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特許7423331皮膚光老化抑制・改善剤のスクリーニング方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-19
(45)【発行日】2024-01-29
(54)【発明の名称】皮膚光老化抑制・改善剤のスクリーニング方法
(51)【国際特許分類】
   G01N 33/68 20060101AFI20240122BHJP
   G01N 33/15 20060101ALI20240122BHJP
   G01N 33/50 20060101ALI20240122BHJP
【FI】
G01N33/68
G01N33/15 Z
G01N33/50 Z
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2020016178
(22)【出願日】2020-02-03
(65)【公開番号】P2021124313
(43)【公開日】2021-08-30
【審査請求日】2022-09-27
(73)【特許権者】
【識別番号】591230619
【氏名又は名称】株式会社ナリス化粧品
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 奈緒美
【審査官】高田 亜希
(56)【参考文献】
【文献】特開2009-084164(JP,A)
【文献】特開2002-326922(JP,A)
【文献】特開2003-081835(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2019/0290574(US,A1)
【文献】大澤 俊彦,代謝性疾患と食品因子,生物機能開発研究所紀要,vol.7, 75-90,日本,2007年
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01N 33/48 -33/98
JSTPlus/JMEDPlus/JST7580(JDreamIII)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ニトロ化エラスチンの減少を指標としたエラスチン線維の異常沈着改善剤のスクリーニング方法
【請求項2】
ニトロ化エラスチンの減少を指標としたエラスチン線維の異常沈着改善によるシワ、ハリ、たるみ改善剤のスクリーニング方法
【請求項3】
前記ニトロ化エラスチン量の減少が、既存のニトロ化エラスチンの分解を作用機序とする請求項1又は請求項2に記載のスクリーニング方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
皮膚は、加齢に伴い老化して弾力を喪失し、ハリの低下や、シワ、たるみ等の変化を生じる。特に顔面など慢性的な紫外線の影響を受けやすい部位では、顕著にシワやたるみ、シミが形成する。これら紫外線暴露部で起こる皮膚老化は特に光老化と呼ばれ、この防止および改善は皮膚外用剤研究者にとって、最も大きな課題の一つである。
【0002】
皮膚の支持組織である真皮は膠原線維(コラーゲン線維)、弾性線維(エラスチン線維)等の細胞外基質が主となり構成される。コラーゲン線維は皮膚の強度、エラスチン線維は皮膚の柔軟性、弾力性に寄与する。光老化部真皮では、コラーゲン線維の減少、エラスチン線維の異常沈着(線維肥厚や無定形塊蓄積など)が生じていることが知られており、これら線維の異常は皮膚の強度や柔軟性の喪失をもたらす。光老化部位では皮膚の硬度が増加しており、また特に光老化により生じたシワ部位では皮膚の弾力性が低下していることが報告されていることから、光老化の進行には異常沈着したエラスチン線維が関与すると考えられる(非特許文献1、2)
【0003】
エラスチン線維は、前駆体であるトロポエラスチンタンパク質から切断され生成するエラスチンタンパク質がミクロフィブリル上に連なり、架橋されることで弾力性を持った線維として形成される。また形成されたエラスチン線維はエラスターゼ等の細胞外基質切断酵素により切断され、ターンオーバーが生じることも知られている。光老化部で観察されるエラスチン線維の肥厚・無定形塊蓄積は、長期間の紫外線への暴露によりエラスチン線維を構成するエラスチンタンパク質が変性し、その結果エラスターゼ等分解酵素による分解速度が低下し、変性したエラスチン線維が真皮で異常沈着することで生じると考えられる。
【0004】
従来用いられてきたシワ、たるみ、ハリ等を改善する光老化改善剤は、コラーゲン線維、エラスチン線維を増加させるまたはそれらの分解を抑制することを目的としたものが多く用いられてきた。しかしながら、特にエラスチン線維を対象にしたものにおいては、エラスチン線維を増加またはその分解を抑制することにより、光老化部位で生じた弾力性の低下を補うためにエラスチン線維を増加させることを目的としたものである。そのため、光老化部位で生じるエラスチン線維の異常沈着を抑制することは出来ず、光老化の進行に対して根本的な改善をもたらすものではなかった。
【0005】
一方でタンパク質のニトロ化は、生体内で発生した活性窒素種によって生じるタンパク質翻訳後修飾のひとつであり、タンパク質を構成する芳香族アミノ酸のチロシン、トリプトファンの残基中のベンゼン環にニトロ基が付与されたものである。ニトロ化反応はアミノ酸中のベンゼン環が、活性窒素種により形成されるニトロニウムイオン(NO )や二酸化窒素ラジカルなどと求電子置換反応をおこすことで生じる(非特許文献3)。生体内に存在する多くのタンパク質中のトリプトファンの含有率はチロシンのそれよりもはるかに小さく、タンパク質のニトロ化反応は主にチロシン残基に生じると考えられている(非特許文献4)。タンパク質のニトロ化が生じると、酵素やチロシンキナーゼ型受容体の機能低下を引き起こすことで、細胞機能に影響を及ぼすことが知られる(非特許文献5)。また、タンパク質中のニトロチロシンは加齢に伴う数々の疾患(動脈硬化や脳虚血疾患など)で蓄積することが知られており、これらの疾患に関与することが報告されている(非特許文献6)。ニトロチロシンは皮膚中に存在することが知られており、特に角層中に存在するニトロチロシンは皮膚色と関連する(特許文献1、特許文献2)。しかしながら光老化部皮膚でのエラスチンの異常沈着との関係については知られていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2017-181423
【文献】特開2017-178899
【非特許文献】
【0007】
【文献】Exp. Dermatol.、2019、28(8):914-921
【文献】J. Dermatol. Sci.、2007、47(3):233-9
【文献】Chem. Res. Toxicol.、2009、22(5):894-898
【文献】Front. Chem.、2016、3:70
【文献】Diabetes、2008、57(4):889-98
【文献】Science、2000、290(5493):985-9
【発明の概要】
【0008】
このような状況下、本発明者は光老化部皮膚でのエラスチンの異常沈着にかかわる新たな因子を探索したところ、光老化部皮膚で異常沈着しているエラスチン線維の構成アミノ酸にはニトロ化修飾が生じていることを見出した。そこで鋭意検討の結果、エラスチンのニトロ化は紫外線照射により増加すること、またニトロ化はエラスチンの凝集を促進する特性があること、およびエラスターゼによる分解に対して抵抗性を付与することを見出した。つまり、紫外線照射によりエラスチン線維に生成したニトロ化物が光老化部でのエラスチン線維の異常沈着に寄与することを突き止めた。
【0009】
更に発明者は、さらにニトロ化して凝集したエラスチン線維は硬度が増加し、弾力性が低下すること、加えて真皮に存在する線維芽細胞の活性にも影響を及ぼすことを見出した。
【0010】
以上の新知見から、ニトロ化物の生成を抑制する、またニトロ化物を分解することで皮膚真皮中のニトロ化エラスチンの存在量を制御することにより、光老化に伴うエラスチン線維の異常沈着を抑制し、皮膚の硬化および皮膚弾力性の低下、それに伴うシワ、たるみの形成、ハリの低下等を予防又は改善することができる物質を評価、選択することができると確信し、本発明に至った。
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
皮膚の硬化、皮膚弾力性の低下を抑制することにより、光老化に伴う皮膚のシワ、たるみ、ハリの低下を予防および改善することができる物質のスクリーニング方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
エラスチンタンパク質のアミノ酸残基に生じるニトロ化物量、およびニトロ化により惹起されるエラスチンタンパク質の凝集を指標とすることで上記課題を解決した。
【0013】
本発明は、以下のスクリーニング方法を提供するものである。
〔1〕ニトロ化物量を指標とした光老化改善剤のスクリーニング方法
〔2〕ニトロ化物量を指標としたシワ、ハリ、たるみ改善剤のスクリーニング方法
〔3〕ニトロ化物量を指標とした皮膚の弾力性低下改善剤のスクリーニング方法
〔4〕ニトロ化物量を指標とした皮膚の硬化抑制剤のスクリーニング方法
〔5〕ニトロ化物量を指標とした細胞外基質タンパク質の凝集改善剤のスクリーニング方法
〔6〕前記ニトロ化物量の指標が、ニトロ化物量の減少である〔1〕乃至〔5〕いずれかに記載のスクリーニング方法。
〔7〕前記ニトロ化物量の減少が、ニトロ化物の新規生成の抑制、または既存のニトロ化物の分解を作用機序とする〔1〕乃至〔6〕いずれかに記載のスクリーニング方法。
〔8〕前記ニトロ化物が芳香族アミノ酸のニトロ化物またはこれを構成アミノ酸とするニトロ化タンパク質である〔1〕乃至〔7〕いずれかに記載のスクリーニング方法。
〔9〕前記芳香族アミノ酸のニトロ化物がニトロチロシン、3,5-ジニトロチロシン、ニトロトリプトファン、ニトロフェニルアラニン、2,4-ジニトロフェニルアラニン、ニトロシステインから選択される少なくとも1種以上である〔1〕乃至〔8〕いずれかに記載のスクリーニング方法。
〔10〕前記細胞外基質タンパク質がエラスチンである〔5〕記載のスクリーニング方法。
〔11〕ニトロ化に起因するエラスチンの凝集を指標とした光老化改善剤のスクリーニング方法
〔12〕ニトロ化に起因するエラスチンの凝集を指標としたシワ、ハリ、たるみ改善剤のスクリーニング方法
〔13〕ニトロ化に起因するエラスチンの凝集を指標とした皮膚の弾力性低下改善剤のスクリーニング方法
〔14〕ニトロ化に起因するエラスチンの凝集を指標とした皮膚の硬化抑制剤のスクリーニング方法
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、ニトロ化物量を指標に用いることにより、光老化に伴うエラスチン線維の異常沈着を抑制する新たな物質のスクリーニング方法が提供される。加えて、ニトロ化物量またはエラスチンの凝集を指標とすることで、皮膚の硬度の増加、皮膚弾力性の低下を抑制することができ、それに伴うシワ、たるみの形成、ハリの低下を改善する新たな物質のスクリーニング方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】非露光部および光老化部皮膚切片中のエラスチン線維、ニトロチロシンの局在を示す図である。
図2】UV-Aの照射により増加したニトロ化タンパク質量を示す図である。
図3】UV-Aの照射により増加したニトロ化エラスチン量を示す図である。
図4】ニトロ化エラスチンの凝集を示す図である。
図5】ニトロ化エラスチン線維の凝集を示す図である。
図6】エラスターゼによるニトロ化エラスチンの分解率を示す図である。
図7】ニトロ化エラスチンゲルシートの硬度を示す図である。
図8】ニトロ化エラスチンゲルシートの弾力性を示す図である。
図9】ニトロ化エラスチンファイバー上で培養した線維芽細胞の遺伝子発現量を示す図である。
図10】各種被験物質のニトロチロシン生成抑制活性を示す図である。
図11】各種被験物質のニトロチロシンの分解活性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明は、エラスチン線維の凝集を抑制し、皮膚の硬化および皮膚弾力性の低下、それに伴うシワ、たるみの形成、ハリの低下といった光老化の兆候を予防又は改善することができる物質を評価、選択する方法である。
【0017】
本発明で指標となるニトロ化物は、化合物としてのニトロ基含有化合物のほか、ニトロ化されたペプチド或いはタンパク質が挙げられる。ニトロ基含有化合物としてはニトロチロシンや3,5-ジニトロチロシン、ニトロトリプトファン、ニトロフェニルアラニン、2,4-ジニトロフェニルアラニン、S-ニトロシステイン等、ニトロ化タンパク質を構成するアミノ酸残基となりうる化合物が挙げられる。またニトロ化されたペプチドあるいはタンパク質としては、前述のアミノ酸残基となりうる化合物を構成物中に含むペプチドまたはタンパク質が挙げられる。
【0018】
本発明の「ニトロ化物量を指標とする」とは、任意の方法を用いてニトロ化物の存在量を効果判定の基準にするという趣旨である。例えば、被験物質の存在により、ニトロ化物量を無添加群より減少させることができる場合、効果ありと判定することができる。なおこの時のニトロ化物量の減少は、ニトロ化物の新規生成の抑制による場合、または既存のニトロ化物の分解による場合のどちらでもあり得る。いずれの作用機序に起因するかは後述する方法により選別することができる。
【0019】
ニトロ化物の新規生成の抑制を作用機序とするニトロ化物量減少物質をスクリーニングする場合は、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、またはこれらの含有物とニトロ化試薬とを混合し、ニトロ化物を生成させる系において、被験物質の存在の有無により系中に生成されるニトロ化物を減少させる物質を選択すればよい。この場合において、例えばアミノ酸としては、チロシン、トリプトファン、フェニルアラニン、システイン等を用いることができる。ペプチドとしては、前述のアミノ酸を含むアミノ酸が約2-50個程度連続して結合した構造をとる物質を用いることができる。タンパク質としては、前述のアミノ酸を構成物中に含みペプチドよりも分子量が大きな物質であり、例えばエラスチンやコラーゲン等の細胞外基質タンパク質のほか、アルブミンやカゼイン、スキムミルク等のタンパク質試薬等を用いることができる。また、これらの含有物としては、例えばテープストリッピングや研磨材等により収集した角層や、真皮線維芽細胞等の培養細胞の細胞破砕物などの混合物を用いることができる。
ニトロ化試薬としては、ペルオキシナイトライト等の活性窒素種を直接用いるほか、試験系中に活性窒素種を発生させることができる化合物群を混合して用いても良い。例えば、一酸化窒素とスーパーオキシドアニオンを混合する、またはミエロペルオキシダーゼ(MPO)とNaNO、過酸化水素等と混合することによる。加えて、ニトロニウムイオンを発生させるテトラニトロメタンや硝酸などの試薬等を用いることもできる。このほか、塩化ニトロイルやニトロソペルオキシカルボキシレート、またアジ化ナトリウムおよびカタラーゼ等の試薬を用いることもできる。ニトロ化自体は公知の手法を用いることができる。また本発明では、化合物あるいはタンパク質含有物と被験物質、ニトロ化試薬を混合する順番やタイミングは問わず、両者が試験系中で共存するタイミングがあればよい。
【0020】
既存のニトロ化物の分解を作用機序とするニトロ化物量減少物質をスクリーニングする場合は、任意のニトロ化物と被験物質を混合したとき、一定時間後にニトロ化物の存在量を減少させるものを選択すればよい。ニトロ化物と被験物質を混合する順番やタイミングは問わず、両者が試験系中で共存するタイミングがあればよい。
この場合に使用するニトロ化物は前述のニトロ化物をそのまま使用する他、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、またはこれらの含有物とニトロ化試薬とを反応さてニトロ化物としたものを使用することができる。この場合は、両者を十分に反応させ、反応が終了したものを用いることが好ましい。
【0021】
ニトロ化物の測定方法は、公知の方法で行うことができる。例えば、吸光度法、免疫染色法、ウエスタンブロッティング、放射免疫測定(Radioimmunoassay)、ELISA、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、質量分析法、NMR法等を用いて直接的に存在量を測定することができる。また、ニトロ化物としてニトロ化ペプチド或いはニトロ化タンパク質量を測定する場合は、例えばニトロ化ペプチド或いはニトロ化タンパク質を酵素処理等にて分解し、得られた単離ニトロ基や単離ニトロ化アミノ酸残基の量を測定したものをニトロ化ペプチド量あるいはニトロ化タンパク質量とし、これらをニトロ化物量として把握しても良い。
また、ニトロ化物の新規生成の抑制を作用機序とするニトロ化物量減少物質をスクリーニングする場合には、上記の直接的な測定方法に加え間接的にニトロ化物量を測定する方法も用いることができる。間接的なニトロ化物測定方法として、反応後に系中に残存するニトロ化試薬の存在量や、被験物質とニトロ化試薬が反応して生成した反応副産物の存在量を測定することで、系中に存在するニトロ化物量を間接的に推定することもできる。例えば、被験物質を未添加の試験系と比較して、被験物質が存在する系中において反応後系中にニトロ化試薬の存在量が多い場合、反応していないニトロ化試薬が多く反応生成物のニトロ化物の存在量が少ないことが推定される。また、被験物質を未添加の試験系と比較して、被験物質が存在する系中において、被験物質とニトロ化試薬の反応により生成する反応副産物の存在量が多い場合、ニトロ化物量の存在量が少ないことが推定される。このようにニトロ化物の新規生成の抑制を作用機序とするニトロ化物量減少物質をスクリーニングする場合のニトロ化物の測定方法には、直接的な測定に加えて間接的な測定によりニトロ化物量を把握してもよい。
【0022】
本発明における「ニトロ化に起因するエラスチンの凝集を指標」とした試験で用いるエラスチンは、特に限定されないが、ヒト、ラット、ウシ、ウサギ、サケ等を含む脊椎動物から抽出された、成熟したエラスチン線維あるいはそれを構成するエラスチンタンパク質を用いることができる。エラスチンタンパク質としては成熟したエラスチン線維から抽出された可溶性エラスチンタンパク質または不溶性エラスチンタンパク質、またはエラスチン線維の前駆体タンパク質であるトロポエラスチンタンパク質、およびそれらの加水分解物等が用いられる。また、上記生物のトロポエラスチン遺伝子を大腸菌や酵母等の微生物細胞にトランスフェクションし、人工的に産生させたリコンビナントのトロポエラスチンタンパク質やエラスチン線維、あるいは大腸菌やコムギ胚芽、培養細胞など抽出液中の酵素を用いた無細胞系にて産生されたリコンビナントのトロポエラスチンタンパク質やエラスチン線維を用いることもできる。加えて、これらの方法にて作製されたトロポエラスチンタンパク質を用い、人工的に架橋し調製したエラスチン線維を用いてもよい。
【0023】
本発明における「ニトロ化に起因するエラスチンの凝集」とは、エラスチンがニトロ化されたことによって生じるエラスチン線維又はエラスチンタンパク質の分子若しくは複合体を含む重合集合体が形成された状態をさし、可視的な沈殿物が形成される程度にまで達したものも含まれる。エラスチンの重合集合体の重合形態は、分子間イオン結合、疎水相互作用、ファンデルワールス力等によるものを含まれる。
【0024】
本発明でいう「ニトロ化に起因するエラスチンの凝集を指標とする」とは、ニトロ化によって生じるエラスチンの凝集の有無、程度を効果判定の基準にするという趣旨である。例えば、被験物質の添加により、エラスチンタンパク質またはエラスチン線維にニトロ化処理を行った際の重合集合体の形成を抑制することができる場合、効果ありと判定することができる。凝集の評価方法としては、公知の方法を用いることができる。電気泳動やゲル浸透クロマトグラフィー、限外濾過法、質量分析計等にてタンパク質の重合集合体の分子量を評価する方法において凝集の有無や程度を判断することができ、例えばニトロ化処理を行ったエラスチンタンパク質の分子量が、ニトロ化処理を行っていないエラスチンタンパク質のそれと比べて2倍以上大きい分子量の物質が増加した場合、重合集合体が増加・形成されたと判断することができる。また、チオフラビンT等、凝集分子間に保持される凝集指示薬等を用いることで凝集の有無や程度を判断することもできる。あるいは凝集にともなう溶液の屈折率の変化や凝集沈殿物の発生を光散乱法や吸光度法、または凝集に伴う分子形態の変化を顕微鏡等にて目視で直接評価することで凝集の形成を判断することもできる。ニトロ化処理を行ったエラスチン線維については、走査型電子顕微鏡等の微細構造を観察できる顕微鏡を用いて分子同士が隣接し接触した凝集形態に変化したことを直接観察することで凝集の有無や程度を判断することができる。凝集の評価方法は、上記に限定されない。
【0025】
被験物質は、特に制限はない。動物由来エキス、菌類の培養物、又はこれらの酵素等処理物、化合物又はその誘導体等であっても被検物質として用いることが出来、液状の他、粉末状、ジェル状等であっても差し支えない。被験物質に応じてニトロ化量の分析方法、およびエラスチンの凝集の分析方法を適宜選択すればよい。
【実施例
【0026】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【0027】
<実験1>非露光部および光老化部皮膚切片中のエラスチン線維およびニトロチロシンの局在
以下の手順で、皮膚切片中のエラスチン線維、ニトロチロシンを検出した。
インフォームドコンセントを得たのちに採取した光老化部皮膚(前腕部、60代男性由来)、正常皮膚(腹部、30代男性由来)をホルマリン固定したのちパラフィンに包埋して切片を作成し、一次抗体に抗ニトロチロシン抗体(Millipore社)、エラスチン抗体(SantaCruz社)、二次抗体にAlexaFluor(登録商標)488標識抗マウス抗体(Abcam社)、AlexaFluor(登録商標)594標識抗ウサギ抗体(Ivnitrogen社)を用いて免疫染色し、蛍光顕微鏡(キーエンス社)にて蛍光像を観察した。
図1に示すように、非露光部皮膚では、エラスチン線維は真皮全体に分布しており、ニトロチロシンとは共局在していない。一方、露光部皮膚では真皮上部にエラスチン線維が多数沈着しており、かつその一部にニトロチロシンが共局在していることが確認され、露光部皮膚にニトロ化エラスチンが存在することが示唆された。
【0028】
<実験2>UV照射によるニトロ化タンパク質量の増加
以下の手順で、UVを照射した線維芽細胞で生じるニトロ化タンパク質を検出した。
ヒト真皮線維芽細胞を、牛胎児血清10%を加えたダルベッコMEM(D-MEM)培地に懸濁し、30mm培養ディッシュに播種し、37℃、5%CO/95%空気の加湿条件で5日間培養した。培地を捨て、Phosphate Buffered Saline(PBS(-))を添加した後、UVクロスリンカー(Analytik Jena社)を用いて2J/cmの強度で細胞にUV-Aを照射した。ディッシュ中のPBS(-)を捨て、新しい血清含有D-MEM培地を添加し、37℃、5%CO/95%空気の加湿条件で3日間培養した。培養終了後、培地を捨て、PBS(-)で細胞を洗浄した後、RIPA Buffer(0.1%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、50mM Tris-HCl(pH7.4)、150mM NaCl、1% TritonX-100、0.5%デオキシコール酸、1mM Phenylmethylsulfonyl fluoride(PMSF)、10μg/mLアプロチニン)を添加して細胞を溶解し回収した後、95℃で5分間加熱し、超音波破砕処理を行った。細胞破砕物中の総タンパク質量はBCA法、ニトロチロシン量はNWLSSTM Nitrotyrosine ELISA(Northwest Life Science Specialties社)にて定量した。
図2に示すように、UV-Aを照射したサンプルでは、無照射のコントロールのサンプルに対して線維芽細胞破砕物中のニトロチロシン量が増加していることが確認され、UV-A照射によりニトロ化タンパク質が増加することが示された。
【0029】
<実験3>UV照射によるニトロ化エラスチンタンパク質量の増加
以下の手順で、UVを照射した線維芽細胞で生じるニトロ化エラスチンを検出した。
ヒト真皮線維芽細胞を、牛胎児血清10%を加えたダルベッコMEM(D-MEM)培地に懸濁し、30mm培養ディッシュに播種し、37℃、5%CO/95%空気の加湿条件で5日間培養した。培地を捨て、PBS(-)を添加した後、UVクロスリンカー(Analytik Jena社)を用いて1-2J/cmの強度で細胞にUV-Aを照射した。ディッシュ中のPBS(-)を捨て、新しい血清含有D-MEM培地を添加し、37℃、5%CO/95%空気の加湿条件で1-3日間培養した。これを5回繰り返しながら、計17日間培養した。培養終了後、培地を捨て、PBS(-)で細胞を洗浄した後、LysisBuffer(0.5% SDS、2mM EDTA、1mM PMSF、10μg/mLアプロチニン)を添加して細胞を溶解し回収した後、95℃で5分間加熱し、超音波破砕処理を行った。ここに5倍量のIP Buffer(50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、1%(v/v)TritonX-100、1mM PMSF、10μg/mLアプロチニン)を添加し混合したものをTotal Fractionとした。Total Fractionの細胞破砕物200μgとマグネチックビーズ標識抗ニトロチロシン抗体(Millipore社)20μLを混合し、4℃で一晩転倒混和した。遠心分離にてビーズ標識抗体複合体を分離後、上清を破棄し沈査に2×Sample Buffer(0.1M Tris-HCl(pH6.8)、4% SDS、10% 2-メルカプトエタノール、20%グリセロール、0.1%ブロモフェノールブルー)を25μL添加し、95℃で5分間加熱処理したものをIP Fractionとした。7.5%ポリアクリルアミドゲルにTotal Fraction、IP Fractionの細胞破砕物を等量ずつアプライし、2時間程度電気泳動した。ゲル中のタンパク質をPVDF膜にトランスファー後、5%スキムミルクで30分間ブロッキングし、抗エラスチン抗体(SantaCruz社)を添加して4℃で一晩インキュベートした。抗体を洗浄後、HRP標識抗マウス抗体(GE Healthcare社)を添加して室温で2時間インキュベートした後、抗体を洗浄し、PVDF膜上に発光基質(Invitrogen社)を滴下し、iBright CL1500(Invitrogen社)にて化学発光を検出した。
図3に示すように、同サンプルからニトロチロシン抗体にて免疫沈降を行いニトロチロシンを単離回収したところ、免疫沈降を行う前のサンプル(Total Fraction)ではUV-A照射に関わらずサンプル中のトロポエラスチン量にはほとんど差がなかったが、免疫沈降サンプル(IP Fraction)では、無照射に対しUV-A照射サンプルでは線維芽細胞破砕物中のエラスチンタンパク質量が増加していることが示された。つまり、線維芽細胞へのUV-A照射により、エラスチンタンパク質にニトロ化が増加したことが確認された。
【0030】
<実験4>ニトロ化処理によるエラスチンの凝集
以下の手順で、Peroxynitrite処理したトロポエラスチンタンパク質の分子量の変化およびエラスチン線維の形態変化を検出した。
<分子量変化の検出>
0.2Mリン酸緩衝液(pH7.5)にトロポエラスチンタンパク質(SIGMA社)を1mg/mLの濃度で溶解し、Peroxynitrite(Dojindo社)を100μMになるよう添加した。37℃で1日間インキュベートした後、10×Blue native PAGE Sample Buffer(5%(w/v)CBB-G250、0.5M 6-aminocaproic acid、0.1M Bis-Tris(pH7.0)、50% Glycerol)を1/10量添加し、4℃で10分間静置した。4-16%ポリアクリルアミドグラジエントゲル(Invitrogen社)に20μLずつアプライし、泳動槽の陽極側にAnode Buffer(50mM Bis-Tris(pH7.0))、陰極側にCathode Buffer(50mM Tricine(pH7.0)、15mM Bis-Tris(pH7.0)、0.02% CBB-G250)を満たし、泳動槽を冷却しながら150mAで電気泳動した。途中、泳動を停止しCathode BufferをCBB-G250を含まないものに置換し、再度電気泳動した。泳動終了後のゲルを固定液(50%メタノール、10%酢酸)に一晩浸漬して固定および脱色処理した後、銀染色キット(ATTO社)を用いて銀染色を行った。
<線維形態の観察>
エラスチンファイバーシート(細胞外基質研究所社)を0.2Mリン酸緩衝液(pH7.5)に浸し、Peroxynitrite(Dojindo社)を100μMになるよう添加した。37℃で3日間インキュベートした後、蒸留水にてエラスチンファイバーシートを洗浄・乾燥し、Au蒸着後、走査型電子顕微鏡(JEOL社)にて線維形態を観察した。
図4に示すように、Peroxynitrite処理により約480kDa以下の領域のバンドが薄く、約480kDa以上の高分子量側の領域(A)のバンドが濃くなった。トロポエラスチンタンパク質は単量体では分子量約70kDaのタンパク質であるため、複数の分子が高度に会合したトロポエラスチンタンパク質の重合集合体が増加していることが確認された。また、図5に示すように、Peroxynitrite処理によりエラスチンファイバーの線維が束なり合一した。以上の結果から、ニトロ化処理はエラスチンに凝集を生じさせることが示された。
【0031】
<実験5>エラスターゼによるエラスチンタンパク質の分解
以下の手順で、Peroxynitrite処理したエラスチンのエラスターゼによる分解を測定した。
オルセイン標識不溶性エラスチン(SIGMA社)を10mg/mLの濃度になるようReaction Buffer(0.2M Tris-HCl(pH7.5)、20mM CaCl)によく懸濁し、好中球エラスターゼ(SIGMA)を0.5units/mLになるよう添加し、37℃で一晩インキュベートした。遠心分離後に上清を96 well-plateに回収し、595nmの吸光度からエラスチン分解率を算出した。
図6に示すように、Peroxynitrite処理はエラスターゼによるエラスチンの分解率を抑制することが確認された。
【0032】
<実験6>ニトロ化処理によるエラスチンゲルシートの硬度および弾力性の変化
以下の手順で、テトラニトロメタン処理したエラスチンゲルシートの硬度および弾力性を測定した。
エラスチンゲルシート(細胞外基質研究所社)を0.2Mリン酸緩衝液(pH7.5)に浸漬し、EtOHに溶解した10%テトラニトロメタン溶液を0.1%の濃度になるよう添加した。室温にて20分インキュベートした後、尿素水溶液を終濃度4Mになるよう添加し、反応を停止した。溶液を捨て、シートを蒸留水にて洗浄後、PBS(-)に浸漬した。ゲル硬度は引張試験機(細胞外基質研究所社)を用いてヤング率を測定した。弾力性は、Cutometer(Courage+Khazaka社)にて測定した。
図7に示すように、テトラニトロメタン(TNM)処理したエラスチンゲルシートでは硬度(ヤング率)が増加し、また図8に示すように、弾力性(回復率;Ur/Uf)が低下することが確認された。
【0033】
<実験7>ニトロ化エラスチン線維上で培養した線維芽細胞の遺伝子発現量の変化
以下の手順で、Peroxynitrite処理したエラスチン線維上で培養した線維芽細胞の遺伝子発現量を測定した。
30φガラスシャーレ(アズワン社)にシリコン支持シート(細胞外基質研究所社)を敷き、その上にエラスチンファイバーシート(細胞外基質研究所社)を重ねた。0.2Mリン酸緩衝液(pH7.5)を添加し、Peroxynitrite(Dojindo社)を100μMになるよう滴下した。37℃で3日間インキュベートした後、蒸留水にてエラスチンファイバーシートを洗浄した。ヒト真皮線維芽細胞を、牛胎児血清10%を加えたダルベッコMEM(D-MEM)培地に懸濁し、24 well-plate内に播種し、37℃、5%CO/95%空気の加湿条件で7日間培養した。Total RNA Purification Kit(Jena Bioscience社)を用いて、Total RNAを抽出した。その後、PrimeScript RT Reagent Kit(TaKaRa社)を用いて逆転写を行い、cDNAを合成した。得られたcDNAを鋳型として、I型コラーゲン、トロポエラスチン、フィブリリン-1、ファイブリン5、およびGAPDH(グリセルアルデヒド3-リン酸 デヒドロゲナー ゼ;ハウスキーピング遺伝子として使用)の発現量を遺伝子特異的プライマー及びPower SYBR Green Master Mix(アプライドバイオシステムズ社)を用いて、リアルタイムPCR(7500 Real Time PCR System、アプライドバイオシステムズ社)にて測定し、遺伝子発現の解析は比較Ct法にて行った。つまり、被験物質添加による遺伝子発現量の変化は、コントロール群のCSEのCt値をGAPDHのCt値で補正した値を1とし、それに対する相対量として求めた。
図9に示すように、ニトロ化処理したエラスチンファイバー上で培養した線維芽細胞では、コントロールに対してコラーゲン(COL1A1)、フィブリリン-1(Fibrillin-1)、ファイブリン5(Fibulin-5)の遺伝子発現量にはほぼ変化がなかったが、トロポエラスチン(Tropoelastin)の遺伝子発現量は増加することが確認された。
【0034】
上記の結果より、エラスチンのニトロ化は紫外線照射により増加すること、またニトロ化はエラスチンの凝集を促進する特性があること、およびエラスターゼによる分解に対して抵抗性を付与することを見出した。加えてこれらの物性変化の結果、エラスチン線維は硬化し、弾力性が減少することも見出した。つまり、紫外線照射によりエラスチン線維に生成したニトロ化物が光老化部でのエラスチン線維の異常沈着に寄与することを突き止めた。本発明のエラスチン線維の凝集を抑制し、皮膚の硬化および皮膚弾力性の低下、それに伴うシワ、たるみの形成、ハリの低下といった光老化の兆候を予防又は改善することができる物質を評価及び/又は選択する方法は、上記知見に基づくものである。
【0035】
<実施例1>ニトロチロシン生成抑制物質のスクリーニング方法
以下の手順で、ニトロ化物であるニトロチロシンの生成抑制活性を測定した。
<被験物質の調製>
原体(ウーロン茶、煎茶、プーアール茶、ほうじ茶、紅茶、碁石茶(登録商標)、酒かす(月桂冠社製))に10倍の重量の50%(v/v)エタノール水溶液を加えて60℃、4時間加熱抽出した。抽出物の乾燥残分に対して、エタノール、水を重量比で1:30:69となるように加えて希釈したものを被験物質とした。バラ乳酸菌発酵物に関しては、バラ科バラ属に属するゴールデンハートの花弁に2倍の重量の1%グルコース水溶液を添加したものを高圧蒸気滅菌処理し、乳酸菌(Lactobachillus plantarum)の菌液を1%重量添加して30℃で2週間静置培養した。高圧蒸気滅菌処理を行った後、ろ過液の乾燥残分に対してエタノール、水を重量比で1:30:69となるように加えて希釈したものを被験物質とした。
<ニトロチロシン生成抑制試験>
0.1Mリン酸緩衝液(pH7.4)に溶解した1mg/mLウシ血清アルブミン(BSA)溶液に、被験物質または対照物質を10ppmの濃度になるよう添加した後、Peroxynitrite発生剤であるSIN-1(Dojindo社)を終濃度が3mMになるよう添加した。37℃で一晩インキュベートしたのち、反応溶液中のBSAのアミノ酸残基に生じたニトロチロシン量をNWLSSTM Nitrotyrosine ELISA (Northwest Life Science Specialties社)を用いて定量した。
図10に示すように、ニトロ化剤であるSIN-1の添加により、SIN-1未添加に比べてニトロチロシン量は大きく増加した。SIN-1とともに番茶、サケカスエキスを添加した場合では被験物質の未添加と同程度のニトロチロシン量が生成しておりニトロチロシン生成抑制作用は確認されなかったが、ウーロン茶、煎茶、プーアール茶、ほうじ茶、紅茶、碁石茶、バラ乳酸菌発酵物エキスでは、ニトロチロシンの生成量が被験物質未添加に比べて抑制されており、ニトロチロシン生成抑制作用が確認された。以上の結果から、この方法を用いてニトロ化物の生成抑制剤を選択することができ、本スクリーニング方法を用いることで、タンパク質の凝集蓄積改善剤、皮膚の硬化抑制剤、皮膚の弾力性抑制剤、シワ、ハリ、タルミ改善剤等、光老化を改善する物質を選択することが可能である。
【0036】
<実施例2>ニトロ化物分解物質のスクリーニング方法
以下の手順で、ニトロ化物であるニトロチロシンの分解活性を測定した。
<被験物質の調製>
実施例1と同様に調製した。
<ニトロチロシン分解活性試験>
3-ニトロチロシンを0.2Mリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解し、5μg/mLの濃度の溶液を調製した。リン酸緩衝液または3-ニトロチロシン溶液を96 well-plateに分注し、被験物質または対照物質を各wellに終濃度が100ppmになるよう添加した。37℃で72時間インキュベートしたのち、プレートリーダーにて450nmの吸光度を測定し、ニトロチロシン残存率を算出した。
図11に示すように、無添加のコントロールではニトロチロシン残存率が100%であった。また、ほうじ茶、煎茶もニトロチロシン残存率はほぼ100%であり、ニトロチロシン分解活性はないことが確認された。他方、碁石茶、酒かす、バラ乳酸菌発酵物の添加ではニトロチロシン残存率は80-90%程度に減少しており、これらの被験物質にはニトロチロシン分解作用があることが確認された。以上の結果から、この方法を用いてニトロ化物分解剤を選択することができ、本スクリーニング方法を用いることで、タンパク質の凝集蓄積改善剤、皮膚の硬化抑制剤、皮膚の弾力性抑制剤、シワ、ハリ、タルミ改善剤等、光老化を改善する物質を選択することが可能である。
【0037】
<実施例3>エラスチンの凝集抑制物質のスクリーニング方法
以下の手順で、エラスチンの凝集を評価した。
<被験物質の調製>
実施例1と同様に調製した。
<エラスチンの凝集抑制試験>
0.2Mリン酸緩衝液(pH7.5)にトロポエラスチンタンパク質(SIGMA社)を1mg/mLの濃度で溶解し、被験物質または対照物質を終濃度が100ppmになるよう添加したのちPeroxynitrite(Dojindo社)を終濃度が100μMになるよう添加した。37℃で1日間インキュベート後、10×Blue native PAGE Sample Buffer(5%(w/v)CBB-G250、0.5M 6-aminocaproic acid、0.1M Bis-Tris(pH7.0)、50% Glycerol)を1/10量添加し、4℃で10分間静置した。4-16%ポリアクリルアミドグラジエントゲル(Invitrogen社)に20μLずつアプライし、泳動槽の陽極側にAnode Buffer(50mMBis-Tris(pH7.0))、陰極側にCathode Buffer(50mM Tricine(pH7.0)、15mM Bis-Tris(pH7.0)、0.02% CBB-G250)を満たし、泳動槽を冷却しながら150mAで電気泳動した。途中、泳動を停止しCathode BufferをCBB-G250を含まないものに置換し、再度電気泳動した。泳動終了後のゲルを固定液(50%メタノール、10%酢酸)に一晩浸漬して固定および脱色処理した後、銀染色キット(ATTO社)を用いて銀染色を行った。
トロポエラスチンタンパク質は単量体では分子量約70kDaのタンパク質であり、凝集処理により複数の分子が会合した高分子量の重合集合体が形成される。よって、被験物質の処理により70kDa以上の分子量のバンドが減少している場合、被験物質にはエラスチンタンパク質の凝集抑制作用があると判断される。この方法を用いることでエラスチンの凝集抑制剤を選択することができ、本スクリーニング方法を用いることで、皮膚の硬化抑制剤、皮膚の弾力性抑制剤、シワ、ハリ、タルミ改善剤等、光老化を改善する物質を選択することが可能である。


図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11