JP2004248505A - 移植抗原の一部または全てを欠除したes細胞由来の未分化な体細胞融合細胞およびその製造 - Google Patents

移植抗原の一部または全てを欠除したes細胞由来の未分化な体細胞融合細胞およびその製造 Download PDF

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Abstract

【課題】免疫的拒絶反応を惹起せず、卵細胞を材料とせずに、疾病を処置するためのドナーとなり得る細胞、組織および臓器を効率的に確立することを課題とする。
【解決手段】本発明者らは、ES細胞と体細胞を融合した4倍体細胞を作製し、該細胞がin vivoおよびin vitroで増殖させることができ、また、体細胞核が再プログラム化されており、多分化能を有することを明らかにした。このような4倍体細胞において、ES細胞由来の移植抗原の一部または全部を発現しないES細胞を未分化な体細胞融合細胞の作製に利用することにより、該融合細胞、または該融合細胞から分化された細胞、組織および臓器はレシピエントに導入された場合に、ES細胞由来の移植抗原の全てを有する細胞由来のものと比べレシピエントにおいて受ける拒絶反応が減少される。即ち、本発明の未分化な体細胞融合細胞は疾病を処置するためのドナーとなる細胞、組織および臓器を確立するための理想的な材料となり得る。
【選択図】 なし

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、胚性幹(ES)細胞由来の移植抗原の一部または全部を欠失させた未分化な体細胞融合細胞の製造方法、並びに、該融合細胞から体細胞由来の主要組織適合抗原のみを発現する細胞、組織または臓器を分化させることを含む細胞、組織または臓器の製造方法に関する。また、本発明は該方法により製造される体細胞由来の主要組織適合抗原のみを発現する未分化な体細胞融合細胞、並びに、細胞、組織および臓器に関する。
【0002】
【従来の技術】
胚性幹(ES)細胞は、初期の胚から誘導される迅速に増殖する未分化の全能性細胞であり、胚性腫瘍細胞と類似の性質を示す。ES細胞は最初、マウス胚盤胞の内部細胞塊(Inner cell mass;ICM)をマウス繊維芽細胞のフィーダー細胞層上で培養することにより確立された。ES細胞は、フィーダー細胞層および/または白血病阻害因子(LIF)の存在下のその未分化の状態を維持するような条件下では無限の寿命を有する[R.Williams et al., Nature 336:684−687 (1988)]。また、高いin vitro分化能を有し、集合塊として培養するだけで多種類の細胞に分化させることができることが知られている。ES細胞は、着床前の段階の胚より確立され、外胚葉、中胚葉および内胚葉の3胚葉由来の種々の細胞型へ分化する多分化能を有する細胞である[M.J.Evans and M.H.Kaufman, Nature 292:154−156 (1981); G.R.Martin, Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 78:7634−7638 (1981)]。即ち、ES細胞は成体のあらゆる成熟細胞へと分化する能力を有し、例えば、正常な初期の胚中に導入しキメラ胚を形成させることによりキメラ動物の体細胞および生殖細胞の両方へ分化させることができる[R.L.Brinster, J.Exp.Med. 140:1949−1956 (1974) ; A.Bradley et al., Nature 309:255−256 (1984)]。精巣や卵巣等の生殖細胞にES細胞由来の細胞が導入されたキメラ動物を親として交配することにより、ES細胞由来の細胞のみで構成される子孫を得ることができる。これは即ち、遺伝学的に十分制御された人為的素質を有する動物を獲得できるということである。このような動物により、in vitroに限らず個体レベルにおいても発生や分化のメカニズムについての研究が可能となる。ES細胞は、胚性腫瘍細胞とは異なり、その多くが正常二倍体の核型を保持した正常細胞であり、キメラ形成率が高く、生殖系列の細胞へ分化する確立も高く[A.Bredley et al., Nature 309:255−256 (1986)]、発生学分野以外でもES細胞の利用範囲は広がりつつある。
【0003】
例としては、ES細胞は、細胞研究や細胞分化を決定する遺伝子研究にとってこのうえない材料といえる。例えば、配列の知られた遺伝子の機能解析のため、マウスES細胞は遺伝的改変を導入し、遺伝子の破壊されたマウス株の産生に用いられてきた。未分化ES細胞の使用は、ヒトゲノム解読後の機能解析作業においてきわめて効率がよく有効であろう。また、ES細胞はin vitroにおいて、広い範囲にわたる種々の細胞型へ分化することができるため、胚発生の際の細胞分化機構を研究するために使用されてきた。ES細胞を成長因子の添加、または胚様体を形成することにより造血細胞、心筋、および、幾つかの型のニューロン等の臨床的に有用な細胞へと分化するよう促すことが可能となってきた[M.Wiles et al., Dev elopment 111:259−267 (1991); W.Miller−Hance et al., J.Biol.Chem. 268:25244−25252 (1993); V.A.Maltsev et al., Mech.Dev. 44:41−50 (1993); G.Bain et al., Dev.Biol. 168:342−357 (1995)]。有用な細胞へと分化させるマウスES細胞についての誘導の試みは、造血細胞、心筋、特異的ニューロン、および、血管の製造について成功している[T.Nakano et al., Science 265:1098−1101 (1994); R.Pacacios et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92:7530−7534 (1995); V.A.Maltsev et al., Mech.Dev. 44:41−50 (1993); S.H.Lee et al., Nat.Biotechnol. 18:675−679 (1999); H.Kawasaki et al., Neuron 28:31−40 (2000); S.−I.Nishikawa, Development 125:1747−1757 (1998); M.Hirashima et al., Blood 93:1253−1263 (1999)]。
【0004】
現在、ハムスター[Doetshman T. et al., Dev.Biol. 127:224−227 (1988)]、ブタ[Evans M.J. et al., Theriogenology 33:125128 (1990); Piedrahita J.A. et al., Theriogenology 34:879−891 (1990); Notarianni E. et al., J.Reprod.Fert. 40:51−56 (1990); Talbot N.C. et al., Cell.Dev.Biol. 29A:546−554 (1993)]、ヒツジ[Notarianni E. et al., J.Reprod.Fert.Suppl. 43:255−260 (1991)]、ウシ[Evans M.J. et al., Theriogenology 33:125−128 (1990); Saito S. et al., Roux.Arch.Dev.Biol. 201:134−141 (1992)]、ミンク[Sukoyan M.A. et al., Mol.Reprod.Dev. 33:418−431 (1993)]、ウサギ[特表2000−508919号]並びに、アカゲザルおよびマーモセット等の霊長類[Thomson J.A. et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92:7844−7848 (1995); Thomson J.A. et al., Biol.Reprod. 55:254−259 (1996)]等のES細胞が確立されている。ヒトES細胞も確立されており、それらはマウスES細胞と類似した分化能を示した[J.A.Thomson et al., Science 282:1145−1147 (1998); J.A.Thomson et al., Dev.Biol. 38:133−165 (1998); B.E.Reubinoff et al., Nat.Biotechnol. 18:399−404 (2000)]。主に、マウスES細胞を用いて得られた分化誘導調節について蓄積された膨大な知識を適用することにより、ヒトES細胞が心筋梗塞、パーキンソン病、糖尿病および白血病を含む多数の疾病における移植治療用の種々の細胞・組織の無限の材料となり、移植治療におけるドナー不足問題が解消されることが期待されている。2000年の6月23日には、豪・米・独による3つの研究チームが、国際幹細胞生物シンポジウムにおいて、ヒトES細胞から神経細胞や筋肉細胞を初めて作り出すことに成功したことを報告した。また、最近、ヒトES細胞からの造血細胞を分化させる方法についても報告されている。しかしながら、移植治療においてES細胞を用いる場合にも、今日の臓器移植と同様に免疫的拒絶反応は生じるという問題は残されている。
【0005】
生きた組織の移植は種々の理由で行なわれているが、臓器移植により欠損した機能を補い、例えば、腎臓のような重要臓器の致命的疾患を救うこともできる。同一個体で他の部位に移植する場合、これは自家移植と呼ばれ、自家移植片は拒絶されない。一卵性双生児間や近交系動物間での移植を同系移植といい、この場合も、移植片は宿主にいつまでも生着する。同種間の移植を同種移植といい、拒絶を防ぐ特別な処置を行なわない場合には移植片は拒絶される。また、異なる種属間の移植を異種移植といい、移植片は宿主により速やかに破壊される。
【0006】
移植片拒絶を招く因子は、移植抗原あるいは組織適合性抗原と呼ばれる。赤血球を除くすべての体細胞は移植抗原を有している。赤血球は独自の血液型(ABO)抗原を持つ。主なヒト移植抗原は、主要組織適合抗原またはHLA(ヒト白血球グループA) と呼ばれ、第6染色体の遺伝子によって支配される。HLA抗原は、拒絶反応の標的であるクラスI抗原、および、拒絶反応の開始の役を果たすクラスII抗原の2群に分類される。クラスI抗原は全ての組織にみられるが、クラスII抗原はそうではなく、マクロファージ様の細胞である指状の突起を有する樹状細胞に多数発現している。拒絶反応が開始しないよう、このような細胞を臓器移植組織から除去する試みについては実験的な成功例はあるが、現在のところ臨床的には応用されていない。
【0007】
移植後に発症する拒絶反応は、超急性拒絶反応、促進型急性拒絶反応、急性拒絶反応、慢性拒絶反応に分類することができる。超急性拒絶反応はレシピエントの血清中にドナーのHLA抗原に反応する既存抗体が存在しているときに起こる。血管結合が終了し、臓器への血流を再開した後、数時間以内に起こる激しい拒絶反応で移植臓器は直ちに廃絶される。現在、治療法はなく、移植前にリンパ球交差試験を行い、レシピエント血清中にドナーリンパ球に反応する抗体を持つことが認められた場合、その移植を断念することで予防することでしか防ぐことができない。促進型急性拒絶反応は、ドナーのHLA抗原に反応性のTリンパ球が、移植前にレシピエントの体の中に存在するときに発現する。移植後7日以内に発症することが多く、超急性拒絶反応同様、激しい拒絶反応であるが、近年の治療薬の進歩により治癒させることも可能となってきている。急性拒絶反応は移植された臓器のドナーHLA抗原によって、主にTリンパ球による細胞性の免疫反応が惹起された結果として起こるものである。移植後に最もよくみられる拒絶反応で、通常、移植後2週目から1か月位までに認められる。慢性拒絶反応は、臨床的には治療に抗して徐々に進行する臓器機能の低下を特徴とし、多くは移植後6か月から1年を経過してから発症する。基本的には、ドナーHLA抗原の侵入により活性化されたレシピエントの免疫反応が引き起こす移植臓器の組織障害と、それに対応した臓器組織の反応により、長期にわたって進行していく組織変性と考えられている。レシピエントと同じMHC分子構造の臓器を移植しない限り、必ず拒絶反応が起こる。現在のところ、どのように拒絶反応をコントロールするかは大きな課題である。
【0008】
上述のような拒絶反応を起こさないようにする免疫抑制法として、大きく分けて、免疫抑制剤によるもの、外科的手術、放射線照射等が挙げられる。まず、免疫抑制剤として主なものとして副腎皮質ステロイド薬、シクロスポリン、FK506等がある。副腎皮質ステロイド薬は循環性T細胞の数を減少させ、リンパ球の核酸代謝、サイトカイン産生を阻害してその機能を抑え、マクロファージの遊走や代謝を抑制して免疫反応を押さえる。一方、シクロスポリンやFK506の作用は類似しており、ヘルパーT細胞の表面にある受容体と結合して細胞内に入り込み、DNAに直接働いてインターロイキン2の生成を阻害する。最終的には、killer T細胞が機能できなくなり免疫抑制作用が起こる。これらの免疫抑制剤の使用においては副作用が問題となる。ステロイドは特に副作用が多く、また、シクロスポリンは肝臓・腎臓に対する毒性がある。また、FK506は腎臓に対する毒性を有する。次に外科的手術としては、例えば、リンパ節摘出、脾臓摘出、胸腺摘除が挙げられるが、これらについてはその効果が十分に証明されてはいない。外科的手術の中でも胸菅ろうとは、循環しているリンパ球を体外に導くものであり効果も確認されているが、大量の血清蛋白、脂肪流出を引き起こし、栄養障害が起こりやすくなるという欠点がある。放射線照射には全身照射と移植片照射があるが、効果が不確実な面もあり、レシピエントに対する負担が大きいので、前述の免疫抑制剤との併用により利用されている。上述のいずれの方法も拒絶反応の防止に理想的ではないことは明らかである。
【0009】
現在、除核した卵細胞への体細胞核の導入により、体細胞核が全能性に再プログラム化されることが哺乳動物でも示され、クローンヒツジ、クローンウシ、クローンマウス、およびクローンブタ等が作成されている[Wilmut I. et al., Nature 385:810−813 (1997); Kato Y. et al., Science 282:2095−2098 (1998); Wakayama T.et al., Nature 394:369−374 (1998); Onishi A. et al., Science 289:1188−1190 (2000); Polejaeva I.A. et al., Nature 407:86−90 (2000)]。この技術を利用し、移植を受ける宿主由来の体細胞の核を卵細胞を用いて再プログラム化し、全能性の細胞を作製することにより免疫的拒絶反応を惹起しない移植片を作製することができると考えられる。また、このような細胞培養の方法によれば、ドナー不足をも解消することができると思われる。しかしながら、この方法では卵細胞を用いる必要あることが倫理的な観点で問題となっている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は免疫的拒絶反応を惹起せず、卵細胞を材料とせずに、疾病を処置するためのドナーとなり得る細胞、組織および臓器を効率的に確立することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ES細胞と体細胞を融合した4倍体細胞を作製し、該細胞がin vivoおよびin vitroで増殖させることができ、また、体細胞核が再プログラム化されており、多分化能を有することを明らかにした。本発明では、このような4倍体細胞において、宿主中で免疫的拒絶反応を惹起するES細胞由来因子、即ちES細胞由来の移植抗原の一部または全部を発現しないES細胞を未分化な体細胞融合細胞作製の際に利用する。該融合細胞、または該融合細胞から分化された細胞、組織および臓器はレシピエントに導入された場合に、ES細胞由来の移植抗原の全てを有する細胞由来のものと比べレシピエントにおいて受ける拒絶反応が減少される。即ち、本発明の未分化な体細胞融合細胞は疾病を処置するためのドナーとなる細胞、組織および臓器を確立するための理想的な材料となり得る。本発明は具体的には、
(1) 移植抗原の一部または全部を欠失されたES細胞、および、体細胞を融合させることを含む、ES細胞由来の移植抗原の一部または全部が欠失した未分化な体細胞融合細胞の製造方法、
(2) 移植抗原が主要組織適合抗原である、上記(1)に記載の融合細胞の製造方法、
(3) 主要組織適合抗原がクラスI抗原である、上記(2)に記載の融合細胞の製造方法、
(4) 体細胞が移植個体由来のリンパ球、脾臓細胞または精巣由来細胞である、上記(1)〜(3)に記載の融合細胞の製造方法、
(5) ES細胞、および/または、体細胞がヒト由来の細胞である、上記(1)〜(4)に記載の融合細胞の製造方法、
(6) ES細胞と体細胞を融合させ未分化な体細胞融合細胞を作製し、該融合細胞を分化させることを含む、ES細胞由来の移植抗原の一部または全部が欠失された細胞、組織または臓器の製造方法、
(7) 移植抗原が主要組織適合抗原である、上記(6)に記載の細胞、組織または臓器の製造方法、
(8) 主要組織適合抗原がクラスI抗原である、上記(7)に記載の細胞、組織または臓器の製造方法、
(9) 体細胞が移植個体由来のリンパ球、脾臓細胞または精巣由来細胞である、上記(6)〜(8)に記載の細胞、組織または臓器の製造方法、
(10) ES細胞、および/または、体細胞がヒト由来の細胞である、上記(6)〜(9)に記載の細胞、組織または臓器の製造方法、
(11) 移植抗原の一部または全部が欠失されたES細胞および体細胞の未分化な体細胞融合細胞、
(12) 移植抗原が主要組織適合抗原である、上記(11)に記載の融合細胞、
(13) 主要組織適合抗原がクラスI抗原である、上記(12)に記載の融合細胞、
(14) 体細胞が移植個体由来のリンパ球、脾臓細胞または精巣由来の細胞である、上記(11)〜(13)のいずれかに記載の融合細胞、
(15) ES細胞、および/または、体細胞がヒト由来の細胞である、上記(11)〜(14)のいずれかに記載の融合細胞、
(16) 上記(11)〜(15)のいずれかに記載の融合細胞より分化された、ES細胞由来の移植抗原の一部または全部が欠失された細胞、組織または臓器、
(17) 該細胞が筋肉、軟骨、上皮細胞、または神経細胞である、上記(16)に記載の細胞、組織または臓器、
(18) 該細胞、組織または臓器が移植に用いられるものである、上記(16)または(17)に記載の細胞、組織または臓器、
に関する。
【0012】
【発明の実施の形態】
本明細書中において、「移植抗原」とは、未分化体細胞融合細胞若しくは該融合細胞から分化された細胞、組織および臓器等を特定の個体へ導入した場合に、導入された個体内において移植免疫を導入し得る抗原物質のことである。移植抗原の大多数は、共優性形質として細胞膜上に発現しているが、強い拒絶反応を起こす、抗原提示分子である主要組織適合抗原(MHC)と、慢性の弱い拒絶反応を引き起こす副組織適合抗原の2つに大きく分類することができる。主要組織適合抗原系は、臓器、組織および細胞の同種移植に際し、最も強い拒絶反応を引き起こすアロ抗原系である。この主要組織適合抗原系を支配する遺伝子群は、多数の遺伝子座を含む複合体であり、高度の多型性を有し、主要組織適合遺伝子複合体(MHC)と呼ばれる。ヒトでは、第6染色体短腕上のヒト白血球抗原(HLA)、マウスでは第17染色体上のH−2遺伝子複合体がこれに相当する。MHCは調べられて全ての哺乳類、鳥類に1個存在しており、ヒトおよびマウス以外では、アカゲザルのRhL−A、イヌのDLA、ラットのRT1等が知られている。ヒトのMHCであるHLA抗原は、全ての有核細胞に発現しているクラスI抗原と、マクロファージ、B細胞、活性化T細胞、樹状細胞や胸腺上皮細胞等の抗原提示細胞に発現するクラスII抗原とがある。クラスI抗原は細胞内の抗原を提示するものであり、CD8陽性細胞障害性T細胞受容体(CD8TCR)により認識される。また、クラスII抗原は、外来の異物由来の抗原を提示し、CD4陽性ヘルパーT細胞受容体(CD4TCR)により認識される。一方、副組織適合抗原を支配する遺伝子座は、単独の遺伝子座であり、多型性の程度は低い副組織適合遺伝子座(MIH)が存在する。
【0013】
本発明においては、融合細胞の製造に供するES細胞中の移植抗原を欠失させることにより移植個体に対応する融合細胞を製造することができる。ここで、欠失させる移植抗原は上述の主要組織適合抗原、及び、副組織適合抗原の両方を含むものであり、その一部であっても全部であってもよい。即ち、該欠失させたES細胞を用いて製造された融合細胞、または、該融合細胞から分化された細胞、組織若しくは臓器を移植用とした場合に、レシピエントから受ける拒絶反応の程度が欠失させなかった場合と比べて減少されるものであれば、特に限定されない。中でも主要組織適合抗原が本発明において欠失させる移植抗原として好ましく、クラスI抗原が特に好ましい。移植抗原の欠失は、例えば、移植抗原をコードする遺伝子を削除することによにり達成することができる。遺伝子を削除する代表的な方法としては、相同組換えを利用したジーンターゲティング[Mansour S.L. et al., Nature 336:348−352 (1988); Capecchi M.R., TIG 5:70−76 (1989);Valancius and Smithies, Mol. Cell Biol. 11:1402−1408 (1991); Hasty et al., Nature 350(6351)243−246 (1991)]等の技術を挙げることができる。
【0014】
クラスIおよびクラスIIMHC抗原は、各々、αおよびβの2つのサブユニットからなるヘテロ二量体である。本発明の移植個体に対応する融合細胞は、例えば、ES細胞由来のMHC抗原のサブユニットの少なくとも1コピー、好ましくは両コピーを不活性化した細胞である。ここで、不活性化の対象とするサブユニットは、該サブユニットが不活性化されたES細胞を体細胞と融合した後に、体細胞由来のサブユニットにより補われることのないもの、即ち、融合細胞とした後にもES細胞由来の移植抗原が発現されないサブユニットを選択する必要がある。
【0015】
この不活性化は、ES細胞由来のMHC抗原のサブユニットをコードする遺伝子、または、MHC抗原の発現に影響を及ぼす別の遺伝子を削除することにより達成され得る。MHC抗原の発現に影響を及ぼす遺伝子としては、MHC抗原発現を調節する遺伝子、例えばMHC抗原に依存した提示を調節するクラスII型遺伝子座中のTAP1、TAP2、LMP2およびLMP7遺伝子が挙げられる。例として、ES細胞由来のMHC抗原を欠く融合細胞をジーンターゲティングにより作成する場合、まずES細胞由来のMHC抗原をコードする遺伝子の一部が相同組換えされ、削除または障害を与えるような配列を含むターゲティングベクターを構築する。該ベクターを、融合細胞中へエレクトポレーション、カルシウム沈降DNA、融合、トランスフェクション、リポフェクション等の適当な方法により導入する。哺乳動物細胞を形質転換させる方法については、例えば、Keownら[Methods in Enzymology 185:527−537 (1990)]により報告されている。形質転換された細胞は、細胞の表面上の標的MHC抗原の不在により選択することができる。選択方法としては、例えば、補体と共に標的MHC抗原のいずれかのエピトープに対するモノクローナル抗体を利用して、該抗原を有する細胞を殺すことができる。または、適当な抗体と、リシンA鎖、アブリン、ジフテリア毒素等との接合体を用いて、該抗原を有する細胞を殺すこともできる。また、より簡便にはアフィニティークロマトグラフィーにより標的抗原を含む細胞を除去しても良い。結果として得られる細胞は、その表面上から少なくとも1つのES細胞由来のMHC抗原が除去されている。このような細胞、または該細胞から誘導された細胞、組織若しくは臓器を生体内へ導入した場合、元の融合細胞と比べ、ES細胞由来のMHC抗原が少ないことから移植拒絶を受ける可能性が低くなる。
【0016】
本発明のES細胞としては、移植個体からES細胞を確立して用いることも可能であるが、既に確立されている、種々の生物由来のES細胞を利用することが好ましい。例えば、マウス、ハムスター、ブタ、ヒツジ、ウシ、ミンク、ウサギ、アカゲザルおよびマーモセット等の霊長類、およびヒトのES細胞を挙げることができる。好ましくは、使用する体細胞と同じ種由来のES細胞を用いる。
【0017】
本発明の体細胞としては、リンパ球、脾臓細胞または精巣由来の細胞等を例示することができる。ヒトを含む哺乳動物、及び、様々な種由来の採取された体細胞を用いることができる。特に、これらに限定されるわけではなく、正常な染色体を有した体細胞であり、ES細胞と融合された際に融合細胞として安定に増殖させることができ、多分化能を有する未分化細胞様に変化することができれば特に限定されない。好ましくは移植個体より得られた体細胞を用いることが、レシピエントにおける拒絶反応が減少された未分化な体細胞融合細胞を得る上では望ましい。
【0018】
本発明の未分化な体細胞融合細胞とは、上述のようなES細胞、および、体細胞との融合により作製されるものであり、安定に増殖させることができ、多分化能を有する未分化の細胞である。
【0019】
本発明のES細胞と体細胞とを融合させる方法としては、ES細胞と体細胞とが融合し、融合細胞を形成するような方法であれば特に限定されない。例えば、実施例に記載されるようにES細胞と体細胞とを、一定の割合、例えばES細胞と胸腺細胞の融合細胞を作る場合には1:5の割合で混合し、洗浄する。細胞をマンニトール緩衝液等の適当な緩衝液中に懸濁し、電気融合させることにより作製することができる。このような電気刺激による細胞膜の構造変化を利用した高電圧パルス細胞融合法(エレクトポレーション)[例えば、EMBO J.1:841−845 (1982)]の他に、センダイウイルスや、リゾレシチン、グリセロール、オレイン酸エステル、ポリエチレングリセロール等の化学的な細胞融合促進物質を用いた細胞融合法が公知である。いかなる融合方法であれ、ES細胞と体細胞の融合により形成された細胞を融合細胞として安定に増殖させることができ、体細胞由来の核が多分化能を有する未分化細胞様に変化することができる方法であれば、本発明の未分化な体細胞融合細胞の製造に利用することができる。
【0020】
本発明のES細胞由来の移植抗原の一部または全部が欠失された細胞、組織または臓器の製造方法における、融合細胞を分化させる方法とは、該融合細胞の核型が保持されるような状態で細胞、組織または臓器が分化されるのであれば特に限定されない。例えば、本実施例において示すように、胚盤胞への導入、マウス等の動物への皮下注射によりテラトーマを形成させること等により細胞、組織、および臓器へと分化させることが可能である。所望の細胞、組織または臓器は、それらの分化された胚盤胞またはテラトーマから単離することができる。in vitroで目的とする種類の細胞を得るために必要とされる細胞増殖因子、成長因子等を添加し、細胞から所望の細胞、組織または臓器を誘導してもよい。現在まで、血管、神経細胞、筋肉細胞、造血細胞、皮膚、骨、肝臓等のES細胞からの誘導が報告されており、本発明の融合細胞からの移植個体に対応する細胞、組織または臓器の製造においても、それらの技術が適用できるものと考えられる。
【0021】
本発明の細胞、組織または臓器を移植に用いる場合には、単独で用いることも可能であるが、既存の免疫抑制法と組み合わせて使用することもできる。例えば、免疫抑制剤、外科的手術、放射線照射等が挙げられる。まず、免疫抑制剤として主なものとして副腎皮質ステロイド薬、シクロスポリン、FK506等がある。次に外科的手術としては、例えば、リンパ節摘出、脾臓摘出、胸腺摘除、胸菅ろうとが挙げられる。放射線照射には全身照射と移植片照射がある。これらを適宜組み合わせることにより、レシピエントにおける移植片に対する拒絶反応をより効率的に抑制することが可能となる。
【0022】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
1.キメラ胚の作製
(1) ESおよびEGセルライン
ESセルラインとしては、E3.5雄129/Sv胚盤胞より確立したESセルラインTMAS−5[Isolation, Culture, and Manipulation of embryonic stem cells (pp254−290), in ”Manipulating the mouse embryo: A Laboratory Manual 2nd Edition” edited by Hogan, Beddington, Castantini and Lacy (Cold Spring Harbor Laboratory Press, USA) (1994)]、およびneo/lacZレポーター遺伝子を運ぶRosa26胚盤胞由来G418−耐性ESセルラインNR−2[Friedrich G. and Soriano P., Genes Dev. :1513−1523 (1991)]を用いた。また、EGセルラインとしては、E12.5雌PGC[Tada T. et al., Dev.Gene.Evol. 207:551−561 (1998)]から確立したEGセルラインTMA−58G[Tada M. et al., EMBO J. 16:6510−6520 (1997)]、および、薬剤耐性遺伝子pSV2bsrのTMA−58G細胞へのトランスフェクションにより産生したブラストサイジンS塩酸塩(BS)−耐性EGセルライン(TMA−58G bsr )を用いた。これらの細胞を、マイトマイシンCで不活性化したマウスG418−耐性始原胚性繊維芽細胞(PEF)フィーダー細胞(Rosa26の12.5日齢胚の初代培養線維芽細胞より通常の方法により作製)上のES培地(15%ウシ胎児血清、10−4M 2−メルカプトエタノール、および1000ユニット/ml組換え白血病阻害因子(LIF;ESGRO)を補ったダルベッコ改変イーグル培地(DMEM))中で維持した。TMA−58G bsr 細胞は、3〜4μG/ml BSを含有するES培地で培養した。以下の細胞融合実験では、ESセルラインおよびEGセルラインは、それぞれ10継代以内のものを用いた。
【0023】
(2) 細胞融合によるハイブリッドクローンの作製
(2)−1. ES融合細胞
胸腺細胞は次の3種類の6〜8週齢のマウスのものを使用した:
(A) 129/Sv−TgR(Rosa26)26Sor(Rosa26と呼ぶ)[Friedrich G. and Soriano P., Genes Dev. :1513−1523 (1991)];neo/lacZレポーター遺伝子を全身の細胞で発現している
(B) GOF−18/GFP(Oct4−GFPと呼ぶ)[Yoshimizu T. et al., Develp.Growth Differ. 41:675−684 (1999)];全能性および多分化性細胞でGFPを特異的に発現している
(C) (Rosa26×Oct4−GFP)F1トランスジェニックマウス(Rosa26マウスの雌に、雄Oct4−GFPトランスジェニックマウス[Yoshimizu T. et al., Develop.Growth Differ. 41:675−684 (1999)]を交配した雑種マウス); neo/lacZ遺伝子、およびOct4−GFP遺伝子の両方を含む。
Rosa26マウスは尻尾の先端をX−gal染色することにより同定した。Oct4−GFPマウスは、次のプライマーを用いた尻尾のDNAのPCR分析により確認した:OCGOFU35, 5’−CTAGGTGAGCCGTCTTTCCA−3’(配列番号:1)、およびEGFPUS23, 5’−TTCAGGGTCAGCTTGCC GTA−3’(配列番号:2)。トランスジェニックマウスより得た胸腺を18ゲージの針に数回通すことにより、単一細胞の懸濁液とした。ES細胞としてTMAS−5細胞を用い、前述の3種類の胸腺細胞とを、各々、ES細胞と胸腺細胞の割合が1:5となるよう混合し、PBS中で3回洗浄した。細胞を1×10細胞/mlの濃度で0.3Mマンニトール緩衝液中に懸濁した。1mmの電極ギャップを持つスライドグラスとElectro Cell Manipulator 2000(BTX)を用いた電気融合(E=2.5〜3.0KV/cm)により融合細胞を作製した。ES培地中で1日培養した後、7〜10日かけて、250μg/ml G418を含有するES培地中で、不活性化G418−耐性PEFについて選択した。融合細胞クローンを採取し、広げ(継代1)、G418を補ったES培地中で3〜4日培養した。ESハイブリッドクローンは、2日毎に新しい培地ヘサブカルチャーした。
【0024】
(2)−2. ES×EG融合細胞
ES×EG融合細胞を作成するため、NR2 ES細胞およびTMA−58G bsr EG細胞を1:1の割合で混合し、1×10細胞/mlの濃度で0.3Mマンニトール緩衝液中に懸濁した。ES×EG融合細胞を250μg/ml G418および3〜4μg/ml BSを含むES培地中で7〜10日かけて選択した。
ESハイブリッドクローンは、以前の我々の研究で作成されたEGハイブリッドクローン[Tada M. et al., EMBO J. 16:6510−6520 (1997)]と同じような割合(2.8×10−4)で得つことができた。全ての型の融合細胞は親のES細胞に類似し、培養における形態的な変化は見られなかった。G−バンド法による細胞遺伝学的な分析により、試験した全13個のES融合細胞および2個のES×EGハイブリッドクローンにおいて、3つのX染色体および1つのY染色体を含む完全な染色体セットが示された。さらに、ESハイブリッドおよびES×EGハイブリッドセルラインの2〜4継代目を分子分析において用いた。
【0025】
(3) 融合の確認
ES細胞が分化した細胞と融合されたことを確認するため、T細胞受容体(Tcr)βのD−J領域、免疫グロブリン(Ig)HのD−J領域、並びに、TcrδおよびTcrγのV−J領域に特異的な4つのプライマーセットを用いたPCR増幅を、胸腺細胞とのES融合細胞から抽出したDNAを鋳型として行った。成人胸腺、ES細胞およびESハイブリッドクローンからのゲノムDNA(0.5μg)について、次のプライマーセットを用いて、各々の遺伝子の再配列の検出のためPCR増幅した。
(A)Tcrβ遺伝子のDβ2−Jβ2再配列:Dβ2, 5’−GTAGGCACCTGTGGGGAAGAAACT−3’(配列番号:3); Jβ2, 5’−TGAGAGCTGTCTCCTACTATCGATT−3’(配列番号:4)[Levin S.D. et al., EMBO J. 12:1671−1680 (1993)] (B)IgH遺伝子のD−J再配列:Dμ, 5’−ACAAGCTTCAAAGCACAATGCCTGGCT−3’(配列番号:5); Jμ, 5’−GGGTCTAGACTCTCAGCCGGCTCCCTCAGG−3’(配列番号:6)[Gu H. et al., Cell 65:47−54 (1991)]
(C)Tcrγ遺伝子のVγ7−Jγ1再配列:Vγ7, 5’−CTCGGATCCTACTTCTAGCTTTCT−3’(配列番号:7); Jγ1, 5’−AAATACCTTGTGAAAACCTG−3’(配列番号:8)[Livak F. et al., J.Immunol. 162:2575−2580 (1999)] (D)Tcrδ遺伝子のVδ5−Jδ1再配列:Vδ5, 5’−CAGATCCTTGCAGTTCATCC−3’(配列番号:9); Jδ1, 5’−TCCACAGTCACTTGGGTTCC−3’(配列番号:10)[Wilson A. et al., Immunity :37−45 (1996)]
PCR産物を1.2%アガロースゲル上で電気泳動し、臭化エチジウムで染色した。PCR産物の特異性は、Tcrβについてはビオチン化したJβ2−特異的オリゴプローブ:5’−TTTCCCTCCCGGAGATTCCCTAA−3’(配列番号:11)[Levin S.D. et al., EMBO J. 12:1671−1680 (1993)]、IgHについてはビオチン化したJH4オリゴプローブ:5’−CCTGAGGAGACGGTGACTGAGGTTCCTTG−3’(配列番号:12)[Ehlich A. et al., Cell 72:695−704 (1993)]を用いてサザンハイブリダイゼーションを行うことにより確認した。
【0026】
DNAの再配列は、胸腺細胞がリンパ系細胞へ分化したことを示す明確な証拠の一つである[Fowlkes B.J. and Pardoll D.M., Adv.Immunol. 44:207−264 (1989)]。ハイブリッドクローンのうち45%で、Tcrβ D−Jβ2.1、2.2、2.3、2.4、2.5または2.6に特異的な再配列が見られた(図1a)。また、幾つかのクローンにおいてIgH D−J領域(図1b)、並びに、TcrδおよびTcrγのV−J領域(各々、図1cおよび1d)の同様な再配列が見られた。31のESハイブリッドクローンのうち全部で17個(55%)が、少なくとも研究された再配列の一つを有していた。これらの場合、ES細胞は、リンパ系細胞に胸腺細胞核が分化した後に融合されたと考えられる。
【0027】
(4) X染色体活性
雌の体細胞では、2個のX染色体のうちの1つがX連結遺伝子の用量補償作用(dosage compensation)によりランダムに不活性化されている。X染色体の不活性化は初期細胞分化の間に起こり、後期S期へのDNA複製の移行の遅れ、DNAの超メチル化およびヒストンH4の低アセチル化を含むエピジェネティクス変化を誘導する。体細胞核の卵母細胞への核移植により作ったクローン化胚では、雌体細胞の不活性化X染色体が再活性化される[Eggan K. et al., Science 290:1578−1581 (2000)]。従って、両X染色体の活性化は、核の再プログラム化が起こったことを示す指標となる。X染色体活性について分析するため、我々は、複製分染法[Sugawara O. et al., Chromosoma 88:133−138 (1983)]を用いて研究を行った(図2a)。
【0028】
(4)−1. X染色体複製のタイミング
上記(2)に記載のES融合細胞およびES×EG融合細胞の染色体調製物を、細胞を150μg/ml 5−ブロモ−2−デオキシウリジン(BrdU)と一緒に7時間培養し、最後の1時間は0.3μg/mlコルセミド存在下で培養することにより製造した。0.075M KClによる室温で8分間の低浸透圧処理後、細胞をメタノール:酢酸(3:1)溶液に3回浸漬して固定し、風乾し、新しく調製したアクリジンオレンジ溶液で染色した。標準Bフィルターの蛍光顕微鏡下でスライドを観察した。S期後期におけるBrdUの持続的な編入、およびアクリジンオレンジ染色の後、活性X染色体および常染色体は、赤および緑に分染された因子として観察された。不活性なX染色体は、複製の遅れにより、雌の体細胞中では均一に鈍い赤色である(図2b)。核型を決定した全32個の細胞(4n=80)で、XY雌ES細胞、およびXX雌胸腺細胞の6個の融合細胞クローンは、3つの同時に複製するX染色体を運んでいた(図2c)。
【0029】
(4)−2. XistのRNA FISH
一連のエクソン1〜7を含むXist cDNAクローンの混合物由来のcy3−dUTP(Amersham Pharmacia)によるニックトランスレーションにより調製したプローブ[Sado T. et al., Development 128:1275−1286 (2001)]を用いて、4−1と同様に得た染色体調製物をハイブリダイズした。ハイブリダイゼーション、および、それに続いての洗浄は以前、記述されているように行った[Lawrence J.B. et al., Cell 57:493−502 (1989)]。(4)−1で得られた結果と一致し、Xist(X−不活性特異的転写物)RNAが、RNA FISH(蛍光in situハイブリダイゼーション)で試験した2つのESハイブリッドセルラインの3つのX染色体常に不安定に蓄積(斑点)していた(図2d)。Xist蓄積はまた、雄ES細胞の活性X染色体上でも不安定であったが、雌胸腺細胞上の不活性X染色体上では安定であった(彩色シグナル)。体細胞核由来の不活性X染色体は、ハイブリダイゼーション後、活性X染色体の幾つかの特性を帯び、複製、およびXist発現パターンが、未分化細胞で見られるパターンと似ている。(4)−1、および(4)−2で示されたES融合細胞における、複製のタイミングの変化、および体細胞X染色体上のXist RNA集積は、細胞融合後、体細胞核が再プログラム化されたことを示唆する。
【0030】
(5) 体細胞核の再プログラム化
体細胞核の再プログラム化を視覚化するために、Oct4−GFPトランス遺伝子を持つマウス株を使用した(図3)。Oct4発現は生殖細胞、移植前の胚、および移植前の初期胚の原外胚葉に特異的に観察される。従って、Oct4の活性は、全能性および/または多分化能細胞の同定のための理想的なマーカーとなる。Oct4−GFPの発現パターンは内因性のOct4の発現パターンに匹敵することが知られている[Yoshimizu T. et al., Develop.Growth Differ. 41:675−684 (1999)]。Oct4−GFPトランスジェニックマウスの胸腺および卵巣についてOct4−GFPの発現を観察した。GFPは胸腺では検出されなかったが、生育中の卵巣中では検出された(図3a〜d)。
【0031】
Oct4−GFPトランスジェニックマウスの胸腺細胞をES細胞と融合し、選別することなく培養し、12時間おきにGFP発現について観察した。培養皿上の生きたES融合細胞中のGFP発現は、GFP励起源およびGFPフィルターを備えた解剖顕微鏡(Leica)下で調べることにより行った。48時間後に初めて、より大きな非発現性のコロニーの縁に、16個の細胞からなるGFP陽性のコロニーを観察した(図3e、f)。続いて、コンフルエントに達する前に、同じ培養プレート上で幾つか別のGFP陽性コロニーを観察した。同じ条件下で培養した未融合の胸腺細胞ではGFP陽性細胞は観察されなかった。全てのES融合細胞において体細胞核の再プログラム化が起こるかどうか調べるため、G418選抜に対して耐性の(Rosa26×Oct4−GFP)F1マウスの胸腺細胞を用いた。選別の後、得られた37クローンのうち36個がGFPを発現していた(97%)。この発現は、サブカルチャーを幾代か続けても安定に維持され(図3g、h)、ES融合細胞の大部分において胸腺細胞核が再プログラム化されることが示された。細胞融合前の胸腺細胞において抑制されていたOct4−GFPトランス遺伝子が、ES融合細胞において再活性化されたということは、細胞融合後、体細胞核が再プログラム化されたという(4)の結果をさらに裏付けるものである。
【0032】
(6) 胚盤胞への導入
ES融合細胞とのキメラ胚を作成するために正常な二倍体胚盤胞を用いた。ICR雄と自然にかけ合わせたICR雌の子宮より妊娠の3.5日目に二倍体胚盤胞を得た。上述の、(Rosa26×Oct4−GFP)F1マウス由来の(分化した)胸腺細胞とのハイブリッドクローン、および、Rosa26マウス由来の胸腺細胞とのハイブリッドクローンを四倍体融合細胞として用いた。十分に拡張した胚盤胞の割腔孔に四倍体融合細胞をマイクロインジェクションした(図4a)。これらの胚盤胞を偽妊娠ICR雌の子宮に移した。E7.5において子宮よりキメラ胚を取り出し、Reichert膜を除き、β−ガラクトシダーゼ染色および組織学的分析を行った。
【0033】
(6)−1. β−ガラクトシダーゼ活性染色
β−ガラクトシダーゼ活性染色により、各キメラにおける融合細胞の相対的な寄与について確認した。培養細胞をPBSで洗浄し、1%ホルムアルデヒド、0.2%グルタルアルデヒド、0.02%NP40および1mM MgClを含有するPBSを用い、4℃で5分間固定した。同じ固定液を使用して胚、および、マウスの尻尾を4℃で3〜4時間かけて固定した。試料をPBSで洗浄し、1mg/ml 4−Cl−5−Br−インドリル−β−ガラクトシダーゼ(X−gal)をPBS中のジメチルホルムアミド、5mMフェリシアン化カリウム、5mMフェリシアン化カリウムおよび2mM MgCl中に含む反応混合物により室温で24〜48時間染色した。
【0034】
(6)−2. 組織学的分析
X−galで染色したE7.5胚を上昇アルコール系列(ascending alcohol series)で脱水し、JB−4プラスチック樹脂(polyscience, Warrington, PA)中に包埋した。2〜4μmの極薄切片を0.25%エオシンYで逆染色した。パラフィンに固定および包埋した4週齢の奇形腫を8μmの厚さの切片にした。連続的な切片をヘマトキシリンおよびエオシンで染色した。
その結果、20個のE7.5胚のうち8個が陽性であり、融合細胞の限定的な寄与が示された(図4b、c)。詳細な分析により、胚性外胚葉、胚性中胚葉、および内臓内胚葉において融合細胞からの派生物が明らかにされた(図4d、e)。以上のように、ES融合細胞は、移植前の初期胚の3つの始原胚芽層(外胚葉、中胚葉、内胚葉)に分化する発達能を有していた。
【0035】
(7) DNAのメチル化
次に、胸腺細胞の核の再プログラム化がインプリントされた遺伝子座におけるメチル化に影響するかどうかを胸腺細胞、ES細胞および作製したハイブリッドクローンのDNAについて、サザンブロットハイブリダイゼーションにより調べた。サザンブロットハイブリダイゼーションは、制限酵素により消化したゲノムDNAを0.8%アガロースを用いて分画し、Hybond N+膜(Amersham)にアルカリブロットにより移し、DNAを32P−dCTPにより標識したプローブとハイブリダイズさせることにより行った。
【0036】
(7)−1. H19遺伝子座
発現される母系のH19遺伝子座の上流には、父系のメチル化された領域が含まれ、始原メチル化インプリントが維持されていると考えられる[Tremblay K.D. et al., Nature Genet. :407−413 (1995)]。胸腺細胞、ES細胞、および作製したハイブリッドクローンのDNA試料をBamHI、およびメチル化感受性制限酵素HhaIにより消化した。3.8kb SacIプローブ、および2.7kb BamHIプローブにより父系のメチル化された10kbおよび2.7kbの断片、並びに、母系の未メチル化7.0kbおよび1.8kb断片が胸腺細胞およびES細胞の両方からのDNAで検出された。同じパターンがハイブリッドクローンで見られ、メチル化された(RI=0.60)、および未メチル化(RI=0.40)バンドの相対的強度(RI)に差違はなかった(図5a)。父系のメチル化断片が2.7kbに、そして母系の未メチル化断片が1.8kbおよび0.8kbに同定されるBamHIプローブを用いても同様の結果が観察された。全ての試料において、メチル化された(RI=0.55)、および未メチル化(RI=0.45)バンドが同じように検出された(図5a)。
【0037】
(7)−2. Igf2r遺伝子座
Igf2r領域2のメチル化分析のためのプローブを、次のプライマーを用いてPCRにより作成した:5’−AATCGCATTAAAACCCTCCGAACCT−3’(配列番号:13)および5’−TAGCACAAGTGGAATTGTGCTGCG−3’(配列番号:14)[Stoger R. et al., Cell 73:61−71 (1993)]。メチル化がインプリントされることが知られるIfg2r遺伝子のイントロンのCpGアイランドは、発現されたアレル上でのみメチル化される[Stoger R. et al., Cell 73:61−71 (1993)]。上述の(7)−1と同様に、各DNA試料をPvuII、およびメチル化感受性制限酵素MluIで消化した。330bpのIgf2r CpGアイランドプローブにより2.9kbの母系由来のメチル化断片、および2.0kbの父系由来の未メチル化断片が、胸腺細胞およびES細胞の両方からのDNA中で検出された(図5b)。同じパターンがハイブリッドクローンでも見られ、メチル化された(RI=0.55)、および未メチル化(RI=0.45)バンドの相対的強度(RI)に差違はなかった(図5a)。
【0038】
(7)−1および(7)−2より、胸腺細胞ゲノム中のH19上流領域、およびIgf2rイントロン領域の両方の始原メチル化が、ES細胞との融合による影響を受けないことが示された。この結果は、以前、Igf2rの母系特異的メチル化が消失したE12.5マウス胚の生殖細胞PGC由来のEG細胞と胸腺細胞とのハイブリッドクローンにおける観察[Tada M. et al., EMBO J. 16:6510−6520 (1997)]と異なっている。ES融合細胞における体細胞メチル化パターンの維持は、インプリント遺伝子のDNAメチル化を調節する制御機構がES細胞とEG細胞とで異なっていることを示唆する。ES細胞中ではIgf2rの母系アレル特異的メチル化が観察されたが、EG細胞、および1:1のES細胞DNAおよびEG細胞DNAのコントロール混合物中では約1:3の割合(メチル化/RI=0.27、未メチル化/RI=0.73)では観察されなかった。ES×EGハイブリッドではメチル化バンドは消失し(図5c)、EG細胞中の脱メチル化活性が、ES細胞中のメチル化インプリント維持に対して優性であることが示された。
【0039】
2.テラトーマの作製
1のキメラ胚の作製と同様の方法により作製したTMAS−5ES細胞とRosa26由来の胸腺細胞の融合細胞を四倍体融合細胞として用いた。およそ100万〜500万個の四倍体融合細胞を、SCIDマウス(日本クレア)の後肢そけい部に皮下注射した。皮下注射から4週目に奇形腫を集めた。奇形腫が融合細胞由来であることをX−gal染色により確認した。次に、奇形腫をブワン固定液を用いて固定し、Haematoxyline−Eosin(HE)染色により、核および細胞質の両方を染色した。HE染色の結果、筋肉、軟骨、上皮細胞、神経細胞が観察された(図6)。
【0040】
【発明の効果】
本発明の製造方法により得られる未分化な体細胞融合細胞、並びに、該融合細胞由来の細胞、組織、または臓器は、ES細胞由来の移植抗原の一部または全部が欠失し、移植用とした場合にレシピエントにおける拒絶反応が、従来のES細胞のみ由来の細胞、組織または臓器と比べ減少されたものであることから、心筋梗塞、パーキンソン病、糖尿病および白血病を含む多数の疾病における移植治療用の無限の材料となる。また、ES細胞の無限増殖性や多分化能の性質を維持していることから、医薬品、化粧品等のテストや製造に利用でき、ゲノム計画等により配列が明らかにされた遺伝子等の機能分析にも有効である。また、本発明の融合細胞は、未分化な体細胞融合細胞を特定の細胞、組織または臓器に分化誘導するために必要とされる細胞増殖因子、成長因子等のスクリーニングにおいて用いることもできる。
【0041】
さらに、本発明により再プログラム化に関連する分子機構について研究できるように操作できる実験系が提供された。これは、ES細胞と体細胞との融合細胞を作成することにより初めて観察することができた、in vitroにおける、ES細胞の体細胞核の少なくとも一部を再プログラム化する能力を利用するものである。胸腺細胞をES細胞と融合した後でもH19およびIgf2rの体細胞特異なメチル化パターンは変わらなかった。通常、この対立遺伝子特異的メチル化は、受精後の発達では維持されているが、生殖細胞の発達では保持されない[Tremblay K.D. et al., Nature Genet. :407−413 (1995); Stoger R. et al., Cell 73:61−71 (1993)]。実際に、EG−胸腺細胞融合細胞では、Igf2rを含む幾つかの刷り込まれた遺伝子の体細胞メチル化パターンは妨害され、両方の対立遺伝子がメチル化されなかった[Tada M. et al., EMBO J. 16:6510−6520 (1997)]。この事実から、ES細胞およびEG細胞の両方が、生殖細胞の発達を可能にする体細胞核のエピジェネティクスの状態を再プログラム化できる類似した細胞性因子を保持すると考えられる。しかしながら、EG細胞と異なりES細胞はインプリントは再プログラム化されない。ES×EG融合細胞中のIgf2rのメチル化分析により、EG細胞がより強力なエピジェネティクスの再プログラム化に関与する付加的な優性因子を持っていることが示唆された。実際に、ES細胞およびEG細胞は、それぞれの細胞起源の特性を反映しているようである。よって、ES細胞およびEG細胞の両方が、エピジェネティクスの再プログラム化、並びに、初期生殖細胞および生殖腺PGC中の脱メチル化に関与する因子を同定するための有用な材料となる。
【0042】
体細胞核を用いた動物クローンの作製では、成体となるまで生き延びるクローンの割合が非常に低い。移植前に起こる胚の喪失は、部分的には、核−細胞質相互作用の欠落によるのかもしれない[Kato Y. et al., Science 282:2095−2098 (1998); Wakayama T. et al., Nature 394:369−374 (1998)]。さらに、妊娠中および誕生直後に、多くのクローン化された胎児が失われるが、この発達段階における失敗の理由の1つとしては、体細胞核の有効な再プログラム化の欠如が考えられる。試験したほとんどのESハイブリッドクローンで安定なGFP発現が観察され、この系での核の再プログラム化が正常であったことが示された。H19およびIGF2r遺伝子について、体細胞からの始原メチル化インプリントはESハイブリッドで維持され、細胞の或る種のエピジェネティクスプロフィールは細胞融合により影響されないことが示された。これは、体細胞由来の不活性X染色体が、その起源を「記憶」し、クローン化胚の栄養外胚葉細胞中での不活性化で非ランダムに選択される[Eggan K. et al., Science 290:1578−1581 (2000)]という発見によっても支持される。
【0043】
正常な胚発達のための能力を導く、体細胞核のエピジェネティクスの再プログラム化に関わる機構は、多くが未調査のままである。最近、SWI2/SNF2ヘリカーゼ/ATPaseファミリーのメンバーであるATRX遺伝子における変異が、哺乳動物中の何度も繰り返される配列のメチル化プロフィールを変えることが示された[Gibbons R.J. et al., Nat.Genet. 24:368−371 (2000)]。この結果、脱メチル化は、染色体再構築の結果として起こる可能性が示唆された。ヌクレオソーム依存性ATPaseであるISWIの母系の活性が、カエルのクローン化された体細胞における核の再プログラム化の過程で、染色体リモデラーとして機能するかもしれないことも報告されている[Kikyo N. et al., Science 289:2360−2362 (2000)]。Xenopusの卵中で短時間インキュベートしたXenopus XTC−2上皮細胞から抽出された核は再構築され、基礎転写複合体の鍵となる成分TBPが失われる。従って、ES細胞の再プログラム化活性は、体細胞のエピジェネティクスの記憶の喪失を起こすような、ゆるい構造の染色体の形成を容易にするのかもしれない。本発明の未分化体細胞融合細胞においては、体細胞由来のインプリントが保持されているので正常な再プログラム化が行われ、EG細胞を用いた場合と比べ、動物クローンの作製においてはもちろん、移植用の細胞、組織または臓器の作製において有利である。
【0044】
マウスES細胞中にインプリントされたいくつかの遺伝子のエピジェネティクスの不安定性から、ヒトES細胞を臨床的に適用する前に、そのエピジェネティクスの状態を評価する必要があることが示されている[Humpherys D. et al., Science 293:95−97 (2000)]。宿主ES細胞の染色体をうまく除けた場合、ES融合細胞は特に有用な治療手段となるであろう。一度、再プログラム化因子が同定されれば、それらの因子を利用することによってエピジェネティクスを操作できるようになると考えられる。そのような因子の同定により、哺乳動物の胚を使用することなく、成人体細胞からのクローン化、または組織特異的幹細胞の産生が可能となる。このような技術は、細胞または組織の移植を必要とする多数の臨床適用におけるドナー細胞の産生を可能とすると考えられる。
【0045】
【配列表】
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【図面の簡単な説明】
【図1】ES融合細胞中の胸腺細胞由来Tcrβ、Tcrδ、TcrγおよびIgH遺伝子のDNA再配列を示すPCR分析の結果を示す写真である。(a)〜(d)の写真は各々、次の領域に対して特異的なプライマーセットを用いたPCR分析の結果である:(a)TcrβのD−J領域、(b)IgHのD−J領域、(c)TcrδのV−J領域、(d)TcrγのV−J領域。用いたDNA試料は次の通りである:T;(Rosa26×Oct4−GFP)F1マウスの胸腺細胞由来、ES;ES細胞由来、M;λ/HindIII DNAおよび100bp ladder DNAのマーカー混合物、1〜7;ESハイブリッドクローン由来。
【図2】ES融合細胞中の胸腺細胞由来X染色体の再活性化を示す写真である。(a)ES融合細胞中のX染色体複製のタイミングのR分染分析の結果を示す。ES融合細胞では、3本のX染色体(雌胸腺細胞より2本のX染色体、そして雄ES細胞より1本のX染色体)が赤、および緑に検出され、活性であることが示された。(a)において、同時に複製する3本のX染色体が、(c)で拡大して示される(矢印)。雌体細胞中のX染色体((b)中矢印で示す)、およびY染色体((a)中)は、均一に赤色に染色され、不活性であることが示された。(d)Xist RNAは、雄ES細胞の活性X染色体上に斑点状の赤いシグナルとして検出されるのに対して、大きな赤いシグナルとして雌胸腺細胞の不活性X染色体は全体を覆う。調べた2つのESハイブリッドセルライン(ES×T1およびES×T2)中で、各核について3つの斑点状の赤いシグナルが検出された。
【図3】ES融合細胞中の再活性化を示す顕微鏡写真である。ES融合細胞の作製に用いた(Rosa26×Oct4−GFP)F1マウスの胸腺(a,b)、および卵巣(c,d)のGFP蛍光像、および明視野像である。(e)融合2日後のコロニーの明視野像であり、矢印は(f)により示されたGFP−陽性コロニーを指し示す。(f)融合2日後のGFP蛍光像である。小さなGFP陽性のコロニーが、非発現ES細胞コロニーの横に出現している。陽性コロニーの写真を上部に拡大して示す。(g)(h)についての明視野像である。(h)G418選択後のコロニーより拡張したGFP陽性細胞についての写真である。
【図4】in vivoにおけるES融合細胞の発達能を示す図および写真である。(a)ES融合細胞、およびキメラ胚の作製方法を模式的に示す図である。(b)ES融合細胞のE7.5キメラ胚のβ−ガラクトシダーゼ活性染色の結果を示す写真である。融合細胞由来の細胞は青色に示される。(c)E7.5キメラ胚を縦軸方向に切断した切片について組織学的分析を行った結果を示す写真である。(d,e)より高倍率でのキメラ胚切片の写真である。Ect;外胚葉、Mes;中胚葉、End;内胚葉。
【図5】ESハイブリッドおよびES×EG融合細胞中のH19遺伝子、およびIgf2r遺伝子のメチル化についての分析に関連した図、並びに分析結果の写真である。(a)はH19遺伝子、(b)および(c)はIgf2r遺伝子についての分析結果を示す。矢印はメチル化DNA断片を指し、○は未メチル化DNA断片を表す。実験方法のまとめを(c)に図示する。各レーンの表示は次の通りである:T;胸腺細胞、ES/T;ESおよび胸腺細胞DNAの1:1混合物、ES/EG;ESおよびEG DNAの1:1混合物、ES×T;ES細胞およびRosa26胸腺細胞のESハイブリッドクローン。
【図6】テラトーマの形成、およびキメラ胚の作製についての模式図、並びに、キメラ胚およびテラトーマの顕微鏡写真である。

Claims (18)

  1. 移植抗原の一部または全部を欠失させた胚性幹(ES)細胞、および、体細胞を融合させることを含む、ES細胞由来の移植抗原の一部または全部が欠失された未分化な体細胞融合細胞の製造方法。
  2. 移植抗原が主要組織適合抗原である、請求項1に記載の融合細胞の製造方法。
  3. 主要組織適合抗原がクラスI抗原である、請求項2に記載の融合細胞の製造方法。
  4. 体細胞が移植個体由来のリンパ球、脾臓細胞または精巣由来細胞である、請求項1乃至3に記載の融合細胞の製造方法。
  5. ES細胞、および/または、体細胞がヒト由来の細胞である、請求項1乃至4に記載の融合細胞の製造方法。
  6. ES細胞、および、体細胞を融合させ未分化な体細胞融合細胞を作製し、該融合細胞を分化させることを含む、ES細胞由来の移植抗原の一部または全部が欠失された細胞、組織または臓器の製造方法。
  7. 移植抗原が主要組織適合抗原である、請求項6に記載の細胞、組織または臓器の製造方法。
  8. 主要組織適合抗原がクラスI抗原である、請求項7に記載の細胞、組織または臓器の製造方法。
  9. 体細胞が移植個体由来のリンパ球、脾臓細胞または精巣由来細胞である、請求項6乃至8に記載の細胞、組織または臓器の製造方法。
  10. ES細胞、および/または、体細胞がヒト由来の細胞である、請求項6乃至9に記載の細胞、組織または臓器の製造方法。
  11. 移植抗原の一部または全部が欠失されたES細胞、および体細胞の未分化な体細胞融合細胞。
  12. 移植抗原が主要組織適合抗原である、請求項11に記載の融合細胞。
  13. 主要組織適合抗原がクラスI抗原である、請求項12に記載の融合細胞。
  14. 体細胞が移植個体由来のリンパ球、脾臓細胞または精巣由来の細胞である、請求項11乃至13のいずれかに記載の融合細胞。
  15. ES細胞、および/または、体細胞がヒト由来の細胞である、請求項11乃至14のいずれかに記載の融合細胞。
  16. 請求項11乃至15のいずれかに記載の融合細胞より分化された、ES細胞由来の移植抗原の一部または全部が欠失された細胞、組織または臓器。
  17. 該細胞が筋肉、軟骨、上皮細胞、または神経細胞である、請求項16に記載の細胞、組織または臓器。
  18. 該細胞、組織または臓器が移植に用いられるものである、請求項16または17に記載の細胞、組織または臓器。
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