【実施例】
【0155】
以下の実施例は本発明のさまざまな実施形態を例示するものである。
【0156】
実施例1〜3の導入
神経変性疾患は、平均余命の延長および世界的な人口高齢化のために今後数十年で増加すると予想される、公衆衛生に大きな負担をかけるものである。他のヒトの健康状態とは異なり、神経変性疾患はその進行を停止させたり遅らせたりしようとする試みに対して非常に難治性であることが証明されている。実際、寿命を大幅に延ばしたり臨床経過を変えたりする、神経変性疾患のための承認済みの治療法は存在しない
1。したがって、神経変性疾患は、有効な薬理学的に作用可能な標的の同定が緊急に必要とされている、未だ対処されていない医学的状態の代表である。
【0157】
増加している遺伝的および実験的証拠は、神経変性疾患の病因に関与する主な過程として細胞クリアランス経路に集中している。確かに、神経変性状態を有する患者の圧倒的多数は、圧倒されたまたは損なわれた細胞分解系の結果として、未消化の巨大分子の異常なニューロン蓄積を有する
2、3。同定された原因の中には、細胞によって効率的に廃棄されない凝集しやすいタンパク質の異常な生成、および直接または間接的にオートファジー−リソソーム分解経路に影響を及ぼす遺伝的欠陥がある
4。したがって、これらの疾患状態における細胞クリアランスの増強が細胞の恒常性を維持しそして神経細胞死を防ぐのを助けることを提唱する一般的なパラダイムが出現している
5、6。リソソームの生合成および機能を監督する遺伝的プログラムの本発明者らによる最近の同定は、リソソーム分解経路を操作するための適切な標的を提供した
7。基本的なヘリックス−ループ−ヘリックス転写因子EB(TFEB)は実際に、リソソーム増殖
8、分解酵素の発現
8、9、オートファジー
10、リソソームエキソサイトーシス
11、およびリソソームタンパク質恒常性
12を含むいくつかの過程の強化を通じて細胞クリアランスの主な調節因子として作用する。TFEBの異種発現に基づくインビボ研究は、アルツハイマー病
13、14、タウオパチー
15、パーキンソン病
16、ハンチントン病
8、17などの神経変性障害のげっ歯類モデルにおいて、クリアランスの改善と疾患表現型の改善を示している。TFEBの薬理学的活性化の機会は細胞ベースの研究から生じており、TFEBはオートファジー誘導を制限する主要な公知の因子であるラパマイシン複合体1(mTORC1)
18〜20の機構的標的によって負に調節されることを示している。細胞におけるmTORC1の触媒阻害はTFEB活性化をもたらすが、ラパマイシン(その類似体と同様にmTOR関連の翻訳用途において研究を先導しているmTORC1アロステリック阻害剤)は、TFEB
18〜20の活性化には全く効果がない。実際に、TFEB活性化の薬理学的療法はまだ提案されていない。したがって、TFEBを活性化するための代替経路の同定は、翻訳用途においてこの分野を前進させるために必要とされる。
【0158】
以下の実施例は、セリン/トレオニンキナーゼAkt(プロテインキナーゼB)を、mTORC1とは無関係にTFEB活性を制御する薬理学的に作用可能な標的として同定する。グルコースの非還元性二糖のα−D−グルコピラノシル、α−D−グルコピラノシドまたはトレハロースであるmTOR非依存性オートファジー誘導物質
21は、Aktを阻害することによってTFEBの核内移行を促進することがわかった。トレハロース投与は、原型の神経変性疾患のマウスモデルにおいて疾患負荷を軽減し、未分解タンパク質物質の異常なリソソーム内蓄積を提示することが示されている。TFEB活性がSer467におけるAktリン酸化によって調節されること、およびAktの薬理学的阻害がリソソーム経路の障害を呈する遺伝病のさまざまなモデルにおいて細胞クリアランスを促進することが実証されている。Akt活性の調節は、重要な臨床試験の主題である。
【0159】
実施例1〜3の方法
細胞培養および処理
対照(Coriell Institute、USA)およびJNCL線維芽細胞(Gaslini Institute、Italy)を、10%熱不活性化ウシ胎児血清(FBS、Atlanta Biologicals)、2mM L−グルタミン、100U/ml ペニシリンおよび100mg/ml ストレプトマイシン(Invitrogen)を添加したDMEM(1:1、HyClone)中で増殖させた。HeLa細胞を、LY294002(50mM、Cell Signaling)、Torin 1(300nM、Cayman Chemical)と共に2時間、またはトレハロース(100mM、Sigma)、ラパマイシン(300nM、Sigma)、MK2206(1μM、Selleckchem)、U0126(10mM、Tocris)と共に24時間および透析血清(GE Healthcare Life Sciences)と共に30分間インキュベートした。
【0160】
皮質および海馬のニューロン培養
皮質および海馬ニューロンをE17.5および生後0〜1日のマウスから調製し、ポリ−D−リジンコーティング6ウェルプレート(BD Biosciences)においてGlutaMAX−1(Invitrogen)、B−27および1%FBSを添加したNeurobasal培地にプレーティングした。インビトロでの日数(DIV)4にニューロンを100mMトレハロースで処理した。DIV8において、ニューロンを収集し、RNA抽出を行った。
【0161】
皮質星状細胞培養
星状細胞をP0−1マウスから単離し、10%FBSおよび100U/mlのペニシリンおよび100mg/mlのストレプトマイシンを添加したDMEM高グルコースの存在下でポリ−D−リジンコーティング6ウェルプレート(BD Biosciences)にプレーティングした。7日後、グリア細胞層を除去し、星状細胞を処理のためにプレーティングした。翌日、100mMの量のトレハロースを培地に溶解し、4日間保持した。最後に、星状細胞を収集し、タンパク質抽出物をウエスタンブロットアッセイにより分析した。
【0162】
免疫蛍光アッセイ
免疫蛍光アッセイのために、細胞を24ウェルプレート中のカバーガラス上で増殖させた。処理後、細胞をPBSで洗浄し、メタノールで10分間固定した。次いで細胞をブロッキング剤(PBS中0.1%サポニン、10%ウシ血清)で1時間ブロックし、適切な一次抗体(1:100)と共に室温で3時間インキュベートした。PBSで3回洗浄した後、細胞を適切な二次抗体(1:500)と共に室温で1時間インキュベートした。次いで、共焦点顕微鏡による画像化のために、4,6−ジアミジノ−2−フェニルインドール(H−1200)を含有するベクタシールド(vectashield)でカバーガラスを封入した。
【0163】
ウエスタンブロット
脳組織および培養細胞を収集し、プロテアーゼのカクテル(Roche)およびホスファターゼ(SIGMA)阻害剤を含むRIPA緩衝液(50mM Tris−HCl、pH7.4、1%NP40、0.5%Na−デオキシコール酸、0.1%SDS、150mM NaCl、2mM EDTAおよび50mM NaF)中で溶解した。タンパク質濃度を、標準としてウシ血清アルブミンを使用して、ビシンコニン酸タンパク質アッセイキット(Pierce、Rockford、IL)を用いて測定した。溶解物をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)で分離し、ニトロセルロースメンブレンに転写した。ブロットをブロッキング緩衝液(Tris緩衝食塩水、pH7.4および0.2%Tween 20、TBST中5%w/vの乾燥脱脂粉乳)中でインキュベートし、続いてブロッキング緩衝液(5%乾燥乳)中に希釈した適切な抗体と共に一晩インキュベートした。ウエスタンブロット画像をLAS 4000(GE Healthcare)によって取得し、ImageJを用いて定量化した。画像を発表用にトリミングした。フルサイズ画像を
図27に示す。
【0164】
抗体
以下に対する抗体:Akt(#9272、1:1,000)、ホスホ−Akt(S473)(#4060、1:500)、ホスホ−Akt(T308)(#13038、1:500)、p70 S6K(#9202、1:1,000)、ホスホ−P70 S6K(T389)(#9205、1:500)、4E−BP1(#39452、1:1,000)、ホスホ−4EBP1(T37/46)(#9459、1:500)、S6リボソームタンパク質(#2217、1:1,000)、ホスホ−S6リボソームタンパク質(S240/244)(#2214、1:1,000)、LAMP1(#3243、1:1,000)、ヒストン3(#4469、1:1,000)、ホスホ−(Ser)14−3−3結合モチーフ(#9601S、1:500)、Rictor(#2114、1:500)、Raptor(#2280、1:500)、ERK1/2(#9102、1:1,000)、蛍光体−ERK1/2(#9101、1:1,000)、GSK−3b(D5C5Z)XP(#12456S、1:1,000)、ホスホ−GSK−3b(Ser9)(#9336S、1:500)、GFP(D5.1)(#29556、1:1,000)およびヒトTFEB(#4240、1:500)を、Cell Signalingから購入した。GAPDHに対する抗体(#32233、1:1,000)はSanta Cruzから購入した。GFAPに対する抗体はDAKOから購入した(#Z0334、1:1,000)。CD68に対する抗体はAbD Serotec(#MCA1957、1:1,000)から購入した。マウスTFEBに対する抗体は、Proteintechから購入した(#13372−1−AP、1:500)。マウス抗FLAG M2(#F1804、1:1,000)およびウサギ抗FLAG(#F7425、1:1,000)抗体は、Sigmaから購入した。汎14−3−3抗体(K−19)(#SC629、1:300)は、Santa Cruzから購入した。TSC2に対する抗体はAbcamから購入した(#32554、1:1,000)。
【0165】
細胞質ゾルおよび核タンパク質の分取
細胞ペレットを、阻害剤と共に溶解緩衝液(10mM Hepes pH 7.9、10mM KCl、0.1mM EDTAおよび0.4%Nonidet P40)中にピペッティングにより再懸濁し、氷中で30分間保持した。最高速度で1分間遠心した後、上清を細胞質ゾル画分として回収した。ペレットを溶解緩衝液で2回洗浄し、ホスファターゼおよびプロテアーゼ阻害剤を含有する核緩衝液(20mM Hepes pH7.9、0.4M NaClおよび1mM EDTA)に再懸濁した。エッペンドルフシェーカーで15分間激しく振とうした後、ペレットを10分間最高速度で遠心沈殿させた。上清を核画分として使用した。
【0166】
インビトロキナーゼアッセイ
精製された活性AKT1酵素(SignalChem、Richmond、Canada)を使用してインビトロキナーゼアッセイを実施した。IP用の全細胞溶解物を、プロテアーゼ阻害剤および1mMのNa
3VO
4を含有するIP溶解緩衝液(20mM Tris、pH7.5、150mM NaCl、1mM EDTAおよび1% Triton X−100)中で調製した。細胞溶解物(1,000μg)を、プロテインA/Gビーズ(Pierce Crosslink IPキット、Life Technologies、Grand Island、NY)に架橋した10μgのマウス抗FLAG抗体またはマウスIgG(Sigma−Aldrich、St.Louis、MO)のいずれかと共に4℃において一晩インキュベートし、IP溶解緩衝液で総量300μlにした。免疫複合体を遠心分離により収集し、IP溶解緩衝液中で5回洗浄し、10μlの3×FLAGペプチドで溶出した。溶出液を、1×キナーゼ緩衝液(25mM Tris、pH7.5、5mM β−グリセロールホスフェート、10μM ATP、2mMジチオトレイトール、0.1mM Na
3VO
4および10mM MgCl
2)で30μlに希釈した。20μlのキナーゼ緩衝液中200ngのAKT1および0.5μCiの[γ−
32P]ATP(3,000Ci/mmol、PerkinElmer Life Sciences)を添加することによって、キナーゼ反応を開始させた。30℃で15分間インキュベートした後、SDS−PAGE添加液を添加し、95℃で10分間加熱することにより反応を停止させた。試料を4〜12%SDS−PAGEゲルで分離し、オートラジオグラフィーで分析した。TFEB−S467A−3xFlagを、QuikChange XLII部位特異的突然変異誘発キット(Agilent)および以下のオリゴ:50−AGCAGCCGCCGGAGCGCCTTCAGCATGGAGGAG−3’、5−CTCCTCCATGCTGAAGGCGCTCCGGCGGCTGCT−3’を、製造業者の指示書に従って使用することによって生成した。
【0167】
定量的リアルタイムPCR
製造業者の説明書に従ってRNEasyキット(Qiagen)を用いて、対照およびJNCL線維芽細胞ならびにWTおよびCln3
Δex7−8皮質ニューロン培養物から全RNAを抽出した。マウス脳の半分をRNA抽出のために処理し、1マイクログラムをQuantiTect Reverse Transcription kit(Qiagen)による相補的DNA合成に使用した。逆転写反応を用いるPCR用のプライマーを表S1に列挙する。定量的リアルタイムPCRは、CFX96 Touch Real−Time Detection System(Bio−Rad Laboratories)においてiQ SYBR Green Supermixを使用することによって実施した。試料を95℃で3分間加熱し、95℃で11秒間、60℃で45秒間で39サイクル、および最終サイクルは95℃で10秒間、65℃で5秒間および95℃で5秒間で増幅させた。分析は、CFXマネージャーソフトウェア(Bio−Rad)を用いて行い、閾値サイクル(C
T)はPCR増幅プロットから抽出した。相対的遺伝子発現は、ΔΔC
T法を使用して決定し、GAPDH(ヒト遺伝子について)およびシクロフィリン(マウス遺伝子について)に対して正規化した。遺伝子のメッセンジャーRNAレベルの変化は、以前に記載されたように倍数変化で表した。エラーバーは平均値の標準誤差を表す。
*P<0.05、
**P<0.01、
***P<0.001。
【表1】
【0168】
RNA干渉
siRNAノックダウンのために、Lipofectamine RNAiMAXトランスフェクション試薬(Invitrogen)を使用して、細胞に、Stealth RNAi Negative Control Duplex(Thermo−Scientific 12935−300)またはAKT1を標的とするStealth siRNA二本鎖(Thermo Scientific、HSS176614、HSS100346およびHSS100345)をトランスフェクトした。Rictorに対するsiRNAはCell Signalingから購入した(8622)。トランスフェクションの72時間後に細胞を分析した。
【0169】
マイクロアレイ実験
トレハロース処理あり、およびなしの対照およびJNCL線維芽細胞由来の全RNA(100mM、4日間)を用いて、Illumina Human HT−12 V4.0アレイプラットフォームへのハイブリダイゼーションのための相補的DNAを調製した。実験は3連に行った。発現分析は、Microarray Core and Cell and Regulatory Biology、University of Texas、Houston、TX、USAで行った。差次的遺伝子発現を評価するための有意性の閾値として、Po0.01を用いた。GSEAを前記のように実施した
10、11。累積分布関数は、1,000個のランダム遺伝子セットメンバーシップ割り当てを行うことによって構築した。名目上のP<0.01およびFDR<10%を、ESの有意性についての閾値として使用した。遺伝子オントロジー解析は、デフォルトパラメータを使用し、ウェブツールDAVID(https://david.ncifcrf.gov/)を用いて行った。経路共発現分析は、前記のように行われ
8、9、Cytoscapeを使用して発現相関データをグラフで表した。
【0170】
動物の飼育
Cln3
Δex7−8マウス(ストック番号004685;Cln3
tm1.1Mem/J;CD−1バックグラウンド)
32をJackson Laboratoryから入手した。対照(CD−1)マウスおよびCln3
Δex7−8マウスを3〜4匹/ケージで、12時間明期/12時間暗期周期の部屋で飼育した。食料と水は自由に与えた。この研究で使用されたすべてのマウスは、生後8ヶ月齢および12ヶ月齢において分析し、ヘテロ接合性Cln3
Δex7−8マウスを交配することによって産生された同腹仔であった。この分析には雄のみを使用した。データを分析する際に研究者は盲検化されており、無作為化は不要であった。この研究から除外されたデータはなかった。
【0171】
腹腔内注射
マウスにMK2206(120mg/kg)を1日おきに4回腹腔内注射した。MK2206は水中30%のカプチソール中に配合した。4匹のCln3
Δex7−8マウスにMK2206を注射し、4匹にビヒクル対照として30%のカプチソールを注射した。
【0172】
トレハロース治療
トレハロース(Swanson)を飲料水に最終濃度2%まで溶解し、週に2回交換した。トレハロース含有水を、21日齢から始めてマウスが自然に死亡するかまたは他の研究のために屠殺する日まで継続する自発経口投与(寿命評価)によってCln3
Δex7−8マウスおよびWTマウスに与えた。
【0173】
免疫組織化学
8ヶ月齢および12ヶ月齢のホモ接合性Cln3
Δex7−8マウスおよび同齢対照をイソフルランで麻酔し、経心的にPBSで潅流し、続いて0.1Mリン酸ナトリウム緩衝液、pH7.4中4%の緩衝化パラホルムアルデヒドで灌流した。続いて脳を取り出し、一晩後固定した。切片化する前に、Tris−緩衝食塩水(TBS:50mM Tris、pH7.6)中30%のスクロースを含有する溶液中で脳を凍結保護した。連続した40mmの浮遊冠状切片を96ウェルプレートに収集した。次に一連の切片をCD68またはGFAPに対する一次抗血清、続いてウサギ抗ラット(VectorLab)およびブタ抗ウサギ(DAKO)二次抗体のいずれかで染色し、そして免疫反応性をVectastain ABC(アビジン−ビオチン)キット(Vector)および色素原としてのジアミノベンジジンで検出した。
【0174】
グリア表現型の定量分析
目的の各領域を通して、3つの連続した切片において30の重複しない画像を撮影した。すべてのRGB画像は、X40対物レンズを用いたZeiss Axioplan顕微鏡に据え付けられたライブビデオカメラ(JVC、3CCD、KY−F55B)により撮影し、JPEGとして保存した。ランプ強度、ビデオカメラの設定および較正を含むすべてのパラメータは、画像撮影の間を通じて一定に維持された。続いて、ImageJ分析ソフトウェア(NIH)を使用して、背景より上の前景免疫反応性を選択する適切な閾値を使用して、画像を分析した。次いで、この閾値を、動物のバッチごとに分析したすべてのその後の画像および各領域の各抗原についての免疫反応性の特異的領域を決定するために使用した試薬に定数として適用した。この分析は遺伝子型に対して盲検的に行われた。データは、各領域について視野当たりの免疫反応性の平均面積百分率±平均値の標準誤差としてグラフにプロットした。
【0175】
蓄積負荷
各脳領域に存在する自己蛍光蓄積物質の相対レベルを分析するために、S1BFおよびVPM/VPLにまたがるマウス脳切片をゼラチンクロムコーティングスライド上に載置し、Vectashield(Vector Laboratories、Peterborough、UK)で封入した。各切片からの非重複画像を、Leica SP5共焦点顕微鏡および488nm励起レーザー(Leica Microsystem)を使用して倍率×63で撮影した。各領域に存在する蓄積負荷を決定するために閾値画像分析を実施した。画像撮影中、すべてのレーザーパラメータおよび較正は一定に保たれた。ImageJ(NIH)を用いて半定量的閾値画像分析を行った。
【0176】
TEM
マウスを麻酔し、生理食塩水、続いて0.1Mカコジル酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)中2%ホルムアルデヒド+2.5%グルタルアルデヒドで心臓内灌流した。脳を摘出し、小脳および皮質の小片を収集し、さらに2%ホルムアルデヒド+ 2.5%グルタルアルデヒド、0.1Mカコジル酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)中で24時間後固定した。100マイクロメートルの冠状切片をビブラトームで切断し、0.1Mカコジル酸中1%OsO
4で1時間固定し、脱水した酢酸ウラニルで染色し、Eponate 812に包埋した。60nmの超薄切片をRMC MT6000ウルトラミクロトームで得て、日立H7500透過型電子顕微鏡で調べた。Gatan US1000高解像度デジタルカメラおよびDigital Micrographソフトウェア(v1.82.366)を用いて画像を撮影した。
【0177】
MRI用の組織標本
画像化の前にマウスを経心的に灌流した。頭部を取り除き、次いで頭蓋骨を露出させるために皮膚、筋肉、耳、鼻の先端および下顎を取り除いた。頭部を4℃の4%パラホルムアルデヒドで一晩固定した。次に頭部をPBS中0.01%アジ化ナトリウム40mLに移し、4℃で7日間振とうした。頭部をPBS中5mMガドペンテト酸ジメグルミン(Bayer HealthCare Pharmaceuticals Inc.、Wayne、NJ)および0.01%アジ化ナトリウムの溶液に移し、4℃で25〜35日間振とうした。ガドペンテト酸ジメグルミンとのインキュベーションによりシグナル対ノイズ比が改善された。画像化前に、頭部を6〜8時間室温に平衡化した。
【0178】
磁気共鳴プロトコル
マウスあたり合計48スキャンを、9.4 T Bruker Avance Biospec Spectrometer、内径21−cmの水平スキャナー(35mm容積共振器付き)(Bruker Biospin、Billerica、MA)でParavision 5.0ソフトウェア(Bruker Biospin、Billerica、MA)を用いて取得した。3次元DTIスキャンパラメータは以下の通りである:スピンエコー、b値=0および1,000s/mm
2、20の拡散方向および1つの非拡散強調画像、TR=500ms、TE=14.8ms、FOV=1.7×1.2×2.4cmまたは2.0×1.4×3.2cm、マトリックス=128×96×96、NEX=1、δ=3ms、Δ=7ms。取得時間は約15時間であった。
【0179】
MRI画像処理
MRI画像を最初にDTIスタジオで処理して、異方性比率を推定した。その後、Amiraソフトウェア(Visage Imaging、Inc.、San Diego、CA)を使用してCCのROIを定義し、各マウスの容積を計算した。CCの容量測定は盲検法で行った。
【0180】
ABR測定
ABRを以前に記載されたように測定した
69。簡単に説明すると、10ヶ月齢のマウス(n=4〜6/遺伝子型/治療群)をケタミン(100 mg/kg)およびキシラジン(10 mg/kg)の腹腔内注射を用いて麻酔し、次いでヘッドホルダーに固定した。マウスを加温パッドの上に置くことによって、この手順の間を通して通常の体温を維持した。4〜48kHzの純音刺激を、Tucker−Davis Technologies System 3デジタル信号処理ハードウェアおよびソフトウェア(Tucker−Davis Technologies、Alachua、FL、USA)を使用して発生させ、音刺激の強度をタイプ4,938の1/4インチ音圧音場較正マイクロホン(Bruel and Kjar、Naerum、Denmark)を使用して較正した。応答信号を、頭皮の頂点、耳介後部および後脚(接地)に挿入された皮下針電極を用いて記録した
69。聴覚閾値は、応答において再現可能で認識可能な波を有する最低の音強度に達するまで、90から10dBまで5dBごとに各刺激の音強度を減少させることによって決定した。平均聴覚閾値±標準偏差(dB SPL)を刺激周波数(kHz)の関数としてプロットした。統計分析は、周波数固有の効果を評価するために、個々の周波数で両側スチューデントt検定を伴う全体的な傾向を明らかにするための一元配置分散分析で構成された。T検定のP値はHolm法を用いて多重比較について調整した。R(バージョン2.13)をすべての統計分析に使用した。
【0181】
Aktリン酸化予測
Aktが標的とする可能性がある候補リン酸化部位を同定するために、実験的に決定された非重複性Aktリン酸化部位配列をPhosphocitePlusウェブサイト(www.phosphosite.org/)からダウンロードし、MEME Suite 4.11.0(meme−suite.org/)を用いてTFEBアミノ酸配列をスキャンするPWMの構築に使用した。TFEB配列は、デフォルトパラメータを用いてMultAlin(multalin.toulouse.inra.fr/)を使用することによりアライメントした。
【0182】
統計
結果は平均値±平均値の標準誤差として表す。各パラメータの平均差の統計的有意性は、特に明記しない限り、遺伝子型と治療の分散分析とそれに続くTukeyの事後検定によって決定した。P<0.05を有意と見なした。
【0183】
研究の承認
すべてのマウス実験手順は、Baylor College of MedicineのInstitutional Animal Care and Use Committeeによって検討および承認された。
【0184】
データの可用性
著者らは、この研究の調査結果を裏付けるデータはすべて、この論文とその補足情報ファイルに含まれていることを宣言する。遺伝子発現マイクロアレイのGene Expression Omnibusアクセッション番号はGSE76643である。
【0185】
[実施例1]
トレハロースは、JNCLのモデルにおいて神経病理を減弱させる。
細胞クリアランスのmTORC1非依存性活性化の最も実証された例は、トレハロースによって発揮されたものである
22〜26。本発明者らは、トレハロースがこれまでに特徴付けられていない経路を介してTFEBを活性化するという仮説を立て、小児の最も一般的な神経変性障害である幼若ニューロンセロイドリポフスチン症(JNCLまたはバッテン病;OMIM#204200)に代表される異常なリソソーム内蓄積の原型モデルを用いてこの仮説を検証することにした。JNCLは、リソソームのホメオスタシスの調節に関与する遺伝子であるCLN3の突然変異によって引き起こされ
27〜29、共焦点顕微鏡および電子顕微鏡で検出可能なオートファジーの障害およびセロイド脂肪色素のリソソーム内蓄積によって特徴付けられる
30、31。
【0186】
JNCL
32の確立されたモデルであるCln3
Δex7−8マウスへの経口トレハロース投与は、それらの寿命を有意に延長した。Cln3
Δex7−8マウスの生存期間中央値は454日から522日に延び(15%増加、ログランクP=0.00566)、最大寿命は544日から699日に延びた(28%増加;
図1a)。JNCL患者の死後検査および神経画像化研究は、脳梁(CC)および脳幹の有意な菲薄化を含む全般的脳萎縮を示した
33、34。JNCLマウスにおける磁気共鳴画像法(MRI)の研究は、CLN3タンパク質の欠乏が脳の同様の全般的萎縮をもたらし、それによってヒトの状態に反映されることを報告している
35。この研究では、12ヶ月齢のCln3
Δex7−8マウスの脳湿重量(0.355±0.024g)を測定したところ、それは同齢野生型(WT)マウスの脳湿重量(0.516±0.021g;P=0.0016)よりも有意に低いことがわかった。しかし、この差はトレハロース処置によって大部分救済された(0.473±0.028g;未処置のCln
3Δex7−8マウスとの差、P=0.032;
図1b)。対照的に、トレハロース投与はCln3
Δex7−8またはWTマウスの体重に影響を及ぼさなかった(
図2)。次に、MRI分析により固定脳のCC体積を評価した。48スタック/試料の定量的測定により、Cln3
Δex7−8マウスが、それらのWT対応物(16.81±0.89mm
3;P=0.0081;
図1c)と比較してCCの体積の顕著な減少(12.96±0.43mm
3)を有することが示され、これらも処置によって救済された(15.02±0.33mm
3;未処置Cln3
△ex7−8マウスとの差、P=0.027;
図1c)。トレハロースで処置したWTマウスの分析では、CC体積に有意な変化は見られなかった(18.27±0.66mm
3;
図1c)。
【0187】
6ヶ月齢のCln3
Δex7−8マウスは、ホットプレートアッセイにおいて痛覚感受性の低下を示し、これはトレハロースによって完全に回復した(
図1d)。10ヶ月齢のマウスにおける聴性脳幹反応(ABR)分析は、Cln3
Δex7−8マウスがWTマウスと比較してABR閾値の上昇を有することを示し(P=0.01027)、これは低周波聴力損失を示す(
図3)。トレハロース処置は、未処置の同齢対照と比較して両方の遺伝子型においてABR閾値の低下をもたらし、聴覚機能の保護を示した(
図3)。網膜機能の評価はまた、11ヶ月齢のマウスの網膜電図分析を行うことによって試みられた。しかしながら、いくつかの未処置WTマウスは、試験に対する反応が悪く、重度の視力喪失を示した。本明細書で使用されるマウスコロニー(CD−1)の遺伝的背景は、これまで雄の約60%における遺伝性網膜変性および他の視力低下表現型と関連していた
36、37。したがって、網膜電図での治療関連変化の評価は実施できなかった。
【0188】
次に、トレハロースがセロイド脂肪色素の蓄積を修正するかどうかを確かめるために、Cln3
Δex7−8マウスの脳の顕微鏡分析を行った。これらの研究は、一次体性感覚野バレル領域皮質(S1BF)と、感覚情報をS1BFに中継する視床腹側後方内側および外側核(VPM/VPL)に焦点を当てており、それは、脳の他の領域とは異なり、両方の構造がバッテン病のマウスモデルでは一貫してひどく影響を受けているからである
38。7ヶ月齢および12ヶ月齢のCln3
Δex7−8マウス由来の両領域は、WTマウスと比較して点状の自己蛍光物質の強い存在を示し、これが両方の時点でトレハロース処置によって有意に減少することが見出された(
図4a〜d)。Cln3
Δex7−8マウス脳の透過型電子顕微鏡(TEM)分析により、プルキンエ細胞および皮質ニューロンの両方における電子密度の高い細胞質の顕著な蓄積が確認された(
図4e、f)。倍率を上げると、このような電子密度の高い材料が、ヒトおよびマウスの両方のJNCL病理学にすでに関連している特徴的なフィンガープリントプロファイル構造(
図5)からなることが明らかになった
31、32。トレハロース処置は、プルキンエ細胞(P=0.047)および皮質ニューロン(P=0.017;
図4e、f)におけるフィンガープリントプロファイルの数を有意に減少させ、ニューロンにおける細胞クリアランスの増強が確認された。次に、炎症に対するトレハロースの効果を評価した。以前の研究は、Cln3
Δex7−8マウスのVPM/VPLおよびS1BF領域における反応性神経膠症およびミクログリア活性化を報告した
38。立体分析により、7ヶ月齢のCln3
Δex7−8マウスは同齢のWTマウスと比較してこれらの脳領域でGFAPおよびCD68免疫反応性が著しく増加していることが示され、反応性神経膠症およびミクログリア活性化が確認された(
図6a〜d)。星状細胞増加症およびミクログリア活性化の両方が12ヶ月齢で悪化した(
図6e〜h)。この進行性の神経炎症はトレハロース投与によって軽減された(
図6a、c、e、f、h)。まとめると、データは、クリアランスのmTORC1非依存性エンハンサーによる処置が、リソソーム系の一次障害によって引き起こされる原型型蓄積障害のモデルにおいて脳萎縮、脂肪色素の蓄積、および神経炎症を減少させることを示す。
【0189】
[実施例2]
TFEBおよびCLEARネットワークのmTORC1非依存的活性化。
Cln3
Δex7−8マウスにおいて観察された蓄積物質の減少は、トレハロースがリソソーム機能を増強することを示唆している。TFEBは、それらのプロモーターに存在する「協調的リソソーム発現および調節(coordinated lysosomal expression and regulation)」(CLEAR)部位に直接結合することにより、リソソーム遺伝子の発現を調節する
8。トレハロースがTFEBの核内移行(TFEB活性化の特徴)を誘導するかどうかを試験するために、TFEB−3xFLAG(HeLa/TFEB)
8を安定に発現する細胞を調べた。共焦点顕微鏡により、トレハロース投与による24時間以内の進行性TFEB核内移行が示された(
図7a)。定量分析は、この時間枠内で、核TFEBを有する細胞が20から>80%に増加したことを明らかにした(
図7b)。最近の報告は、mTORC1がTFEBをリン酸化し、それによってTFEBの細胞質ゾル保持を促進することを示している
18〜20。トレハロースがmTORC1非依存性経路を介してTFEBを活性化するかどうかを機構的に試験するために、mTORC1の構成的活性化の2つのモデルを使用した。第1のモデルは、結節性硬化症複合体2遺伝子、Tsc2(Tsc2
−/−)に関してヌルである細胞によって表される
39。TSC2は、TSC1とmTORC1活性を抑制するヘテロ二量体複合体を形成し、したがって、TSC2またはTSC1のいずれかが失われると、mTORC1の構成的活性化が起こる
40。Tsc2
−/−マウス胚性線維芽細胞および対照マウス胚性線維芽細胞のウエスタンブロットおよび共焦点顕微鏡分析は、mTORC1阻害剤(ラパマイシンおよびTorin1)とは異なり、トレハロースがmTORC 1シグナル伝達を変化させず(
図7c;
図8)、TFEB S211(mTORC1標的部位)のリン酸化を修正しないことを示したが
18、19(
図9)が、活性mTORC1を用いてもTFEB核内移行を誘導する(
図7d、e)ことを示した。使用された第2のモデルは、mTORキナーゼドメインにおいてE2419Kアミノ酸置換を有する構築物により得られ、これは構成的に活性なmTOR(mTOR
E2419K)をもたらす
41。共焦点顕微鏡分析は、トレハロース処理が、WT mTORまたはmTOR
E2419Kをトランスフェクトされた細胞においてTFEBの核内移行を誘導することを示した(
図7f、g)。まとめると、これらのデータは、トレハロースシグナル伝達が、TFEB局在化のmTORC1制御を無効にすることを示している。mTORC2がTFEB核内移行を調節しないことを示す以前の研究と一致して、mTORC2特異的成分RICTORの低分子干渉RNA(siRNA)媒介性枯渇は、TFEB細胞内局在化に影響を及ぼさなかった(
図10a、b)
18。
【0190】
次に、TFEBのトレハロース活性化がCLEARネットワークに特異的な転写効果を発揮するかどうか、またはトレハロースがTFEBとは無関係であり得る追加のプログラムを活性化するかどうかを求めた。この問題に取り組むために、トレハロースが正常および病理学的条件においてヒト初代細胞においてCLEARネットワークを活性化することを最初に確認した。培養培地由来のトレハロース投与後に、患者由来のJNCL線維芽細胞および対照線維芽細胞から抽出されたメッセンジャーRNAを用いてリアルタイム定量的PCR(qPCR)を行った。結果は、どちらの遺伝的背景を有する線維芽細胞でも、処理された線維芽細胞対未処理の線維芽細胞において試験されたCLEAR遺伝子の発現の増加を示した(
図11a、b)。次に、トレハロース処理後のJNCLおよび対照線維芽細胞のマイクロアレイ発現分析を行った。未処理の対照と比較して少なくとも2倍の発現レベルの変化を有する遺伝子の遺伝子オントロジー分析は、唯一過剰に表されたクラスの遺伝子がJNCLおよび対照線維芽細胞においてリソソーム代謝に関連するものであることを示した(両方の分析について濃縮倍数>5およびP<10
−10)。共調節分析
8、9により、CLEAR遺伝子はトレハロースによって誘導される遺伝子ネットワークの中心にあることが明らかになり(
図11c)、TFEB活性化がトレハロース投与時の細胞の最初の転写応答であり得ることが示唆された。対照線維芽細胞における発現変化の遺伝子セット濃縮分析(GSEA)により、大多数のリソソーム遺伝子がトレハロース投与で上方制御されたことが確認された(濃縮スコア、ES=0.67、P<0.0001;
図11d)。リソソーム代謝において公知の役割を有するTFEB直接標的のGSEAはさらに高い濃縮度を示し(ES=0.82、P<0.0001;
図11e)、これはトレハロースがTFEB媒介リソソーム調節を特異的に活性化することを示す。JNCL線維芽細胞におけるGSEAの遺伝子発現変化は、同様の結果をもたらし(
図11f、g)、したがって、CLN3欠損症がTFEB媒介性リソソーム濃縮を妨害することはない。
【0191】
TFEB活性化は、リアルタイムqPCRにより、WTマウスおよびCln3
Δex7−8マウスからの初代皮質ニューロン培養においてCLEARネットワークを誘導することが確認された(
図12a、b)。WTマウスおよびCln3
Δex7−8マウスからの初代皮質星状細胞培養物から抽出したタンパク質の免疫ブロットは、トレハロース投与時にLAMP1レベルの増加(リソソームのマーカー)を示し(
図13)、グリア細胞におけるリソソーム拡大が確認された。マウス脳切片の共焦点顕微鏡検査およびリアルタイムqPCRによるWTおよびCln3
Δex7−8マウスからの全脳ホモジネートの発現分析は、経口トレハロース投与がTFEB核内移行(
図12c、d)ならびにリソソームおよびオートファジー遺伝子の上方制御をもたらすことを示した(
図12e、f)。したがって、TFEBおよびCLEARネットワークはインビボで活性化される。
【0192】
[実施例3]
S467において、Aktはリン酸化を介してTFEB活性を制御する。
データは、薬理学的に作用可能な経路が、mTORC1とは無関係に、TFEBを活性化し、細胞クリアランスを増強することを示している。真核細胞では、調節経路は、絶えず変化する細胞条件への適応性を維持しながら、出力の有効性を最大化する冗長で動的に階層化されたシグナル伝達ネットワークに基づく傾向がある
42、43。したがって、TFEBの上流調節因子は、mTORC1を含む同じシグナル伝達カスケードにあり得ると推論された。mTORC1のキナーゼ活性はTSC2によって厳密に調節されており、TSC2はPI3K/Aktシグナル伝達経路によるリン酸化により不活性になる
44。PI3KまたはAktのいずれかを阻害すると、Torin 1によるmTORC1阻害と同様のTFEB核内移行が生じたので(
図14a、b)、AktがmTORC1とは無関係にTFEB活性を直接調節するかどうかを調べた。Tsc2
−/−細胞を用いて、mTORC1の構成的活性化の条件下でAkt活性に対するTFEBの応答性を試験した。以前の研究
44と一致して、mtORC1経路が血清除去または刺激に対して非感受性であるTsc2
−/−細胞では、Akt活性は血清補充によって刺激される可能性がある(
図15a)。重要なことに、血清飢餓Tsc2
−/−細胞の血清再刺激は、TFEB核から細胞質ゾルへの移行をもたらし、これはAkt阻害剤MK2206とのプレインキュベーションによって防止された(
図15b)。したがって、Akt活性はmTORC1とは無関係に血清刺激におけるTFEB細胞質ゾル局在化に必要である。TFEBの細胞内局在を調節するもう1つの因子であるGSK3βとの相互依存の可能性も確認した
45〜47。免疫ブロット分析は、GSK3β活性に対するトレハロースの検出可能な効果を示さず(
図16a)、共焦点顕微鏡分析は、トレハロースおよびMK2206の両方が構成的に活性なGSK3βを発現する細胞においてTFEBの核内移行を誘導できることを示した(CA−GSK3β/S9A−GSK3β;
図16b)。相互実験では、GSK3β阻害剤CHIR−99021は、構成的に活性なAkt(Akt
308D/473DまたはAkt−DD)を発現する細胞においてTFEBの核内移行を促進した
48(
図16c)。したがって、これらの結果は、AktおよびGSK3βが独立してTFEBを調節することを示している。トレハロースが、以前に報告されたTFEB活性の調節因子であるERKを阻害しないことも確認した
10(
図17)。
【0193】
AktがTFEBを直接リン酸化するかどうかを決定するために、Akt標的配列の位置重み行列(PWM)を、最初に実験的に確認されたAkt基質を用いて構築し、Akt PWMを用いて複数の種からのTFEBアミノ酸配列をスキャンした。この分析により、S467がAktの保存された候補ホスホアクセプターモチーフとして同定された(
図14c)。TFEBの変異型(S467A)は、ウエスタンブロットで分析すると低分子量にシフトし(
図18)、mTORC1標的部位の変異体(
図19)と同様に細胞質ゾル局在の減少および二重核−細胞質ゾル分布の増加(
図14d)を示した。重要なことに、TFEB(S467A)は、WT TFEBと比較してTFEB標的遺伝子の発現を誘導する能力の増加を示した(
図14e)。細胞質ゾルTFEBは14−3−3タンパク質と相互作用することが示されている
18、19。予想通り、TFEB(S467A)は、おそらくその核局在化の増大に起因して、14−3−3タンパク質との共局在化および相互作用の減少を示した(
図14f、g)。TFEB(S467A)はまた、構成的に活性なmTORC1を有する細胞において核局在化を示した(
図20)。
【0194】
インビトロAktキナーゼアッセイにより、Aktが精製TFEBをリン酸化するが、S467A変異型のTFEBをリン酸化しないことが示された(
図14h)。それ故、これらの結果はTFEBをAktの直接リン酸化基質として同定し、S467がこのようなリン酸化のための重要な残基であることを実施している。バイシストロン性TFEB−Flag−IRES−緑色蛍光タンパク質(GFP)およびTFEB(S467A)−Flag−IRES−GFPベクターのトランスフェクションは、変異型TFEBタンパク質がWT TFEBよりも安定であり、したがってAktもまたTFEBの安定性を調節していることを示した(
図21)。AKTのノックダウンは、TFEBの核内移行を増強し、そしてLAMP1発現を増加させ(
図14i)、したがって、AktがTFEB活性を負に調節することが確認された。重要なことに、トレハロースはオートファジーフラックスを増加させながらAkt活性を阻害し(
図14j)、構成的に活性なAkt(Akt−DD)の発現はTFEB核内移行に対するトレハロースの効果を無効にした(
図14k)。これらの実験は、Akt阻害がTFEBのトレハロース活性化を媒介することを機構的に実証する。トレハロース媒介性Akt阻害は、トレハロース処置マウスの脳において確認された(
図14l)。共免疫沈降(IP)実験により、AktがTFEBと相互作用し(
図22a)、このような相互作用はTFEBのS467A変異型を使用しても実質的に変化しないことが確認され(
図22b)、トレハロースがTFEBとのその相互作用ではなく、Aktの活性に影響を及ぼすことを示唆している。TFEBパラログ、MITFおよびTFE3がAkt活性に応答性であるかどうかも試験した。MITFおよびTFE3構築物をトランスフェクトしたHeLa細胞の共焦点顕微鏡分析は、MK2206によるAktの阻害がこれら2つの因子の核内移行を促進することを示し(
図23)、したがってこの調節機構の保存可能性を示唆する。
【0195】
Aktは癌に関与しているため、集中的な臨床研究の対象である。Akt調節剤の中で、MK2206は現在、前臨床および第I相臨床試験中である強力なAkt経口阻害剤である
49、50。トレハロースと同様に、HeLa細胞へのMK2206の投与は、TEMにより観察されるように、LC3点の数の増加(
図24a)、LC3−IIタンパク質レベルの増加(
図24b)、およびオートファジー小胞数の増加をもたらし(
図24c)、MK2206がオートファジーを活性化することを示した。さらに、MK2206処理はまた、リソソームおよびオートファジー遺伝子の発現を上方制御した(
図24d)。MK2206の腹腔内注射はAkt活性の阻害をもたらし(
図24e)、マウス脳においてTFEB核内移行(
図24f)をもたらし、次ぎに全脳ホモジネートの発現分析によって検出されるように、リソソームおよびオートファジー遺伝子の上方制御を促進した(
図24g)まとめると、これらのデータは、Aktの薬理学的阻害がインビトロおよびインビボでオートファジー−リソソーム経路を増強するという証拠を提供する。
【0196】
最後に、直接読み取りとしてセロイド脂肪色素の蓄積を用いて、MK2206が細胞クリアランスを調節するかどうかを試験した。JNCL線維芽細胞におけるMK2206によるAktの阻害は実際に、トレハロース処理で観察されたものと同様のセロイド脂肪色素のクリアランスをもたらし(
図25a)、これはMK2206またはトレハロースの中止によって逆転した(
図26)。次に、他のリソソーム遺伝子に突然変異を有する細胞株を用いて、その機能不全が異常なリソソーム内蓄積の蓄積をもたらす分子経路とは無関係に、Akt阻害が細胞クリアランスを増強するかどうかを試験した。その欠損がパルミトイル化タンパク質のリソソーム内蓄積および神経変性をもたらす、タンパク質の分解に関与する酵素であるパルミトイルタンパク質チオエステラーゼ−1(PPT1)(OMIM#600722)をコードする遺伝子の突然変異を有する細胞株を最初に試験した。以前の研究は、パルミトイル化タンパク質中のチオエステル結合の化学的切断が、PPT1欠損マウスモデルにおいて神経保護をもたらし、したがって未分解タンパク質の蓄積が疾患の病因に直接結び付くことを示している
51。MK2206を用いたAktの阻害は、PPT1に変異を有する患者由来の初代線維芽細胞におけるリソソーム内タンパク質の蓄積を劇的に減少させた(
図25b)。同様に、MK2206投与は、タンパク質のN末端からトリペプチドを連続的に除去し、その欠損が神経変性を引き起こすエキソペプチダーゼであるトリペプチジルペプチダーゼI(TPP1;
図25c)(OMIM#607998)の欠損を有する初代線維芽細胞においてタンパク質蓄積を減少させた。最後に、膜貫通輸送体、MFSD8(OMIM#611124)の欠損により引き起こされるリソソーム内蓄積のモデルを試験した。MFSD8機能をタンパク質性物質の蓄積に結び付ける分子経路は現在知られていないが、このような異常な蓄積は神経変性と関連している。MK2206によるAkt阻害は、MFSD8を欠損した初代線維芽細胞において細胞クリアランスの著しい増強をもたらした(
図25d)。まとめると、これらのデータは、Akt阻害が下流の細胞クリアランスを、一次破壊経路とは無関係に増強できることを実証している。本明細書に提示された結果に基づいて、Akt−TFEBシグナル伝達経路(
図25eに図式化されている)を小分子で利用して神経変性疾患における有毒物質のクリアランスを改善することが提案されている。
【0197】
実施例1〜3に関する考察
この研究は、神経変性蓄積疾患の治療に関連する可能性のあるmTORC1非依存性の薬理学的に作用可能な標的としてのTFEB活性のAkt制御を特定している。TFEBは実際にリソソームベースの細胞クリアランスを制御する中心的なハブであり
8、その潜在的な治療上の関連性は、アルツハイマー病、パーキンソン病およびハンチントン病を含む主要な神経変性疾患のモデルにおいてTFEBの異種発現に基づく原理証明研究を通して実証されている
8、13〜17。ニューロンのリソソーム内蓄積のインビボモデルとしてバッテン病マウスを使用して本明細書に提示されたデータは、リソソームの恒常性および機能の一次障害によるクリアランス経路の欠陥を打ち消すためにリソソーム増強を利用できることを実証している。これらの所見は、若年型のバッテン病のように、骨髄移植または遺伝子治療に基づくアプローチが本質的に適用困難である、膜結合タンパク質の欠損によって引き起こされるリソソーム蓄積障害に関連している
52。さらに広くは、この知見は、有効な治療標的がまだ確立されていない神経変性蓄積疾患に対する潜在的対象であるが、実験的証拠により、細胞クリアランス経路の増強が治療標的候補として同定されている。先駆的な遺伝的および機構的研究は、実際、これらの疾患における病原性機構とリソソーム機能の間の強い関連性を明らかにした
2〜6。
【0198】
どのようにしてTFEB活性を薬理学的に制御するかを理解することは、この分野を前進させ、神経変性疾患におけるTFEB媒介リソソーム増強の有効性を評価するための臨床試験の設定を助けるために緊急に必要である。最近の細胞ベースの研究は、栄養状態の変化に応じて、TFEB活性が特定のセリン残基でのmTORC1媒介リン酸化によって調節されている可能性があることを示している
18〜20。mTORC1自体がオートファジーの調節に関与していることが知られており、したがって神経変性疾患のモデルにおける前臨床試験の対象となっているので、これは重要な発見を意味していた。複数の研究の結果から、ハンチントン病
53、アルツハイマー病
54、55、タウオパチー
56、前頭側頭葉性認知症
57、脊髄小脳性失調症III型
58、および家族性プリオン病
59のマウスモデルにおいて、mTORC1阻害によるオートファジーの上方制御は神経変性病理を減弱さえることが示された。しかし、mTORC1は、タンパク質、脂質、およびヌクレオチド
60の合成を調節することによって細胞増殖などの同化経路を制御する中心的な調節ハブとして作用し、長期のmTORC1阻害は免疫抑制の誘導および創傷治癒障害の原因となる
3、61。臨床的には、mTORC1阻害は、最初に同定されたmTORC1アロステリック阻害剤のラパマイシン
62、または薬理学的プロファイルの改善を示すラパマイシン類似体を使用することによって得られる。しかし、ラパマイシンによるmTORC1のアロステリック阻害はTFEBの活性化にほとんどまたは全く影響を与えない
18〜20。TFEBを薬理学的に活性化するためのmTORC1非依存性経路の本発明者らの同定は、神経変性疾患における細胞クリアランスのTFEB媒介増強を試験するための新たな手段を提供する。興味深いことに、TFEBの薬理学的活性化とmTORC1アロステリック阻害は、オートファジー−リソソームクリアランス経路の直交性相乗的アクチベーターとして使用でき、理想的にはどちらかの薬物の潜在的な副作用を最小限に抑える薬物投薬量を特定する。それ故、Akt阻害剤、そして重要なことには、二重PI3K/mTOR阻害剤の利用可能性の増大は、将来の前臨床試験および臨床試験にとって有益であることが証明され得る。
【0199】
AGCセリン/トレオニンキナーゼファミリーの一員であるAktは、細胞生存およびアポトーシス阻害において重要な役割を果たす。Aktの異常な活性化は、Aktの突然変異や上流のシグナル伝達経路の調節異常などの機構を介して起こる可能性があり、悪性化および化学療法抵抗性の重要な推進力となっている
63。このことが、Aktを癌治療の有望な治療標的としている。懸命な前臨床的および臨床的取り組みが、実際にAktによって調節される下流経路の特徴付けおよび癌患者におけるAktの化学的阻害の試験に置かれている
49、50、64、65。興味深いことに、先駆的な研究は、Aktがマクロオートファジー
66とシャペロン媒介オートファジー
67を調節することを示している。トレハロースのような二糖類がAktの活性化をどのように調節するかはまだ決定されていないが、AktがTFEBを介してリソソーム機能を調節するという知見は、オートファジー−リソソームクリアランス経路におけるAktの役割の特徴付けに重要な層を追加し、Akt阻害剤の臨床使用によって影響される細胞プロセスを理解する新しい角度を提供する。PI3K−Akt経路は、mTORC1活性を刺激するための分泌増殖因子からのシグナルの統合において重要な役割を果たすので、トレハロースによるAkt阻害がmTORC1を阻害しないこともまた興味深い。成長因子に応答して、AktはTSC2をリン酸化し、それを阻害し、TSC2はmTORC1直接アクチベーターのRhebをその不活性GDP結合状態に維持することによりmTORC1の負の調節因子として作用する
68。同じTSC2/Rhebカスケードを介してAktと並行して作用するmTORC1の別の上流調節因子はERKであり、これは成長因子からのシグナルをRas−ERK Q 5経路を介して統合する。Aktと同様に、ERKもまたTSC2を阻害する。トレハロースはAktを阻害するが、ERK活性は阻害しないことがわかり、したがって、活性なERKがTSC2を不活性に保つために十分であり、その結果修正されていないmTORC1シグナル伝達がもたらされる。TSCタンパク質は他の経路からのシグナルも統合するため、追加の調節層がトレハロースに対するmTORC1の非感受性の原因となる可能性がある。
【0200】
まとめると、TFEBのmTORC1非依存性調節因子としてのAktの同定は、TFEB媒介細胞クリアランスの薬理学的制御のための新たな展望を開くものである。TFEBのAkt調節は、神経変性蓄積障害における細胞クリアランスを増強するために治療的に利用することができ、Akt−TFEBシグナル伝達経路を標的とする薬物の利用可能性は、神経変性疾患におけるTFEB媒介リソソーム増強の臨床翻訳を目的とする将来の研究を保証する。
【0201】
[実施例4]
ミグルスタットならびにトレハロースとミグルスタットとの併用は、バッテン病マウスにおいて神経細胞死を阻害する。
バッテン病マウス(Cln3 KOマウス)にトレハロース、低用量のミグルスタット、高用量のミグルスタット、またはトレハロースとミグルスタットの併用を投与した。これらの実験では2つの対照を使用した:(1)未処置のバッテンマウス、および(2)未処置の野生型マウス。神経細胞死(CAS−3陽性細胞の密度(細胞数/面積)で測定)、神経炎症(神経系のGFAP陽性星状細胞の数で測定)、および神経系へのマクロファージ浸潤(CD68の面積%により測定した)を測定した。
【0202】
ミグルスタットで処置したすべてのバッテン病マウスは、未処置のバッテン病マウスよりも神経細胞死が少ない(P<0.05)。さらに、ミグルスタットで処置したすべてのバッテン病マウスは、神経細胞死に関して野生型マウスと識別不能である。(
図30)
【0203】
ミグルスタットで処置したマウスはすべて、未処置のバッテンマウスよりもGFAP陽性細胞が少ない(P<0.05)。さらに、ミグルスタットで処置されたすべてのバッテン病マウスは、アストログリア増殖症に関して野生型マウスと識別不能である。(
図31)
【0204】
ミグルスタットで処置されたすべてのマウスは、未処置のバッテン病マウスよりもマクロファージ浸潤が少ない(P<0.05)。さらに、ミグルスタットで処置したすべてのバッテン病マウスは、マクロファージ浸潤に関して野生型マウスと識別不能である。(
図32)
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