAG and β-actin of C3H10T1 / 2 cells transfected with FLAG-Mkx expression vector (Mkx) or empty vector (Empty) is shown (photograph substituted for drawing). 腱分化ネットワークの模式図を示す。A schematic diagram of a tendon differentiation network is shown. Mkx変異ES又はマウスのサザンブロット解析のために、野生型(WT)及びターゲッティングされたアリル(TA)と各プローブの位置を示す。ここで、NはNcoIを意味し、SはSacIを意味する。For the Mkx mutant ES or mouse Southern blot analysis, the wild-type (WT) and targeted allele (TA) and the location of each probe are indicated. Here, N means NcoI, and S means SacI. 組換え胚性幹細胞のサザンブロット解析結果(図面代用写真)を示す。ここで、TAはターゲッティングされたアリルを意味し、WTは野生型アリルを意味する。The Southern blot analysis result (drawing substitute photograph) of a recombinant embryonic stem cell is shown. Here, TA means targeted allyl and WT means wild type allele. 野生型マウス及びMkx変異マウスのサザンブロット解析結果(図面代用写真)を示す。The Southern blot analysis result (drawing substitute photograph) of a wild type mouse | mouth and a Mkx mutant mouse | mouth is shown. 野生型マウス(成体)の筋肉、アキレス腱及び尾腱におけるMkxのRT−PCR解析(図面代用写真)を示す。Mkxヘテロマウス(成体)のVenusの発現は、Mkx発現とリンクすることがわかる。Gapdhは内在性コントロールを示す。The RT-PCR analysis (drawing substitute photograph) of Mkx in the muscle, an Achilles tendon, and a tail tendon of a wild type mouse (adult) is shown. It can be seen that Venus expression in Mkx heterozygous mice (adult) is linked to Mkx expression. Gapdh represents an endogenous control. Mkxヘテロマウス及び野生型マウスのアキレス腱(B−E)、尾腱(F−I)及び体幹の腱(J−M)におけるVenusの発現と外観写真を示す。The expression and appearance photograph of Venus in Achilles tendon (BE), tail tendon (FI) and trunk tendon (JM) of Mkx hetero mice and wild type mice are shown. 出生後の各ステージにおけるMkx+/+,Mkx+/−及びMkx−/−マウスの体重を比較したグラフを示す。野生型マウスとMkxノックアウトマウスとで体重の差は見られない。The graph which compared the body weight of the Mkx <+ / +> , Mkx < +/- > , and Mkx <-/-> mouse | mouth in each stage after birth is shown. There is no difference in body weight between wild type mice and Mkx knockout mice. 3ヶ月齢の野生型マウス(WT)のアキレス腱(A)、尾腱(C)、膝蓋腱(E)及び体幹の腱(G)の外観写真と、3ヶ月齢のネオマイシン耐性遺伝子を除去したMkxノックアウトマウス(KO)のアキレス腱(B)、尾腱(D)、膝蓋腱(F)及び体幹の腱(H)の外観写真を示す。腱の異常は、ネオマイシン耐性遺伝子を除去させたノックアウトマウスにおいても起きている。Appearance photograph of 3-month-old wild type mouse (WT), Achilles tendon (A), tail tendon (C), patella tendon (E) and trunk tendon (G), and 3-month-old neomycin resistance gene were removed. The appearance photograph of the Achilles tendon (B), tail tendon (D), patella tendon (F), and trunk tendon (H) of the Mkx knockout mouse (KO) is shown. Tendon abnormalities also occur in knockout mice from which the neomycin resistance gene has been removed. 野生型マウス及びMkxノックアウトマウスの膝十字靭帯のH&E染色像(図面代用写真)を示す。左図のバーは500μm、右図のバーは200μmを意味する。膝十字靭帯は、Mkxノックアウトマウスにおいても影響はない。The H & E dyeing | staining image (drawing substitute photograph) of the knee cruciate ligament of a wild type mouse | mouth and a Mkx knockout mouse | mouth is shown. The left bar means 500 μm, and the right bar means 200 μm. The knee cruciate ligament has no effect in Mkx knockout mice.

本発明の腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞から腱及び/又は靭帯細胞への分化誘導剤は、以下の(A)から(D)の少なくとも一種を有効成分として含む。
(A)Mkxタンパク質、
(B)前記Mkxタンパク質のアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸が欠失、置換、逆位、付加及び挿入からなる群から選ばれる少なくとも一種の変異を有し、かつ、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞から腱及び/又は靭帯細胞への分化を誘導する活性を有する変異体、
(C)前記(A)又は(B)のタンパク質をコードする核酸、並びに、
(D)前記(C)の核酸を含む発現ベクター
The differentiation-inducing agent from cells having the ability to differentiate into tendon and / or ligament cells of the present invention to tendon and / or ligament cells contains at least one of the following (A) to (D) as an active ingredient.
(A) Mkx protein,
(B) In the amino acid sequence of the Mkx protein, one to several amino acids have at least one mutation selected from the group consisting of deletion, substitution, inversion, addition and insertion, and tendons and / or ligaments A mutant having an activity of inducing differentiation into a tendon and / or ligament cell from a cell capable of differentiating into a cell;
(C) a nucleic acid encoding the protein of (A) or (B), and
(D) an expression vector comprising the nucleic acid of (C)

Mkx(Mohawk、別名 Irxl1)とは、胎生期において、腱に発現するホメオボックス型の転写因子である。Mkxは、不定型ホメオボックス遺伝子のTALEスーパークラスの中の新しく分類されたクラスに属する唯一の遺伝子である(Anderson DM,et al.(2006).Dev Dyn 235(3) p792−801)。Mkxは、腱、筋肉、軟骨の前駆細胞、オスの生殖腺、及び腎臓の尿管芽先端で発現することが報告されている(Dev Dyn 235(3) p792−801等)。本発明者らも、E9.5、E10.5及びE11.5のマウス胚を用いた1520個の転写因子及び転写コファクターのホールマウントin situハイブリダイゼーションデータベース(EMBRYS)の構築過程で、腱で発現する転写因子として同定していた(Yokoyama S,et al.2009 Dev Cell 17(6) p836−848)。   Mkx (Mohawk, also known as Irxl1) is a homeobox-type transcription factor that is expressed in tendons during the embryonic period. Mkx is the only gene belonging to a newly classified class within the TALE superclass of atypical homeobox genes (Anderson DM, et al. (2006). Dev Dyn 235 (3) p792-801). Mkx has been reported to be expressed in tendon, muscle, cartilage progenitor cells, male gonads, and renal ureteric bud tips (Dev Dyn 235 (3) p792-801, etc.). The present inventors also used a tendon in the process of constructing the whole mount in situ hybridization database (EMBRYS) of 1520 transcription factors and transcription cofactors using E9.5, E10.5 and E11.5 mouse embryos. It was identified as a transcription factor to be expressed (Yokoyama S, et al. 2009 Dev Cell 17 (6) p836-848).

本発明では、細胞から腱細胞及び/又は靱帯細胞を作製、再生、増強等する分化誘導剤としてMkxタンパク質を用いる。   In the present invention, Mkx protein is used as a differentiation inducer for producing, regenerating, enhancing, etc. tendon cells and / or ligament cells from cells.

本発明の分化誘導剤を実験及び研究用に供する場合は、Mkxタンパク質の由来は問わない。例えば、ヒト、マウス、サル、チンパンジー、ブタ、イヌ等の哺乳動物が挙げられる。本発明の分化誘導剤をヒトの腱細胞及び/又は靱帯細胞を再生等の医療行為に使用する場合は、ヒトのMkxタンパク質を用いることが好ましい。   When the differentiation-inducing agent of the present invention is used for experiments and research, the origin of the Mkx protein does not matter. Examples thereof include mammals such as humans, mice, monkeys, chimpanzees, pigs, and dogs. When the differentiation-inducing agent of the present invention is used for medical treatment such as regeneration of human tendon cells and / or ligament cells, it is preferable to use human Mkx protein.

ヒトMkxタンパク質に関する情報は、NCBIからアクセッション番号NP_775847として入手することができ、Mkxタンパク質は、352個のアミノ酸で構成されるタンパク質である。また、ヒトMkx遺伝子に関する情報は、NCBIからアクセッション番号NM_173576として入手可能である。ヒトMkx遺伝子は、ヒト第10染色体上に存在し、全長で約3658の塩基対よりなり、7個のエキソンで構成される。マウスMkx遺伝子は、NCBIから、アクセッション番号NM_177595として入手することができる。   Information regarding the human Mkx protein is available from NCBI as accession number NP — 775847, which is a protein composed of 352 amino acids. Information on the human Mkx gene is available from NCBI as accession number NM_173576. The human Mkx gene exists on human chromosome 10 and consists of about 3658 base pairs in total length and is composed of 7 exons. The mouse Mkx gene can be obtained from NCBI as accession number NM_177595.

本発明の分化誘導剤に用いる(A)Mkxタンパク質は、天然由来のタンパク質の他に、組み換えタンパク質でもよい。組み換えタンパク質は、常法により、Mkxタンパク質をコードする核酸を組み込んだ形質転換体を培養等することにより得ることができる。   The (A) Mkx protein used in the differentiation inducer of the present invention may be a recombinant protein in addition to a naturally derived protein. The recombinant protein can be obtained by culturing a transformant incorporating a nucleic acid encoding the Mkx protein by a conventional method.

本発明の分化誘導剤に用いる(B)Mkxタンパク質のアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸が欠失、置換、逆位、付加及び挿入からなる群から選ばれる少なくとも一種の変異を有し、かつ、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞から腱及び/又は靭帯細胞への分化を誘導する活性を有する変異体は、当業者に公知の方法により容易に取得することができる。変異体が分化誘導活性を有するか否かは、ウエスタンブロット、ノーザンブロット、リアルタイムPCR等で測定することができる。   In the amino acid sequence of (B) Mkx protein used for the differentiation-inducing agent of the present invention, one to several amino acids have at least one mutation selected from the group consisting of deletion, substitution, inversion, addition and insertion, And the variant which has the activity which induces the differentiation from a cell which has the differentiation ability to a tendon and / or a ligament cell to a tendon and / or a ligament cell can be easily acquired by a method well-known to those skilled in the art. Whether the mutant has differentiation-inducing activity can be measured by Western blot, Northern blot, real-time PCR, or the like.

Mkxタンパク質の変異体は、また、Mkxタンパク質のアミノ酸配列と通常、70%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつ、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞から腱及び/又は靭帯細胞への分化を誘導する活性を有するものでもよい。   The variant of Mkx protein is also composed of an amino acid sequence having usually 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% homology with the amino acid sequence of Mkx protein, and tendon and / or ligament cell It may have an activity of inducing differentiation from a cell having the ability to differentiate into a tendon and / or a ligament cell.

本発明の分化誘導剤は、前記(A)又は(B)のタンパク質をコードする(C)核酸でもよい。核酸には、染色体DNAやcDNAが挙げられる。染色体DNAは、例えばPCRによる増幅や細胞等からDNAライブラリ−を調製し、Mkxタンパク質をコードするDNAにハイブリダイズするプローブでスクリーニングすることにより取得する。cDNAは、例えば腱細胞等からRNAを抽出し、Mkxタンパク質をコードするDNAにハイブリダイズするプライマーを用いたPCR法により取得する。   The differentiation inducer of the present invention may be a nucleic acid (C) encoding the protein (A) or (B). Nucleic acids include chromosomal DNA and cDNA. Chromosomal DNA is obtained, for example, by preparing a DNA library from PCR amplification or cells and screening with a probe that hybridizes to DNA encoding the Mkx protein. cDNA is obtained by, for example, a PCR method using RNA extracted from tendon cells or the like and using a primer that hybridizes to DNA encoding Mkx protein.

本発明の分化誘導剤は、(D)前記(C)の核酸を含む発現ベクターでもよい。発現ベクターは、公知のベクターにMkx遺伝子を発現可能に連結することで得る。前記ベクターは、宿主中で複製可能なものであれば特に限定されず、例えば、プラスミドベクター、ウイルスベクター、ファージベクター等が挙げられる。   The differentiation-inducing agent of the present invention may be (D) an expression vector containing the nucleic acid of (C). An expression vector is obtained by linking an Mkx gene to a known vector so as to allow expression. The vector is not particularly limited as long as it can be replicated in a host, and examples thereof include a plasmid vector, a virus vector, and a phage vector.

前記プラスミドベクターとしては、大腸菌由来のプラスミド(例えばpBR322,pUC18,pUC119,pTrcHis,pBlueBacHis等)、枯草菌由来のプラスミド(例えばpUB110,pTP5等)、酵母由来のプラスミド(例えばYEp13,YEp24,YCp50,pYE52等)が挙げられる。ファージベクターとしては、λファージ等が挙げられる。ウイルスベクターとしては、レトロウイルス、レンチウィルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、センダイウイルス、バキュロウイルス、ワクシニアウイルス、ポックスウイルス、ポリオウイルス、シンドビスウイルス、ジャガイモエックスウイルス等が挙げられる。   Examples of the plasmid vector include plasmids derived from E. coli (eg, pBR322, pUC18, pUC119, pTrcHis, pBlueBacHis, etc.), plasmids derived from Bacillus subtilis (eg, pUB110, pTP5 etc.), and yeast-derived plasmids (eg, YEp13, YEp24, YCp50, pYE52). Etc.). Examples of the phage vector include λ phage and the like. Examples of viral vectors include retroviruses, lentiviruses, adenoviruses, adeno-associated viruses, Sendai viruses, baculoviruses, vaccinia viruses, poxviruses, polioviruses, Sindbis viruses, and potato exviruses.

Mkx遺伝子をベクターへ挿入するには、DNAを制限酵素で切断し、ベクターDNAの適当な制限酵素部位に挿入する方法又はリコンビナーゼやGatwayシステム等を用いたクローニング法等が採用される。その際、Mkx遺伝子の機能を発揮できるようにベクターに組み込む必要がある。そのために、ベクターには、Mkx遺伝子の他に、プロモーター、エンハンサー等のシスエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)等を含有させるとよい。選択マーカーとしては、例えばアンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、ネオマイシン(neo)耐性遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、等を挙げることができる。   In order to insert the Mkx gene into a vector, a method of cutting the DNA with a restriction enzyme and inserting it into an appropriate restriction enzyme site of the vector DNA or a cloning method using a recombinase, a Gateway system, or the like is employed. At that time, it is necessary to incorporate the vector into the vector so that the function of the Mkx gene can be exhibited. Therefore, in addition to the Mkx gene, the vector may contain a cis element such as a promoter and an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker, a ribosome binding sequence (SD sequence), and the like. Examples of selectable markers include ampicillin resistance gene, kanamycin resistance gene, chloramphenicol resistance gene, neomycin (neo) resistance gene, dihydrofolate reductase gene, and the like.

発現ベクターは、Mkx遺伝子を直接発現させるものでも、例えばFLAGタグやMycタグ等の他のタンパク質又はペプチドとの融合タンパク質として発現させるものでもよい。   The expression vector may be one that directly expresses the Mkx gene, or one that is expressed as a fusion protein with another protein or peptide such as a FLAG tag or Myc tag.

本発明の分化誘導剤は、さらに、以下の(A1)〜(D1)の少なくとも一種を含んでいてもよい。
(A1)Scxタンパク質、
(B1)前記Scxタンパク質のアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸が欠失、置換、逆位、付加及び挿入からなる群から選ばれる少なくとも一種の変異を有し、かつ、I型コラーゲンを誘導する活性を有する変異体、
(C1)前記(A1)又は(B1)のタンパク質をコードする核酸、並びに
(D1)前記(C1)の核酸を含む発現ベクター。
The differentiation inducer of the present invention may further contain at least one of the following (A1) to (D1).
(A1) Scx protein,
(B1) In the amino acid sequence of the Scx protein, one to several amino acids have at least one mutation selected from the group consisting of deletion, substitution, inversion, addition and insertion, and induce type I collagen A mutant having the activity of
(C1) a nucleic acid encoding the protein of (A1) or (B1), and (D1) an expression vector comprising the nucleic acid of (C1).

Scxタンパク質は、前述のとおり、腱の主成分であるI型コラーゲンを直接誘導することが示唆されている(非特許文献1)。Scxノックアウトマウスは、腱を部分的に消失する。一方、Mkxノックアウトマウスは、実施例に示すように、腱の低形成は認められるが、腱細胞数は変わらない。このことから、Scx腱細胞分化の初期段階から必須の因子であり、Mkxは、後期分化・成熟に重要であることが予想される。また、腱細胞の分化とそこでのI型コラーゲンの産生には、Scx遺伝子による初期分化と、Mkxによる成熟の両者の協同作業が重要といえる。したがって、本発明の分化誘導剤に(A1)〜(D1)のScx関連物質を含めることは、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞から腱及び/又は靭帯細胞への分化をより効率的に行う点で好ましい。   As described above, it is suggested that the Scx protein directly induces type I collagen, which is the main component of tendons (Non-patent Document 1). Scx knockout mice partially lose their tendons. On the other hand, in the Mkx knockout mouse, as shown in Examples, hypotenosis of the tendon is observed, but the number of tendon cells is not changed. This is an essential factor from the early stage of Scx tendon cell differentiation, and Mkx is expected to be important for late differentiation / maturation. In addition, for the differentiation of tendon cells and the production of type I collagen therein, it can be said that the cooperative work of both initial differentiation by the Scx gene and maturation by Mkx is important. Therefore, the inclusion of the Scx-related substance (A1) to (D1) in the differentiation-inducing agent of the present invention makes it possible to more differentiate cells from tendons and / or ligament cells into tendons and / or ligament cells. It is preferable in terms of efficient execution.

Scxタンパク質に関する情報は、NCBIからアクセッション番号NP_001008272として入手することができる。また、Scx遺伝子に関する情報は、NCBIからアクセッション番号NM_001008271として入手可能である。   Information on the Scx protein is available from NCBI as accession number NP_001008272. Information on the Scx gene is available from NCBI as accession number NM_001008271.

(A1)〜(D1)の作製方法は、タンパク質及び遺伝子がMkxと異なる以外は(A)〜(D)で述べた内容と同じである。   The production method of (A1) to (D1) is the same as that described in (A) to (D) except that the protein and gene are different from Mkx.

本発明は、また、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞の生育に適した条件下で、上記分化誘導剤を用いて前記細胞を培養する工程、及び前記培養された細胞の中から、腱及び/又は靭帯細胞を選択する工程を含む、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞から腱及び/又は靭帯細胞への分化を誘導する方法を提供する。   The present invention also provides a step of culturing the cells using the differentiation inducer under conditions suitable for growth of cells capable of differentiating into tendon and / or ligament cells, and among the cultured cells. A method for inducing differentiation from tendon and / or ligament cell to tendon and / or ligament cell, comprising the step of selecting tendon and / or ligament cell.

前記腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞は、例えば、繊維芽細胞(C3H10T1/2等)、腱前駆細胞、靱帯前駆細胞、胚性幹細胞、胚性生殖細胞、体性幹細胞、iPS細胞等が挙げられる。   Examples of the cells having the ability to differentiate into tendon and / or ligament cells include fibroblasts (C3H10T1 / 2 and the like), tendon progenitor cells, ligament progenitor cells, embryonic stem cells, embryonic germ cells, somatic stem cells, iPS, and the like. Examples thereof include cells.

以下に、分化誘導方法の一態様を説明する。まず、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞に分化誘導剤を導入して、それを培養する。具体的には、C3H10T1/2細胞をDMEM培地等で培養して得られる50%コンフルエントのC3H10T1/2細胞に、Mkx発現ベクターをトランスフェクションする。トランスフェクションは、公知の方法で行え、またトランスフェクション以外の導入法として例えばウィルスベクターによる導入法、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム沈殿法、マイクロインジェクション法、リポソーム法等が挙げられる。   Hereinafter, one aspect of the differentiation induction method will be described. First, a differentiation-inducing agent is introduced into cells capable of differentiating into tendon and / or ligament cells and cultured. Specifically, the Mkx expression vector is transfected into 50% confluent C3H10T1 / 2 cells obtained by culturing C3H10T1 / 2 cells in DMEM medium or the like. Transfection can be performed by known methods, and examples of introduction methods other than transfection include introduction methods using viral vectors, electroporation methods, calcium phosphate precipitation methods, microinjection methods, and liposome methods.

培養方法は、分化誘導方法に適したものであれば、特に制限されない。例えば、平面培養法、浮遊凝集培養法、懸濁培養法、フィーダー細胞との共培養法、旋回培養法、軟寒天培養法、マイクロキャリア培養法等が挙げられる。   The culture method is not particularly limited as long as it is suitable for the differentiation induction method. For example, a flat culture method, a floating aggregation culture method, a suspension culture method, a co-culture method with feeder cells, a swirl culture method, a soft agar culture method, a microcarrier culture method and the like can be mentioned.

培養後、回収した細胞を細胞溶解バッファーで溶解して全可溶型タンパク質を取得する。全可溶型タンパク質をウエスタンブロット等にかけ、I型コラーゲンの存在を確認することが好ましい。   After culturing, the collected cells are lysed with a cell lysis buffer to obtain a total soluble protein. It is preferable to check the presence of type I collagen by subjecting all soluble proteins to Western blotting or the like.

上記分化誘導剤を用いてMkx遺伝子を過剰発現させると、腱の主要コンポーネントであるI型コラーゲンの発現が上昇する。損傷した腱部位に分化誘導剤や分化誘導剤を用いて製造した腱細胞及び/又は靱帯細胞を導入すれば、腱の治癒、運動器の再生や再建を促進することが期待できる。そこで、本発明は、上記分化誘導剤、又は上記分化誘導剤を用いて製造した腱及び/又は靭帯細胞を含む、腱又は靭帯関連疾患を予防又は治療するための医薬を提供する。   When the Mkx gene is overexpressed using the differentiation inducer, the expression of type I collagen, which is the main component of tendon, is increased. If a tendon cell and / or a ligament cell produced using a differentiation-inducing agent or a differentiation-inducing agent is introduced into a damaged tendon site, it can be expected to promote healing of the tendon and regeneration and reconstruction of the musculoskeletal organ. Therefore, the present invention provides a medicament for preventing or treating a tendon or ligament-related disease, comprising the differentiation inducer or a tendon and / or ligament cell produced using the differentiation inducer.

本発明の分化誘導剤は、遺伝子治療用にも好適である。遺伝子治療の腱又は靭帯関連疾患の候補は、エーラスダンロス症候群がある。エーラスダンロス症候群は、ヒトの皮膚や組織を形成するコラーゲン等の結合組織成分が先天性代謝異常を示し、その結果、靱帯や関節の異常な可動性亢進等を引き起こす疾患である。現在、根本的治療法は見つかっていない。エーラスダンロス症候群で腱及び/又は靭帯が罹患している患者から採取した細胞を用いて、分化誘導剤で自家腱及び/又は靭帯細胞を製造することにより、該疾患に対する再生医療が期待される。   The differentiation inducer of the present invention is also suitable for gene therapy. A candidate for gene therapy tendon or ligament-related disease is Erasdanros syndrome. Erasdanros syndrome is a disease in which connective tissue components such as collagen forming human skin and tissues exhibit inborn errors of metabolism, resulting in abnormal ligament and joint mobility enhancement. At present, no fundamental cure has been found. Regenerative medicine for the disease is expected by producing autologous tendon and / or ligament cells with a differentiation-inducing agent using cells collected from patients suffering from tendon and / or ligament in Eras Dunros syndrome. .

上記医薬の投与形態は、特に限定されないが、好ましくは損傷した腱及び/又は靱帯部位への直接投与である。具体的には、皮下注射剤、筋肉注射剤等の注射剤、点滴剤、経皮投与剤、軟膏剤等の外用薬剤、細胞の単層又は複層のシート等が挙げられる。   The administration form of the medicine is not particularly limited, but is preferably direct administration to a damaged tendon and / or ligament site. Specific examples include injections such as subcutaneous injections and intramuscular injections, drops, transdermal administration agents, external preparations such as ointments, and single-layer or multi-layer sheets of cells.

これらの剤形に適用される助剤や製剤技術には当業分野に公知のものを使用可能である。例えば、注射剤であれば、適当な緩衝剤、安定剤、保存剤、無痛化剤、等張化剤、溶解補助剤等が挙げられる。   As the auxiliary agent and the preparation technique applied to these dosage forms, those known in the art can be used. For example, in the case of injections, suitable buffers, stabilizers, preservatives, soothing agents, isotonic agents, solubilizing agents, and the like can be mentioned.

本発明の医薬は、ヒトを含む動物に対して、薬理上必要量が投与される。薬理上必要量は、剤形、投与方法、患者や実験動物の症状、治療部位、患者や実験動物の年齢、性別、体重等を考慮して、医師等の判断により適宜決められる。   The pharmaceutical of the present invention is administered in a pharmacologically necessary amount to animals including humans. The pharmacologically necessary amount is appropriately determined according to the judgment of a doctor or the like in consideration of the dosage form, administration method, symptoms of the patient or laboratory animal, the treatment site, the age, sex, weight, etc. of the patient or laboratory animal.

本発明は、また、Mkx遺伝子の機能的欠損を含む、腱又は靱帯関連疾患の研究用の遺伝子改変非ヒト動物を提供する。「Mkx遺伝子の機能的欠損」とは、本明細書において、Mkx遺伝子が本来有する正常な機能を十分に発揮しないか、全く発揮しない状態を意味する。   The present invention also provides a genetically modified non-human animal for the study of tendon or ligament related diseases comprising a functional defect of the Mkx gene. The “functional deficiency of Mkx gene” in this specification means a state in which the normal function originally possessed by the Mkx gene is not sufficiently exhibited or not exhibited at all.

遺伝子改変非ヒト動物には、Mkx欠損遺伝子のヘテロ接合体(Mkx+/−と表示することがある)とホモ接合体(Mkx−/−と表示することがある)の二種類がある。本明細書中、「Mkx変異」(例えばMkx変異マウス)の記載は、両者を含む意味で使用する。 There are two types of genetically modified non-human animals: heterozygotes for Mkx-deficient genes (sometimes denoted as Mkx +/− ) and homozygotes (sometimes denoted as Mkx − / − ). In the present specification, the description of “Mkx mutation” (for example, Mkx mutant mouse) is used in the meaning including both.

ノックアウトマウスのようなホモ接合体は、遺伝子改変非ヒト動物の腱及び/又は靭帯が野生型動物と比べて有意に低形成を示す。具体的には、Mkxノックアウトマウスは、全身の腱が低形成になり、尾腱の線維束が細くなるにもかかわらず、腱細胞の数は野生型と同程度である。さらに、Mkxノックアウトマウスの腱は、コラーゲン原線維の径が小さく、I型コラーゲンの量が低下する。以上の結果から、Mkxは、腱細胞において、I型コラーゲンの産生能に寄与し、腱細胞の分化に重要な役割を担っていることが示唆される。この知見に基づく本発明のMkxノックアウトマウスは、Mkxの腱及び/又は靭帯細胞への分化誘導への研究や腱又は靭帯関連疾患を予防又は治療するための医薬の探索に有用である。   Homozygotes such as knockout mice show significantly lower tendons and / or ligaments in genetically modified non-human animals compared to wild type animals. Specifically, in the Mkx knockout mouse, the number of tendon cells is similar to that of the wild type, although the tendon of the whole body becomes hypoplastic and the fiber bundle of the tail tendon becomes thin. Furthermore, the tendons of Mkx knockout mice have a small collagen fibril diameter and a reduced amount of type I collagen. The above results suggest that Mkx contributes to the ability to produce type I collagen in tendon cells and plays an important role in the differentiation of tendon cells. Based on this finding, the Mkx knockout mouse of the present invention is useful for studies on the induction of differentiation of Mkx into tendon and / or ligament cells and for searching for a drug for preventing or treating a tendon or ligament-related disease.

一方、ヘテロマウスのようなヘテロ接合体は、腱形成に異常が見られない。ヘテロマウスは、腱に異常がなく、腱や靭帯などMkxが発現する細胞で蛍光タンパク質のVenusが発現するので、Mkxがどこで発現しているか、Mkxがどのような物質や遺伝子で発現が誘導されるか等の解析や、腱組織がどのようにできるかの観察、腱細胞を分離して細胞の性状を調査する等に有用である。   On the other hand, heterozygotes such as hetero mice do not show abnormal tendon formation. Heterogeneous mice have no abnormalities in tendons, and the fluorescent protein Venus is expressed in cells that express Mkx, such as tendons and ligaments. Therefore, where Mkx is expressed, and what substances and genes are used to induce expression of Mkx It is useful for analysis of such as, observation of how tendon tissue can be formed, separation of tendon cells and investigation of cell properties.

非ヒト動物の例は、マウス、ラット、ハムスター、モルモット、チンパンジー、サル、ウサギ等の実験動物、ブタ、ウシ、ヒツジ等の家畜類、イヌ、ネコ等の愛玩動物であり、好ましくはマウスである。   Examples of non-human animals are experimental animals such as mice, rats, hamsters, guinea pigs, chimpanzees, monkeys and rabbits, domestic animals such as pigs, cows and sheep, pets such as dogs and cats, preferably mice. .

Mkx遺伝子を機能的に欠損させる方法は、当業分野で公知の方法のいずれも採用することができる。具体的には、Mkx遺伝子を含むゲノムDNAのエキソンを含む領域をターゲッティングベクターで相同組み換えする方法が例示される。   Any method known in the art can be employed as a method for functionally deleting the Mkx gene. Specifically, a method of homologous recombination of a region containing exon of genomic DNA containing Mkx gene with a targeting vector is exemplified.

Mkx遺伝子を機能的に欠損させる際に、Mkx遺伝子のプロモーターの下流にレポーター遺伝子が挿入されたことにより腱細胞特異的にレポーター遺伝子を発現させることが好ましい。ヘテロ接合体のMkxヘテロマウスのMkx欠損部位を蛍光タンパク質等のレポーター遺伝子で置き換えると、レポーター遺伝子が腱細胞特異的に発現するとともに、正常な腱細胞もまた視認できる(図1D)。このようなMkxヘテロマウスは、Mkxの腱及び/又は靭帯細胞への分化誘導への研究や、腱又は靭帯関連疾患を予防又は治療するための医薬の探索に極めて有用である。   When the Mkx gene is functionally deleted, the reporter gene is preferably expressed in a tendon cell-specific manner by inserting a reporter gene downstream of the promoter of the Mkx gene. When the Mkx-deficient site of the heterozygous Mkx hetero mouse is replaced with a reporter gene such as a fluorescent protein, the reporter gene is expressed specifically in tendon cells and normal tendon cells can also be visually recognized (FIG. 1D). Such Mkx hetero mice are extremely useful for studies on the induction of differentiation of Mkx into tendon and / or ligament cells, and for searching for drugs for preventing or treating tendon- or ligament-related diseases.

前記レポーター遺伝子には、Venus、BFP、CFP、dsRed、EBFP、ECFP、EGFP、EYFP、FlAsH、GFP、HcRed1、mRFP1、mPlum、PhiYFP、RFP、YFP等の蛍光タンパク質、ルシフェラーゼ遺伝子、カタラーゼ遺伝子、LacZ遺伝子等を使用することができる。   The reporter gene includes Venus, BFP, CFP, dsRed, EBFP, ECFP, EGFP, EYFP, FlAsH, GFP, HcRed1, mRFP1, mPlum, PhiYFP, RFP, YFP and other fluorescent proteins, luciferase gene, catalase gene, LacZ gene Etc. can be used.

さらに、Mkx遺伝子の下流に、ネオマイシン耐性遺伝子等の選択マーカーを挿入することが好ましい。   Furthermore, it is preferable to insert a selection marker such as a neomycin resistance gene downstream of the Mkx gene.

上記選択マーカーの両端をloxP配列で挟んでおくことがより好ましい。こうすると、Cre−loxPシステムを用いて、選択マーカーの除去が可能である。   More preferably, both ends of the selection marker are sandwiched between loxP sequences. In this way, the selection marker can be removed using the Cre-loxP system.

遺伝子改変非ヒト動物は、それ自体公知の方法により製造することができる。具体的には、
1.Mkx遺伝子の機能的欠損を含む胚性幹細胞クローンを作製する工程、
2.上記胚性幹細胞クローンを胚にインジェクションする工程、
3.キメラ胚を動物の子宮に移して、キメラ動物を作る工程、
4.キメラ動物を交配させ、ヘテロ接合体を得る工程、及び
5.ヘテロ接合体同士を交配させ、ホモ接合体を得る工程、
を含む。
The genetically modified non-human animal can be produced by a method known per se. In particular,
1. Producing an embryonic stem cell clone containing a functional defect of the Mkx gene;
2. Injecting the embryonic stem cell clone into an embryo,
3. Transferring the chimeric embryo to the uterus of the animal to create a chimeric animal,
4). 4. mating the chimeric animals to obtain heterozygotes; and Mating heterozygotes to obtain a homozygote,
including.

Mkxヘテロマウス及びMkxノックアウトマウスを例に、遺伝子改変非ヒト動物をより具体的に説明する。ゲノムDNAのMkx遺伝子を欠損させるために、胚性幹細胞での相同組み換えにおいてMkx遺伝子の部分領域(エキソンの一部を含む)を、例えば蛍光タンパク質遺伝子とポジティブ選択マーカー(例えばネオマイシン耐性遺伝子、ピューロマイシン耐性遺伝子等)とのカセットに置き換わるようなターゲッティングベクターを設計する(図1A)。また、ポジティブ選択マーカー遺伝子の両側にCre/loxPシステムで用いられるloxP配列のようなリコンビナーゼ標的配列を加えると、Cre酵素を介したマーカー遺伝子の切除が可能である。ネガティブ選択用にジフテリアトキシンA(DT−A)遺伝子、チミジンキナーゼ(TK)遺伝子等を組み込む。   The genetically modified non-human animal will be described more specifically by taking Mkx hetero mice and Mkx knockout mice as examples. In order to delete the Mkx gene of genomic DNA, a partial region of Mkx gene (including a part of exon) in homologous recombination in embryonic stem cells, eg, a fluorescent protein gene and a positive selection marker (eg, neomycin resistance gene, puromycin) A targeting vector is designed to replace the cassette with a resistance gene or the like (FIG. 1A). In addition, when a recombinase target sequence such as a loxP sequence used in the Cre / loxP system is added to both sides of the positive selection marker gene, the marker gene can be excised via the Cre enzyme. Diphtheria toxin A (DT-A) gene, thymidine kinase (TK) gene and the like are incorporated for negative selection.

上記のターゲッティングベクターを、胚性幹細胞クローンや、初代培養細胞株等の体細胞へ導入する。胚性幹細胞クローンは、マウス、ヒト、ハムスター、ブタ等の動物の胚盤胞から分離した内部細胞塊をフィーダー細胞上で培養することにより樹立することができる。市販の胚性幹細胞クローンを使用することができ、例えばTT2、ES−D3、SCC−PSA1等が挙げられる。   The above targeting vector is introduced into somatic cells such as embryonic stem cell clones and primary cell lines. Embryonic stem cell clones can be established by culturing inner cell mass separated from blastocysts of animals such as mice, humans, hamsters and pigs on feeder cells. Commercially available embryonic stem cell clones can be used, and examples thereof include TT2, ES-D3, SCC-PSA1, and the like.

ターゲッティングベクターの組み込まれた胚性幹細胞等を、ネオマイシン耐性選択ならG418抗生物質を含む培地といった適宜の選択培地で培養後、組換え胚性幹細胞クローンを分離する。   The embryonic stem cells into which the targeting vector is incorporated are cultured in an appropriate selection medium such as a medium containing G418 antibiotics for neomycin resistance selection, and then a recombinant embryonic stem cell clone is isolated.

適切に組み込まれた組換え胚性幹細胞クローンのスクリーニングを、サザンブロットやPCT法により行う。図5Aに、サザンブロット解析のための野生型(WT)及びターゲッティングされたアリル(TA)と各プローブの位置を示す。   Screening for appropriately integrated recombinant embryonic stem cell clones is performed by Southern blot or PCT. FIG. 5A shows the position of each probe with wild type (WT) and targeted allele (TA) for Southern blot analysis.

相同組み換えの確認された胚性幹細胞クローンを、マイクロインジェクション法、凝集法等で8細胞期等のマウス胚に導入してキメラ胚を作る。   Embryonic stem cell clones confirmed to have homologous recombination are introduced into mouse embryos at the 8-cell stage, etc. by microinjection, aggregation, etc. to produce chimeric embryos.

得られたキメラ胚を動物の子宮に移してキメラ動物を作る。得られたキメラ動物を野生型動物(例えばC57BL/6マウス)と掛け合わせる。生殖細胞への伝達をゲノミックPCRやサザンブロット解析により確認する。LoxP配列に挟まれたネオマイシン耐性遺伝子カセットを、Meox−Creトランスジェニック動物との掛け合わせにより除去する。Creを介したネオマイシン耐性遺伝子除去をゲノミックPCRで確認する。キメラ動物を野生型動物と交配させ、Mkxヘテロ接合体を得る。   The resulting chimeric embryo is transferred to the animal's uterus to create a chimeric animal. The resulting chimeric animal is crossed with a wild type animal (eg, C57BL / 6 mouse). Transmission to germ cells is confirmed by genomic PCR or Southern blot analysis. The neomycin resistance gene cassette flanked by LoxP sequences is removed by crossing with Meox-Cre transgenic animals. The removal of the neomycin resistance gene via Cre is confirmed by genomic PCR. Chimeric animals are mated with wild type animals to obtain Mkx heterozygotes.

Mkxヘテロ接合体同士を交配させて、ホモ接合体(Mkxノックアウトマウス)を得る。   Mkx heterozygotes are mated to obtain a homozygote (Mkx knockout mouse).

本発明は、また、上記分化誘導剤、上記分化誘導方法により得られる腱及び/又は靭帯細胞、若しくは遺伝子改変非ヒト動物の腱及び/靱帯、それらの組織又は細胞を用いることを特徴とする、腱又は靭帯関連疾患を解析又は分析する方法を提供する。分析や解析の対象は、細胞に分化誘導剤を作用させ分化させて得られるMkxヘテロマウスの胚とその組織、トランスジェニック非ヒト動物からを得られた腱及び/靱帯、それらの組織又は細胞等である。分析や解析の手法を以下に例示する。   The present invention is also characterized by using the differentiation-inducing agent, tendon and / or ligament cells obtained by the differentiation-inducing method, or tendons and / or ligaments of genetically modified non-human animals, tissues or cells thereof, Methods of analyzing or analyzing tendon or ligament related diseases are provided. Analysis and analysis targets include embryos and tissues of Mkx hetero mice obtained by differentiating cells by causing differentiation inducers to differentiate, tendons and / or ligaments obtained from transgenic non-human animals, tissues or cells thereof, etc. It is. Examples of analysis and analysis methods are given below.

ホールマウントin situハイブリダイゼーション(WISH)は、マウス胚での遺伝子発現パターンの解析に有効である。WISHは、常法を用いることができ、例えばYokoyama S, et al.(2008)Dynamic gene expression of Lin−28 during embryonic development in mouse and chicken. Gene Expr Patterns 8(3):155−160に記載の方法に従う。これに用いるプローブの合成方法の詳細は、EMBRYSウェブサイト(http://embrys.jp/html/MainMenu.html?)にて閲覧可能である。   Whole mount in situ hybridization (WISH) is effective for analyzing gene expression patterns in mouse embryos. For WISH, a conventional method can be used. For example, Yokoyama S, et al. (2008) Dynamic gene expression of Lin-28 during embedding development in mouse and chicken. The method described in Gene Expr Patterns 8 (3): 155-160 is followed. Details of the method of synthesizing the probe used for this can be viewed on the EMBRYS website (http://embrys.jp/html/MainMenu.html?).

Venus等の蛍光タンパク質は、Mkx遺伝子の各組織での発現パターンを観察するのに有効である。   A fluorescent protein such as Venus is effective for observing the expression pattern of each tissue of the Mkx gene.

免疫組織染色は、マウス胚や成体マウスの各組織の観察に有効である。各組織に特異的なマーカーとして、筋肉ではミオシン重鎖、血管ではPECAM1等がある。これらのマーカー遺伝子の発現を、マーカー特異的ポリクローナル又はモノクローナル抗体を用いて免疫組織染色する。まず、マウス胚をパラホルムアルデヒドに固定した組織を凍結組織切片作製用包埋剤に包埋して凍結する。検体を薄切りして風乾後、ブロッキング剤にて1時間ブロッキングする。その切片を抗ミオシン重鎖抗体(MF20,DSHB)でインキュベートし、さらに、二次抗体と共にインキュベートする。VenusノックインMkxへテロマウスでは、ミオシン重鎖抗体(MF20)の赤い染色とVenusの緑色シグナルの両方が観察される。   Immunohistochemical staining is effective for observing mouse embryos and adult mouse tissues. Markers specific to each tissue include myosin heavy chain in muscle and PECAM1 in blood vessel. The expression of these marker genes is immunohistologically stained using marker-specific polyclonal or monoclonal antibodies. First, a tissue in which a mouse embryo is fixed to paraformaldehyde is embedded in a frozen tissue section preparation embedding agent and frozen. The specimen is sliced and air-dried, and then blocked with a blocking agent for 1 hour. The sections are incubated with anti-myosin heavy chain antibody (MF20, DSHB) and further incubated with a secondary antibody. In Venus knock-in Mkx hetero mice, both red staining of myosin heavy chain antibody (MF20) and Venus green signal are observed.

Mkxノックアウトマウスの腱の異常を調査するために、腱及び靱帯の組織学的観察を行うことが有効である。その手法として、以下に電子顕微鏡観察、H&E染色及びアザン染色を例示する。   In order to investigate abnormalities of tendons in Mkx knockout mice, it is effective to perform histological observation of tendons and ligaments. Examples of such methods include electron microscope observation, H & E staining, and Azan staining.

電子顕微鏡を用いると、Mkxノックアウトマウスの腱におけるコラーゲン原線維を観察できる。まず、アキレス腱断片を採取し、緩衝液にて固定する。緩衝液及び生理食塩水で洗浄し、エタノールにて脱水後、樹脂に包埋して極薄切りにする。得られた切片を銅の格子上に置き、透過型電子顕微鏡にて観察する。   Using an electron microscope, collagen fibrils in the tendons of Mkx knockout mice can be observed. First, an Achilles tendon fragment is collected and fixed with a buffer solution. Wash with buffer and physiological saline, dehydrate with ethanol, embed in resin and cut into very thin slices. The obtained slice is placed on a copper lattice and observed with a transmission electron microscope.

H&E染色から、野生型マウスやMkxノックアウトマウスの尾腱の細胞密度を求めることができる。まず、成体の膝、尾等の組織を採取し、パラホルムアルデヒド等に固定する。組織を、脱水後、パラフィン包埋し、薄切りし、ヘマトキシリン・エオシン(H&E)で染色する。   From the H & E staining, the cell density of the tail tendon of wild type mice and Mkx knockout mice can be determined. First, tissues such as adult knees and tails are collected and fixed in paraformaldehyde or the like. The tissue is dehydrated, embedded in paraffin, sliced and stained with hematoxylin and eosin (H & E).

アザン染色は、コラーゲンを検出する。まず、マウスの尾を採取し、4%パラホルムアルデヒドに固定する。組織を、脱水後、パラフィン包埋し、薄切りし、アゾカルミン−アニリンブルー(アザン)で染色する。   Azan staining detects collagen. First, mouse tails are collected and fixed in 4% paraformaldehyde. The tissue is dehydrated, embedded in paraffin, sliced and stained with azocarmine-aniline blue (Azan).

Mkx欠損した腱の力学的特性を調べるには、例えば筋腱ジャンクションから踵結節までの全腱を用いて引張試験を行う。張力の決定は、Gentleman E, et al.(2003) Mechanical characterization of collagen fibers and scaffolds for tissue engineering. Biomaterials 24(21):3805−3813で報告された方法に従って、単軸の材料テストシステム(Autograph AGS−G, Shimadzu Corp. Ltd.)を使用するとよい。それぞれの検体の最初の長さと断面積を、デジタルカリパスを使用して、H&E染色した切片の顕微鏡検査によって測定する。データ収集には、例えばTrapeziumソフトウェア(登録商標、Shimadzu社)を用いる。各検体の応力−歪み曲線は、load−displacementカーブから作られ、ヤング率はそれぞれの応力−歪み曲線と腱断面積から算出される。   In order to examine the mechanical characteristics of a tendon lacking Mkx, for example, a tensile test is performed using all tendons from a muscle tendon junction to a knot. Tension determination is described by Gentleman E, et al. (2003) Mechanical characterization of collagen fibers and scaffolds for tissue engineering. A uniaxial material test system (Autograph AGS-G, Shimadzu Corp. Ltd.) may be used according to the method reported in Biomaterials 24 (21): 3805-3813. The initial length and cross-sectional area of each specimen is measured by microscopic examination of H & E stained sections using a digital caliper. For example, Trapezium software (registered trademark, Shimadzu) is used for data collection. The stress-strain curve of each specimen is created from a load-displacement curve, and the Young's modulus is calculated from each stress-strain curve and tendon cross-sectional area.

本発明は、また、被験物質の存在下又は非存在下で、上記分化誘導方法を行い、該被験物質存在下又は非存在下での腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞から腱及び/又は靭帯細胞への分化を比較することを特徴とする、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞から腱及び/又は靭帯細胞への分化調節に関連する物質をスクリーニング又は評価する方法を提供する。   The present invention also provides the above-described differentiation induction method in the presence or absence of a test substance, and a cell having the ability to differentiate into a tendon and / or ligament cell in the presence or absence of the test substance. Screening for or evaluating a substance related to the regulation of differentiation from tendon and / or ligament cells into tendon and / or ligament cells, characterized by comparing differentiation into ligament cells Provide a method.

好ましくは、被験物質の存在下で培養した細胞における、Mkxの発現量及び/又はMkxをコードする塩基配列に対するmRNAの転写量を測定すること、並びに前記被験物質を非存在下で培養した細胞内の量と比べることを含む。測定量が多いか又は少ない場合に、前記被験物質を腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞から腱及び/又は靭帯細胞への分化調節に関連する物質として選択する。   Preferably, the expression level of Mkx and / or the transcription amount of mRNA for the base sequence encoding Mkx in a cell cultured in the presence of the test substance is measured, and the cell cultured in the absence of the test substance Including comparing to the amount of. When the amount to be measured is large or small, the test substance is selected as a substance related to regulation of differentiation from tendon and / or ligament cell to tendon and / or ligament cell.

上記培養培地は、用いる細胞に応じて適宜決められる。例えば、MEM培地、DMEM培地、RPM1640培地、199培地等である。培養条件も、細胞に応じて適宜、決められる。   The culture medium is appropriately determined according to the cells used. For example, MEM medium, DMEM medium, RPM1640 medium, 199 medium, and the like. The culture conditions are also appropriately determined according to the cells.

本発明は、また、上記遺伝子改変非ヒト動物から得られる腱、その組織又はその細胞を用いることを特徴とする、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞から腱及び/又は靭帯細胞への分化調節に関連する物質をスクリーニング又は評価する方法を提供する。好ましくは、遺伝子改変非ヒト動物から採取した腱、その組織又はその細胞に被験物質を接触させること、及びノックインされた蛍光タンパク質等のレポーター遺伝子の発現を上昇又は低下させる被験物質を選択することを含む。   The present invention also provides a tendon and / or ligament cell from a cell capable of differentiating into a tendon and / or ligament cell, characterized by using a tendon obtained from the genetically modified non-human animal, a tissue thereof or a cell thereof. Provided is a method for screening or evaluating a substance related to regulation of differentiation into a cell. Preferably, the test substance is brought into contact with a tendon collected from a genetically modified non-human animal, its tissue or its cell, and the test substance that increases or decreases the expression of a reporter gene such as a knocked-in fluorescent protein is selected. Including.

上記スクリーニング又は評価する方法に供する被験物質は、特に制限されない。例えば、天然又は人工の有機化合物や無機化合物、核酸、ペプチド、タンパク質、糖質、脂質、細胞、植物、動物等の抽出物等である。   The test substance to be used for the screening or evaluation method is not particularly limited. For example, natural or artificial organic compounds and inorganic compounds, nucleic acids, peptides, proteins, carbohydrates, lipids, cells, plants, animals and other extracts.

被験物質と分化誘導させる細胞や遺伝子改変非ヒト動物の組織等との接触は、特に制限されないが、添加、トランスフェクション、ウィルスベクターによる導入等である。   The contact of the test substance with the cell to induce differentiation or the tissue of the genetically modified non-human animal is not particularly limited, but includes addition, transfection, introduction with a viral vector, and the like.

Mkxの発現量及び/又はMkxをコードする塩基配列に対するmRNAの転写量、レポーター遺伝子の発現の上昇又は低下の測定は、常法に基づく、例えばノーザンブロット法、リアルタイムPCR、RT−PCR、ウエスタンブロット法、免疫学的手法、 等である。   The expression level of Mkx and / or the amount of mRNA transcription with respect to the base sequence encoding Mkx and the measurement of the increase or decrease in the expression of the reporter gene are based on conventional methods, for example, Northern blotting, real-time PCR, RT-PCR, Western blot Law, immunological techniques, etc.

以下に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕(分化誘導剤の作製と評価)
Mkxタンパク質をコードする核酸を含む発現ベクターからなる分化誘導剤を、C3H10T1/2マウス線維芽細胞に導入してMkxを過剰発現させることにより、分化誘導剤の効果を調べた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[Example 1] (Production and evaluation of differentiation inducer)
A differentiation inducer comprising an expression vector containing a nucleic acid encoding Mkx protein was introduced into C3H10T1 / 2 mouse fibroblasts to overexpress Mkx, thereby examining the effect of the differentiation inducer.

まず、マウスMkx遺伝子(NCBIアクセッション番号NM_177595)の全タンパク質コード領域をp3XFLAG−CMVTM−7.1ベクター(SIGMA社)に組み込むことにより、FLAG−Mkx発現ベクターを作製した。また、FLAG−Mkx遺伝子を組み込まない空ベクターを陰性対照として用いた。 First, a FLAG-Mkx expression vector was prepared by incorporating the entire protein coding region of the mouse Mkx gene (NCBI accession number NM — 177595) into the p3XFLAG-CMV -7.1 vector (SIGMA). An empty vector that does not incorporate the FLAG-Mkx gene was used as a negative control.

C3H10T1/2細胞(ATDCから入手)を、10%FBSを含むDMEM培地で培養した。6ウエルプレートにて培養した50%コンフルエントのC3H10T1/2細胞に、トランスフェクション試薬(製品名、FugeneHD、Roche社)10μl、及び上記FLAG−Mkx発現ベクター又は空ベクター1μgをトランスフェクションした。   C3H10T1 / 2 cells (obtained from ATDC) were cultured in DMEM medium containing 10% FBS. 50% confluent C3H10T1 / 2 cells cultured in a 6-well plate were transfected with 10 μl of a transfection reagent (product name, FugeneHD, Roche) and 1 μg of the FLAG-Mkx expression vector or empty vector.

48時間培養後、細胞を回収した。RIPAバッファー(50mM Tris−HCl, 150mM NaCl,0.5%DOC,0.1%SDS,1%NP40;pH 8.0)で細胞を溶解して、C3H10T1/2細胞中の全可溶型タンパク質を取得し、以下のウエスタンブロット解析に供した。   Cells were harvested after 48 hours of culture. Total soluble protein in C3H10T1 / 2 cells by lysing cells with RIPA buffer (50 mM Tris-HCl, 150 mM NaCl, 0.5% DOC, 0.1% SDS, 1% NP40; pH 8.0) Were obtained and subjected to the following Western blot analysis.

取得した全可溶型タンパク質をSDS−PAGEにより分離し、PVDF膜にセミドライ法でブロットした。メンブレンをブロッキング剤(製品名Blocking One、Nacalai Tesque社)にて30分間ブロッキングし、抗I型コラーゲン抗体又は抗β−アクチン抗体と共に4℃、一晩インキュベートした。   The obtained total soluble protein was separated by SDS-PAGE and blotted on a PVDF membrane by a semi-dry method. The membrane was blocked with a blocking agent (product name: Blocking One, Nacalai Tesque) for 30 minutes and incubated with anti-type I collagen antibody or anti-β-actin antibody at 4 ° C. overnight.

洗浄後、西洋ワサビペルオキダーゼ(HRP)標識抗ウサギイムノグロブリンG(IgG)抗体(A6154,SIGMA社)、又はHRP標識抗マウスIgG抗体(A2304,SIGMA社)と共に1時間インキュベートした。抗原−抗体の発色には、化学発光試薬(製品名Chemi−Lumi One、ナカライテスク社)を用いた。   After washing, it was incubated with horseradish peroxidase (HRP) -labeled anti-rabbit immunoglobulin G (IgG) antibody (A6154, SIGMA) or HRP-labeled anti-mouse IgG antibody (A2304, SIGMA) for 1 hour. For the color development of the antigen-antibody, a chemiluminescent reagent (product name Chemi-Lumi One, Nacalai Tesque) was used.

図4Dに、FLAG−Mkx発現ベクター又は空ベクターをトランスフェクションしたC3H10T1/2細胞のI型コラーゲン(Col1)、FLAG及びβ−actinのウエスタンブロットの結果を示す。図4Dに示すとおり、C3H10T1/2細胞内にMkxを過剰発現させると、I型コラーゲン量が増大した。   FIG. 4D shows the results of Western blotting of type I collagen (Col1), FLAG and β-actin of C3H10T1 / 2 cells transfected with the FLAG-Mkx expression vector or empty vector. As shown in FIG. 4D, when Mkx was overexpressed in C3H10T1 / 2 cells, the amount of type I collagen increased.

〔実施例2〕(Mkx変異マウスの作製と評価)
マウスの染色体上のMkx遺伝子を機能的に欠損させるために、図1Aに、胚性細胞での相同組み換えにおいてMkxの翻訳スタートからエキソン2の終わりまでをMkx遺伝子がVenus遺伝子とネオマイシン耐性遺伝子とのカセットで置き換わるようなターゲッティングベクターを設計した。
[Example 2] (Production and evaluation of Mkx mutant mice)
In order to functionally delete the Mkx gene on the mouse chromosome, FIG. 1A shows the relationship between the Mkx gene from the start of translation of Mkx to the end of exon in the homologous recombination in embryonic cells. A targeting vector was designed to replace the cassette.

図1Aのターゲッティングコンストラクトをもとに、C57BL/6ゲノムBACクローン(BACPAC Resource Center社)を鋳型にしたPCRを行うことによって、Mkx遺伝子の5‘及び3’側の隣接領域を増幅した。これらの相同組み換え領域を、Venus遺伝子とポジティブ選択用のネオマイシン耐性遺伝子とネガティブ選択用のジフテリアトキシンA(DT−A)遺伝子を含むpBluescript由来のベクターに組み込むことにより、ターゲッティングベクターを作製した。   Based on the targeting construct of FIG. 1A, PCR was performed using a C57BL / 6 genomic BAC clone (BACPAC Resource Center) as a template to amplify the 5 ′ and 3 ′ adjacent regions of the Mkx gene. A targeting vector was prepared by incorporating these homologous recombination regions into a vector derived from pBluescript containing a Venus gene, a neomycin resistance gene for positive selection, and a diphtheria toxin A (DT-A) gene for negative selection.

上記のターゲッティングベクターを制限酵素NotIで直鎖化し、TT2F胚性幹細胞へエレクトロポレーション法により導入した。ターゲッティングベクターの組み込まれたTT2F胚性幹細胞を、G418を含む培地で培養して、組換え胚性幹細胞クローンを分離した。   The above targeting vector was linearized with the restriction enzyme NotI and introduced into TT2F embryonic stem cells by electroporation. TT2F embryonic stem cells incorporating the targeting vector were cultured in a medium containing G418 to isolate recombinant embryonic stem cell clones.

適切に組み込まれた組換え胚性幹細胞クローンのスクリーニングを、5‘プローブ、3’プローブ及びneoプローブを用いたサザンブロット法により行った。   Screening for properly integrated recombinant embryonic stem cell clones was performed by Southern blotting using 5 'probe, 3' probe and neo probe.

図5Aに、サザンブロット解析のための、野生型(WT)及びターゲッティングされたアリル(TA)と各プローブの位置を示す。図5Bに、組換え胚性幹細胞のサザンブロットの結果を示す。図5Cに、野生型マウス及びMkx変異マウスのサザンブロットの結果を示す。   FIG. 5A shows the position of each probe for wild-type (WT) and targeted allele (TA) for Southern blot analysis. FIG. 5B shows the results of Southern blotting of recombinant embryonic stem cells. FIG. 5C shows the results of Southern blotting of wild type mice and Mkx mutant mice.

相同組み換えの確認された2つの胚性幹細胞クローンを8細胞期のマウス胚にインジェクションした。得られたキメラマウスをC57BL/6マウスと掛け合わせ、生殖細胞への伝達をゲノミックPCRにより確認した。LoxP配列に挟まれたネオマイシン耐性遺伝子カセットを、Meox−Creトランスジェニックマウスとの掛け合わせにより除去し、Creを介したネオマイシン耐性遺伝子除去の確認をゲノミックPCRにより行った。ジェノタイピングに使用したPCRプライマーの配列を表1に記載する。   Two embryonic stem cell clones confirmed to have homologous recombination were injected into 8-cell mouse embryos. The resulting chimeric mice were crossed with C57BL / 6 mice, and transmission to germ cells was confirmed by genomic PCR. The neomycin resistance gene cassette sandwiched between the LoxP sequences was removed by crossing with Meox-Cre transgenic mice, and the removal of the neomycin resistance gene via Cre was confirmed by genomic PCR. Table 1 shows the sequences of PCR primers used for genotyping.

図1Bに、野生型マウスとMkx変異マウスのプライマーa、b及びcを用いたゲノミックPCR結果を示す。   FIG. 1B shows the results of genomic PCR using primers a, b and c of wild type mice and Mkx mutant mice.

ターゲッティングベクターを用いて作製されたVenusノックインMkxヘテロマウスは、Mkxの発現が陽性であり、かつ、ノックインしたVenus遺伝子の発現もまた予想される。そこで、マウス胚の蛍光シグナルの観察を行った。Mkxプローブを用いたホールマウントin situハイブリダイゼーションを行った。   Venus knock-in Mkx hetero mice produced using the targeting vector are positive for Mkx expression, and expression of the knocked-in Venus gene is also expected. Therefore, the fluorescence signal of the mouse embryo was observed. Whole mount in situ hybridization was performed using the Mkx probe.

図1Cに、E13.5前肢(Forelimb)及び尾(Tail)における野生型マウスとMkxヘテロマウスの胚のMkxのホールマウントin situ ハイブリダイゼーションを示す。VenusノックインMkxヘテロマウスの前肢と尾では、Mkxの発現と同様の場所で、Venusの発現が観察された。   FIG. 1C shows Mkx whole mount in situ hybridization of wild type and Mkx heterozygous embryos in the E13.5 forelimb and tail. In the forelimb and tail of Venus knock-in Mkx hetero mice, Venus expression was observed at a location similar to that of Mkx.

Mkxヘテロマウス胚の免疫組織染色のために、E16.5マウス胚の尾を採取し、4%パラホルムアルデヒドに4℃で2時間固定した。組織を、凍結組織切片作製用包埋剤(製品名O.C.T.compound、Sakura Finetek社)に包埋し、液体窒素で直ちに凍結した。検体を10μmに薄切りし、その凍結切片を風乾後、Blocking One(Nacalai Tesque社)にて1時間ブロッキングした。その切片を抗ミオシン重鎖抗体(MF20,DSHB)と共に4℃、一晩インキュベートした。洗浄後、二次抗体蛍光試薬(製品名Molecular Probes Alexa 594)と共に1時間インキュベートした。   For immunohistochemical staining of Mkx heteromouse embryos, the tails of E16.5 mouse embryos were collected and fixed in 4% paraformaldehyde at 4 ° C. for 2 hours. The tissue was embedded in an embedding agent for frozen tissue section preparation (product name OCT compound, Sakura Finetec) and immediately frozen in liquid nitrogen. The specimen was sliced into 10 μm, and the frozen section was air-dried and then blocked with Blocking One (Nacalai Tesque) for 1 hour. The sections were incubated overnight at 4 ° C. with anti-myosin heavy chain antibody (MF20, DSHB). After washing, it was incubated with a secondary antibody fluorescent reagent (product name: Molecular Probes Alexa 594) for 1 hour.

図1Dに、E16.5のVenusノックインMkxへテロマウスの胚の尾における抗ミオシン重鎖抗体(MF20;red)を用いた免疫組織染色とVenus蛍光シグナルを観察した顕微鏡写真を示す。図中、○で囲んだ部分はMF20免疫組織染色(実際は赤色に呈色)を示し、それ以外はVenus蛍光シグナル(実際は緑色に呈色)を示す。VenusノックインMkxヘテロマウスの胚は、E16.5の尾において腱特異的なVenusの発現を示した。   FIG. 1D shows a micrograph observing immunohistochemical staining and anti-Venus fluorescence signal using anti-myosin heavy chain antibody (MF20; red) in the tail of an embryo of E16.5 Venus knock-in Mkx heteromouse. In the figure, the portion surrounded by a circle indicates MF20 immunohistochemical staining (actually colored in red), and the others indicate a Venus fluorescent signal (actually colored in green). Venus knock-in Mkx heteromouse embryos showed tendon-specific Venus expression in the E16.5 tail.

Mkxヘテロマウス胚の解析に加え、その成体マウスにおけるVenusの発現についても調査した。成体の腱でのMkxの発現は明らかではなかったので、成体の腱でのMkxの発現をRT−PCRにより調査した。図6Aに、野生型マウス(成体)の筋肉、アキレス腱及び尾腱におけるMkx及びGapdhのRT−PCR解析を示す。図6Aから、Mkxがアキレス腱及び尾腱で強く発現していることを確認した。   In addition to analysis of Mkx heteromouse embryos, the expression of Venus in the adult mice was also investigated. Since the expression of Mkx in the adult tendon was not clear, the expression of Mkx in the adult tendon was investigated by RT-PCR. FIG. 6A shows RT-PCR analysis of Mkx and Gapdh in muscle, Achilles tendon and tail tendon of wild type mice (adult). From FIG. 6A, it was confirmed that Mkx is strongly expressed in the Achilles tendon and the tail tendon.

図6Bに、Mkxヘテロマウス及び野生型マウスのアキレス腱(B−E)、尾腱(F−I)及び体幹の腱(J−M)におけるVenusの発現と外観写真を示す。図6Bから、MkxヘテロマウスにおけるVenusは、アキレス腱、尾腱及び体幹の腱において特異的発現を示した。   FIG. 6B shows Venus expression and appearance photographs in the Achilles tendon (BE), tail tendon (FI), and trunk tendon (JM) of Mkx hetero mice and wild type mice. From FIG. 6B, Venus in Mkx hetero mice showed specific expression in Achilles tendon, tail tendon and trunk tendon.

Mkx遺伝子の欠損を確認するために、Mkx変異マウスを用いたRT−PCRによる発現解析を行った。核酸抽出薬(製品名ISOGEN、Nippongene社)を用いて全RNAを分離した。分離した全RNAから、cDNA合成キット(製品名Ready−To−Go You−Prime First−Strand Beads、GE Healthcare社)を用いて逆転写し、そのcDNAを鋳型にDNAポリメラーゼ(製品名Go−Taq(登録商標)、Promega社)を用いてPCRした。プライマー配列を表2に示す。Gapdhは、mRNAのコントロールとして用いた。   In order to confirm the deficiency of the Mkx gene, expression analysis by RT-PCR using Mkx mutant mice was performed. Total RNA was isolated using a nucleic acid extractant (product name ISOGEN, Nippongene). From the isolated total RNA, reverse transcription was performed using a cDNA synthesis kit (product name Ready-To-Go You-Prime First-Strand Beads, GE Healthcare), and the cDNA was used as a template for DNA polymerase (product name Go-Taq (registered) (Trademark) and Promega). The primer sequences are shown in Table 2. Gapdh was used as mRNA control.

図1Eに、野生型マウスとMkx変異マウスのアキレス腱におけるMkx及びGapdhのRT−PCRの解析結果を示す。図1Eから、Mkxノックアウトマウス(成体)のアキレス腱において、Mkxの発現が完全に消失していることがわかった。   FIG. 1E shows the results of RT-PCR analysis of Mkx and Gapdh in the Achilles tendon of wild type mice and Mkx mutant mice. From FIG. 1E, it was found that the expression of Mkx was completely lost in the Achilles tendon of the Mkx knockout mouse (adult).

以上の結果から、Mkx変異マウス(VenusノックインMkxヘテロマウス及びMkxノックアウトマウス)は、Mkxの機能解析だけでなく、腱の生物学的解析やMkxの発現解析に有用であることが示された。   From the above results, it was shown that Mkx mutant mice (Venus knock-in Mkx hetero mice and Mkx knock-out mice) are useful not only for functional analysis of Mkx but also for biological analysis of tendons and expression analysis of Mkx.

〔実施例3〕(Mkxノックアウトマウスの作製と評価)
実施例2で作製したMkxヘテロマウス同士を掛け合わせることにより、Mkxノックアウトマウスを作製した。産まれた各遺伝子型の新生仔マウスの数と比を表3に示す。
[Example 3] (Production and evaluation of Mkx knockout mouse)
Mkx knockout mice were produced by crossing the Mkx hetero mice produced in Example 2. Table 3 shows the number and ratio of newborn mice of each genotype.

ヘテロマウス同士の掛け合わせによって産まれた206匹の新生仔マウスのジェノタイピングの結果は、メンデルの法則に従った。   The results of genotyping 206 newborn mice born by crossing heterozygous mice followed Mendel's law.

Mkxヘテロマウス及びMkxホモマウス(ノックアウトマウス)は、問題なく生存、生殖し、重量測定の結果も野生型マウスと変わらなかった(図7)。   Mkx heterozygous mice and Mkx homozygous mice (knockout mice) survived and reproduced without problems, and the results of weighing were the same as those of wild-type mice (FIG. 7).

Mkxヘテロマウスでは、腱の異常は見られなかった(図6B)。腱形成におけるMkxの役割を調査するために、Mkxノックアウトマウスで腱の異常が観察されるか否かを調べた。   No tendon abnormality was observed in the Mkx hetero mice (FIG. 6B). In order to investigate the role of Mkx in tendon formation, it was examined whether or not tendon abnormalities were observed in Mkx knockout mice.

図2Aに、野生型マウスにおいて、膝蓋腱(Aの矢印)、アキレス腱(Cの矢印、後肢(Eの矢印)、前肢の腱(Gの矢印)、尾腱(Iの矢印)、背中の腱(Kの矢印)及び広頸筋腱(Mの矢印)を観察した写真、並びにMkxノックアウトマウスにおいて、膝蓋腱(Bの矢印)、アキレス腱(Dの矢印、後肢(Fの矢印)、前肢の腱(Hの矢印)、尾腱(Jの矢印)、背中の腱(Lの矢印)及び広頸筋腱(Nの矢印)を観察した写真を示す。Mkxノックアウトマウスでは、膝蓋腱、アキレス腱、尾腱、四肢の腱、体幹の腱及び広頸筋腱が、野生型マウスに比べて低形成であり、白色が薄くなっていた。この腱の異常は、7日齢から8ヶ月齢までのMkxノックアウトマウスとネオマイシン耐性遺伝子を除去したマウス(図8)においても観察された。   FIG. 2A shows patella tendon (A arrow), Achilles tendon (C arrow, hind limb (E arrow), forelimb tendon (G arrow), tail tendon (I arrow), back tendon in wild type mouse. (K arrow) and cervical tendon tendon (M arrow), and Mkx knockout mice, patella tendon (B arrow), Achilles tendon (D arrow, hind limb (F arrow), forelimb tendon ( (H arrow), tail tendon (J arrow), back tendon (L arrow) and cervical tendon tendon (N arrow) are shown in Mkx knockout mice, patella tendon, Achilles tendon, tail tendon, Leg tendons, trunk tendons and cervical tendon tendons were hypoplastic and pale in white compared to wild-type mice, and tendon abnormalities were observed in Mkx knockout mice from 7 days to 8 months of age. And mice from which the neomycin resistance gene has been removed (FIG. 8) It has been police.

Mkxが欠損した腱の力学的特性を調べるために、筋腱ジャンクションから踵結節までの全腱を用いて引張試験を行った。張力の決定は、Gentleman E, et al. (2003) Mechanical characterization of collagen fibers and scaffolds for tissue engineering. Biomaterials 24(21):3805−3813で報告された方法に従って、単軸の材料テストシステム(Autograph AGS−G、島津社)を使用して行った。検体を、0.5 mm/secの重圧率で引張した。   In order to investigate the mechanical properties of tendons lacking Mkx, a tensile test was performed using all tendons from the muscle tendon junction to the fistula. Tension determination is described by Gentleman E, et al. (2003) Mechanical characterization of collagen fibers and scaffolds for tissue engineering. According to the method reported in Biomaterials 24 (21): 3805-3813, it was performed using a uniaxial material test system (Autograph AGS-G, Shimadzu). The specimen was pulled at a heavy pressure rate of 0.5 mm / sec.

それぞれの検体の最初の長さと断面積を、デジタルカリパスを使用して、H&E染色した切片の顕微鏡検査によって測定した。データ収集はTrapezium(登録商標、島津社)ソフトウェアを用いて行った。各検体の応力−歪み曲線は、load−displacementカーブから作られ、ヤング率はそれぞれの応力−歪み曲線と腱断面積から算出した。   The initial length and cross-sectional area of each specimen was measured by microscopic examination of H & E stained sections using a digital caliper. Data collection was performed using Trapeium (registered trademark, Shimadzu) software. The stress-strain curve of each specimen was created from a load-displacement curve, and the Young's modulus was calculated from each stress-strain curve and tendon cross-sectional area.

図2Bに、野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱の引張強度を示す。Mkxノックアウトマウスのアキレス腱は、引張強度が低く、機能低下が見受けられた。図2Cに、野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱のヤング率を示す。単位面積あたりの引張強度及び単位面積あたりの弾力性を示すヤング率の値は、野生型マウスとMkxノックアウトマウスでほぼ同程度であった。以上の結果から、Mkxノックアウトマウスのアキレス腱における引張強度の低下は、腱が細くなることに起因していることが示唆された。   FIG. 2B shows the tensile strength of the Achilles tendon of wild type mice and Mkx knockout mice. The Achilles tendon of the Mkx knockout mouse had a low tensile strength and a reduced function. FIG. 2C shows the Young's modulus of the Achilles tendon of wild type mice and Mkx knockout mice. The values of Young's modulus indicating the tensile strength per unit area and the elasticity per unit area were almost the same in the wild type mouse and the Mkx knockout mouse. From the above results, it was suggested that the decrease in the tensile strength in the Achilles tendon of the Mkx knockout mouse was due to the tendon becoming thinner.

Mkxノックアウトマウスの腱の異常をさらに詳細に調査するために、組織学的解析を行った。成体マウスの膝又は尾を採取し、4%パラホルムアルデヒドに4℃で一晩固定した。組織を、脱水後、パラフィン包埋し、薄切りし、ヘマトキシリン・エオシン(H&E)で染色した。   In order to investigate the tendon abnormalities of Mkx knockout mice in more detail, histological analysis was performed. Adult mouse knees or tails were collected and fixed overnight in 4% paraformaldehyde at 4 ° C. The tissue was dehydrated, embedded in paraffin, sliced and stained with hematoxylin and eosin (H & E).

図3Aに、3ヶ月齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスの膝蓋腱のH&E染色像を示す。H&E染色の結果、3ヶ月齢のMkxノックアウトマウスの膝蓋腱は、野生型マウスに比べて薄いことが分かった。   FIG. 3A shows H & E-stained images of the patella tendon of 3 month old wild type mice and Mkx knockout mice. As a result of H & E staining, it was found that the patellar tendon of the 3-month-old Mkx knockout mouse was thinner than that of the wild-type mouse.

図3Bに、7日齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスの膝蓋腱の厚さを示す。7日齢のノックアウトマウスにおいても、膝蓋腱が薄く、野生型マウスの腱の約半分の厚さになっていた(図3B)。   FIG. 3B shows the patella tendon thickness of 7-day-old wild type mice and Mkx knockout mice. Even in the 7-day-old knockout mice, the patella tendon was thin and about half the thickness of the wild-type mouse tendon (FIG. 3B).

図9に、野生型マウス及びMkxノックアウトマウスの膝十字靭帯のH&E染色像を示す。腱と同様の組成を持つ組織である靭帯の1つである膝十字靭帯においては、野生型マウスとMkxノックアウトマウスとの間に差は見られなかった。   FIG. 9 shows H & E-stained images of knee cruciate ligaments of wild type mice and Mkx knockout mice. In the knee cruciate ligament, which is one of the ligaments having a composition similar to that of the tendon, no difference was observed between the wild type mouse and the Mkx knockout mouse.

図3Cに、3ヶ月齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスの尾腱のH&E染色像を示す。Mkxノックアウトマウスの尾腱でも、腱線維束の径の縮小(図3Cの△矢頭)が見られた。   FIG. 3C shows H & E-stained images of tail tendons of 3 month-old wild-type mice and Mkx knockout mice. In the tail tendon of the Mkx knockout mouse, the diameter of the tendon fiber bundle was reduced (Δ arrow in FIG. 3C).

図3Dに、3ヶ月齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスの尾腱の細胞密度を示す。Mkxノックアウトマウスの尾腱では、細胞密度が高く、1つの尾腱線維束における細胞数は野生型マウスと同程度であった。このことから、Mkxノックアウト腱細胞は、機能的に不完全であることが示唆される。   FIG. 3D shows the cell density of the tail tendon of 3 month old wild type mice and Mkx knockout mice. In the tail tendon of the Mkx knockout mouse, the cell density was high, and the number of cells in one tail tendon fiber bundle was similar to that of the wild type mouse. This suggests that Mkx knockout tendon cells are functionally incomplete.

Mkxノックアウトマウスにおける腱の形成不全が胎生期においても観察されるか否かを調査するため、E18.5のMkx欠損胚の尾腱のアザン染色を行った。具体的には、尾を採取し、4%パラホルムアルデヒドに4℃で一晩固定した。組織を、脱水後、パラフィン包埋し、薄切りし、アゾカルミン−アニリンブルー(アザン)で染色した。   In order to investigate whether tendon dysplasia in Mkx knockout mice was observed even in embryonic period, Azan staining of tail tendon of E18.5 Mkx-deficient embryos was performed. Specifically, tails were collected and fixed overnight in 4% paraformaldehyde at 4 ° C. The tissue was dehydrated, embedded in paraffin, sliced, and stained with azocarmine-aniline blue (Azan).

図3Eに、E18.5の野生型マウスとMkxノックアウトマウスの胚の尾腱のアザン染色像を示す。図3Eからは、尾腱の大きさは、野生型マウスと違いが見られない。Mkxノックアウト胚では、コラーゲンを検出するアニリンブルーの染色の密度が低い(△矢頭部)ことが分かった。   FIG. 3E shows an Azan staining image of the tail tendon of embryos of E18.5 wild-type mice and Mkx knockout mice. From FIG. 3E, the size of the tail tendon is not different from that of the wild type mouse. In the Mkx knockout embryo, it was found that the density of aniline blue staining for detecting collagen was low (Δ arrow head).

Mkxノックアウトマウスの腱におけるコラーゲン原線維について解析するため、アキレス腱を電子顕微鏡で観察した。約1mmのアキレス腱断片を採取し、4%パラホルムアルデヒドと2.5%グルタルアルデヒドを含む0.1Mカコジル酸バッファーにて一晩固定した。0.1Mカコジル酸バッファー及び生理食塩水で洗浄し、エタノールにて脱水後、エポキシ樹脂に包埋して極薄切りにした。得られた切片を銅の格子上に置き、水性ウラニルアセテートとクエン酸鉛と対比させて、透過型電子顕微鏡(H−7100,日立社)にて観察した。 To analyze the collagen fibrils in the tendons of Mkx knockout mice, the Achilles tendons were observed with an electron microscope. An Achilles tendon fragment of about 1 mm 3 was collected and fixed overnight in 0.1 M cacodylate buffer containing 4% paraformaldehyde and 2.5% glutaraldehyde. It was washed with 0.1 M cacodylate buffer and physiological saline, dehydrated with ethanol, embedded in an epoxy resin and cut into ultrathin slices. The obtained slice was placed on a copper lattice, compared with aqueous uranyl acetate and lead citrate, and observed with a transmission electron microscope (H-7100, Hitachi).

図3Fに、野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱のコラーゲン原線維の電子顕微鏡観察像を示す。ノックアウトマウスの腱におけるコラーゲン原線維の径は、野生型マウスと比べて均一に小さいことが分かった。これらの結果から、Mkxノックアウトマウスの腱では、コラーゲンが減少していること、さらにはMkxが腱の分化に重要であることが示唆された。   FIG. 3F shows electron microscope observation images of collagen fibrils of the Achilles tendon of wild type mice and Mkx knockout mice. It was found that the diameter of collagen fibrils in the tendon of the knockout mouse was uniformly smaller than that of the wild type mouse. These results suggested that collagen was decreased in the tendons of Mkx knockout mice and that Mkx was important for tendon differentiation.

3ヶ月齢のMkxノックアウトマウスの尾腱の細胞密度(図3D)に示されるように、Mkxノックアウトマウスでは、腱の量が減少しているにもかかわらず、腱細胞の数は野生型マウスと変わらなかった。これは、Mkxノックアウト腱細胞において、細胞外基質の産生能が低下していることを示唆する。また、図3Eに示すE18.5のMkxノックアウトマウスの胚の尾腱のアザン染色像、並びに図3Fに示すMkxノックアウトマウスのアキレス腱のコラーゲン原線維の微細構造解析から、Mkxノックアウトマウスの腱ではコラーゲン産生能が減少していると考えられる。   As shown in the tail tendon cell density of the 3-month-old Mkx knockout mouse (FIG. 3D), the number of tendon cells in the Mkx knockout mouse is the same as that in the wild-type mouse, although the amount of tendon is decreased. It didn't change. This suggests that the ability to produce extracellular matrix is reduced in Mkx knockout tendon cells. Further, from the Azan staining image of the tail tendon of the embryo of E18.5 Mkx knockout mouse shown in FIG. 3E and the fine structure analysis of collagen fibrils of the Achilles tendon of Mkx knockout mouse shown in FIG. It is thought that productivity is decreasing.

Mkxノックアウトマウスの腱細胞のコラーゲン産生能を調査するため、8週齢の野生型マウス及びMkxノックアウトマウスの腱のコラーゲン量を測定した。コラーゲンの定量は、市販のコラーゲン定量キット(製品名Sircol Soluble Collagen Assay、Biocolor社)の説明書に従った。結果を図4Aに示す。ノックアウトマウスの腱のコラーゲン量は野生型マウスと比べて少ないことが分かった。   In order to investigate the collagen-producing ability of tendon cells of Mkx knockout mice, the amount of collagen in tendons of 8-week-old wild type mice and Mkx knockout mice was measured. The collagen was quantified according to the instructions of a commercially available collagen quantification kit (product name: Sircol Soluble Collagen Assay, Biocolor). The results are shown in FIG. 4A. It was found that the amount of collagen in the tendon of the knockout mouse was smaller than that in the wild type mouse.

図4Bに8週齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱のI型コラーゲン(Col1)とβ−actinのウエスタンブロット解析を示す。腱の細胞外基質の主要成分であるI型コラーゲンの発現量が示すように、Mkxノックアウトマウスでのタンパク質及びmRNAの両方とも減少していた。   FIG. 4B shows Western blot analysis of type A collagen (Col1) and β-actin in the Achilles tendon of 8-week-old wild type mice and Mkx knockout mice. Both protein and mRNA in Mkx knockout mice were decreased, as shown by the expression level of type I collagen, the major component of the tendon extracellular matrix.

8週齢の野生型マウスとMkxノックアウトマウスのアキレス腱のCol1a1、Col1a2及びScxのreal time PCRを、SYBR Green PCR Master Mix(Applied Biosystems社)を用いて行った。プライマー配列を表4に示す。Gapdhは、mRNAのコントロールとして用いた。   Col1a1, Col1a2 and Scx real time PCR of Achilles tendon of 8-week-old wild type mice and Mkx knockout mice was performed using SYBR Green PCR Master Mix (Applied Biosystems). The primer sequences are shown in Table 4. Gapdh was used as mRNA control.

delta−delta CT法により測定した相対発現量のグラフを図4Cに示す。図4Cでは、I型コラーゲンの発現を誘導することが示唆されている転写因子であるScxの発現は減少していなかった。これから、MkxノックアウトマウスにおけるI型コラーゲンの減少は、Scxの減少ではないことが示唆された。   FIG. 4C shows a graph of the relative expression level measured by the delta-delta CT method. In FIG. 4C, the expression of Scx, a transcription factor suggested to induce expression of type I collagen, was not reduced. This suggested that the decrease in type I collagen in Mkx knockout mice was not a decrease in Scx.

以上の結果から、Mkxは、腱細胞においてI型コラーゲンの発現を調節する重要な因子であることが実証された。   From the above results, it was demonstrated that Mkx is an important factor that regulates the expression of type I collagen in tendon cells.

Claims (2)

(A)Mkxタンパク質、
(B)前記Mkxタンパク質のアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸が欠失、置換、逆位、付加及び挿入からなる群から選ばれる少なくとも一種の変異を有し、かつ、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞におけるI型コラーゲンの産生を増強する活性を有する変異体、
(C)前記(A)又は(B)のタンパク質をコードする核酸、並びに、
(D)前記(C)の核酸を含む発現ベクター
の少なくとも一種を有効成分として含む、腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞におけるI型コラーゲンの産生を増強するコラーゲン産生増強剤。
(A) Mkx protein,
(B) In the amino acid sequence of the Mkx protein, one to several amino acids have at least one mutation selected from the group consisting of deletion, substitution, inversion, addition and insertion, and tendons and / or ligaments A mutant having an activity of enhancing the production of type I collagen in cells having the ability to differentiate into cells,
(C) a nucleic acid encoding the protein of (A) or (B), and
(D) A collagen production enhancer that enhances the production of type I collagen in cells capable of differentiating into tendon and / or ligament cells, comprising as an active ingredient at least one expression vector comprising the nucleic acid of (C).
(A1)Scxタンパク質、
(B1)前記Scxタンパク質のアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸が欠失、置換、逆位、付加及び挿入からなる群から選ばれる少なくとも一種の変異を有し、かつ、I型コラーゲンを誘導する活性を有する変異体、
(C1)前記(A1)又は(B1)のタンパク質をコードする核酸、並びに、
(D1)前記(C1)の核酸を含む発現ベクター、
の少なくとも一種を含む、請求項1に記載の腱及び/又は靭帯細胞への分化能を有する細胞におけるI型コラーゲンの産生を増強するコラーゲン産生増強剤。
(A1) Scx protein,
(B1) In the amino acid sequence of the Scx protein, one to several amino acids have at least one mutation selected from the group consisting of deletion, substitution, inversion, addition and insertion, and induce type I collagen A mutant having the activity of
(C1) a nucleic acid encoding the protein of (A1) or (B1), and
(D1) an expression vector comprising the nucleic acid of (C1),
The collagen production enhancer which enhances the production of type I collagen in cells having the ability to differentiate into tendon and / or ligament cells according to claim 1, comprising at least one of the above.
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