【実施例】
【0075】
実施例1 インドールアミン2,3−ジオキシゲナーゼ(IDO)発現はヒト皮膚線維芽細胞中のMMP−1の発現を上方制御する。
MMP−1発現におけるIDOの効果を評価するため、ヒトIDO組換えアデノウイルスベクターが、以前に報告された手順(Liら、2004年)によって、ヒト皮膚線維芽細胞での遺伝子導入のために使用された。トランスフェクション効率は、それぞれ、ウエスタンブロット分析を介したIDOタンパク質発現およびその活性の検出、ならびに、馴化培地中でのキヌレニン測定によって評価された。
図1Aの左パネルに示されるように、IDOタンパク質は、IDOのアデノウイルス形質導入線維芽細胞中で発現されたが、対照およびモックアデノウイルス形質導入された線維芽細胞においては検出できなかった。キヌレニンのレベル、IDO活性のインデックスは、形質導入されていない、またはモック形質導入された対象(
図1A、右パネル)中のものと比較して、IDOのアデノウイルス形質導入線維芽細胞において顕著により高かった(14.3±0.46μg/mL、n=3)。
【0076】
対照、モック形質導入されたおよびIDO発現の線維芽細胞中でのMMP−1の発現が、ウエスタンブロット分析を用いて試験された。
図1Bに示されるように、モック形質導入された線維芽細胞(1.37±0.59、N=3)および未処理の対照線維芽細胞(1±0、N=3)中のものと比較して、IDO発現線維芽細胞中のMMP−1発現において9倍以上の増大が見られた(12.56±2.37、n=3)。この発見は、モック形質導入された線維芽細胞がMMP−1発現において未処置の線維芽細胞からの顕著な差異を示さなかったため、IDO発現線維芽細胞におけるMMP−1発現のアップレギュレーションはアデノウイルス感染に起因するものでないことを示唆している。
【0077】
IDOはトリプトファンをキヌレニンへと変換する細胞内酵素である。よって、IDO発現線維芽細胞におけるMMP−1刺激の効果が、IDOタンパク質自体に起因するのか、またはトリプトファン代謝物に起因するのかどうかを明確にする必要がある。これに対処するために、IDO発現線維芽細胞および対照の両方からの馴化培地を、48時間後に収集した。90%の収集された馴化培地と10%の新鮮な培地との組み合わせを、その後、皮膚線維芽細胞を処置するために使用された。細胞は処置後48時間で回収された。
図1Cに示されるように、MMP−1発現の著しい増加が、モック形質導入された線維芽細胞(1.16±0.31、n=3)または未処置の対照線維芽細胞(1±0、n=3)におけるものと比べて、IDO形質導入線維芽細胞(2.06±0.62、n=3)からの馴化培地で処理された細胞において観察された。この結果は、細胞内IDOタンパク質でなくむしろ、IDOアデノウイルス感染した線維芽細胞からの馴化培地における因子(または複数の因子)が、線維芽細胞におけるMMP−1発現レベルの上昇を引き起こしたことを示唆するものである。
【0078】
実施例2 − ヒト皮膚線維芽細胞において、トリプトファン枯渇ではなく、キヌレニンがMMP−1発現を誘導する
IDOはトリプトファンをキヌレニンへ転換する酵素である。どの因子(トリプトファン枯渇またはキヌレニンの増加のいずれか)が、MMP−1発現のIDOアップレギュレーションの原因であるのかを調べる。どの因子がMMP−1発現のIDOアップレギュレーションの原因であるのかを調べるため、線維芽細胞は、トリプトファン枯渇培養培地または種々の濃度のキヌレニンを含む通常の培地のいずれかの中で培養された。細胞はその後、ウエスタンブロッティングを使ってMMP−1発現を評価された。
図2Cに示されるように、トリプトファン枯渇培養培地中または25μg/mLのトリプトファンの存在下で増殖された線維芽細胞のあいだで、MMP−1発現には顕著な差は認められなかった。しかし、MMP−1の発現はキヌレニンの異なる投与量(25〜150μg/mL)に応答して著しく増加した(
図2Aおよび
図2B)。これらの発見は、トリプトファン枯渇でなくキヌレニンの存在が、IDO発現細胞におけるMMP−1のアップレギュレーションに寄与していることを示唆している。さらに、発明者らは、わずか12.5μg/mLというキヌレニンが、皮膚線維芽細胞におけるMMP−1の発現を刺激し得ることを発見した(データは示さず)。キヌレニンのこの濃度は、IDO発現線維芽細胞からの馴化培地中で検出されたものと同程度である(
図1A、右パネル)。同様の構造を有するさまざまな濃度のトリプトファンの添加では、皮膚線維芽細胞におけるMMP−1の発現を増加させることはできなかった(
図2D)ため、したがって、線維芽細胞におけるMMP−1の刺激は明らかにキヌレニンに特有である。
【0079】
実施例3 − 皮膚線維芽細胞におけるMMP−2およびMMP−3発現に対するキヌレニンの効果
キヌレニンが他のMMPの発現に影響を与えるかどうかを調べるために、
図2で使用されたものと同様な濃度のキヌレニンによって皮膚線維芽細胞を処置した。MMP−2およびMMP−3発現を検出するため対照として未処理の細胞を用いてウエスタンブロットが使用された。
図3Aに示されるように、キヌレニン処置された線維芽細胞と未処理の線維芽細胞のあいだにおいて、MMP−2発現について顕著な差は見られなかった。しかし、同様の条件下で、キヌレニン処置は、皮膚皮線維芽細胞におけるMMP−3の発現を、用量依存的に、顕著に増加させた(
図3B/3C)。さらに、キヌレニン処置された線維芽細胞における増大されたMMPが増大されたMMP活性を伴っているのかどうかを試験するために、50μg/mLのキヌレニンの存在下または非存在下における線維芽細胞からの馴化培地が処置後48時間収集された。馴化培地中のMMP活性は、MMP基質として、5−FAM/QXL(登録商標)520蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)ペプチドを用いて、一般的なMMPアッセイキットであるSensoLyte 520(登録商標)によって検出された。
図4に示されるように、キヌレニン処置された線維芽細胞からの馴化培地中の平均MMP活性は、対照培地中と比較して著しく高かった。これはキヌレニンによって処置された線維芽細胞における増大されたMMPsは酵素活性を有していることを示している。
【0080】
実施例4 − 間葉系および上皮細胞はキヌレニン処置に対して異なる応答をする
どのような種類の細胞がキヌレニン誘導性MMP−1発現に対して感受性であるのかを調べるために、間葉系細胞(固定化肺線維芽細胞株IMR−90および線維芽細胞様滑膜細胞など)および上皮細胞(肺上皮癌細胞株A549、一次皮膚ケラチノサイト、固定化ヒトケラチノサイト細胞株HACAT、および頭頸部扁平上皮癌細胞株UMSCCなど)の両方が使用された。
図5に示されるように、皮膚線維芽細胞と同様に、滑膜細胞およびIMR−90におけるMMP−1発現は、12.5μg/mL〜150μg/mLの濃度のキヌレニン処置によってアップレギュレートされた。しかしながら、皮膚ケラチノサイト、HACAT、A549およびUMSCCを含む、テストされた全ての上皮細胞においてMMP−1の発現は、さまざまな濃度のキヌレニンに対する応答において未処置の対照と顕著には違わなかった(
図6)。これらの結果は、キヌレニン刺激性MMP−1発現への応答において間葉系および上皮細胞の間に差異があることを示唆している。
【0081】
実施例5− キヌレニンで処置された細胞中のホスホキナーゼアレイによるリン酸化シグナル分子の同定
皮膚線維芽細胞におけるキヌレニンによりアップレギュレーションされるMMP−1発現の考えられるメカニズムを決定するため、ホスホキナーゼアレイを使用して、複数のセリン、スレオニン、チロシンキナーゼの活性化を分析した。このアレイは、46種のタンパク質キナーゼおよびその下流転写因子の活性化ステータスを同時に検出可能である。
図7に示されているように、皮膚線維芽細胞におけるキヌレニンによる処置の1時間後、細胞外シグナル制御キナーゼ1/2(ERK1/2)が活性化された。
【0082】
ホスホキナーゼアレイからのこれらの結果を確認するために、皮膚線維芽細胞が、100μg/mLのキヌレニンで種々の時間処置された。アレイ上に配置されたものと異なる抗体を用いたイムノブロット分析が、その後、ERK1/2およびその上流分子のマイトジェン活性化タンパク質/細胞外シグナル調節キナーゼキナーゼ(MEK)のリン酸化を検出するために使用された。
図8に示されるように、ERK1/2は、キヌレニンで処置された細胞中でリン酸化された。この結果はさらに、キヌレニンで処置された細胞におけるERK1/2上流のシグナル分子MEKのリン酸化の検出によって確認された(
図8)。ERK1/2およびMEKの両方は、キヌレニン処置の後8時間に、そのピークを有する類似した活性化パターンを示した(
図8)。
【0083】
実施例6 − MEK−ERK1/2リン酸化に対する阻害剤の添加は、皮膚線維芽細胞中でのキヌレニン刺激性MMP−1発現の効果を無効にする
他のセットの実験において、キヌレニンによるMEK−ERK1/2 MAPK経路の活性化が、皮膚線維芽細胞中でのキヌレニン刺激性MMP−1発現に関連しているのかどうかをテストした。これを行うために、MEKまたはERK1/2リン酸化の阻害剤の、キヌレニン刺激性MMP−1発現における効果を調べた。
図9Aに示されているように、ERK1/2活性化に対する特異的阻害剤であるPD98059の添加は、用量依存的に、MMP−1発現に対するキヌレニンの刺激作用を効果的に防止した。同様に、MEKの活性化に対する特異的な阻害剤であるU0126の10μMおよび30μMを用いた細胞の処置はまた、キヌレニンによるMMP−1発現のアップレギュレーションを顕著に減少させた(
図9B)。これらの結果は、MEK−ERK1/2シグナル伝達経路の活性化が皮膚線維芽細胞中でキヌレニンによって誘導されるMMP−1発現のアップレギュレーションに寄与することを示している。
【0084】
実施例7 − 皮膚線維芽細胞中のコラーゲン発現におけるキヌレニンの効果および線維芽細胞の増殖
インビボにおけるその抗線維化の役割を検討する前に、キヌレニンは、コラーゲン発現および細胞増殖に対するその効果について試験された。
図10(上部)に示されるように、25〜150μg/mLのキヌレニンの添加は、I型プロコラーゲンの発現を著しく減少させた。しかしながら、細胞が150μg/mLの濃度までのキヌレニンで培養された場合であっても、線維芽細胞の増殖における顕著な効果は見られなかった(
図11)。また、キヌレニンアナログ/代謝物、キヌレン酸、キサンツレン酸を試験すると、これらの化合物はまたI型プロコラーゲン(
図10下部)の発現を阻害するのに有効であることが示された。
【0085】
実施例8 − ウサギの耳の創傷へのキヌレニンの局所的適用が瘢痕化を低減する
キヌレニンによる皮膚線維芽細胞の処置が、MMP−1およびMMP−3の両方の発現における増加ならびにI型プロコラーゲン発現における減少を示したため、キヌレニンが抗線維化剤として肥厚性瘢痕の治療または予防に使用され得るのかどうかを調べることは興味深いと考えられる。以前に記載されているように(Rahmani−Neishaboorら、2010年;Kloetersら、2007年;Xieら、2008年)、ウサギの耳の肥厚性瘢痕のモデルが使用された。創傷後8日目から開始して3週間のあいだ、50μgのキヌレニンを含むカルボキシメチルセルロース(CMC)ゲル0.1mLで創傷が毎日処置された。創傷1か所あたり50ミリグラムのキヌレニンという用量は、最適な結果をもたらすインビトロ系において使用される量に一致するものである。この結果は、未処置またはCMCゲルで処置された対照のどちらと比較しても、キヌレニン処置された創傷において創傷閉鎖に対して有意な差異がないことを示した(データは示さず)。しかしながら、
図12Aに示されるように、キヌレニンで処置した創傷においては、3週間後、未処理の創傷またはビヒクルのみの対照創傷のと比較して、顕著により小さな瘢痕しか見られなかった。平均の瘢痕隆起指数(SEI)は、ビヒクルのみの対照群(1.978±0.442、n=4、p<0.01)および未処置群(2.098±0.324、n=4、p<0.001)と比較して、キヌレニン処置群(1.172±0.156、n=8)において、著しく低下した(
図12B)。コラーゲンに関するマッソントリクローム染色によって、未処置またはゲルのみの処置を受けた創傷と比較して、キヌレニンで処置された創傷におけるコラーゲン含有量が著しくに低下したことが明らかとなった(
図12C)。この発見と一致して、ヒドロキシプロリン含有量(組織コラーゲン含有量の指標として使用される)は、未処置またはゲルのみの処置を受けた創傷と比較して、キヌレニンで処置された創傷において著しく低かった(
図12D)。
【0086】
最終的に、発明者らは、ウサギの耳の線維化モデルにおけるキヌレニンの局所的適用が、未処置またはゲルのみの処置を受けた創傷と比較して、I型α1コラーゲンの発現を減少させ、そしてMMP−1の発現を増加させていることを示した(
図13)。これらの結果は、さらに、キヌレニンが肥大性瘢痕、および、熱傷または外科的切開を受けた患者において頻繁に見られるケロイドでさえを処置するための抗線維化因子として使用できる可能性があるという仮定を支持するものである。
【0087】
実施例9 − ヒト皮膚線維芽細胞におけるMMP−1発現に対するキヌレニンアイソフォームの効果
キヌレニンの種々のアイソフォームが、それらのMMP−1の発現に影響を与える可能性について試験された。試験されたアイソフォームは、DL−キヌレニン(DL−Kyn)またはD−キヌレニン(D−Kyn)およびL−キヌレニン(L−Kyn)であった。結果は、全てのアイソフォームが皮膚線維芽細胞におけるMMP−1の発現を増加させることが示したが、L−キヌレンは他の2つのアイソフォームと比較してより高い活性を有しているようである。
図14を参照のこと。
【0088】
実施例10 − ヒト皮膚線維芽細胞中のコラーゲン発現における種々のキヌレニンアイソフォーム/アナログの効果
図15に示されるように、皮膚線維芽細胞が、FS−1(DL−キヌレニン)またはD−キヌレニンまたはL−キヌレニンまたはFS
−2(キヌレン酸)のいずれかで処置された。I型α1コラーゲンの発現がリアルタイムPCRにより検出された。結果は、これらのアイソフォーム/アナログがコラーゲン発現を減少させることにおいて同様の効果を有していることを示す。
【0089】
実施例11 − キヌレニンおよびその代謝物は、培養線維芽細胞中のフィブロネクチン発現をダウンレギュレーションする
図16に示されるように、皮膚線維芽細胞が、さまざまな濃度のDL−キヌレニン(FS
1)、L−キヌレニン、D−キヌレニンまたはキヌレン酸(FS
2)のいずれかによって処置された。フィブロネクチンの発現は、リアルタイムPCRにより検出された。結果は、キヌレニン、DL−キヌレニンおよびL−キヌレニンは、全て、フィブロネクチン発現をダウンレギュレーションする能力を有していることを示しており、これは、キヌレニン代謝産物が線維増殖性障害の予防または治療にも適切である可能性があることを示している。
【0090】
実施例12 − キヌレニンおよび代謝物/アナログは、脾臓細胞に顕著な効果をもつ
図17に記載の発見は、96時間の100および150μg/mLのD−キヌレニン、L−キヌレニンまたはDL−キヌレニンを用いた処置後に、ConA誘発性脾細胞増殖においてほぼ5倍の低下が見られた(P<0.05)が、脾細胞増殖は、100および150μg/mLのD−キヌレニン、L−キヌレニンまたはDL−キヌレニンによって48時間後、約2倍顕著に減少していたことを示した。他の代謝産物と比較して、FS
2は増殖に対してあまり効果がない。
図18に記載の発見は、FS
1が、例えばIL−1、IL−2、CXCL9およびCXCL10などのいくつかの炎症性サイトカインおよびケモカインの産生に、免疫抑制効果があることを示した。そのうえ、炎症において重要な役割を果たしていると考えられているIL−17産生を顕著に低減し得る。
【0091】
実施例13 − 線維芽細胞におけるMMP1発現に対するキヌレン酸およびキヌレニンの持続的効果
線維芽細胞におけるMMP1発現に対するキヌレン酸(KynA)とキヌレニン(Kyn)の持続的効果を測定するために、細胞は、100μg/mLの薬剤で処理された。処理後48時間で、培地が新鮮な培地と交換され、そして細胞が、処置後0、12、24、48時間で取り出され収集された。処置後48時間で、KynAまたはKyn処置のいずれかに応答した、線維芽細胞のMMP1発現の顕著な増大が見られた。KynおよびKynAの除去後、MMP1発現は、その後24時間、未処理の細胞と比較して顕著に高い状態に維持された(
図19A)。興味深いことに、MMP1タンパク質発現は、Kynの除去後の48時間以内に徐々に正常レベルへと低下した一方、KynAに応答したMMP1発現は対照より高く維持続された(
図19A)。
図19Bは、
図19Aに示されているデータの定量的な分析を示している(*P値<0.05、**P値<0.01、n=4)。これらの結果から、処置された線維芽細胞において、Kynと比較してKynAはMMP−1の発現においてより長く持続する効果を有しているようである。
【0092】
さまざまな実施形態が本書に開示されているが、多くの改変および変更は、当該技術分野における当業者の一般常識にしたがって、本発明の範囲内で行われ得る。このような変更は、実質的に同じ方法で同じ結果を達成するために、本発明の任意の態様に対する公知の等価物による置換を含む。数値範囲は範囲を規定している数値を包含する。「含む(comprising)」という用語は、「を含むがこれらに限定されない」という表現と実質的に同等の非限定的用語として本明細書で使用され、そして「含む(comprises)」という用語は対応する意味をもつ。本明細書で使用される通り、文脈によって明確に指示されない限り、単数形の「a」、「an」および「the」は複数も含む。したがって、例えば、「1つのもの(a thing)」に対する言及はそのようなものを二以上含む。本明細書中の参考文献の引用は、このような参考文献が本発明の実施形態に対する先行技術であると認めるものではない。本発明は本明細書中の上記に実質的に記載されたおよび実施例および図面に実質的に関連する全ての実施形態および変更形を含む。
【0093】
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