(57)【要約】  本発明の目的は、新規なミトコンドリア機能向上剤及びPGC-1α発現誘導剤を提供することである。本発明によれば、リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤を含む、ミトコンドリア機能向上剤及びPGC-1α発現誘導剤が提供さえる。
2010116673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤を含む、ミトコンドリア機能向上剤。
【請求項２】
リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤が、トラニルシプロミン、又はＲＮＡｉによりLSD1又はBHC80又はFAD合成に関わる酵素の発現を抑制できる核酸、FAD合成阻害剤である、請求項１に記載のミトコンドリア機能向上剤。
【請求項３】
FAD合成に関わる酵素が、リボフラビンキナーゼ（RFK）及び／又はFAD合成酵素（FADS）である、請求項２に記載のミトコンドリア機能向上剤。
【請求項４】
ＲＮＡｉによりLSD1の発現を抑制できる核酸が、配列番号２９に記載の配列からなるsiRNAと配列番号３０に記載の配列からなるsiRNAである、請求項１から３の何れか１項に記載のミトコンドリア機能向上剤。
【請求項５】
リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤を含む、PGC-1α発現誘導剤。
【請求項６】
リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤が、トラニルシプロミン、又はＲＮＡｉによりLSD1又はBHC80又はFAD合成に関わる酵素（リボフラビンキナーゼ（RFK）、FAD合成酵素（FADS）など）の発現を抑制できる核酸、FAD合成阻害剤である、請求項５に記載のPGC-1α発現誘導剤。
【請求項７】
FAD合成に関わる酵素が、リボフラビンキナーゼ（RFK）及び／又はFAD合成酵素（FADS）である、請求項６に記載のPGC-1α発現誘導剤。
【請求項８】
ＲＮＡｉによりLSD1の発現を抑制できる核酸が、配列番号２９に記載の配列からなるsiRNAと配列番号３０に記載の配列からなるsiRNAである、請求項５から７の何れか１項に記載のPGC-1α発現誘導剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤を用いたミトコンドリア機能向上剤及びPGC-1α発現誘導剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミトコンドリアにおけるエネルギー代謝は、生命の維持のみならず様々な高次機能に必須の役割を果たしている。脳や筋肉などエネルギー需要の高い組織では、ミトコンドリア機能の低下により多くの障害が誘発されることが知られている。一方、ミトコンドリア機能の調節は、核内転写因子による代謝酵素遺伝子の発現制御に強く依存しており、その中でも統合的な役割を果たしている転写調節因子PGC-1αの機能低下は、ミトコンドリア関連疾患の一因となっている。【０００３】
トラニルシプロミンは、モノアミン酸化酵素阻害薬の１種であり、モノアミン酸化酵素の作用を阻害することによって、脳内のドーパミンなどの物質を増やす作用を有し、抗うつ薬として有効であることが知られている。また、特許文献１には、トラニルシプロミンによるメタボリックシンドローム治療剤が記載されている。さらに、非特許文献１には、トラニルシプロミンがLSD1酵素を阻害することが記載されており、非特許文献２には、他のモノアミン酸化酵素阻害薬ではLSD1阻害活性が低いことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ／２００６／１３８４７５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Schmidt, D.M., and McCafferty, D.G. (2007). trans-2-Phenylcyclopropylamine is a mechanism-based inactivator of the histone demethylase LSD1. Biochemistry 46, 4408-4416.
【非特許文献２】Lee, M.G., Wynder, C., Schmidt, D.M., McCafferty, D.G., and Shiekhattar, R. (2006). Histone H3 lysine 4 demethylation is a target of nonselective antidepressive medications. Chemistry and Biology. 13, 563-567.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、新規なミトコンドリア機能向上剤及びPGC-1α発現誘導剤を提供することを解決すべき課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ヒストン脱メチル化酵素LSD1がPGC-1αを含むミトコンドリア機能遺伝子の発現を抑制していることを発見した。また、LSD1阻害剤であるトラニルシプロミン、及びLSD1又はBHC80遺伝子特異的RNAiにより、PGC-1αの発現を誘導でき、またミトコンドリアエネルギー代謝を活性化できることを見出した。さらに、PGC-1α等のLSD1標的遺伝子群がフラビンアデノシンジヌクレオチド（FAD）合成阻害で誘導されることを見出した。これらの結果から、LSD1機能阻害はミトコンドリア機能向上に有効であることが明らかになった。本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。【０００８】
即ち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
（１）  リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤を含む、ミトコンドリア機能向上剤。
（２）  リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤が、トラニルシプロミン、又はＲＮＡｉによりLSD1又はBHC80又はFAD合成に関わる酵素の発現を抑制できる核酸、FAD合成阻害剤である、（１）に記載のミトコンドリア機能向上剤。
（３）  FAD合成に関わる酵素が、リボフラビンキナーゼ（RFK）及び／又はFAD合成酵素（FADS）である、（２）に記載のミトコンドリア機能向上剤。
（４）  ＲＮＡｉによりLSD1の発現を抑制できる核酸が、配列番号２９に記載の配列からなるsiRNAと配列番号３０に記載の配列からなるsiRNAである、（１）から（３）の何れか１項に記載のミトコンドリア機能向上剤。
（５）  リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤を含む、PGC-1α発現誘導剤。
（６）  リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤が、トラニルシプロミン、又はＲＮＡｉによりLSD1又はBHC80又はFAD合成に関わる酵素（リボフラビンキナーゼ（RFK）、FAD合成酵素（FADS）など）の発現を抑制できる核酸、FAD合成阻害剤である、（５）に記載のPGC-1α発現誘導剤。
（７）  FAD合成に関わる酵素が、リボフラビンキナーゼ（RFK）及び／又はFAD合成酵素（FADS）である、（６）に記載のPGC-1α発現誘導剤。
（８）  ＲＮＡｉによりLSD1の発現を抑制できる核酸が、配列番号２９に記載の配列からなるsiRNAと配列番号３０に記載の配列からなるsiRNAである、（５）から（７）の何れか１項に記載のPGC-1α発現誘導剤。
【発明の効果】
【０００９】
LSD1は近年同定されたクロマチン構造制御タンパク質であり、生理的役割に関しては未だ不明な点が多い。本発明においてLSD1がPGC-1α遺伝子発現調節を介してミトコンドリア機能を制御していることを見出した。特定のクロマチン制御因子を標的としてミトコンドリア機能を向上させる方法は他に報告が無く、本発明によれば新規な治療標的を開拓することができる。本発明の薬剤は、ミトコンドリア機能低下を伴う疾患（脳神経疾患、筋疾患、心疾患など）の分子標的治療に利用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、3T3-L1細胞において、LSD1に対するRNAi、LSD1の共役因子BHC80に対するRNAi、またはトラニルシプロミン（TC）を用いたLSD1標的遺伝子の網羅的検索の結果を示す。
【図２】図２は、LSD1阻害によるPGC-1αを含むミトコンドリア機能遺伝子群の発現の誘導の結果を示す。
【図３】図３は、クロマチン免疫沈降法（ChIP）を用いて、LSD1阻害による3T3-L1細胞内ヒストンメチル化の解析の結果を示す。
【図４】図４は、クロマチン免疫沈降（ChIP）による3T3-L1細胞内LSD1/プロモーター相互作用の定量の結果を示す。
【図５】図５は、ルシフェラーゼアッセイを用いて、LSD1阻害によるPGC-1αプロモーター活性の評価の結果を示す。
【図６】図６aは、3T3-L1細胞のトラニルシプロミン（TC）曝露48時間後のJC-1染色の結果を示す。図６bは、LSD1阻害後のJC-1染色の結果を示す。
【図７】図７は、トラニルシプロミンによるマウスにおけるPGC-1αを含むミトコンドリア機能遺伝子群の発現誘導の結果を示す。
【図８】図８は、LSD1に対するRNAiによるマウスにおけるPGC-1αを含むミトコンドリア機能遺伝子群の発現調節の結果を示す。
【図９】図９は、フラビンアデノシンジヌクレオチド（FAD）合成に関わる酵素阻害によるLSD1標的遺伝子群（PGC-1αを含むミトコンドリア機能遺伝子群）の発現誘導の結果を示す。
【図１０】図１０は、3T3-L1細胞において、LSD1に対するRNAi、フラビンアデノシンジヌクレオチド合成酵素に対するRNAiを用いたLSD1標的遺伝子の網羅的解析の結果を示す。
【図１１】図１１は、フラビンアデノシンジヌクレオチド（FAD）に依存したLSD1の転写抑制機能解析の結果を示す。
【図１２】図１２は、マウス組織におけるLSD1及びBHC80の発現状況の結果を示す。
【図１３】図１３は、LSD1標的遺伝子群に対する主なモノアミン酸化酵素阻害薬の効果解析の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤を含む、ミトコンドリア機能向上剤およびPGC-1α発現誘導剤に関する。本発明で言うミトコンドリア機能向上とは、ミトコンドリア量の増大および／またはクエン酸回路、脂肪酸β酸化系、電子伝達系などの活性化のことを言う。
【００１２】
本発明で用いるリジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）阻害剤は、リジン特異的デメチラーゼ-1（LSD1）の機能を阻害できる物質であれば特に限定されず、例えば、トラニルシプロミン、又はＲＮＡｉによりLSD1の発現を抑制できる核酸などを使用することができる。また、LSD1の共役因子（BHC80など）、LSD1酵素活性に必要であるFAD合成に関わる酵素に対するRNAiも使用することができる。FADアナログや低分子化合物等を用いたFAD合成阻害剤も含まれる。
【００１３】
ＲＮＡｉによりLSD1の発現を抑制できる核酸としては、下記に説明するようなｓｉＲＮＡ又はｓｈＲＮＡなどが挙げられる。このような因子が細胞に導入されると、ＲＮＡｉ現象が生じ、相同な配列を有するＲＮＡが分解される。このようなＲＮＡｉ現象は、線虫，昆虫、原虫、ヒドラ、植物、脊椎動物（哺乳動物を含む）において見られる現象である。
【００１４】
好ましい態様によれば、本発明においてはｓｉＲＮＡ と呼ばれる、約２０塩基（例えば、約２１〜２３塩基）またはそれ未満の長さの二本鎖ＲＮＡを用いることができる。このようなｓｉＲＮＡ は、細胞に発現させることにより遺伝子発現を抑制し、そのｓｉＲＮＡ の標的となる遺伝子（本発明においては、LSD1遺伝子）の発現を抑制することができる。
【００１５】
本発明において用いられるｓｉＲＮＡ は、ＲＮＡｉを引き起こすことができる限り、どのような形態のものでもよい。ここで、「ｓｉＲＮＡ 」とは、ｓｈｏｒｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ ＲＮＡの略称であり、人工的に化学合成されるかまたは生化学的に合成されたものか、あるいは生物体内で合成されたものか、あるいは約４０塩基以上の二本鎖ＲＮＡが体内で分解されてできた１０塩基対以上の短鎖二本鎖ＲＮＡをいい、通常、５'−リン酸、３'−ＯＨの構造を有しており、３'末端は約２塩基突出している。このｓｉＲＮＡ に特異的なタンパク質が結合して、ＲＩＳＣ（ＲＮＡ−ｉｎｄｕｃｅｄ−ｓｉｌｅｎｃｉｎｇ−ｃｏｍｐｌｅｘ）が形成される。この複合体は、ｓｉＲＮＡ と同じ配列を有するｍＲＮＡを認識して結合し、ＲＮａｓｅＩＩＩ様の酵素活性によってｓｉＲＮＡ の中央部でｍＲＮＡを切断する。
【００１６】
ｓｉＲＮＡ の配列と、標的として切断するｍＲＮＡの配列とは１００％一致することが好ましい。しかし、ｓｉＲＮＡ の中央から外れた位置の塩基が一致していない場合については、ＲＮＡｉによる切断活性は部分的には残存することが多いので、必ずしも１００％一致していなくてもよい。
【００１７】
ｓｉＲＮＡの塩基配列と、発現を抑制すべきLSD1遺伝子の塩基配列との間で相同性のある領域は、LSD1遺伝子の翻訳開始領域を含まないことが好ましい。翻訳開始領域には種々の転写因子や翻訳因子が結合することが予想されるため、ｓｉＲＮＡ が効果的にｍＲＮＡに結合することができず、効果が低減することが予測されるからである。従って、相同性を有する配列は、LSD1遺伝子の翻訳開始領域から２０塩基離れていることが好ましく、より好ましくはLSD1遺伝子の翻訳開始領域から７０塩基離れている。相同性を有する配列としては、例えば、LSD1遺伝子の３'末端付近の配列でもよい。
【００１８】
本発明では、ｓｉＲＮＡをＲＮＡｉを引き起こす因子として用いることができるし、ｓｉＲＮＡ を生成するような因子（例えば、約４０塩基以上のｄｓＲＮＡ）をそのような因子として用いることができる。例えば、LSD1遺伝子の核酸配列の一部に対して少なくとも約７０％、好ましくは７５％以上、より好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、最も好ましくは１００％の相同性を有する配列を含む、二本鎖部分を含むＲＮＡまたはその改変体を使用することができる。相同性を有する配列部分は、通常は、少なくとも約１５ヌクレオチド以上であり、好ましくは少なくとも約１９ヌクレオチドであり、より好ましくは少なくとも約２０ヌクレオチド長であり、さらに好ましくは少なくとも約２１ヌクレオチド長である。
【００１９】
本発明で用いることができるｓｉＲＮＡの具体例としては、配列番号２９に記載の塩基配列を有するＲＮＡと配列番号３０に記載の塩基配列を有するＲＮＡとから成る二本鎖ＲＮＡが挙げられるが、これに限定されるものではない。なお、LSD1遺伝子の塩基配列は公知であり、例えば、NCBI NM 015013に登録されている。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、ＲＮＡｉによりLSD1の発現を抑制することができる因子として、３'末端に突出部を有する短いヘアピン構造から成るｓｈＲＮＡ（ｓｈｏｒｔ  ｈａｉｒｐｉｎ ＲＮＡ）を使用することができる。ｓｈＲＮＡとは、一本鎖ＲＮＡで部分的に回文状の塩基配列を含むことにより、分子内で二本鎖構造をとり、ヘアピンのような構造となる約２０塩基対以上の分子のことを言う。そのようなｓｈＲＮＡは、細胞内に導入された後、細胞内で約２０塩基（代表的には例えば、２１塩基、２２塩基、２３塩基）の長さに分解され、ｓｉＲＮＡ と同様にＲＮＡｉを引き起こすことができる。上記の通りｓｈＲＮＡは、ｓｉＲＮＡ と同様にＲＮＡｉを引き起こすことから、本発明において有効に用いることができる。
【００２１】
ｓｈＲＮＡは好ましくは、３'突出末端を有している。二本鎖部分の長さは特に限定されないが、好ましくは約１０ヌクレオチド以上であり、より好ましくは約２０ヌクレオチド以上である。ここで、３'突出末端は、好ましくはＤＮＡであり、より好ましくは少なくとも２ヌクレオチド以上のＤＮＡであり、さらに好ましくは２〜４ヌクレオチドのＤＮＡである。
【００２２】
本発明で用いるＲＮＡｉによりLSD1の発現を抑制することができる因子（即ち、上記したようなｓｉＲＮＡ又はｓｈＲＮＡなど）は、人工的に化学合成してもよいし、センス鎖およびアンチセンス鎖のＤＮＡ配列を逆向きに連結したヘアピン構造のＤＮＡをＴ７ ＲＮＡポリメラーゼによってインビトロでＲＮＡを合成することによって作製することもできる。インビトロで合成する場合は、Ｔ７ ＲＮＡポリメラーゼおよびＴ７プロモーターを用いて、鋳型ＤＮＡからアンチセンスおよびセンスのＲＮＡを合成することができる。これらをインビトロでアニーリングした後、細胞に導入すると、ＲＮＡｉが引き起こされ、LSD1の発現が抑制される。ここでは、例えば、リン酸カルシウム法、又は各種のトランスフェクション試薬（例えば、oligofectamine、lipofectamineおよびlipofectionなど）を用いてそのようなＲＮＡを細胞内に導入することができる。
【００２３】
本発明のミトコンドリア機能向上剤及びPGC-1α発現誘導剤の投与方法は、経口投与でもよいし、非経口投与（例えば、静脈内投与、筋肉内投与、皮下投与、皮内投与、粘膜投与、直腸内投与、膣内投与、患部への局所投与、皮膚投与など）でもよい。
【００２４】
本発明のミトコンドリア機能向上剤及びPGC-1α発現誘導剤は、医薬組成物として使用する場合、必要に応じて薬学的に許容可能な添加剤を配合することができる。薬学的に許容可能な添加剤の具体例としては、抗酸化剤、保存剤、着色料、風味料、および希釈剤、乳化剤、懸濁化剤、溶媒、フィラー、増量剤、緩衝剤、送達ビヒクル、希釈剤、キャリア、賦形剤および／または薬学的アジュバントなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【００２５】
本発明のミトコンドリア機能向上剤及びPGC-1α発現誘導剤の製剤形態は特に限定されないが、例えば、液剤、注射剤、徐放剤などが挙げられる。本発明のミトコンドリア機能向上剤及びPGC-1α発現誘導剤を上記製剤として処方するために使用される溶媒としては、水性または非水性のいずれでもよい。
【００２６】
注射剤は当該分野において周知の方法により調製することができる。例えば、適切な溶剤（生理食塩水、ＰＢＳのような緩衝液、滅菌水など）に溶解した後、フィルターなどで濾過滅菌し、次いで無菌容器（例えば、アンプルなど）に充填することにより注射剤を調製することができる。この注射剤には、必要に応じて、慣用の薬学的キャリアを含めてもよい。非侵襲的なカテーテルを用いる投与方法も使用され得る。本発明で用いることができるキャリアとしては、中性緩衝化生理食塩水、または血清アルブミンと混合された生理食塩水などが挙げられる。
【００２７】
本発明のミトコンドリア機能向上剤及びPGC-1α発現誘導剤の投与量は、使用目的、疾患の重篤度、患者の年齢、体重、性別、既往歴、又は有効成分であるＲＮＡｉによりLSD1の発現を抑制することができる核酸の種類などを考慮して、当業者が決定することができる。トラニルシプロミンの場合は、例えば、成人で１日当たり１〜１００mg、好ましくは１０mg〜１００mgの範囲で投与することができる、有効成分がＲＮＡｉによりLSD1の発現を抑制することができる物質である場合、投与量は特に限定されないが、例えば、１日当たり約０．１ｎｇ〜約１００ｍｇ／ｋｇ、好ましくは約１ｎｇ〜約１０ｍｇである。
【００２８】
以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
【実施例】
【００２９】
（Ａ）方法
（１）3T3-L1細胞におけるLSD1標的遺伝子のマイクロアレイによる網羅的解析（図１）
RNAimax試薬（Invitrogen）を用いたLSD1又はその共役因子BHC80に対するsiRNAの導入又は10-4 Mのトラニルシプロミン-HCl (TC, Sigma)の添加後に、3T3-L1細胞を分化誘導培地で２４時間培養し、ＲＮＡ分析を行った。脂質生成誘導培地は、0.5μM 3-イソブチル-1-メチルキサンチン、1μM デキサメタゾン及び5μg/mlインスリンを、10%胎児ウシ血清を含むダルベッコ改変イーグル培地に溶解したものである。全ＲＮＡは、RNeasy miniカラム(Qiagen)を用いて抽出した。GeneChip Mouse Genome Array 4302とGeneChip Hybridization, Wash and Stain Kit (Affymetrix)と組み合わせて用いて、ゲノムワイドの発現解析を行った。【００３０】
（２）定量的リアルタイムPCRによるPGC-1α遺伝子等の発現解析（図２）
全ＲＮＡをTrizol 試薬(Invitrogen)を用いて抽出した。定量的RT-PCRは、Fast SYBR Green System (Applied Biosciences)を用いて行った。PGC-1α等の発現量は、内部対照遺伝子36B4で標準化した。値は、対照siRNAを導入した試料またはビヒクルで処理した試料に対する誘導の倍数として示す。統計学的な有意差について、対照に対して、*p<0.05, **p<0.01で示す（以下、同様）。使用したプライマーは以下の通りである。
PGC-1α/フォワード：5'-AAGTGTGGAACTCTCTGGAACTG-3' （配列番号１）
PGC-1α/リバース：5'-GGGTTATCTTGGTTGGCTTTATG-3' （配列番号２）
PDK4/フォワード：5'-CAAGGAGATCTGAATCTCTA -3' （配列番号３）
PDK4/リバース：5'-GATAATGTTTGAAGGCTGAC-3' （配列番号４）
RIIα/フォワード：5'- AACTGATGAGCAGAGATGCC-3' （配列番号５）
RIIα/リバース：5'- AACATGGCATCCAGAACTTG-3' （配列番号６）
FAT1P/フォワード：5'-CGCCCAGGACTCTGCAAAG-3' （配列番号７）
FATP1/リバース：5'-CACAGAAGTCTGGACTGGGA-3' （配列番号８）
UCP1/フォワード：5'-GGCCCTTGTAAACAACAAAATAC-3' （配列番号９）
UCP1/リバース：5'-GGCAACAAGAGCTGACAGTAAAT-3' （配列番号１０）
36B4/フォワード：5'- GCGTCCTGGCATTGTCTGT-3' （配列番号１１）
36B4/フォワード：5'-GCAAATGCAGATGGATCAGCC-3' （配列番号１２）【００３１】
siRNAの標的配列は以下の通りである。
LSD1：5'- CACAAGGAAAGCTAGAAGA -3'（配列番号１３）
BHC80：5'-GTTCCAGATACAGCCATTG-3'（配列番号１４）
RFK：5'-TCTTCCAGCTGATGTGTGT-3'（配列番号１５）
FADS：5'-GAGCCCTTGGAGGAATGTC-3'（配列番号１６）
コントロールsiRNA
GL3：5'-GATTTCGAGTCGTCTTAAT-3'（配列番号１７）
lamin A/C：5'-CTGGACTTCCAGAAGAACA-3'（配列番号１８）【００３２】
上記のsiRNAの配列は以下の通りである。
LSD1センス：5'-CACAAGGAAAGCUAGAAGA(dT)(dT) -3'（配列番号２９）
LSD1アンチセンス：5'-UCUUCUAGCUUUCCUUGUG(dT)(dT) -3'（配列番号３０）
BHC80センス：5'-GUUCCAGAUACAGCCAUUG(dT)(dT) -3'（配列番号３１）
BHC80アンチセンス：5'-CAAUGGCUGUAUCUGGAAC(dT)(dT) -3'（配列番号３２）
RFKセンス：5'-UCUUCCAGCUGAUGUGUCU(dT)(dT)-3'（配列番号３３）
RFKアンチセンス：5'-AGACACAUCAGCUGGAAGA(dT)(dT)-3'（配列番号３４）
FADSセンス：5'-GAGCCCUUGGAGGAAUGUC(dT)(dT)-3'（配列番号３５）
FADSアンチセンス：5'-GACAUUCCUCCAAGGGCUC(dT)(dT)-3'（配列番号３６）
GL3センス：5'- GAUUUCGAGUCGUCUUAAU(dT)(dT)-3' （配列番号３７）
GL3アンチセンス：5'-AUUAAGACGACUCGAAAUC(dT)(dT)-3' （配列番号３８）
lamin A/Cセンス：5'- CUGGACUUCCAGAAGAACA (dT)(dT)-3' （配列番号３９）
lamin A/Cアンチセンス：5'-UGUUCUUCUGGAAGUCCAG(dT)(dT)-3' （配列番号４０）【００３３】
（３）ヒストンH3の4番目のリジン残基（H3K4）のメチル化及びLSD1の結合を検出するためのクロマチン免疫沈降（ChIP）アッセイ（図３及び図４）
3T3-L1細胞のDNA-タンパク質複合体を、１％ホルマリンを用いて架橋し、水槽超音波処理機でクロマチンを断片化した。クロマチン断片は、メチル-H3K4 又はLSD1又はBHC80に対する抗体の存在下において４℃で一晩インキュベートし、プロテインA及びGを結合させたアガロースビーズを用いて回収した。DNAを単離し、以下のプライマーセットを用いてリアルタイムPCRを行った。【００３４】
PGC-1a遺伝子座
領域ａ： フォワード：5'-GTCTAATTGAGACTGGCTGTG-3' （配列番号１９）
領域ａ： リバース：5'-CAACATGTTGAGCAACTCAGC-3' （配列番号２０）
領域ｂ： フォワード： 5'-AAGCTTGACTGGCGTCATTC-3' （配列番号２１）
領域ｂ： リバース： 5'- GCTCCGGTCCTGCAATACTC-3' （配列番号２２）
領域ｃ： フォワード：5'- TCAAAGATGCCTCCTGTGAC-3' （配列番号２３）
領域ｃ： リバース：5'-CAAGGAGAGACCTGCTTGCT-3' （配列番号２４）
PDK4：フォワード：5'-CTGGCTAGGAATGCGTGACA -3' （配列番号２５）
PDK4：リバース：5'-GATCCCAGGTCGCTAGGACT-3' （配列番号２６）
FATP1：フォワード：5'-CGCCCAGGACTCTGCAAAG-3' （配列番号２７）
FATP1：リバース：5'-CACAGAAGTCTGGACTGGGA-3' （配列番号２８）【００３５】
（４）ルシフェラーゼアッセイによるPGC-1αプロモーター活性の解析（図５）
mPGC-1αプロモーターを含むルシフェラーゼレポーターベクターであるpGL3-PGC-1α(PGC-1α/Luc)の構築のために、プロモーターの-3627から+80までの3707-bpsの断片を、５’及び３’末端にそれぞれMluI 部位及びXhoI部位を含むプライマーを用いてPCRにより増幅した。ルシフェラーゼアッセイは、Dual-Luciferase Reporter Assay System (Promega)を添付のプロトコールに従って用いて行った。pGL3-PGC-1αレポーターベクターを、pRL-TK参照ベクターと一緒に3T3-L1細胞にコトランスフェクションし、ＴＣの存在下又は非存在下において２４時間脂肪分化を誘導した後、ルシフェラーゼを測定した。siRNAを適用する場合には、siRNAはレポーターのトランスフェクションの２４時間前に導入した。【００３６】
（５）トラニルシプロミン(TC)で処理した3T3-L1細胞におけるミトコンドリア生合成の評価（図６）
ミトコンドリア生合成の測定のために、細胞を蛍光色素JC-1 (Molecular Probes)で染色した後、フローサイトメトリーで解析した。JC-1は、ミトコンドリア内膜に結合して緑色の蛍光を発し、膜電位に依存して赤色蛍光の凝集体を形成する。従って、ミトコンドリア量は緑色蛍光を検出することによって評価でき、ミトコンドリア電子伝達の量は赤色蛍光を検出することによって評価できる。3T3-L1 細胞は、10-3 又は10-4 Mのトラニルシプロミンで処理し（図６a）、又はLSD1に対する上記のsiRNAを導入し（図６b）、２４時間脂肪分化を誘導した。次いで、細胞を培地中で１５分間３７℃で5 μg/ml JC-1に接触させ、ＰＢＳに懸濁し、ＦＡＣＳ解析を行った。緑色蛍光及び赤色蛍光はそれぞれＦＬ１及びＦＬ２セッティングにより検出した。値は、各セッティングにおける平均蛍光強度を示す。【００３７】
（６）トラニルシプロミンの投与によるPGC-1α遺伝子等の発現の活性化（図７）
C57B/6Jマウス(7-週齢の雄)に、高脂肪食を６週間与え、10mg/kg体重のトラニルシプロミン又はPBS (n=8)を１日おきに腹腔内に投与した。解剖直前に１６時間絶食した後、組織をマウスから単離した。マウスの精巣周囲白色脂肪組織及び肝臓からの全ＲＮＡをTrizol 試薬(Invitrogen)を用いて抽出した。発現解析は、上記の通り行った。PGC-1α等の発現量は、内部対照遺伝子36B4に標準化した。値は、ＰＢＳで処理した対照マウスに対する誘導の倍数で示す。【００３８】
（７）LSD1阻害によるPGC-1α遺伝子等の発現の調節（図８）
C57B/6Jマウス(7-週齢の雄)に、高脂肪食又は通常食を６週間与え、精巣周囲白色脂肪組織をマウスから単離した。細かく切断した組織にアデノウイルスベクターを用いてLSD1 shRNAを導入し、同組織からの全ＲＮＡをTrizol 試薬(Invitrogen)を用いて抽出した。発現解析は、上記の通り行った。PGC-1α等の発現量は、内部対照遺伝子36B4に標準化した。値は、コントロールのアデノウイルスを用いた対照組織に対する誘導の倍数で示す。【００３９】
（８）FAD合成に関わる酵素阻害によるLSD1標的遺伝子の発現の誘導（図９）
リボフラビンキナーゼ（RFK）又はFAD合成酵素（FADS）に対するsiRNAを導入した3T3-L1細胞から全ＲＮＡをTrizol 試薬(Invitrogen)を用いて抽出した。定量的RT-PCRは、上記の通りに行い、PGC-1α等の発現量は、内部対照遺伝子36B4で標準化した。値は、対照siRNAを導入した試料またはビヒクルで処理した試料に対する誘導の倍数として示す。FADアッセイキット（BioVision）を用いて、FAD合成阻害下による細胞内FAD量を測定した。【００４０】
（９）LSD1とFAD合成酵素で調節される標的遺伝子の重複性（図１０）
RNAimax試薬（Invitrogen）を用いたRFKに対するsiRNAの導入後に、3T3-L1細胞を分化誘導培地で２４時間培養し、上記の通りに、ＲＮＡ分析を行った。GeneChip Mouse Genome Array 4302とGeneChip Hybridization, Wash and Stain Kit (Affymetrix)と組み合わせて用いて、ゲノムワイドの発現解析を行った。【００４１】
（１０）FAD依存性のLSD1の転写抑制機能（図１１）
GAL4結合配列とプロモーターを含むルシフェラーゼレポーターベクターを用いて、上記の通りに、Dual-Luciferase Reporter Assay System (Promega)を用いて行った。このレポーターベクターを、GAL4と融合したLSD1（野生型又はFAD結合喪失型）の発現ベクターと一緒に3T3-L1細胞にコトランスフェクションし、ルシフェラーゼを測定した。【００４２】
（１１）マウス組織におけるLSD1とBHC80の発現（図１２）
C57B/6Jマウス(7-週齢の雄)から、各組織を単離し、全ＲＮＡをTrizol 試薬(Invitrogen)を用いて抽出した。LSD1とBHC80の発現量は、内部対照遺伝子36B4に標準化した。値は、白色脂肪組織に対する倍数で示す。WAT（白色脂肪）、BAT（褐色脂肪）、liver（肝臓）、Sk. muscle（骨格筋）、brain（脳）を示す。【００４３】
（１２）LSD1標的遺伝子群に対する各種のMAO阻害剤の効果 （図１３）
トラニルシプロミン又はモノアミン酸化酵素（MAO）阻害剤の添加後に、3T3-L1細胞を分化誘導培地で２４時間培養し、ＲＮＡ分析を行った。発現解析は、上記の通り行った。PGC-1α等の発現量は、内部対照遺伝子36B4に標準化した。値は、ビークルで処理した対照に対する誘導の倍数で示す。Tranylcypromine（TC）、pargyline（parg）、phenelzine（phen）は10-4 M濃度で使用し、clorgyline（clorg）は10-5 M濃度で用いた。【００４４】
（Ｂ）結果
（１）LSD1による脂肪細胞におけるエネルギー代謝の制御.
siRNA又は低分子化合物阻害剤であるトラニルシプロミン（TC）を用いて3T3-L1細胞からLSD1機能を除去した。トラニルシプロミンは、モノアミン酸化酵素Ａ及びＢ(MAO A 及びB)の阻害剤として最初に同定され、LSD1阻害に特異性が高いことが生化学的に実証されている。これらの条件下で、マイクロアレイによる網羅的な発現解析を行い、分化中の3T3-L1細胞において標的遺伝子を同定した（図１）。LSD1の転写抑制活性と一致して、LSD1ノックダウン(KD)によって、２倍以上に誘導された標的候補は６０１個であり、それらの多くは共役因子BHC80ノックダウン(KD) 又はトラニルシプロミン処理によっても発現誘導された（図１、上図）。LSD1 KD, BHC80 KD, TCの３つのグループに共通した標的遺伝子には、PGC-1α, ピルビン酸デヒドロゲナーゼキナーゼ4 (PDK4)及びAMP依存性プロテインキナーゼγ2 サブユニットなどのエネルギー消費及びミトコンドリア生合成の鍵調節分子が多数含まれていた（図１、下表)。LSD1又はBHC80のノックダウン(KD)、トラニルシプロミンによるPGC-1α等の遺伝子発現の誘導は、定量的RT-PCRでも確認した（図２）。【００４５】
（２）LSD1によるPGC-1α遺伝子のエピジェネティックな調節
PGC-1α遺伝子が、3T3-L1細胞においてLSD1によるH3K4脱メチル化により直接制御されているかどうかを調べた。クロマチン免疫沈降(ChIP)解析により、LSD1をノックダウンした細胞では、PGC-1α遺伝子プロモーターにおけるジメチル化H3K4の量が対照と比較して約２倍に増大することが示された（図３）。ジメチル化H3K4 の増大は、トラニルシプロミン処理下においてPGC-1αプロモーターにおいても検出された（図３）。PDK4などの他のLSD1標的遺伝子のプロモーターにおいても同様の結果であった。標的プロモーターにおけるLSD1の存在を確認するために、このタンパク質のChIP解析を行った（図４）。LSD1は、PGC-1αプロモーターの転写開始部位の近くに位置していた（部位bで示される）。他のLSD1標的遺伝子のプロモーターにおいても同様の結果であった。さらに、PGC-1αプロモーターの下流のルシフェラーゼレポーター遺伝子の発現は、LSD1のノックダウン又はトラニルシプロミン処理により、活性化（脱抑制）された（図５）。【００４６】
（３）LSD1阻害によるミトコンドリア機能の活性化
LSD1阻害条件下での再活性化されたエネルギー消費の細胞学的影響を調べるために、PGC-1αによって活性化されることが知られているミトコンドリア機能の動態を調べた。そのために、ミトコンドリア内膜に結合して緑色蛍光を示し（FL1; ミトコンドリア量）、膜電位に依存して赤色蛍光の凝集物を形成する（FL2; ミチコンドリア活性）蛍光色素であるJC-1を用いて、トラニルシプロミンで処理した細胞を染色した（図６a）。JC-1陽性細胞のフローサイトメトリー解析により、トラニルシプロミンがミトコンドリア量と膜電位の両方に対して刺激効果を示すことが分かった。さらに、LSD1ノックダウンにおいて、同様の結果が得られた（図６b）。これらのデータは、LSD1がH3K4脱メチル化を介してエネルギー消費遺伝子を直接抑制し、ミトコンドリア機能を阻害していることを示している。同時に、LSD1阻害によって、ミトコンドリア機能とエネルギー消費を活性化できることを示している。【００４７】
（４）LSD1の阻害によるPGC-1αを含むミトコンドリア機能遺伝子の発現誘導
LSD1阻害によるミトコンドリア機能の活性化においてトラニルシプロミンが有効であることから、トラニルシプロミンの投与がインビボでエネルギー恒常性に影響するかどうかについて調べた。７週齢のC57B/6Jマウスに高脂肪食を６週間与え、10mg/kg体重のトラニルシプロミン又はPBSを１日おきに投与した。トラニルシプロミンの投与により、マウスの精巣周囲脂肪においてPGC-1αを含むLSD1標的遺伝子の発現は増大した（図７）。肝臓においても同様の結果であった。このデータは、トラニルシプロミンによるLSD1の阻害により、エネルギー消費がインビボで刺激されることを示している。【００４８】
（５）LSD1阻害によるPGC-1α遺伝子等の発現の調節
エネルギー消費向上の意義を調べるために、C57B/6Jマウス(７週齢の雄)に高脂肪食又は通常食を６週間与え、精巣周囲白色脂肪組織を細断してアデノウイルスベクター由来LSD1 shRNAでLSD1阻害を行った。PGC-1α等の発現量は、高脂肪食の条件下では増加するが、他方、通常食の条件下では低下した（図８）。このデータは、LSD1阻害は、エネルギー状態に依存して、ミトコンドリア機能を調節することを示している。すなわち、エネルギー過剰の場合には、LSD1阻害はエネルギー消費を促進し、他方、通常のエネルギー摂取の場合には、LSD1阻害はエネルギー消費を抑制することで、いずれも生体恒常性を維持することが示唆される。【００４９】
（６）FAD合成に関わる酵素阻害によるLSD1標的遺伝子の発現の誘導
LSD1は、FAD依存性の脱メチル化酵素であることから、細胞内FAD合成経路の機能について検討した。この経路においては、リボフラビンキナーゼ（RFK）とFAD合成酵素（FADS）が鍵酵素として知られている（図９）。これらに対するsiRNAを用いてFAD合成阻害すると、PGC-1α等のLSD1標的遺伝子の発現は活性化された。また、FAD合成阻害時においては、細胞内FAD量は低下していた。このデータは、FAD合成阻害によって、LSD1標的遺伝子を活性化できることを示している。【００５０】
（７）LSD1とFAD合成に関わる酵素で発現調節される標的遺伝子の重複性
FADで調節される標的遺伝子を検討するために、LSD1又はRFKのノックダウン(KD)の条件下でマイクロアレイによる網羅的な発現解析を行い、3T3-L1細胞において標的遺伝子を同定した（図１０）。LSD1の転写抑制活性と一致して、LSD1標的遺伝子の多くはRFKノックダウンによっても発現誘導された。このことから、LSD1とFAD合成に関わる酵素で発現調節される標的遺伝子は重複することが示された。【００５１】
（８）FAD依存性のLSD1の転写抑制機能
LSD1機能のFAD依存性を調べるために、GAL4結合配列とプロモーターを含むルシフェラーゼレポーターベクターを用いて、ルシフェラーゼアッセイを行った（図１１）。GAL4と融合したLSD1を発現すると、野生型LSD1は量依存的に転写抑制したが、他方、FAD結合喪失型LSD1は転写抑制能を示さなかった。このデータは、LSD1の転写抑制能は、FAD結合に依存することを示している。【００５２】
（９）マウス組織におけるLSD1とBHC80の発現
LSD1の生物学的な意義を調べるために、成熟マウスの各組織におけるLSD1とBHC80の発現を検討した（図１２）。代謝組織の中では、白色脂肪で高く発現し、褐色脂肪、肝臓、骨格筋でも中等度の発現を認めた。一方、脳組織では極めて高く発現していることからも、各組織のエネルギー代謝においてLSD1が役割を果たすことを示唆している。【００５３】
（１０）LSD1標的遺伝子群に対する各種のMAO阻害剤の効果
トラニルシプロミン及び既存のモノアミン酸化酵素（MAO）がLSD1標的遺伝子に対する影響について検討した（図１３）。pargyline（parg）、phenelzine（phen）、clorgyline（clorg）に比較して、トラニルシプロミンがPGC-1αなどのLSD1標的遺伝子の顕著な活性化を示した。トラニルシプロミンがLSD1阻害活性をもち、他のMAO阻害剤ではその活性が低いことから、このデータは、LSD1阻害によるミトコンドリア機能遺伝子の促進を支持するとともに、LSD1阻害とMAO阻害の効果は区別できることを示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【配列表】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年11月10日(2010.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リジン特異的デメチラーゼ−１（ＬＳＤ１）阻害剤（但し、トラニルシプロミンを除く）を含む、ミトコンドリア機能向上剤。
【請求項２】
リジン特異的デメチラーゼ−１（ＬＳＤ１）阻害剤が、ＲＮＡｉによりＬＳＤ１、ＢＨＣ８０若しくはＦＡＤ合成に関わる酵素の発現を抑制できる核酸、又はＦＡＤ合成阻害剤である、請求項１に記載のミトコンドリア機能向上剤。
【請求項３】
ＦＡＤ合成に関わる酵素が、リボフラビンキナーゼ（ＲＦＫ）及び／又はＦＡＤ合成酵素（ＦＡＤＳ）である、請求項２に記載のミトコンドリア機能向上剤。
【請求項４】
ＲＮＡｉによりＬＳＤ１の発現を抑制できる核酸が、配列番号２９に記載の配列からなるｓｉＲＮＡと配列番号３０に記載の配列からなるｓｉＲＮＡである、請求項１から３の何れか１項に記載のミトコンドリア機能向上剤。
【請求項５】
リジン特異的デメチラーゼ−１（ＬＳＤ１）阻害剤（但し、トラニルシプロミンを除く）を含む、ＰＧＣ−１α発現誘導剤。
【請求項６】
リジン特異的デメチラーゼ−１（ＬＳＤ１）阻害剤が、ＲＮＡｉによりＬＳＤ１、ＢＨＣ８０若しくはＦＡＤ合成に関わる酵素（リボフラビンキナーゼ（ＲＦＫ）、ＦＡＤ合成酵素（ＦＡＤＳ）など）の発現を抑制できる核酸、又はＦＡＤ合成阻害剤である、請求項５に記載のＰＧＣ−１α発現誘導剤。
【請求項７】
ＦＡＤ合成に関わる酵素が、リボフラビンキナーゼ（ＲＦＫ）及び／又はＦＡＤ合成酵素（ＦＡＤＳ）である、請求項６に記載のＰＧＣ−１α発現誘導剤。
【請求項８】
ＲＮＡｉによりＬＳＤ１の発現を抑制できる核酸が、配列番号２９に記載の配列からなるｓｉＲＮＡと配列番号３０に記載の配列からなるｓｉＲＮＡである、請求項５から７の何れか１項に記載のＰＧＣ−１α発現誘導剤。
【国際調査報告】
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