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JP6460646B2 - Screening method for skin barrier function promoter - Google Patents

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JP6460646B2
JP6460646B2 JP2014116066A JP2014116066A JP6460646B2 JP 6460646 B2 JP6460646 B2 JP 6460646B2 JP 2014116066 A JP2014116066 A JP 2014116066A JP 2014116066 A JP2014116066 A JP 2014116066A JP 6460646 B2 JP6460646 B2 JP 6460646B2
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Description

本発明は、皮膚バリア機能促進剤及び皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法、並びにアシルセラミドの製造方法に関する。    The present invention relates to a method for screening a skin barrier function promoter and a skin disease therapeutic agent, and a method for producing acylceramide.

皮膚は外部環境からの様々な刺激にさらされている。皮膚にはこれら外界からの刺激や異物、微生物の侵入を防ぎ、水分を保持して蒸散を防ぐ障壁機能(バリア機能)を有する。このバリア機能が低下すると、肌の水分が蒸発して乾燥を招き、外部刺激を受けやすくなるため、アトピー性皮膚炎をはじめとした皮膚疾患の原因となる。重篤な皮膚バリア機能障害は、魚鱗癬を引き起こし、水分多損失や感染症による早期死亡を引き起こす。   The skin is exposed to various stimuli from the external environment. The skin has a barrier function (barrier function) that prevents irritation from the outside, foreign substances, and microorganisms, and retains moisture to prevent transpiration. When this barrier function is lowered, the moisture of the skin evaporates, leading to dryness and being susceptible to external irritation, which causes skin diseases such as atopic dermatitis. Severe skin barrier dysfunction causes ichthyosis, leading to premature death due to water loss and infection.

皮膚の表皮は内側から順に基底層、有棘層、顆粒層、角質層の4層構造を持ち、皮膚バリア機能の大部分は最外層の角質層が担っている。特に脂質層と水層が交互に繰り返されたラメラ構造(短周期相が約6 nm、長周期層が約13 nmの多重層構造)を持つ「角質細胞間脂質」と呼ばれる特殊な構造が、皮膚内水分の蒸発を防ぐのに不可欠である。基底層で増殖した表皮ケラチノサイトは角質層に到達するまでに分化、脱核し、物理的・化学的に非常に安定な不溶性構造物である「周辺帯」を持ち、内部にケラチン・フィラグリン凝集産物が詰まった角化細胞となる。角化細胞をレンガに喩えると、その間をモルタルのように角質細胞間脂質が埋めることで強固な障壁を形成している(図1A)。   The epidermis of the skin has a four-layer structure of the basal layer, spiny layer, granule layer, and stratum corneum in order from the inside, and most of the skin barrier function is carried by the outermost stratum corneum. In particular, a special structure called “keratin intercellular lipid” having a lamellar structure (a multi-layer structure with a short-period phase of about 6 nm and a long-period layer of about 13 nm) in which a lipid layer and an aqueous layer are alternately repeated, It is essential to prevent evaporation of moisture in the skin. Epidermal keratinocytes proliferated in the basal layer differentiate and enucleate before reaching the stratum corneum, and have a "peripheral zone" that is a physically and chemically very stable insoluble structure, and keratin filaggrin aggregates inside It becomes keratinocytes clogged with. When keratinized cells are likened to bricks, a strong barrier is formed by filling the interstitial lipids like mortar (Fig. 1A).

この角層細胞間脂質は、有棘層と顆粒層の細胞で生合成された層板顆粒が、角層直下で細胞間に放出されて伸展し、ラメラ構造を形成して細胞間に広がったものである。角層細胞間脂質はセラミド、コレステロール、脂肪酸、リン脂質等から構成されるが、角質細胞間脂質のラメラ構造の形成には、多様なセラミド分子種の中で、アシルセラミドが最も重要である。   This stratum corneum intercellular lipid is a lamellar granule that is biosynthesized by cells in the spinous layer and granule layer. Is. The stratum corneum intercellular lipid is composed of ceramide, cholesterol, fatty acid, phospholipid, and the like, and acylceramide is the most important among various ceramide molecular species for the formation of a lamellar structure of stratum corneum lipid.

表皮に存在するアシルセラミドは、超極長鎖脂肪酸(炭素数28〜34)のω位にリノール酸(C18:2)がエステル結合した構造を持つ(図1C)。   Acylceramide present in the epidermis has a structure in which linoleic acid (C18: 2) is ester-bonded to the ω position of a very long chain fatty acid (28 to 34 carbon atoms) (FIG. 1C).

角化細胞は、インボルクリン、ロリクリン等の裏打ちタンパク質が架橋化して肥厚した角化不溶性膜(周辺帯)で被われる。さらに周辺帯の細胞間隙側に位置するグルタミン酸、グルタミン残基に、アシルセラミドが代謝されて生じるω-ヒドロキシセラミド(ω-OHセラミドともいう)が共有結合し、角質細胞外脂質該膜(cornified lipid-bound envelope (CLE))を形成することで、角化細胞と角質細胞間脂質を強固に結びつけて堅牢な構造を作る。   The keratinocytes are covered with a keratinized insoluble membrane (peripheral zone) in which a backing protein such as involucrin and loricrin is cross-linked and thickened. Furthermore, ω-hydroxyceramide (also referred to as ω-OH ceramide) produced by the metabolism of acylceramide is covalently bonded to glutamic acid and glutamine residues located on the intercellular space side of the peripheral zone, and the cornified extracellular lipid (cornified lipid) By forming a -bound envelope (CLE), the keratinocytes and stratum corneum lipids are tightly linked to create a robust structure.

したがって、皮膚に特有に存在するアシルセラミドは、角質細胞間脂質のラメラ構造およびCLEの存在によって実現される角質透過バリアの形成に不可欠な成分である(非特許文献1:Breiden B, Sandhoff K. The role of sphingolipid metabolism in cutaneous permeability barrier formation. Biochim Biophys Acta 1841:441-452, 2014)。   Therefore, the acylceramide that exists uniquely in the skin is an essential component for the formation of a stratum corneum permeation barrier realized by the lamellar structure of stratum corneum lipids and the presence of CLE (Non-patent Document 1: Breiden B, Sandhoff K. The role of sphingolipid metabolism in cutaneous permeability barrier formation. Biochim Biophys Acta 1841: 441-452, 2014).

皮膚に存在するアシルセラミドは、公知の他のセラミド類と比べて特有の構造と機能を有している。炭素数18〜42の極超長鎖脂肪酸のω位にエステル結合を介してさらにリノール酸が結合した極めて長い鎖長の炭化水素鎖を持つため、アシルセラミドは「分子リベット」として作用し、角質細胞間脂質の2つ以上の脂質層をお互いに連結し、その結果、水分や電解質の移動を制限することで、皮膚に特有のバリア機能を維持している。   The acyl ceramide present in the skin has a unique structure and function as compared with other known ceramides. Acylceramide acts as a “molecular rivet” because it has a very long hydrocarbon chain in which linoleic acid is further bonded via an ester bond at the ω position of a very long chain fatty acid having 18 to 42 carbon atoms. Two or more lipid layers of intercellular lipids are connected to each other, and as a result, the movement of moisture and electrolytes is restricted to maintain a barrier function peculiar to the skin.


角質細胞間に分泌されたアシルセラミドは、ω位で加水分解されてリノール酸が外れた後、周辺帯を構成するタンパク質のグルタミン酸残基やグルタミン残基とエステル結合するω-ヒドロキシセラミドとなる。さらに酸性セラミダーゼにより加水分解されてスフィンゴシン骨格が遊離すると、ω位でエステル結合したω-ヒドロキシ極超長鎖脂肪酸となる。これらの周辺帯とエステル結合で共有結合したω-OHセラミドとω-OH脂肪酸は角化細胞表面でCLEを構成し、角化細胞と角質細胞間脂質を強固に結合する。

Acylceramide secreted between the corneocytes is hydrolyzed at the ω position to release linoleic acid, and then becomes a glutamic acid residue of the protein constituting the peripheral zone or ω-hydroxyceramide that forms an ester bond with a glutamine residue. Furthermore, when it is hydrolyzed by acid ceramidase and the sphingosine skeleton is liberated, it becomes ω-hydroxy very long chain fatty acid ester-linked at the ω position. Ω-OH ceramide and ω-OH fatty acid covalently bonded to these peripheral bands by ester bonds constitute CLE on the keratinocyte surface, and strongly bind keratinocytes and interkeratin lipids.

必須脂肪酸を欠乏した餌を長期間与えた必須脂肪酸欠乏動物では、角層内の他のセラミド類は量的にはほとんど異常が無いにもかかわらず、水分蒸散量が増加して皮膚バリア機能が低下しており、角質剥離、皮膚の乾燥と肥厚などを生じ、皮膚(や毛髪)を健康に保てなくなることが知られている。セラミド組成の詳細な解析より、ω-O-アシルセラミドのω位にエステル結合するリノール酸のほとんどがオレイン酸に変化していることが発見された(非特許文献2:Wertz PW, Downig DT: Glysolipids in mammalian epidermis; Structure and function of the water barrier. Science 21, 1261-1262, 1982)。すなわち、必須脂肪酸の1つであるリノール酸が不足すると、アシルセラミドのω位のアシル部位がリノール酸からオレイン酸に置き換わるが、そのようなアシルセラミドでは皮膚バリア機能を発揮できないことを示唆する。したがって、リノール酸がω位にエステル結合したアシルセラミドは、皮膚バリア機能において他のセラミド類によって置き換え不可能な重要な役割を担うと考えられる。   In essential fatty acid-deficient animals that have been fed diets lacking essential fatty acids for a long time, other ceramides in the stratum corneum have almost no quantitative abnormalities, but the amount of water transpiration increases and the skin barrier function is increased. It is known that the skin (and hair) can no longer be kept healthy due to a decrease in the skin, resulting in exfoliation, dryness and thickening of the skin. From the detailed analysis of the ceramide composition, it was discovered that most of the linoleic acid ester-bonded to the ω-position of ω-O-acylceramide was changed to oleic acid (Non-Patent Document 2: Wertz PW, Downig DT: Glysolipids in mammalian epidermis; Structure and function of the water barrier. Science 21, 1261-1262, 1982). That is, when linoleic acid, which is one of the essential fatty acids, is insufficient, the acyl moiety at the ω position of acylceramide is replaced from linoleic acid to oleic acid, suggesting that such an acylceramide cannot exert a skin barrier function. Therefore, it is considered that acyl ceramides in which linoleic acid is ester-bonded at the ω position play an important role that cannot be replaced by other ceramides in the skin barrier function.

表皮のセラミドには構成成分であるスフィンゴシン骨格と脂肪酸の構造の組み合わせにより、少なくともセラミド1〜12のタイプが存在する。スフィンゴイド塩基としては、例えば、スフィンゴシン(D-erythro-dihydrosphingosine、SPH)、ジヒドロスフィンゴシン(D-erythro-dihydrosphingosine、 DHS)、フィトスフィンゴシン(phytosphigosine、PHS) の三種類を挙げることができる。多様なセラミド分子種のうち、セラミド1, 4, 9, 12あるいはEOS、EOH、EOP、EOdSは皮膚の角質層に存在するアシルセラミド成分である。存在比率としては、EOS、EOH、EOP、EOdSの順に多い。   There are at least types of ceramides 1 to 12 depending on the combination of the sphingosine skeleton, which is a constituent, and the structure of a fatty acid. Examples of sphingoid bases include three types: sphingosine (D-erythro-dihydrosphingosine, SPH), dihydrosphingosine (D-erythro-dihydrosphingosine, DHS), and phytosphigosine (PHS). Among various ceramide molecular species, ceramide 1, 4, 9, 12 or EOS, EOH, EOP, EODS are acylceramide components present in the stratum corneum of skin. The existence ratio is in the order of EOS, EOH, EOP, EODS.

上記に示したように、セラミドは皮膚の重要な構成成分であり、皮膚バリア機能に大きな寄与をしていると言われている。この為、化粧料などの皮膚外用剤にセラミドを配合し、皮膚に投与することは、セラミドの減少により皮膚バリア機能の低下した皮膚の、皮膚バリア機能の向上に有効であり、水分の喪失を回復し、しわ防止効果を発揮することが分かっている。さらにセラミドは皮膚疾患の医薬品として、例えばアトピー性湿疹の治療用にも使用される。アトピー性皮膚炎患者の皮診部及び無疹部角層中のセラミド量は健常者に比べ顕著に減少していることが判明しており、セラミド種のなかでもバリア機能に関連の深いアシルセラミドが最も減少していることが、アトピー性皮膚炎患者皮膚での水分保持やバリア機能の低下の原因とされている(非特許文献3:Imokawa G. et al. A decrease level of ceramides in stratum corneum of atopic dermatitis: An etiologic factor in atopic dry skin? J Invest Dermatol, 96, 523-526, 1991)。   As indicated above, ceramide is an important component of the skin and is said to contribute greatly to the skin barrier function. For this reason, blending ceramide into a topical skin preparation such as cosmetics and administering it to the skin is effective in improving the skin barrier function of the skin whose skin barrier function has been reduced due to the decrease in ceramide, and reduces water loss. It has been shown to recover and exert a wrinkle prevention effect. Furthermore, ceramide is used as a pharmaceutical for skin diseases, for example, for the treatment of atopic eczema. It has been found that the amount of ceramide in the corneum of the skin examination area and the non-rash area of atopic dermatitis patients is significantly reduced compared with that in healthy subjects, and among the ceramide species, acylceramides that are deeply related to barrier function Is the cause of the decrease in water retention and barrier function in the skin of patients with atopic dermatitis (Non-patent Document 3: Imokawa G. et al. A decrease level of ceramides in stratum corneum of atopic dermatitis: An etiologic factor in atopic dry skin? J Invest Dermatol, 96, 523-526, 1991).


J Invest Dermatol. 96:523-526, 1991(非特許文献4)、Arch Dermatol Res. 283:219-223,1991(非特許文献5)は、「アトピー性皮膚炎や老人性乾皮症におけるセラミド量の減少」について、J Dermatol Sci. 1:79-83, 1990(非特許文献6)、Acta Derm Venereol. 74:337-340, 1994(非特許文献7)は、「セラミド量の減少と脂質代謝酵素異常」について、Contact Dermatitis. 45:280-285, 2001(非特許文献8)、J Eur Acad Dermatol Venereol. 16:587-594, 2002(非特許文献9)は、「セラミドによるバリア機能の回復」について開示している。

J Invest Dermatol. 96: 523-526, 1991 (Non-Patent Document 4) and Arch Dermatol Res. 283: 219-223,1991 (Non-Patent Document 5) are “ceramides in atopic dermatitis and senile xeroderma” Regarding the “decrease in the amount”, J Dermatol Sci. 1: 79-83, 1990 (Non-patent document 6) and Acta Derm Venereol. 74: 337-340, 1994 (Non-patent document 7) described “Decrease in ceramide amount and lipids”. Regarding “metabolic enzyme abnormalities”, Contact Dermatitis. 45: 280-285, 2001 (Non-Patent Document 8) and J Eur Acad Dermatol Venereol. 16: 587-594, 2002 (Non-Patent Document 9) "Recovery" is disclosed.

肌荒れを予防または治癒する検討もなされている。荒れ肌とは、一般に角質細胞の剥離現象が認められる乾燥状態の皮膚をいう。このような荒れ肌はコレステロール、セラミド、脂肪酸等の角質細胞間脂質の溶出、および紫外線、洗剤等に起因する角質細胞の変性や表皮細胞の増殖・角化バランスの崩壊による角層透過バリアの形成不全等によって発生する。この荒れ肌を予防または治癒する目的で、角質細胞間脂質成分又はそれに類似する合成の角質細胞間脂質を供給するなどの検討が行われている。   Studies have also been made to prevent or cure rough skin. Rough skin refers to dry skin in which exfoliation of keratinocytes is generally observed. Such rough skin is caused by elution of interstitial lipids such as cholesterol, ceramide, fatty acids, etc., and formation of a stratum corneum permeation barrier due to degeneration of keratinocytes caused by ultraviolet rays, detergents, etc., and disruption of proliferation / keratinization balance of epidermal cells. Etc. For the purpose of preventing or healing this rough skin, studies have been made on supplying a keratinocyte lipid component or a synthetic keratinocyte lipid similar thereto.

近年では、皮膚バリア機能の低下や肌の乾燥を伴う皮膚疾患に対する治療薬あるいは化粧品・美容健康食品の素材として注目されている。実際、化粧品、食品・サプリメント等として、セラミドを配合した多くの製品が既に市販されており、セラミド原料市場規模は拡大傾向が続いている。   In recent years, it has been attracting attention as a therapeutic agent for skin diseases associated with reduced skin barrier function and dry skin, or as a material for cosmetics and beauty health foods. In fact, many products containing ceramide are already on the market as cosmetics, foods and supplements, etc., and the scale of the ceramide raw material market continues to expand.

現在、化粧料や皮膚外用剤に配合されているセラミド類としては、公知のセラミド類(天然セラミド 、合成セラミド 、合成擬似セラミドが使用されている。市販されているセラミドとしては、例えば、コスモフェルム社(オランダ)製の「Ceramide 1」(セラミド1)、「Ceramide 2」(セラミド2)、コスモフェルム社およびエヴォニック社()の「Ceramide III」(セラミド3)、「Ceramide IIIB」(セラミド3)、「Ceramide VI」(セラミド6)及び高砂香料工業株式会社製の「Ceramide TTI−001」(セラミド2)、CERAMIDE II(Quest International社)、DS-Ceramide VI、DS-CLA-Phytoceramide、C6-Phytoceramide、DS-ceramide Y3S(DOOSAN社)、CERAMIDE2(セダーマ社)等が挙げられる。   Currently, known ceramides (natural ceramides, synthetic ceramides, synthetic pseudo-ceramides are used as ceramides blended in cosmetics and skin external preparations. Examples of commercially available ceramides include cosmoferm. "Ceramide 1" (ceramide 1), "Ceramide 2" (ceramide 2), "Ceramide III" (ceramide 3), "Ceramide IIIB" (ceramide 3) from Cosmoferm and Evonik () , “Ceramide VI” (Ceramide 6) and “Ceramide TTI-001” (Ceramide 2), CERAMIDE II (Quest International), DS-Ceramide VI, DS-CLA-Phytoceramide, C6-Phytoceramide, manufactured by Takasago International Corporation DS-ceramide Y3S (DOOSAN), CERAMIDE2 (Cedera), and the like.

コスモフェルム社製の「Ceramide 1」(セラミド1)は、ステアロイルオキシヘプタコサノイルフィトスフィンゴシンであり、セラミド1そのものではなく、セラミド1のアナログ、すなわち疑似セラミドであってアシルセラミドではない。セラミド1のスフィンゴシン骨格がフィトスフィンゴシンで置換されており(従って、より正確にはセラミド9のアナログである)、脂肪酸ω位に脂肪酸がエステル結合しておらず、代わりにエーテル結合でステアリン酸が結合している。このセラミド1アナログは有機合成によって得られる物質であり、天然には存在しない。より重要な点として、アシルセラミドとは異なった構造特性を持つため、アシルセラミドと同様に代謝され得ず、従って、CLEとして角質細胞間脂質と角化細胞を結合させる機能を持ち得ない。したがって、皮膚バリア機能の促進効果は限定的と考えられる。   “Ceramide 1” (ceramide 1) manufactured by Cosmoferm is stearoyloxyheptacosanoylphytosphingosine, not ceramide 1 itself, but an analog of ceramide 1, that is, pseudo-ceramide and not acylceramide. The sphingosine skeleton of ceramide 1 is replaced with phytosphingosine (thus more precisely an analogue of ceramide 9), and the fatty acid is not ester-bonded at the ω position, but instead stearic acid is bound by an ether bond. doing. This ceramide 1 analog is a substance obtained by organic synthesis and does not exist in nature. More importantly, since it has structural characteristics different from acylceramide, it cannot be metabolized in the same manner as acylceramide. Therefore, it cannot function as a CLE to bind keratinocyte lipids and keratinocytes. Therefore, the effect of promoting the skin barrier function is considered to be limited.

セラミドの原料としては、これまで牛などの動物由来のものが使われていたが、感染症の問題が指摘され、現在では米、小麦、大豆や芋などの植物性セラミドが主流である。最近の基礎的研究(J. Clin. Invest. 112:1372-1382, 2003(非特許文献10)により、セラミドの構造が皮膚の保湿・バリア能に極めて重要であることが明らかとなり、ヒトのセラミドと構造が異なる植物性セラミドが機能性の高い脂質であるかどうか疑問が残る。しかも動植物に存在するセラミドは微量で抽出・精製が困難であり、生産性が悪い上コストが高いことから、それらを克服することが可能な新しい生産技術の開発が強く望まれている。   So far, ceramides have been derived from animals such as cattle, but problems with infectious diseases have been pointed out, and plant ceramides such as rice, wheat, soybeans and straw are the mainstream. Recent basic research (J. Clin. Invest. 112: 1372-1382, 2003 (Non-Patent Document 10)) has revealed that the structure of ceramide is extremely important for the skin moisturizing and barrier functions. The question remains whether plant ceramides with different structures are highly functional lipids, and ceramides present in animals and plants are difficult to extract and purify in minute amounts, and are poor in productivity and high in cost. Development of new production technology that can overcome this is strongly desired.


現在、化粧料や皮膚外用剤の配合に使用されているセラミドの多くはセラミド2(NSまたは単にセラミドとも呼ぶ)である。セラミド2はω-OHセラミド(ω-ヒドロキシセラミド)の前駆体であり、上述のように、皮膚バリア機能の回復や増強にはアシルセラミドの存在が不可欠であるため、単にセラミド類を投与するだけでは不十分で、投与されたセラミド2がω-OHセラミドを経て、角質細胞間脂質やCLEの最重要成分であるアシルセラミドに効率的に代謝されることが必要である。

Currently, most of ceramides used for blending cosmetics and skin external preparations are ceramide 2 (also referred to as NS or simply ceramide). Ceramide 2 is a precursor of ω-OH ceramide (ω-hydroxyceramide), and as described above, the presence of acylceramide is indispensable for the recovery and enhancement of skin barrier function, so ceramides are simply administered. However, it is necessary that the administered ceramide 2 is efficiently metabolized via ω-OH ceramide to the keratinocyte lipid and acylceramide which is the most important component of CLE.

皮膚のセラミド代謝経路を構成する酵素やトランスポーターが数多く報告されている(図1B)。興味深いことに、皮膚特有のセラミド代謝経路に関わる分子の変異や欠損の多くが魚鱗癬を引き起こす。セラミド代謝に関わる分子でまだ分子実体が明らかになってないものがいくつか存在するが、特に角質細胞間脂質の層構造やCLEの形成に最も重要と考えられるアシルセラミド(ω-O-アシルセラミド)の合成酵素はこれまで同定されていなかった。ω-OHセラミドは、セラミドにチトクロームP450 4F(CYP4F22)を作用させることで酵素的に合成できることが報告されている(非特許文献11:Ohno Y, Ohkuni A., Kamiyama N., Kihara A; The cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22 catalyzes ω-hydroxylation of ultra long-chain-containing ceramides in the epidermis. FASEB Summer Research conferences (Lysophospholipid and Other Related Mediators - From Bench to Clinic), Niseko, 2013. 8. 5-6.,非特許文献12:Ohno Y, Ohkuni A, Kamiyama N, Kihara A; Epidermal-specific ω-hydroxylated ceramide is synthesized by the cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22. 第11回未来創薬・医療イノベーション拠点形成国際シンポジウム, 札幌, 2013. 8. 2.)。また、MATREYA社(米国、ペンシルバニア州)から、極超長鎖脂肪酸(炭素数30)を含むω-OHセラミド(ω-ヒドロキシトリアコンタノイル-スフィンゴシン、N-ω-Hydroxytriacontanoyl-D-erythro-sphingosine)を入手可能である。したがって、ω-OHセラミドのω位に脂肪酸、より望ましくはリノール酸を転移する活性を持つ、アシルセラミド合成酵素を同定して利用することで、アシルセラミドの工業的な大量生産が実現可能となる。   Many enzymes and transporters that make up the ceramide metabolic pathway of the skin have been reported (Fig. 1B). Interestingly, many of the molecular mutations and defects involved in the skin-specific ceramide metabolic pathway cause ichthyosis. There are some ceramide metabolism molecules whose molecular entities have not yet been clarified, but acyl ceramides (ω-O-acyl ceramides), which are considered to be most important for layered stratum corneum lipids and CLE formation, are known. ) Has not been identified. It has been reported that ω-OH ceramide can be synthesized enzymatically by allowing cytochrome P450 4F (CYP4F22) to act on ceramide (Non-patent Document 11: Ohno Y, Ohkuni A., Kamiyama N., Kihara A; The cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22 catalyzes ω-hydroxylation of ultra long-chain-containing ceramides in the epidermis.FASEB Summer Research conferences (Lysophospholipid and Other Related Mediators-From Bench to Clinic), Niseko, 2013. 8. 5-6. Non-Patent Document 12: Ohno Y, Ohkuni A, Kamiyama N, Kihara A; Epidermal-specific ω-hydroxylated ceramide is synthesized by the cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22. 11th International Symposium on Future Drug Discovery and Medical Innovation, Sapporo , 2013. 8. 2.). In addition, from MATREYA (Pennsylvania, USA), ω-OH ceramide (ω-hydroxytriacontanoyl-sphingosine, N-ω-Hydroxytriacontanoyl-D-erythro-sphingosine) containing very long chain fatty acids (30 carbon atoms) Is available. Therefore, by identifying and using an acylceramide synthase that has the activity of transferring fatty acids, more preferably linoleic acid, to the ω-position of ω-OH ceramide, industrial mass production of acylceramide can be realized. .


Ca2+非依存性ホスホリパーゼA2/PNPLA (Patatin-like phospholipaseまたはPatain-like phospholipase domain containing)ファミリーに属するPNPLA1の遺伝子変異によって、ヒトとイヌにおいて魚鱗癬を発症することが報告されたが(非特許文献3)、この分子の生理機能や変異による魚鱗癬発症のメカニズムは不明であった。PNPLAファミリーには9種の分子種が存在し、patatinドメインと呼ばれる触媒ドメインを共通に持つことが特徴である(図2、非特許文献13)。このファミリーに属する分子は、様々な脂質の代謝、例えばリン脂質、リゾリン脂質、トリグリセリド、レチノイドエステルの加水分解や、レチノール、リゾホスファチジン酸への脂肪酸転移反応に関与することが報告されている。

It has been reported that PNPLA1 gene belonging to the Ca 2+ -independent phospholipase A 2 / PNPLA (Patatin-like phospholipase or Pattain-like phospholipase domain containing) family causes ichthyosis in humans and dogs (non- Patent Document 3), the mechanism of ichthyosis development due to the physiological function and mutation of this molecule was unknown. There are nine molecular species in the PNPLA family, which are characterized by having a common catalytic domain called a patatin domain (FIG. 2, Non-Patent Document 13). Molecules belonging to this family have been reported to be involved in various lipid metabolisms such as hydrolysis of phospholipids, lysophospholipids, triglycerides and retinoid esters, and fatty acid transfer reactions to retinol and lysophosphatidic acid.

ヒトのPNPLA1遺伝子は、NCBI Reference Sequence: NM_173676.2にその塩基配列とそれにコードされるタンパク質アミノ酸配列が記載され、またマウスのPnpla1遺伝子はNCBI Reference Sequence:NM_001034885.3に記載されている。   The human PNPLA1 gene has its nucleotide sequence described in NCBI Reference Sequence: NM_173676.2 and the protein amino acid sequence encoded thereby, and the mouse Pnpla1 gene is described in NCBI Reference Sequence: NM_001034885.3.

Breiden B, Sandhoff K. The role of sphingolipid metabolism in cutaneous permeability barrier formation. Biochim Biophys Acta 1841:441-452, 2014Breiden B, Sandhoff K. The role of sphingolipid metabolism in cutaneous permeability barrier formation. Biochim Biophys Acta 1841: 441-452, 2014 Wertz PW, Downig DT: Glysolipids in mammalian epidermis; Structure and function of the water barrier. Science 21, 1261-1262, 1982Wertz PW, Downig DT: Glysolipids in mammalian epidermis; Structure and function of the water barrier.Science 21, 1261-1262, 1982 Imokawa G. et al. A decrease level of ceramides in stratum corneum of atopic dermatitis: An etiologic factor in atopic dry skin? J Invest Dermatol, 96, 523-526, 1991Imokawa G. et al. A decrease level of ceramides in stratum corneum of atopic dermatitis: An etiologic factor in atopic dry skin? J Invest Dermatol, 96, 523-526, 1991 J Invest Dermatol. 96:523-526, 1991J Invest Dermatol. 96: 523-526, 1991 Arch Dermatol Res. 283:219-223,1991Arch Dermatol Res. 283: 219-223,1991 J Dermatol Sci. 1:79-83, 1990J Dermatol Sci. 1: 79-83, 1990 Acta Derm Venereol. 74:337-340, 1994Acta Derm Venereol. 74: 337-340, 1994 Contact Dermatitis. 45:280-285, 2001Contact Dermatitis. 45: 280-285, 2001 J Eur Acad Dermatol Venereol. 16:587-594, 2002J Eur Acad Dermatol Venereol. 16: 587-594, 2002 J. Clin. Invest. 112:1372-1382, 2003J. Clin. Invest. 112: 1372-1382, 2003 Ohno Y, Ohkuni A., Kamiyama N., Kihara A; The cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22 catalyzes ω-hydroxylation of ultra long-chain-containing ceramides in the epidermis. FASEB Summer Research conferences (Lysophospholipid and Other Related Mediators - From Bench to Clinic), Niseko, 2013. 8. 5-6.Ohno Y, Ohkuni A., Kamiyama N., Kihara A; The cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22 catalyzes ω-hydroxylation of ultra long-chain-containing ceramides in the epidermis.FASEB Summer Research conferences (Lysophospholipid and Other Related Mediators-From Bench to Clinic), Niseko, 2013. 8. 5-6. Ohno Y, Ohkuni A, Kamiyama N, Kihara A; Epidermal-specific ω-hydroxylated ceramide is synthesized by the cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22. 第11回未来創薬・医療イノベーション拠点形成国際シンポジウム, 札幌, 2013. 8. 2.Ohno Y, Ohkuni A, Kamiyama N, Kihara A; Epidermal-specific ω-hydroxylated ceramide is synthesized by the cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22. 11th International Symposium on Future Drug Discovery and Medical Innovation, Sapporo, 2013. 8. 2. Feingold KR, Jiang YJ. The mechanisms by which lipids coordinately regulate the formation of the protein and lipid domains of the stratum corneum: Role of fatty acids, oxysterols, cholesterol sulfate and ceramides as signaling molecules. Dermatoendocrinol 3:113-118, 2011Feingold KR, Jiang YJ. The mechanisms by which lipids coordinately regulate the formation of the protein and lipid domains of the stratum corneum: Role of fatty acids, oxysterols, cholesterol sulfate and ceramides as signaling molecules.Dermatoendocrinol 3: 113-118, 2011

本発明は、PNPLA1を利用した皮膚バリア機能促進剤及び皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法、並びにアシルセラミドの製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for screening a skin barrier function promoter and a skin disease therapeutic agent using PNPLA1, and a method for producing acylceramide.

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、PNPLA1がアシルセラミドの合成に関与していることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that PNPLA1 is involved in the synthesis of acylceramide, and has completed the present invention.

すなわち、本発明は以下の通りである。
(1)PNPLA1遺伝子が欠損した非ヒト動物に被検物質を投与し、当該被検物質投与後の前記非ヒト動物において皮膚バリア機能の促進効果が得られたときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する工程を含む、皮膚バリア機能促進剤のスクリーニング方法。
(2)PNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物に被検物質を投与し、当該被検物質投与後の前記非ヒト動物においてPNPLA1の発現量、又はω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドの量が増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する工程を含む、皮膚バリア機能促進剤のスクリーニング方法。
(3)PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後、ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドを検出し、得られる検出結果を指標として皮膚バリア機能の促進物質を選択する工程を含む、皮膚バリア機能促進剤のスクリーニング方法。
(4) ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する、(3)に記載の方法。
(5)PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後にPNPLA1の発現量、又はセラミド代謝関連遺伝子の発現量を測定し、得られる測定結果を指標として皮膚バリア機能の促進物質を選択する工程を含む、皮膚バリア機能促進剤のスクリーニング方法。
(6)PNPLA1の発現量が、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する、(5)に記載の方法。
(7)セラミド代謝関連遺伝子が、Elovl4、Lass3、Cyp4f39、Ugcg、Abca12、Gba、Abhd5、Aloxe3及びAlox12bからなる群から選ばれる少なくとも1つである(5)に記載の方法。
(8)セラミド代謝関連遺伝子の発現量が、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する、(7)に記載の方法。
(9)PNPLA1及びω-ヒドロキシセラミドを含む試料に被検物質を接触させた後にアシルセラミドを検出し、得られる検出結果を指標として皮膚バリア機能の促進物質を選択する工程を含む、皮膚バリア機能促進剤のスクリーニング方法。
(10)アシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の試料と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する、(9)に記載の方法。
(11)PNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子を搭載したマイクロアレイに被検物質を接触させた後にPNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子の発現を検出し、得られる検出結果を指標として皮膚バリア機能の促進物質を選択する工程を含む、皮膚バリア機能促進剤のスクリーニング方法。
(12)PNPLA1遺伝子の発現量が、被検物質を接触させない対照のマイクロアレイに搭載されたPNPLA1遺伝子と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する、(11)に記載の方法。
(13)セラミド代謝関連遺伝子が、Elovl4、Lass3、Cyp4f39、Ugcg、Abca12、Gba、Abhd5、Aloxe3及びAlox12bからなる群から選ばれる少なくとも1つである(11)に記載の方法。
(14)セラミド代謝関連遺伝子の発現量が、被検物質を接触させない対照のマイクロアレイに搭載されたセラミド代謝関連遺伝子と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する、(13)に記載の方法。
(15)PNPLA1遺伝子が欠損した非ヒト動物に被検物質を投与し、当該被検物質投与後の前記非ヒト動物において皮膚バリア機能の促進効果が得られたときは、当該被検物質を皮膚疾患治療薬として選択する工程を含む、皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。
(16)PNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物に被検物質を投与し、当該被検物質投与後の前記非ヒト動物においてPNPLA1の発現量、又はω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドの量が増加したときは、当該被検物質を皮膚疾患治療薬として選択する工程を含む、皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。
(17)PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後、ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドを検出し、得られる検出結果を指標として皮膚疾患治療物質を選択する工程を含む、皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。
(18)ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚疾患治療薬として選択する、(17)に記載の方法。
(19)PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後にPNPLA1の発現量、又はセラミド代謝関連遺伝子の発現量を測定し、得られる測定結果を指標として皮膚疾患治療物質を選択する工程を含む、皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。
(20)PNPLA1の発現量が、被検物質を接触させない対照の試料と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚疾患治療薬として選択する、(19)に記載の方法。
(21)セラミド代謝関連遺伝子が、Elovl4、Lass3、Cyp4f39、Ugcg、Abca12、Gba、Abhd5、Aloxe3及びAlox12bからなる群から選ばれる少なくとも1つである(19)に記載の方法。
(22)セラミド代謝関連遺伝子の発現量が、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する、(21)に記載の方法。
(23)PNPLA1及びω-ヒドロキシセラミドを含む試料に被検物質を接触させた後にω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドを検出し、得られる検出結果を指標として皮膚疾患治療物質を選択する工程を含む、皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。
(24)ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の試料と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚疾患治療薬として選択する、(23)に記載の方法。
(25)PNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子を搭載したマイクロアレイに被検物質を接触させた後にPNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子の発現を検出し、得られる検出結果を指標として皮膚疾患治療物質を選択する工程を含む、皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。
(26)PNPLA1遺伝子の発現量が、被検物質を接触させない対照のマイクロアレイに搭載されたPNPLA1遺伝子と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚疾患治療薬として選択する、(25)に記載の方法。
(27)セラミド代謝関連遺伝子が、Elovl4、Lass3、Cyp4f39、Ugcg、Abca12、Gba、Abhd5、Aloxe3及びAlox12bからなる群から選ばれる少なくとも1つである(25)に記載の方法。
(28)セラミド代謝関連遺伝子の発現量が、被検物質を接触させない対照のマイクロアレイに搭載されたセラミド代謝関連遺伝子と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する、(27)に記載の方法。
(29)皮膚疾患が魚鱗癬、アトピー性皮膚炎、乾癬、荒れ肌、乾皮症、角化症、乾燥肌、湿疹及び乾燥性皮膚炎からなる群から選ばれる少なくとも1つである(15)〜(28)のいずれか1項に記載の方法。
(30)ω-ヒドロキシセラミドにPNPLA1を作用させた後、アシルセラミドを採取することを特徴とするアシルセラミドの製造方法。
(31)PNPLA1遺伝子若しくはセラミド代謝関連遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子若しくはセラミド代謝関連遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後にPNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子の発現量を測定し、得られる測定結果を指標として被検物質の性質を評価することを特徴とする、被検物質の検査方法。
That is, the present invention is as follows.
(1) When a test substance is administered to a non-human animal deficient in the PNPLA1 gene and a skin barrier function promoting effect is obtained in the non-human animal after administration of the test substance, the test substance is removed from the skin. The screening method of a skin barrier function promoter including the process selected as a barrier function promoter.
(2) When a test substance is administered to a non-human animal having the PNPLA1 gene, the expression level of PNPLA1 in the non-human animal after administration of the test substance, or the amount of acylceramide in which linoleic acid is ester-linked at the ω position A screening method for a skin barrier function promoter, comprising a step of selecting the test substance as a skin barrier function promoter when increased.
(3) Obtained by detecting acyl ceramide with linoleic acid ester-bonded at the ω position after contacting the test substance with a biomaterial collected from a cell having PNPLA1 gene or a non-human animal having PNPLA1 gene A screening method for a skin barrier function promoter, comprising a step of selecting a skin barrier function promoter using a detection result as an index.
(4) When acylceramide having linoleic acid ester-bonded at the ω position is increased compared to control cells or biomaterials that do not contact the test substance, the test substance is selected as a skin barrier function promoter. The method according to (3).
(5) Measure the expression level of PNPLA1 or the expression level of ceramide metabolism-related gene after contacting the test substance with the biomaterial collected from the cell having PNPLA1 gene or the non-human animal having PNPLA1 gene A method for screening a skin barrier function promoter, comprising a step of selecting a substance that promotes skin barrier function using the measured result as an index.
(6) When the expression level of PNPLA1 is increased compared to control cells or biomaterials that are not brought into contact with the test substance, the test substance is selected as a skin barrier function promoter, (5) Method.
(7) The method according to (5), wherein the ceramide metabolism-related gene is at least one selected from the group consisting of Elovl4, Lass3, Cyp4f39, Ugcg, Abca12, Gba, Abhd5, Aloxe3 and Alox12b.
(8) When the expression level of the ceramide metabolism-related gene is increased as compared with a control cell or biomaterial that is not brought into contact with the test substance, the test substance is selected as a skin barrier function promoter, (7) The method described in 1.
(9) A skin barrier function comprising a step of detecting acylceramide after contacting a test substance with a sample containing PNPLA1 and ω-hydroxyceramide, and selecting a substance that promotes the skin barrier function using the obtained detection result as an index. Accelerator screening method.
(10) The method according to (9), wherein the test substance is selected as a skin barrier function promoter when the acylceramide is increased as compared with a control sample that is not brought into contact with the test substance.
(11) After contacting the test substance with a microarray carrying the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene, the expression of the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene is detected, and the skin barrier function using the obtained detection result as an index A method for screening a skin barrier function promoter, comprising the step of selecting a promoter.
(12) When the expression level of the PNPLA1 gene is increased as compared with the PNPLA1 gene mounted on the control microarray that does not contact the test substance, the test substance is selected as a skin barrier function promoter. ) Method.
(13) The method according to (11), wherein the ceramide metabolism-related gene is at least one selected from the group consisting of Elovl4, Lass3, Cyp4f39, Ugcg, Abca12, Gba, Abhd5, Aloxe3 and Alox12b.
(14) When the expression level of a ceramide metabolism-related gene is increased as compared with a ceramide metabolism-related gene mounted on a control microarray that does not contact the test substance, the test substance is selected as a skin barrier function promoter. The method according to (13).
(15) When a test substance is administered to a non-human animal deficient in the PNPLA1 gene and a skin barrier function promoting effect is obtained in the non-human animal after administration of the test substance, the test substance is A screening method for a skin disease therapeutic agent, comprising a step of selecting as a disease therapeutic agent.
(16) A test substance is administered to a non-human animal having the PNPLA1 gene, and the expression level of PNPLA1 in the non-human animal after administration of the test substance, or the amount of acylceramide in which linoleic acid is ester-linked at the ω position A screening method for a therapeutic agent for skin disease, comprising a step of selecting the test substance as a therapeutic agent for skin disease when increased.
(17) After contacting a test substance with a cell material having a PNPLA1 gene or a biological material collected from a non-human animal having a PNPLA1 gene, an acylceramide in which linoleic acid is ester-bonded at the ω position is detected and obtained. A screening method for a skin disease therapeutic drug, comprising a step of selecting a skin disease therapeutic substance using a detection result as an index.
(18) When the acyl ceramide in which linoleic acid is ester-bonded at the ω position is increased as compared with a control cell or biomaterial that does not contact the test substance, the test substance is selected as a skin disease therapeutic agent. The method according to (17).
(19) Measuring the expression level of PNPLA1 or the expression level of a gene related to ceramide metabolism after contacting a test substance with a biomaterial collected from a cell having a PNPLA1 gene or a non-human animal having a PNPLA1 gene A method for screening a therapeutic agent for skin diseases, comprising a step of selecting a therapeutic agent for skin diseases using an obtained measurement result as an index.
(20) The method according to (19), wherein when the expression level of PNPLA1 is increased as compared with a control sample not contacted with the test substance, the test substance is selected as a therapeutic agent for skin diseases.
(21) The method according to (19), wherein the ceramide metabolism-related gene is at least one selected from the group consisting of Elovl4, Lass3, Cyp4f39, Ugcg, Abca12, Gba, Abhd5, Aloxe3 and Alox12b.
(22) When the expression level of a ceramide metabolism-related gene is increased as compared with a control cell or biomaterial that is not brought into contact with the test substance, the test substance is selected as a skin barrier function promoter, (21) The method described in 1.
(23) After contacting a test substance with a sample containing PNPLA1 and ω-hydroxyceramide, acyl ceramide in which linoleic acid is ester-bonded at the ω position is detected, and a skin disease therapeutic substance is selected using the obtained detection result as an index. A method for screening a skin disease therapeutic agent, comprising a step.
(24) When the acyl ceramide in which linoleic acid is ester-bonded at the ω position is increased as compared with a control sample that does not contact the test substance, the test substance is selected as a therapeutic agent for skin disease. (23) The method described in 1.
(25) After contacting a test substance with a microarray equipped with the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene, the expression of the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene is detected, and the treatment result is used as an index to treat skin diseases. A screening method for a skin disease therapeutic drug, comprising a step of selecting a substance.
(26) When the expression level of the PNPLA1 gene is increased as compared to the PNPLA1 gene mounted on the control microarray that does not contact the test substance, the test substance is selected as a therapeutic agent for skin disease. (25) The method described in 1.
(27) The method according to (25), wherein the ceramide metabolism-related gene is at least one selected from the group consisting of Elovl4, Lass3, Cyp4f39, Ugcg, Abca12, Gba, Abhd5, Aloxe3 and Alox12b.
(28) When the expression level of a ceramide metabolism-related gene is increased as compared with a ceramide metabolism-related gene mounted on a control microarray that does not contact the test substance, the test substance is selected as a skin barrier function promoter. The method according to (27).
(29) The skin disease is at least one selected from the group consisting of ichthyosis, atopic dermatitis, psoriasis, rough skin, dry skin, keratosis, dry skin, eczema and dry dermatitis (15) to (28) The method according to any one of (28).
(30) A method for producing an acylceramide, characterized in that acylceramide is collected after PNPLA1 is allowed to act on ω-hydroxyceramide.
(31) PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related after contacting a test substance with a cell material having a PNPLA1 gene or ceramide metabolism-related gene or a biomaterial collected from a non-human animal having a PNPLA1 gene or ceramide metabolism-related gene A method for testing a test substance, comprising measuring a gene expression level and evaluating the property of the test substance using the obtained measurement result as an index.

(32)PNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子を搭載したマイクロアレイに被検物質を接触させた後にPNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子の発現量を測定し、得られる測定結果を指標として被検物質の性質を評価することを特徴とする、被検物質の検査方法。
(33)PNPLA1遺伝子若しくはセラミド代謝関連遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子若しくはセラミド代謝関連遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後、ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドを検出し、得られる検出結果を指標として被検物質の性質を評価することを特徴とする、被検物質の検査方法。
(34)PNPLA1遺伝子の発現量が、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して低下したときは、当該被検物質は皮膚バリア機能を低下させる物質であると判定する、(31)に記載の方法。
(35)セラミド代謝関連遺伝子が、Elovl4、Lass3、Cyp4f39、Ugcg、Abca12、Gba、Abhd5、Aloxe3及びAlox12bからなる群から選ばれる少なくとも1つである(31)〜(33)のいずれか1項に記載の方法。
(36)セラミド代謝関連遺伝子の発現量が、被検物質を接触させない対照のマイクロアレイに搭載されたセラミド代謝関連遺伝子と比較して低下したときは、当該被検物質は皮膚バリア機能を低下させる物質であると判定する、(35)に記載の方法。
(37)ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して低下したときは、当該被検物質は皮膚バリア機能を低下させる物質であると判定する、(33)に記載の方法。
(32) Measure the expression level of the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene after contacting the test substance with the microarray carrying the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene, and test using the obtained measurement result as an index A method for inspecting a test substance, characterized by evaluating a property of the substance.
(33) After bringing a test substance into contact with a biomaterial collected from a cell having a PNPLA1 gene or a ceramide metabolism-related gene or a non-human animal having a PNPLA1 gene or a ceramide metabolism-related gene, linoleic acid is esterified at the ω position. A method for testing a test substance, comprising detecting bound acylceramide and evaluating the property of the test substance using the obtained detection result as an index.
(34) When the expression level of the PNPLA1 gene is decreased as compared to a control cell or biomaterial that does not contact the test substance, the test substance is determined to be a substance that reduces the skin barrier function. 31) The method.
(35) The ceramide metabolism-related gene is at least one selected from the group consisting of Elovl4, Lass3, Cyp4f39, Ugcg, Abca12, Gba, Abhd5, Aloxe3 and Alox12b, in any one of (31) to (33) The method described.
(36) When the expression level of a ceramide metabolism-related gene is lower than that of a ceramide metabolism-related gene mounted on a control microarray that does not contact the test substance, the test substance is a substance that reduces the skin barrier function The method according to (35), wherein the method is determined.
(37) When the acyl ceramide in which linoleic acid is ester-bonded at the ω position is lower than that of a control cell or biomaterial that does not contact the test substance, the test substance is a substance that lowers the skin barrier function. The method according to (33), which is determined to be present.

本発明により、PNPLA1によるアシルセラミドの合成法、並びに皮膚バリア機能促進剤及び皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法が提供される。   The present invention provides a method for synthesizing acyl ceramides using PNPLA1, and a screening method for skin barrier function promoters and skin disease therapeutic agents.

本発明により、PNPLA1は表皮ケラチノサイトにおけるアシルセラミドの生合成に必要な酵素であることが示された。アシルセラミドは複雑で特殊な構造を持ち、皮膚バリアの形成に重要な角質細胞間脂質の主要成分であるが、代謝酵素が同定されていなかった。ω-ヒドロキシセラミドまでは既に合成できることから、PNPLA1を利用することで、これまで工業的に大量生産を行うことができなかったアシルセラミドを生化学的に合成することが可能となる。また、皮膚のPNPLA1発現量を増加させる薬物は、内因性アシルセラミドの合成能力を増加させることができるため、皮膚バリア異常を伴う魚鱗癬、アトピー性皮膚炎などの皮膚疾患治療薬として有用である。   According to the present invention, PNPLA1 was shown to be an enzyme necessary for the biosynthesis of acylceramide in epidermal keratinocytes. Acylceramide has a complex and special structure and is a major component of intercellular corneocyte lipids that are important for the formation of a skin barrier, but no metabolic enzyme has been identified. Since ω-hydroxyceramide can already be synthesized, by using PNPLA1, it is possible to biochemically synthesize acylceramide that could not be industrially mass-produced until now. In addition, drugs that increase the expression level of PNPLA1 in the skin can increase the ability to synthesize endogenous acylceramide, making them useful as therapeutic agents for dermatologic diseases such as ichthyosis and atopic dermatitis with abnormal skin barriers. .

皮膚バリアの形成とセラミド代謝の異常によって生じる魚鱗癬を示す図である。It is a figure which shows the ichthyosis resulting from formation of a skin barrier and abnormality of ceramide metabolism. PNPLA(Patatin-like PLA)/iPLA2ファミリーを示す図である。PNPLA is a diagram showing a (Patatin-like PLA) / iPLA 2 family. Pnpla1が表皮ケラチノサイトの分化に伴って発現することを示す図である。It is a figure which shows that Pnpla1 is expressed with the differentiation of an epidermal keratinocyte. 全身性Pnpla1遺伝子欠損マウスの樹立を説明する図である。It is a figure explaining establishment of a systemic Pnpla1 gene-deficient mouse. Pnpla1−/−マウスの皮膚バリア機能と表皮形態の異常を示す図である。It is a figure which shows abnormality of the skin barrier function and epidermis form of Pnpla1 − / − mouse. Pnpla1−/−マウスの表皮ではアシルセラミドが激減することを示す図である。It is a figure which shows that acyl ceramide decreases sharply in the epidermis of Pnpla1 − / − mouse. 液体クロマトグラフ質量分析計(LC-MS)による表皮セラミド分子種の包括的分析を示す図である。It is a figure which shows the comprehensive analysis of epidermis ceramide molecular species by a liquid chromatograph mass spectrometer (LC-MS). Pnpla1-/-マウスの表皮ではω位にリノール酸を持つ多様なアシルセラミドが減少することを示す図である。It is a figure which shows that the various acyl ceramides which have linoleic acid in the ω position decrease in the epidermis of Pnpla1 − / − mice. Pnpla1−/−マウスの表皮におけるセラミド分子種の変化のまとめを示す図である。It is a figure which shows the summary of the change of the ceramide molecular species in the epidermis of Pnpla1 − / − mouse. Pnpla1−/−マウスではセラミド代謝関連遺伝子の発現量が増加することを示す図である。It is a figure which shows that the expression level of a ceramide metabolism related gene increases in Pnpla1 − / − mouse. Pnpla1−/−マウスでは角質構造タンパク質の発現が低下することを示す図である。It is a figure which shows that the expression of keratin structure protein falls in Pnpla1 − / − mouse. 皮膚特異的Pnpla1欠損マウスも皮膚異常により死亡することを示す図である。It is a figure which shows that a skin specific Pnpla1 deficient mouse also dies by skin abnormality. 皮膚特異的Pnpla1欠損マウスでは生後数日して皮膚バリア機能が低下することを示す図である。It is a figure which shows that a skin barrier function falls in the skin-specific Pnpla1 deficient mouse several days after birth. 皮膚特異的Pnpla1欠損マウスにおけるセラミド代謝関連遺伝子の発現量増加を示す図である。It is a figure which shows the expression level increase of the ceramide metabolism related gene in a skin specific Pnpla1 deficient mouse. Pnpla1-/-マウス由来ケラチノサイトの3次元培養系では皮膚バリア形成が低下することを示す図である。It is a figure which shows that skin barrier formation falls in the three-dimensional culture system of a keratinocyte derived from Pnpla1 − / − mouse. PNPLA1によるω-ヒドロキシセラミドからのアシルセラミドの合成を示す図である。It is a figure which shows the synthesis | combination of the acyl ceramide from the omega-hydroxyceramide by PNPLA1.

以下、本発明を詳細に説明する。
1.概要
PNPLA1(patatin-like phospholipase domain containing 1)は、表皮ケラチノサイトの分化に伴って発現する脂質代謝酵素である。本発明者は、Pnpla1遺伝子の欠損マウスを作製して表現型解析を行った結果、このマウスは、重篤な皮膚バリア機能の低下により激しい経皮水分喪失と体重低下が起こり、出生後まもなく死亡することを見出した。表皮の脂質分析により、PNPLA1はセラミドからアシルセラミドを生合成する反応に必須であることが明らかとなり、この過程が正常に進行しないと角質間細胞脂質層の形成不全が生じるばかりでなく、角層構成タンパク質のフィラグリンやロリクリンの発現減少を引き起こし、皮膚バリア機能が低下することが分かった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
1. Overview
PNPLA1 (patatin-like phospholipase domain containing 1) is a lipid metabolic enzyme that is expressed with the differentiation of epidermal keratinocytes. As a result of producing a mouse deficient in the Pnpla1 gene and conducting phenotypic analysis, the present inventor suffered severe transdermal water loss and weight loss due to severe skin barrier function deterioration, and died soon after birth. I found out. Lipid analysis of the epidermis reveals that PNPLA1 is essential for the reaction of biosynthesis of acylceramide from ceramide. If this process does not proceed normally, not only does the formation of the stratum corneum lipid layer fail, but also the stratum corneum It was found that the expression of the constituent proteins filaggrin and loricrin was decreased and the skin barrier function was lowered.

PNPLA1を利用したアシルセラミドの合成法を提供することで、皮膚バリア機能の増強を促す治療薬や化粧品の開発のための有力な手段となることが期待される。   Providing a method of synthesizing acylceramide using PNPLA1 is expected to be an effective means for developing therapeutic agents and cosmetics that promote enhancement of skin barrier function.

本発明において見出された知見を以下に詳述する。   The findings found in the present invention are described in detail below.

なお、本明細書において、「PNPLA1」と表記したときはタンパク質(酵素)を、「Pnpla1」と表記したときは遺伝子を意味するが、説明の便宜上、PNPLA1をコードする遺伝子を「PNPLA1遺伝子」と表記することもある。「Pnpla1」と「PNPLA1遺伝子」とは同義である。   In the present specification, “PNPLA1” represents a protein (enzyme), and “Pnpla1” represents a gene, but for convenience of explanation, a gene encoding PNPLA1 is referred to as “PNPLA1 gene”. Sometimes written. “Pnpla1” and “PNPLA1 gene” are synonymous.

また、本明細書において使用されるセラミド類の略号は以下の通りである。   Moreover, the abbreviations of ceramides used in the present specification are as follows.

EOdS: N-(ω-OH-acyl)acyl-dihydrosphingosine
EOS: N-(ω-OH-acyl)acyl-sphingosine、
EOP: N-(ω-OH-acyl)acyl-phytosphingosine
EOH: N-(ω-OH-acyl)acyl-6-OH-sphingosine
NdS: N-acyl-dihydrosphingosine
NS: N-acyl-sphingosine
NP: N-acyl-phytosphingosine
NH: N-acyl-6-OH-sphingosine
AdS: N-(α-OH-acyl)-dihydrosphingosine
AS: N-(α-OH-acyl)-sphingosine
AP: N-(α-OH-acyl)-phytosphingosine
AH: N-(α-OH-acyl)-6-OH-sphingosine

(1) Pnpla1 mRNAはケラチノサイトの分化に伴って発現誘導する
C57BL/6マウスの各臓器におけるPnpla1 mRNAの発現量を定量的PCRで解析すると、皮膚に特異的に発現し(図3A)、in situ hybridizationの結果から表皮に分布していることが明らかになった(図3B)。さらに、マウス表皮ケラチノサイト前駆細胞であるMPEK細胞を1 mM CaCl2存在下で培養して分化誘導すると、Pnpla1 mRNAの発現はKrt10やLorと同様に分化誘導2日目から誘導された(図3C)。したがって、PNPLA1の発現はケラチノサイトの分化と密接に関連することが分かった。
EOdS: N- (ω-OH-acyl) acyl-dihydrosphingosine
EOS: N- (ω-OH-acyl) acyl-sphingosine,
EOP: N- (ω-OH-acyl) acyl-phytosphingosine
EOH: N- (ω-OH-acyl) acyl-6-OH-sphingosine
NdS: N-acyl-dihydrosphingosine
NS: N-acyl-sphingosine
NP: N-acyl-phytosphingosine
NH: N-acyl-6-OH-sphingosine
AdS: N- (α-OH-acyl) -dihydrosphingosine
AS: N- (α-OH-acyl) -sphingosine
AP: N- (α-OH-acyl) -phytosphingosine
AH: N- (α-OH-acyl) -6-OH-sphingosine

(1) Pnpla1 mRNA induces expression with keratinocyte differentiation
When quantitative expression of Pnpla1 mRNA in each organ of C57BL / 6 mice was analyzed by quantitative PCR, it was found to be specifically expressed in the skin (Fig. 3A) and distributed in the epidermis from the results of in situ hybridization. (Figure 3B). Furthermore, when MPEK cells, which are mouse epidermal keratinocyte progenitor cells, were cultured in the presence of 1 mM CaCl 2 to induce differentiation, the expression of Pnpla1 mRNA was induced from the second day of differentiation induction as in Krt10 and Lor (FIG. 3C). . Therefore, PNPLA1 expression was found to be closely related to keratinocyte differentiation.


(2)Pnpla1欠損マウスにおける皮膚バリア機能の破綻
Pnpla1遺伝子のエクソン2の上流にFRT-LacZ-loxP-Neo-FRT-loxP配列、エクソン3の下流にloxP配列を挿入した構造のターゲティングベクターをC57BL/6由来ES細胞のRENKA株に導入し、相同組換えES細胞の選択を行った(図4A)。キメラマウス、F1マウスを作製した後、Flippase過剰発現マウス、Cre recombinase過剰発現マウスの順に交配してエクソン2および3を欠失したマウスを作製後、ヘテロ欠損マウス同士を交配した。Pnpla1ホモ欠損マウスはメンデルの法則にしたがって生まれたが(図4B、C)、皮膚の乾燥と硬化、低体重が観察され(図4D、E)、生後1日以内に死亡した。胎生18.5日目に帝王切開を行うとホモ欠損マウスの体重は野生型マウスと同等だったが、時間の経過とともに減少し(図5A)、皮膚の乾燥と硬化が進行していった。この時の皮膚バリア機能を経皮水分蒸散量(transepidermal water loss, TEWL)とトルイジンブルー染色液を用いた皮膚透過性試験により評価すると、激しい経皮水分喪失と染色液の浸透が見られた(図5B、C)。さらに皮膚切片のHE染色を行うと、セラミドやコレステロールからなる角質細胞間脂質の著しい減少が認められた(図5D)。

(2) Failure of skin barrier function in Pnpla1-deficient mice
A homologue was introduced by introducing a targeting vector with a structure in which the FRT-LacZ-loxP-Neo-FRT-loxP sequence was inserted upstream of exon 2 of the Pnpla1 gene and the loxP sequence was inserted downstream of exon 3 into the RENKA strain of C57BL / 6-derived ES cells. Recombinant ES cells were selected (FIG. 4A). After producing chimeric mice and F1 mice, mice lacking exons 2 and 3 were mated in the order of Flippase overexpressing mice and Cre recombinase overexpressing mice, and then heterozygous mice were mated. Pnpla1 homo-deficient mice were born according to Mendel's law (FIGS. 4B and C), but dryness and hardening of the skin, low body weight were observed (FIGS. 4D and E), and died within one day after birth. When cesarean section was performed on day 18.5, the weight of homo-deficient mice was the same as that of wild-type mice, but decreased with time (Fig. 5A), and skin drying and hardening progressed. The skin barrier function was evaluated by transepidermal water loss (TEWL) and skin permeability test using toluidine blue staining solution, and severe transdermal water loss and staining solution penetration were observed ( FIG. 5B, C). Further, when the skin section was stained with HE, a striking decrease in intercellular corneocyte lipids consisting of ceramide and cholesterol was observed (FIG. 5D).

以上の結果から、Pnpla1欠損マウスでは、角質細胞間脂質の形成不全を伴う皮膚バリア機能の著しい低下が見られ、水分喪失により早期に死亡すると考えられた。   From the above results, in Pnpla1-deficient mice, the skin barrier function accompanied by dysplasia of keratinocyte lipids was markedly decreased, and it was thought that death occurred early due to water loss.


(3)Pnpla1欠損マウスにおけるアシルセラミドの生合成異常
ケラチノサイトは顆粒層でセラミド等の脂質を豊富に含有する層板小体を産生し、さらに分化が進んで角質層に達すると層板小体は細胞外に分泌され、皮膚バリア機能に重要な角質細胞間脂質を形成する(図1A)。皮膚の凍結切片をNile Red染色すると、野生型マウスでは角質細胞間脂質が規則正しくシート状に染色されたが、Pnpla1ホモ欠損マウスでは顆粒状の構造物が角質層に多数観察されたことから(図5E)、層板小体の分泌異常が疑われた。さらに新生仔マウス表皮より抽出した脂質を薄層クロマトグラフィー(TLC)で展開して脂質組成分析を行うと、ホスファチジルコリン(PC)やホスファチジルエタノールアミン(PE)などのリン脂質には大きな変化は見られなかったのに対し、Pnpla1ホモ欠損マウスではアシルセラミド(EOS)やアシルグルコシルセラミド(ω-O-AcylGlcCer)が激減しており、代謝経路のすぐ上流に位置するω-ヒドロキシセラミド(ω-OH-Cer)や、セラミド(NS)から派生するグルコシルセラミド(GlcCer)及び1-O-アシルセラミド(1-O-AcylCer)が増加していた(図6B)。この結果は、PNPLA1が存在しないとω-OH-CerからアシルセラミドEOSを生合成する反応(およびω-ヒドロキシグルコシドセラミド(ω-OH-GlcCer)からアシルグルコシルセラミド(ω-O-AcylGlcCe)が生合成する反応)が進行しないことを意味しており、その代わりに他の経路に流れた代謝物が増加すると考えられた(図6A)。

(3) Abnormal biosynthesis of acyl ceramide in Pnpla1-deficient mice Keratinocytes produce lamellar bodies containing abundant lipids such as ceramide in the granule layer, and when further differentiation proceeds to the stratum corneum, It is secreted extracellularly and forms keratin intercellular lipids that are important for skin barrier function (Fig. 1A). When frozen sections of skin were stained with Nile Red, keratinocyte lipids were regularly stained in sheet form in wild-type mice, but many granular structures were observed in the stratum corneum in Pnpla1 homo-deficient mice (Fig. 5E), an abnormal secretion of lamina was suspected. Furthermore, when lipid composition analysis was performed by developing lipids extracted from the neonatal mouse epidermis using thin layer chromatography (TLC), there were significant changes in phospholipids such as phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylethanolamine (PE). In contrast, acylceramide (EOS) and acylglucosylceramide (ω-O-AcylGlcCer) were drastically decreased in Pnpla1 homo-deficient mice, and ω-hydroxyceramide (ω-OH-) located immediately upstream of the metabolic pathway. Cer), glucosylceramide (GlcCer) and 1-O-acylceramide (1-O-AcylCer) derived from ceramide (NS) were increased (FIG. 6B). This result shows that in the absence of PNPLA1, the reaction to biosynthesize acylceramide EOS from ω-OH-Cer (and acylglucosylceramide (ω-O-AcylGlcCe) from ω-hydroxyglucoside ceramide (ω-OH-GlcCer) is produced. (Reaction to synthesize) does not proceed, and instead, metabolites that flowed to other pathways were thought to increase (FIG. 6A).

さらに、LC/MSを用いた表皮セラミド分子種の包括的分析により、スフィンゴシン骨格や脂肪酸の炭素数や不飽和度、あるいはヒドロキシ基による修飾の違いも検出する詳細な解析を行うと、ω位にリノール酸がエステル結合する多様なアシルセラミド分子種(EOH、EOP、EOS、EOdSなど)、アシルグルコシドセラミド(Glc-EOS、Glc-EOH)、および角化細胞にω位で共有結合した極超長鎖脂肪酸が顕著に減少していた(図7、図8、図9)。一方、アシルセラミド類に代謝される前のNS、NdS、AP、NPなどの非リノール酸エステル型セラミド類は、Pnpla1ホモ欠損マウスで増加傾向を示した(図7、図9)。したがって、Pnpla1が存在しないと、EOSのみならず、他の多様なアシルセラミド分子種の合成が進行しなくなることが確認された。   Furthermore, through comprehensive analysis of epidermal ceramide molecular species using LC / MS, detailed analysis to detect differences in sphingosine skeleton, fatty acid carbon number, degree of unsaturation, or modification by hydroxy group, it is in the ω position. Various acylceramide molecular species (EOH, EOP, EOS, EODS, etc.) to which linoleic acid is ester-linked, acylglucoside ceramide (Glc-EOS, Glc-EOH), and ultra-long length covalently bonded to keratinocytes at the ω position The chain fatty acid was remarkably decreased (FIGS. 7, 8, and 9). On the other hand, non-linoleic acid ester type ceramides such as NS, NdS, AP and NP before being metabolized to acylceramides showed an increasing tendency in Pnpla1 homo-deficient mice (FIGS. 7 and 9). Therefore, it was confirmed that in the absence of Pnpla1, synthesis of not only EOS but also various other acylceramide molecular species would not proceed.


(4)Pnpla1欠損マウスではセラミド合成経路や角質構造タンパク質の発現が変化する
DNAマイクロアレイ解析により新生仔マウス表皮の遺伝子発現変化を検討したところ、これまでに知られている皮膚特有の超極長鎖脂肪酸を持つセラミド合成経路に関連する酵素群やトランスポーターの遺伝子発現の多くが Pnpla1欠損マウスで2倍以上に増加していることが判明した。定量的PCRにより、Elovl4、Lass3、Cyp4f39、Ugcg、Abca12、Abhd5、Tgm1などの発現が数倍に増加していることが確認された(図10)。これらの遺伝子群は、Pnpla1欠損マウスでアシルセラミドの合成が止まっているために、アシルセラミド合成に必要な原料の供給を増やすフィードバック機構が働いて発現が上昇するものと考えられる。また、このことは、たとえアシルセラミド合成よりも上流の代謝経路が促進されても、Pnpla1がないとアシルセラミドの合成や皮膚バリア機能の強化には繋がらないことを意味する。

(4) Cernamide synthesis pathway and keratin structure protein expression change in Pnpla1-deficient mice
We examined gene expression changes in newborn mouse epidermis by DNA microarray analysis, and found that many of the gene expressions of enzymes and transporters related to the ceramide synthesis pathway with ultra-long chain fatty acids unique to the skin known so far Was found to increase more than twice in Pnpla1-deficient mice. Quantitative PCR confirmed that the expression of Elovl4, Lass3, Cyp4f39, Ugcg, Abca12, Abhd5, Tgm1, etc. increased several fold (FIG. 10). Since the synthesis of acylceramide is stopped in Pnpla1-deficient mice, the expression of these genes is thought to increase due to a feedback mechanism that increases the supply of raw materials necessary for acylceramide synthesis. This also means that even if a metabolic pathway upstream of acylceramide synthesis is promoted, the absence of Pnpla1 does not lead to acylceramide synthesis or enhancement of the skin barrier function.

さらに、表皮の4層構造に対応する分化マーカー遺伝子群の発現を解析すると、基底層マーカーのKrt5、有棘層マーカーのKrt1の発現は野生型とPnpla1欠損マウスでは有意な差がなかった。また、角質細胞の細胞膜を裏打ちする不溶性構造物である周辺帯の主要構成要素のうち、有棘細胞で産生されるインボルクリン(Ivl)の発現量には変化がなかったのに対し、顆粒細胞で作られるロリクリン(Lor)が激減していた(図11A)。加えて、天然保湿因子の合成やケラチン線維の凝集に重要な因子であって顆粒層ケラトヒアリン顆粒の主成分であるフィラグリン(Flg)の発現も、Pnpla1欠損マウスで大幅に低下していた(図11A)。   Furthermore, when the expression of the differentiation marker gene group corresponding to the four-layer structure of the epidermis was analyzed, the expression of the basal layer marker Krt5 and the spiny layer marker Krt1 was not significantly different between the wild-type and Pnpla1-deficient mice. In addition, among the main components of the peripheral zone, which is an insoluble structure that lines the cell membrane of keratinocytes, the expression level of involucrin (Ivl) produced in spinous cells did not change, whereas in granule cells The amount of loricrin (Lor) produced was drastically reduced (Fig. 11A). In addition, the expression of filaggrin (Flg), which is an important factor for the synthesis of natural moisturizing factor and keratin fiber aggregation and the main component of granule layer keratohyaline granules, was also significantly decreased in Pnpla1-deficient mice (Fig. 11A). ).

新生仔マウスの皮膚切片を用いた免疫組織染色においても、ロリクリンとフィラグリンのタンパク質レベルでの発現が著しく低下することが確認された(図11B)。一方、炎症マーカーであるS100a9の発現は激増していた(図11A)。   Also in immunohistochemical staining using skin sections of newborn mice, it was confirmed that the expression of loricrin and filaggrin at the protein level was significantly reduced (FIG. 11B). On the other hand, the expression of S100a9, an inflammatory marker, increased dramatically (FIG. 11A).

したがって、Pnpla1欠損マウスでは、アシルセラミドの合成阻害や角質細胞間脂質層の形成異常のみならず、顆粒層最表層において合成されるロリクリンとフィラグリンの減少も皮膚バリア機能の低下の要因となっていること、さらに皮膚バリア機能の破綻によって二次的に炎症が亢進していることが明らかとなった。   Therefore, in Pnpla1-deficient mice, not only the inhibition of acylceramide synthesis and abnormal formation of the lipid layer between keratinocytes, but also the decrease in loricrin and filaggrin synthesized in the outermost layer of the granule layer are factors in reducing the skin barrier function. Furthermore, it was revealed that inflammation was secondarily increased by the breakdown of the skin barrier function.


(5)皮膚特異的Pnpla1欠損マウスにおける皮膚バリア機能低下とアシルセラミド合成異常
Pnpla1遺伝子のエクソン2の上流とエクソン3の下流にloxP配列を持つPnpla1f/+マウスと、皮膚特異的にCreリコンビナーゼを発現するK14-Creマウスをもとに交配を繰り返し、皮膚特異的Pnpla1欠損マウス(Pnpla1f/fK14-Creマウス)を作製した(図12A)。このマウスの皮膚におけるPnpla1の発現は完全には消失していなかったものの、著しく低下していた(図12B)。生後0日から2日までは外見上の異常は認められなかったが(図13A)、生後3日目頃より体重増加の停止(図12C)や皮膚剥離(図12D)を示す個体が観察され、生後6日目までに死亡した(図12E)。この皮膚特異的Pnpla1欠損マウスの経皮水分蒸散量は、皮膚の非剥離部位では正常値を示したが、剥離部位では著しく高い値を示した(図13B)。したがって、皮膚特異的なPnpla1欠損では、全身性Pnpla1欠損よりもやや生存期間が延長するものの、皮膚バリア機能の著しい低下に起因する水分喪失が起きていると考えられた。

(5) Decreased skin barrier function and abnormal acylceramide synthesis in skin-specific Pnpla1-deficient mice
Repeated mating of Pnpla1 f / + mice with loxP sequences upstream of exon 2 and downstream of exon 3 of the Pnpla1 gene and K14-Cre mice expressing Cre recombinase specifically in the skin, resulting in skin-specific Pnpla1 deficiency Mice (Pnpla1 f / f K14-Cre mice) were prepared (FIG. 12A). Although the expression of Pnpla1 in the skin of this mouse was not completely lost, it was significantly reduced (FIG. 12B). From 0 to 2 days after birth, no abnormal appearance was observed (FIG. 13A), but from around 3 days after birth, an increase in body weight (FIG. 12C) and skin peeling (FIG. 12D) were observed. Died by day 6 after birth (FIG. 12E). The transcutaneous water transpiration of this skin-specific Pnpla1-deficient mouse showed a normal value at the non-peeling site of the skin, but a markedly high value at the peeling site (FIG. 13B). Therefore, although skin-specific Pnpla1 deficiency has a slightly longer survival time than systemic Pnpla1 deficiency, it was considered that water loss was caused by a marked decrease in skin barrier function.

生後5日目(P5)の皮膚特異的Pnpla1欠損仔マウスの表皮より抽出した脂質の組成分析をTLCによって行うと、全身性Pnpla1欠損新生仔の場合と同様に、アシルセラミドEOSやアシルグルコシルセラミドの含量が激減しており、代わりにω-OHセラミドや1-O-アシルセラミドが蓄積していた(図13C)。皮膚特異的Pnpla1欠損マウスの皮膚における他のセラミド代謝酵素の発現変化も、全身性Pnpla1欠損マウスと同様の傾向を示した(図14)。これらの結果は、Pnpla1欠損による皮膚バリア機能の低下やアシルセラミド合成異常は、皮膚ケラチノサイト以外の組織や細胞に少量発現しうるPnpla1の影響ではないことを示唆し、表皮ケラチノサイトに発現するPnpla1の役割を直接的に示すものである。   Analysis of the composition of lipids extracted from the epidermis of skin-specific Pnpla1-deficient mice on the fifth day of life (P5) by TLC revealed that acylceramide EOS and acylglucosylceramide were found in the same way as in systemic Pnpla1-deficient newborns. The content was drastically reduced, and ω-OH ceramide and 1-O-acylceramide accumulated instead (FIG. 13C). Changes in the expression of other ceramide-metabolizing enzymes in the skin of skin-specific Pnpla1-deficient mice showed the same tendency as in systemic Pnpla1-deficient mice (FIG. 14). These results suggest that the decrease in skin barrier function and acylceramide synthesis abnormalities due to Pnpla1 deficiency are not the effects of Pnpla1 that can be expressed in small amounts in tissues and cells other than skin keratinocytes, and the role of Pnpla1 expressed in epidermal keratinocytes Is directly indicated.


(6)三次元培養皮膚モデルの皮膚バリア形成におけるPnpla1の役割
野生型マウスから調製したケラチノサイトは、2週間の3次元培養によりbasket wave appearanceを伴う角質層を形成したが、Pnpla1ホモ欠損マウス由来のケラチノサイトでは3次元培養しても角質細胞間脂質を伴う角質層が形成されなかった(図15A)。さらには、蛍光色素Lucifer Yellowの組織内への透過性試験から、野生型ケラチノサイトでは皮膚バリア機能を獲得していたが、Pnpla1ホモ欠損マウス由来ケラチノサイトでは蛍光色素が組織内へ浸透しており(図15B)、in vitroの皮膚モデルにおける皮膚バリア機能の獲得にもPnpla1が必要であることが明らかとなった。

(6) Role of Pnpla1 in skin barrier formation in 3D cultured skin model Keratinocytes prepared from wild-type mice formed a stratum corneum with basket wave appearance after 2 weeks of 3D culture, but derived from Pnpla1 homo-deficient mice In keratinocytes, the stratum corneum with stratum corneum lipids was not formed even after three-dimensional culture (FIG. 15A). Furthermore, from the permeability test of the fluorescent dye Lucifer Yellow into the tissues, the wild type keratinocytes acquired the skin barrier function, but the keratinocytes derived from the Pnpla1 homo-deficient mice showed that the fluorescent dye penetrated into the tissues (Fig. 15B), it has been clarified that Pnpla1 is also necessary for obtaining the skin barrier function in an in vitro skin model.


(7)リコンビナントPNPLA1タンパク質を用いたアシルセラミドの合成
Pnpla1欠損マウスの表皮では、皮膚バリア機能に必要なアシルセラミド類が激減しており、ω-OHセラミドやその上流から分岐した反応経路で生じる代謝物が増加していたことから、PNPLA1がこれまで発見されてこなかったアシルセラミド合成酵素である可能性が
想定される。そこで、タンパク質の大量生産に適したバキュロウィルス-昆虫細胞発現系を用いてリコンビナントPNPLA1タンパク質を調製し、ω-ヒドロキシセラミドを基質としてアシルセラミド合成活性を検討した。放射性同位体14Cで標識したリノレイルCoAをリノール酸供給源として反応系に加えることで、ω位にリノール酸が結合したアシルセラミド(EOS)の合成が促進された(図16)。

(7) Synthesis of acylceramides using recombinant PNPLA1 protein
In the epidermis of Pnpla1-deficient mice, acylceramides required for the skin barrier function have been drastically reduced, and ω-OH ceramide and metabolites generated in the reaction pathway branched from the upstream have increased, so PNPLA1 has been The possibility of being an acylceramide synthase that has not been discovered is assumed. Therefore, recombinant PNPLA1 protein was prepared using a baculovirus-insect cell expression system suitable for mass production of proteins, and acylceramide synthesis activity was examined using ω-hydroxyceramide as a substrate. By adding linoleyl CoA labeled with radioactive isotope 14 C to the reaction system as a linoleic acid source, synthesis of acylceramide (EOS) in which linoleic acid was bonded to the ω position was promoted (FIG. 16).


(8)Discussion
本発明により、PNPLA1は表皮ケラチノサイトにおけるアシルセラミドの生合成に必要な酵素であることが示された。アシルセラミドは複雑で特殊な構造を持ち、皮膚バリアの形成に重要な角質細胞間脂質の主要成分であるが、代謝酵素が同定されていなかった。細胞レベルでω-ヒドロキシセラミドまでは合成できることから、PNPLA1を利用することで、これまで工業的に大量生産を行うことができなかったアシルセラミドを生化学的に合成することが可能となる。また、皮膚のPNPLA1発現量を増加させる薬物は、内因性アシルセラミドの合成能力を増加させることで皮膚バリア異常を伴う魚鱗癬、アトピー性皮膚炎などの皮膚疾患に薬効を示す可能性がある。

(8) Discussion
According to the present invention, PNPLA1 was shown to be an enzyme necessary for the biosynthesis of acylceramide in epidermal keratinocytes. Acylceramide has a complex and special structure and is a major component of intercellular corneocyte lipids that are important for the formation of a skin barrier, but no metabolic enzyme has been identified. Since ω-hydroxyceramide can be synthesized at the cellular level, it is possible to biochemically synthesize acylceramide that could not be industrially mass-produced until now by using PNPLA1. In addition, a drug that increases the expression level of PNPLA1 in the skin may have a medicinal effect on skin diseases such as ichthyosis and atopic dermatitis with abnormal skin barrier by increasing the ability to synthesize endogenous acylceramide.

Pnpla1欠損マウスでは、アシルセラミドよりも下流の代謝産物が産生されないのみならず、ロリクリンとフィラグリンの発現量が低下していた。角層の脂質代謝産物がPPARやLXRなどの核内受容体のリガンドとして作用して、ケラチノサイトの分化や角層構造タンパク質の発現を制御することが指摘されており(文献5)、本研究においてもアシルセラミドもしくはその下流の代謝経路に位置する代謝物によって、そのような転写制御が影響を受けている可能性が想定される。   In Pnpla1-deficient mice, not only metabolites downstream from acylceramide were produced, but the expression levels of loricrin and filaggrin were reduced. It has been pointed out that lipid metabolites in the stratum corneum act as ligands for nuclear receptors such as PPAR and LXR to regulate keratinocyte differentiation and stratum corneum structural protein expression (Reference 5). It is also assumed that such transcriptional regulation may be affected by acylceramide or a metabolite located in the metabolic pathway downstream thereof.


2.スクリーニング方法
本発明により、PNPLA1は表皮ケラチノサイトにおけるアシルセラミドの生合成に必要な酵素であることが示されたことから、PNPLA1の発現又はアシルセラミド(ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミド)の合成を指標として、皮膚バリア機能促進剤又は皮膚疾患治療薬をスクリーニングすることができる。

2. Screening method According to the present invention, PNPLA1 was shown to be an enzyme necessary for the biosynthesis of acylceramide in epidermal keratinocytes, so that expression of PNPLA1 or acylceramide (acylceramide in which linoleic acid was ester-linked to the ω position) A skin barrier function promoter or a skin disease therapeutic agent can be screened using synthesis as an index.

従って、本発明のスクリーニング方法は、PNPLA1遺伝子が欠損した非ヒト動物に被検物質を投与し、当該被検物質投与後の前記非ヒト動物において皮膚バリア機能の促進効果が得られたときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する工程を含む。   Therefore, in the screening method of the present invention, when a test substance is administered to a non-human animal deficient in the PNPLA1 gene, and a skin barrier function promoting effect is obtained in the non-human animal after administration of the test substance, A step of selecting the test substance as a skin barrier function promoter.

また、本発明は、PNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物に被検物質を投与し、当該被検物質投与後の前記非ヒト動物においてPNPLA1の発現量、又はω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドの量が増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する工程を含む。   The present invention also provides an acyl ceramide in which a test substance is administered to a non-human animal having a PNPLA1 gene, and the expression level of PNPLA1 in the non-human animal after administration of the test substance, or linoleic acid is ester-linked to the ω position. A step of selecting the test substance as a skin barrier function promoter.

別の態様では、本発明のスクリーニング方法は、PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後、ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドを検出し、得られる検出結果を指標として皮膚バリア機能の促進物質を選択する工程を含む。   In another embodiment, the screening method of the present invention is a method in which a test substance is brought into contact with a biological material collected from a cell having a PNPLA1 gene or a non-human animal having a PNPLA1 gene, and then linoleic acid is ester-linked to the ω position. And a step of selecting a substance that promotes the skin barrier function using the obtained detection result as an index.

また、本発明のスクリーニング方法は、PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後にPNPLA1の発現量、又はセラミド代謝関連遺伝子の発現量を測定し、得られる測定結果を指標として皮膚バリア機能の促進物質を選択する工程を含む。   In addition, the screening method of the present invention includes the expression level of PNPLA1 or the expression of a gene related to ceramide metabolism after contacting a test substance with a biomaterial collected from a cell having a PNPLA1 gene or a non-human animal having a PNPLA1 gene. A step of measuring the amount and selecting a substance that promotes the skin barrier function using the obtained measurement result as an index.

さらに別の態様において、本発明のスクリーニング方法は、PNPLA1及びω-ヒドロキシセラミドを含む試料に被検物質を接触させた後にアシルセラミドを検出し、得られる検出結果を指標として皮膚バリア機能の促進物質を選択する工程を含む。   In still another embodiment, the screening method of the present invention is a method for detecting acylceramide after contacting a test substance with a sample containing PNPLA1 and ω-hydroxyceramide, and using the obtained detection result as an index, a substance that promotes skin barrier function The step of selecting is included.

さらに別の態様において、本発明のスクリーニング方法は、PNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子を搭載したマイクロアレイに被検物質を接触させた後にPNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子の発現を検出し、得られる検出結果を指標として、皮膚バリア機能の促進物質を選択する工程を含む。   In still another embodiment, the screening method of the present invention detects the expression of a PNPLA1 gene and / or a ceramide metabolism-related gene after contacting a test substance with a microarray equipped with the PNPLA1 gene and / or a ceramide metabolism-related gene, The method includes a step of selecting a substance that promotes the skin barrier function using the obtained detection result as an index.

本発明において、皮膚バリア機能促進剤及び皮膚疾患治療薬の候補となる被検物質(候補物質)は、特に限定されるものではなく、例えば、ペプチド、タンパク質、DNA、非ペプチド性化合物、合成化合物、発酵生産物、細胞抽出液、植物抽出液などが挙げられ、これら化合物は新規化合物であってもよいし、公知化合物であってもよい。これら被検物質は塩を形成していてもよく、被検物質の塩としては、生理学的に許容される酸(例えば無機酸など)や塩基(例えば有機酸など)などとの塩が用いられ、生理学的に許容される酸付加塩が好ましい。この様な塩としては、例えば、無機酸(例えば、塩酸、リン酸、臭化水素酸、硫酸など)との塩、あるいは有機酸(例えば、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、フマル酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、蓚酸、安息香酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸など)との塩などが用いられる。被検物質は、単一の物質を独立に試験しても、混合物(ライブラリーなどを含む)について試験をしてもよい。複数の被検物質を含むライブラリーとしては、合成化合物ライブラリー(コンビナトリアルライブラリーなど)、ペプチドライブラリー(コンビナトリアルライブラリーなど)などが挙げられる。   In the present invention, a test substance (candidate substance) that is a candidate for a skin barrier function promoter and a skin disease treatment drug is not particularly limited, and examples thereof include peptides, proteins, DNA, non-peptide compounds, and synthetic compounds. , Fermentation products, cell extracts, plant extracts, and the like. These compounds may be novel compounds or known compounds. These test substances may form a salt. As the salt of the test substance, a salt with a physiologically acceptable acid (for example, an inorganic acid) or a base (for example, an organic acid) is used. Physiologically acceptable acid addition salts are preferred. Examples of such salts include salts with inorganic acids (eg, hydrochloric acid, phosphoric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, etc.), or organic acids (eg, acetic acid, formic acid, propionic acid, fumaric acid, maleic acid, And salts with succinic acid, tartaric acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, and the like. The test substance may be tested on a single substance independently or on a mixture (including a library, etc.). Examples of the library containing a plurality of test substances include a synthetic compound library (such as a combinatorial library) and a peptide library (such as a combinatorial library).

被検物質の非ヒト動物への投与方法は特に限定されるものではなく、例えば経口投与、非経口投与(注射、塗布等)などが用いられ、動物の種類、被検物質の性質などにあわせて適宜選択することができる。また、被検物質の投与量は、投与方法、被検物質の性質などに応じて適宜選択することができる。非ヒト動物自体に被検物質を接触させるには、被検物質をこれらの動物に注射等により接種する、被検物質の皮膚に塗布する、湿布する、スプレーする等の態様がある。   The method of administering the test substance to the non-human animal is not particularly limited. For example, oral administration, parenteral administration (injection, application, etc.), etc. are used, depending on the type of animal and the nature of the test substance. Can be selected as appropriate. Further, the dose of the test substance can be appropriately selected according to the administration method, the nature of the test substance, and the like. In order to bring the test substance into contact with the non-human animal itself, there are modes in which the test substance is inoculated into the animal by injection, applied to the skin of the test substance, spread, sprayed, or the like.

被検物質投与の対象となる非ヒト動物(被検動物)及び対照動物としては、特に限定されるものではないが、通常、同種の非ヒト動物を用いる。また被検動物及び対照動物は、同腹の動物を用いることが好ましく、同性及び同齢の動物を用いることがより好ましい。非ヒト動物としては、例えばマウス、ラット、モルモット等のげっ歯類のほか、ウサギ、トリ、ヤギ、ウシ、ウマ、ブタ等が挙げられる。   The non-human animal (test animal) to be administered with the test substance and the control animal are not particularly limited, but usually the same kind of non-human animal is used. Moreover, it is preferable to use animals of the same litter as the test animal and the control animal, and it is more preferable to use animals of the same sex and the same age. Examples of non-human animals include rodents such as mice, rats, and guinea pigs, as well as rabbits, birds, goats, cows, horses, pigs, and the like.

本発明においては、非ヒト動物に被検物質を投与して皮膚バリア機能の再生、修復又は増強効果を調べる。   In the present invention, a test substance is administered to a non-human animal to examine the regeneration, repair or enhancement effect of the skin barrier function.

これらの効果が得られた被検物質は、皮膚バリア機能促進剤として選択することができる。このようにして選択された促進剤は、皮膚疾患用医薬又は化粧品、例えば魚鱗癬、アトピー性皮膚炎等の治療薬又は化粧品として選択することができる。   A test substance having these effects can be selected as a skin barrier function promoter. The promoter thus selected can be selected as a drug or cosmetic for skin diseases, for example, a therapeutic agent or cosmetic for ichthyosis, atopic dermatitis and the like.

「皮膚バリア機能」とは、体外からの異物の侵入を防御し、あるいは体内の水分の蒸発又は体液の漏出を防御する皮膚の機能を意味する。皮膚の表皮は内側から順に基底層、有棘層、顆粒層、角質層の4層構造を持つ。皮膚バリア機能の大部分は最外層の角質層が担っており、物理的・化学的に非常に安定な不溶性構造物である「周辺帯」を持ち、内部にケラチン・フィラグリン凝集産物が詰まった表皮角化細胞と、その周りを満たすセラミド、コレステロール、脂肪酸を主成分とする多重層構造の「角質細胞間脂質」で構成される(図1A)。レンガブロックに喩えると、レンガに相当する表皮角化細胞の間をモルタル(セメント)に相当する角質細胞間脂質が埋めることで強固な壁を形成し、皮膚バリア機能の促進を発揮する。   The “skin barrier function” means a function of the skin that prevents foreign substances from entering from the outside of the body, or prevents evaporation of body water or leakage of body fluids. The epidermis of the skin has a four-layer structure consisting of the basal layer, spiny layer, granule layer, and stratum corneum in order from the inside. The outermost stratum corneum is responsible for most of the skin barrier function, and it has a “peripheral zone” which is an insoluble structure that is physically and chemically very stable. The epidermis is filled with keratin and filaggrin aggregates. It consists of keratinocytes and a multi-layered “interkeratinic lipid” composed mainly of ceramide, cholesterol, and fatty acids that fills them (Fig. 1A). In analogy to a brick block, a keratinocyte lipid equivalent to mortar (cement) fills the space between the epidermal keratinocytes equivalent to bricks to form a strong wall, and promotes the skin barrier function.

「皮膚バリア機能の促進」とは、皮膚にバリア機能を有する角質細胞間脂質やCLEをを再生し、修復し、又は増強させることを意味する。また、「皮膚バリア機能の促進物質」とは、皮膚バリア機能を再生し、修復し又は増強する効果、または皮膚バリア機能の低下を予防する効果を有する物質を意味する。   “Promotion of skin barrier function” means regenerating, repairing, or enhancing keratinocyte lipids or CLE having a barrier function in the skin. The “skin barrier function promoting substance” means a substance having an effect of regenerating, repairing or enhancing the skin barrier function or an effect of preventing a decrease in the skin barrier function.

「再生」とは、喪失した皮膚バリア機能を再度生み出すこと、「修復」とは、一部喪失した皮膚バリア機能を修正復元すること、「増強」とは、すでに保有しているバリア機能をさらに高めること、予防とは、すでに保有しているバリア機能の低下を防ぐことを意味する。   “Regeneration” means to re-create the lost skin barrier function, “Repair” means to restore and restore the partially lost skin barrier function, and “Enhancement” means that the existing barrier function is further increased. Enhancing and preventing means preventing deterioration of the barrier function already possessed.


被検物質が皮膚バリア機能を促進したかどうかを評価するための項目としては、例えば、PNPLA1の発現量、セラミド代謝関連遺伝子の発現量、アシルセラミドの量、角質細胞の剥離現象が認められる乾燥状態の皮膚の有無、表皮組織の縮小の有無又は度合い、表皮細胞分化増殖マーカー、経皮水分蒸散量、フィラグリンの発現量等が挙げられる。これらの評価は、動物の外見観察、組織学的解析、遺伝子工学的分析、生化学的分析等の手法を用いて行うことができる。そして、皮膚バリア機能促進効果について、皮膚疾患の発症抑制、皮膚疾患の縮小、アシルセラミド量の増加、PNPLA1の発現量の増加、及び表皮細胞分化増殖マーカーの出現又は消滅などの効果の少なくとも1つが観察されたときは、皮膚バリア機能の再生、修復、増強又は低下の予防効果が得られたと判断し、被検物質を、皮膚バリア機能促進作用を有する物質(皮膚バリア機能促進剤)として選択する。また、セラミド代謝関連遺伝子としては、Elovl4、Lass3、Cyp4f39、Ugcg、Abca12、Gba、Abhd5、Aloxe3及びAlox12bからなる群から選ばれる少なくとも1つが挙げられる。なお、Cyp4f39は、ヒトではCYP4F22となる。PNPLA1遺伝子ノックアウトマウスではこれらのセラミド代謝関連遺伝子の発現が増加するが、これはアシルセラミドの不足を補うためのフィードバック機構が働き、アシルセラミドの原料を供給する上流のセラミド代謝経路が促進されていると考えられる。従って、上記セラミド代謝関連遺伝子の発現量が対照と比較して増加したときは、被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する。言い換えると、セラミド代謝関連遺伝子の発現量が対照と比較して変化したときは、被検物質を皮膚バリア機能修飾剤として選択する。

The items for evaluating whether the test substance promoted the skin barrier function include, for example, PNPLA1 expression level, ceramide metabolism-related gene expression level, acyl ceramide level, and keratinocyte detachment phenomenon. The presence or absence of skin in the state, the presence or absence or degree of epidermal tissue reduction, epidermal cell differentiation and proliferation marker, transdermal moisture transpiration, filaggrin expression and the like. These evaluations can be performed using methods such as appearance observation of animals, histological analysis, genetic engineering analysis, biochemical analysis, and the like. And, regarding the skin barrier function promoting effect, at least one of effects such as suppression of onset of skin disease, reduction of skin disease, increase in the amount of acylceramide, increase in the expression level of PNPLA1, and the appearance or disappearance of epidermal cell differentiation / proliferation markers If observed, it is judged that the skin barrier function has been regenerated, repaired, enhanced or reduced, and the test substance is selected as a substance having a skin barrier function promoting action (skin barrier function promoter). . The ceramide metabolism-related gene includes at least one selected from the group consisting of Elovl4, Lass3, Cyp4f39, Ugcg, Abca12, Gba, Abhd5, Aloxe3 and Alox12b. Cyp4f39 is CYP4F22 in humans. In PNPLA1 gene knockout mice, the expression of these ceramide metabolism-related genes increases, but this works as a feedback mechanism to compensate for the lack of acylceramide and promotes the upstream ceramide metabolic pathway that supplies acylceramide raw materials it is conceivable that. Therefore, when the expression level of the ceramide metabolism-related gene is increased compared to the control, the test substance is selected as a skin barrier function promoter. In other words, when the expression level of the ceramide metabolism-related gene changes compared to the control, the test substance is selected as a skin barrier function modifier.


本発明において使用されるPNPLA1遺伝子が欠損した非ヒト動物は、PNPLA1遺伝子がホモノックアウトされた動物でもヘテロノックアウトされた動物でもよいが、全身性ホモノックアウト動物は、前述のように出生後極めて早期に死亡することから、皮膚特異的ホモノックアウト動物またはヘテロノックアウト動物を使用することが好ましい。

The non-human animal deficient in the PNPLA1 gene used in the present invention may be an animal in which the PNPLA1 gene is homoknocked out or heterozygously knocked out, but a systemic homoknockout animal is very early after birth as described above. Because of death, it is preferable to use skin-specific homo knockout animals or hetero knockout animals.

本発明においては、PNPLA1遺伝子が欠損した非ヒト動物、のほか、PNPLA1遺伝子を有するがこの遺伝子が変異した非ヒト動物を使用することができる。変異とは、PNPLA1遺伝子の全長配列のうち、一部の配列に欠失、置換、付加等の変異が生じ、PNPLA1活性を有するタンパク質をコードしない配列を含む遺伝子、すなわち、PNPLA1遺伝子本来の機能を有さない遺伝子を意味する。   In the present invention, in addition to non-human animals deficient in the PNPLA1 gene, non-human animals having the PNPLA1 gene but mutated in this gene can be used. Mutation refers to a gene containing a sequence that does not encode a protein having PNPLA1 activity, such as deletion, substitution, addition, etc. in part of the full-length sequence of PNPLA1 gene, that is, the original function of PNPLA1 gene. It means a gene that you do not have.

また本発明においては、皮膚バリア機能促進効果を評価するには、PNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物自体を用いることもできるが、この態様に限定されず、PNPLA1遺伝子を有する細胞、又は当該非ヒト動物から採取された生体材料を用いることもできる。この場合、PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後に、アシルセラミド、例えばω位にリノール酸がエステル結合したセラミドを検出する。ヘテロノックアウト非ヒト動物や変異PNPLA1遺伝子を持つ非ヒト動物を用いるときは、PNPLA1の発現を指標とすることもできる。そして、アシルセラミド若しくはPNPLA1が増加したとき、又はPNPLA1遺伝子の発現量が増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する。   In the present invention, in order to evaluate the effect of promoting skin barrier function, a non-human animal having the PNPLA1 gene itself can be used. However, the present invention is not limited to this, and the cell having the PNPLA1 gene, or the non-human animal Biomaterials collected from can also be used. In this case, an acylceramide, for example, a ceramide esterified with linoleic acid at the ω position is detected after contacting the test substance with a cell having the PNPLA1 gene or a biological material collected from a non-human animal having the PNPLA1 gene. . When using a hetero knockout non-human animal or a non-human animal having a mutant PNPLA1 gene, the expression of PNPLA1 can also be used as an index. When acylceramide or PNPLA1 increases, or when the expression level of the PNPLA1 gene increases, the test substance is selected as a skin barrier function promoter.


さらに、本発明においては、PNPLA1遺伝子が欠損若しくは変異した非ヒト動物、又はPNPLA1遺伝子が欠損若しくは変異した非ヒト動物から得られた生体材料を用いるときは、比較対照としてPNPLA1遺伝子がノックアウト又は変異されていない野生型非ヒト動物、あるいはPNPLA1遺伝子がノックアウト又は変異されていない細胞などを用いることが好ましい。例えば、ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する。

Furthermore, in the present invention, when using a non-human animal deficient or mutated in the PNPLA1 gene or a biomaterial obtained from a non-human animal deficient or mutated in the PNPLA1 gene, the PNPLA1 gene is knocked out or mutated as a comparative control. It is preferable to use a wild type non-human animal that has not been knocked out or a cell in which the PNPLA1 gene has not been knocked out or mutated. For example, when the amount of acylceramide in which linoleic acid is ester-bonded at the ω position is increased compared to control cells or biomaterials that do not contact the test substance, the test substance is selected as a skin barrier function promoter.

さらに、本発明においては、PNPLA1遺伝子が欠損した非ヒト動物ではなくPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物、例えば野生型非ヒト動物、又は当該非ヒト動物から採取された生体材料、あるいはPNPLA1遺伝子を有する細胞を使用することもできる。この場合、PNPLA1遺伝子を含む非ヒト動物、当該動物から採取された生体材料、又はPNPLA1遺伝子を含む細胞等を被検物質と接触させ、接触後にω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドの量、PNPLA1の発現量、PNPLA1酵素活性又は表皮細胞分化増殖マーカーの発現等を指標として、皮膚バリア機能促進剤を選択することもできる。選択手法、及び対照を使用したときの判定手法は、前記と同様である。   Furthermore, in the present invention, not a non-human animal deficient in the PNPLA1 gene but a non-human animal having the PNPLA1 gene, for example, a wild type non-human animal, or a biomaterial collected from the non-human animal, or a cell having the PNPLA1 gene Can also be used. In this case, a non-human animal containing the PNPLA1 gene, a biomaterial collected from the animal, or a cell containing the PNPLA1 gene is brought into contact with the test substance, and the amount of acylceramide in which linoleic acid is ester-linked to the ω position after contact. A skin barrier function promoter can also be selected using the expression level of PNPLA1, the PNPLA1 enzyme activity or the expression of epidermal cell differentiation / proliferation marker as an index. The selection method and the determination method when the control is used are the same as described above.


非ヒト動物から採取された生体材料としては、例えば非ヒト動物由来の皮膚切片(皮膚組織)、細胞、体液、血液、リンパ液などが挙げられる。「PNPLA1遺伝子を含む細胞」とは、非ヒト動物から採取された生体材料以外の細胞を意味し、その種類は不問である。例えば樹立された培養細胞、遺伝子工学的にPNPLA1遺伝子が導入された形質転換細胞(形質転換された大腸菌、酵母、植物細胞等を含む)などが挙げられる。

Examples of biomaterials collected from non-human animals include non-human animal-derived skin sections (skin tissues), cells, body fluids, blood, lymph fluids, and the like. The “cell containing PNPLA1 gene” means a cell other than a biomaterial collected from a non-human animal, and its type is not limited. Examples include established cultured cells, transformed cells in which the PNPLA1 gene has been introduced by genetic engineering (including transformed E. coli, yeast, plant cells, etc.).

「接触させる」とは、被検物質を非ヒト動物に投与する態様、被検物質を生体材料に添加する態様、被検物質の存在下で培養する態様などを意味する。非ヒト動物自体に被検物質を投与するには、被検物質をこれらの動物に注射等により接種する、被検物質の皮膚に塗布する、スプレーにより散布する、湿布する等の態様がある。被検物質を生体材料に添加する態様は、細胞の培養物に被検物質を添加すること、体液、血液又はリンパ液等に被検物質を添加することなどが挙げられる。「培養物」とは、細胞、培養液、細胞抽出物のいずれをも意味する。「被検物質の存在下で培養する」とは、細胞と被検物質とが接触する条件下で培養することを意味し、被検物質の上記細胞等との接触は、例えば、細胞培養培地や各種緩衝液(例えば、HEPES緩衝液、リン酸緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水など)の中に被検物質を添加して、細胞を一定時間インキュベートすることにより実施することができる。   “Contact” means an aspect in which a test substance is administered to a non-human animal, an aspect in which the test substance is added to a biological material, an aspect in which the test substance is cultured in the presence of the test substance, and the like. In order to administer a test substance to a non-human animal itself, there are modes in which the test substance is inoculated into these animals by injection or the like, applied to the skin of the test substance, sprayed, sprayed, or the like. Examples of the mode of adding the test substance to the biological material include adding the test substance to a cell culture, adding the test substance to a body fluid, blood, lymph, or the like. “Culture” means any of cells, culture media, and cell extracts. “Culturing in the presence of a test substance” means culturing under conditions where the cell and the test substance are in contact with each other, and the contact of the test substance with the cells or the like is, for example, a cell culture medium Or by adding a test substance into various buffer solutions (for example, HEPES buffer solution, phosphate buffer solution, phosphate buffered saline, etc.) and incubating the cells for a certain period of time.

培養物中に添加される被検物質の濃度は、その特徴(化合物の種類、溶解度、毒性等)により異なるが、例えば、1 nM〜1,000μMの範囲で適宜選択される。インキュベート時間としては、例えば、24〜72時間が挙げられる。   The concentration of the test substance added to the culture varies depending on the characteristics (type of compound, solubility, toxicity, etc.), but is appropriately selected within the range of 1 nM to 1,000 μM, for example. Examples of the incubation time include 24-72 hours.

「表皮細胞分化増殖マーカー」とは、表皮最下層の基底細胞が上層の表皮有棘細胞、顆粒細胞、角質細胞に増殖分化する際に特異的に発現が誘導される分子を意味し、本発明においてはKeratin 1、Keratin 5、ロリクリン、フィラグリンなどが挙げられる。表皮細胞分化増殖マーカーを測定するための測定手法には限定されず、定量的PCRによりmRNA発現量を解析する、あるいはウエスタンブロッティングや免疫抗体染色によりタンパク発現量を解析する。表皮細胞分化増殖マーカーを用いたときの選択基準については、Keratin 1、Keratin 5、ロリクリン、フィラグリンなどの発現が増加したときは表皮細胞の増殖分化が進んだ状態であると判断する。   “Epithelial cell differentiation / proliferation marker” means a molecule whose expression is specifically induced when the basal cells in the lowermost layer of the epidermis proliferate and differentiate into epidermal spiny cells, granule cells, and corneocytes. Examples include Keratin 1, Keratin 5, loricrin, and filaggrin. The measurement method for measuring epidermal cell differentiation / proliferation markers is not limited, and mRNA expression level is analyzed by quantitative PCR, or protein expression level is analyzed by Western blotting or immuno-antibody staining. Regarding the selection criteria when the epidermal cell differentiation / proliferation marker is used, when the expression of Keratin 1, Keratin 5, loricrin, filaggrin or the like is increased, it is determined that the proliferation / differentiation of epidermis cells has progressed.

さらに本発明においては、上記動物や細胞を用いずにPNPLA1の酵素活性を生化学的に測定し、この測定結果を指標とすることも可能である。また、PCRやDNAマイクロアレイを用いてPNPLA1遺伝子の発現を検出することもできる。   Furthermore, in the present invention, it is possible to biochemically measure the enzyme activity of PNPLA1 without using the animals and cells, and to use the measurement result as an index. It is also possible to detect the expression of the PNPLA1 gene using PCR or DNA microarray.

生化学的に測定動物や細胞を用いない態様の場合は、PNPLA1を被検物質で処理してPNPLA1の酵素活性を検出し、この検出結果を指標として皮膚バリア機能促進薬を選択する工程を含む。「被検物質で処理」するとは、PNPLA1と被検物質とが接触するアッセイ系に両者を混合させることを意味する。例えば、試験管にPNPLA1と被検物質とを混合すること、PNPLA1が含まれる試験管に被検物質を添加すること、被検物質が含まれる試験管にPNPLA1を添加し、必要により所定時間反応させることを意味する。具体的には、PNPLA1及び基質(ω-ヒドロキシセラミド)を含む試料に被検物質を接触させた後にアシルセラミドを検出し、得られる検出結果を指標として皮膚バリア機能の促進物質を選択する工程を含む。   In the case where the animal or cell is not used biochemically, it includes the step of treating PNPLA1 with a test substance to detect the enzyme activity of PNPLA1, and selecting a skin barrier function promoter using this detection result as an index. . “Treatment with a test substance” means that both are mixed in an assay system in which PNPLA1 and the test substance are in contact with each other. For example, mixing PNPLA1 and a test substance in a test tube, adding a test substance to a test tube containing PNPLA1, adding PNPLA1 to a test tube containing a test substance, and reacting for a predetermined time if necessary It means that Specifically, a step of detecting acylceramide after contacting a test substance with a sample containing PNPLA1 and a substrate (ω-hydroxyceramide), and selecting a substance that promotes skin barrier function using the obtained detection result as an index. Including.

酵素活性の測定は、基質となるω-ヒドロキシセラミドとリノール酸含有脂質にPNPLA1リコンビナント酵素標品を添加して、生成するアシルセラミドを定量することにより行なうことができる。   Enzyme activity can be measured by adding PNPLA1 recombinant enzyme preparation to ω-hydroxyceramide as a substrate and linoleic acid-containing lipid and quantifying the resulting acylceramide.

酵素活性の測定装置は、例えば、TLC、LC/MS(質量分析)、LSC-6100液体シンチレーションカウンター(ALOKA社)、ARVO mxマルチラベルカウンター(Perkin Elmer社)などを用いることができる。   As an apparatus for measuring enzyme activity, for example, TLC, LC / MS (mass spectrometry), LSC-6100 liquid scintillation counter (ALOKA), ARVO mx multi-label counter (Perkin Elmer) and the like can be used.

被検物質の存在下で培養された細胞において測定された測定結果、又は被検物質により処理されたPNPLA1の活性の測定結果が、対照と比較して増加したときは、被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する。   When the measurement result measured in cells cultured in the presence of the test substance or the measurement result of the activity of PNPLA1 treated with the test substance is increased compared to the control, the test substance is removed from the skin barrier. Select as a function promoter.

DNAマイクロアレイを用いる場合は、PNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子を搭載したマイクロアレイに被検物質を接触させた後にPNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子の発現を検出し、この検出結果を指標として皮膚バリア機能の促進物質を選択する工程を含む。「DNAマイクロアレイ」とは、微小基板上に、被検物質と結合する核酸(プローブ)をアレイ状に複数配置させたものである。検体をマイクロアレイの基板に配置したプローブに接触させて、被検物質とプローブとを反応させた後、結合体を検出することで、検体中に存在する被検物質の有無又は発現量を調べることができる。本発明において使用できるマイクロアレイは特に限定されるものではなく、様々なタイプのマイクロアレイを使用することができる。例えば、Whole Mouse GenomeオリゴDNAマイクロアレイキット Ver2.0(4x44K)(Agilent Technologies社製)、SurePrint G3 Human GE マイクロアレイ 8x60K ver.2.0(Agilent Technologies社製)、GeneChip(登録商標)Human Transcriptome Array 2.0(Affymetrix社製)のマイクロアレイが挙げられる。これらのマイクロアレイにPNPLA1遺伝子(プローブ)が搭載されていないときは、周知手法により、例えば基板上でフォトリソグラフィーにより合成するか、あるいは予め合成されたプローブを基板上にスポッティングすることにより搭載させることができる。PNPLA1遺伝子は、全長であっても部分長であってもよい。   When using a DNA microarray, contact the test substance with the microarray equipped with the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene, and then detect the expression of the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene. Selecting a substance that promotes skin barrier function. A “DNA microarray” is an array of a plurality of nucleic acids (probes) that bind to a test substance on a microsubstrate. The specimen is brought into contact with the probe arranged on the microarray substrate, the test substance is reacted with the probe, and then the presence or expression level of the test substance present in the specimen is examined by detecting the conjugate. Can do. The microarray that can be used in the present invention is not particularly limited, and various types of microarrays can be used. For example, Whole Mouse Genome Oligo DNA Microarray Kit Ver2.0 (4x44K) (Agilent Technologies), SurePrint G3 Human GE Microarray 8x60K ver.2.0 (Agilent Technologies), GeneChip (registered trademark) Human Transcriptome Array 2.0 (Affymetrix) Manufactured microarray). When the PNPLA1 gene (probe) is not mounted on these microarrays, they can be mounted by well-known methods, for example, by photolithography on a substrate, or by spotting a pre-synthesized probe on the substrate. it can. The PNPLA1 gene may be full length or partial length.

DNAマイクロアレイを用いてPNPLA1遺伝子の発現を検出するには、所定のマイクロアレイスキャナ(SureScan; Agilent Technologies社)等を使用することができる。   In order to detect the expression of the PNPLA1 gene using a DNA microarray, a predetermined microarray scanner (SureScan; Agilent Technologies) or the like can be used.

以上のようにして皮膚バリア機能促進剤として選択された物質は、PNPLA1の発現を増加させ、あるいはアシルセラミドの合成を促進することから、皮膚バリア機能の再生、修復又は増強効果が得られる。従って、このような物質は、皮膚疾患治療薬や化粧品等の配合品として選択することができる。   Since the substance selected as a skin barrier function promoter as described above increases the expression of PNPLA1 or promotes the synthesis of acylceramide, the effect of regenerating, repairing or enhancing the skin barrier function can be obtained. Therefore, such a substance can be selected as a blended product such as a skin disease therapeutic drug or cosmetic.

皮膚疾患としては、特に限定されるものではないが、例えば魚鱗癬、アトピー性皮膚炎、荒れ肌、乾癬、乾皮症、接触性皮膚炎、角化症、湿疹、乾燥性皮膚炎、荒れ肌、乾燥肌等が挙げられるが、これらの疾患に限定されるものではない。   The skin disease is not particularly limited. For example, ichthyosis, atopic dermatitis, rough skin, psoriasis, psoriasis, contact dermatitis, keratosis, eczema, dry dermatitis, rough skin, dryness Although skin etc. are mentioned, it is not limited to these diseases.


3.被検物質の安全性評価方法
本発明において、PNPLA1遺伝子の発現を低下させるような物質は皮膚バリア機能を低下させると考えられる。

3. Method for evaluating safety of test substance In the present invention, it is considered that a substance that decreases the expression of the PNPLA1 gene decreases the skin barrier function.

従って、本発明は被検物質の安全性確認のための検査方法として利用可能である。   Therefore, the present invention can be used as an inspection method for confirming the safety of a test substance.

まず、PNPLA1遺伝子若しくはセラミド代謝関連遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子若しくはセラミド代謝関連遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させる。次に、PNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子の発現量を測定する。得られる測定結果は、被検物質の性質を評価するための指標となる。   First, a test substance is brought into contact with a biomaterial collected from a cell having a PNPLA1 gene or a ceramide metabolism-related gene or a non-human animal having a PNPLA1 gene or a ceramide metabolism-related gene. Next, the expression level of the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene is measured. The obtained measurement result is an index for evaluating the property of the test substance.

また本発明においては、PNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子を搭載したマイクロアレイに被検物質を接触させた後にPNPLA1遺伝子及び/又はセラミド代謝関連遺伝子の発現量を測定し、上記と同様の評価をすることができる。   In the present invention, the amount of expression of the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene is measured after contacting the test substance with a microarray equipped with the PNPLA1 gene and / or ceramide metabolism-related gene, and the same evaluation as above is performed. can do.

さらに、本発明においては、」PNPLA1遺伝子若しくはセラミド代謝関連遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子若しくはセラミド代謝関連遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後、ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドを検出し、上記と同様の評価をすることができる。例えば被検物質で処理した後のPNPLA1遺伝子の発現量が対照と比較して低下したときは、当該被検物質は皮膚バリア機能を低下させる物質であると判定する。また、ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して低下したときは、当該被検物質は皮膚バリア機能を低下させる物質であると判定する。   Furthermore, in the present invention, after contacting the test substance with a biological material collected from a cell having a PNPLA1 gene or a ceramide metabolism-related gene or a non-human animal having a PNPLA1 gene or a ceramide metabolism-related gene, the ω position An acylceramide in which linoleic acid is ester-bonded to can be detected and evaluated in the same manner as described above. For example, when the expression level of the PNPLA1 gene after treatment with the test substance decreases compared to the control, the test substance is determined to be a substance that reduces the skin barrier function. In addition, when the acyl ceramide in which linoleic acid is ester-bonded at the ω position is lower than that of a control cell or biomaterial that does not contact the test substance, the test substance is a substance that reduces the skin barrier function. Is determined.

他方、Elovl4、Lass3、Cyp4f39、Ugcg、Abca12、Gba、Abhd5、Aloxe3及びAlox12bからなる群から選ばれる少なくとも1つのセラミド代謝関連遺伝子は、前記のとおりPNPLA1遺伝子ノックアウトマウスにおいて増加することが確認され、アシルセラミド合成に必要な原料を増やすためのフィードバックが働くと考えられる。従って、これらのセラミド代謝関連遺伝子を増加させる物質は、皮膚バリア機能を増加させる物質であると判定することができる。   On the other hand, at least one ceramide metabolism-related gene selected from the group consisting of Elovl4, Lass3, Cyp4f39, Ugcg, Abca12, Gba, Abhd5, Aloxe3 and Alox12b was confirmed to increase in PNPLA1 gene knockout mice as described above. It is thought that feedback to increase the raw materials necessary for ceramide synthesis works. Therefore, it can be determined that a substance that increases these ceramide metabolism-related genes is a substance that increases the skin barrier function.



4.PNPLA1を用いたアシルセラミドの生合成
本発明は、ω-ヒドロキシセラミドにPNPLA1を作用させることを特徴とするアシルセラミドの製造方法を提供する。


4). Biosynthesis of acylceramides using PNPLA1 The present invention provides a method for producing acylceramides, wherein PNPLA1 is allowed to act on ω-hydroxyceramides.

ω-ヒドロキシセラミドは、例えば極超超鎖セラミドにCYP4F22(ヒト)あるいはCyp4f39(マウス)を作用させることにより作製することができる(Ohno Y, Ohkuni A, Kamiyama N, Kihara A; Epidermal-specific ω-hydroxylated ceramide is synthesized by the cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22. 第11回未来創薬・医療イノベーション拠点形成国際シンポジウム, 札幌, 2013. 8. 2.)。あるいは、市販のω-ヒドロキシセラミド (N-ω-Hydroxytriacontanoyl-D-erythro-sphingosine;MATREYA社)を使用することができる。   ω-Hydroxyceramide can be prepared, for example, by allowing CYP4F22 (human) or Cyp4f39 (mouse) to act on ultra-super ceramide (Ohno Y, Ohkuni A, Kamiyama N, Kihara A; Epidermal-specific ω- hydroxylated ceramide is synthesized by the cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22. 11th International Symposium on Future Drug Discovery and Medical Innovation, Sapporo, 2013. 8. 2.). Alternatively, commercially available ω-hydroxyceramide (N-ω-Hydroxytriacontanoyl-D-erythro-sphingosine; MATERYA) can be used.

上記のω-ヒドロキシセラミドに、PNPLA1を作用させる。   PNPLA1 is allowed to act on the above ω-hydroxyceramide.

「作用させる」とは、基質であるω-ヒドロキシセラミドに対し、酵素であるPNPLA1の触媒を行わせることを意味し、例えば、ω-ヒドロキシセラミド含有溶液にリノール酸供与体とPNPLA1を添加して所定時間反応させればよい。   “Activate” means that the substrate ω-hydroxyceramide is made to catalyze the enzyme PNPLA1, and for example, a linoleic acid donor and PNPLA1 are added to a solution containing ω-hydroxyceramide. What is necessary is just to make it react for a predetermined time.


<ω-ヒドロキシセラミドやアシルセラミドの構造・定義>
ω-ヒドロキシセラミド及びアシルセラミドの構造式は以下の通りである。

<Structure and definition of ω-hydroxyceramide and acylceramide>
The structural formulas of ω-hydroxyceramide and acylceramide are as follows.

式中、R1およびR2は50個までの炭素原子を有する直鎖または枝分かれした炭化水素鎖であり、該炭化水素鎖は、任意に酸素原子により中断されていてもよく、任意に1つまたはそれ以上の二重結合を含んでいてもよく、かつ任意に1つまたはそれ以上のヒドロキシル基等で置換されていてもよく、 R3はHまたはヘキソースもしくはペントース部分などの炭水化物である(任意に、さらに炭水化物部分に結合していてもよい)。 In which R 1 and R 2 are straight or branched hydrocarbon chains having up to 50 carbon atoms, which may optionally be interrupted by oxygen atoms, optionally one Or may contain more double bonds and optionally be substituted with one or more hydroxyl groups, etc., and R 3 is a carbohydrate such as H or a hexose or pentose moiety (optional And may be further linked to a carbohydrate moiety).

本発明のより好ましい実施態様において、R1は14〜24個の炭素原子を有する直鎖または枝分かれした脂肪酸であり、任意に1つまたはそれ以上の二重結合を含んでいてもよく、かつ任意に1つまたはそれ以上のヒドロキシル基等で置換されていてもよく、 R2は20〜40個の炭素原子を有する直鎖または枝分かれした脂肪酸であり、任意に1つまたはそれ以上の二重結合を含んでいてもよく、かつ任意に1つまたはそれ以上のヒドロキシル基等で置換されていてもよく、R3はHまたはグルコシルもしくはガラクトシル基である 。 In a more preferred embodiment of the invention, R 1 is a linear or branched fatty acid having 14 to 24 carbon atoms, optionally containing one or more double bonds, and optionally Optionally substituted with one or more hydroxyl groups, etc., and R 2 is a straight or branched fatty acid having 20 to 40 carbon atoms, optionally one or more double bonds And optionally substituted with one or more hydroxyl groups and the like, R 3 is H or a glucosyl or galactosyl group.

式中、R1、R2 およびR4は50個までの炭素原子を有する直鎖または枝分かれした炭化水素鎖であり、該炭化水素鎖は、任意に酸素原子により中断されていてもよく、任意に1つまたはそれ以上の二重結合を含んでいてもよく、かつ任意に1つまたはそれ以上のヒドロキシル基等で置換されていてもよく、 R3はHまたはヘキソースもしくはペントース部分などの炭水化物である(任意に、さらに炭水化物部分に結合していてもよい)。 In which R 1 , R 2 and R 4 are linear or branched hydrocarbon chains having up to 50 carbon atoms, which may optionally be interrupted by oxygen atoms, optionally May contain one or more double bonds and optionally be substituted with one or more hydroxyl groups, etc., and R 3 is a carbohydrate such as H or a hexose or pentose moiety. Yes (optionally further linked to a carbohydrate moiety).

本発明のより好ましい実施態様において、R1は14〜24個の炭素原子を有する直鎖または枝分かれした脂肪酸であり、任意に1つまたはそれ以上の二重結合を含んでいてもよく、かつ任意に1つまたはそれ以上のヒドロキシル基等で置換されていてもよく、 R2は20〜40個の炭素原子を有する直鎖または枝分かれした脂肪酸であり、任意に1つまたはそれ以上の二重結合を含んでいてもよく、かつ任意に1つまたはそれ以上のヒドロキシル基等で置換されていてもよく、R3はHまたはグルコシルもしくはガラクトシル基であり、R4はリノール酸である。 In a more preferred embodiment of the invention, R 1 is a linear or branched fatty acid having 14 to 24 carbon atoms, optionally containing one or more double bonds, and optionally Optionally substituted with one or more hydroxyl groups, etc., and R 2 is a straight or branched fatty acid having 20 to 40 carbon atoms, optionally one or more double bonds And optionally substituted with one or more hydroxyl groups and the like, R 3 is H or a glucosyl or galactosyl group, and R 4 is linoleic acid.


アシルセラミド合成酵素PNPLA1は、Pnpla1遺伝子を発現させた細胞や微生物のホモジネートに含有されたものを使用できる。あるいは、Pnpla1のアミノ酸配列及びDNA塩基配列の情報を基に、遺伝子工学的手法を用いてPnpla1に変異を入れた組み換えタンパク質を調製することもできる。

As the acylceramide synthase PNPLA1, those contained in cells or microorganism homogenates expressing the Pnpla1 gene can be used. Alternatively, a recombinant protein having a mutation in Pnpla1 can be prepared using genetic engineering techniques based on the amino acid sequence and DNA base sequence information of Pnpla1.

PNPLA1のω-ヒドロキシセラミド含有溶液中への添加量(濃度)は、1μM〜1 mM、好ましくは50 μM〜300 μMであり、反応温度は20〜40℃、好ましくは35〜37℃である。反応時間は、10分〜6時間、好ましくは30分〜2時間である。リノール酸供与体としては、Linoely CoA、Trilinoleinなどが使用できる。   The amount (concentration) of PNPLA1 added to the ω-hydroxyceramide-containing solution is 1 μM to 1 mM, preferably 50 μM to 300 μM, and the reaction temperature is 20 to 40 ° C., preferably 35 to 37 ° C. The reaction time is 10 minutes to 6 hours, preferably 30 minutes to 2 hours. As the linoleic acid donor, Linoely CoA, Trilinolein and the like can be used.

反応後、生成されたアシルセラミドを採取する。採取手法は、HPLCやTLCなどが利用できる。   After the reaction, the produced acylceramide is collected. As the collection method, HPLC or TLC can be used.

採取された物質がアシルセラミドであることの確認は、公知の方法、すなわち、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC/MS)、TLC、LC/MS等を単独あるいは組み合わせて測定することで判定できる。。   Confirmation that the collected substance is acylceramide can be determined by measuring a known method, that is, a gas chromatograph mass spectrometer (GC / MS), TLC, LC / MS, etc. alone or in combination. .


以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

図3
マウス組織におけるPnpla1遺伝子発現量の解析:
8週齢の雄マウスをイソフルランで麻酔後、背部皮膚やその他の組織を採取し、液体窒素で急速凍結後に-80℃で保存した。凍結したマウス組織20 mgに対してRNA調製用のTRIZOL (Invitrogen社)を1 mL加え、ポリトロンPT10-35 GT (KINEMATICA社)を用いて破砕した。この溶液にクロロホルムを1/5容量加えて激しく撹拌した後、15,000 rpm、室温で10分間遠心して上清を分取した。上清に同容量の2-プロパノールを加えて転倒混和し、15分間静置した後、5,000 rpm、4℃で15分間遠心してRNAを沈殿させた。上清を除いて70% (v/v) エタノールを加え、15,000 rpm、4℃で5分間遠心してRNAを洗浄した。上清を除いた沈殿に滅菌水を適量加えて再溶解させ、260 nmにおける吸光度の測定により、得られたRNAを定量した。1 μgのRNAを鋳型としてReverTraAce (東洋紡)を用いて逆転写反応を行い、cDNAを作製した。RNA発現量の評価は蛍光標識プローブを用いた定量的PCR(TaqMan法qPCR)によって行った。ThunderBird qPCR Master Mix (東洋紡)を用いて、cDNA試料1 μLに2 x qPCR Master Mix 10 μL、リファレンス遺伝子Hprt1及び検出する該当遺伝子のプライマー (Pnpla1)、蛍光標識UPLプローブ (ロッシュ社)を加え、滅菌水で全量を20 μLに調製した。qPCR反応には96穴プレート(LightCycler(登録商標) 480 Multiwell Plate 96、04729692001;ロッシュ社)を用い、LightCycler(登録商標)480 Instrument II(ロッシュ社)を使用して50℃、2 min → 95℃、10 min → (95℃、15 sec → 60℃、1 min ) x 40サイクルの条件で反応させ、蛍光強度の変化曲線から比較CT法(DDCT法)を用いて目的とする遺伝子発現量を計算した。
Figure 3
Analysis of Pnpla1 gene expression level in mouse tissues:
After anesthetizing an 8-week-old male mouse with isoflurane, the back skin and other tissues were collected, rapidly frozen in liquid nitrogen and stored at -80 ° C. 1 mL of TRIZOL (Invitrogen) for RNA preparation was added to 20 mg of frozen mouse tissue, and crushed using Polytron PT10-35 GT (KINEMATICA). After adding 1/5 volume of chloroform to this solution and stirring vigorously, it was centrifuged at 15,000 rpm for 10 minutes at room temperature, and the supernatant was collected. The same volume of 2-propanol was added to the supernatant, mixed by inversion, allowed to stand for 15 minutes, and then centrifuged at 5,000 rpm at 4 ° C. for 15 minutes to precipitate RNA. The supernatant was removed, 70% (v / v) ethanol was added, and RNA was washed by centrifugation at 15,000 rpm for 5 minutes at 4 ° C. An appropriate amount of sterilized water was added to the precipitate from which the supernatant was removed to redissolve it, and the obtained RNA was quantified by measuring the absorbance at 260 nm. A reverse transcription reaction was performed using 1 μg of RNA as a template and ReverTraAce (Toyobo) to prepare cDNA. The RNA expression level was evaluated by quantitative PCR (TaqMan method qPCR) using a fluorescently labeled probe. Using ThunderBird qPCR Master Mix (Toyobo), add 2 x qPCR Master Mix 10 μL, reference gene Hprt1 and primer (Pnpla1) of the target gene to be detected, and fluorescently labeled UPL probe (Roche) to 1 μL of cDNA sample and sterilize The total volume was adjusted to 20 μL with water. For qPCR reaction, 96-well plate (LightCycler (registered trademark) 480 Multiwell Plate 96, 04729692001; Roche) was used, and LightCycler (registered trademark) 480 Instrument II (Roche) was used. 50 ° C, 2 min → 95 ° C , 10 min → (95 ℃, 15 sec → 60 ℃, 1 min) and reacted at x 40 cycles conditions, gene expression of interest by using comparison from the change curve of the fluorescence intensity C T method (DDC T method) Was calculated.

各遺伝子発現量の定量に用いたプライマーとUPLプローブ番号の組み合わせを以下に示す。   The combinations of primers and UPL probe numbers used for quantifying the gene expression levels are shown below.

Hprt1: TGATAGATCCATTCCTATGACTGTAGA (配列番号1), AAGACATTCTTTCCAGTTAAAGTTGAG (配列番号2),UPL#22
Pnpla1: TGCGGGATTGAGATGGAG(配列番号3), CGCATCATCTGTACCATCTTG(配列番号4),UPL#94

In situ hybridization:
ジェノスタッフ社に委託し、胎生17.5日(E17.5)の胎仔マウスをイソフルランで麻酔後、4%パラホルムアルデヒド-リン酸緩衝液(pH7.4)で浸漬固定し、約4 μmに薄切した切片を使用した。検出プローブはPnpla1 mRNAに対するアンチセンスRNAを用い、コントロールとしてこの配列と相補的なセンスRNAを用いた。下に示すPnpla1の部分配列をコードしたプラスミドからin vitro transcription法によりジゴキシゲニン標識(DIG RNA Labeling Mix;ロッシュ社)したプローブを作製した。検出にはアルカリフォスファターゼ標識‐抗ジコキシゲニン抗体(ロッシュ社)と発色基質NBT/BCIP(シグマ社)を用い、対比染色はKernechtrot染色液(武藤化学)にて行った。
Hprt1: TGATAGATCCATTCCTATGACTGTAGA (SEQ ID NO: 1), AAGACATTCTTTCCAGTTAAAGTTGAG (SEQ ID NO: 2), UPL # 22
Pnpla1: TGCGGGATTGAGATGGAG (SEQ ID NO: 3), CGCATCATCTGTACCATCTTG (SEQ ID NO: 4), UPL # 94

In situ hybridization:
Entrusted to Geno Staff, embryonic day 17.5 (E17.5) fetal mice were anesthetized with isoflurane, immersed and fixed with 4% paraformaldehyde-phosphate buffer (pH 7.4), and sliced to about 4 μm Sections were used. The detection probe used was an antisense RNA against Pnpla1 mRNA, and a sense RNA complementary to this sequence was used as a control. A digoxigenin-labeled (DIG RNA Labeling Mix; Roche) probe was prepared by in vitro transcription from a plasmid encoding a partial sequence of Pnpla1 shown below. For detection, an alkaline phosphatase-labeled anti-dicoxygenin antibody (Roche) and a chromogenic substrate NBT / BCIP (Sigma) were used, and counterstaining was performed with Kernechtrot staining solution (Mudo Chemical).

発現検出プローブの作製に用いたPnpla1 cDNAの部分配列を以下に記す(配列番号41)。
TTCCGAGTACCGATCCAAGGAAGAGCTCATCGAGGCCCTGTATTGCAGCTGCTTTGTTCCTGTTTACTGTGGCTTCATCCCCCCAACGTATCGGGGAGAGAGATACATCGACGGTGGCTTCACAAGCATGCAGCCCTGTTCCTTCTGGACAGACTCCATCACCATCTCCACCTTCAGCAGCCAGCAGGACATCTGTCCGAGAGACTGCCCCACCATCTTCCATGACTTCCGAATGTTCAACTTCTCCTTCCAGTTCTCCCTGGAGAATATCACCCGCATGACACATGCGCTGTTTCCCCCGGACCTGGTGATTCTGCAGGAATATTACTATCGGGGATACAATGATGCTGTCTCATACCTGCGGAGACTGAATGCAGCGTACCTTGACTCTCCCAGCAAGAGAGTGATTTTCCCGAGGGTTGAAGTATACTGCCAGATAGAGGTCGCCCTTGGCCATGAGCCCCCACCTCCGAGTCTGCAGAACCTGCCAGCCCTGAGGAGAAGCCCAGCAGACTCCTCACAAACCCATGCACAGGGGTCTCCCAAAAAGGACAGAAAGGACAGCCATTCCTCAGCCGCCCCCTCAGTGCAGACACCTGAATCTGGGTGCAAGGAGTCTGTGGAATCACCCGTGTCACTACGGGTCTCTATATCCAAGCAACCATCTGTATCGCCATTATCCCCAGCCCAGCCGGTCCCAGTAATGAGGCCCACTGGCCCCAGGGACAGTTGCCCAATAAATGTTCAAACTCCAAACCCGGAGCGAGGAGTGAAGGGTGCCCTGGACTCTGCCACAGAACGAGGAATGAAGGATGCTCTGGC

表皮前駆細胞の分化誘導に伴う遺伝子発現解析:
MPEK-BL6細胞 (Mouse Epidermal Keratinocyte Progenitors Cell, C57BL/6; CELnTEC社)を3.8×105 cells/ wellの細胞密度で12穴プレートに蒔き、表皮細胞用培地CnT-07(CELnTEC社)で37℃、5%CO2の条件で培養した。3日後に1 mM CaCl2を添加した表皮細胞培養液CnT-02(CELnTEC社)に培地交換することで、細胞の分化誘導を開始した。分化誘導後0、2、4、6、8日目にTRIZOL溶液を用いて細胞溶解液を回収した。上記と同様の方法で調製したRNAからcDNAを合成し、qPCRによってKeratin10(Krt10), Loricrin(Lor), Pnpla1の発現量を定量した。リファレンス遺伝子としてHprt1を用いた。
A partial sequence of Pnpla1 cDNA used for preparation of the expression detection probe is shown below (SEQ ID NO: 41).


Gene expression analysis associated with differentiation induction of epidermal progenitor cells:
MPEK-BL6 cells (Mouse Epidermal Keratinocyte Progenitors Cell, C57BL / 6; CELnTEC) were seeded in a 12-well plate at a cell density of 3.8 × 10 5 cells / well, and 37 ° C. with epidermal cell culture medium CnT-07 (CELnTEC) Culturing was performed under conditions of 5% CO 2 . Three days later, cell differentiation was initiated by exchanging the medium with epidermal cell culture solution CnT-02 (CELnTEC) supplemented with 1 mM CaCl 2 . The cell lysate was collected using TRIZOL solution at 0, 2, 4, 6, and 8 days after differentiation induction. CDNA was synthesized from RNA prepared by the same method as described above, and the expression levels of Keratin10 (Krt10), Loricrin (Lor), and Pnpla1 were quantified by qPCR. Hprt1 was used as a reference gene.

各遺伝子発現量の定量に用いたプライマーとUPLプローブ番号の組み合わせを以下に示す。   The combinations of primers and UPL probe numbers used for quantifying the gene expression levels are shown below.

Krt10: GAACAACTTGCAGAAAAGAATCG(配列番号5), TGTGGTGAGTTCCTTGCTCTT(配列番号6), UPL#89
Lor: GGTTGCAACGGAGACAACA(配列番号7), CATGAGAAAGTTAAGCCCATCG(配列番号8), UPL#11

図4
Pnpla1遺伝子欠損マウスの作製:
BACPAC Resources(Children’s Hospital Oakland Research Institute、米国カリフォルニア州オークランド)からマウスPnpla1遺伝子のターゲティングベクター(Clone name HTGRS6008_A_A04)を得た。このターゲティングベクターは、図4Aにその一部の模式図を示すように、マウスPnpla1のゲノムDNAのエクソン2から6を有し、エクソン2の上流側に2つのFRT配列に挟まれた自律性プロモーター/ネオマイシン耐性遺伝子カセット(hBactP-neo)とloxP配列、エクソン3とエクソン4の間にloxP配列、エクソン6の下流にホスホグリセリン酸キナーゼプロモーター/ジフテリア毒素Aフラグメント遺伝子(PGK−DTA)を有する。このターゲッティングベクターを制限酵素Sal Iで切断して直鎖化し、エレクトロポレーションによって、RENKA株(新潟大学脳研究所 崎村建司教授より入手)に遺伝子導入した。遺伝子導入されたES細胞を抗生物質G418 (100 μg/mL) を含む17.5% KSR(knockout serum replacement;Lifetechnologies) -DMEM培地において37℃で培養し、相同組み換えクローンをサザンブロッティングにより選択した。適切に相同組み換えが生じたマウス胚幹細胞をICR 8細胞期胚(アーク・リソース社)と共培養してaggregation chimera胚を作製し、偽妊娠ICRマウス(日本チャールスリバー社)の子宮に移植し、ヘテロ型Pnpla1遺伝子改変のキメラマウスを発生させた。選別した雄個体を雌C57BL/6(日本クレア社)と交配し、得られた産仔の尾先端から抽出したゲノムDNAを鋳型としてGoTaqポリメラーゼ(プロメガ)とトランスジーンを検出するプライマーを使用したPCRジェノタイピングを行い、トランスジーンが子孫に伝わることを確認した。この状態ではPnpla1遺伝子はまだ活性型であり、Cre-loxPシステムにより2つのloxP配列に挟まれたエクソン2および3を除くことによりPnpla1遺伝子をノックアウトすることができる。
Krt10: GAACAACTTGCAGAAAAGAATCG (SEQ ID NO: 5), TGTGGTGAGTTCCTTGCTCTT (SEQ ID NO: 6), UPL # 89
Lor: GGTTGCAACGGAGACAACA (SEQ ID NO: 7), CATGAGAAAGTTAAGCCCATCG (SEQ ID NO: 8), UPL # 11

Figure 4
Generation of Pnpla1 gene-deficient mice:
A mouse Pnpla1 gene targeting vector (Clone name HTGRS6008_A_A04) was obtained from BACPAC Resources (Children's Hospital Oakland Research Institute, Oakland, Calif., USA). As shown in the schematic diagram of a part of this targeting vector in FIG. 4A, this targeting vector has exon 2 to 6 of genomic DNA of mouse Pnpla1, and is an autonomous promoter sandwiched between two FRT sequences upstream of exon 2. / Neomycin resistance gene cassette (hBactP-neo) and loxP sequence, loxP sequence between exon 3 and exon 4, phosphoglycerate kinase promoter / diphtheria toxin A fragment gene (PGK-DTA) downstream of exon 6. This targeting vector was cleaved with the restriction enzyme Sal I to be linearized, and the gene was introduced into RENKA strain (obtained from Professor Kenji Sakimura, Niigata University Brain Research Institute) by electroporation. The transfected ES cells were cultured at 37 ° C. in 17.5% KSR (knockout serum replacement; Lifetechnologies) -DMEM medium containing antibiotic G418 (100 μg / mL), and homologous recombination clones were selected by Southern blotting. Mouse embryonic stem cells that have undergone appropriate homologous recombination are co-cultured with ICR 8-cell stage embryo (Arc Resource) to produce an aggregation chimera embryo, and transplanted to the uterus of pseudopregnant ICR mouse (Charles River Japan) Heterogeneous Pnpla1 gene modified chimeric mice were generated. The selected male individuals are mated with female C57BL / 6 (CLEA Japan), and PCR using primers that detect GoTaq polymerase (Promega) and transgene using the genomic DNA extracted from the tail of the resulting offspring as a template. Genotyping was performed and it was confirmed that the transgene was transmitted to the offspring. In this state, the Pnpla1 gene is still active, and the Pnpla1 gene can be knocked out by removing exons 2 and 3 sandwiched between two loxP sequences by the Cre-loxP system.

まず、第1段階として、フリッパーゼ発現マウスと交配し、2つのFRT配列に挟まれたhBactP-neoカセットがゲノムDNAから除かれたPnpla1f/+マウスを作製した。第2段階として、このPnpla1f/+マウスをさらに全身にCreリコンビナーゼを発現するCAG-Creマウスと交配し、得られた産仔の尾先端から抽出したゲノムDNAに対してPCRジェノタイピングを行い、Pnpla1遺伝子のエクソン2および3を欠失する個体を得て、Pnpla1ヘテロ欠損 (Pnpla1+/-) マウスとした。第3段階としてこのヘテロ欠損マウスの雌雄を交配することで、図4Cに示すように、野生型(Pnpla1+/+)、Pnpla1ヘテロ欠損 (Pnpla1+/-)、Pnpla1ホモ欠損 (Pnpla1-/-) の新生仔をほぼ1:2:1の比率で得られた。遺伝子型は、得られた産仔の尾先端から再びゲノムDNAを抽出してPCRジェノタイピングを行うことによって決定した。また、皮膚からRNAを抽出してqPCR解析を行うことで、図4Bに示すように、Pnpla1ホモ欠損の新生仔の皮膚でPnpla1 mRNAが発現しないことを確認した。 First, as a first step, Pnpla1 f / + mice were produced by mating with flippase-expressing mice to remove the hBactP-neo cassette sandwiched between two FRT sequences from the genomic DNA. As a second step, this Pnpla1 f / + mouse was further mated with a CAG-Cre mouse expressing Cre recombinase throughout the body, and PCR genotyping was performed on the genomic DNA extracted from the tail tip of the resulting litter, An individual lacking exons 2 and 3 of the Pnpla1 gene was obtained and used as a Pnpla1 hetero-deficient (Pnpla1 +/− ) mouse. As shown in Fig.4C, wild-type (Pnpla1 + / + ), Pnpla1 hetero-deficiency (Pnpla1 +/- ), Pnpla1 homo-deficiency (Pnpla1 -/-) ) Neonates were obtained in a ratio of approximately 1: 2: 1. The genotype was determined by extracting genomic DNA again from the tail tip of the resulting litter and performing PCR genotyping. In addition, RNA was extracted from the skin and qPCR analysis was performed, and as shown in FIG. 4B, it was confirmed that Pnpla1 mRNA was not expressed in the skin of Pnpla1 homo-deficient newborns.


図5
帝王切開して得た胎仔の体重測定:
ヘテロPnpla1欠損マウス同士を交配して妊娠 18.5日目となった雌マウスをイソフルランで麻酔後、開腹して子宮内から胎仔を取り出した。このE18.5胎仔にマジックマーカーで目印をつけ、1時間毎に16時間まで電子天秤ScoutPro(OHAUS社、ニュージャージー州、米国)を使用して体重の経時変化を測定した。測定終了後、尻尾の先端を切断し、抽出したゲノムDNAを用いたPCRにより、遺伝子型を決定した。

FIG.
Weight measurement of fetus obtained by cesarean section:
Heterogeneous Pnpla1-deficient mice were mated with each other and female mice that became pregnant on day 18.5 were anesthetized with isoflurane, and then laparotomized to remove the fetus from the uterus. The E18.5 fetus was marked with a magic marker, and the time course of body weight was measured using an electronic balance ScoutPro (OHAUS, New Jersey, USA) every hour for up to 16 hours. After completion of the measurement, the tip of the tail was cut, and the genotype was determined by PCR using the extracted genomic DNA.


皮膚バリア機能の評価
経表皮水分蒸散量の測定:
Tewameter(登録商標)TM300 (Courage+Khazaka社、ドイツ)のプローブ先端の開放型チャンバー部を新生仔マウスの皮膚に押し当て、経表皮水分蒸散量を測定した。

Evaluation of skin barrier function Measurement of transepidermal water transpiration:
An open chamber portion at the tip of a probe of Tewameter (registered trademark) TM300 (Courage + Khazaka, Germany) was pressed against the skin of a newborn mouse, and transepidermal water transpiration was measured.


トルイジンブルー染色による皮膚透過性試験:
出生直後の生直後の新生児を100%メタノールにて脱水後、0.1%トルイジンブルー溶液に全身を5分間浸した。体内への青色色素の侵入度合いにより、皮膚バリア機能を判定した。

Skin permeability test with toluidine blue staining:
A newborn immediately after birth was dehydrated with 100% methanol, and then the whole body was immersed in a 0.1% toluidine blue solution for 5 minutes. The skin barrier function was determined by the degree of penetration of the blue pigment into the body.


ヘマトキシリン・エオシン染色(HE染色):
出生当日(PO)の新生仔マウスをイソフルランにて麻酔し、背部皮膚を採取した。10% (w/v) 中性ホルマリン緩衝溶液(和光純薬)で一晩固定した組織を適当な大きさに成形し、包埋カセット(ユニカセット;サクラファインテック社)に入れて70% エタノール中に1時間浸漬させた。真空自動固定包埋装置(サクラバキュームロータリーVRX-23;サクラファインテック社)を用いて以下のように組織中のエタノール濃度を上げた後パラフィンに置換し、包埋した(70% エタノール → 80% エタノール → 90% エタノール → 100% エタノール(5回) → 100% キシレン(3回) → 100% キシレン (4回))(Tissue Enbedding Medium;Mc Cormick Sientific社) → 100% パラフィン (60℃) → 100% パラフィン (60℃) → 100%パラフィン (60℃)、各3時間ずつ浸漬)。包埋したパラフィンブロックを滑走ミクロトーム(REM710;大和光機工業)にて皮膚面と垂直方向に厚さ約5 μm毎に切削した。得られた切片を42℃水浴上に浮かべて扁平にし、スライドグラス(プラチナプロホワイトPRO-01;松浪硝子)に貼り付けた後、42℃のティッシュー・テック パラフィン伸展器(PS-53;サクラファインテック社)で一晩乾燥させた。パラフィン包埋された切片のスライドを染色バスケットに入れ、以下のように順に各液に浸して脱パラフィンした(キシレン 5 分 (4回) → 99% エタノール 30 秒 →95% エタノール 30 秒→ 90% エタノール 30 秒→ 80%エタノール 30 秒→ 70% エタノール 30 秒→ 50% エタノール 30 秒)。マイヤー・ヘマトキシリン溶液(和光純薬)に約1分間浸漬し、水道水で3分間洗浄した。その後エオジン (0.5% Eosin Y ethanol solution; 和光純薬) に約1分浸漬し、再度水道水で3分間洗浄した。脱水および透徹を行った後、ソフトマウント (和光純薬) を用いて、カバーガラス(NEO MICRO COVER GLASS; 松浪硝子) により封入した。作製した組織切片は顕微鏡 (BX61; オリンパス) および画像解析ソフトウェア (DP2-BSW、オリンパス) を用いて観察した。

Hematoxylin and eosin staining (HE staining):
Newborn mice on the day of birth (PO) were anesthetized with isoflurane and the dorsal skin was collected. Tissue fixed overnight with 10% (w / v) neutral formalin buffer solution (Wako Pure Chemical Industries) is molded to an appropriate size, placed in an embedding cassette (Unicassette; Sakura Finetech), and 70% ethanol It was immersed in it for 1 hour. Using a vacuum automatic fixed embedding device (Sakura Vacuum Rotary VRX-23; Sakura Finetech), increase the ethanol concentration in the tissue as follows, and then replace with paraffin and embed (70% ethanol → 80% Ethanol → 90% ethanol → 100% ethanol (5 times) → 100% xylene (3 times) → 100% xylene (4 times)) (Tissue Enbedding Medium; Mc Cormick Sientific) → 100% paraffin (60 ° C) → 100 % Paraffin (60 ° C) → 100% paraffin (60 ° C), immersed for 3 hours each). The embedded paraffin block was cut with a sliding microtome (REM710; Daiwa Koki Kogyo Co., Ltd.) at a thickness of about 5 μm in the direction perpendicular to the skin surface. The obtained sections were floated on a 42 ° C water bath, flattened, attached to a slide glass (Platinum Pro White PRO-01; Matsunami Glass), and then a 42 ° C Tissue Tech Paraffin Extender (PS-53; Sakura Fine). (Tech Co.) overnight. Place the slide of the paraffin-embedded section in the staining basket and deparaffinize by immersing in each solution in the following order (xylene 5 minutes (4 times) → 99% ethanol 30 seconds → 95% ethanol 30 seconds → 90% Ethanol 30 seconds → 80% ethanol 30 seconds → 70% ethanol 30 seconds → 50% ethanol 30 seconds). It was immersed in Mayer's hematoxylin solution (Wako Pure Chemical Industries) for about 1 minute and washed with tap water for 3 minutes. Then, it was immersed in eosin (0.5% Eosin Y ethanol solution; Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) for about 1 minute, and washed again with tap water for 3 minutes. After dehydration and penetration, it was sealed with a cover glass (NEO MICRO COVER GLASS) using a soft mount (Wako Pure Chemicals). The prepared tissue sections were observed using a microscope (BX61; Olympus) and image analysis software (DP2-BSW, Olympus).


Nile Red染色:
出生当日(P0)のマウスをイソフルランにて麻酔し、背部の皮膚を採取し、中性ホルマリン緩衝溶液を用いて一晩固定した。これを10%ショ糖/PBS溶液に4℃で一晩浸漬後、さらに30%ショ糖/PBS溶液に置換してさらに半日静置した。凍結用包埋剤(Tissue-Tek(登録商標) O.C.T compound、サクラファインテック)/30%ショ糖=3:1 を用いて包埋し、皮膚標本を凍結させたブロックを作製した。クリオスタット(Leica CM3050)を用いて厚さ5 μmの切片を薄切し、スライドガラス(スーパーフロストホワイトS9441、松浪硝子)に貼り付け、送風乾燥させた。得られた皮膚切片にNile Red染色液(5 mg/ml in 75%グリセロール、和光純薬)を適量滴下し、カバーガラスにより封入した。共焦点レーザー顕微鏡(LSM710;Carl Zeiss社)を用い、励起波長 557 nm、蛍光波長 572 nmで観察した。

Nile Red staining:
On the day of birth (P0), mice were anesthetized with isoflurane, the skin on the back was collected and fixed overnight using a neutral formalin buffer solution. This was immersed in a 10% sucrose / PBS solution at 4 ° C. overnight, and further replaced with a 30% sucrose / PBS solution and allowed to stand for another half day. Freezing embedding (Tissue-Tek®) OCT compound (Sakura Finetech) / 30% sucrose = 3: 1 was used to prepare a block in which the skin specimen was frozen. Using a cryostat (Leica CM3050), a 5 μm-thick section was sliced, attached to a slide glass (Super Frost White S9441, Matsunami Glass), and air-dried. An appropriate amount of Nile Red staining solution (5 mg / ml in 75% glycerol, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dropped onto the obtained skin section and sealed with a cover glass. Using a confocal laser microscope (LSM710; Carl Zeiss), observation was performed at an excitation wavelength of 557 nm and a fluorescence wavelength of 572 nm.


薄層クロマトグラフィー(TLC)による皮膚脂質の分析:
皮膚検体を1.5 mg/ml ディスパーゼ(Invitrogen社)/PBS溶液に4℃、1晩浸し、ピンセットを用いて表皮層を剥がして採取した。凍結乾燥した後、乾燥重量を秤量し、メタノール1 mlを加えてポリトロンPT10-35 GT(KINEMATICA社)を用いて破砕した。Folch法(FOLCH J, LEES M, SLOANE STANLEY GH. A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues. J Biol Chem 226:497-509, 1957)に準じて脂質を抽出し、窒素ガスを吹きかけて有機溶媒を蒸発させた後、表皮乾燥重量1 mg当たり1 μLになるようクロロホルムを加えて脂質サンプルを溶解した。シリカゲル60 TLCガラスプレート(1.05721.0001 、20 cm× 20 cm;Merck社)に5 μLの脂質サンプルをスポットし、クロロホルム/メタノール/水(40: 10: 1)で2 cm、クロロホルム/メタノール/水(40: 10: 1)で5 cm、クロロホルム/メタノール/酢酸(47: 2: 0.5)で8.5 cm、ヘキサン/ジエチルエーテル/酢酸(65: 35: 1)で18 cmの順で展開した。ヨウ素蒸気で発色させてTLCで分離したバンドを可視化し、LAS4000(GEヘルスケア)を用いて画像を取得した。
図7〜図9
質量分析による皮膚セラミド分子種の分析:
マウスの表皮から脂質を3回繰り返し抽出し、脂質の酸化を抑制するためにブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を50 μg/mLとなるように添加した。共有結合した脂質は2 mLの1M NaOH, 90%メタノール溶液中で60分間処理した後、3M塩酸を用いてpH 6に調整し、2.5 mLのクロロホルムを加えた。3,000×gで15分間遠心して得られた有機層を回収し、さらに液層を1mLのクロロホルムと混合し、3,000×gで10分間遠心した。得られた有機層を先の有機層と一緒にし、滅菌水で2回洗浄した後、窒素ガスを吹き付けて有機溶媒を蒸発させ、乾燥重量1 mg当たり1 μlのクロロホルムに溶解した。遊離スフィンゴ脂質の分離には逆相HPLCを用いた。5 μLの脂質抽出物をHPLCカラム(Phnomenex Luna C18, 100 mm×3 mm、2.6 μm粒子サイズ、100Åポアサイズ:Phenomenex社、カリフォルニア州、米国)に注入し、移動層Aには、メタノール:水(95:5)、移動層Bには100%酢酸エチルを使用した。14.15分まで650μL/minの流速にセットし、移動層Bを0%まで2分間維持し、そこから10.5分までに移動層Bの割合を55%まで直線的に増加させ、さらに14.15分まで100%に増加させた。その後、4分間100%で維持し、全ての脂質をカラムから溶出させた。共有結合した脂質の分離は、5 μlのサンプルを順相TLC Advantage Silicaカラム(250 mm×4.6 mm、5 μm粒子サイズ、150Åポアサイズ:Thomson Instrument社、カリフォルニア州、米国)に注入し、1 mL/minの流速でヘキサン/イノプロパノール/酢酸(90:10:0.1)で溶出した。

Analysis of skin lipids by thin layer chromatography (TLC):
The skin specimen was immersed in a 1.5 mg / ml dispase (Invitrogen) / PBS solution at 4 ° C. overnight, and the epidermis layer was peeled off using tweezers. After lyophilization, the dry weight was weighed, 1 ml of methanol was added, and the mixture was crushed using Polytron PT10-35 GT (KINEMATICA). Extract lipids according to the Folch method (FOLCH J, LEES M, SLOANE STANLEY GH.A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues.J Biol Chem 226: 497-509, 1957). After spraying to evaporate the organic solvent, the lipid sample was dissolved by adding chloroform to 1 μL per 1 mg of dry skin weight. Spot a 5 μL lipid sample on a silica gel 60 TLC glass plate (1.05721.0001, 20 cm × 20 cm; Merck), 2 cm in chloroform / methanol / water (40: 10: 1), chloroform / methanol / water (40: 10: 1) was developed in the order of 5 cm, chloroform / methanol / acetic acid (47: 2: 0.5) was 8.5 cm, and hexane / diethyl ether / acetic acid (65: 35: 1) was developed in the order of 18 cm. Bands developed with iodine vapor and separated by TLC were visualized, and images were acquired using LAS4000 (GE Healthcare).
7 to 9
Analysis of skin ceramide molecular species by mass spectrometry:
Lipids were repeatedly extracted from mouse epidermis three times, and butylated hydroxytoluene (BHT) was added to 50 μg / mL in order to suppress lipid oxidation. The covalently bonded lipid was treated in 2 mL of 1M NaOH, 90% methanol solution for 60 minutes, adjusted to pH 6 with 3M hydrochloric acid, and added with 2.5 mL of chloroform. The organic layer obtained by centrifugation at 3,000 × g for 15 minutes was collected, and the liquid layer was further mixed with 1 mL of chloroform and centrifuged at 3,000 × g for 10 minutes. The obtained organic layer was combined with the previous organic layer, washed twice with sterilized water, then blown with nitrogen gas to evaporate the organic solvent, and dissolved in 1 μl of chloroform per 1 mg of dry weight. Reverse phase HPLC was used to separate free sphingolipids. 5 μL of the lipid extract was injected into an HPLC column (Phnomenex Luna C18, 100 mm × 3 mm, 2.6 μm particle size, 100 mm pore size: Phenomenex, CA, USA). 95: 5), 100% ethyl acetate was used for the mobile layer B. Set to a flow rate of 650 μL / min until 14.15 minutes, maintain moving bed B to 0% for 2 minutes, then linearly increase the rate of moving bed B to 55% by 10.5 minutes and then increase to 100 until 14.15 minutes. Increased to%. Subsequently, all lipids were eluted from the column by maintaining at 100% for 4 minutes. For separation of covalently bound lipids, 5 μl of sample was injected into a normal phase TLC Advantage Silica column (250 mm x 4.6 mm, 5 μm particle size, 150 mm pore size: Thomson Instrument, CA, USA) and 1 mL / Elution with hexane / inopropanol / acetic acid (90: 10: 0.1) at a flow rate of min.


逆相HPLCで分離した遊離セラミド分子種の質量分析計による検出には、ThemoFinniganDSQ instrumentをAPCIイオンソースのポジティブイオンモードで使用した。キャピラリ温度 200℃、イオン移動電圧 2000 V、vaporizer温度450℃、電子エネルギー 70 eV。共有結合脂質の検出には、キャピラリ温度 275℃、イオン移動電圧 2000 V、vaporizer温度450℃、電子エネルギー 70 eVの条件を用いた。どちらの場合も400から1400 amu (±0.4 amu)でスキャンした。検出した脂質分子種の相対的な定量を行うためには、イオンクロマトグラムのピーク面積を計算し、それぞれの表皮脂質サンプルの乾燥重量で補正することで、サンプル間の比較を行った。

A ThemoFinniganDSQ instrument was used in positive ion mode with an APCI ion source for detection of free ceramide species separated by reverse phase HPLC with a mass spectrometer. Capillary temperature 200 ° C, ion transfer voltage 2000 V, vaporizer temperature 450 ° C, electron energy 70 eV. For detection of covalently bonded lipids, conditions of a capillary temperature of 275 ° C., an ion transfer voltage of 2000 V, a vaporizer temperature of 450 ° C., and an electron energy of 70 eV were used. In both cases, scanning was performed at 400 to 1400 amu (± 0.4 amu). In order to perform relative quantification of the detected lipid molecular species, the peak area of the ion chromatogram was calculated, and comparison was made between samples by correcting with the dry weight of each epidermal lipid sample.


図10
セラミド代謝関連遺伝子群の発現量解析:
出生当日(P0)の新生仔マウスをイソフルランで麻酔後、背部皮膚を採取し、液体窒素で急速凍結後に-80℃で保存した。凍結したマウス皮膚片にRNA調製用のTRIZOL (Invitrogen社)を1 mL加え、ポリトロンPT10-35 GT (KINEMATICA社)を用いて破砕した。上述と同様の方法で調製したRNAからcDNAを合成し、qPCRによってElovl4, Lass3, Cyp4f39, Ugcg, Abca12, Abhd5, Aloxe3, Alox12b, Tgm1の発現量を定量した。

FIG.
Expression level analysis of ceramide metabolism related genes:
The newborn mouse on the day of birth (P0) was anesthetized with isoflurane, the back skin was collected, rapidly frozen with liquid nitrogen, and stored at -80 ° C. 1 mL of TRIZOL (Invitrogen) for RNA preparation was added to frozen mouse skin pieces, and crushed using Polytron PT10-35 GT (KINEMATICA). CDNA was synthesized from RNA prepared in the same manner as described above, and the expression levels of Elovl4, Lass3, Cyp4f39, Ugcg, Abca12, Abhd5, Aloxe3, Alox12b, and Tgm1 were quantified by qPCR.


用いたプライマーとUPLプローブ番号の組み合わせを以下に示す。
Elovl4: GCGGCCAGTCTGCTACAC(配列番号9),CTTTGGTCCTGATGGCAAC(配列番号10),UPL#85
Lass3: CATGATATATCTGACATTTGGCTAGAG(配列番号11), GTGAAGATGAAGAACAGGGTGTTA(配列番号12), UPL#38
Cyp4f39: AAAGAAGAAAGCCAAGAGAATTGA(配列番号13),TGCAACAGGTAGTCGGTGAG(配列番号14), UPL#89
Ugcg: AGTTTCAATCCAGAATGATCAGG(配列番号15),CATTCTGAAATTGGCTCACAAAT(配列番号16), UPL#4
Abca12: CCTGCTAAACCAGACGATCC (配列番号17), ACTTGCACAAAGGGGTTCC (配列番号18),UPL#50
Abhd5: ATCTTTGGAGCCCGATCCT(配列番号19),CTTCTGGCTGATCTGCATACAC(配列番号20),UPL#89
Aloxe3: GGCCTCACTGATCTTCAACG(配列番号21),GTCCAGGAGACCTCGAATCTT(配列番号22),UPL#4
Alox12b: CTTTGGTCCTGATGGCAAC(配列番号23), GACAATCAGGCCCAGGAGT(配列番号24),UPL#105
Tgm1: CAGAAAGGACCGATCTCCAG(配列番号25),TCCGGTGACGGTGTTGTAG(配列番号26),UPL#51

図11
表皮ケラチノサイトの分化マーカー遺伝子群の発現解析:上述の出生当日(P0)の新生仔マウス皮膚から調製したcDNAを鋳型として、qPCRによりFilaggrin(Flg), Loricrin (Lor), Involucrin (Inv), Keratin 1(Krt1), Keratin 10(Krt10), Keratin 5(Krt5), Keratin 14(Krt14), S100a9の発現量を定量した。

The combinations of primers and UPL probe numbers used are shown below.
Elovl4: GCGGCCAGTCTGCTACAC (SEQ ID NO: 9), CTTTGGTCCTGATGGCAAC (SEQ ID NO: 10), UPL # 85
Lass3: CATGATATATCTGACATTTGGCTAGAG (SEQ ID NO: 11), GTGAAGATGAAGAACAGGGTGTTA (SEQ ID NO: 12), UPL # 38
Cyp4f39: AAAGAAGAAAGCCAAGAGAATTGA (SEQ ID NO: 13), TGCAACAGGTAGTCGGTGAG (SEQ ID NO: 14), UPL # 89
Ugcg: AGTTTCAATCCAGAATGATCAGG (SEQ ID NO: 15), CATTCTGAAATTGGCTCACAAAT (SEQ ID NO: 16), UPL # 4
Abca12: CCTGCTAAACCAGACGATCC (SEQ ID NO: 17), ACTTGCACAAAGGGGTTCC (SEQ ID NO: 18), UPL # 50
Abhd5: ATCTTTGGAGCCCGATCCT (SEQ ID NO: 19), CTTCTGGCTGATCTGCATACAC (SEQ ID NO: 20), UPL # 89
Aloxe3: GGCCTCACTGATCTTCAACG (SEQ ID NO: 21), GTCCAGGAGACCTCGAATCTT (SEQ ID NO: 22), UPL # 4
Alox12b: CTTTGGTCCTGATGGCAAC (SEQ ID NO: 23), GACAATCAGGCCCAGGAGT (SEQ ID NO: 24), UPL # 105
Tgm1: CAGAAAGGACCGATCTCCAG (SEQ ID NO: 25), TCCGGTGACGGTGTTGTAG (SEQ ID NO: 26), UPL # 51

FIG.
Expression analysis of epidermal keratinocyte differentiation marker gene group: Filaggrin (Flg), Loricrin (Lor), Involucrin (Inv), Keratin 1 by qPCR using the cDNA prepared from newborn mouse skin on the day of birth (P0) as a template. The expression levels of (Krt1), Keratin 10 (Krt10), Keratin 5 (Krt5), Keratin 14 (Krt14), and S100a9 were quantified.


用いたプライマーとUPLプローブ番号の組み合わせを以下に示す(既に記載したものは省略する)。
Krt1: TTTGCCTCCTTCATCGACA(配列番号27),GTTTTGGGTCCGGGTTGT(配列番号28),UPL#62
Krt5: CAGAGCTGAGGAACATGCAG(配列番号29),CATTCTCAGCCGTGGTACG(配列番号30),UPL#22
Krt14: ATCGAGGACCTGAAGAGCAA(配列番号31),TCGATCTGCAGGAGGACATT(配列番号32),UPL#83
Inv: AGCAGCTGCAGGTGAAAAAG (配列番号33),TCTCCAGATGCAGTTCCTGTT (配列番号34),UPL#18
Flg: GGAGGAAGAAACACTGAGCAA(配列番号35),CGATGTCTTGGTCATCTGGA(配列番号36),UPL#96
S100a9: GACACCCTGACACCCTGAG(配列番号37),TGAGGGCTTCATTTCTCTTCTC(配列番号38), UPL#31

免疫組織染色によるケラチノサイト分化マーカーの発現検出:HE染色と同様の方法で、スライドグラスに貼付けた切片を作製した。脱パラフィン操作を行った後、リン酸緩衝液(PBS)で2回(各3分間)洗浄し、ブロックエース(大日本製薬)を用いて室温で30分間処理して非特異的タンパク質に対するブロッキングを行った。その後、PBSで1回(3分)、T-PBS(0.05% Tween 20含有PBS)で1回(各3分間)洗浄し、一次抗体としてウサギ抗Keratin 5抗体(1,000倍希釈;Covance社)、抗Keratin 1抗体(1,000倍希釈;Covance社)、抗Loricrin抗体(1,000倍希釈;Covance社)、抗Filaggrin抗体(1,000倍希釈;Covance社)を用いて4℃一晩反応させた。PBSで2回(各3分)、T-PBSで1回(3分間)洗浄し、二次抗体としてAlexa546標識抗ウサギIgG抗体(1,000倍希釈;Invitrogen社)を用いて常温で1時間反応させた。PBSで2回(各3分間)洗浄した後、VECTASHIELD Mounting Medium with DAPI (Vector laboratories社)とカバーグラスで封入し、共焦点レーザー顕微鏡(LSM710; Carl Zeiss社)で蛍光シグナルを観察した

実施例1で得られた結果を図3〜図11に示す。

The combinations of primers and UPL probe numbers used are shown below (those already described are omitted).
Krt1: TTTGCCTCCTTCATCGACA (SEQ ID NO: 27), GTTTTGGGTCCGGGTTGT (SEQ ID NO: 28), UPL # 62
Krt5: CAGAGCTGAGGAACATGCAG (SEQ ID NO: 29), CATTCTCAGCCGTGGTACG (SEQ ID NO: 30), UPL # 22
Krt14: ATCGAGGACCTGAAGAGCAA (SEQ ID NO: 31), TCGATCTGCAGGAGGACATT (SEQ ID NO: 32), UPL # 83
Inv: AGCAGCTGCAGGTGAAAAAG (SEQ ID NO: 33), TCTCCAGATGCAGTTCCTGTT (SEQ ID NO: 34), UPL # 18
Flg: GGAGGAAGAAACACTGAGCAA (SEQ ID NO: 35), CGATGTCTTGGTCATCTGGA (SEQ ID NO: 36), UPL # 96
S100a9: GACACCCTGACACCCTGAG (SEQ ID NO: 37), TGAGGGCTTCATTTCTCTTCTC (SEQ ID NO: 38), UPL # 31

Detection of expression of keratinocyte differentiation marker by immunohistochemical staining: A section attached to a slide glass was prepared in the same manner as HE staining. After deparaffinization, wash with phosphate buffer (PBS) twice (3 minutes each) and block for 30 minutes at room temperature with Block Ace (Dainippon Pharmaceutical) to block nonspecific proteins. went. Thereafter, the cells were washed once with PBS (3 minutes), once with T-PBS (0.05% Tween 20-containing PBS) (each for 3 minutes), and rabbit anti-Keratin 5 antibody (1,000-fold dilution; Covance) as a primary antibody, Anti-Keratin 1 antibody (1,000-fold dilution; Covance), anti-Loricrin antibody (1,000-fold dilution; Covance), and anti-Filaggrin antibody (1,000-fold dilution; Covance) were reacted overnight at 4 ° C. Wash twice with PBS (3 minutes each) and once with T-PBS (3 minutes), and react with Alexa546-labeled anti-rabbit IgG antibody (1,000-fold dilution; Invitrogen) as the secondary antibody for 1 hour at room temperature. It was. After washing twice with PBS (3 minutes each), encapsulated with VECTASHIELD Mounting Medium with DAPI (Vector laboratories) and cover glass, and observed fluorescence signal with confocal laser microscope (LSM710; Carl Zeiss)

The results obtained in Example 1 are shown in FIGS.

図3は、Pnpla1が皮膚の表皮ケラチノサイトに特異的に発現することを示す。(パネルA)
8週齢マウスではPnpla1は皮膚に発現していたが、肝臓、白色脂肪組織(WAT)、骨格筋ではほとんど検出されなかった。(パネルB)E17.5マウス胎仔皮膚の切片を用いてin situ hybridizationを行った結果、Pnpla1発現が表皮に限局して発現していた。(パネルC)培養ケラチノサイト前駆細胞であるMPEK細胞を1 mM CaCl2の添加により分化誘導させると、Pnpla1のmRNA発現量が増加した。ケラチノサイト分化マーカー遺伝子であるKeratin10やLoricrinのmRNA発現も、この分化誘導条件で増加することを確認した。
FIG. 3 shows that Pnpla1 is specifically expressed in epidermal keratinocytes of the skin. (Panel A)
In 8-week-old mice, Pnpla1 was expressed in the skin, but was hardly detected in the liver, white adipose tissue (WAT), and skeletal muscle. (Panel B) As a result of in situ hybridization using a slice of E17.5 mouse fetal skin, Pnpla1 expression was expressed locally in the epidermis. (Panel C) When MPEK cells, which are cultured keratinocyte progenitor cells, were induced to differentiate by the addition of 1 mM CaCl 2 , the mRNA expression level of Pnpla1 increased. It was confirmed that the mRNA expression of keratinocyte differentiation marker genes such as Keratin10 and Loricrin also increased under this differentiation-inducing condition.


図4において、パネルAは実施例で用いたマウスゲノムのPnpla1遺伝子部位の模式図を示し、パネルBは遺伝子型に対応してP0新生仔の背部皮膚においてPnpla1 mRNAの発現量が異なることを示す。パネルCに示すように、野生型(Pnpla1+/+)、Pnpla1ヘテロ欠損 (Pnpla1+/-)、Pnpla1ホモ欠損 (Pnpla1-/-) の新生仔はほぼ1:2:1の比率で得られたことから、Pnpla1ホモ欠損は胎生致死を示さないと言える。

In FIG. 4, panel A shows a schematic diagram of the Pnpla1 gene site of the mouse genome used in the Examples, and panel B shows that the expression level of Pnpla1 mRNA differs in the dorsal skin of P0 neonate corresponding to the genotype. . As shown in Panel C, wild-type (Pnpla1 + / + ), Pnpla1 hetero-deficient (Pnpla1 +/- ), and Pnpla1 homo-deficient (Pnpla1 -/- ) neonates were obtained at a ratio of approximately 1: 2: 1. Therefore, it can be said that Pnpla1 homo deficiency does not show embryonic lethality.


C57BL/6マウス(野生型)の新生仔マウスと比較した時の、ヘテロ型Pnpla1遺伝子欠損マウスとホモ型Pnpla1遺伝子欠損マウスの特徴は、次のようにまとめられる。

The characteristics of heterozygous Pnpla1 gene-deficient mice and homozygous Pnpla1 gene-deficient mice when compared with C57BL / 6 mouse (wild-type) newborn mice are summarized as follows.


ヘテロ型Pnpla1遺伝子欠損マウスは、外見、体重、寿命、皮膚構造の光学的顕微鏡病理所見は野生型と比べて差異がなかった。

Heterotype Pnpla1 gene-deficient mice showed no difference in appearance, weight, life span, and optical microscopic pathological findings of skin structure compared to wild-type mice.


ホモ型Pnpla1遺伝子欠損マウスは、出生後24時間以内に全ての個体が死亡した。皮膚は硬くて柔軟性がなく、尾の先端で壊死を生じたホモ型Pnpla1遺伝子欠損マウスも認められた(図4D)。体重は野生型の平均が1.4 g程度であるのに対して、ホモ欠損マウスは平均1.0 g程度であった(図4E)。図5Aに示すように、胎生18.5 日で妊娠マウスを帝王切開することで得たPnpla1-/-マウスの体重変化は、取り出した直後は野生型と体重が同等であったにも関わらず、時間経過とともに体重が急激に低下したことから、体重低下の原因は成長不良ではなく、皮膚からの水分蒸発に起因する体内水分喪失と考えられた(図5A)。実際、出生直後の新生仔(P0)の経皮水分蒸散量(TEWL)を測定すると、野生型マウスは1.22±0.08 g/h/m2 (19匹)、ヘテロ欠損マウスは1.56±0.11 g/h/m2(45匹)であったのに対し、Pnpla1欠損マウスのそれは6.34±0.29 g/h/m2 (19匹)と、野生型に比べて約5倍高かった(図5B)。また、トルイジンブルー染色液を用いた皮膚透過性試験を行うと、ホモ欠損マウスでは色素が体内へ浸透して青く染まった(図5C)。したがって、Pnpla1が発現しないと、深刻な皮膚バリア機能の低下が生じる。

All individuals died within 24 hours after birth of homozygous Pnpla1 gene-deficient mice. There were also homozygous Pnpla1 gene-deficient mice with firm and inflexible skin and necrosis at the tip of the tail (Fig. 4D). The average body weight of wild-type mice was about 1.4 g, whereas homo-deficient mice averaged about 1.0 g (FIG. 4E). As shown in Fig.5A, the weight change of Pnpla1 -/- mice obtained by cesarean section of pregnant mice at 18.5 days of gestation is the Since the body weight decreased rapidly over time, the cause of the body weight loss was considered not to be poor growth but to body water loss due to water evaporation from the skin (FIG. 5A). In fact, when measuring the transdermal water transpiration (TEWL) of the newborn (P0) immediately after birth, wild type mice were 1.22 ± 0.08 g / h / m 2 (19 mice), heterozygous mice were 1.56 ± 0.11 g / While it was h / m 2 (45 mice), that of Pnpla1-deficient mice was 6.34 ± 0.29 g / h / m 2 (19 mice), about 5 times higher than that of the wild type (FIG. 5B). In addition, when a skin permeability test using a toluidine blue staining solution was performed, the pigment penetrated into the body and stained blue in the homo-deficient mouse (FIG. 5C). Therefore, if Pnpla1 is not expressed, a serious reduction in skin barrier function occurs.


皮膚組織切片を用いて組織学的解析を行った結果を図5Dに示す。HE染色すると野生型マウスでは、角質層に矢印で示すような角質細胞間脂質に相当するbasket weave appearanceがはっきりと観察されたが、ホモ欠損マウスではこの構造が消失しており(角質細胞間脂質の消失)、加えて表皮の肥厚が見られた。皮膚の凍結切片をNile Redによって脂質部分を染色すると、野生型マウスでは角質層が規則正しく層状に染色されたが、ホモPnpla1欠損マウスでは矢印で示すように顆粒状の構造物が角質層に多数観察され、ラメラボティが分泌されて層状に広がる過程が正常に進行していないことが示唆された(図5E)。

The results of histological analysis using skin tissue sections are shown in FIG. 5D. In HE-stained wild type mice, a basket weave appearance corresponding to lipids in the stratum corneum was clearly observed in the stratum corneum, but this structure disappeared in homozygous mice (intracellular corneum lipids). Disappearance), and in addition, thickening of the epidermis was observed. When the lipid part of a frozen section of skin was stained with Nile Red, the stratum corneum was regularly stained in the wild-type mouse, but in the homo-Pnpla1-deficient mouse, a large number of granular structures were observed in the stratum corneum as indicated by the arrows. It was suggested that the process of lamelabotti secretion and spreading in layers did not proceed normally (FIG. 5E).


図6は、セラミド代謝経路(パネルA)と表皮の主要な脂質成分のTLC分析(パネルB)を示す。新生仔マウスの表皮から抽出した脂質を薄層クロマトグラフィー(TLC)で展開すると、ホモ欠損マウスでは、青字で示すEOS、アシルグルコシルセラミド(ω-O-AcylGlcCer)がほぼ消失し、赤字で示すω-OH-Ceramide、グルコシルセラミド(GlcCer)、1-O-AcylCerが著しく増加していた。この結果は、Pnpla1ホモ欠損マウスではω-OH-CeramideからAcylCer(EOS)を産生する反応がほぼ完全に阻害されていることを示す。またアシルセラミドの産生経路が機能しないためにすぐ上流の代謝物であるω-OH-Ceramideが蓄積し、さらにその一つ上流のCermide(NS)から他の代謝経路を介して他の種類のセラミド代謝物の産生が増加していることが示唆される。

FIG. 6 shows TLC analysis (panel B) of the ceramide metabolic pathway (panel A) and the major lipid components of the epidermis. When lipid extracted from the epidermis of a newborn mouse is developed by thin layer chromatography (TLC), blue-colored EOS and acylglucosylceramide (ω-O-AcylGlcCer) almost disappeared in homo-deficient mice and shown in red ω-OH-Ceramide, glucosylceramide (GlcCer), and 1-O-AcylCer were significantly increased. This result indicates that the reaction of producing AcylCer (EOS) from ω-OH-Ceramide is almost completely inhibited in Pnpla1 homo-deficient mice. In addition, since the production pathway of acylceramide does not function, ω-OH-Ceramide, an upstream metabolite, accumulates, and one type of Cermide (NS) from the other upstream via other metabolic pathways to other types of ceramide This suggests that the production of metabolites is increasing.


図7および図8
図7は新生仔表皮から調製した脂質試料を液体クロマトグラフで分離し、質量分析装置でイオン化して検出することで、表皮セラミド分子種の網羅的解析を行った結果である。横軸にHPLCカラムによる保持時間、縦軸に質量数/電荷(m/z)をプロットした多段マスクロマトグラムであり、プロットの濃淡が該当物質のイオン強度を示す。丸で囲った位置にそれぞれのセラミド分子種クラスが検出され、青丸で囲んだEOH、EOP、EOS、Glc-EOH、Glc-EOSがPnpla1-/-マウスで減少していた。これらの分子はいずれも、ω位にリノール酸がエステル結合するセラミド分子種である。一方、赤点線の丸で囲んだNS、NdS、AP、NPなどのセラミド類はPnpla1+/+マウスよりもPnpla1-/-マウスにおいて増加傾向が見られた。

7 and 8
FIG. 7 shows the result of comprehensive analysis of epidermis ceramide molecular species by separating a lipid sample prepared from a neonatal epidermis by liquid chromatography and ionizing and detecting it with a mass spectrometer. The horizontal axis is a multistage mass chromatogram in which the retention time by the HPLC column is plotted, and the mass number / charge (m / z) is plotted on the vertical axis. Each ceramide molecular species class was detected in the circled position, and EOH, EOP, EOS, Glc-EOH, and Glc-EOS circled in blue circles were decreased in Pnpla1 − / − mice. All of these molecules are ceramide molecular species in which linoleic acid is ester-bonded to the ω position. On the other hand, ceramides such as NS, NdS, AP, and NP surrounded by red dotted circles showed an increasing tendency in Pnpla1 − / − mice than in Pnpla1 + / + mice.


図8では図7の方法で得られたデータに対して、Pnpla1+/+マウス、Pnpla1+/-マウスPnpla1-/-マウスで比較定量したグラフを示す。加えて、アルカリ処理によって遊離させた角化細胞に共有結合する極超超鎖脂肪酸の定量結果も示す。これらの結果は、Pnpla1ホモ欠損マウスでは、極超長鎖のω位にリノール酸がエステル結合した多様なアシルセラミド分子種(EOH、EOP、EOS、EOdSなど)、アシルグルコシドセラミド、および角化細胞にω位で共有結合した極超長鎖脂肪酸が顕著に減少することを表すものである。

FIG. 8 shows a graph obtained by comparing and quantifying the data obtained by the method of FIG. 7 using Pnpla1 + / + mice and Pnpla1 +/− mice Pnpla1 − / − mice. In addition, the results of quantification of ultra-superchain fatty acids covalently bound to keratinocytes released by alkali treatment are also shown. These results show that in Pnpla1 homo-deficient mice, various acylceramide molecular species (EOH, EOP, EOS, EODS, etc.) with linoleic acid ester-linked to the ω position of the ultralong chain, acylglucoside ceramide, and keratinocytes This means that the extremely long chain fatty acid covalently bonded to the ω position is significantly reduced.


図9
皮膚のセラミド生合成経路と、多様なそれぞれのセラミド分子種のPnpla1-/-マウスにおける存在量の変化をまとめた図を示す。図7、図8からも分かるようにω位がリノール酸でエステル化されたアシルセラミド類が減少し、そのすぐ上流に位置するnon-esterified ceramide分子種が増加することが分かる。したがって、PNPLA1は、EOSだけでなく、他の種類のアシルセラミドの生合成にも必要であることを示している。

FIG.
The figure summarizes the ceramide biosynthetic pathway in the skin and changes in the abundance of various ceramide molecular species in Pnpla1 − / − mice. As can be seen from FIGS. 7 and 8, acyl ceramides esterified with linoleic acid at the ω position are decreased, and the non-esterified ceramide molecular species located immediately upstream is increased. Thus, PNPLA1 has been shown to be required not only for EOS but also for the biosynthesis of other types of acylceramides.


図10は、表皮特有のセラミド代謝に関わる代謝酵素やトランスポーターの遺伝子の多くが、Pnpla1ホモ欠損マウスで発現増加することを示す。パネルAはパネルBに示す各遺伝子がセラミド代謝経路のどの過程で働くかを表したものである。皮膚セラミドの代謝経路に関するこれら既知の遺伝子が発現低下すると、ω-ヒドロキシセラミド等の供給が減少し、その結果、アシルセラミド類の合成が不足する可能性がある。しかしながら、Pnpla1遺伝子欠損マウスの表皮における公知のセラミド代謝関連遺伝子の発現をqPCRによって解析したところ、Elovol4、Lass3、Cypf39、Ugcg、Abc12、Abhd5などの発現量が野生型に比べて2倍以上に増加していた。したがって、Pnpla1欠損マウスにおけるアシルセラミド量の低下は、上流の代謝経路の遺伝子発現低下や下流の代謝経路の活性化によるものではなく、欠損したPnpla1が機能しないことによる直接的な結果であることを支持する。また、アシルセラミド合成よりも上流のセラミド代謝経路が促進されても、Pnpla1がなければアシルセラミドが合成されず、皮膚バリア機能の低下を補うことができないことを意味する。

FIG. 10 shows that expression of many genes of metabolic enzymes and transporters involved in epidermis-specific ceramide metabolism is increased in Pnpla1 homo-deficient mice. Panel A shows in which process each gene shown in panel B works in the ceramide metabolic pathway. When the expression of these known genes related to the metabolic pathway of skin ceramide is decreased, the supply of ω-hydroxyceramide and the like is decreased, and as a result, synthesis of acylceramides may be insufficient. However, when the expression of known ceramide metabolism-related genes in the epidermis of Pnpla1 gene-deficient mice was analyzed by qPCR, the expression levels of Elovol4, Lass3, Cypf39, Ugcg, Abc12, Abhd5, etc. increased more than twice compared to the wild type Was. Therefore, the decrease in the amount of acylceramide in Pnpla1-deficient mice is not due to decreased gene expression in the upstream metabolic pathway or activation of the downstream metabolic pathway, but is a direct result of the lack of function of the defective Pnpla1. To support. In addition, even if the ceramide metabolic pathway upstream of acylceramide synthesis is promoted, acylceramide is not synthesized without Pnpla1, meaning that the decrease in skin barrier function cannot be compensated.


図11
Pnpla1ホモ欠損マウスでは、基底層マーカーのKrt5、Krt14や有棘層マーカーのKrt1、Krt10の発現は野生型と同等であったが、顆粒層マーカーのLorと角質層マーカーのFlgの発現がmRNAレベルおよびタンパク質レベルで低下していた。両者は角層構成タンパク質として重要であり、Pnpla1欠損によってアシルセラミド量が低下するのみならず、表皮ケラチノサイトの顆粒層以降の遺伝子発現が影響を受けることが示された。さらにS100a9はアトピー性皮膚炎や乾癬に罹患している患者の表皮で発現増加する炎症マーカーであり、Pnpla1ホモ欠損マウスの表皮におけるS100a9の発現増加は、皮膚バリア機能の破綻によって炎症応答が起きていることを示唆する。

FIG.
In Pnpla1 homo-deficient mice, the expression of basal layer markers Krt5 and Krt14 and spinous layer markers Krt1 and Krt10 was equivalent to the wild type, but granule layer marker Lor and stratum corneum marker Flg expression were at the mRNA level. And decreased at the protein level. Both were important as stratum corneum constituent proteins, and it was shown that not only the amount of acylceramide was decreased by Pnpla1 deficiency, but also gene expression after the granular layer of epidermal keratinocytes was affected. Furthermore, S100a9 is an inflammatory marker that increases in the epidermis of patients suffering from atopic dermatitis and psoriasis, and the increased expression of S100a9 in the epidermis of Pnpla1 homo-deficient mice results in an inflammatory response due to disruption of the skin barrier function Suggest that

図12
皮膚特異的Pnpla1欠損マウスの作製:
Pnpla1f/+マウス同士を交配してPnpla1f/fマウスを得た。また一方で、Pnpla1f/+マウスと皮膚特異的にCreリコンビナーゼを発現するK14-Creマウスと交配し、Pnpla1f/+K14-Creマウスを得た。得られたPnpla1f/fマウスとPnpla1f/+ K14-Creマウスをさらに交配することにより、Pnpla1f/fマウス、Pnpla1f/f K14-Creマウス、 Pnpla1f/+マウス、Pnpla1f/+ K14-Creマウスの4通りの仔が得られるが、Pnpla1f/f K14-Creマウスが皮膚特異的Pnpla1欠損マウスであり、同腹のPnpla1f/fマウスをPnpla1発現が正常なコントロールとして使用した。
FIG.
Generation of skin-specific Pnpla1-deficient mice:
Pnpla1 f / + mice were crossed to obtain Pnpla1 f / f mice. On the other hand, Pnpla1 f / + mice were mated with skin-specific K14-Cre mice expressing Cre recombinase to obtain Pnpla1 f / + K14-Cre mice. By further crossing the obtained Pnpla1 f / f mouse and Pnpla1 f / + K14-Cre mouse, Pnpla1 f / f mouse, Pnpla1 f / f K14-Cre mouse, Pnpla1 f / + mouse, Pnpla1 f / + K14 Four pups of -Cre mice are obtained. Pnpla1 f / f K14-Cre mice are skin-specific Pnpla1-deficient mice, and littermate Pnpla1 f / f mice were used as controls with normal Pnpla1 expression.


実施例1と同様に各組織におけるPnpla1 mRNAの発現量をqPCRにより定量すると、皮膚特異的Pnpla1欠損マウスであるPnpla1f/f K14-Creマウスでは、皮膚におけるPnpla1の発現が著しく低下していた(図12B)。しかしながら、生後0日から2日までは外見上の異常は認められず(図13A)、体重の低下(図12C)、経皮水分蒸散量の増加(図13C)は見られなかった。Pnpla1f/f K14-Creマウスは、生後3日目より体重増加の停止(図12C)や脚部や背部の皮膚剥離(図12D、図13A)を示す個体が観察されるようになり、生後6日までに全個体が死亡した(図12E)。コントロールのPnpla1f/fマウスの経皮水分蒸散量は1.43±0.10 g/h/m2 (10匹)であった。これに対し、Pnpla1f/f K14-Creマウスの経皮水分蒸散量は、皮膚の非剥離部位では1.46±0.04 g/h/m2 (19匹)と正常値を示したが、剥離部位では12.48±0.79 g/h/m2 (19匹)と著しく高い値を示した。

When the expression level of Pnpla1 mRNA in each tissue was quantified by qPCR in the same manner as in Example 1, Pnpla1 f / f K14-Cre mice, which are skin-specific Pnpla1-deficient mice, had markedly decreased expression of Pnpla1 in the skin ( FIG. 12B). However, no abnormal appearance was observed from day 0 to day 2 after birth (FIG. 13A), weight loss (FIG. 12C), and increase in transdermal water transpiration (FIG. 13C) were not observed. Pnpla1 f / f K14-Cre mice were observed from the 3rd day of life to individuals whose weight gain stopped (Fig. 12C) and skin detachment of the legs and back (Figs. 12D and 13A). All individuals died by 6 days (FIG. 12E). The transdermal moisture transpiration of the control Pnpla1 f / f mice was 1.43 ± 0.10 g / h / m 2 (10 animals). In contrast, the transcutaneous water transpiration of Pnpla1 f / f K14-Cre mice showed a normal value of 1.46 ± 0.04 g / h / m 2 (19 mice) at the non-exfoliated site of the skin, but at the exfoliated site. The value was extremely high at 12.48 ± 0.79 g / h / m 2 (19 animals).


生後5日(P5)のマウス背部から実施例1と同様に脂質を抽出し、シリカゲル60 TLCによる脂質分析を行った。その結果、実施例1と同様に、青字で示すEOS、アシルグルコシルセラミド(ω-O-AcylGlcCer)がほぼ消失し、赤字で示すω-OH-Ceramide、グルコシルセラミド(GlcCer)、1-O-AcylCerが著しく増加していた(図13E)。実施例2の結果から、皮膚に発現するPnpla1がアシルセラミドの産生に必要不可欠であることが示された。

Lipids were extracted from the back of the mice 5 days after birth (P5) in the same manner as in Example 1 and analyzed for lipids using silica gel 60 TLC. As a result, as in Example 1, EOS indicated by blue letters, acylglucosylceramide (ω-O-AcylGlcCer) almost disappeared, ω-OH-Ceramide indicated by red letters, glucosylceramide (GlcCer), 1-O- AcylCer was significantly increased (FIG. 13E). From the results of Example 2, it was shown that Pnpla1 expressed in the skin is essential for the production of acylceramide.

図15
初代培養表皮細胞の3次元培養を用いた蛍光色素透過性試験:
出生当日(PO)のマウスを氷上に30分放置して活動を抑制させ、背部皮膚を採取し、遺伝子型の決定には同じマウスの尻尾先端部を用いた。皮膚を5 mg/mlディスパーゼ(Invitrogen社)溶液/表皮細胞培養溶液(CnT-57;CELnTEC社)で4℃、一晩処理を行った。
Figure 15
Fluorescent dye permeability test using 3D culture of primary cultured epidermal cells:
Mice on the day of birth (PO) were left on ice for 30 minutes to suppress activity, back skin was collected, and the tail tip of the same mouse was used for genotype determination. The skin was treated with a 5 mg / ml dispase (Invitrogen) solution / epidermal cell culture solution (CnT-57; CELnTEC) at 4 ° C. overnight.

表皮をピンセットで剥がし、TrypLE Select(Invitrogen社)を用いて室温で20分酵素処理を行い、表皮細胞を分散させた。表皮培養溶液を加えて細胞を懸濁後、800 x gで5分間遠心して細胞を回収した。細胞を再び表皮細胞培養液に懸濁し、Millicell(登録商標)Cell Culture Insert (12 mm polycarbonate、 0.4 μm;Merck社)1つ当たり1×105細胞を播き、6 cm培養デッシュ中に静置して表皮細胞培養液にて培養した。表皮細胞培養液にCaCl2が含まれていないため、この段階で表皮ケラチノサイト以外の細胞は死滅する。6日後 Cell Culture Insertを1つ取り出し、100%メタノールに浸し室温で5分固定後、細胞染色用試薬(CnT-ST-100;CELnTEC社)を用いて細胞密度を確認した。細胞密度が100%となったことを確認後、3次元培養用培地(CnT-02-3DP1;CELnTEC社)に交換した。 The epidermis was peeled off with tweezers and treated with TrypLE Select (Invitrogen) at room temperature for 20 minutes to disperse epidermal cells. After suspending the cells by adding an epidermal culture solution, the cells were collected by centrifugation at 800 × g for 5 minutes. Resuspend the cells in epidermal cell culture medium, seed 1 × 10 5 cells per Millicell® Cell Culture Insert (12 mm, 0.4 μm; Merck), and leave it in a 6 cm culture dish. And cultured in an epidermal cell culture solution. Since CaCl 2 is not contained in the epidermal cell culture, cells other than epidermal keratinocytes die at this stage. Six days later, one Cell Culture Insert was taken out, immersed in 100% methanol and fixed at room temperature for 5 minutes, and the cell density was confirmed using a cell staining reagent (CnT-ST-100; CELnTEC). After confirming that the cell density was 100%, the medium was replaced with a three-dimensional culture medium (CnT-02-3DP1; CELnTEC).

1晩培養後にCell Culture Insert内の培地を除き、3次元分化誘導を開始した。以降、3日毎に6 cm培養デッシュ内の培地を交換し14日間培養した。Cell Culture Insertを24穴プレートに移し、1 mM Lucifer Yellow溶液(Invitrogen社)を50 μL滴下し、37℃で1時間静置した。Lucifer Yellow溶液を除いた後、中性ホルマリン緩衝溶液(和光純薬)中で4℃、一晩固定した。Cell Culture Insertの膜部分を切り出し、パラフィン置換をおこなった。ミクロトームを用いて膜面と垂直方向に厚さ約5 μmに切削し、スライドグラスに貼り付けた。脱パラフィン操作を行った後、VECTASHIELD Mounting Medium with DAPI (Vector laboratories社) で封入し、共焦点レーザー顕微鏡(LSM710;Carl Zeiss社)で観察した。Lucifer Yellowの3次元培養表皮組織内への浸透は、励起波長 553nm、蛍光波長 637 nmで検出した。   After overnight culture, the medium in Cell Culture Insert was removed and 3D differentiation induction was started. Thereafter, the medium in the 6 cm culture dish was changed every 3 days and cultured for 14 days. The Cell Culture Insert was transferred to a 24-well plate, 50 μL of 1 mM Lucifer Yellow solution (Invitrogen) was dropped, and the plate was allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. After removing the Lucifer Yellow solution, the solution was fixed in a neutral formalin buffer solution (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) at 4 ° C. overnight. The membrane portion of Cell Culture Insert was cut out and replaced with paraffin. Using a microtome, it was cut to a thickness of about 5 μm in a direction perpendicular to the film surface and attached to a slide glass. After deparaffinization, the sample was sealed with VECTASHIELD Mounting Medium with DAPI (Vector laboratories) and observed with a confocal laser microscope (LSM710; Carl Zeiss). The penetration of Lucifer Yellow into the three-dimensional cultured epidermal tissue was detected at an excitation wavelength of 553 nm and a fluorescence wavelength of 637 nm.


野生型(Pnpla1+/+)の3次元培養組織片でbasket wave appearance(角質細胞間脂質に相当)を伴う角質層を形成し、蛍光色素Lucifer Yellowの組織内への侵入がほとんど見られなかった。これに対し、Pnpla1ホモ欠損 (Pnpla1-/-)の3次元培養組織片では角質細胞間脂質を伴う角質層が十分形成されず、組織内部がLucifer Yellowで染色された。したがって、3次元培養によるin vitroの皮膚モデルにおいても、Pnpla1が皮膚バリア機能に必要であることが示唆された。

A stratum corneum with basket wave appearance (corresponding to corneum intercellular lipid) was formed in a wild type (Pnpla1 + / + ) three-dimensional cultured tissue piece, and almost no infiltration of the fluorescent dye Lucifer Yellow into the tissue was observed. . On the other hand, in the Pnpla1 homo-deficient (Pnpla1 − / − ) three-dimensional cultured tissue piece, the stratum corneum with keratin intercellular lipid was not sufficiently formed, and the inside of the tissue was stained with Lucifer Yellow. Therefore, it was suggested that Pnpla1 is necessary for the skin barrier function in an in vitro skin model by three-dimensional culture.

リコンビナントPNPLA1タンパク質の調製:
マウスPnpla1 cDNAを挿入したpFastBac1ベクターをMax Efficiency DH10BAC competent cells(10361-012 Invitrogen社)にトランスフォームし、10 μg/ml Tetracycline、100 μg/ml X-Gal、7 μg/ml Gentamycin、40 μg/ml IPTGを加えたLBプレートに撒いた。組換えが生じた青色コロニーを選択して増幅し、Bacmid DNAを精製した。CCCAGTCACGACGTTGTAAAACG(配列番号39) とAGCGGATAACAATTTCACACAGG(配列番号40)の配列を持つプライマーセットを使用し、GoTaqポリメラーゼ(M5005;Promega社)を用いて、93℃、45秒→(94℃、45秒→55℃、45秒→72℃、5分)×30サイクル→72℃、3分のPCR反応を行い、部位特異的トランスポジションが起きたことを確認した。
Preparation of recombinant PNPLA1 protein:
Transform pFastBac1 vector with mouse Pnpla1 cDNA into Max Efficiency DH10BAC competent cells (10361-012 Invitrogen), 10 μg / ml Tetracycline, 100 μg / ml X-Gal, 7 μg / ml Gentamycin, 40 μg / ml We spread on LB plate to which IPTG was added. Blue colonies that had undergone recombination were selected and amplified, and Bacmid DNA was purified. Using a primer set having the sequences of CCCAGTCACGACGTTGTAAAACG (SEQ ID NO: 39) and AGCGGATAACAATTTCACACAGG (SEQ ID NO: 40), using GoTaq polymerase (M5005; Promega), 93 ° C., 45 seconds → (94 ° C., 45 seconds → 55 ° C. 45 seconds → 72 ° C., 5 minutes) × 30 cycles → 72 ° C., 3 minutes of PCR reaction was performed to confirm that site-specific transposition occurred.


1×106cells/well の細胞密度で6穴プレートにSf9細胞を播き、10%FBS、100 Unit/ml Penicillin、100 Unit/ml Streptomycin、1% CD Lipid Concentrate (Invitorgen社)を含むGrace's Insect medium(11605-102; Invitorgen社)で27℃、30分間培養した。細胞の接着を確認後、Cellfectin (Invitrogen社)を用いてBacmid DNA 2 μgを遺伝子導入した。27℃で5日間培養後、培地を回収し、2,000 rpmで10分間遠心し、上清を回収しバキュロウイルス懸濁液を得た。

Grace's Insect medium containing 10% FBS, 100 Unit / ml Penicillin, 100 Unit / ml Streptomycin, 1% CD Lipid Concentrate (Invitorgen), seeded in a 6-well plate at a cell density of 1 × 10 6 cells / well (11605-102; Invitorgen) at 27 ° C. for 30 minutes. After confirmation of cell adhesion, 2 μg of Bacmid DNA was introduced using Cellfectin (Invitrogen). After culturing at 27 ° C. for 5 days, the medium was collected and centrifuged at 2,000 rpm for 10 minutes, and the supernatant was collected to obtain a baculovirus suspension.


Sf9細胞を5×105 cells/wellの細胞密度で12穴プレートに細胞を播き、PNPLA1をコードするバキュロウイルス懸濁液を1 μlずつ添加し、27℃の条件下で3日間培養した。細胞をセルスクレイパーではがして回収し、100 μlのlysis buffer(20 mL Tris、pH 7.4、50 mM NaCl、1 mM DTT、100 μg/mL leupeptin、10μg/mL pepstatin)を加え、音波処理した。1,000 x gで5分間遠心し、上清を酵素源とした。また、コントロールとしてウイルスを感染させていないSf9細胞から同様の方法でタンパク質溶液を調製した。

Sf9 cells were seeded in a 12-well plate at a cell density of 5 × 10 5 cells / well, 1 μl of a baculovirus suspension encoding PNPLA1 was added, and cultured at 27 ° C. for 3 days. The cells were removed by cell scraper and collected, and 100 μl of lysis buffer (20 mL Tris, pH 7.4, 50 mM NaCl, 1 mM DTT, 100 μg / mL leupeptin, 10 μg / mL pepstatin) was added and sonicated. Centrifugation was performed at 1,000 xg for 5 minutes, and the supernatant was used as an enzyme source. As a control, a protein solution was prepared in the same manner from Sf9 cells not infected with virus.


図16
アシルセラミドの合成:
反応基質としてLinoleoyl Coenzyme A, [linoleoyl 1-14C](終濃度20 μM、ARV1195;American Radiolabeled Chemicals社)、N-ω-Hydroxytriacontanoyl-D-erythro-sphingosine (終濃度266 μM 、MATREYA社)をガラス製試験管中で100 μlの反応液(100 mM Tris、pH7.0、100 mM NaCl、0.1%BSA、0.03% TritonX-100)に溶解し、Sf9から調製したタンパク質溶液1 μg分を酵素源として加え、37℃で30分間撹拌しながら反応させた。脂肪酸エステルの形成を確認するためのアルカリ処理は、酵素反応直後にアルカリ処理溶液 (クロロホルム/メタノール/10 M NaOH =2: 7: 1)を1 mL加え、37℃で60分間行った。得られた反応液を、クロロホルム2 ml、メタノール2 ml、酢酸バッファー 1.6 ml を加え、撹拌後3,000 rpmで10分間遠心後、下層を回収した。窒素ガスを吹きかけて有機溶媒を蒸発させた後、5 μlクロロホルムを加えて脂質サンプルを溶解した。全量をシリカゲル60 TLCプレートにスポットし、上記のTLCによる脂質分析と同様の方法で展開した。イメージングプレート(BAS IP MS2040;富士フィルム)を用いて放射線を検出し、イメージングアナライザー(BAS-2500;富士フィルム)を用いて可視化した。

FIG.
Synthesis of acylceramide:
Linoleoyl Coenzyme A as a reaction substrate, [linoleoyl 1- 14 C] (final concentration 20 μM, ARV1195; American Radiolabeled Chemicals, Inc.), N-ω-Hydroxytriacontanoyl- D-erythro-sphingosine ( final concentration 266 [mu] M, Matreya Inc.) Glass Dissolve in a 100 μl reaction solution (100 mM Tris, pH 7.0, 100 mM NaCl, 0.1% BSA, 0.03% TritonX-100) in a test tube and use 1 μg of protein solution prepared from Sf9 as the enzyme source. In addition, the reaction was carried out with stirring at 37 ° C. for 30 minutes. The alkali treatment for confirming the formation of the fatty acid ester was carried out at 37 ° C. for 60 minutes by adding 1 mL of an alkali treatment solution (chloroform / methanol / 10 M NaOH = 2: 7: 1) immediately after the enzyme reaction. To the resulting reaction solution, 2 ml of chloroform, 2 ml of methanol and 1.6 ml of acetate buffer were added, and after stirring, the mixture was centrifuged at 3,000 rpm for 10 minutes, and the lower layer was recovered. Nitrogen gas was blown to evaporate the organic solvent, and 5 μl chloroform was added to dissolve the lipid sample. The whole amount was spotted on a silica gel 60 TLC plate and developed in the same manner as the lipid analysis by TLC described above. Radiation was detected using an imaging plate (BAS IP MS2040; Fuji Film) and visualized using an imaging analyzer (BAS-2500; Fuji Film).


酵素源としてPNPLA1を加えた試料で、アシルセラミド(EOS)の位置にアイソトープ標識されたバンドが見られ、このバンドはアルカリ処理によって消失することから、14C標識されたリノール酸とエステル結合していることが示された。この結果は、PNPLA1がリノール酸をω-OHセラミドのω位に転移し、皮膚バリア機能に必須であるアシルセラミドを合成する活性を持つことを示している。したがって、PNPLA1を利用することでアシルセラミドの大量生産系を構築できることを示唆する。

In the sample to which PNPLA1 was added as an enzyme source, an isotope-labeled band was observed at the position of acylceramide (EOS), and this band disappeared by alkali treatment, so it was esterified with 14 C-labeled linoleic acid. It was shown that This result indicates that PNPLA1 has an activity of transferring linoleic acid to the ω-position of ω-OH ceramide and synthesizing an acylceramide essential for the skin barrier function. Therefore, it is suggested that a mass production system of acylceramide can be constructed by using PNPLA1.

本発明により、アシルセラミドを生化学的、工業的に大量合成することが可能となる。また、PNPLA1発現量を増加させる化合物は、皮膚バリア異常を伴う魚鱗癬、アトピー性皮膚炎などの皮膚疾患の治療薬や、皮膚バリア機能を保持、回復するための化粧品等の配合剤として利用できる。   According to the present invention, acylceramide can be synthesized in large quantities biochemically and industrially. In addition, compounds that increase the expression level of PNPLA1 can be used as therapeutic agents for skin diseases such as ichthyosis with abnormal skin barriers, atopic dermatitis, and as cosmetics for maintaining and restoring skin barrier functions. .

配列番号1〜40:合成DNA   SEQ ID NOs: 1 to 40: synthetic DNA

Claims (14)

PNPLA1遺伝子が欠損した非ヒト動物に被検物質を投与し、当該被検物質投与後の前記非ヒト動物において皮膚バリア機能の促進効果が得られたときは、前記被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する工程を含む、皮膚バリア機能促進剤のスクリーニング方法。   When a test substance is administered to a non-human animal deficient in the PNPLA1 gene and the skin barrier function is promoted in the non-human animal after administration of the test substance, the test substance is promoted to promote the skin barrier function. A method for screening a skin barrier function promoter, comprising a step of selecting as an agent. PNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物に被検物質を投与し、当該被検物質投与後の前記非ヒト動物においてPNPLA1の発現量、又はω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドの量が増加したときは、前記被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する工程を含む、皮膚バリア機能促進剤のスクリーニング方法。   When a test substance is administered to a non-human animal having the PNPLA1 gene, and the expression level of PNPLA1 or the amount of acylceramide in which linoleic acid is ester-linked in the non-human animal after administration of the test substance is increased The screening method of a skin barrier function promoter including the process of selecting the said test substance as a skin barrier function promoter. PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後、PNPLA1の発現量、又はω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドを検出し、当該PNPLA1の発現量、又は当該ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドの量が増加したときは、前記被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する工程を含む、皮膚バリア機能促進剤のスクリーニング方法。   After contacting a test substance with a biomaterial collected from a cell having a PNPLA1 gene or a non-human animal having a PNPLA1 gene, the expression level of PNPLA1 or an acylceramide in which linoleic acid is ester-linked at the ω position is detected. A skin barrier function promoter comprising a step of selecting the test substance as a skin barrier function promoter when the expression level of the PNPLA1 or the amount of acylceramide in which linoleic acid is ester-bonded to the ω position is increased. Screening method. ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して増加したときは、当該被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する、請求項3に記載の方法。   The acyl ceramide esterified with linoleic acid at the ω position is selected as a skin barrier function promoter when the test ceramide is increased compared to a control cell or biomaterial that does not contact the test substance. 3. The method according to 3. PNPLA1及びω-ヒドロキシセラミドを含む試料に被検物質を接触させた後にアシルセラミドを検出し、当該アシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の試料と比較して増加したときは、前記被検物質を皮膚バリア機能促進剤として選択する工程を含む、皮膚バリア機能促進剤のスクリーニング方法。   When acylceramide is detected after contacting a test substance with a sample containing PNPLA1 and ω-hydroxyceramide, and the acylceramide is increased as compared with a control sample not contacting the test substance, A screening method for a skin barrier function promoter, comprising a step of selecting a substance as a skin barrier function promoter. PNPLA1遺伝子が欠損した非ヒト動物に被検物質を投与し、当該被検物質投与後の前記非ヒト動物において皮膚バリア機能の促進効果が得られたときは、前記被検物質を、アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患治療薬として選択する工程を含む、アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。   When a test substance is administered to a non-human animal deficient in the PNPLA1 gene and a skin barrier function promoting effect is obtained in the non-human animal after administration of the test substance, the test substance is treated with acylceramide. A screening method for a therapeutic agent for skin diseases caused by abnormal synthesis of acylceramide, comprising a step of selecting the therapeutic agent for skin diseases caused by synthetic abnormalities. PNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物に被検物質を投与し、当該被検物質投与後の前記非ヒト動物においてPNPLA1の発現量、又はω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドの量が増加したときは、前記被検物質を、アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患治療薬として選択する工程を含む、アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。   When a test substance is administered to a non-human animal having the PNPLA1 gene, and the expression level of PNPLA1 or the amount of acylceramide in which linoleic acid is ester-linked in the non-human animal after administration of the test substance is increased A screening method for a therapeutic agent for skin diseases caused by abnormal synthesis of acylceramide, comprising the step of selecting the test substance as a therapeutic agent for skin diseases caused by abnormal synthesis of acylceramide. PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後、ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドを検出し、当該ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して増加したときは、前記被検物質を、アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患治療薬として選択する工程を含む、アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。   After contacting a test substance with a cell material having a PNPLA1 gene or a biomaterial collected from a non-human animal having a PNPLA1 gene, an acylceramide having an ester bond of linoleic acid at the ω position is detected, and linole is detected at the ω position. A step of selecting the test substance as a therapeutic agent for skin diseases caused by abnormal synthesis of acylceramide when the acid-ceramic acylceramide is increased as compared with a control cell or biomaterial that does not contact the test substance. A screening method for a therapeutic agent for skin diseases caused by abnormal acylceramide synthesis. PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後にPNPLA1の発現量を測定し、当該PNPLA1の発現量が、被検物質を接触させない対照の試料と比較して増加したときは、前記被検物質を、アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患治療薬として選択する工程を含む、アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。   Measure the expression level of PNPLA1 after contacting the test substance to cells with PNPLA1 gene or biomaterial collected from non-human animals with PNPLA1 gene, and the expression level of PNPLA1 does not contact the test substance A method of screening for a therapeutic agent for skin diseases caused by abnormal synthesis of acylceramide, comprising the step of selecting the test substance as a therapeutic agent for skin diseases caused by abnormal synthesis of acylceramide when increased compared to a control sample. PNPLA1及びω-ヒドロキシセラミドを含む試料に被検物質を接触させた後にω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドを検出し、当該ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の試料と比較して増加したときは、前記被検物質を、アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患治療薬として選択する工程を含む、アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患治療薬のスクリーニング方法。   After contacting a test substance with a sample containing PNPLA1 and ω-hydroxyceramide, acyl ceramide with linoleic acid ester-bonded at the ω position is detected, and the acyl ceramide with linoleic acid ester-bonded at the ω position is the test substance. Screening for a therapeutic agent for skin diseases caused by abnormal synthesis of acylceramide, comprising the step of selecting the test substance as a therapeutic agent for skin diseases caused by abnormal synthesis of acylceramide. Method. アシルセラミドの合成異常による皮膚疾患が魚鱗癬、アトピー性皮膚炎、乾癬、荒れ肌、乾皮症、角化症、乾燥肌、湿疹及び乾燥性皮膚炎からなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項10のいずれか1項に記載の方法。 The skin disease due to acylceramide synthesis abnormality is at least one selected from the group consisting of ichthyosis, atopic dermatitis, psoriasis, rough skin, psoriasis, keratosis, dry skin, eczema and dry dermatitis Item 11. The method according to any one of Items 6 to 10 . ω-ヒドロキシセラミドにPNPLA1を作用させた後、アシルセラミドを採取することを特徴とするアシルセラミドの製造方法。   A method for producing an acylceramide, characterized by collecting acylceramide after allowing PNPLA1 to act on ω-hydroxyceramide. PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後にPNPLA1遺伝子の発現量を測定し、当該PNPLA1遺伝子の発現量が、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して増加又は低下したときは、それぞれ、前記被検物質は皮膚バリア機能を増加又は低下させる物質であると判定することを特徴とする、被検物質の皮膚バリア機能の検査方法。   Measure the expression level of the PNPLA1 gene after contacting the test substance with a biomaterial collected from a cell having the PNPLA1 gene or a non-human animal having the PNPLA1 gene, and the expression level of the PNPLA1 gene When the test substance is increased or decreased as compared with a control cell or biomaterial that is not contacted, the test substance is determined to be a substance that increases or decreases the skin barrier function. Inspection method of skin barrier function. PNPLA1遺伝子を有する細胞、又はPNPLA1遺伝子を有する非ヒト動物から採取された生体材料に被検物質を接触させた後、ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドを検出し、当該ω位にリノール酸がエステル結合したアシルセラミドが、被検物質を接触させない対照の細胞又は生体材料と比較して増加又は低下したときは、それぞれ、前記被検物質は皮膚バリア機能を増加又は低下させる物質であると判定することを特徴とする、被検物質の皮膚バリア機能の検査方法。   After contacting a test substance with a cell material having a PNPLA1 gene or a biomaterial collected from a non-human animal having a PNPLA1 gene, an acylceramide having an ester bond of linoleic acid at the ω position is detected, and linole is detected at the ω position. When the acyl ceramide esterified with an acid is increased or decreased compared to a control cell or biomaterial that does not contact the test substance, the test substance is a substance that increases or decreases the skin barrier function, respectively. A test method for the skin barrier function of a test substance, characterized in that
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