【実施例】
【0060】
1.方法
患者
POLG欠損症を患っている3人の患者由来の細胞を実験に採用した。全ての対象は我々の治験審査委員会及びヘルシンキ宣言に従ってインフォームドコンセントを提出した。POLGにおける突然変異(RefSeq NP_001119603.1)はサンガー法シーケンシングによって3人の患者全てにおいて特定された。全DNAを、線維芽細胞からQiaAMP Mini(Qiagen)を用いて単離し、関心対象の突然変異部位を含む約500bpのフラグメントを、下記プライマー対及びrTaq(Takara)を用いて従来型PCRによって増幅した:
【0061】
使用したプライマーは以下のとおりであった:
プライマー1(R309C、925 c→t)
順方向プライマー GTCCACACCACCAAGCAGT(配列番号2)
逆方向プライマー GGTCCCAAGCACTATGCTCC(配列番号3)
プライマー2 (W748S c.2243G→C)
順方向プライマー CCTTGCTGAATGCAGGTGCT(配列番号4)
逆方向プライマー TGTGCCTGAAATCACACTCTGT(配列番号5)
プライマー3(G848S c.2542G→A)
順方向プライマー ATGGTCTGCTGAGTGGTTGT(配列番号6)
逆方向プライマー CCCTCAGAGCCCAGTTTCTAC(配列番号7)
プライマー3(E1143G c.3428A→G)
順方向プライマー CCCAGTTTATGACCAGCCGT(配列番号8)
逆方向プライマー CAAGGAACGCTCACCCAAAG(配列番号9)
プライマー4(V1177L c.3529G→C)
順方向プライマー AGGGGAAGCCCTGCTCTAAG(配列番号10)
逆方向プライマー ACAAATGTGTTGTGCTCACCC(配列番号11)
【0062】
シーケンシング反応を、同じプライマー及びBigDye v3.1シーケンシングキット(Life Technologies)を用いて実施し、BigDye X−Terminator精製キット(Life Technologies)によって精製し、そしてABI 3130シーケンサー(Applied Biosystems)で配列決定した。患者1(p.R309C突然変異についてホモ接合性)は重度の神経学的表現型(神経障害、脳症、MNGIE様)を患っていて、20歳で死に至った;患者2(p.W748S及びp.G848S突然変異について複合ヘテロ接合体)は重症度の低い表現型であるが主に神経学的(神経障害、神経科的症状、MNGIE様)を患っていた;患者3(シスp.V1177L及びp.E1143Gにおける2つの優性アミノ酸変化についてヘテロ接合体)はPEO(進行性外眼筋麻痺)、神経科的症状及び近位筋脱力の優性遺伝の周知のパターンを提示した。3人の患者全てからの骨格筋はmtDNA欠失の蓄積を示したが、顕著な枯渇は示さなかった。
【0063】
細胞培養
初代培養線維芽細胞を患者1〜3及び4人の健常ドナーの皮膚バイオプシーから入手した。全ての対象は我々の治験審査委員会及びヘルシンキ宣言にしたがってインフォームドコンセントを提出した。
【0064】
細胞を、37℃及び5%CO
2の加湿インキュベータ中で、2mMのL−グルタミン、100U/mLのペニシリン及びストレプトマイシンを追加した4.5g/Lのグルコース、並びに10%透析ウシ胎仔血清(FBS)(Invitrogen)を含むダルベッコ修飾イーグル培地(DMEM)中、9.5cm
2の6ウェルプレート中に播種した。緊密なコンフルエンスに達した後、FBSを0.1%まで減じて休止を誘導し、そして5ng/mlのEtBr(エチジウムブロマイド、Merck)での同時処理を開始した(0日、t0)。細胞培地を同じ処理で2〜3日ごとに2週間置換した。第14日(t14)に、EtBrを細胞培地から除去し、全ての細胞のセットの処理を200μΜの4つのデオキシヌクレオシド(dN)全て:dAdo(デオキシアデノシン、Sigma)、dCtd(デオキシシチジン、Sigma)、dGuo(デオキシグアノシン、Sigma)、dThd(デオキシチミジン、Sigma)、及び5μΜのEHNA(Sigma)で開始した。細胞のセットを未処理のままにし、全てのパラメータを平行してモニターした。細胞培地を同じ処理で2〜3日おきに更に12日間置換した。第16又は17日に、培地を集め、更に使用するまで−20℃で保存した。DNA分析のために、細胞を第0、7、14、21、及び26日にトリプシン処理によって収集し、リン酸緩衝食塩水で洗浄し、ペレット化し、そしてDNA単離まで−20℃で保存した(
図2)。QiaAMP DNA mini kit(Qiagen)を使用して全DNAを単離した。
【0065】
細胞培養培地中のデオキシヌクレオシド安定性の評価
dN及びいくつかの関連する代謝産物を、タンデム質量分析と結合した液体クロマトグラフィー(LC−MS/MS)によって、Acquity UPLC−MS/MS装置(Acquity UPLC−Xevo(商標)TQ Mass Spectrometer,Waters,Milford,MA)を使用して、以前に記載されているようにして測定した[2]。細胞培地を14,000×g及び4℃で30分間限界ろ過(3kDa Amicon Ultra filters,Millipore)によってタンパク質除去した後、LC−MS/MSシステムに注入した。
【0066】
mtDNA調査
mtDNAコピー数は以前に記載されたように定量的PCRにより評価した[2]。
【0067】
PCR条件及びNishigaki et al.[30]で開示されたプライマーに従ってロングレンジPCRブロットによってmtDNA欠失を調査した:
【0068】
順方向プライマー(F1142〜1516):
ACCGCCCGTCACCCTCCTCAAGTATACTTCAAAGG(配列番号12)
逆方向プライマー(R1180〜1146):
ACCGCCAGGTCCTTTGAGTTTTAAGCTGTGGCTCG(配列番号13)
【0069】
2.結果
EtBr曝露はPOLG欠損休止線維芽細胞においてより大きなmtDNA枯渇を誘導する。
【0070】
mtDNA枯渇の治療可能性を試験する場合の重要な制限は、多くの場合、MDDS患者由来の細胞が細胞培養においてmtDNA異常を示さないという事実である。この理由から、mtDNA複製に影響を及ぼす分子欠陥を証明するために、異なるモデルが開発された。EtBr曝露は、培養された細胞においてmtDNA枯渇させるため、そして正常なmtDNAレベルを回復するそれらの複製能力を分析するために、最新技術で繰り返し用いられてきた(Pontarinet al.“Mammalian ribonucleotide reductase subunit p53R2 is required for mitochondrial DNA replication and DNA repair in quiescent cells”,2012,PNAS,v.109(33),pages 13302−13307)。mtDNA枯渇を健常対照とPOLG欠損静止細胞の両方において、5ng/mlのEtBrに14日間曝露することによって誘導した。すべての細胞において著しいmtDNA枯渇が観察された。しかしながら、全てのPOLG欠損細胞は、健常対照から得られた線維芽細胞株において観察されるものと比べて線維芽細胞株においてより高度のmtDNA枯渇を経験した(mtDNA残留レベル±SEの平均百分率:17.5±2,3%、対照細胞:39.68±6.6%)。このデータは、POLG突然変異に起因する分子欠陥が複製プロセスのEtBr障害を悪化させ得ることを示唆する。
【0071】
POLG欠損線維芽細胞は、dN+EHNAの組み合わせで処理された場合、EtBr強制枯渇後のmtDNAレベルを完全に回復する。
【0072】
EtBr除去後、4つのdN全てで細胞培養培地の補足のmtDNAレベル回復に対する影響を調査した。dAdoが細胞外及び細胞内酵素分解に特に敏感であることが、主にADA(アデノシンデアミナーゼ)によって以前に報告された[2]。従って、dAdo異化作用の部分阻害を発揮し、その安定性を改善するために、培地に等モル濃度の全ての4つのカノニカルdN(200μΜのdGuo、dAdo、dThd、及びdCtd)+5μΜのEHNA(Sigma)を添加した。Camara Y.et al.,2014[2]で開示されたものと同じプロトコルにしたがって、16〜17日で、添加されたdNの濃度を測定し、また2〜3日ならし培地中のそれらの誘導代謝産物の一部を測定した。部分分解にもかかわらず、全ての場合で残存する全てのdNの濃度は最初に添加されたものの70%より高かった(表2)。対照又は患者由来の細胞からの馴らし培地間でdN安定性における有意差は観察されなかった。
【0073】
【表1】
【0074】
結果は、3つの異なるPOLG欠損細胞株及び4つの対照細胞株からの平均±SDである。dUrd:デオキシウリジン;dIno:デオキシイノシン。
【0075】
mtDNA回復を、dN補足の存在下または不在下のいずれかでEtBr除去の前後でモニターした(Camara Y.et al.,2014[2]のプロトコルと同じプロトコルに従う)。対照細胞からのmtDNAコピー数はdN処置に関係なくEtBr除去の12日後に初期レベルの100%を超える値に達した(mtDNA残留レベル±SEの平均百分率:129.8±35.2%処置なし、153.9±40.6%処置あり)。反対に、POLG欠損細胞はdNを追加しなければ正常なmtDNAレベルを回復できなかった(26.6±1.5%)。
【0076】
【表2】
【0077】
値は、0日のmtDNAコピー数に対するmtDNAコピー数の百分率として表す。EtBrで誘発された枯渇の後、細胞を実験第14日からdN+EHNAで処理するか又は処理しない。
【0078】
表3に示す結果から、カノニカルヌクレオシドの投与により、MDDS患者において健常な対象で見られるものに匹敵するmtDNAレベルを達成するのが可能になると結論づけることができる(150.3±21.9%、表3)。従って、このデータは、ヌクレオシドの投与が、dNTP代謝欠陥におけるもの以外の欠陥に起因するMDDSを患っている患者において、mtDNAレベルを「健康な」状態に関連するレベルまで回復できることを表し、この種類の疾患の治療における組み合わせの治療可能性を表す。
【0079】
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