JP2003174870A - 不死化骨髄間葉系幹細胞 - Google Patents
不死化骨髄間葉系幹細胞Info
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Abstract
回避するための手段を有する不死化骨髄間葉系幹細胞を
提供するを提供すること。 【解決手段】 骨髄間葉系幹細胞に一対の部位特異的組
換え配列に挟まれた細胞増殖因子遺伝子を導入すること
により得られる不死化骨髄間葉系幹細胞。
Description
に細胞増殖因子遺伝子を導入することによって得られる
不死化骨髄間葉系幹細胞に関する。
が骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、筋細胞、腱細胞、心筋
細胞へと分化するということが報告されている。したが
って、骨髄間葉系幹細胞を、その多分化能を維持したま
まインビトロで大量に増殖させることができれば、得ら
れた骨髄間葉系幹細胞は再生医療において非常に有用な
手段となることが期待されている。
BSMC、MDHFまたはRKCに癌遺伝子を導入して
それらの細胞を不死化することにより、適度な分化機能
を保持した細胞株を産出できることが知られている(た
とえば、非特許文献1参照)。この方法を用いればそれ
らの不死化細胞を大量に得ることは可能であったが、そ
のような不死化細胞株は、生体内に注入することによ
り、予期せぬ癌化の危険性に患者を曝す可能性があると
いう問題があった。したがって、このような問題を解決
し得る安全性の高い骨髄間葉系幹細胞を、大量に得るこ
とは困難であった。
sterman)ら、Proc.Natl.Acad.Sci.,USA.93巻、8971
頁、1996年
可能であり、かつ癌化の可能性を回避するための手段を
有する不死化骨髄間葉系幹細胞を提供することを目的と
する。
に鑑み鋭意検討を重ねた結果、一対の部位特異的組換え
配列に挟まれた正常細胞由来の細胞増殖因子遺伝子を骨
髄間葉系幹細胞に導入することにより、癌化の危険性を
回避するための手段を有し、かつ、大量増殖が可能な骨
髄間葉系幹細胞を得ることができることを見出し、本発
明を完成するに至った。
一対の部位特異的組換え配列に挟まれた細胞増殖因子遺
伝子を導入することにより得られる不死化骨髄間葉系幹
細胞を提供する。
髄間葉系幹細胞はヒトの骨髄間葉系幹細胞であることが
好ましい。
胞増殖因子遺伝子はhTERT(ヒトテロメラーゼ逆転
写酵素)遺伝子であることが好ましい。
対の部位特異的組換え配列はLoxP配列であることが
好ましい。
イルスベクターを用いて導入されることが好ましい。
系幹細胞」とは、未分化の状態で増殖し、骨細胞、軟骨
細胞、脂肪細胞、筋細胞、腱細胞または骨髄間質細胞へ
の分化が可能な前駆細胞である。骨髄間葉系幹細胞を同
定する手段の一例としては、たとえば表面抗原試験があ
り、該試験において、骨髄間葉系幹細胞はSH2、SH
3、CD29およびCD44が陽性、CD14、CD3
4およびCD45が陰性である。
人猿、ヒトの骨髄間葉系幹細胞などであり、好ましくは
ヒトの骨髄間葉系幹細胞であり、最も好ましくはヒトの
成人骨髄間葉系幹細胞である。ヒトの胎児骨髄間葉系幹
細胞に関しても応用可能である。
正常細胞由来の遺伝子であり、哺乳類の骨髄間葉系幹細
胞に導入されることにより該骨髄間葉系幹細胞を不死化
できるものである。該細胞増殖因子遺伝子の産物は、増
殖因子として機能するもの、細胞膜に存在しチロシンキ
ナーゼ活性を有するもの、細胞膜内側に存在しGTPと
結合するもの、細胞質に存在しセリン/トレオニンキナ
ーゼ活性を有するもの、核内に存在しDNAに結合能を
有するものであり、正常細胞の細胞増殖、情報伝達に基
本的に関与するものである。該細胞増殖因子遺伝子とし
ては、ラス遺伝子、myc遺伝子、hTERT遺伝子な
どを使用することができる。この中でも、hTERT遺
伝子が好ましい。なぜなら、hTERT遺伝子は、血
液、皮膚、腸管粘膜、子宮内膜などの、生涯にわたり再
生を繰り返している臓器の幹・前駆細胞、および特定の
抗原に暴露するたびにクローン増殖しているリンパ球で
は自然と発現増強している遺伝子であるためである。
髄間葉系幹細胞に導入するためにレトロウイルスベクタ
ーが用いられる。レトロウイルスベクターは、動物細胞
に対する外来遺伝子導入手段として利用される。レトロ
ウイルスベクターによって導入された遺伝子は宿主細胞
の染色体DNAに組み込まれるために、その遺伝子は確
実に嬢細胞に受け継がれ、長期の安定した遺伝子発現が
可能である。
は、インビボでは静脈内投与、腹腔内投与、直接穿刺に
よる投与、インビトロでは培養細胞への直接播種による
方法などがあり、好ましくは直接穿刺による投与、培養
細胞への直接播種による方法である。
播種して導入する方法としては、本発明の目的を達成す
るものであればどのような方法でもよい。たとえば、レ
トロウイルスベクター産生細胞を培養し、その培養上清
を、別途培養中の骨髄間葉系幹細胞に播種することによ
り導入を達成することもできる。各細胞の培養条件およ
び播種濃度など種々の条件は、当該技術分野における周
知の方法にしたがって設定することができる。
影響、たとえば染色体の安定性を考えると、1回のみが
好ましい。しかしながら、該ベクターの導入効率を考慮
すると、細胞への播種回数は多い方が好ましい。これら
のことから、本発明では、培養細胞に4時間感染を1日
に2回、計3日間実施する方法が最も好ましい。
伝子は、骨髄間葉系幹細胞に導入されたプロウイルス内
で後に切り出し可能なように一対の部位特異的組換え配
列に挟まれている。「部位特異的組換え配列」とは、部
位特異的組換え酵素によって認識される特異的な塩基配
列であり、この特異的な配列間でDNA鎖の切断、鎖の
交換、および結合という相同組換えを行なう特異的配列
である。部位特異的組換え配列としては、LoxP配列
やFRT配列などがあり、中でもLoxP配列が好まし
い。LoxP配列は、Cre組換え酵素単独により相同
組換えを行うための「ATAACTTCGTATAGC
ATACATTATACGAAGTTAT」の34塩基
からなる配列である。同一のDNA分子上に一対のLo
xP配列が同方向で存在する場合は、その間に挟まれた
DNA配列は切り出されて環状分子となる(切り出し反
応)。
子を哺乳類の骨髄間葉系幹細胞に導入する際には、常に
同時にGFP遺伝子などの選択マーカーが、一対の部位
特異的組換え配列間にコードされることが好ましい。
「部位特異的組換え配列間」とは、一対の部位特異的組
換え配列に挟まれた位置関係を示す。該GFP遺伝子
は、レトロウイルスベクターが感染し、プロウイルスが
ゲノムに組み込まれた骨髄間葉系幹細胞をFACS(fl
uorescence activated cell sorter)にて選択的に同定
するために用いられる。よって、プロウイルスがゲノム
に組み込まれた骨髄間葉系幹細胞を選択的に同定できれ
ば、GFP遺伝子の代わりに薬剤耐性遺伝子を用いても
よい。
マイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、アンピ
シリン耐性遺伝子、大腸菌gpt遺伝子などがあり、と
くにこれらに限定されるものではない。
幹細胞」とは、腫瘍原性が無く、正常骨髄間葉系幹細胞
に近い形態を呈し、骨髄間葉系幹細胞の多分化能を維持
し、特別な培養条件を必要とせず短期間に増殖する特徴
を有する細胞を意味する。
速度を速める条件で実施するのが好ましい。しかしなが
ら、使用する培養容器としては、取り扱いが容易である
という点からコラーゲンなどによる培養容器表面の特別
なコーティングを有していない容器が好ましい。該不死
化骨髄間葉系幹細胞の倍化時間は24〜72時間であ
り、好ましくは24〜48時間、さらに好ましくは24
〜36時間である。該不死化骨髄間葉系幹細胞の培地と
しては、たとえば間葉系幹細胞増殖培地(製品番号PT
−3001、三光純薬株式会社製)などの間葉系幹細胞
培養培地が好ましく、CS−C培地などの無血清培地を
使用するのがさらに好ましい。
の部位特異的組換え配列を有する可逆的な不死化細胞で
ある。すなわち、本発明の不死化骨髄間葉系幹細胞か
ら、導入された細胞増殖因子遺伝子を部位特異的組換え
酵素により除去することができる。したがって、本発明
の不死化骨髄間葉系幹細胞を用いれば、生体内に移植す
る前に細胞増殖因子遺伝子を切り出すことができる。あ
るいは、不死化骨髄間葉系幹細胞の分化を誘導した後
に、細胞から細胞増殖因子遺伝子を切り出すこともでき
る。細胞増殖因子遺伝子を切り出すことによって得られ
た骨髄間葉系幹細胞または骨髄間葉系幹細胞から分化し
た細胞は、癌化の危険性がなく安全であるため、再生医
療において非常に有効である。
組換え配列を特異的に認識し、切断、結合という相同組
換えを単独で行う酵素である。部位特異的組換え酵素と
しては、たとえばCre組換え酵素やFLP組換え酵素
などがあり、Cre組換え酵素が好ましい。Cre組換
え酵素はLoxP配列を特異的に認識する組換え酵素で
ある。該部位特異的組換え酵素はアデノウイルスによっ
てコードされるのが好ましい。
き本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに
限定されるものではない。
は、従来の方法(ケイエイ ウェスタマンら、Pro
c.Natl.Acad.Sci.,USA.93巻、
8971頁、1996年)にしたがい、具体的には以下
の方法にて製造した。 1. LXSNレトロウイルスベクターをEcoR1と
Rsr2で消化し、バックボーンベクター由来のEco
R1を変異させたのち、制限部位(Not1、BamH
1、Hind3、EcoR1、Hpa1、Sal1、S
fi1、Cla1およびRsr2)を含有するポリリン
カーを挿入した。合成した511LoxP配列は、該ベ
クターのNot1/Hind3部位に挿入した。hTE
RT遺伝子はEcoR1/Sal1部位に挿入した。 2. IRES−GFP、511LoxPおよびB型肝
炎転写後調節因子(ティー エス エン(T. S. Ye
n)、Mol Cell Biol.、1995年)を
含有するカセットベクターを、以下のようにして製造し
た。pUC19をEcoR1とHind3で消化し、バ
ックボーンベクター由来のEcoR1を変異させたの
ち、制限部位(Xho1、Sal1、EcoRV、No
t1、Hpa1、Hind3、EcoR1、Cla1、
Sfi1およびHind3)を含有するポリリンカーを
挿入した。合成した511LoxP配列は、該ベクター
のNot1およびHind3部位に挿入した。ついで、
pCITE−Novagen(ノバゲン社(Novagen)
製)由来のIRESとEGFP遺伝子(クロンテク社
(Clontech Inc)製)とがNco1部位で連結され、一
方の末端がSal1部位、他方の末端が平滑Cla1部
位である断片を製造し、この断片をバックボーンベクタ
ーのSal1および平滑Bgl2部位に挿入した。3.
前記1で製造したベクターのSal1およびCla1
部位に、前記2で製造したカセットベクター由来のXh
o1およびCla1断片を挿入し、SSR#197ベク
ターを完成させた。
Crip細胞(Crip細胞のレトロウイルスベクター
SSR#197産生能力、すなわち、力価は1×105
cfu/ml)を、T−75のフラスコに播種密度1×
104細胞/cm 2で播種し、15mlのDMEM+10
%NCS(新生仔ウシ血清)培養液で培養した。細胞密
度が約90%となった時点で、DMEM+10%NCS
培養液15mlで培養液の交換を行なった。
ベクターを含有するCrip細胞上清15mlを0.4
5μmのフィルターで濾過し、得られた液に12μg/
mlのポリブレン(polybrene、シグマ(Sigma)社製)
を加えた。これを、別途培養中の継代数1の成人ヒト骨
髄間葉系幹細胞(製品番号PT−2501、三光純薬株
式会社製)1×106細胞個の培養液と交換し、4時間
感染させた。同様な感染処置を1日に2回、計3日間施
行した。各日の最終感染後は、培養液を新鮮な無血清の
CS−C培養液に置き換えて骨髄間葉系幹細胞を培養し
た。
処理し、回収した。FACS Calibur(ベクトンディッ
キンソン社(Becton Dickinson)製)を用いてGFP陽
性細胞を回収した。96穴プレートおよび間葉系幹細胞
増殖培地(製品番号PT−3001、三光純薬株式会社
製)を用いた限界希釈法(1穴1/2個の細胞となるよ
うに播種)にて不死化ヒト骨髄間葉系幹細胞株を樹立し
た。該不死化ヒト骨髄間葉系幹細胞は蛍光顕微鏡で確認
された(図2および図3参照)。該細胞株を独立行政法
人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つ
くば市東1丁目1番地1中央第6)に寄託した(受託番
号FERM BP−8197)。
似した形態を呈し、かつ、増殖が停止する危機(クライ
シス)もなく不死化し、無血清のCS−C培地において
単層に増殖し、約48時間でその数が倍加した。
周知の方法にて、MTTアッセイを行った。本試験例に
おいては、コントロール細胞として、hTERT遺伝子
非導入骨髄間葉系幹細胞を用いた。
なるようにFERM BP−8197またはコントロー
ル細胞を播種した。培養液としては、CS−C培地を用
いた。播種から1日、3日、5日および7日後、20μ
g/mlの5−ジフェニル−2H−テトラゾリウムブロ
マイドを各穴の培養液に10μl添加し、4時間培養し
た。ついで、150μlのイソプロパノールを各穴の培
地に添加し、10分間反応させた。そののち、Bio−
Rad EIAリーダー(バイオラッド社(Bio-Rad)
製、リッチモンド、CA)を用いて、570μmと63
0μmの吸光度の比率から細胞増殖曲線(図4)を作成
した。
は、PDL(集団倍化レベル(population doubling le
vel))150を超えても増殖することを確認した。一
方、コントロール細胞は、PDL25前後で増殖が停止
する複製不能細胞老化(replicative senescence)に陥
った。
hTERT遺伝子の発現を、RT−PCR法を用いて調
べた。コントロール細胞としては、hTERT遺伝子非
導入骨髄間葉系幹細胞を用いた。これらの細胞における
遺伝子発現の陽性コントロールとして、β−アクチン遺
伝子の発現を調べた。
(シンナ/バイオテックス社製、アメリカ合衆国テキサ
ス州フレンズウッド)を用い、そのプロトコルにしたが
ってFERM BP−8197からRNAを抽出し、2
μgの総RNAを22℃で10分間、さらに42℃で2
0分間、RNA逆転写酵素を用いて逆転写反応させた。
ー濃度各20pmol/mlで、AmpliTaq G
oldキット(アプライドバイオシステムズ社製、アメ
リカ合衆国カルフォルニア州)を用い、そのプロトコル
にしたがってPCRで増幅した。PCRは、最初に95
℃で10分間インキュベーションしたのち、95℃で3
0秒、60℃で30秒および72℃で30秒を1サイク
ルとしてこれを35サイクル行ない、最後に72℃で7
分間インキュベーションすることで実施した。hTER
T遺伝子またはβ−アクチン遺伝子に対するプライマー
には下記のものを使用した。 hTERT遺伝子 5′primer:CTGACCAGGGTCCTAT
TCCA 3′primer:TGGTTATCCCAAGCAA
GAGG β−アクチン遺伝子 5′primer:TGACGGGGTCACCCAC
ACTGTGCCCATCTA 3′primer:CTAGAAGCATTTGCGG
TGGACGATGGAGGG
おいて、レーン1はコントロール細胞、レーン2はFE
RM BP−8197を用いたRT−PCRの結果を示
す。FERM BP−8197においてはhTERT遺
伝子およびβ−アクチン遺伝子の発現が認められた。一
方、コントロール細胞においては、β−アクチン遺伝子
の発現のみが認められた。これらの結果は、FERM
BP−8197において、導入されたhTERT遺伝子
が適切に発現していることを示す。
ラーゼ活性を調べるために、TRAPアッセイを行っ
た。本試験例においては、コントロール細胞として、h
TERT遺伝子非導入骨髄間葉系幹細胞を用いた。
テロメラーゼ検出キット(オンコー社(Oncor)製、M
D、USA)を用い、そのプロトコルにしたがって実施
した。その結果、テロメラーゼ活性は、FERM BP
−8197では陽性、コントロール細胞では陰性であっ
た。これらの結果は、FERM BP−8197におい
て、導入されたhTERT遺伝子が発現した後、hTE
RTタンパク質が適切な活性を有していることを示す。
レップキット骨芽細胞分化用培地(製品番号CL PT
−3002、三光純薬株式会社製)を用い、21日間培
養した。培地は5日ごとに新しい培地と交換した。
て」、医歯薬出版株式会社、1999年発行)にしたが
ってコッサ染色を実施した。その結果、細胞内のカルシ
ウムの沈着が存在した領域が黒褐色で点状に染色された
ことから、骨芽細胞への分化を確認した(図6)。図6
中、aは、黒褐色で点状に染色された、カルシウムの沈
着が存在した領域を示す。
レップキット脂肪細胞分化用培地(製品番号CL PT
−3004、三光純薬株式会社製)を用い、21日間培
養した。培地は5日ごとに新しい培地と交換した。
て」、医歯薬出版株式会社、1999年発行)にしたが
ってオイル赤染色を実施した。その結果、細胞内の脂肪
滴が赤に染色されたことから、脂肪細胞への分化を確認
した(図7)。図7中、bは赤く染色された脂肪滴を示
す。
不死化した骨髄間葉系幹細胞株を得ることができる。本
発明の不死化骨髄間葉系幹細胞株は、癌遺伝子ではなく
正常細胞由来の細胞増殖因子遺伝子により不死化してい
るため、癌化の危険性を回避することができる。そのう
え、該細胞株から導入した細胞増殖因子遺伝子を切り出
すこともできるため、安全性が非常に高い。すなわち、
細胞増殖遺伝子を切り出して得られる細胞は、再生医療
において極めて有用である。
ラーゼ連鎖反応用5′プライマー 配列番号3:hTERT遺伝子を検出するためのポリメ
ラーゼ連鎖反応用3′プライマー 配列番号4:ヒトβ−アクチン遺伝子を検出するための
ポリメラーゼ連鎖反応用5′プライマー 配列番号5:ヒトβ−アクチン遺伝子を検出するための
ポリメラーゼ連鎖反応用3′プライマー
図である。ここで、ATGは開始コドン、Ψはパッケー
ジングシグナル、LoxPはLoxP配列、hTERT
はhTERT遺伝子、EGFPは増強GFP遺伝子、M
oMLV LTRはモロニーマウス白血病ウイルス長い
末端反復配列、IRESは脳心筋炎ウイルス内リボゾー
ムエントリー部位をそれぞれ示す。
鏡像である。
の蛍光顕微鏡像である。
ロール細胞の増殖曲線を示すグラフである。
ロール細胞を用いて実施したRT−PCRの結果を示す
図である。
7の一部を示す図である。
97の一部を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 骨髄間葉系幹細胞に一対の部位特異的組
換え配列に挟まれた細胞増殖因子遺伝子を導入すること
により得られる不死化骨髄間葉系幹細胞。 - 【請求項2】 骨髄間葉系幹細胞がヒトの骨髄間葉系幹
細胞である請求項1記載の不死化骨髄間葉系幹細胞。 - 【請求項3】 細胞増殖因子遺伝子がhTERT遺伝子
である請求項1記載の不死化骨髄間葉系幹細胞。 - 【請求項4】 一対の部位特異的組換え配列がLoxP
配列である請求項1記載の不死化骨髄間葉系幹細胞。 - 【請求項5】 細胞増殖因子遺伝子がレトロウイルスベ
クターを用いて導入される請求項1記載の不死化骨髄間
葉系幹細胞。
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