(57)【要約】  内因性GPR101遺伝子に破壊を含むトランスジェニック動物およびかかるトランスジェニック動物の作製方法が開示される。肥満、メタボリックシンドローム、異常脂肪血症、インスリン抵抗性症候群、型糖尿病、神経性食欲不振および悪液質などのエネルギー代謝に関する疾患の治療のための、GPR101受容体タンパク質を調節する化合物の同定方法も開示される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
候補薬剤とGPR101受容体タンパク質を接触させる工程、および該候補薬剤の存在下でGPR101受容体タンパク質の活性を評価する工程を含む、GPR101受容体タンパク質の活性を調節する能力について候補薬剤をスクリーニングするための方法であって、
候補薬剤の存在下のGPR101タンパク質の活性の変化が、GPR101受容体タンパク質の活性を調節する薬剤を示す、方法。
【請求項２】
該薬剤がGPR101受容体タンパク質に作用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
該薬剤がGPR101受容体タンパク質に拮抗する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
該薬剤を、単離されたGPR101受容体タンパク質と接触させる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
該薬剤を、GPR101受容体タンパク質を発現する細胞と接触させる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
該細胞が細胞株由来のものである、請求項５記載の方法。
【請求項７】
候補薬剤とGPR101受容体タンパク質を接触させる工程、および該候補薬剤がGPR101受容体タンパク質に結合するかどうかを決定する工程を含む、GPR101受容体タンパク質の活性を調節する能力について候補薬剤をスクリーニングするための方法であって、
GPR101受容体タンパク質に結合する候補薬剤が、GPR101受容体タンパク質の活性を調節する薬剤を示す、方法。
【請求項８】
該薬剤を、単離されたGPR101受容体タンパク質と接触させる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
該薬剤を、GPR101受容体タンパク質を発現する細胞と接触させる、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
該細胞が細胞株由来のものである、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、2008年5月19日に出願された米国仮特許出願第61/128,110号の利益を主張する、米国を指定して2009年5月18日に出願され、英語で公開された国際特許出願PCT/US2009/003094の一部継続出願である、2010年11月16日に出願された米国特許出願第12/947,157号の継続出願である。上記出願の全教示は参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
Gタンパク質受容体101(GPR101)は、リガンドが知られていないオーファンGタンパク質共役受容体(GPCR)である。GPR101は、もっぱら中枢神経系に存在し、視床下部および扁桃、特に代謝性ホメオスタシス機能に関与すると考えらえる領域である前脳領域の弓状核(ARC)、視床下部腹内側(VMH)、視床下部背内側(DMH)、後視床下部(PH)、室傍核(PVN)、内側視索前領域(MPOA)、視交叉上(SCN)および前視床下部(AHA)ならびに菱脳領域の孤束(NTS)および外側脚傍核(LPB)で豊富に発現される(Nilaweera, K.N. et al., 「G Protein-Coupled Receptor 101 mRNA Expression in the Mouse Brain: Altered Expression in the Posterior Hypothalamus and Amygdala By Energetic Challenges」、Journal of Neuroendocrinology, 19: 34-45 (2006)(該文献はその全体において参照により本明細書に援用される))。GPR101はまた、前脳の側坐核および中脳のセロトニン作動性核(serotonergic nuclei)など、動機付けられた行動(motivated behavior)の制御に関与する脳の領域に発現される (Bates, et al., 「Characterization of GPR101 Expression and G-protein Coupling Selectivity」、Brain Research, 1087: 1-14 (2006) (該文献はその全体において参照により本明細書に援用される))。視床下部、扁桃、LPBおよびNTSは、エネルギーバランスの制御に重要な役割を果たすので、これらの領域中でのGPR101 mRNAの高い発現は、代謝性ホメオスタシスにおけるGPR101の重要な役割を示唆し得る。そのため、GPR101は、代謝性ホメオスタシスに重要な役割を有し得るので、代謝病および代謝障害の治療および予防に重要な役割を有し得る。
【０００３】
このように、受容体調節の潜在的な生理学的重要性を同定するため、および代謝病の治療または予防における使用のための潜在的な薬剤または組成物を同定するための信頼性のあるツールが強く必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
発明の概要
本発明は、GPR101受容体を調節する薬剤をスクリーニングするための、新規のトランスジェニックマウスモデルまたはそれから単離された細胞を特徴とする。かかるモデルは、エネルギー代謝に関する疾患の診断、ならびにエネルギー代謝に関する疾患の良好な治療および予防のための医薬組成物の同定および試験を向上するために使用され得る。
【０００５】
一態様において、本発明は、GPR101ノックアウトトランスジェニック非ヒト動物、またはそれから単離された細胞、ならびに肥満、メタボリックシンドローム、異常脂肪血症(dyslipidemia)、インスリン抵抗性症候群、2型糖尿病、神経性食欲不振および悪液質などのエネルギー代謝に関する疾患のモデルとしてのそれらの使用を提供する。
【０００６】
別の態様において、本発明は、GPR101遺伝子が構成的に活性であるトランスジェニック非ヒト動物またはそれから単離された細胞、ならびに肥満、メタボリックシンドローム、異常脂肪血症、インスリン抵抗性症候群、糖尿病、特に2型糖尿病、神経性食欲不振および悪液質などのエネルギー代謝に関する疾患のためのモデルとしてのそれらの使用を提供する。
【０００７】
一態様において、本発明は、ゲノムが内因性GPR101遺伝子の破壊を含むトランスジェニックノックアウト非ヒト哺乳動物に関する。
【０００８】
別の態様において、前記破壊は、胚性幹細胞におけるDNAターゲッティングコンストラクトを用いた相同組み換えによりゲノム中に導入される。
【０００９】
一態様において、GPR101遺伝子の破壊は、前記トランスジェニック非ヒト哺乳動物が検出可能なレベルのGPR101を産生できなくなる能力をもたらす。
【００１０】
別の態様において、哺乳動物はマウスである。
【００１１】
本発明はさらに、ゲノムが内因性GPR101遺伝子の破壊を含むトランスジェニックノックアウト非ヒト哺乳動物から単離された細胞に関する。
【００１２】
本発明はさらに、ゲノムが内因性GPR101遺伝子の破壊を含むノックアウト非ヒト哺乳動物の作製方法に関する。
【００１３】
本発明はさらに：
(a)  ゲノムが内因性GPR101遺伝子の破壊を含むトランスジェニックノックアウト非ヒト哺乳動物を提供する工程、
(b)  前記ノックアウト非ヒト哺乳動物に候補薬剤を投与する工程、ならびに
(c)  トランスジェニックノックアウト非ヒト哺乳動物の体重および食物摂取と、野生型対照の体重および食物摂取を比較する工程
を含む、ノックアウト非ヒト哺乳動物において体重および食物摂取を調節する能力について、候補薬剤をスクリーニングするための方法に関し、
ここで効果の差は、GPR101活性を改変することにより体重および食物摂取を調節する薬剤を示す。
【００１４】
本発明はさらに：
(a)  ゲノムが内因性GPR101遺伝子の破壊を含むトランスジェニック非ヒト哺乳動物を提供する工程；
(b)  前記トランスジェニック非ヒト哺乳動物に候補薬剤を投与する工程；および
(c)  トランスジェニック非ヒト哺乳動物に対する前記候補薬剤の効果を評価する工程を含む、
ノックアウト非ヒト哺乳動物において、体重および食物摂取を調節する能力について、候補薬剤をスクリーニングするための方法に関する。
【００１５】
別の態様において、本発明は、ゲノムが構成的に活性な内因性GPR101遺伝子を含む、トランスジェニック非ヒト哺乳動物に関する。
【００１６】
一態様において、構成的に活性なGPR101遺伝子は、1アミノ酸置換によりゲノムに導入される。
【００１７】
別の態様において、該アミノ酸置換は、胚性幹細胞においてDNAターゲッティングコンストラクトを用いた相同組み換えによりゲノム中に導入される。
【００１８】
さらなる態様において、哺乳動物はマウスである。
【００１９】
本発明はさらに、ゲノムが構成的に活性な内因性GPR101遺伝子を含む、トランスジェニック非ヒト哺乳動物から単離された細胞に関する。
【００２０】
本発明はさらに、ゲノムが構成的に活性な内因性GPR101遺伝子を含む、トランスジェニック非ヒト哺乳動物を作製する方法に関する。
【００２１】
本発明はさらに：
(a)  ゲノムが構成的に活性な内因性GPR101遺伝子を含む、トランスジェニック非ヒト哺乳動物を提供する工程；
(b)  前記トランスジェニック非ヒト哺乳動物に候補薬剤を投与する工程；および
(c)  トランスジェニック非ヒト哺乳動物に対する前記候補薬剤の効果を評価する工程
を含む、ゲノムが構成的に活性な内因性GPR101遺伝子を含むトランスジェニック非ヒト哺乳動物において、体重および食物摂取を調節する能力について候補薬剤をスクリーニングするための方法に関する。
【００２２】
本発明はさらに、候補薬剤とGPR101受容体タンパク質を接触させる工程、および該候補薬剤が、GPR101受容体タンパク質に結合するかどうかを決定する工程を含み、GPR101受容体タンパク質に結合する候補薬剤が、GPR101受容体タンパク質の活性を調節する薬剤を示す、GPR101受容体タンパク質の活性を調節する能力について候補薬剤をスクリーニングするための方法に関する。
【００２３】
本発明はさらに、候補薬剤とGPR101受容体タンパク質を接触させる工程、および該候補薬剤がGPR101受容体タンパク質に結合するかどうかを決定する工程を含み、GPR101受容体タンパク質に結合する候補薬剤が、GPR101受容体タンパク質の活性を調節する薬剤を示す、GPR101受容体タンパク質の活性を調節する能力について、候補薬剤をスクリーニングするための方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図1は、マウスの遺伝子型を決定するための3プライマーマルチプレックスポリメラーゼ連鎖反応(PCR)戦略を示す。
【図２】図2は、GPR101ノックアウトマウス(GPR101-KO)および野生型同腹子対照(WT)の体重を示すグラフである。Y軸は、グラム(g)での体重を示し、X軸は、週(wks)の齢を示す。
【図３Ａ】図3Aは、GPR101ノックアウトマウス(GPR101-KO)および野生型同腹子対照(WT)における、24時間の期間のグラム(g)での食物摂取の棒グラフである。
【図３Ｂ】図3Bは、GPR101ノックアウトマウス(GPR101-KO)および野生型同腹子対照(WT)における累積食物摂取を示すグラフである。Y軸は、グラム(g)での食物摂取を示し、X軸は、分での時間を示す。
【図４】図4は、野生型対照(WT)についての食物消費の変化を示すグラフである。Y軸は、グラム(g)での食物摂取を示し、X軸は、分での時間を示す。
【図５】図5は、GPR101ノックアウトマウス(GPR101 KO)についての食物消費の変化を示すグラフである。Y軸は、グラム(g)での食物摂取を示し、X軸は、分での時間を示す。
【図６】図6は、通常の食餌(chow diet)でのGPR101ノックアウトマウス(GPR101KO)および野生型同腹子対照(WT)の体重を示すグラフである。Y軸は、グラム(g)での体重を示し、X軸は、週(wks)での齢を示す。
【図７】図7は、高脂肪食餌でのGPR101ノックアウトマウス(GPR101KO)および野生型同腹子対照(WT)の体重を示すグラフである。Y軸は、グラム(g)での体重を示し、X軸は、週(wks)での齢を示す。
【図８】図8は、通常の食餌でのマウス(野生型(WT)およびGPR101ノックアウトマウス(GPR101KO))についての体組成(グラムでの体脂肪量(fat mass)および除脂肪量(lean mass))の棒グラフである。
【００２５】
前述のものは、同じ参照記号が異なる図面を通じて同じ部分を示す添付の図面に図示される、以下のより具体的な本発明の例示態様の説明から明らかである。図面は必ずしも同じ縮尺である必要はなく、むしろ本発明の態様の説明に重点が置かれる。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
発明の詳細な説明
本発明は、トランスジェニック非ヒトGPR101ノックアウト動物、ならびに肥満、メタボリックシンドローム、脂肪異常血症、インスリン抵抗性症候群、糖尿病、特に2型糖尿病、神経性食欲不振および悪液質などのエネルギー代謝に関する疾患の治療または予防のための薬物の開発のための該動物の使用方法に関する。本発明はまた、GPR101遺伝子が構成的に活性であるトランスジェニック非ヒト動物、ならびに肥満、メタボリックシンドローム、脂肪異常血症、インスリン抵抗性症候群、糖尿病、特に2型糖尿病、神経性食欲不振および悪液質などのエネルギー代謝に関する疾患の治療または予防のための薬物の開発のための該動物の使用方法に関する。特定の機構に拘束されないが、GPR101遺伝子の量または活性の調節は、かかるエネルギー代謝性疾患の治療に有益であり得る。
【００２７】
代謝病
代謝病としては、限定されないが、肥満、メタボリックシンドローム、異常脂肪血症、インスリン抵抗性症候群、糖尿病、特に2型糖尿病、神経性食欲不振および悪液質などのエネルギー代謝に関する疾患が挙げられる。
【００２８】
定義
本明細書で使用する場合、「トランスジェニック非ヒト動物」としては、創始体(founder)トランスジェニック非ヒト動物および該創始体の子孫、ならびに該動物の1つ以上の細胞が1つ以上のトランスジーンを含む、かかる動物由来の細胞、細胞株および組織が挙げられる。トランスジェニック非ヒト動物は、ブタ、ヤギ、ヒツジ、ウシ、ウマおよびウサギなどの農場動物、ラット、モルモットおよびマウスなどのげっ歯類、ならびにヒヒ、サルおよびチンパンジーなどの非ヒト霊長類であり得る。トランスジェニックマウスが特に有用である。本明細書で使用する場合、トランスジーンは、トランスジェニック動物が発生する細胞のゲノムに組み込まれ、成熟した動物中に残ることで、トランスジェニック動物の1つ以上の細胞型または組織においてコードされた遺伝子産物の発現を誘導する外因性DNAである。
【００２９】
本明細書で使用する場合、遺伝子の「ノックアウト」は、好ましくは標的遺伝子発現が検出できないかまたは有意でないように、標的遺伝子の機能の低下をもたらす遺伝子の配列中の改変または破壊を意味する。内因性遺伝子のノックアウトは、遺伝子の機能が実質的に低下されて、発現が検出できないかまたは有意でないレベルのみで存在することを意味する。本明細書で使用する場合、用語「破壊」および「改変」は、GPR101遺伝子の発現および/または機能の部分的または完全な低減を意味する。GPR101遺伝子の改変または破壊は、当業者に公知の種々の方法により達成され得る。例えば、相同組み換え、突然変異誘発(例えば点突然変異)およびアンチセンス技術を使用した遺伝子ターゲッティングを使用して、GPR101遺伝子を破壊し得る。
【００３０】
本明細書で使用する場合、用語「遺伝子ターゲッティング」は、改変(例えば破壊)のために標的化されたゲノムの座の核酸配列の対応する部分に位置し、該核酸配列と組み変わることにより、内因性遺伝子に計画された改変を付与し得る外因性組み換え核酸配列を導入するように設計されたターゲッティングコンストラクト(例えばベクター)の哺乳動物細胞(例えばES細胞)への導入の結果として起こる相同組み換えの種類のことをいう。したがって、相同組み換えは、特定のDNA配列が、遺伝子的に作り変えられた外因性の配列により置き換えられ得るプロセス(例えば方法)である。より具体的には、破壊について標的化される遺伝子の内因性ヌクレオチド配列に対して相同(例えば相補的)となるように遺伝子的に作り変えられたターゲッティングベクターの領域は、ターゲッティングベクターのヌクレオチド配列が、内因性遺伝子の対応する位置に組み込まれる(例えば一体化する)ように互いに一列に並ぶ(line up)かまたは互いに組み換わる。
【００３１】
本明細書で使用する場合、「コンストラクト」は、特定のヌクレオチド配列(1つまたは複数)の発現のために作製されるか、または他のリコンビナントヌクレオチド配列の構築に使用されるリコンビナント核酸、一般的にはリコンビナントDNAを意味する。
【００３２】
本明細書で使用する場合、用語「遺伝子型」は、GPR101染色体座に関する動物の遺伝的構成のことを言う。より具体的には、遺伝子型という用語は、動物のGPR101対立遺伝子の状態のことを言う。GPR101は、X染色体上に位置する。雌マウスは2本のX染色体を有するので、マウスは以下の3種類：野生型マウス(XGPR101+、XGPR101+)、ヘテロ接合子マウス(XGPR101+、XGPR101-ヌル)またはホモ接合子ヌルマウス(XGPR101-ヌル、XGPR101-ヌル) の遺伝子型を有し得る。雌マウスにおいて、任意の所定の細胞中では1本のX染色体のみが活性である。このX染色体不活性化は、細胞ごとにランダムであり、しばしば「ライオニゼーション」と称される。したがって、ヘテロ接合型である雌マウスにおいて、(野生型対立遺伝子(XGPR101+)を有するX染色体が不活性化されるために)生物中のほぼ半分の細胞がGPR101を発現せず、(「ヌル」対立遺伝子(XGPR101-ヌル)を有するX染色体が不活性化され、それにより野生型対立遺伝子(XGPR101+)を有するX染色体が活性なままであるために)生物中のもう半分の細胞が正常レベルのGPR101を発現する。したがって、雌GPR101ヘテロ接合体は複雑であり、その半分の細胞は、正常な量のGPR101を有し、そのうちのもう半分の細胞はGPR101を有さない。野生型の雌は、常に細胞中に正常な量のGPR101を有し、ホモ接合型のヌルの雌マウスは、常に、全細胞においてGPR101を有さない。雄マウスは、1本のY染色体(GPR101遺伝子を欠く)および1本のX染色体(GPR101遺伝子を有する)を有する。そのため、雄マウスは、1つかまたはもう1つの遺伝子型：全ての細胞で正常な量のGPR101を有する野生型(Y、XGPR101+)マウスおよび全ての細胞でGPR101を欠損するノックアウト(Y、XGPR101-ヌル)マウスのみであり得る。
【００３３】
GPR101遺伝子の改変または破壊の結果として、本発明のGPR101ノックアウト哺乳動物は、特定の表現型を発現し得る。本明細書で使用する場合、用語「表現型」は、特定の遺伝子型に起因して生じる生化学的または生理学的な結果のことをいう。一態様において、GPR101ノックアウト哺乳動物は、改変された代謝性ホメオスタシスを有する。
【００３４】
「ノックアウト」トランスジェニック体(transgenics)は、遺伝子のヘテロ接合型ノックアウトまたは遺伝子のホモ接合型ノックアウトを有するトランスジェニック動物であり得る。「ノックアウト」は、例えば動物が標的遺伝子の改変を促進する物質に曝露されること、標的遺伝子部位(例えばCre-lox系のCre)での組み換えを促進する酵素が導入されること、または出生後に標的遺伝子の改変を誘導する他の方法に応じて、標的遺伝子の改変が起こり得る条件的ノックアウトも含む。
【００３５】
リコンビニアリング(recombineering)(組み換え媒介遺伝子作り変え(recombination-mediated genetic engineering))は、相同組み換えに基づく非常に効率的な遺伝子作り変えシステムであり、BACなどのベクターの一部である標的配列に突然変異を導入するために使用し得る。リコンビニアリングの方法は、当業者に公知である(例えば、Zhang et al., Nature Biotech. 18: 1314-7, 2000; Zhang et al., Nature Genetics 20: 123-8 (1998)；およびDatsenko and Wanner, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97: 6640-5 (2000)。リコンビニアリングの総説は、Court, et al., Annu. Rev. Genet. 36: 361-88 (2002)およびCopeland et al., Nature Rev. Genet., 2: 769-779, 2001に見ることができ、これらの文献はその全体において参照により本明細書に援用される。)
【００３６】
本明細書で使用する場合、「構成的に活性な受容体」は、リガンドまたはその化学的な同等物へのレセプターの結合以外の手段により活性な状態で安定化された受容体を意味する。構成的に活性な受容体は、内因性であっても非内因性であってもよい。
【００３７】
「構成的に活性化された受容体」は、構成的に活性であるかまたはさらに構成的に活性であるように改変された内因性受容体を意味する。
【００３８】
「構成的な受容体の活性化」は、リガンドまたはその化学的な同等物への結合の非存在下での受容体の活性化を意味する。
【００３９】
用語「ES細胞」は、本明細書で使用する場合、多能性胚性幹細胞、および胚発生の非常に初期の段階のかかる多能性細胞、例えば限定されないが、発生の胚盤胞期の細胞のことを言う。
【００４０】
「部位特異的突然変異誘発」または「部位誘導突然変異誘発」は、DNA配列における特定のあらかじめ決定された変化の作製である。部位特異的突然変異誘発の方法は、Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, CSH Press 1989, pp. 15.3-15.108；Weiner et al., Gene, 126:35-41 (1993)；Sayers et al., Biotechniques, 13: 592-6 (1992)；Jones and Winistorfer, Biotechniques, 12: 528-30 (1992)；Barton et al., Nucleic Acids Res, 18: 7349-55 (1990)；Marotti and Tomich, Gene Anal Tech, 6:67-70 (1989)；およびZhu, Anal Biochem, 177: 1204 (1989)中にみることができ、それらは全て、その全体において参照により本明細書に援用される。
【００４１】
トランスジェニックマウスの作製方法
一般的な局面において、トランスジェニック動物は、所定のトランスジーンの発現を可能にする様式で、該トランスジーンをゲノム中に組み込むことにより作製される。トランスジェニック動物を作製するための方法は、一般的に、Wagner and Hoppe (米国特許第4,873,191号)；Brinster et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82: 4438-4442 (1985)；および「Manipulating the Mouse Embryo; A Laboratory Manual」、第2版(Hogan, Beddington, Costantimi and Long編、Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994)に記載され、それらは全て、その全体において参照により本明細書に援用される。典型的には、ゲノム配列に並んだ遺伝子を、マイクロインジェクションにより受精卵に移す。マイクロインジェクションされた卵を宿主雌に移植し、トランスジーンの発現について子孫をスクリーニングする。トランスジェニック動物は、限定されないが爬虫類、両生類、鳥類、哺乳類および魚類などの多くの動物由来の受精卵から作製され得る。
【００４２】
代替的に、トランスジェニック動物は、トランスジーンの作製のための胚性幹(ES)細胞を使用して得られ得る。トランスジーンを胚性幹細胞に導入し、トランスフェクトされた幹細胞を使用して胚を形成する。ES細胞は、移植前の胚をインビトロで適切な条件下で培養することで得られる(Evans et al., Nature 292:154-156 (1981)；Bradley et al., Nature 309: 255-256 (1984)；Gossler et al., Proc. Acad. Sci. USA 83: 9065-9069 (1986)；およびRobertson et al., Nature 323: 445-448 (1986)、該文献はその全体において参照により本明細書に援用される)。尾部組織からゲノムDNAを単離し、遺伝子をコードする断片を従来のDNAハイブリダイゼーション技術で同定して、トランスジーンの組み込みについて子孫を分析し得る(Southern, J. Mol. Biol. 98: 503-517 (1975)(該文献はその全体において参照により本明細書に援用される))。
【００４３】
本発明の一局面は、本発明の非ヒトトランスジェニック動物から細胞または細胞株を単離すること、および該細胞を培養中で増殖することに関する。本発明の別の局面は、宿主細胞のゲノムの特定の部位に相同に組み換え可能な配列、または宿主細胞のゲノムにランダムまたはセミランダムに組み換え可能な配列を含む本発明の組み換え発現ベクターが導入された宿主細胞に関する。かかる細胞は、特定の主題の細胞だけでなく、かかる細胞の子孫または潜在的な子孫のことを言うことが理解される。突然変異または環境的な影響のいずれかにより次の世代では特定の改変が生じ得るので、実際は、かかる子孫は親細胞とは同一ではないが、依然として本明細書において使用される用語の範囲に含まれる。
【００４４】
本発明の別の局面は、ベクターに関する。本明細書で使用する場合、用語「ベクター」は、核酸分子が結合している別の核酸を運搬し得る核酸分子のことを言う。ベクターの1つの種類は「プラスミド」であり、プラスミドは、さらなるDNAセグメントが連結し得る、環状の二本鎖DNAループのことを言う。ベクターの別の種類はウイルスベクターであり、さらなるDNAセグメントがウイルスゲノムに連結し得る。特定のベクターは、DNAセグメントが導入される宿主中で自己複製し得る(例えば細菌性複製起点を有する細菌ベクターおよびエピソーム哺乳動物ベクター)。他のベクター(例えば非エピソーム哺乳動物ベクター)は、宿主細胞への導入時に宿主細胞のゲノムに組み込まれ、それにより宿主ゲノムと共に複製される。さらに、特定のベクターは、作動可能に連結された遺伝子の発現を誘導し得る。かかるベクターは、本明細書において「発現ベクター」と称される。一般に、組み換えDNA技術に有用な発現ベクターは、しばしばプラスミドの形態である。本明細書において、ほぼ一般的に使用されるベクターの形態はプラスミドであるので、「プラスミド」と「ベクター」は交換可能に使用され得る。しかしながら、本発明は、ウイルスベクター(例えば複製欠損レトロウイルス、アデノウイルスおよびアデノ随伴ウイルス)など、同等の機能を供給する他の形態の発現ベクターを含むことを意図する。
【００４５】
本発明の組み換え発現ベクターは、宿主細胞中の核酸の発現に適した形態の本発明の核酸を含み、これは、組み換え発現ベクターは発現に使用される宿主細胞に基づいて選択され、発現される核酸配列に作動可能に連結された1つ以上の制御配列を含むことを意味する。かかる制御配列は、例えばGoeddel, Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, Calif. (1990)に記載され、該文献はその全体において参照により本明細書に援用される。制御配列としては、多くの種類の宿主細胞中でヌクレオチド配列の構成的な発現を誘導するもの、および特定の宿主細胞のみでヌクレオチド配列の発現を誘導するものが挙げられる。発現ベクターの設計は、形質転換される宿主細胞の選択、所望のタンパク質の発現のレベルなどの要因に依存し得ることを当業者は理解する。本発明の発現ベクターは、宿主細胞に導入されて、本明細書に記載される核酸にコードされる融合タンパク質またはペプチドなどのタンパク質またはペプチドを産生し得る。
【００４６】
本発明の組み換え発現ベクターは、原核生物細胞または真核生物細胞における標的遺伝子の発現のために設計され得る。例えば、標的遺伝子または断片は、大腸菌などの細菌細胞、昆虫細胞(バキュロウイルス発現ベクターを使用して)、酵母細胞または哺乳動物細胞において発現され得る。適切な宿主細胞はさらにGoeddel, Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, Calif. (1990)に記載され、該文献はその全体において参照により本明細書に援用される。代替的に、組み換え発現ベクターは、インビトロで転写および翻訳され得る。
【００４７】
哺乳動物発現ベクターを使用して、哺乳動物細胞中でも標的遺伝子を発現し得る。哺乳動物発現ベクターの例としては、pCDM8(Seed, B., Nature, 329: 840 (1987))およびpMT2PC(Kaufman et al., EMBO J., 6: 187 (1987))が挙げられる。哺乳動物細胞中で使用する場合、発現ベクターの調節機能はしばしば、ウイルス制御エレメントにより提供される。例えば、一般的に使用されるプロモーターは、ポリオーマ、アデノウイルス2、サイトメガロウイルスおよびシミアンウイルス40由来である。原核生物細胞および真核生物細胞の両方の他の適切な発現系について、Sambrook, J., Fritsh, E. F., and Maniatis, T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual.第2版の16および17章、Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y., 1989参照。
【００４８】
宿主細胞は任意の原核生物細胞または真核生物細胞であり得る。例えば、宿主細胞は、大腸菌などの細菌細胞、昆虫細胞、酵母、アフリカツメガエル細胞または哺乳動物細胞(例えばチャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO)、アフリカミドリザル腎臓細胞(COS)または胎児性ヒト細胞(293T))であり得る。他の適切な宿主細胞が当業者に公知である。本発明の一局面において、宿主細胞は、本明細書に記載されるトランスジェニック非ヒト動物由来である。
【００４９】
ベクターDNAは、従来の形質転換またはトランスフェクションの技術により原核生物細胞または真核生物に導入され得る。本明細書で使用する場合、用語「形質転換」および「トランスフェクション」は、外来核酸(例えばDNA)を宿主細胞に導入するための、リン酸カルシウム法または塩化カルシウム共沈殿、DEAE-デキストラン媒介トランスフェクション、リポフェクションまたはエレクトロポレーションなどの種々の当該技術分野で公知の技術のことを言及することを意図する。宿主細胞を形質転換またはトランスフェクトするための適切な方法は、Sambrook, et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 第2版、Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y., 1989)および他の実験マニュアルにみられ得る。
【００５０】
トランスジェニック非ヒト動物の使用方法
本発明は、肥満、メタボリックシンドローム、脂肪異常血症、インスリン抵抗性症候群、2型糖尿病、神経性食欲不振および悪液質などのエネルギー代謝に関する疾患に影響を及ぼす(すなわち、調節、阻害、低減、予防または逆転する)調節因子、すなわち候補もしくは試験化合物または薬剤(例えばペプチド、環状ペプチド、ペプチド模倣物、低分子、有機低分子または他の薬物)を同定するための方法(本明細書において「スクリーニングアッセイ」とも称される)を提供する。本明細書で使用する場合、「調節(modulating)」または「調節因子」「調節(modulate)」は、GPR101受容体に作用する(agonizing)かまたは拮抗することを言う。特に、本発明のトランスジェニック非ヒト動物を使用して、エネルギー代謝に関する疾患の治療または予防に効果的な化合物または組成物を同定し得る。化合物または組成物は、試験化合物もしくは組成物を本発明のトランスジェニック非ヒト動物に投与すること、または試験化合物もしくは組成物と、該トランスジェニック非ヒト動物由来の器官、組織(例えば骨格筋)または細胞(例えば神経細胞または筋肉細胞)を接触させることにより同定し得る。トランスジェニック非ヒト動物、器官、組織または細胞のエネルギー代謝に対する試験化合物または組成物の効果を評価する。例えば、トランスジェニック非ヒト動物中で候補薬剤を評価し得る。エネルギー代謝を改変する試験化合物または組成物は、エネルギー代謝に関する疾患の治療または予防に効果的であり得る。
【００５１】
本発明はさらに、上述のスクリーニングアッセイにより同定される新規の薬剤に関する。したがって、本明細書に記載される適切な動物モデルにおいて、本明細書に記載される同定された試験化合物または組成物をさらに使用することは、本発明の範囲内である。例えば、本明細書に記載される同定された試験化合物または組成物は、かかる試験化合物または組成物を用いた治療の効力、毒性または副作用を決定するために、動物モデル(例えばトランスジェニックGPR101ノックアウト非ヒト動物)において使用され得る。代替的に、本明細書に記載される同定された試験化合物または組成物は、かかる試験化合物または組成物の作用機構を決定するために、動物モデルにおいて使用され得る。
【００５２】
試験化合物は、薬学的に許容され得る非毒性の賦形剤または担体と混合して、医薬組成物に調製され得、任意の投与経路により本発明のトランスジェニック非ヒト動物に投与され得る。例えば、皮下、筋肉内、血管内、皮内、鼻腔内、吸入、鞘内または腹腔内の投与などの非経口経路および舌下、経口または経直腸の投与などの腸経路が使用され得る。
【００５３】
試験化合物または組成物は、例えば試験化合物または組成物を野生型マウスおよびGPR101ノックアウトマウスに投与することにより、GPR101受容体に対する生理学的作用について試験され得る。試験化合物または組成物が野生型マウスにおいて効果を生じ、GPR101ノックアウトマウスにおいては生じない場合は、試験化合物または組成物は、GPR101活性を変化することにより効果を生じる。試験化合物または組成物が、野生型マウスにおいて体重の減少、体脂肪の減少および/または食物摂取の低下を生じ、GPR101ノックアウトマウスにおいては生じない場合は、試験化合物または組成物は、GPR101のアクチベーターである可能性がある。対照的に、試験化合物または組成物が、体重の増加、体脂肪の増加および/または食物摂取の増加を生じる場合は、試験化合物または組成物は、GPR101のインヒビターである可能性がある。試験化合物または組成物が野生型マウスおよびGPR101ノックアウトマウスの両方で効果を生じる場合は、試験化合物または組成物は、GRP101活性を変化することによっては効果を生じていない。
【００５４】
試験化合物または組成物の特異性は、GPR101ノックアウトマウス中で試験し得る。例えば、野生型マウス中で見られる効果がGPR101ノックアウトマウス中でも見られる場合は、試験化合物または組成物は、GPR101に特異的ではない。
【００５５】
GPR101ノックアウトマウスを使用して、試験化合物または組成物により生じた毒性がGPR101活性(標的に対する毒性)またはいくつかの他の機構(標的に関係ない(off-target)毒性)を改変することにより引き起こされるかどうかを決定し得る。例えば、試験化合物または組成物がGPR101ノックアウトマウスではなく野生型マウスにおいて毒性または望ましくない効果を生じる場合は、毒性効果は、GPR101活性を改変することの副生成物である(標的に対する効果)。試験化合物または組成物が、野生型マウスとGPR101ノックアウトマウスの両方で毒性または望ましくない効果を生じる場合は、試験化合物または組成物の毒性効果は、GPR101の活性の変化には何ら関係がない(標的に関係ない効果)。
【００５６】
GPR101が構成的に活性であるマウスは、例えばGPR101の活性を低下し得る試験化合物または組成物を試験するために特に有用であり得る。かかる試験化合物または組成物は、神経性食欲不振または悪液質を有する患者において、食物摂取を刺激するために有用であり得る。これらのマウスにおいて受容体が活性化されるので、これらのマウスはGPR101活性の潜在的なインヒビターに感受性であるはずである。
【００５７】
インビトロスクリーニング法
本明細書に開示されるインビボおよびエクソビボのスクリーニングアッセイに加えて、本発明はさらに、肥満、メタボリックシンドローム、脂肪異常血症、インスリン抵抗性症候群、2型糖尿病、神経性食欲不振および悪液質などのエネルギー代謝に関する疾患に影響する(すなわち調節、阻害、低減、予防または逆転する)調節因子、すなわち候補または試験の化合物または薬剤(例えば、ペプチド、環状ペプチド、ペプチド模倣物、低分子、有機低分子または他の薬物)を同定するためのインビトロ法(本明細書において「インビトロスクリーニングアッセイ」とも称する)を提供する。かかる方法を使用して、GPR101受容体を調節(例えば、作用、拮抗)する化合物または薬剤を同定し得る。
【００５８】
例えばGPR101受容体を調節する化合物または薬剤は、試験化合物または薬剤とGPR101受容体タンパク質をインビトロで接触させること、および試験化合物または薬剤がGPR101受容体タンパク質に結合および/または調節する能力を評価することにより同定され得る。Gタンパク質共役受容体の活性を結合および/または調節する化合物および薬剤をスクリーニングするためのアッセイ、例えばリガンド結合アッセイ、活性アッセイ、カルシウム動員アッセイ、cAMPアッセイ、レポーター遺伝子アッセイ、ERKリン酸化アッセイおよびβ-アレスチンアッセイが当業者に公知である。例示的なスクリーニングアッセイおよびハイスループットアプローチは例えばXiao, S.-H., et al., Combinatorial Chemistry & High Throughput Screening, 11(9):195-215 (2008)に記載され、該文献の内容は、参照により本明細書に援用される。Gタンパク質共役受容体アッセイは、市販の供給物(例えばCisbio US, Bedford, MA)によっても利用可能である。
【００５９】
かかるインビトロアッセイに使用されるGPR101受容体タンパク質は、例えば単離されたかもしくはリコンビナントのGPR101受容体タンパク質もしくはその一部であり得るか、または単離された細胞もしくは細胞の試料(例えばGPR101受容体を天然に発現する単離された細胞、細胞株、リコンビナントまたはトランスジェニック宿主細胞)、もしくはかかる細胞の抽出物により発現され得る。
【００６０】
特定の態様において、GPR101受容体タンパク質に結合する薬剤は、試験薬剤がGPR101受容体の参照薬剤への結合を阻害する能力が評価される競合結合アッセイにおいて同定され得る。参照薬剤は、全長GPR101受容体タンパク質またはその一部であり得る。参照薬剤は、適切な標識(例えば、放射性同位体、エピトープ標識、親和性標識(例えば、ビオチンおよびアビジンまたはストレプトアビジン)、スピン標識、酵素、蛍光基、化学発光基、色素、金属(例えば金、銀)、磁性ビーズ)で標識され得、アッセイにおいてGPR101受容体タンパク質を飽和するのに必要な標識された参照薬剤の量が決定され得る。GPR101受容体タンパク質と試験薬剤の間の複合体の形成の特異性は、適切な対照(例えば非標識薬剤、標識単独)を使用して決定され得る。
【００６１】
試験薬剤が参照薬剤とGPR101受容体タンパク質の間の複合体の形成を阻害する能力は、標識された参照薬剤の特異的結合の50%阻害(IC50値)に必要とされる試験薬剤の濃度として決定され得る。特異的結合は、好ましくは全結合(例えば複合体中の全標識)マイナス非特異的結合で規定される。非特異的結合は好ましくは、過剰な非標識参照薬剤の存在下で形成された複合体中でさらに検出される標識の量で規定される。該方法における使用に適切な参照薬剤としては、GPR101受容体に特異的に結合する分子および化合物、例えばGPR101に結合する抗体が挙げられる。
【００６２】
GPR101受容体に結合する化合物または薬剤は、GPR101受容体調節活性についてさらに評価され得る。試験化合物または薬剤がGPR101受容体タンパク質を調節(例えば、作用、拮抗)する能力は、適切な受容体活性化または阻害アッセイを使用して決定され得る。同定された化合物は、医薬化学の周知の方法を使用したさらなる多様化のためのリード(lead)化合物として働き得る。例えば、該リードの構造バリアントである化合物のコレクションを調製して、GPR101受容体結合および/または調節活性についてスクリーニングし得る。このことは、化合物の構造と生物学的活性を結びつける構造と活性の関連性の発生を生じ得る。適切な結合および/または調節活性を有する化合物は、インビボでのさらなる使用のために開発されて試験され得る。
【００６３】
化合物の1つ以上の利用可能なライブラリー、例えば限定されないが、Chemical Repository of the National Cancer Institute and the Molecular Libraries Small Molecules Repository (PubChem)、ならびにInstitute of Chemistry and Cell Biology at Harvard Universityのライブラリーおよび市販供給源から利用可能な他のライブラリー(例えば、Chembridge、Peakdale、CEREP、MayBridge、Bionet)から、候補調節因子が得られ得る。分子のかかるライブラリーまたはコレクションは、コンビナトリアルケミストリーの周知の方法などの周知の化学的方法を使用しても調製され得る。該ライブラリーをスクリーニングして、GPR101受容体に結合および/または調節する化合物を同定し得る。
【００６４】
本発明はさらに、上記のインビトロスクリーニングアッセイにより同定される新規の薬剤に関する。したがって、本明細書に記載される適切な動物モデルにおいて、本明細書に記載のインビトロスクリーニング法において同定された化合物または組成物をさらに試験および使用することは、本発明の範囲内である。
【００６５】
本発明の例示態様の説明を以下にする。
【実施例】
【００６６】
実施例
実験手順
GPR101ノックアウトマウスの作製
胚性幹(ES)細胞における遺伝子ターゲッティングを使用して、GPR101を欠いたマウスを作製した。GPR101の約100kb上流から約40kb下流の配列を含む細菌人工染色体(BAC)ゲノムクローンを使用して、置き換えターゲッティングコンストラクトを調製した。BACクローンは、開始コドンを含むコーディングエクソンに及ぶGPR101配列の2216bp部分(NCBI受託番号NC_000086)を除去してIres-Cre-Frt-カナマイシン-Frt(Ires-Cre FKF)カセットで置き換えるように作り替えた。GPR101についてのゲノムDNA配列は、NC_000086中にあり、アセンブリ上で54756894位から54749845位までであった。欠損を作るために使用したプライマーは：(配列番号:1) HD73フォワード5'-TCC TCT GCA AGG CAC TAA CCC TAG CCA CAT GTT TCT CTC GTC CTC AAT CTA GTG ATG TAA TTC CGC CCC TCT CCC T-3'および(配列番号:2) HD74リバース5'-CCT AGC TCC TCA TTT CAG GCT TGC CCT TTT CTG GAT CCC TTT TGA AGA CCT AAA CAA AAT ATT AAC GCT TAC A-3であった。欠損を含むBACの11.4kb部分をZeocinを含むpCR-Bluntに挿入した。次いで、このターゲッティングプラスミドを線状化して、胚性幹細胞にエレクトロポレートした。ターゲッティングされたクローンは、ターゲッティングされた座の3'末端から5'末端に及ぶプライマーを使用してPCR分析により同定した(図1)。ターゲッティングされたESクローンから拡大させた細胞をC57BL6胚盤胞に注入して、生殖細胞系に送達されたキメラ動物を得て、次いでFLPe-リコンビナーゼマウスと交配した。GPR101はX染色体上に位置するので、得られたヘテロ接合型の子孫を交配して野生型(+/+)およびホモ接合型(-/-)の試験用被験体を得た。全ての試験は雄マウスで行った。3プライマーマルチプレックスPCR戦略を使用して図1に示すようにマウスの遺伝子型を決定した。以下は図1のプライマーの配列である：
【化１】
2013543978.tif 000002
【００６７】
GPR101が構成的に活性なマウスの作製
GPCR中の特定の残基の突然変異により、開放コンホメーションおよびそれにより構成的な活性(リガンドの非存在下で活性)を有するレセプターが生じる。受容体の潜在的な構成的活性に関与するであろうGPR101中の残基を確認するためにインビトロ試験を行った。マウスGPR101をコードする全長cDNAを、マウスの脳RNAから増幅して、それを発現プラスミドpCDNA 3.1に挿入した。リジンに変異した場合にGPR101の活性の2倍の増加をもたらす(データは示さず)標的として、GPR101タンパク質のアラニン397を同定する部位誘導突然変異誘発を使用して、活性の増加をもたらすGPR101の膜貫通ループ中の突然変位を同定した。一アミノ酸置換A397→K397を有する新規のマウスモデルを作製した。
【００６８】
A397→K397を有する構成的に活性化された形態のGPR101を作製するためのターゲッティングコンストラクトは、リコンビニアリングなどの標準的な技術を使用して作製した。galK陽性および交差選択(counterselection)スキームを使用して、GPR101 BAC中に点突然変異を生じさせた(Warming, S. et al., 「Simple and Highly Efficient BAC Recombineering Using galK Selection」, Nucleic Acids Research, 33: 1-12 (2005)、該文献はその全体において参照により本明細書に援用される)。次いで、改変されたBACをプラスミドに挿入して、点突然変異を有するマウスの作製ために胚盤胞に注入した。
【００６９】
結果
GPR101ノックアウトマウスの体重
体重調整におけるGPR101の機能的重要性を決定するために、GPR101ノックアウトマウスを作製した。GPR101ノックアウトマウスには、標準的なげっ歯類の食餌を与え、3週齢で開始して、雄GPR101ノックアウトマウス(n=8)の体重を野生型同腹子(n=12)と比較した。
【００７０】
図2に見られるように、雄GPR101ノックアウトマウスは、野生型同腹子対照と比較して、体重が増加する傾向にあった。17週齢で、GPR101ノックアウトマウスは、野生型マウスでみられたものよりも約10%の体重の増加を有した。これらの結果より、中枢神経系のGPR101は、正常体重のホメオスタシスに必要であることが示される。
【００７１】
GPR101ノックアウトマウスの食物摂取
GPR101ノックアウトマウスにおいて総食物摂取を評価した。GPR101ノックアウトマウスには、標準的なげっ歯類の食餌を与えた。6週齢で、食物摂取を24時間記録した(図3A)。結果は、24時間での食物摂取が、野生型同腹子と比較して、GPR101ノックアウトマウスで増加したことを示す(5.1±0.58、GPR101ノックアウト 対 3.52±0.58野生型、1集団あたりn=6〜7)。8週齢で、包括的な実験動物モニタリング系で総食物摂取を記録し、野生型対照に対して、GPR101ノックアウトマウスにより消費された全食物の有意な増加が見られた(図3B)。結果から、GPR101が、食餌量の制御に役割を果たすことが示唆される。
【００７２】
GPR101ノックアウトマウスの食事パターン
上述のような24時間での食物摂取の増加に加えて、図5に示すように、8週齢のGPR101ノックアウトマウスはまた、食物消費の全体的なパターンの変化を示す。図4および5に示されるように、GPR101ノックアウトマウスは、野生型対照と比較して、食餌量の変化を示した。暗期の間に、GPR101ノックアウトマウスは大量の食餌を消費した。
【００７３】
データから、GPR101ノックアウトマウスは、体重および食物摂取の増加を有するので、GPR101ノックアウトマウスは、代謝病の治療に使用し得るGPR101のアゴニストおよびアンタゴニストの同定に有用であり得ることが示される。
【００７４】
GPR101ノックアウトマウスにおける高脂肪食餌誘導肥満
乳離れした時期(3週齢)に、野生型およびGPR101遺伝子ノックアウトマウスの雄マウスを、通常の食餌(Forumulab、食餌#5008)(WTについてn=10およびGPR101-KOについてn=8)または高脂肪食餌(脂肪由来の45%のカロリー、Research Diets, D12451)(WTについてn=7およびGPR101-KOについてn=7)に置き、体重を毎週モニタリングした。以前に観察されたように、通常の食事を与えたGPR101KOは、野生型対照よりも体重が重い(図6)。注目すべきことに、野生型マウスとGPR101KOマウスの間の体重の差は、マウスに高脂肪食餌を与えた際にはより大きくなった(図7)。12週齢でEcho-MRIにより評価すると、食餌を与えたマウスの体組成により、体重の増加は体脂肪量の増加のためであることが示される(図8)。これらの所見から、GPR101の遺伝子ノックアウトにより肥満が誘導されることが示される。また、GPR101の遺伝子ノックアウトは、高脂肪食餌誘導肥満に対する感受性の増加を生じる。要約すると、これらの所見から、GPR101アゴニストは、抗肥満効果を有する可能性があるので、肥満の治療に有用であり得ることが示される。
【００７５】
本明細書に引用された全ての特許、公開された出願および参照文献の教示は、その全体において参照により援用される。
【００７６】
本発明は、その例示態様に関して具体的に示され、記載されるが、添付の特許請求の範囲に包含される発明の範囲を逸脱することなく、形態および詳細において、種々の変化が本発明になされ得ることが当業者に理解される。
【図１】
2013543978.tif 000003
【図２】
2013543978.tif 000004
【図３Ａ】
2013543978.tif 000005
【図３Ｂ】
2013543978.tif 000006
【図４】
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【図５】
2013543978.tif 000008
【図６】
2013543978.tif 000009
【図７】
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【図８】
2013543978.tif 000011
【配列表】
2013543978000001.app
【国際調査報告】
2013543978.tif 000012
2013543978.tif 000013