【実施例】
【0056】
実施例1:ペプチドの合成、試薬、及び細胞株の準備
1.ペプチドの合成
配列番号1のペプチド(以下「pep 1」とする)を従来に知られた固相ペプチド合成法(SPPS:solid phase peptide synthesis)によって製造した。具体的には、ペプチドは、ASP48S(Peptron、Inc.,大韓民国・大田)を利用して、Fmoc固相合成法を介して、C末端からアミノ酸一つずつカップリングすることによって合成した。次のように、ペプチドのC末端の最初のアミノ酸が樹脂に付着されたものを使用した。例えば、次の通りである:
【0057】
NH
2−Lys(Boc)−2−chloro−Trityl Resin
NH
2−Ala−2−chloro−Trityl Resin
NH
2−Arg(Pbf)−2−chloro−Trityl Resin
【0058】
ペプチド合成に使用した全てのアミノ酸原料は、N−termがFmocで保護(protection)され、残基はいずれも酸で除去される、Trt、Boc、t−Bu(t−butyl ester)、Pbf(2,2,4,6,7−pentamethyl dihydro−benzofuran−5−sulfonyl)などで保護されたものを使用した。例えば、次の通りである:
【0059】
Fmoc−Ala−OH、Fmoc−Arg(Pbf)−OH、Fmoc−Glu(OtBu)−OH、Fmoc−Pro−OH、Fmoc−Leu−OH、Fmoc−Ile−OH、Fmoc−Phe−OH、Fmoc−Ser(tBu)−OH、Fmoc−Thr(tBu)−OH、Fmoc−Lys(Boc)−OH、Fmoc−Gln(Trt)−OH、Fmoc−Trp(Boc)−OH、Fmoc−Met−OH、Fmoc−Asn(Trt)−OH、Fmoc−Tyr(tBu)−OH、Fmoc−Ahx−OH、Trt−Mercaptoacetic acid。
【0060】
カップリング試薬(Coupling reagent)としては、HBTU[2−(1H−Benzotriazole−1−yl)−1,1,3,3−tetamethylaminium hexafluorophosphate]/HOBt[N−Hydroxybenzotriazole]/NMM[4−Methylmorpholine]を使用した。Fmoc除去は、20%のDMF内で、ピペリジン(piperidine in DMF)を利用した。合成されたペプチドをResinから分離し、残基の保護基除去には、切断カクテル(Cleavage Cocktail)[TFA(trifluoroacetic acid)/TIS(triisopropylsilane)/EDT(ethanedithiol)/H
2O=92.5/2.5/2.5/2.5]を使用した。
【0061】
アミノ酸保護基が結合された出発アミノ酸が固相支持体に結合されている状態を利用して、ここに当該アミノ酸をそれぞれ反応させ、溶媒で洗浄した後、脱保護する過程を反復することにより、各ペプチドを合成した。合成されたペプチドを樹脂から切り取った後、HPLCで精製し、合成いかんをMSで確認して凍結乾燥させた。
【0062】
本実施例に使用されたペプチドに対して、高性能液体クロマトグラフィ結果、全てのペプチドの純度は、95%以上であった。
【0063】
PEP 1製造に係わる具体的な過程について説明すれば、次の通りである。
1)カップリング
NH
2−Lys(Boc)−2−chloro−Trityl Resinで保護されたアミノ酸(8当量)と、カップリング試薬HBTU(8当量)/HOBt(8当量)/NMM(16当量)とをDMFに溶解させて添加した後、常温で2時間反応させ、DMF、MeOH、DMFの順に洗浄した。
【0064】
2)Fmoc脱保護
20%のDMF中のピペリジン(piperidine in DMF)を加え、常温で5分間2回反応させ、DMF、MeOH、DMFの順に洗浄した。
【0065】
3)1及び2の反応を反復して行い、ペプチド基本骨格NH
2−E(OtBu)−A−R(Pbf)−P−A−L−L−T(tBu)−S(tBu)−R(Pbf)L−R(Pbf)−F−I−P−K(Boc)−2−chloro−Trityl Resin)を作った。
【0066】
4)切断(Cleavage):合成が完了したペプチドResinに、切断カクテル(Cleavage Cocktail)を加え、ペプチドをResinから分離した。
【0067】
5)得られた混合物に、Cooling diethyl etherを加えた後、遠心分離して得られたペプチドを沈澱させる。
【0068】
6)Prep−HPLCで精製した後、LC/MSで分子量を確認して凍結させ、パウダーに製造した。
【0069】
2.試薬、及び材料の準備
実験のために使用した試薬、及び材料は、次の通りである。パウダー状態のpep1は、0.2μmフィルタで濾過された蒸溜水(0.2μm filtered sterile water)に溶かした後、−70℃で分注(aliquot)して保管し、使用時にそれを溶かして使用し、ドセタキセルは、100% EtOHに溶かした後、tween 80及びPBSで共に混合する方法で使用した。5−フルオロウラシル(5−fluorouracil)は、PBSに溶かして使用した。酢酸ロイプロリドは、PBSに直接溶かして使用した。
【0070】
3.細胞株の準備
実験に使用された細胞株であるLNCaP細胞株は、ヒト前立腺癌転移性細胞であり、ATCC(American Type Cell Culture;Rockville,MD)から購入し、10%FBS(fetal bovine serum)、50U/mlペニシリン及び50μg/mlストレプトマイシンを含むRPMI(Roswell Park Memorial Institute medium)を培地にして、1ないし2x10
6/mlになるように、37℃に維持される5% CO
2インキュベータで培養した。
【0071】
実施例2:LNCaP細胞株モデルでのpep1の癌細胞増殖抑制測定
pep1の前立腺癌に対する効果を確認するために、LNCaP細胞株を使用して、MTTアッセイを実施した。癌細胞増殖抑制確認のために実験に使用した試薬、材料及び細胞株培養方法は、前記実施例1に記載されている通りである。使用されたMTTアッセイ方法は、次の通りである。
【0072】
96ウェルプレート(SPL)において一定細胞数(3x10
3/well)で培養したLNCaP細胞株を、濃度別pep1(0,0.1,0.3,1,3,10μM)、ドセタキセル(3nM)が含有された増殖培地で72時間培養させた後、MTT試薬を各ウェルに40μlずつ入れる。4時間反応させた後、DMSOに溶かし、570nmで吸光度を測定した。
【0073】
さらに、pep1の培養時間及び濃度を異にした反復実験を行った。96ウェルプレート(SPL)において一定細胞数(3x10
3/well)で培養したLNCaP細胞株を、濃度別にpep1(0,0.01,1,10,30μM)が含有された増殖培地で96時間培養させた後、MTT試薬を、各ウェルに40μlずつ入れる。4時間反応させた後、DMSOに溶かし、570nmで吸光度を測定した。
【0074】
実験結果の分析のために、さまざまな処置群間の平均をstudent’s t−testで検定し、統計的有意性の基準は、p<0.05(*)またはp<0.01(**)に設定した。
【0075】
前述のような方法で実施したMTT分析を介して、pep1の癌細胞増殖抑制効果を調べるために、pep1の濃度別に影響を測定した結果、pep1が、0μM、0.1μM、0.3μM、1μM、3μM含有された各培地と比較するとき、pep1を10μM含んだ培地で、統計的に有意な細胞増殖抑制効果が発生したということを確認することができた(
図1参照)。さらなる反復実験結果でも、pep1が濃度依存的に細胞増殖を抑制するということを確認することができた(
図2参照)。
【0076】
また、ドセタキセル3nM、及び濃度別にpep1を含んだ各培地で実施したMTT分析でも、ドセタキセル3nMと、3μM、10μM、30μMのpep1とを含んだ各培地でも、ドセタキセル3nMと、0μM、0.1μM、0.3μM、1μMのpep1とを含んだ各培地と比較するとき、統計的に有意な細胞増殖抑制効果が発生した(
図3参照)。それは、ドセタキセルと併用したときも、pep1が濃度依存的に細胞増殖抑制効果を示すということを意味する。
【0077】
実施例3:LNCaP細胞異種移植(xenograft)モデルにおけるpep1投与時の癌細胞サイズ測定
pep1が投与されたとき、癌細胞サイズに及ぼす影響を測定するために実験を行った。
【0078】
下記の1)ないし7)の実験群に、LNCaP細胞を移植した。実験のために使用した試薬、材料及び細胞株培養方法は、前記実施例1に記載されている通りである。
【0079】
LNCaP細胞は、ヒト前立腺癌転移性細胞であり、ATCC(American Type Cel lCulture;Rockville,MD)から購入し、10% FBS、50U/mlペニシリン及び50μg/mlストレプトマイシンを含むRPMIを培地にして、1ないし2x10
6/mlになるように37℃に維持される5% CO
2インキュベータで培養した。
【0080】
実験動物:7個の実験群に、LNCaP細胞を移植した。BALB/c−nuマウス(中央実験動物、ソウル、韓国から購入)5週齢雄を、各群別に、6匹+余裕分5匹入手した後、1週間安定化させ、1匹当たりLNCaP細胞1*10
7cells(LNCaP細胞)を、100μlのPBSに懸濁してわき腹に移植した後、2週間経過を見て、腫瘍を形成していないか、あるいは有意なほどにサイズが大きくない5匹を除き、6匹ずつ平均が同じになるように群分離を行い、下記に記載されているような7個の群に分け、20日間薬物投与を実施した。癌体積は、カリパス(calipers)で測定し、体積計算は、次のところによる。
【0081】
[width
2xlengthx0.5cm
3]
【0082】
移植以後、pep1、及び陽性対照群に、酢酸ロイプロリド(positive control)を、下のような7個の実験群に分け、それぞれ毎日皮下注射で投与した。
【0083】
1)LNCaP移植対照群(vehicle)
2)LNCaP移植+pep1 0.01mg/kg投与群
3)LNCaP移植+pep1 0.1mg/kg投与群
4)LNCaP移植+pep1 1mg/kg投与群
5)LNCaP移植+pep1 10mg/kg投与群
6)LNCaP移植+酢酸ロイプロリド0.1mg/kg投与群
7)LNCaP移植+酢酸ロイプロリド0.1mg/kg+pep1 0.1mg/kg投与群
【0084】
また、pep1がドセタキセルと併用投与されたとき、癌細胞サイズに及ぼす影響を測定するために追加実験を行った。
【0085】
下記の8)ないし13)の実験群に、LNCaP細胞を移植した。実験のために使用した試薬、材料及び細胞株培養方法は、前記実施例1に記載されている通りである。
【0086】
実験動物:6個の実験群に、LNCaP細胞を移植した。BALB/c−nuマウス(中央実験動物、ソウル、韓国から購入)5週齢雄を、各群別に、6匹+余裕分5匹を入手した後、1週間安定化させ、1匹当たりLNCaP細胞1*10
7cells(LNCaP細胞)を、100μlのPBSに懸濁し、わき腹に移植した後、2週間経過を見て、腫瘍を形成していないか、あるいは有意なほどにサイズが大きくない5匹を除き、6匹ずつ平均が同じになるように群分離を行い、下記に記載されているような6個の群に分け、20日間薬物投与を実施した。癌体積は、カリパスで測定し、体積計算は、次のところによる。
【0087】
[width
2xlengthx0.5cm
3]
【0088】
移植以後、pep1とドセタキセルとを、以下のような6個の実験群に分けてそれぞれ投与した。
【0089】
8)LNCaP移植対照群
9)LNCaP移植+ドセタキセル20mg/kg(週1回、腹腔内)投与群
10)LNCaP移植+pep1 30mg/kg(週3回、皮下)投与群
11)LNCaP移植+pep1 3mg/kg+ドセタキセル20mg/kg投与群
12)LNCaP移植+pep1 10mg/kg+ドセタキセル20mg/kg投与群
13)LNCaP移植+pep1 30mg/kg+ドセタキセル20mg/kg投与群
【0090】
その後、毎回飲水量、食餌摂取量、癌増殖率(短径、長径)を測定し、腫瘍重量(tumor weight/body weight)、大腿部筋肉重量を定量した。また、癌組織標本制作及びPCNA(細胞増殖マーカー)/TUNEL(自家死滅マーカー)染色を行った。
【0091】
実験結果分析のために、さまざまな処置群間の平均を、student’s t−testで検定した。統計的有意性の基準は、p<0.05(*)またはp<0.01(**)と設定した。
【0092】
前記実験群別の分析結果、pep1を、0.01mg/kg及び0.1mg/kg濃度で投与した場合、有意性ある癌増殖抑制効果を示すことができなかったが、pep1を、1mg/kg及び10mg/kg濃度で投与した場合、陽性対照群である酢酸ロイプロリドより、さらに抑制効果が観察されるということを確認することができた(
図4参照、
図4において、Y軸の単位は、腫瘍体積であり、mm
3である)。それは、pep1が、LNCaP細胞で有意性ある癌増殖抑制効果があるということを、動物モデルでも確認することができるということを意味する。さらに、酢酸ロイプロリドと併用投与した7)群と、酢酸ロイプロリドを単独投与した6)群とを比較すれば、pep1が、酢酸ロイプロリドとの併用投与時にも、癌細胞サイズ抑制に効果があるということをさらに確認することができた。
【0093】
また、pep1とドセタキセルとを併用投与した追加実験分析結果、ドセタキセルとpep1とを併用投与した場合、有意性ある抑制効果が観察されるということを確認することができた。特に、pep1を10mg/kg投与し、ドセタキセルを20mg/kg併用した実験群の場合、最終評価時点において、癌増殖の明らかな抑制効果が観察された(
図5参照、
図5において、Y軸の単位は、腫瘍体積であり、mm
3である)。それは、pep1がドセタキセルとの併用投与時にも、LNCaP細胞において、有意性ある癌増殖抑制効果があるということを動物モデルでも確認することができるということを意味する。
【0094】
実施例4:LNCaP細胞異種移植モデルにおけるpep1投与時の体重変化測定
LNCaP異種移植モデルの腫瘍細胞増殖による体重変化を観察するために、実施例3で実験された1)ないし7)の実験群の体重を測定した。
実験群別に分析した結果、対照群(vehicle、実験群1))及び酢酸ロイプロリド単独及び併用投与群(実験群6及び7))と、pep1濃度別投与群(実験群2ないし5)との間に体重の急激な差が示されず、pep1投与の体内安定性を確認することができた(
図6参照)。
【0095】
実施例5:LNCaP細胞株モデルにおけるpep1の癌細胞移動性(migration)抑制測定
トランスウェル分析(trans-well assay)を介して、pep1が癌細胞移動性に及ぼす影響を評価した。
【0096】
癌細胞移動性評価のために使用した試薬、材料及び細胞株培養方法は、前記実施例1に記載されている通りである。使用された移動性分析(migration assay)方法は、次の通りである。
【0097】
LNCaP細胞株を、6ウェルプレートで一晩中培養し、濃度別にpep1(0、1,10,30μM)を処理して24時間培養した。その後、トランスウェルプレート(trans-well plate)に、1x10
4/wellで接種(seeding)した。3時間後、ウェルの上部分(upper compartment)を除去し、下方に移動した細胞を固定、染色し、セル数を定量した。
【0098】
また、ドセタキセルとの併用投与時の移動性を観察するための追加実験を行った。LNCaP細胞株を、6ウェルプレートで一晩中培養し、濃度別にpep1(0,1,3,10,30μM)を処理して24時間培養した。さらに、ドセタキセル(3nM)が含有された増殖培地で48時間培養させた後、トランスウェルプレートに、1x10
4/wellで接種した。3時間後、ウェルの上部分を除去し、下方に移動した細胞を固定、染色し、セル数を定量した。
【0099】
実験結果分析のために、多くの処置群間の平均を、student’s t−testで検定した。統計的有意性の基準は、p<0.05(*)またはp<0.01(**)に設定した。
【0100】
前述のような方法で実施したトランスウェル分析結果、pep1が含有されていない培地(0μM、control)では、癌細胞移動が増加したが、pep1(1μM、10μM、30μM)を共に処理した場合、癌細胞移動が統計的に有意なほど抑制されるということが分かった(
図7及び
図8参照)。
図7及び
図8において、controlは、LNCaP移植後、pep1処理を行っていない実験群である。
【0101】
また、ドセタキセルとの併用投与追加実験の分析結果、ドセタキセル(3nM)が含有された培地では、癌細胞移動が増加したが、ドセタキセル(3nM)が含有された培地に、pep1(3μM、10μM、30μM)を共に処理した場合、癌細胞移動が統計的に有意なほど抑制されるということが分かった(
図9ないし
図14参照)。
【0102】
実施例6:LNCaP細胞株モデルにおけるpep1の投与時の癌細胞移動性マーカー(MMP9、MMP2)のmRNA発現程度測定
癌細胞の移動性を示すmRNAマーカーMMP9(matrix metalloproteinase−9)及びMMP2(matrix metalloproteinase−2)の発現を観察するために、LNCaP異種移植された組織において、相対的な発現程度を観察した(
図15及び
図16参照)。
【0103】
下記の14)ないし16)の実験群に、LNCaP細胞を移植した。実験のために使用した試薬、材料及び細胞株培養方法は、前記実施例1に記載されている通りである。
LNCaP細胞は、ヒト前立腺癌転移性細胞であり、ATCC(American Type Cel lCulture;Rockville,MD)から購入し、10% FBS、50U/mlペニシリン及び50μg/mlストレプトマイシンを含むRPMIを培地にし、1ないし2x10
6/mlになるように、37℃に維持される5% CO
2インキュベータで培養した。
【0104】
実験動物:3個の実験群に、LNCaP細胞を移植した。BALB/c−nuマウス(中央実験動物、ソウル、韓国から購入)5週齢雄を、各群別に、6匹+余裕分5匹入手した後、1週間安定化させ、1匹当たりLNCaP細胞1*10
7cells(LNCaP細胞)を、100μlのPBSに懸濁し、わき腹に移植した後、2週間経過を見て、腫瘍を形成していないか、あるいは有意なほどにサイズが大きくない5匹を除き、6匹ずつ平均が同じになるように群分離を行い、下記に記載されているような3個の群に分け、20日間薬物投与を実施した。
【0105】
移植以後、pep1、及び陽性対照群に、酢酸ロイプロリド(positive control)を、以下のような3個の実験群に分け、それぞれ毎日皮下注射で投与した。
【0106】
14)LNCaP移植対照群(vehicle)
15)LNCaP移植+pep1 10mg/kg投与群
16)LNCaP移植+酢酸ロイプロリド0.1mg/kg投与群
【0107】
実験結果分析のために、さまざまな処置群間の平均を、student’s t−testで検定した。統計的有意性の基準は、p<0.05(*)またはp<0.01(**)に設定した。
【0108】
3個の各実験群から採集した腫瘍組織からRNAを抽出した後、抽出したRNAにおいて、MMP9及びMMP2のプリマーを使用して、RT−PCRを行った。RT−PCRの結果として増幅された各サンプルを、電気泳動法を使用して、2Dゲルに下げた後、蛍光染色を行い、その発現程度を測定した。mRNAのPCRを介した分析法は、一般的に周知の方法を介して遂行された。
【0109】
発現程度は、MMP9の場合、対照群(vehicle)の場合を2と判読したものを基準に相対的な発現を示し(
図15参照)、MMP2の場合、対照群(vehicle)の場合を38と判読したことを基準に、相対的な発現を示した(
図16参照)。
【0110】
発現程度の比較結果MMP9及びMMP2のいずれにおいても、対照群(vehicle)及び陽性対照群(leuprolide)に比べ、pep1を投与した腫瘍組織において、低い発現程度を示し、pep1が癌組織の癌細胞移動性減少に効果があるということが分かった。
【0111】
前記実施例2において、pep1は、単独投与時、及び既存抗癌剤との併用投与時、前立腺癌細胞株の増殖抑制効能を示した。実施例3及び5では、前立腺癌細胞株を移植された動物モデルにおいて、癌細胞サイズを小さくさせる効能(実施例3)、及び前立腺癌細胞の移動を抑制する効能(実施例5)も示した。実施例6では、前立腺癌の転移を示す癌細胞移動関連mRNAマーカーの発現を抑制する効能も示した。さらに、実施例4においては、pep1の投与時、体重の急激な変化がないということが分かり、投与時に安定性もあるということが分かった。従って、結論として、pep1は、前立腺癌の増殖抑制、転移抑制にいずれも効能を有しながらも、安全であり、pep1を含んだ前立腺癌増殖抑制剤、転移抑制剤として使用可能であり、それを活用し、前立腺癌治療剤として可能性を有するといえる。