筋疾患に対するマイオスタチン阻害療法の臨床応用基盤の確立

文献情報

• 文献番号: 201027064A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 筋疾患に対するマイオスタチン阻害療法の臨床応用基盤の確立
• 課題番号: H20-こころ・一般-018
• 研究年度: 平成22(2010)年度
• 研究代表者(所属機関): 砂田 芳秀(川崎医科大学 医学部)

研究分担者(所属機関)

• 土田　邦博(藤田保健衛生大学総合医科学研究所)
• 野地　澄晴(徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部)
• 濃野　勉(川崎医科大学　医学部)
• 武田　伸一(国立精神・神経医療研究センター神経研究所)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 障害者対策総合研究
• 研究開始年度: 平成20(2008)年度
• 研究終了予定年度: 平成22(2010)年度
• 研究費: 21,000,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

筋ジストロフィーは進行性の筋萎縮と筋力低下をきたす予後不良の遺伝性疾患で、いまだに有効な治療法は確立されていない。本研究は骨格筋量を負に制御するマイオスタチンを創薬標的分子ととらえ、マイオスタチン阻害による筋ジストロフィー治療薬の開発と臨床応用に向けた基盤を確立することを目的とする。本年度の研究では筋ジストロフィーモデル動物（マウス）に昨年度までに開発した治療分子（阻害ペプチド薬、siRNA医薬、低分子受容体阻害薬）を投与して、その治療効果と安全性を評価し、臨床応用の可能性を検討する。

研究方法

① N-末端に細胞膜透過配列を付加した29アミノ酸残基から構成されるプロドメイン由来阻害ペプチド、②タイプＩ セリン・スレオニンキナーゼ膜受容体（ALK5）に対する低分子阻害剤、③マイオスタチンsiRNAとアテロコラーゲン複合体をLGMD1Cモデルマウスに投与し、経時的に体重、筋力を測定した。また一定期間後に骨格筋を摘出して単一筋線維断面積の計測、病理組織、張力測定などを行い治療効果を検討した。

結果と考察

(1)10週齢LGMD1CモデルマウスへのRp-29ペプチド腹腔内投与では体重、筋力、骨格筋重量や単一筋線維断面積に有意な治療効果は得られなかった。この原因として、ペプチドが容易に分解を受ける可能性が考えられ、更なる改良が必要である。
(2)TβRI kinase阻害剤が、成人骨格筋の組織幹細胞である筋衛星細胞数を増加させ、広範なTGF-βファミリー分子によるマウス筋芽細胞C2C12分化抑制を強力に阻害することを確認した。従ってこの阻害剤は、筋ジストロフィーのみでなく癌悪疫質などの筋消耗性疾患、正常人の老化による筋萎縮などでも、幹細胞レベル及び筋芽細胞レベルの双方で筋萎縮阻害作用を有すると考えられる。
(3)マイオスタチン-siRNAとアテロコラーゲン複合体投与群において対照群の約3倍の張力増加が見られた。回復した張力は野生型(C3H)マウスの約55％に達することが認められた。

結論

(1) マイオスタチン阻害ペプチドRp29の全身投与では筋萎縮の改善効果は得られなかった。
(2) TβRI kinase阻害剤には筋衛星細胞の増加作用、筋芽細胞の融合・分化促進作用があり、筋萎縮改善の分子基盤となっていることを明らかにした。
(3) アテロコラーゲンを担体としたマイオスタチンsiRNA導入により、筋ジストロフィーモデルマウスの筋張力の大幅な改善に成功した。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-06-09
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201027064B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 筋疾患に対するマイオスタチン阻害療法の臨床応用基盤の確立
• 課題番号: H20-こころ・一般-018
• 研究年度: 平成22(2010)年度
• 研究代表者(所属機関): 砂田 芳秀(川崎医科大学 医学部)

研究分担者(所属機関)

• 土田　邦博(藤田保健衛生大学　総合医科学研究所)
• 野地　澄晴(徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部)
• 濃野　勉(川崎医科大学　医学部)
• 武田　伸一(国立精神・神経医療研究センター神経研究所)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 障害者対策総合研究
• 研究開始年度: 平成20(2008)年度
• 研究終了予定年度: 平成22(2010)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

マイオスタチンは、骨格筋量を負に、体脂肪量を正に制御している骨格筋特異的TGF-βファミリー分子である。本研究ではマイオスタチン活性の分子機構を探るとともに、その活性阻害によって骨格筋萎縮と脂肪変性を特徴とする筋ジストロフィーに対する画期的な治療法の開発を目標とした。

研究方法

マイオスタチン活性阻害戦略として、①可溶性コラーゲンナノキャリアーを用いたマイオスタチンRNA干渉、②マイオスタチンの生理的活性阻害蛋白質プロドメインに由来する阻害ペプチド、③マイオスタチンの細胞膜受容体キナーゼに対する低分子阻害剤、④マイオスタチン阻害内分泌ホルモンであるホリスタチン誘導体、⑤マイオスタチン修飾分子furin及びWntシグナル遮断、の5つのアプローチで研究を進めた。

結果と考察

(1)陽性電荷を有するナノキャリアーとして最近注目されている可溶性コラーゲンとマイオスタチンsiRNAとの複合体を作成して野生型及びLGMD1Cモデルマウス(変異caveolin-3 Tg)に局所及び全身投与した。それぞれ筋量増加と筋力増強に成功した。
(2)独自に開発したHEK293細胞マイオスタチン転写活性アッセイ系を用いて、プロドメインに由来するマイオスタチン阻害ペプチドを合成し、LGMD1Cモデルマウス骨格筋に局所投与して骨格筋量の15％の増加を達成した。
(3)抗癌剤として注目されているTGF-βタイプIセリン・スレオニンキナーゼ阻害剤がマイオスタチンを含む複数のTGF-βファミリーによる筋芽細胞分化抑制作用を強力に阻害することを世界に先駆け証明した。この低分子阻害剤を野生型及びLGMD1Cモデルマウスに経口投与したところ筋量増加、筋力増大が達成され投与骨格筋では筋衛星細胞数が増加した。
(4)骨格筋脂肪化の前駆細胞として筋衛星細胞とは全く異なるPDGFRα陽性間葉系細胞を同定することに成功した。

結論

多面的なアプローチによって本邦で独自にマイオスタチン阻害治療薬の開発を行い、筋ジストロフィー治療への応用の基盤を確立することができた。また廃用性筋萎縮症やメタボリック症候群といった現在の医療費や介護負担を押し上げる二大要因に対してもこのマイオスタチン阻害療法の効果が期待できる。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-06-09
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201027064C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: マイオスタチン活性阻害中心の同定、受容体キナーゼから発信される筋萎縮機構の解明、カベオリン３によるこの受容体の抑制機構の発見は、細胞生物学的に重要な成果でありLab Invest 92, 1100-1114, 2012に表紙として掲載された。研究が進展しマイオスタチン干渉RNAの開発に繋がり（PLoS One 8, e64719, 2013）、筋ジストロフィー治療の課題である筋脂肪化の前駆細胞の同定にも成功しNature Cell Biology 12, 143-152, 2010に掲載された。
• 臨床的観点からの成果: 活性阻害ペプチド、受容体キナーゼ阻害剤という独自の戦略でマイオスタチン阻害治療発信に挑んだ。それぞれ筋ジストロフィーモデル動物で、筋萎縮改善に成功した。野生型マウスにおいても筋幹細胞数が増加し、筋消耗性疾患全般への臨床応用が期待できる。平成24年度にペプチドは特許出願(2013-17540）、キナーゼ阻害剤は産学連携によってJSTシーズに採択(AS24212769)され進捗している。コラーゲン分子を担体とした干渉RNAは臨床応用が視野に入った(その他のインパクト稿参照)。
• ガイドライン等の開発: 該当しない。
• その他行政的観点からの成果: 筋ジストロフィーは稀少疾患であるが、治療法が確立されていない難病である。その克服は人類共通の課題であり、研究の推進は科学先進国の使命である。世界にアピールできる筋ジストロフィー治療薬の発信は行政的な観点から評価ができる。マイオスタチン阻害戦略は廃用症候群や癌悪疫質、サルコペニアなど筋消耗性疾患全般への応用が期待されることから、高齢者の介護負担の軽減にも発展する可能性がある。すなわち厚生労働行政の課題である希少難治性疾患対策、及び、老年者の介護医療対策の双方に直結する成果と考えられる。
• その他のインパクト: 平成25年度のマイオスタチン干渉RNA論文について以下のサイトにアップ。; http://www.oita-press.co.jp/worldScience/2013/05/2013052301000786.html; http://www.saga-s.co.jp/news/global/corenews.0.2461294.article.html; http://www.kyoto-np.co.jp/environment/article/20130523000015

発表件数

• 原著論文（和文）: 0件
• 原著論文（英文等）: 13件
• その他論文(和文): 0件
• その他論文(英文等): 2件
• 学会発表(国内学会): 24件
• 学会発表(国際学会等): 14件
• その他成果(特許の出願): 1件
• その他成果(特許の取得): 1件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 6件

特許

• 特許の名称: マイオスタチン阻害ペプチド
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 特願2013-17540 ; 発明者名: 砂田芳秀、大澤 裕、西松伸一郎、林 良雄、伊東史子 ; 権利者名: 学校法人川崎学園、学校法人 東京薬科大学 ; 出願年月日: 20130131 ; 国内外の別: 国内

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Ohsawa Y,Okada T, Sunada Y. et al.; Caveolin-3 regulates myostatin signaling. ; Acta Myol. , 27 , 19-24 (2008)
• 原著論文2: Kinouchi N,Sunada Y, Noji S. et al.; Atelocollagen-mediated local and systemic applications of myostatin-targeting siRNA increase skeletal muscle mass; Gene Ther. , 15 (15) , 1126-1130 (2008)
• 原著論文3: Tsuchida K, Nakatani M, Sunada Y. et al.; Activin signaling as an emerging target for therapeutic interventions; Cell Commun.Signal. , 7 (1) , 15- (2009)
• 原著論文4: Kobayashi M, Nakamura A,Takeda S. et al.; Evaluation of dystrophic dog pathology by fat-suppressed T2-weighted imaging; Muscle Nerve , 40 (5) , 815-826 (2009)
• 原著論文5: Nakamura A, Takeda S; Exon-skipping therapy for Duchenne muscular dystrophy; Neuropathology , 29 (4) , 494-501 (2009)
• 原著論文6: Yokota T,Takeda S, Hoffman E. et al.; Efficacy of Systemic Morpholino Exon-Skipping in Duchenne Dystrophy Dogs; Ann.Neurol. , 65 (6) , 667-676 (2009)
• 原著論文7: Miyagoe-Suzuki Y, Masubuchi N, Takeda S. et al.; Reduced proliferative activity of primary POMGnT1-null myoblasts in vitro; Mech.Dev. , 126 (3) , 107-116 (2009)
• 原著論文8: Uezumi A,Takeda S,Tsuchida K. et al.; Mesenchymal progenitors distinct from satellite cells contribute to ectopic fat cell formation in skeletal muscle; Nature Cell Biology , 12 (2) , 143-152 (2010)
• 原著論文9: Adachi T, Kawakami E, Noji S. et al.; Delivery of small interfering RNA with a synthetic collagen poly(Pro-Hyp-Gly) for gene silencing in vitro and in vivo; Dev.Growth Differ. , 52 (8) , 693-699 (2010)
• 原著論文10: Saito T, Nakamura A, Takeda S. et al.; Antisense PMO Found in Dystrophic Dog Model Was Effective in Cells from Exon7-Deleted DMD Patient ; PLoS One , 5 (8) , 12239- (2010)
• 原著論文11: Nakatani M, Sunada Y, Tsuchida K. et al.; Follistatin-derived peptide expression in muscle decreases adipose tissue mass and prevents hepatic steatosis; Am.J.Physiol.Endocrinol.Metab. , 300 (3) , 543-553 (2011)
• 原著論文12: Kawakami E, Sunada Y, Noji S. et al.; Atelocollagen-mediated systemic administration of myostatin-targeting siRNA improves muscular atrophy in caveolin-3-deficient mice; Dev.Growth Differ. , 53 (1) , 48-54 (2011)
• 原著論文13: Yokota T, Hoffman E, Takeda S ; Antisense oligo-mediated multiple exon skipping in a dog model of duchenne muscular dystrophy ; Methods Mol.Biol. , 709 , 299-312 (2011)
• 原著論文14: Rikimaru M, Ohsawa Y, Sunada Y. et al. ; Taurine ameliorates impaired mitochondrial function and prevents stroke-like episodes in patients with MELAS.; Intern Med. , 51 (24) , 3351-3352 (2012); 10.2169/internalmedicine.51.7529
• 原著論文15: Ohsawa Y, Nishimatsu S, Sunada Y. et al.; An inhibitor of transforming growth factor beta type I receptor ameliorates muscle atrophy in a mouse model of caveolin 3-deficient muscular dystrophy. ; Lab Invest. , 92 (8) , 1100-1114 (2012); 10.1038/labinvest.2012.78

公開日・更新日

• 公開日: 2015-05-29
• 更新日: -

収支報告書

• 文献番号: 201027064Z