JP2004500038A - Nuclear transfer using selected donor cells - Google Patents

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Abstract

本発明は、ドナー細胞集団からG1細胞を選択し、分離することによる核移植の方法を提供する。本法は、ドナー核の細胞周期段階が確定し、農業、医薬、機能性食品および生物医学用途のトランスジェニックまたは非トランスジェニック・クローン胚細胞、再構成胚および完全な動物をつくることができる点で従来技術より有利である。The present invention provides a method for nuclear transfer by selecting and separating G1 cells from a donor cell population. The method defines the cell cycle stage of the donor nucleus and can produce transgenic or non-transgenic cloned embryonic cells, reconstituted embryos and whole animals for agricultural, pharmaceutical, functional food and biomedical applications. This is more advantageous than the prior art.

Description

【0001】
本発明は、とりわけ、遺伝子工学処理またはトランスジェニック哺乳類胚、胎児および子を含む哺乳類胚、胎児および子の生産のためのクローン技術に専ら使用することに限らないが、核移植の新規な方法に関する。
【0002】
(背景)
ドナー核の細胞周期およびレシピエントである細胞質体の胚再構成時の段階は、核移植後の発生を成功させる重要な要因である。第1杯細胞周期後の染色質の二倍体セットを保証し、かつ核の再プログラミングと、その後の発生の機会を最大化するために、2個の「細胞」の特定の組合せが必要とされる。間期のドナー細胞が除核中期停止卵母細胞(細胞質体またはレシピエント細胞と称する)と融合するとき、即時的核膜破壊(NEBD)が起こり、ドナー染色質が未成熟染色体凝縮(PCC)を生ずる(Barnes等、1993)。これらの作用は、卵成熟促進因子(MPF。減数分裂または有糸分裂促進因子とも呼ばれる。Campbell等、1996aによる総説を参照されたい。)と称する細胞質活性によって誘起される。卵母細胞が成熟する間のMPF活性は、中期段階で最大となり、受精、人工的活性化のいずかを受けたとき、急速に低下する。したがって、2種の細胞質体が再構成のために使用され得る。それらは、それぞれ非活性化または活性化中期II(MII)細胞質体を用いたMPFが高いか、または低いものである。
【0003】
染色体の一体性およびそれによる発生潜在力を維持するために、哺乳類の核移植において細胞周期の調整が重要であることの理解を促進した初期の研究は、ウサギ、ヒツジ、ウシ等の種における移植前段階の胚から得られる未分化割球(即ち未分化胚細胞)を用いて行われた。これらの研究から、ドナー核の細胞周期段階および細胞質体中のMPFに曝される期間が、観察されるPCCの程度に顕著な効果を及ぼすことが明らかとなった。MPFに曝されたS期核の染色質は普通粉末状の外観を示し、これは染色体研究から異常発生率の高いことが示されている(Collas等、1992b)。それとは対照的に、G1またはG2期の核を用いた場合、染色質が凝縮することによって、それぞれ1本鎖または2本鎖の染色分体を有する細長い染色体を形成する(Collas等、1992b)。中期停止から再構成胚を解放し、かつ発生を活性化するための適当な刺激の後で、核膜がドナー染色質の周りに再形成され、次いでその染色質が、前の細胞周期段階と関係なくDNA合成を行う。したがって、G1期のドナー核は正常な発生に適合するDNA合成を開始する一方、G2期またはS期の核は、複製済みのDNAを完全に、または部分的に再複製することによって、第1杯細胞周期の終りまでに、2個の娘細胞中のDNA含量が不正なものとなり、その結果、異常な早期胚発生が起こると思われる。
【0004】
それとは対照的に、これらの初期の研究から、細胞質体活性化から十分な間隔をおき、MPFの消失後に割球核を細胞質体に導入すると、NEBDは起こらず(したがって、PCCも起こらない)、導入時の細胞周期段階に従ってDNA複製を制御するのはドナー核である。したがって、G1期またはS期の核はそれぞれ複製を開始または継続するが、一方G2期の核は、次回のDNA合成に入るように誘起されない。このような予備活性化細胞質体は、「万能レシピエント」と呼ばれており(Campbell等、1994)、細胞周期の任意の段階にあるドナー細胞の発生を調節することができる。これは、大部分の未分化割球核が任意の一時点でS期にあり(80〜90%。Barnes等、1993;Campbell等、1994)、したがってMPFの少ない細胞質体への導入に最も適合する前移植胚をクローニングするために、とりわけ重要であった。
【0005】
核移植の後、正常な発生は、卵母細胞細胞質内にあって、染色質構造を再構成し、ドナー核の遺伝子発現パターンを適切に再プログラミングすることのできる因子(または外部から導入した追加の因子)に依存すると思われる。成熟細胞質体は、正常に受精した卵割段階胚の発生を普通のゲノム活性化の時まで支配するRNA転写物および蛋白を含み、胚核は、胚発生を支配するそれ自体のRNA合成をその時間に開始する。したがって、この時点を既に経過した胚または細胞型から得られるドナー核は、再構成後にRNA合成を停止して、新たに再プログラミングされた母体−胚間ゲノム遷移が起こるまで不活性のままでいなくてはならない。導入後、ドナー核は接合状態にへの再プログラミングを強制され、その後、正常な胚発生が起こるのに時間的にも空間的にも適当な、正しい水準で適切な遺伝子を活性化する。このような核の再プログラミングを実現する機構は、現在のところ十分に理解されてはいない。
【0006】
培養して維持することのできる細胞で核移植を行うことに対する最近の関心の高まりから、再プログラミングおよび細胞周期調整は重要な話題となった。これらの培養細胞は、胚割球のクローニングに関するより以前の研究で使用されたものより分化している(即ち、より個別化された細胞機能を有している)。これらの細胞は、胚、胎児、成体のいずれかの動物から分離することができる。より多数の細胞を入手することができるので、これらの分化細胞培養を用いた効果的な核移植技術は、家畜種において所望の遺伝子型の大規模な増殖を可能とし、かつ培養細胞の遺伝子操作後のトランスジェニック動物の生産を容易にすると思われる。
【0007】
予備活性化細胞質体に融合したヒツジ胚細胞(細胞周期段階は不明)の増殖が活発な非同調培養を用いた初期の研究により、早期継代細胞(Campbell等、1995)から予定時期に子ヒツジが実際に生まれたが、より後期の継代細胞(Campbell等、1996b)からは生まれなかった。細胞から5日間血清を除き、その細胞が静止期(即ち、細胞が正常な細胞分裂周期から抜け、いわゆる「G0」期に入ったと思われる段階)にあると報告されたその後の研究においては、活性化の前、後または同時期に細胞質体と融合した後、同様の総括効率で、生きている子ヒツジが生まれた(Campbell等、1996b)。これらの著者(Campbell等、1996b;Schnieke等、1997;Wilmut等、1997;国際公開特許WO97/07669号)は、核再プログラングを促進し、分化細胞からのクローン動物の生産を可能にするために、正常な細胞分裂周期から抜けてしまい、静止期またはG0期に同調されている細胞を使用する重要性を示唆している。(S期の細胞がないことを示す、増殖細胞核抗原(PCNA)の不在に基づいて)細胞を静止期に同調する前記著者等による好ましい方法は、適当な期間、血清飢餓にすることによるものであった。しかし最近、実際にG0期にある血清飢餓細胞の割合がどの程度かに関しては疑問が出された。(相対的に少ないRNAと蛋白を有する静止細胞で、二倍体集団中のG0細胞とG1細胞を識別するために、)細胞DNAおよび蛋白の含量を同時に測定するためのデュアル・パラメータ・フロー・サイトメトリを用いて、Boquest等(1999)は培養ブタ胎児繊維芽細胞の細胞周期特性を調べた。彼等は、5日間の血清飢餓にも関わらず、実際に彼等の定義によるG0期にあった細胞は50%未満であることを示した。集団中の「小さい」細胞を選択することによって、G0期にある割合が血清飢餓培養において72%に増加した(Boquest等、1999)。
【0008】
静止細胞の使用に代わる方法として、Cibelli等(1998;および国際特許公開WO99/01163号明細書)は、MII細胞質体に融合し、次にイオノマイシンおよび6−ジメチルアミノプリン(6−DMAP)を用いて活性化したウシ細胞の非血清飢餓無作為増殖培養の使用を報告した。しかし、これらの方法によって最終的にクローン子ウシを作り出した生成胚において、核移植時にドナーの細胞周期段階が何であったのかは、これらの開示からは明らかではない。
【0009】
同様に、クローン化した子ウシ(Vignon等、1998,1999;Zakhartchenko等、1999)およびマウス(Wakayama and Yamaguchi,1999)が非血清除去無作為増殖細胞培養から作り出された他の報告がある。しかし、クローンの子を産出した核移植時のドナーの細胞周期段階は、やはり明らかではない。
【0010】
したがって、細胞周期のどの段階が、最終的に生きた子に成長するその低率の再構成胚を生成したのかを、これらの前記研究のいずれも正確には示していない。
【0011】
上記の考察は、核移植時に培養ドナー細胞が属する細胞周期段階に関する特定が、これまで一般に不十分であり、そのために技術水準が不確実であり、再現するのが容易でない状況となっていることを如実に示している。
【0012】
したがって、ドナー核の細胞周期段階が正確に知られていることを保証した核移植法があれば、望ましいと思われる。
この願望の実現に近づくこと、または少なくとも公衆に有用な選択手段を提供することが、本発明の目的である。
【0013】
(発明の概要)
第1の局面によれば、本発明は、ドナー細胞の増殖または非増殖集団からG1細胞を選択および分離し、分離されたそのようなG1細胞の核を、除核レシピエント細胞に導入することを含む核移植の方法を提供する。ドナー細胞集団は、細胞周期における1つまたは複数の既知または未知の段階であることができる。
そのような方法は、胚再構成の時点でドナー核の細胞周期段階に関して確実性をもたらし、それゆえに従来技術に比べて有利である。
【0014】
本発明は、細胞周期の特定の段階で、任意に成長している細胞をブロックして、非増殖同調細胞集団を生産するために、細胞周期抑制剤を用いることを意図している。好ましくは、細胞の成長は分裂期でブロックされ、抑制剤から解放された後にG1期に進んだ細胞が核移植に用いられる。
【0015】
すなわち第2の局面において、本発明は、細胞周期のG1段階で同調させた非増殖細胞集団から分離した細胞の核を、除核レシピエント細胞に導入することを含む核移植の方法を提供する。
【0016】
好ましくは、前記G1細胞は、任意に増殖している集団から、または非増殖同調細胞集団から、初期G1期において個々に分離される。
別法として、非増殖細胞集団は老化細胞を含むことができる。
【0017】
分離されたG1ドナー細胞は、in vivoで動物から、より好ましくは、in vitroで細胞培養から分離される。適した細胞は、胚、胎児、幼若動物から、完全に成熟した成体まで、いずれからも得ることができる。実際、細胞増殖が可能である任意の二倍体核型正常細胞、または老化細胞を本発明に用いることができる。細胞は、刺激されて細胞周期に入り増殖できる限り、未分化細胞状態、または任意の多様な細胞分化段階であることができる。静止期にある細胞は、適切な培養条件(血清または特定の成長因子を添加するなど)で刺激されて細胞周期に入り、分裂期に続く初期G1状態で核移植に用いることができる。いくつかの細胞型が、他の型に比べてより有効であることが判明する可能性があるが、しかしながら、成体および胎児線維芽細胞、および成体濾胞細胞は両方とも満足できるものであることが見出されている。本発明の実証として、2つの濾胞細胞系統、4つの皮膚線維芽細胞系統、および2つの遺伝子的に改変された胎児線維芽細胞系統を用いたウシ種での結果(実施例1〜7)を後に示す。
【0018】
好ましくは、レシピエント細胞は、ドナー核と由来が一致する種から得られた除核卵母細胞を含む。除核卵母細胞の胚再構成時のMPF活性は高くても低くてもよい。いずれの状態も2C量のDNAを有するG1ドナー核に適合するからである。
【0019】
別法として、レシピエント細胞は、除核幹細胞、または互いに融合した除核幹細胞の塊を含むことができる。好ましくは、これらの幹細胞は胚幹細胞である。核移植においてレシピエント細胞として用いられるそのような胚幹細胞は、成長している胚から、またはすでに培養において確立された幹細胞系統から分離したものであることができる。この場合、本発明の方法によって選択されたG1細胞のドナー核を用いる核移植は、「治療的クローニング」の目的で行うことができる。
【0020】
第3の局面によれば、本発明は、G1期、好ましくは初期G1期にある分離したドナー核を除核レシピエント細胞に導入することによって、クローン動物胚を生産する方法を提供する。
【0021】
本発明のこの方法は、鳥類、両生類、魚類、および哺乳動物を含む、対象となる任意の動物胚種を生産するために用いることができる。好ましくは、対象となる動物胚は哺乳動物であり、これに限定されるものではないが、ヒトを含む霊長類、げっ歯類、ウサギ、ネコ、イヌ、ウマ、ブタを含み、最も好ましくはウシ、ヒツジ、シカ、およびヤギなどの有蹄類を含む。
好ましくは、このクローン動物胚は、当技術分野で知られる方法によって遺伝子的に改変された核を用いることによって所望の遺伝形質を有する。
【0022】
第4の局面によれば、本発明は、再構成されたトランスジェニック動物胚を含む、本発明の方法によって調製された再構成動物胚を提供する。そのようにして形成された胚は次に、胚の数をさらに増やすために再クローン化する、あるいは核の再プログラミングおよび/または発生ポテンシャルをさらに促進するために連続核移植に供することができる。
【0023】
第5の局面によれば、本発明は、(1)上述の本発明の方法に従って、クローン動物胚を生産し、(2)既知の方法によって、動物をその胚から所定時期まで発育させ、(3)場合によっては、従来の方法または本発明の方法によるクローニングによって、そのように形成された動物を繁殖することを含む、ヒト以外の動物をクローニングする方法を提供する。
【0024】
本発明の方法は、鳥類、両生類、魚類、および哺乳動物を含む、対象となるヒト以外の動物種を生産するために用いることができる。好ましくは、前記ヒト以外の動物は、ヒト以外の霊長類、げっ歯類、ウサギ、ネコ、イヌ、ウマ、ブタ、最も好ましくはウシ、ヒツジ、シカ、およびイヌなどの有蹄類を含む群から選択される。
【0025】
第6の局面によれば、本発明は、上述の本発明の方法によって調製されたヒト以外のクローン動物、ならびにそのようなヒト以外のクローン動物の子孫を提供する。
【0026】
本発明の方法は、当技術分野で周知の方法により遺伝子的に改変されたドナー核を用いることによって所望の遺伝形質を有するヒト以外の動物、好ましくは哺乳動物を生産するために用いることができる。このような方法で作り出されるトランスジェニック動物も本発明に含まれる。
【0027】
本発明はさらに、たとえば細胞、組織、および器官移植に用いることのできる、胚細胞系統、胚幹細胞、胎児、または子孫を生産するために用いることができる。
【0028】
したがってさらなる実施形態において、本発明は、a)未知の細胞周期にあるドナー細胞の増殖集団、またはG1細胞の同調集団からG1細胞を選択および分離し、そのような分離細胞の核を除核レシピエント細胞に導入する段階、b)胚盤胞期に成長させる段階、c)胚細胞を回収する段階、およびd)当技術分野で既知の方法によってin vitroで無限分裂細胞系統を確立する段階を含む、胚細胞系統を生産する方法を提供する。
【0029】
さらなる実施形態において、a)細胞周期の多様な未知の段階にある動物ドナー細胞の成長集団、またはG1細胞の同調培養からG1細胞を選択および分離し、そのような分離細胞の核を除核動物レシピエント細胞に導入する段階、b)胚盤胞期に成長させる段階、c)胚幹細胞を回収する段階を含む、動物胚幹細胞を生産する方法が提供される。
【0030】
好ましくは、上述の方法に用いられる動物ドナー細胞はヒト由来である。最も好ましくは、上述の方法に用いられる動物ドナー細胞、およびレシピエント細胞は共にヒト由来である。
【0031】
最も好ましくは、ドナー細胞は、任意の核型正常細胞型から選択された成体または胎児細胞であり、レシピエント細胞は、除核卵母細胞または胚幹細胞を含む、遺伝子発現を再プログラミングすることが可能な任意の細胞型から選択される。
【0032】
本発明の方法によって生産された胚幹細胞は多能性であり、培養において分化を誘発されて、当技術分野で知られる方法によって、ニューロン、星状膠細胞、稀突起膠芽細胞などの神経細胞、肝細胞、ミオサイトなどの筋細胞、心筋細胞などの心臓細胞、造血細胞、膵臓細胞、および他の任意の細胞型を含む、ヒト細胞の分化した型の純粋集団を形成することができる。
【0033】
そのような分化したヒト細胞および組織はその後、損傷した細胞がそれ自体では代替できない、または有効に代替できない特定の疾病または傷害を治療するための移植に用いることができる。ヒトドナー細胞がそのような移植を必要としている患者から得られた場合、その組織は遺伝子的にその患者と一致するので、そのような移植組織は患者によって拒絶されない。
【0034】
別法として、そのような分化した細胞および組織は、疾病または傷害、たとえば多様な神経疾患(たとえば、パーキンソン病)、糖尿病、心臓病、筋ジストロフィー、多様な遺伝病、特定の癌(たとえば、白血病)、脊髄損傷、熱傷、および他の苦痛を治療するために用いることができる。
これらの方法は、当技術分野において「治療的クローニング」として知られている。
【0035】
特定の細胞型へのin vitroでのヒト胚幹細胞の分化はさらに、ヒトの医療における薬剤の発見や毒性研究においても有益である可能性がある。
【0036】
したがってさらなる局面において、本発明は、本発明の方法によって生産されたin vitroで分化したヒト胚幹細胞を用いて、薬剤を発見する方法、および薬剤の毒性を試験する方法を提供する。
【0037】
さらなる局面によれば、本発明は、細胞、組織、および器官を本発明の方法によって生産したヒト以外のクローン動物およびそれらの子孫から分離し、それを治療を必要としているヒトの患者に移植するために用いることのできる異種間移植の方法を提供する。そのような細胞、組織、または器官が移植遺伝子を含む場合、そのような細胞、組織、または器官は、遺伝子治療において、または異種組織に対する患者の免疫応答を抑えるために有用である可能性がある。
【0038】
(発明の詳細な説明)
本発明は、従来の核移植によって哺乳動物胚をクローニングする方法の改善を目的としている。本発明の胚クローニング方法は、いろいろの哺乳動物、そしてその他の動物種にも利用することを意図しているが、その方法をウシに関して説明する。ドナー核がG1期、好ましくはG1期の初期にあることが、本発明の本質的な特徴である。
【0039】
ばらばらに生育している培養細胞の集団から確実にG1細胞を得る1つの手法は、分裂期の細胞を培養表面から個別に取り出し、10%ウシ胎児血清(FCS)を含有する培地中で分裂を完了させることである。次にそのようなドナー細胞を分裂後短時間のうちに、たとえば一般的には3時間以内でS期に入る前に(BrdU標識により検出できる)、レシピエント細胞(すなわち、細胞質体)と融合させる。このようにすると、細胞は確実にG1の初期段階にあり、2C量のDNAを有する。こうして、周期細胞はG1/S境界に進行する前に、核移植のために用いられる。選択された細胞は、この操作の間、少なくとも細胞質体との融合が完了するまで、高血清含有培地中にある。したがって、細胞は細胞分裂周期から出るように誘導されることはなく、どの時点でも静止期にはならない。
【0040】
本発明は、核移植に用いるためにG1細胞の同調集団をつくることを意図してはいるが、本発明の方法の利点として、たとえばM期において多くの細胞をあらかじめ同調させ、その後にブロックを解除し、細胞分裂を起こさせて後G1期初期にある細胞を選択するために、細胞毒性や細胞攪乱性のある細胞同調剤、たとえばノコダゾールまたはコルヒチンなどを用いる必要がない。しかしながら本発明では、核移植に用いるためにより多くのG1細胞を選択する、あるいはG1期の特定の時点で可逆的に細胞を停止させるために適切な薬剤、すなわち細胞周期抑制剤を適切な薬剤濃度および培養時間で用いることが有利なこともある。そのような薬剤および方法は、当分野の技術者に知られているものであろう。それらの方法では薬剤暴露時間を低減するためにあらかじめ同調処理を行ってもよい:たとえば一時的に血清を排除することによって細胞がG0に入るように誘導し、その後、血清を再添加して、細胞をG0/G1境界すなわちR点(restriction point)に戻し、細胞分裂周期を進行させる。G1の多様な時点で可逆的に細胞を停止させるために適した薬剤には(Gadbois等、1992年、およびその参考文献に示されている)、(1)スタウロスポリン(ナノモル領域の非常に低い濃度で用いられる非特異的キナーゼ阻害剤)、(2)細胞周期の進行上より特異的なキナーゼ阻害剤、たとえばcAMP依存プロテイン・キナーゼ、およびcGMP依存プロテイン・キナーゼの阻害剤など、(3)ロバスタチン、(4)イソロイシン欠乏、(5)S期に入るのを防ぎ、G1/S境界で細胞をブロックするために用いられるアフィジコリンまたはヒドロキシ尿素が含まれる。
【0041】
G1ドナー核は2C量のDNAを有する(すなわち、二倍体である)ので、高いもしくは低いMPF量を有する細胞質体と再構成することができる。すなわち、G1核は、活性化が起こる前、後、または同時に細胞質体に導入することができる。しかしながら、クローン胚の発育を向上させるためには、核の再プログラミングを促進するために、(電気的に誘発された細胞融合によって導入された、または直接の核注入で導入された)ドナー核を除核卵母細胞の細胞質に存在する要素に適切な時間曝露することが好ましい。これは「活性化前融合」、すなわちFBAと呼ばれる。これまでの研究によって、本質的に「活性化と同時に行う融合」、すなわちAFSと比較したときのこの手法の利点が実証されている(Stice等、1996年、Wells等、1998年、1999年)。さらに、胚盤胞への発生率を向上させるために、細胞質への曝露は少なくとも1時間超、好ましくは3〜6時間の間であることが推奨されている。しかしながらこの方法では、生じる胚が正しい倍数性を維持するために、融合が活性化に先行するときに起こる小核形成をなんらかの適当な手段によって防ぐことが重要である(Czolowska他、1984年)。
【0042】
以下に、G0(コントロール)およびG1の培養ドナー細胞から得られた、ウシ種におけるクローン胚の再構成および生産の方法を概説する。以下に記載する具体例においては、卵胞から採取したウシ濾胞細胞を用いたが、その結果を実施例1〜3に示す(線維芽細胞系統の使用は実施例4〜7に例示する)。実際には、正常な二倍体核型を有する本質的にどのような細胞型(胚、胎児、幼若、および成体細胞で、増殖しているか、あるいは細胞周期に入ることができる、あるいは老化期にある細胞)も、この技法を用いることによって全能性であることが実証される。さらに、当分野の技術者に理解されるとおり、当技術分野で知られている他の任意の方法を、クローン胚を再構成および生産するために用いることができる。
【0043】
in vitroでの卵母細胞の成熟
食肉処理場の雌のウシから卵巣を採取し、食塩水(30℃)に入れ、2時間以内に実験室に運んだ。18ゲージのニードルと陰圧を用いて、3〜10mmの卵胞を吸引することによって、卵丘−卵母細胞複合体(COC)を回収した(別法として、ドナーウシから採卵して未熟卵母細胞を集め、その後in vitroで成熟させてもよい)。COCは、50μg/mlヘパリン(Sigma、St.Louis、MO)および0.4%w/vBSA(Immuno−Chemical Products(ICP)、Auckland、New Zealand)を補ったヘペス(HEPES)緩衝組織培養培地(Tissue Culture Medium)199(H199、Life Technologies、Auckland、New Zealand)中に集めた。in vitoroで成熟させる前に、コンパクトな非退縮卵丘−放射冠、および同質な卵細胞質を有するCOCのみを選択した。それをH199培地+10%FCS(Life Technologies)で2回洗浄し、その後、重炭酸イオン緩衝組織培養培地199培地+10%FCSで1回洗浄した。10個のCOCをこの培地10μl中に移し、これを5cmペトリ皿(Falcon、Becton Dickinson Labware、Lincoln Park、NJ)に入れた40μlの成熟培地の液滴中に置き、パラフィン油(Squibb、Princeton、NJ)で覆った。この成熟培地は、10%FCS、10μg/mlのヒツジFSH(Ovagen、ICP)、1μg/mlのヒツジLH(ICP)、1μg/mlのエストラジオール(Sigma)、および0.1mMのシスタミン(Sigma)を補ったTissue Culture Medium199を含んだ。液滴の入った培養皿を、18〜20時間、空気雰囲気下、給湿5%CO中、39℃で培養した。成熟後、HEPES緩衝合成卵管液(Synthetic Oviduct Fluid)(HSOF、Thompson等、1990年)中の0.1%ヒアルロニダーゼ(ウシ精巣、Sigma)と一緒にCOCを3分間ボルテックスし、続いてHSOF+10%FCS中で3回洗浄することによって、卵丘−放射冠を完全に除去した。
【0044】
培養細胞を用いた核移植
a)培地  成熟卵母細胞、細胞質体、および再構成胚は、成熟後から電気パルス後15〜30分後に融合を評価するまでの間、H199ベースの培地中で保持、または操作した。活性化の前3〜6時間にドナー細胞とMII細胞質体を融合する(FBA処理)ことによって再構成した胚を、カルシウムを含まないAgResearch Synthetic Oviduct Fluid培地(AgRSOF、これはGardner等、1994年に記載の培地を改変した配合であり、AgResearch、Hamilton、New Zealandから市販されている)+10%FCSで約3〜6時間、活性化の直前まで培養した。以下、用いたすべての培地組成はカルシウムを含む。
【0045】
b)除核  約18〜20時間成熟させた卵母細胞を、15〜20μm(外径)のガラスピペットで少量の周囲細胞質とともに第1極体およびMIIプレートを吸引することによって除核した。この卵母細胞は、10%FCS、5μg/mlのHoechst33342、および7.5μg/mlサイトカラシンB(Sigma)を含有するH199培地で5〜15分間あらかじめ染色しておき、操作はHoechest33342を含まない同じ培地中で行った。除核は、紫外線光で核質を視覚化することによって確認した。除核に続き、生じた細胞質体をH199+10%FCSでよくよく洗浄し、ドナー細胞の注入までこの培地中で保持した。
【0046】
c)静止期(G0)ドナー細胞の調製  培養した濾胞細胞を、血清を排除することによって静止期に入るように誘導した(Campbell等、1996年b)。通常の継代培養1日後、この培地を吸引して除き、細胞をPBSをその度に替えながら3回洗浄し、その後、0.5%FCSのみを含有する新しい培地を添加した。核移植に使用する前に濾胞細胞はさらに9〜23日間(通常は10日間)培養した。注入直前に、標準的なトリプシン処理によって、ドナー細胞の単細胞懸濁液を調製した。細胞はペレットにし、H199+0.5%FCS中に再懸濁し、注入までこの培地に保持した。
【0047】
d)G1ドナー細胞の調製  増殖濾胞細胞を、培養皿内のカバーガラス上で、適切な培地(たとえば、DMEM/F12+10%子ウシ胎児血清)で培養した。表面上で細胞が生育しているカバーガラスを無菌的に培養皿から物理的に取り出し、細胞または核を採集および注入できるように、適切な構造のマイクロマニピュレーションチャンバ内に置く。細胞を10%FCSを含有するHEPES緩衝培地の液滴で覆い、次に鉱油で覆う。分裂中の細胞は丸くなり培地表面に緩く接着しているだけなので、カバーガラス上の細胞の密度が高くなりすぎない限り、分裂細胞を識別し操作ピペットでカバーガラスから慎重に物理的に選び出すことができる。これが困難であれば、主としてカバーガラスから細胞を物理的に除去する際に引き起こされる機械的損傷を最小限に抑えるために、PBSで細胞を簡単に洗浄し、1.5μg/mlのサイトカラシンBを含有する薄い濃度のトリプシン溶液(たとえば、培養した細胞系統の通常の継代培養に用いる濃度の1/10)を加えてもよい。適当な顕微鏡(たとえば、位相差顕微鏡、またはDIC光学顕微鏡)を用い、主に、有糸分裂紡錘体上の濃縮染色質を見ることによって、あるいは分裂の終期段階でまだ細胞質橋でつながっている細胞ダブレット内の濃縮染色質を確認することによって、カバーガラス上の分裂細胞が識別できる。こうすると、Hoechst33342などのDNA特異的蛍光色素を用いて、細胞をUV光に曝露する必要がない。マニピュレータに装備されたインジェクション・ピペットを利用して、これらの分裂細胞をカバーガラスから別々に取り出し、細胞が分裂を完了させ最終的に分裂して細胞のダブレットを形成できるように、隣接する10%FCSを含有するHEPES緩衝培地の液滴に入れる。ピペットの径は、操作中に細胞または紡錘体を物理的に損傷しないように、細胞系統に応じて適切な大きさでなければならない。このように、分裂細胞は、好ましくは後期または終期の段階において個々に選択し、取り出して、有糸分裂を完了させ2つに分裂させる。次にこの細胞のダブレットを静かに個々の細胞に分離するが、これは適切な酵素溶液に短時間さらすことによって容易に達成することができる。その後、無傷の各細胞を細胞質体に注入し融合させる。別法として、細胞核を分離し、直接除核卵母細胞の細胞質に注入することができる。好ましくは、細胞質体へのドナー核の導入は、培養表面から最初に分裂細胞を取り出して3時間以内に完了させる。これによって、培養細胞が細胞周期のGI初期段階でS期になる前に融合されることが確実となる。このことは、たとえば選択された細胞のサンプルのBrdU標識が陰性であることなどによって、用いる個々の細胞型または細胞系統について確認するべきである。さらに、この方法によって選択された細胞が、実際に細胞周期中にあり、少し後の時点でS期に入ることを確認することが推奨される。
【0048】
e)マイクロインジェクション レシピエント細胞質体は、10%FCS、および5%スクロースを含有するH199中で脱水した。この培地はさらにマイクロマニピュレーションの培地としても用いた。ドナー細胞が入った適切な大きさのピペット(たとえば、外径30〜35μm)を透明帯を貫いて挿入し、続く融合のために膜を密接して接触させるために細胞を透明帯と細胞質体膜の間に押し込んだ。注入後、再構成胚を次の2つの段階で再水和した。最初に、10%FCSおよび2.5%スクロースを含有するH199中で5分、次に、H199+10%FCS中で融合まで再水和した。
【0049】
f)細胞融合 G0およびG1両方の細胞処理に関して、FBA(活性化前融合)法を用いて胚を再構成した。再構成した胚を、0.3Mマンニトール、0.5mMHEPES、および脂肪酸を含まない(FAF)0.05%BSAと0.05mMカルシウム、および0.1mMマグネシウムを含む緩衝液中、成熟開始後約24時間(hpm)で、電気的に融合させた。融合は、融合緩衝液で覆われた500μm離れた2つのステンレス鋼電極を備えたチャンバ内で、室温で行った。再構成された胚は、細胞質体とドナー細胞との間の接触面が電極と平行になるように、細い、口で操作するパスツールピペットを用いて手操作で1列に並べた。濾胞細胞の場合、BTX Electrocell Manipulator 200(BTX、San Diego、CA)が出す、それぞれ15μs、2.25〜2.50kV/cmの2回のDCパルスで、細胞融合が誘発された(それぞれの細胞系統に関して、最適な電気的パラメータを決定する必要がある)。電気刺激の後、再構成された胚は、H199+10%FCS中で洗浄した。次に15〜30分以内に、顕微鏡で融合を確認した。
【0050】
上述の電気融合パラメータが、24hpmで用いられた若い細胞質体に著しい割合で活性化をもたらすことは期待されない。同じような電気刺激後に同齢のコントロール卵母細胞(n=112)の1%未満しか前核を形成しなかったからである(Wells等、1999年)。NEBDおよびPCCが起こり、クロマチンの再造形、核の再プログラミングを可能にするためにG1およびG0の核のドナークロマチンが卵母細胞の細胞質内に存在する要素に曝されることがFBA処理にとって重要である。
【0051】
別法として、当分野の技術者に知られているとおり、G1の細胞の核を分離し、直接、卵母細胞の細胞質に注入することができる。
【0052】
g)活性化 多様な方法で人為的な活性化をもたらすことができる。1つの特定の方法には、イオノマイシン(Sigma)と6−ジメチルアミノプリン(6−DMAP、Sigma)の組み合わせが含まれる(Susko−Parrish等、1994年)。融合後、胚は、好ましくはドナー核が3〜6時間卵母細胞細胞質に曝露された後に、活性化される。この好ましい方法は、「活性化前融合」(FBA、Wells等、1998年)と呼ばれる。活性化の30分前、FBA処理の融合胚を、HSOF(カルシウム含有)+1mg/mlFAF BSAで洗浄、保持した。活性化は、HSOF+1mg/mlFAF BSA中の5μMイオノマイシン(Sigma)30μlの液滴中で胚を4分間、37℃でインキュベートすることによって誘発した。活性化は一般に、27〜30hpm齢の細胞質体で起こる。次に、胚をHSOF+30mg/mlFAF BSA中で5分間徹底的に洗浄し、その後、AgR SOF(カルシウムを含む)+10%FCS中で4時間、2mMの6−ジメチルアミノプリン(6−DMAP、Sigma)で培養した。
【0053】
FBA方法論にあるように(Stice等、1996年、Wells等、1998年、1999年)、核の卵母細胞細胞質への曝露時間を長くして胚発生率を向上させるには、そのような遅れた活性化の結果起こる小核の形成を防ぐための適切な処理と組み合わせなければならない(Czolowska等、1984年)。6−DMAPなどのセリン−トレオニンキナーゼ阻害剤は、適した薬剤の1つであると考えられる。したがって6−DMAPは、初期活性化刺激後に、単一の無傷核の形成を可能にし、このようにして再構成胚における正しい倍数性を維持する。
【0054】
核移植胚のin vitro培養
胚培養は、パラフィン油で覆ったAgR SOF(AgResearch、Hamilton、New Zealandから市販)の20μlの液滴中で行った。AgR SOFは、SOFaaBSAの改質された配合である(8mg/mlのFAF BSAを含有、Gardner他、1994年に記載)。可能なときには、10個までの胚のグループを培地の液滴内で合わせて培養した。胚は、給湿されたモジュール式培養器チャンバ(ICN Biomedicals、Aurora、OH)で、39℃、5%CO:7%O:88%N混合ガス中で培養した。発育の第4〜5日目(第0日=胚再構成日)に、引用することにより本明細書の一部とする公開特許明細書WO00/38583に教示されているとおり、ウシ胚のin vitroでの発生を向上させるために、酸化的リン酸化反応のアンカップラーとして作用する10μMの2,4−ジニトロフェノール+AgR SOFの新しい20μlの液滴に移した。融合後第7日に、移植可能な品質の胚盤胞に発育したかを評価した。
【0055】
胚導入、受胎診断、および出産
胚の導入、受胎の診断、および出産の管理は、当技術分野で周知の技術を用いて行われた。
【0056】
連続核移植、および再クローニング
本発明のさらなる実施形態では、G1のドナー細胞を適切なレシピエント細胞と再構成することによって作られた第1世代クローン胚を再クローン化するのが望ましいこともある。再クローニングは、着床前段階の胚を個々の細胞に分離して、その後、それぞれを適切なレシピエント細胞質体に融合することによって達成することができる。当分野の技術者に理解されるように、こういう胚細胞(または、割球)クローニングは、染色体異常を回避し、発育を最適化するために、ドナー細胞とレシピエント細胞との間で細胞周期を調整する必要がある。好ましくは、第1世代クローン胚が桑実胚段階(ウシでは約32個の細胞)にあるときにドナー細胞を得るが、胚は発育のそれより前の段階、または後の段階であってもよい。あるいは、まずG1培養ドナー細胞からつくられたクローン胎児を発生させ、次に胎児細胞系統を再誘導し、この新しい細胞系統を用いて胚を再クローン化してもよい。この再クローニングの手法は、初期着床前期間中に、最初のドナー核が卵母細胞細胞質に曝露される時間を長くすることによって、核の再プログラミングに利点をもたらすかもしれない。この手法はさらに、第2世代、第3世代などのクローン胚を生産するための、第1世代ファウンダー(始祖)胚から得られるクローン胚の数が増大するという利点を有する。
【0057】
連続的核移植には、適切なレシピエント細胞細胞質環境への順次核移植が含まれる。本発明の一実施形態として、G1ドナー細胞、およびMPFの高い非活性化レシピエント細胞質体を用いて、まず1細胞胚を再構成するのが望ましい。これによりNEBD、およびPCCが可能となり、このあと活性化刺激があれば無傷の二倍体核が形成されることになる。次にこの核(核の再造形、およびある程度の核の再プログラミングが起こっている)を1細胞クローン胚から核質体として吸引し、ついで受精後の適切な段階にある除核受精卵に導入することができる。その後、胚発育を進行させる。そのような順次連続的核移植工程は、核の再プログラミングを改善できるであろう。さらにこれは、2度目の核移植では、精子による受精を経たために胚発育にむけてより適切に活性化された細胞質環境に核が導入される結果、発育が改善される可能性がある。
【0058】
トランスジェニック動物の作製
細胞周期のG1段階にある遺伝子的に改変されたドナー核を用いて核移植してからトランスジェニック家畜を作製することは、受精卵へのDNAの前核注入(Wall等、1997年)、または精子と外側に結合したDNAを細胞質内に注入する精子媒介形質転換(Perry等、1999年)に比べて、より有効で多角的な手法になることが見込まれる。この培養細胞を用いる核移植手法の利点には、(1)はるかに広範囲の遺伝子操作が可能であること、(2)卵母細胞または受精卵を採取するのとは対照的に、細胞系統を用いて容易に高い遺伝的背景で遺伝子操作が可能なこと、(3)結果として生じるすべてのクローン子孫がトランスジェニックであり、所望の性であること、(4)前核注入手法、または精子媒介形質転換によって個々のファウンダー(始祖)動物を作製するのに比べて、より短い期間で有用な生産物を産出するヒツジやウシの群を速成する機会があることが含まれる。
【0059】
培養細胞は、所望のDNA配列を挿入、除去、または改変するために、任意の既知の方法で遺伝子的に変更することができる。改変には、新しいDNA配列(異種であることができる)のランダム挿入、ゲノムの特定部位でのDNA挿入、削除、または改変を可能にするDNAの部位特異的挿入と同種組換えが含まれる。細胞を選択し、所望の遺伝子改変を確認するために当技術分野で周知の方法を用いてDNA分析を行った後に、核型正常トランスジェニック細胞を細胞周期のG1期において選択し、クローン/トランスジェニック動物を産出するために核移植に用いることができる。
【0060】
操作される特定の遺伝子に応じて、生物医学および農業の両方に関して、遺伝子的に改変された家畜に利用できる多様な可能性がある。可能性のある分野には、(1)医薬タンパク質の乳、血液、または尿中での生産、(2)たとえば乳中での、機能性食品、および医療用食品の生産、(3)農産物の特性の操作、たとえば乳、肉、および繊維の量および質の改善、疾患および害虫耐性の改善、(4)工業用タンパク質をたとえば乳中での生産、(5)異種間移植、(6)ヒトの疾患、たとえば嚢胞性線維症やハンチントン病などの疾患モデルとしての家畜の作製が含まれる。
【0061】
治療的クローニング
核移植および胚性幹細胞技法により大きく影響をうけるのは、ヒトの細胞に基づく治療の分野かもしれない(Pedersen、1999年)。それ自体では有効に修復も代替もできない組織に特定の疾患または傷害を有する患者(糖尿病、筋ジストロフィー、脊髄損傷、ある種の癌、およびパーキンソン病を含む多様な神経疾患で起こる)が、移植のために自身の治療用組織を作り出し、長期または生涯にわたる治療を行えるかもしれない。まず、この手法ではヒトの核移植を用いるだろう。これは、特定の疾患または傷害を持つヒトの患者から健康な組織の少量のサンプルを採取する段階、培地で細胞の増殖を刺激する段階を含むことができる。細胞周期のG1にあるドナー細胞を選択し、それらを適切なレシピエント細胞に融合することによって、核を再プログラミングできるかもしれない。レシピエント細胞が除核ヒト卵母細胞である場合、再構成された胚は、適した活性化刺激後、適切な胚培養培地中で胚盤胞段階にまで生育することができよう。次に適切な培養条件のもとで(Thomson等、1998年)、クローン胚の内部細胞塊からヒト胚性幹細胞を得ることができ、これは培養細胞を供与した患者と遺伝子的に一致する。
【0062】
「胚性幹細胞」という用語によって、本出願人等は、胚の内部に存在する任意の分化多能性の細胞型から分離される細胞、好ましくは当分野で周知の方法によって胚盤胞段階にある胚の内部細胞塊から分離される細胞を意味する。
【0063】
本発明の方法によって作られた胚性幹細胞は、未分化で多能性(体内のほぼすべての細胞型に分化できる能力を持つ)で、本質的に無制限なin vitroでの増殖能力を有する。あるいは、内部細胞塊から分離された細胞系統はある程度分化していて、多様な細胞型に分化する能力がもっと限定されているかもしれないが、依然として治療に有用であろう。マウス胚性幹細胞の経験に基づいて、適切な条件を見出すことができ、これによって特定の疾患を治療するために、神経細胞、造血細胞、心筋細胞など、特定の分化された細胞型の純粋な集団を生産することが可能になる(たとえば、糖尿病のためのインスリン生成脾臓細胞、またはパーキンソン病のためのドーパミン生成神経細胞)。これらの遺伝子的に適合した細胞はその後、移植されたその場所で正常な組織を再生するために、ヒトの患者に再び投与される。その細胞は遺伝子的にその患者と一致するので、拒絶されることがなく、そのため免疫抑制剤がまったく、あるいはほとんど必要ない。さらに、免疫機構による異質細胞の認識において重要な役割を果たす主要組織適合性複合体遺伝子などの遺伝子座の系統的な改変をしてから、同種異系移植のための「ユニバーサル」な胚性幹細胞系統を作製するのも有益であろう。
【0064】
適用によっては、分化と移植の前に胚性幹細胞の遺伝子改変が必要であろう。これは、治療のために治療薬剤を送達する、あるいはデュシェンヌ型筋ジストロフィー患者の骨格筋のジストロフィン遺伝子に起こるような体細胞の遺伝子欠陥を修正するなどの遺伝子治療のためである。
【0065】
ヒト胚性幹細胞の特定細胞型への分化はさらに、細胞、組織、または器官を用いる移植治療に加えて、薬剤の発見、およびヒトにおける薬剤の毒性研究に関しても有益であろう。
【0066】
さらに、細胞、組織、および器官をヒト以外のクローン動物の仔から分離して、そのような治療を必要としているヒトの患者に移植するために用いることができる(異種間移植)。そのような細胞、組織、または器官が導入遺伝子(transgene)を含む場合、そのような細胞、組織、または器官は、遺伝子治療において、または異種組織に対する患者の免疫応答を抑えられるので有用であろう。
【0067】
ヒト応用例のレシピエント細胞
本発明による核移植の方法において、好ましいレシピエントは、上述の方法によって調製された除核卵母細胞である。しかしながら、ヒトに応用する場合、これは困難かもしれない。
【0068】
別法として胚性幹細胞が、分化した体細胞核を再プログラミングするためのレシピエント細胞の供給源として使えるであろう。したがって、細胞に基づくなんらかの治療を必要としている患者由来の体細胞を、ヒト卵母細胞を必要とすることなく、培養して脱分化させることができる。これは、細胞周期のG1にある健康な体細胞を、除核胚性幹細胞、または胚性幹細胞のグループ(再プログラミングのためにより大量の細胞質を提供するため)と融合させることによって達成することができる。レシピエント幹細胞の細胞周期の状態をコントロールする必要があり、好ましくは融合の時点でM期、またはG1期である。このようにして、体細胞の分化した核は、幹細胞の細胞質に曝露された後脱分化するだろう。結果として生じる再構成された細胞は、多能性あるいは多分化能性を有し、治療に有用な一連の分化した細胞を形成するよう誘導できる。この概念は、胸腺リンパ球と胚生殖細胞を融合してつくられたハイブリッド細胞において以前に実証されている(Tada等、1997年)。
【0069】
本発明をここで以下の実施例によって例示するが、当分野の技術者に理解されるとおり、本発明の範囲を限定するものではない。
【0070】
実施例1.核移植後のin vitro発生に及ぼすG0またはG1のいずれかに同調された瀘胞ドナー細胞の効果
この特定実験において、濾胞顆粒膜細胞の1次細胞系が核移植に用いられた。この細胞系は、「J1」と表示され、ニュージーランド・ジャージー未経産牛から由来した。J1細胞を、7〜8回の継代培養数の間で本実験に使用した。
【0071】
ドナー細胞は比較のため、2つの細胞周期段階に同調させた。
(1)G0細胞は、血清採取後0.5%FCSを含有する培地中で10〜11日間の培養により得られた。
(2)G1細胞を、有糸分裂終了後1〜3時間以内に細胞質体に融合した。
負のBrdU標識により、有糸分裂の3時間以内に融合されたJ1細胞は、S期に入っておらず、G1にあることを確認した。
【0072】
本実験で、2つの細胞サイクル処理群からのドナー細胞により再構成された胚を、ライフテクノロジーズ(Life Technologies)BSA(ライフテクノロジーズ製品番号30036−578)を補足したAgR SOF培地中in vitroで培養した。
【0073】
in vitro発生の結果を表1に示す。細胞サイクルのG0期(対照)およびG1期におけるドナー細胞は、電気媒介融合法による細胞質体(レシピエント細胞)との融合時、等しく効率的であった。また、下記の表1に示すように、in vitro培養されて胚盤胞へと発生した融合再構成胚の比率において、G0とG1とのドナー細胞処理群間で相違はなかった。
【0074】
表1:細胞サイクルのG0期またはG1期のいずれかにおいてJ1濾胞細胞により再構成され、ライフテクノロジーズBSAを補足したAgR SOF培地中で培養されたクローン化胚のin vitro発生(平均±標準誤差)
【表1】

Figure 2004500038
【0075】
実施例2.核移植後、シグマBSAを補足した培地中で培養されたin vitro発生に及ぼすG0またはG1のいずれかに同調された濾胞ドナー細胞(J1およびEFC細胞系)の効果
7日培養後クローン化胚の胚盤胞期へのin vitro発生に関するG0およびG1濾胞ドナー細胞間の細胞周期段階の効果はないという知見を支持するさらなる証拠を表2に提供する。
【0076】
2つの独立した濾胞細胞系により実験を実施した。
(1)「EFC」;ニュージーランドフリージアン(New Zealand Friesian)乳牛からの濾胞細胞系、および
(2)「J1」:ニュージーランドジャージー(New Zealand Jersey)未経産乳牛からの濾胞細胞系。
これらの実験において、EFC細胞は細胞サイクルのG0においてのみ使用され、J1細胞はG1においてのみ使用された。しかし、双方の細胞系が濾胞細胞から由来し、再構成された胚が全て同一培地配合において培養されたことから、本実施例ではそのデータを組み合わせた。これらの実験において、これは、標準AgR SOF培地であったが、上記の実施例1のライフテクノロジーズBSAではなくシグマ(Sigma)BSA(シグマ化学会社(Sigma Chemical Company);製品番号A−7030)を補足した。
【0077】
J1細胞は、有糸分裂終了後1〜3時間以内に融合されたドナー細胞で3〜6度の継代間で核移植に使用された。EFC細胞を3〜8回の継代培養間で使用し、0.5%血清を含有する培地中9〜18日間の培養によりG0期に同調させた。
【0078】
表2に示されたin vitroの発生結果は、濾胞ドナー細胞では、G0細胞周期段階とG1細胞周期段階との間で胚盤胞へと発生する融合胚の比率に相違がないことを示す。
【0079】
表2.細胞サイクルのG0またはG1のいずれかにおいて濾胞細胞(J1またはEFC)により再構成され、シグマBSAを補足したAGR SOF培地中で培養されたクローン化胚のin vitro発生(平均±標準誤差)
【表2】
Figure 2004500038
【0080】
実施例3.核移植後のin vivo発生に及ぼすG0またはG1のいずれかに同調された濾胞ドナー細胞(J1およびEFC細胞系)の効果
図1に示すデータは、レシピエント牛への導入後の、細胞サイクルのG0またはG1のいずれかにおいて濾胞細胞により再構成されたクローン化ウシ胚の妊娠中の生存を示す。図1のデータは、上記の実施例1および2において具体的に説明した実験からまとめたものである。これには、2つの濾胞細胞系、すなわちJ1とEFCから生じたクローン化胚が含まれる。さらに、それには、シグマBSAまたはライフテクノロジーズBSAのいずれかを補足した外は、同じAgR SOF培地配合で生じた胚を含む。これら2つの濾胞細胞系のいずれの間にも後導入の生存能力に及ぼす効果がなく、また2つのBSA源の効果もないことから(胚盤胞への発生に対しては有意な効果があるが)、データをプールした。
【0081】
図1のデータは、同調化したレシピエント牛の生殖器官に導入された、G0ドナー細胞により再構成された全部で85個の胚、および早期G1ドナー細胞により再構成された全部で95個の胚を表す。
【0082】
図1は、通常の超音波検査法、直腸検査および自然分娩により測定された胚導入7日目から出産予定日までの妊娠を通して存在する胚/胎仔の百分率をプロットする。最も注目すべきことに、G1濾胞細胞を使用すると、月満ちて生存能のある子牛の誕生を生じた。G0ドナー細胞と比較すると、妊娠30日から月満ちてから誕生するまでの全期間を通してG1細胞で再構成されたクローン化胚の胚生存は低くなる傾向があったが、しかし、このことはここに報告された導入数では統計的な有意性レベルに到達しなかった。
【0083】
G1濾胞細胞では、導入された胚の9%(9/95)は月満ちて子牛の誕生を生じた。しかしながら、これらの子牛のうち4頭は、出産時にまたは出産後まもなく死亡し、G1細胞からの生存能のあるクローン化牛の有効率は全体として5%(5/95)となった。それに対して、G0ドナー濾胞細胞は、出産予定日まで20%(17/85)発生を生じ、分娩中3頭の子牛が死亡して、生存能のある子牛は全体として16%(14/85)の最高の有効率となった。
【0084】
実施例4.核移植およびライフテクノロジーズBSAを補足した培地中で培養後のin vitroおよびin vivo発生に及ぼすG0またはG1に同調された、成牛雌の皮膚線維芽細胞(Age+およびAge−の細胞系)の効果
2つの独立した成牛皮膚線維芽細胞の1次細胞系での実験からのデータが組み合わされている。この2つの細胞系を「加齢+」および「加齢−」と表示する。それらは共に、性熟期の遅い開始または早い開始のいずれかについてそれぞれ選択されたアンガス(Angus)肉牛由来の雌細胞系である。in vitroとin vivo発生に関してこれら2つの類似細胞系の間に相違がないので、データは下記の表3および図2において組み合わせられている。
【0085】
2つの細胞周期段階をこれらの実験で比較した。
(1)G1:ドナー細胞を有糸分裂終了後1〜3時間以内に細胞質体に融合した。
(2)G0:ドナー細胞を0.5%FCSを補足した培地中3〜12日間培養した。レシピエント牛に導入されたこれら再構成胚について、細胞から4〜5日間血清を取り出した。
【0086】
両方の細胞系からの細胞および両方の細胞サイクル処理を、7回の継代培養で核移植に用いた。再構成胚を、ライフテクノロジーズBSA(ライフテクノロジーズ製品番号30036−578)を補足した標準AgR SOF培地配合において培養した。
【0087】
表3に示したデータは、G0細胞が低血清中にあった時間の長さの融合効率に関する効果を示すが、しかし、一旦細胞質体と融合すると、引き続くin vitro発生に及ぼす効果がなかったので、G0胚盤胞データを組み合わせた。発生から胚盤胞期までに対するG0とG1との間の細胞周期段階の効果はなかった。
【0088】
表3.細胞サイクルのG0またはG1で成牛メスの皮膚線維芽細胞(Age+およびAge−)により再構成され、ライフテクノロジーズBSAを補足したAgR SOF培地中で培養されたクローン化ウシ胚のin vitro発生(平均±標準誤差)
【表3】
Figure 2004500038
【0089】
図2のデータは、G1において選ばれた成牛皮膚の線維芽細胞が月満ちて生存能のある子牛を産生できることを示している。図1のデータと同様に、G0では出産予定日での生存がより大きな傾向があるが、しかしこれは、ここで実施された導入数からは統計的に有意ではない。G1ドナー細胞では、導入された胚の4%(1/25)が出産日に生存能のあるクローン化牛を産生した。それに対し、G0ドナー細胞は、出産日に14%(3/22)の生存能のある発生を生じた。本実験で、生まれた4頭の子牛全てが出生後生き残った。
【0090】
実施例5.核移植およびICP BSAを補足した培地中培養後のin vitroおよびin vivo発生に及ぼすG0またはG1に同調された、成牛皮膚線維芽細胞(LJ801および3XTC細胞系)の効果
2つの独立した成牛皮膚線維芽細胞系でG0およびG1細胞周期段階を比較する追加実験を実施した。この2つの細胞系は、「LJ801」および「3XTC」と表示した。LJ801は、リモージンXジャージー種のオス子牛由来のオス細胞系であり、3XTCは、3度において三つ子牛を出産した交雑育種牛由来である。
【0091】
2つの細胞周期段階を比較した:
(1)両細胞系におけるドナー細胞を、0.5%FCSを有する培地中4〜5日間培養したG0細胞;および
(2)ドナー細胞を、有糸分裂後1〜3時間以内に細胞質体に融合したG1細胞。
【0092】
負のBrdU標識により、有糸分裂後3時間以内に融合した成牛皮膚の線維芽細胞がS期に入らなかったことが確認された。
LJ801および3XTCの双方を、3〜4回の継代培養で核移植実験に用いた。
【0093】
LJ801細胞と3XTC細胞との間で胚盤胞期への発生効率に差がなく、両細胞系から再構成された胚を、今回ICP(イムノケミカルプロダクツ社、ニュージーランド国オークランド;製品番号ABFF−002)からの別のBSA源を補足した同一の標準AgR SOF培地中で培養したことから、表4のデータを組み合わせてある。胚導入後、妊娠を通しての胚生存に関するデータを、細胞系3XTCとLJ801とのそれぞれについて図3および4に示す。
【0094】
表4のデータは、胚盤胞期への発生に対してG0またはG1のいずれかに同調されたドナー成牛皮膚線維芽細胞の細胞サイクルの効果が無かったことを示す。 表4.細胞サイクルのG0またはG1のいずれかでの成牛の皮膚線維芽細胞(LJ801および3XTC細胞)により再構成され、ICP BSAを補足したAgR SOF培地中培養されたクローン化胚のin vitro発生(平均±標準誤差)
【表4】
Figure 2004500038
【0095】
図3のデータは、3XTC細胞により再構成された胚では、少なくとも150日目までの生存に差がなかったことを示す。細胞サイクルのG1におけるドナー細胞の150日目の胚生存は25%(3/12)であったのに対し、G0ドナー細胞では27%(3/11)であった。
【0096】
図4のデータは、LJ801線維芽細胞により再構成された胚では、G0ドナー細胞による妊娠210日目により大きな胚生存傾向があることを示すが、これは統計的に有意ではない。細胞サイクルのG1におけるドナー細胞では、210目における胚生存は、23%(3/13)であったのに対し、G0ドナー細胞では39%(7/18)であった。
【0097】
実施例6.核移植後のin vitroおよびin vivo発生に及ぼすG0またはG1のいずれかに同調された、遺伝的に変えた牛胎仔線維芽細胞の効果 本実験は、遺伝的に変えた牛胎仔メスの肺線維芽細胞で実施して、核移植後の発生に対する細胞周期段階の効果を調べた。遺伝子変更は、ウシβ遺伝子およびκ−カゼイン遺伝子の追加コピーの無作為挿入で行った。このトランスジェニック細胞系は、「カゼイン・プラス5110」と表示した。
【0098】
2つの細胞周期段階を比較した:。
(1)ドナー細胞を、0.5%FCSを有する培地中3〜6日間培養したG0細胞;および
(2)ドナー細胞を、有糸分裂後1〜3時間以内に細胞質体に融合したG1細胞。
再構成胚をICP BSP(イムノケミカルプロダクツ社、ニュージーランド国オークランド;製品番号ABFF−002)を補足した標準AgR SOF培地組成中で培養した。
【0099】
in vitro胚発生に関するデータを表5に示す。カゼイン・プラス5110細胞による胚盤胞期への発生は、核移植に使用したドナー細胞がG0における場合に比較してG1における場合は有意に少なかった。この結果は、前記実施例に示した他の細胞系と対照的である。
【0100】
表5.細胞サイクルのG0またはG1期のいずれかでのトランスジェニックメスの肺皮膚線維芽細胞(カゼイン・プラス5110細胞)により再構成され、ICP BSAを補足したAgR SOF培地中培養されたクローン化牛胚のin vitro発生(平均±標準誤差)
【表5】
Figure 2004500038
【0101】
図5に示した胚生存データは、カゼイン・プラス5110トランスジェニック細胞では、少なくとも90日目までの発生に及ぼす細胞周期段階の効果が無いことを示す。細胞サイクルのG1におけるドナー細胞では、90日目の胚生存は38%(9/24)であったのに対し、G0ドナー細胞では27%(6/22)であった。
【0102】
実施例7.核移植後のin vitroおよびin vivo発生に及ぼす非増殖性老化ドナー細胞(後期G1期における)の効果
核移植実験を実施して、非増殖性老化牛ドナー細胞による発生に及ぼす効果を調べた。本実験に用いた細胞は、メス胎仔肺線維芽細胞であり、遺伝的に変更したものである(「561細胞」と表示される)。最初に、細胞は活発に増殖するが、しかし培養過程の間に、これは漸次遅くなり、後期継代時に細胞は、当業者により老化として知られている非増殖期に入り、それにより細胞分化が止まる。老化細胞は、細胞サイクルのG1、具体的には後期G1/S期境界時に止まっていることが知られている(Sherwood等、1988年)。細胞が老化に入る場合、それらは後期G1で遮断され、生理的有糸分裂促進因子に応答してS期に入ることがない。したがって、老化は静止期とは異なっている。静止期の細胞は至適条件(例えば、血清不足の細胞培養の場合、血清の追加)に戻すと、細胞サイクル再入へと誘導され増殖する。
【0103】
トランスジェニック老化細胞により再構成された胚を、ICP BSAを補足したAgR SOF培地中培養した。
in vitro胚発生に関するデータを表6に示す。老化ドナー細胞による胚盤胞期への発生は、前記実施例に示したG0または早期G1ドナー細胞に関して予想された発生よりも低かった。
【0104】
表5.非増殖の老化トランスジェニック線維芽細胞(561細胞)により再構成され、ICP BSAを補足したAgR SOF培地中培養されたクローン化牛胚のin vitro発生
【表6】
Figure 2004500038
【0105】
図6に示した胚生存データは、後期G1期に止まっている非増殖性老化細胞によるクローン化が、90日目までに発生する胚がわずか4%(1/26)である、という低効率であることを示唆する。
【0106】
(結論)
1.細胞周期のある特定の段階、好ましくは早期G1における個々の細胞を選ぶことが可能である。このことは、核移植に使用される個々の細胞における実際の細胞周期段階が正確に知られていない、いわゆる増殖細胞を用いる先行技術と比較して有利である。同じことが、血清飢餓にした細胞個体群にとっても言える。
【0107】
2.細胞サイクルの早期G1期における有糸分裂後の細胞は、生存牛の出産により立証されているように、核移植後全能性である。
3.このように、G0は、分化培養細胞を用いて核移植後の発生に適合する唯一の細胞周期段階ではなく、G1、好ましくは早期G1でも核は、機能的に再プログラム化できる。
【0108】
4.有糸分裂後の早期G1細胞は、核移植後の胚盤胞期への発生をG0における細胞と同様のレベルに促進する。
5.G0または早期G1ドナー核のいずれかにより再構成されたクローン化胚の出産予定日までの導入後生存において有意差はない。
【0109】
(産業上の利用可能性)
本発明は、特に治療的クローン化分野におけるヒトへの適用のみならず、製薬上有用な蛋白質、肉、牛乳、繊維などの農業的に有用な産物を生産できるトランスジェニック動物などの動物のクローン化群を確立するのに有用である。
【0110】
本明細書の記載が、上記実施例にのみ本発明の範囲を限定することを意図しているのではなく、添付の請求の範囲から離脱することなく、当業者により容易に生じる多くの変更が可能であることが解されよう。
【0111】
(引用文献)
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全ての引用文献は参照により、その全体をここに組み入れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】
ドナー細胞周期がG0またはG1のいずれかにある、濾胞細胞を用いて再構成したクローン・ウシ胚の妊娠期間中の生存率を示す図である。
【図2】
ドナー細胞周期がG0またはG1のいずれかにある、成体の雌の皮膚線維芽細胞を用いて再構成したクローン・ウシ胚の妊娠期間中の生存率を示す図である。
【図3】
ドナー細胞周期がG0またはG1のいずれかにある、成体の雌の皮膚線維芽細胞(3XTC細胞)を用いて再構成したクローン・ウシ胚の妊娠期間中の生存率を示す図である。
【図4】
ドナー細胞周期がG0またはG1のいずれかにある、成体の雄の皮膚線維芽細胞(LJ801細胞)を用いて再構成したクローン・ウシ胚の妊娠期間中の胚生存を示す図である。
【図5】
ドナー細胞周期がG0またはG1期にある、遺伝子的に改変された雌の胎児の肺線維芽細胞(カゼイン・プラス5110細胞)を用いて再構成したクローン遺伝子導入ウシ胚の妊娠期間中の胚生存を示す図である。
【図6】
非増殖老化雌胎児線維芽細胞(561細胞系統)を用いて再構成したクローン・トランスジェニック・ウシ胚の妊娠期間中の胚生存を示す図である。[0001]
The present invention relates to a novel method of nuclear transfer, particularly, but not exclusively, to genetically engineered or cloning techniques for the production of transgenic mammalian embryos, mammalian embryos, including fetuses and offspring, fetuses and offspring. .
[0002]
(background)
The cell cycle of the donor nucleus and the stage during embryo reconstitution of the recipient cytoplast are important factors for successful development after nuclear transfer. A specific combination of two "cells" is needed to ensure a diploid set of chromatin after the first goblet cell cycle and to maximize the chances of nuclear reprogramming and subsequent development Is done. When interphase donor cells fuse with metanuclear enucleated arrested oocytes (referred to as cytoplasts or recipient cells), immediate nuclear envelope destruction (NEBD) occurs and donor chromatin becomes immature chromosome condensation (PCC) (Barnes et al., 1993). These effects are triggered by cytoplasmic activity called oocyte maturation factor (MPF; also called meiosis or mitogen; see the review by Campbell et al., 1996a). MPF activity during oocyte maturation is maximal in the metaphase and falls off rapidly when subjected to either fertilization or artificial activation. Thus, two cytoplasts can be used for reconstitution. They are high or low in MPF using non-activated or activated metaphase II (MII) cytoplasts, respectively.
[0003]
Early work that promoted the understanding of the importance of cell cycle coordination in mammalian nuclear transfer to maintain chromosomal integrity and consequent developmental potential was based on transplantation in species such as rabbits, sheep, and cattle. This was performed using undifferentiated blastomeres (ie, undifferentiated embryo cells) obtained from a pre-stage embryo. These studies revealed that the cell cycle stage of the donor nucleus and the duration of exposure to MPF in the cytoplast had a significant effect on the degree of PCC observed. The chromatin of S-phase nuclei exposed to MPF usually presents a powdery appearance, which chromosomal studies have shown to be highly abnormal (Collas et al., 1992b). In contrast, when using G1 or G2 phase nuclei, chromatin condenses to form elongated chromosomes with single-stranded or double-stranded chromatids, respectively (Collas et al., 1992b). . After appropriate stimulation to release the reconstituted embryo from metaphase arrest and activate development, the nuclear membrane is reformed around the donor chromatin, which then reconstitutes with previous cell cycle stages. Perform DNA synthesis regardless. Thus, donor nuclei in the G1 phase initiate DNA synthesis compatible with normal development, while nuclei in the G2 or S phase, by completely or partially re-replicating the replicated DNA, to the first By the end of the goblet cell cycle, the DNA content in the two daughter cells is likely to be incorrect, resulting in abnormal early embryonic development.
[0004]
In contrast, from these earlier studies, NEBD does not occur (and thus PCC does not occur) at sufficient intervals from cytoplast activation and introduction of the blastomere nucleus into the cytoplast after the loss of MPF. It is the donor nucleus that controls DNA replication according to the cell cycle stage at the time of transfer. Thus, G1 or S phase nuclei, respectively, initiate or continue replication, while G2 phase nuclei are not induced to enter the next DNA synthesis. Such preactivated cytoplasts have been termed "universal recipients" (Campbell et al., 1994) and can regulate the development of donor cells at any stage of the cell cycle. This indicates that most undifferentiated blastomere nuclei are in S phase at any one time (80-90%; Barnes et al., 1993; Campbell et al., 1994) and are therefore most suitable for introduction into cytoploids with low MPF. It was especially important for cloning pretransplanted embryos.
[0005]
After nuclear transfer, normal development is in the oocyte cytoplasm, where factors (or extraneous additions) can reconstitute chromatin structures and reprogram gene expression patterns in the donor nucleus appropriately. Factor). The mature cytoplast contains RNA transcripts and proteins that govern the development of a normally fertilized cleavage-stage embryo until the time of normal genomic activation, and the embryo nucleus controls its own RNA synthesis that governs embryo development. Start on time. Thus, donor nuclei from embryos or cell types that have passed this point will cease RNA synthesis after reconstitution and remain inactive until a newly reprogrammed maternal-embryonic genomic transition occurs. Must-have. After transfer, the donor nucleus is forced to reprogram into a mating state, which then activates the appropriate gene at the correct level, timely and spatially appropriate for normal embryonic development to occur. The mechanisms for achieving such nuclear reprogramming are currently not fully understood.
[0006]
With the recent growing interest in performing nuclear transfer on cells that can be maintained in culture, reprogramming and cell cycle regulation have become important topics. These cultured cells are more differentiated (ie, have more individualized cell functions) than those used in earlier studies on cloning of embryonic blastomeres. These cells can be isolated from any embryo, fetus, or adult animal. As more cells are available, effective nuclear transfer techniques using these differentiated cell cultures enable large-scale propagation of the desired genotype in livestock species and genetic manipulation of the cultured cells It will facilitate the production of later transgenic animals.
[0007]
Early studies using asynchronously enriched cultures in which sheep embryo cells (cell cycle stage unknown) fused to preactivated cytoplasts proliferate early in passage from early passage cells (Campbell et al., 1995) Was actually born, but not from later passaged cells (Campbell et al., 1996b). Subsequent studies reported that cells were deprived of serum for 5 days and reported that the cells were in a quiescent phase (ie, the cells exited the normal cell division cycle and appeared to have entered the so-called "GO" phase). After fusion with the cytoplast before, after or at the same time as activation, live lambs were born with similar overall efficiency (Campbell et al., 1996b). These authors (Campbell et al., 1996b; Schnieke et al., 1997; Wilmut et al., 1997; WO 97/07669) propose that nuclear reprogramming be facilitated and that cloned animals be produced from differentiated cells. In addition, they suggest the importance of using cells that escape from the normal cell division cycle and are synchronized in the quiescent or G0 phase. A preferred method by the authors to synchronize cells to stationary phase (based on the absence of proliferating cell nuclear antigen (PCNA), indicating absence of cells in S phase) is by serum starvation for a suitable period of time. there were. Recently, however, questions have been raised as to what the percentage of serum-starved cells actually is in the G0 phase. Dual parameter flow method for simultaneously measuring cellular DNA and protein content (to distinguish G0 cells and G1 cells in a diploid population with quiescent cells having relatively little RNA and protein) Using cytometry, Boquest et al. (1999) examined cell cycle characteristics of cultured porcine fetal fibroblasts. They showed that, despite serum starvation for 5 days, less than 50% of cells were actually in G0 phase by their definition. By selecting "small" cells in the population, the percentage in the G0 phase was increased to 72% in serum-starved cultures (Boquest et al., 1999).
[0008]
As an alternative to the use of quiescent cells, Cibellelli et al. (1998; and WO 99/01163) fuse to the MII cytoplast and then use ionomycin and 6-dimethylaminopurine (6-DMAP). The use of non-serum starved random growth cultures of bovine cells activated by the method was reported. However, it is not clear from these disclosures what the cell cycle stage of the donor was at the time of nuclear transfer, in the embryos that ultimately produced cloned calves by these methods.
[0009]
Similarly, there are other reports in which cloned calves (Vignon et al., 1998, 1999; Zakhartchenko et al., 1999) and mice (Wakayama and Yamaguchi, 1999) were generated from nonserum-depleted random growth cell cultures. However, the cell cycle stage of the donor at the time of nuclear transfer that yielded cloned offspring is still unclear.
[0010]
Therefore, none of these previous studies accurately indicate which stage of the cell cycle has produced its low rate of reconstituted embryos that eventually develop into living offspring.
[0011]
The above considerations suggest that the identification of the cell cycle stage to which cultured donor cells belong during nuclear transfer has generally been inadequate so far, and the state of the art is uncertain and difficult to reproduce. Is clearly shown.
[0012]
Therefore, it would be desirable to have a nuclear transfer method that ensures that the cell cycle stage of the donor nucleus is known accurately.
It is an object of the present invention to approach the realization of this desire, or at least to provide the public with a useful choice.
[0013]
(Summary of the Invention)
According to a first aspect, the present invention provides a method for selecting and separating G1 cells from a growing or non-growing population of donor cells and introducing the separated nuclei of such G1 cells into enucleated recipient cells. And a method for nuclear transfer comprising: The donor cell population can be at one or more known or unknown stages in the cell cycle.
Such a method provides certainty regarding the cell cycle stage of the donor nucleus at the time of embryo reconstitution and is therefore advantageous over the prior art.
[0014]
The present invention contemplates the use of cell cycle inhibitors to block arbitrarily growing cells at specific stages of the cell cycle to produce a non-proliferative synchronized cell population. Preferably, cell growth is blocked at mitosis and cells that have progressed to the G1 phase after being released from the inhibitor are used for nuclear transfer.
[0015]
That is, in a second aspect, the present invention provides a method of nuclear transfer comprising introducing, into an enucleated recipient cell, a nucleus of a cell isolated from a non-proliferating cell population synchronized at the G1 stage of the cell cycle. .
[0016]
Preferably, said G1 cells are individually separated in the early G1 phase from an arbitrarily growing population or from a non-proliferating synchronized cell population.
Alternatively, the non-proliferating cell population can include senescent cells.
[0017]
The separated G1 donor cells are separated from the animal in vivo, more preferably from the cell culture in vitro. Suitable cells can be obtained from embryos, fetuses, young animals, to fully mature adults. In fact, any diploid karyotypic normal or senescent cell capable of cell growth can be used in the present invention. Cells can be in an undifferentiated cell state, or at any of a variety of cell differentiation stages, as long as they can be stimulated to enter the cell cycle and proliferate. Cells in the quiescent phase can be stimulated with appropriate culture conditions (such as the addition of serum or certain growth factors) into the cell cycle and used for nuclear transfer in the early G1 state following the mitotic phase. Some cell types may prove to be more effective than others, however, both adult and fetal fibroblasts, and adult follicular cells may be satisfactory. Have been found. As a demonstration of the present invention, results in bovine species using two follicular cell lines, four dermal fibroblast cell lines, and two genetically modified fetal fibroblast cell lines (Examples 1-7) Shown below.
[0018]
Preferably, the recipient cells include enucleated oocytes obtained from a species whose origin matches that of the donor nucleus. MPF activity during embryo reconstitution of enucleated oocytes may be high or low. This is because each state is compatible with the G1 donor nucleus having a 2C amount of DNA.
[0019]
Alternatively, the recipient cells can comprise enucleated stem cells, or clumps of enucleated stem cells fused together. Preferably, these stem cells are embryonic stem cells. Such embryonic stem cells used as recipient cells in nuclear transfer can be isolated from a developing embryo or from a stem cell line already established in culture. In this case, nuclear transfer using the donor nucleus of the G1 cell selected by the method of the present invention can be performed for the purpose of “therapeutic cloning”.
[0020]
According to a third aspect, the present invention provides a method for producing cloned animal embryos by introducing isolated donor nuclei in the G1, preferably early G1, phase into enucleated recipient cells.
[0021]
This method of the invention can be used to produce any animal embryo species of interest, including birds, amphibians, fish, and mammals. Preferably, the animal embryo of interest is a mammal, including but not limited to primates, including humans, rodents, rabbits, cats, dogs, horses, pigs, and most preferably bovine Includes ungulates such as, sheep, deer, and goats.
Preferably, the cloned animal embryo has the desired genetic trait by using a nucleus that has been genetically modified by methods known in the art.
[0022]
According to a fourth aspect, the present invention provides a reconstituted animal embryo prepared by the method of the present invention, comprising a reconstituted transgenic animal embryo. Embryos so formed can then be recloned to further increase the number of embryos or subjected to serial nuclear transfer to further promote nuclear reprogramming and / or developmental potential.
[0023]
According to a fifth aspect, the present invention provides (1) producing a cloned animal embryo according to the above-described method of the present invention, and (2) developing the animal from the embryo to a predetermined time by a known method, 3) Optionally, there is provided a method of cloning a non-human animal, including breeding an animal so formed by conventional or cloning according to the method of the present invention.
[0024]
The methods of the invention can be used to produce non-human animal species of interest, including birds, amphibians, fish, and mammals. Preferably, said non-human animal is from the group comprising non-human primates, rodents, rabbits, cats, dogs, horses, pigs, most preferably bovines, sheep, deer, and ungulates such as dogs. Selected.
[0025]
According to a sixth aspect, the present invention provides a non-human cloned animal prepared by the above-described method of the present invention, as well as the progeny of such a non-human cloned animal.
[0026]
The method of the present invention can be used to produce a non-human animal, preferably a mammal, having the desired genetic trait by using a donor nucleus that has been genetically modified by methods well known in the art. . Transgenic animals produced by such a method are also included in the present invention.
[0027]
The invention can further be used to produce embryonic cell lines, embryonic stem cells, fetuses, or progeny that can be used, for example, for cell, tissue, and organ transplantation.
[0028]
Thus, in a further embodiment, the present invention provides a method comprising: a) selecting and separating G1 cells from a growing population of donor cells in an unknown cell cycle, or a synchronized population of G1 cells, and enucleating the nuclei of such isolated cells. Introducing the cells into an ent cell, b) growing into the blastocyst stage, c) harvesting the embryonic cells, and d) establishing an infinite dividing cell line in vitro by methods known in the art. And methods for producing an embryonic cell line.
[0029]
In a further embodiment, a) selecting and separating G1 cells from a growing population of animal donor cells or synchronized cultures of G1 cells at various unknown stages of the cell cycle, and removing the nuclei of such separated cells from enucleated animals A method for producing animal embryonic stem cells is provided, comprising the steps of: introducing the cells into recipient cells; b) growing the cells at the blastocyst stage; and c) collecting the embryonic stem cells.
[0030]
Preferably, the animal donor cells used in the above method are of human origin. Most preferably, the animal donor cells and recipient cells used in the above method are both human.
[0031]
Most preferably, the donor cells are adult or fetal cells selected from any normal karyotype, and the recipient cells can reprogram gene expression, including enucleated oocytes or embryonic stem cells. It is selected from any possible cell type.
[0032]
Embryonic stem cells produced by the methods of the present invention are pluripotent, induced to differentiate in culture, and purified by methods known in the art, such as neurons, astrocytes, oligodendrocytes, etc. A pure population of differentiated forms of human cells can be formed, including hepatocytes, myocytes such as myocytes, heart cells such as cardiomyocytes, hematopoietic cells, pancreatic cells, and any other cell type.
[0033]
Such differentiated human cells and tissues can then be used for transplantation to treat certain diseases or injuries that the damaged cells cannot, or cannot replace effectively, by themselves. If human donor cells were obtained from a patient in need of such a transplant, such transplants would not be rejected by the patient because the tissue is genetically consistent with the patient.
[0034]
Alternatively, such differentiated cells and tissues may be diseased or injured, such as various neurological diseases (eg, Parkinson's disease), diabetes, heart disease, muscular dystrophy, various genetic diseases, certain cancers (eg, leukemia). , Spinal cord injury, burns, and other distresses.
These methods are known in the art as "therapeutic cloning".
[0035]
In vitro differentiation of human embryonic stem cells into specific cell types may also be beneficial in drug discovery and toxicity studies in human medicine.
[0036]
Thus, in a further aspect, the present invention provides a method of discovering a drug and testing the toxicity of the drug using the in vitro differentiated human embryonic stem cells produced by the method of the present invention.
[0037]
According to a further aspect, the present invention separates cells, tissues, and organs from non-human cloned animals and their progeny produced by the methods of the present invention and transplants them into a human patient in need of treatment. Xenograft methods that can be used for Where such cells, tissues, or organs contain a transgene, such cells, tissues, or organs may be useful in gene therapy or for suppressing a patient's immune response to xenogeneic tissue. .
[0038]
(Detailed description of the invention)
An object of the present invention is to improve a method for cloning a mammalian embryo by conventional nuclear transfer. Although the embryo cloning method of the present invention is intended to be used in various mammals and other animal species, the method will be described with respect to cattle. It is an essential feature of the present invention that the donor nucleus is in the G1 phase, preferably early in the G1 phase.
[0039]
One approach to reliably obtaining G1 cells from a population of loosely growing cultured cells is to individually remove cells in the mitotic phase from the culture surface and divide them in a medium containing 10% fetal calf serum (FCS). To complete it. Such donor cells are then fused with recipient cells (ie, cytoplasts) within a short time after division, for example, generally within 3 hours, before entering S phase (which can be detected by BrdU labeling). Let it. This ensures that the cells are in the early stages of G1 and have 2C of DNA. Thus, the cycle cells are used for nuclear transfer before proceeding to the G1 / S border. The selected cells are in a high serum-containing medium during this operation, at least until fusion with the cytoplast is completed. Thus, the cells are not induced to exit the cell division cycle and do not enter the stationary phase at any time.
[0040]
Although the present invention contemplates creating synchronized populations of G1 cells for use in nuclear transfer, an advantage of the method of the present invention is that many cells are pre-synchronized, eg, in M phase, and then the blocks are blocked. There is no need to use cytotoxic or cytotoxic cell synchronizing agents, such as nocodazole or colchicine, to release, allow cell division, and select cells in the early G1 phase. However, in the present invention, a drug suitable for selecting more G1 cells for use in nuclear transfer or for reversibly stopping cells at a specific point in the G1 phase, that is, a cell cycle inhibitor is used at an appropriate drug concentration. And it may be advantageous to use it for the incubation time. Such agents and methods will be known to those skilled in the art. These methods may be pre-tuned to reduce drug exposure time: induce cells to enter G0, eg, by temporarily removing serum, and then re-adding serum, The cells are returned to the G0 / G1 boundary or R point (restriction point) and the cell division cycle is advanced. Suitable agents for reversibly arresting cells at various points in G1 (Gadbois et al., 1992, and references therein) include (1) staurosporine (a very small molecule in the nanomolar region). (3) non-specific kinase inhibitors used at low concentrations), (2) kinase inhibitors more specific for cell cycle progression, such as cAMP-dependent protein kinase, and cGMP-dependent protein kinase inhibitors. Lovastatin, (4) isoleucine deficiency, (5) aphidicolin or hydroxyurea used to prevent entry into S phase and block cells at the G1 / S border.
[0041]
The G1 donor nucleus has a 2C amount of DNA (ie, is diploid) and can therefore be reconstituted with cytoplasts with high or low MPF levels. That is, the G1 nucleus can be introduced into the cytoplast before, after, or simultaneously with activation. However, in order to improve the development of cloned embryos, donor nuclei (either introduced by electrically induced cell fusion or introduced by direct nuclear injection) should be used to promote nuclear reprogramming. Exposure to an element present in the cytoplasm of the enucleated oocyte is preferred for a suitable time. This is called "pre-activation fusion" or FBA. Previous studies have demonstrated essentially "fusion at the same time as activation", ie, the advantage of this approach when compared to AFS (Stice et al., 1996, Wells et al., 1998, 1999). . Furthermore, it is recommended that exposure to the cytoplasm be at least greater than 1 hour, preferably between 3 and 6 hours, in order to increase the incidence of blastocysts. However, in this method, it is important that micronuclei formation, which occurs when fusion precedes activation, is prevented by any suitable means, in order for the resulting embryo to maintain correct ploidy (Czolowska et al., 1984).
[0042]
The following outlines the method of reconstitution and production of cloned embryos in bovine species obtained from G0 (control) and G1 cultured donor cells. In the specific examples described below, bovine follicle cells collected from follicles were used, and the results are shown in Examples 1 to 3 (the use of a fibroblast cell line is exemplified in Examples 4 to 7). In fact, essentially any cell type that has a normal diploid karyotype (embryonic, fetal, immature, and adult cells, is capable of proliferating or entering the cell cycle, or aging Cells in phase) are also demonstrated to be totipotent by using this technique. Further, as will be appreciated by those skilled in the art, any other method known in the art can be used to reconstitute and produce cloned embryos.
[0043]
Oocyte maturation in vitro
Ovaries were harvested from slaughterhouse cows, placed in saline (30 ° C.) and transported to the laboratory within 2 hours. Cumulus-oocyte complex (COC) was recovered by aspirating 3-10 mm follicles using an 18 gauge needle and negative pressure (alternatively, immature oocytes collected from donor bovines). May be collected and then matured in vitro). The COC is a Hepes buffered tissue culture medium (HEPES) supplemented with 50 μg / ml heparin (Sigma, St. Louis, MO) and 0.4% w / v BSA (Immuno-Chemical Products (ICP), Auckland, New Zealand). Tissue Culture Medium) 199 (H199, Life Technologies, Auckland, New Zealand). Prior to in vitro maturation, only COCs with compact non-retracted cumulus-radiation crowns and homogenous egg cytoplasm were selected. It was washed twice with H199 medium + 10% FCS (Life Technologies) and then once with bicarbonate ion buffered tissue culture medium 199 medium + 10% FCS. Ten COCs were transferred into 10 μl of this medium, which was placed in droplets of 40 μl of mature medium in a 5 cm Petri dish (Falcon, Becton Dickinson Labware, Lincoln Park, NJ) and paraffin oil (Squibb, Princeton, Princeton). NJ). The maturation medium contained 10% FCS, 10 μg / ml sheep FSH (Ovagen, ICP), 1 μg / ml sheep LH (ICP), 1 μg / ml estradiol (Sigma), and 0.1 mM cystamine (Sigma). Supplemented Tissue Culture Medium 199. The culture dish containing the droplets is humidified in a 5% CO 2 And cultured at 39 ° C. After maturation, COC was vortexed for 3 minutes with 0.1% hyaluronidase (bovine testis, Sigma) in HEPES buffered Synthetic Oviduct Fluid (HSOF, Thompson et al., 1990) followed by HSOF + 10%. The cumulus-radiation crown was completely removed by washing three times in FCS.
[0044]
Nuclear transfer using cultured cells
a) Medium Mature oocytes, cytoplasts, and reconstituted embryos were maintained or manipulated in H199-based medium after maturation until 15-30 minutes after electrical pulse to evaluate fusion. Embryos reconstituted by fusing MII cytoplasts with donor cells 3-6 hours prior to activation (FBA treatment) were used to transform calcium-free AgResearch Synthetic Ovidduct Fluid medium (AgRSOF, which is Gardner et al., 1994). A modified formulation of the described medium, commercially available from AgResearch, Hamilton, New Zealand) + 10% FCS for approximately 3-6 hours until just prior to activation. Hereinafter, all the medium compositions used contain calcium.
[0045]
b) Enucleation Oocytes matured for about 18-20 hours were enucleated by aspirating the first polar body and the MII plate with a small amount of surrounding cytoplasm with a 15-20 μm (outer diameter) glass pipette. The oocytes were previously stained with H199 medium containing 10% FCS, 5 μg / ml Hoechst 33342, and 7.5 μg / ml cytochalasin B (Sigma) for 5 to 15 minutes, and the operation did not include Hoechst 33342. Performed in the same medium. Enucleation was confirmed by visualizing the nucleoplasm with ultraviolet light. Following enucleation, the resulting cytoplasts were washed well with H199 + 10% FCS and kept in this medium until the injection of donor cells.
[0046]
c) Preparation of Stationary Phase (G0) Donor Cells Cultured follicle cells were induced to enter the stationary phase by eliminating serum (Campbell et al., 1996b). One day after normal subculture, the medium was aspirated off and the cells were washed three times with PBS each time, followed by addition of fresh medium containing only 0.5% FCS. Follicle cells were cultured for an additional 9-23 days (usually 10 days) before use for nuclear transfer. Immediately before injection, a single cell suspension of donor cells was prepared by standard trypsinization. Cells were pelleted, resuspended in H199 + 0.5% FCS, and kept in this medium until injection.
[0047]
d) Preparation of G1 donor cells Growing follicle cells were cultured on cover slips in culture dishes in a suitable medium (eg, DMEM / F12 + 10% fetal calf serum). The coverslip, on which the cells are growing on the surface, is aseptically removed physically from the culture dish and placed in a suitably configured micromanipulation chamber so that the cells or nuclei can be collected and injected. The cells are covered with a drop of HEPES buffered medium containing 10% FCS and then with mineral oil. Dividing cells are rounded and only loosely adhere to the medium surface, so unless the density of cells on the coverslip is too high, identify dividing cells and carefully select physically from the coverslip with an operational pipette. Can be. If this is difficult, wash the cells briefly with PBS and remove 1.5 μg / ml cytochalasin B, mainly to minimize mechanical damage caused by physically removing the cells from the coverslip. (For example, 1/10 of the concentration used for normal subculturing of a cultured cell line). Using a suitable microscope (eg, a phase contrast microscope, or a DIC light microscope), mainly by looking at concentrated chromatin on the mitotic spindle, or cells still connected by a cytoplasmic bridge at the late stages of division By confirming the concentrated chromatin in the doublet, dividing cells on the coverslip can be identified. In this way, it is not necessary to expose the cells to UV light using a DNA-specific fluorescent dye such as Hoechst 33342. Utilizing an injection pipette mounted on the manipulator, these dividing cells are separately removed from the coverslip and the adjacent 10% cells are allowed to complete and eventually divide to form a doublet of cells. Place in droplets of HEPES buffer medium containing FCS. The diameter of the pipette must be appropriate for the cell lineage so that the cells or spindle are not physically damaged during the operation. Thus, dividing cells are individually selected, preferably at late or late stages, and removed to complete mitosis and divide into two. The cell doublet is then gently separated into individual cells, which can be easily achieved by brief exposure to the appropriate enzyme solution. Thereafter, each intact cell is injected into the cytoplast and fused. Alternatively, the cell nucleus can be isolated and injected directly into the cytoplasm of enucleated oocytes. Preferably, the introduction of the donor nucleus into the cytoplast is completed within 3 hours of first removing the dividing cells from the culture surface. This ensures that the cultured cells are fused during the early GI phase of the cell cycle, but before the S phase. This should be confirmed for the particular cell type or cell line used, for example, by a negative BrdU labeling of a sample of the selected cells. It is further recommended to confirm that the cells selected by this method are indeed in the cell cycle and enter the S phase at some later point in time.
[0048]
e) Microinjection Recipient cytoplasts were dehydrated in H199 containing 10% FCS, and 5% sucrose. This medium was also used as a medium for micromanipulation. An appropriately sized pipette (eg, 30-35 μm OD) containing the donor cells is inserted through the zona pellucida and the cells are brought into contact with the zona pellucida and the cytoplast to bring the membrane into intimate contact for subsequent fusion. Pressed between membranes. After injection, the reconstituted embryos were rehydrated in two stages: First rehydrated in H199 containing 10% FCS and 2.5% sucrose for 5 minutes, then in H199 + 10% FCS until fusion.
[0049]
f) Cell fusion For both GO and Gl cell treatment, embryos were reconstituted using the FBA (pre-activation fusion) method. The reconstituted embryos were placed in a buffer containing 0.3 M mannitol, 0.5 mM HEPES, and fatty acid free (FAF) containing 0.05% BSA, 0.05 mM calcium, and 0.1 mM magnesium approximately 24 hours after the onset of maturation. At time (hpm), the electrofusion was performed. Fusion was performed at room temperature in a chamber with two stainless steel electrodes 500 μm apart covered with fusion buffer. The reconstituted embryos were manually aligned using a thin, mouth-operated Pasteur pipette so that the contact surface between the cytoplast and the donor cells was parallel to the electrodes. In the case of follicular cells, cell fusion was induced by two DC pulses of 15 μs and 2.25 to 2.50 kV / cm each from BTX Electrocell Manipulator 200 (BTX, San Diego, CA) (each cell). Optimal electrical parameters need to be determined for the system). After electrical stimulation, reconstituted embryos were washed in H199 + 10% FCS. Then, within 15-30 minutes, the fusion was confirmed under a microscope.
[0050]
The electrofusion parameters described above are not expected to result in significant rates of activation in young cytoplasts used at 24 hpm. Less than 1% of control oocytes of the same age (n = 112) formed pronuclei after similar electrical stimulation (Wells et al., 1999). It is important for FBA treatment that NEBD and PCC occur, exposing the G1 and G0 nuclear donor chromatin to elements present in the cytoplasm of the oocyte to allow chromatin remodeling, nuclear reprogramming It is.
[0051]
Alternatively, the nuclei of the cells of G1 can be isolated and injected directly into the cytoplasm of the oocyte, as known to those skilled in the art.
[0052]
g) Activation Artificial activation can be provided in a variety of ways. One particular method involves the combination of ionomycin (Sigma) and 6-dimethylaminopurine (6-DMAP, Sigma) (Susko-Parrish et al., 1994). After fusion, the embryo is activated, preferably after the donor nucleus has been exposed to the oocyte cytoplasm for 3-6 hours. This preferred method is called "pre-activation fusion" (FBA, Wells et al., 1998). Thirty minutes before activation, FBA-treated fused embryos were washed and maintained with HSOF (containing calcium) + 1 mg / ml FAF BSA. Activation was induced by incubating the embryos in 30 μl drops of 5 μM ionomycin (Sigma) in HSOF + 1 mg / ml FAF BSA for 4 minutes at 37 ° C. Activation generally occurs in the cytoplast at 27-30 hpm. The embryos are then thoroughly washed in HSOF + 30 mg / ml FAF BSA for 5 minutes, followed by 4 mM in AgRSOF (with calcium) + 10% FCS for 2 hours in 2 mM 6-dimethylaminopurine (6-DMAP, Sigma). And cultured.
[0053]
As in the FBA methodology (Stice et al., 1996, Wells et al., 1998, 1999), such delays increase the time of exposure of the nucleus to the oocyte cytoplasm and improve embryonic development rates. Must be combined with appropriate treatments to prevent the formation of micronuclei as a result of activated activation (Czorowska et al., 1984). Serine-threonine kinase inhibitors such as 6-DMAP are considered to be one suitable drug. Thus, 6-DMAP allows for the formation of a single intact nucleus after the initial activation stimulus, thus maintaining the correct ploidy in reconstructed embryos.
[0054]
In vitro culture of nuclear transfer embryos
Embryo culture was performed in 20 μl droplets of AgR SOF (commercially available from AgResearch, Hamilton, New Zealand) covered with paraffin oil. AgR SOF is a modified formulation of SOFaa BSA (containing 8 mg / ml FAF BSA, described in Gardner et al., 1994). When possible, groups of up to 10 embryos were cultured together in droplets of medium. Embryos were incubated in a humidified modular incubator chamber (ICN Biomedicals, Aurora, OH) at 39 ° C., 5% CO 2. 2 : 7% O 2 : 88% N 2 Culture was performed in a mixed gas. On the fourth to fifth day of development (Day 0 = embryo reconstitution day), as taught in published patent specification WO 00/38583, which is hereby incorporated by reference, the incorporation of bovine embryos To improve in vitro generation, it was transferred to a fresh 20 μl droplet of 10 μM 2,4-dinitrophenol + AgRSOF, which acts as an uncoupler for the oxidative phosphorylation reaction. On the seventh day after the fusion, it was evaluated whether the cells had developed into blastocysts of transplantable quality.
[0055]
Embryo transfer, conception diagnosis, and childbirth
Embryo transfer, conception diagnosis, and delivery management were performed using techniques well known in the art.
[0056]
Serial nuclear transfer and recloning
In a further embodiment of the invention, it may be desirable to reclone the first generation cloned embryos created by reconstituting the G1 donor cells with the appropriate recipient cells. Recloning can be accomplished by separating the pre-implantation stage embryos into individual cells and then fusing each to the appropriate recipient cytoplast. As will be appreciated by those skilled in the art, such germ cell (or blastomere) cloning involves the cell cycle between donor and recipient cells to avoid chromosomal abnormalities and optimize development. Need to be adjusted. Preferably, the donor cells are obtained when the first generation cloned embryo is at the morula stage (approximately 32 cells in cattle), although the embryo may be at an earlier or later stage of development. Good. Alternatively, cloned fetuses generated from G1 cultured donor cells may be first developed, and then the fetal cell line may be re-derived and the embryo re-cloned using this new cell line. This recloning approach may provide benefits to nuclear reprogramming by increasing the time during which the initial donor nucleus is exposed to the oocyte cytoplasm during the initial pre-implantation period. This approach has the further advantage of increasing the number of cloned embryos obtained from first generation founder embryos to produce second generation, third generation etc. cloned embryos.
[0057]
Sequential nuclear transfer includes sequential nuclear transfer into the appropriate recipient cell cytoplasmic environment. In one embodiment of the present invention, it is desirable to first reconstitute a one-cell embryo using G1 donor cells and non-activated recipient cytoplasts with high MPF. This allows for NEBD and PCC, followed by the activation stimulus, which results in the formation of intact diploid nuclei. This nucleus (with nucleus remodeling and some nuclear reprogramming) is then aspirated from the one-cell cloned embryo as a nucleoplasm and then transferred to an enucleated fertilized egg at the appropriate stage after fertilization. can do. Thereafter, embryo development is allowed to proceed. Such a sequential serial nuclear transfer process could improve nuclear reprogramming. In addition, this may result in improved nuclear development in the second nuclear transfer, as a result of the introduction of nuclei into the cytoplasmic environment, which has undergone fertilization by sperm and is more appropriately activated for embryonic development.
[0058]
Production of transgenic animals
Generating a transgenic animal by nuclear transfer using a genetically modified donor nucleus at the G1 stage of the cell cycle involves pronuclear injection of DNA into fertilized eggs (Wall et al., 1997), or It is expected to be a more efficient and versatile approach than sperm-mediated transformation (Perry et al., 1999), which injects sperm-bound DNA into the cytoplasm. The advantages of this nuclear transfer technique using cultured cells are that (1) a much wider range of genetic manipulation is possible, and (2) cell lines, as opposed to collecting oocytes or fertilized eggs, (3) that all resulting clonal progeny are transgenic and of the desired gender, (4) pronuclear injection techniques, or sperm-mediated Includes the opportunity to speed up sheep and cattle herds that produce useful products in a shorter period of time than creating individual founder animals by transformation.
[0059]
Cultured cells can be genetically altered in any known manner to insert, remove, or modify the desired DNA sequence. Modifications include random insertion of a new DNA sequence (which can be heterologous), DNA insertion, deletion, or homologous recombination that allows for DNA insertion, deletion, or modification at specific sites in the genome. After selecting the cells and performing DNA analysis using methods well known in the art to confirm the desired genetic modification, karyotypically normal transgenic cells are selected in the G1 phase of the cell cycle and cloned / transformed. It can be used for nuclear transfer to produce transgenic animals.
[0060]
Depending on the particular gene being manipulated, there are diverse possibilities available for genetically modified livestock, both for biomedical and agricultural purposes. Potential fields include (1) the production of pharmaceutical proteins in milk, blood or urine, (2) the production of functional and medical foods, for example in milk, (3) the production of agricultural products. Manipulation of properties, such as improving the quantity and quality of milk, meat and fiber, improving disease and pest resistance, (4) production of industrial proteins in milk, for example, (5) xenograft, (6) human And the production of livestock as disease models for diseases such as cystic fibrosis and Huntington's disease.
[0061]
Therapeutic cloning
Significantly affected by nuclear transfer and embryonic stem cell technology may be the field of human cell-based therapy (Pedersen, 1999). Patients with certain diseases or injuries in tissues that cannot be effectively repaired or replaced by themselves (which occur in a variety of neurological disorders, including diabetes, muscular dystrophy, spinal cord injury, certain cancers, and Parkinson's disease) May be able to create their own therapeutic tissue and provide long-term or life-long treatment. First, this approach will use human nuclear transfer. This can include taking a small sample of healthy tissue from a human patient with a particular disease or injury, stimulating cell growth with media. By selecting donor cells in G1 of the cell cycle and fusing them to appropriate recipient cells, the nucleus could be reprogrammed. If the recipient cells are enucleated human oocytes, the reconstituted embryos will be able to grow to the blastocyst stage in a suitable embryo culture medium after a suitable activation stimulus. Then, under appropriate culture conditions (Thomson et al., 1998), human embryonic stem cells can be obtained from the inner cell mass of the cloned embryo, which is genetically consistent with the patient who received the cultured cells.
[0062]
By the term "embryonic stem cells", Applicants believe that cells isolated from any pluripotent cell type present inside the embryo, preferably at the blastocyst stage by methods well known in the art. A cell separated from the inner cell mass of an embryo.
[0063]
Embryonic stem cells produced by the methods of the present invention are undifferentiated, pluripotent (capable of differentiating into almost any cell type in the body), and have essentially unlimited proliferative potential in vitro. Alternatively, cell lines isolated from the inner cell mass may have differentiated to some extent and have a more limited ability to differentiate into diverse cell types, but will still be useful in therapy. Based on the experience of mouse embryonic stem cells, the appropriate conditions can be found, which can be used to treat specific diseases, such as neurons, hematopoietic cells, cardiomyocytes, etc. A population can be produced (eg, insulin-producing spleen cells for diabetes, or dopamine-producing neurons for Parkinson's disease). These genetically matched cells are then re-administered to a human patient to regenerate normal tissue at the site where they were implanted. Since the cells are genetically identical to the patient, they are not rejected, and therefore require little or no immunosuppressive drugs. Furthermore, after systematically modifying loci such as major histocompatibility complex genes that play an important role in the recognition of allogeneic cells by the immune system, "universal" embryonic stem cells for allogeneic transplantation It may also be beneficial to create a line.
[0064]
For some applications, genetic modification of embryonic stem cells may be required prior to differentiation and transplantation. This is for gene therapy, such as delivering therapeutic agents for treatment or correcting somatic genetic defects such as those occurring in the dystrophin gene in skeletal muscle of Duchenne muscular dystrophy patients.
[0065]
Differentiation of human embryonic stem cells into specific cell types will also be beneficial for drug discovery and drug toxicity studies in humans, in addition to transplantation therapy using cells, tissues, or organs.
[0066]
In addition, cells, tissues and organs can be isolated from the pups of a non-human cloned animal and used to transplant into a human patient in need of such treatment (xenograft). Where such cells, tissues, or organs contain a transgene, such cells, tissues, or organs may be useful in gene therapy or because they can suppress a patient's immune response to xenogeneic tissues. .
[0067]
Recipient cells for human applications
In the method of nuclear transfer according to the present invention, a preferred recipient is an enucleated oocyte prepared by the method described above. However, for human applications, this may be difficult.
[0068]
Alternatively, embryonic stem cells could be used as a source of recipient cells to reprogram differentiated somatic nuclei. Thus, somatic cells from a patient in need of any cell-based therapy can be cultured and dedifferentiated without the need for human oocytes. This can be achieved by fusing healthy somatic cells in G1 of the cell cycle with enucleated embryonic stem cells, or a group of embryonic stem cells (to provide more cytoplasm for reprogramming). it can. It is necessary to control the cell cycle status of the recipient stem cells, preferably in the M or G1 phase at the time of fusion. In this way, the differentiated nucleus of somatic cells will dedifferentiate after being exposed to the cytoplasm of stem cells. The resulting reconstituted cells are pluripotent or pluripotent and can be induced to form a series of differentiated cells useful for therapy. This concept has previously been demonstrated in hybrid cells created by fusing thymic lymphocytes with embryonic germ cells (Tada et al., 1997).
[0069]
The present invention will now be illustrated by the following examples, which do not limit the scope of the invention, as will be appreciated by those skilled in the art.
[0070]
Embodiment 1 FIG. Effect of follicular donor cells tuned to either G0 or G1 on in vitro development after nuclear transfer
In this particular experiment, the primary cell line of follicular granulosa cells was used for nuclear transfer. This cell line was designated "J1" and was derived from New Zealand Jersey heifers. J1 cells were used in this experiment between 7-8 subcultures.
[0071]
Donor cells were synchronized to two cell cycle stages for comparison.
(1) G0 cells were obtained by culturing for 10 to 11 days in a medium containing 0.5% FCS after serum collection.
(2) G1 cells were fused to cytoplasts within 1 to 3 hours after mitosis.
Negative BrdU labeling confirmed that J1 cells fused within 3 hours of mitosis were not in S phase and were in G1.
[0072]
In this experiment, embryos reconstituted with donor cells from two cell cycle treatment groups were cultured in vitro in AgR SOF medium supplemented with Life Technologies BSA (Life Technologies part number 30036-578). .
[0073]
Table 1 shows the results of in vitro generation. Donor cells in the G0 (control) and G1 phases of the cell cycle were equally efficient when fused with cytoplasts (recipient cells) by electro-mediated fusion. In addition, as shown in Table 1 below, there was no difference between the G0 and G1 donor cell-treated groups in the ratio of fused reconstituted embryos that developed into blastocysts after in vitro culture.
[0074]
Table 1: In vitro development of cloned embryos reconstituted with J1 follicle cells in either the G0 or G1 phase of the cell cycle and cultured in AgR SOF medium supplemented with Life Technologies BSA (mean ± standard error)
[Table 1]
Figure 2004500038
[0075]
Embodiment 2. FIG. Effect of follicular donor cells (J1 and EFC cell lines) synchronized to either G0 or G1 on in vitro development cultured in medium supplemented with Sigma BSA after nuclear transfer
Further evidence supporting the finding that there is no effect of cell cycle stage between G0 and G1 follicular donor cells on the in vitro development of the cloned embryo into the blastocyst stage after 7 days of culture is provided in Table 2.
[0076]
The experiment was performed with two independent follicular cell lines.
(1) "EFC"; follicular cell line from New Zealand Friesian cows, and
(2) "J1": follicular cell line from New Zealand Jersey heifers.
In these experiments, EFC cells were used only in G0 of the cell cycle and J1 cells were used only in G1. However, the data were combined in this example since both cell lines were derived from follicular cells and the reconstituted embryos were all cultured in the same media formulation. In these experiments, this was a standard AgR SOF medium, but Sigma BSA (Sigma Chemical Company; product number A-7030) instead of Life Technologies BSA in Example 1 above. Supplemented.
[0077]
J1 cells were used for nuclear transfer between 3-6 passages with donor cells fused within 1-3 hours after mitosis. EFC cells were used between 3-8 passages and synchronized to G0 phase by culturing for 9-18 days in medium containing 0.5% serum.
[0078]
The in vitro development results shown in Table 2 show that in follicular donor cells, there is no difference in the proportion of fused embryos that develop into blastocysts between the G0 and G1 cell cycle stages.
[0079]
Table 2. In vitro development of cloned embryos reconstituted by follicular cells (J1 or EFC) in either G0 or G1 of cell cycle and cultured in AGR SOF medium supplemented with Sigma BSA (mean ± standard error)
[Table 2]
Figure 2004500038
[0080]
Embodiment 3 FIG. Effect of follicular donor cells (J1 and EFC cell lines) synchronized to either G0 or G1 on in vivo development after nuclear transfer
The data shown in FIG. 1 shows the survival during pregnancy of the cloned bovine embryos reconstituted by follicular cells at either G0 or G1 of the cell cycle after introduction into recipient cows. The data in FIG. 1 is compiled from the experiments specifically described in Examples 1 and 2 above. This includes cloned embryos generated from two follicular cell lines, J1 and EFC. In addition, it includes embryos generated with the same AgR SOF media formulation, except supplemented with either Sigma BSA or Life Technologies BSA. There is no effect on viability of posttransfection between any of these two follicular cell lines, and no effect of the two sources of BSA (significant effect on blastocyst development) But) pooled the data.
[0081]
The data in FIG. 1 show that a total of 85 embryos reconstituted with G0 donor cells and a total of 95 embryos reconstituted with early G1 donor cells were introduced into the reproductive organs of synchronized recipient cattle. Represents an embryo.
[0082]
FIG. 1 plots the percentage of embryos / fetuses present throughout pregnancy from day 7 of embryo transfer to expected birth as measured by conventional ultrasonography, rectal examination and spontaneous delivery. Most notably, the use of G1 follicle cells has resulted in the birth of full and viable calves. Compared to G0 donor cells, the embryonic survival of cloned embryos reconstituted with G1 cells tended to be lower throughout the entire period from gestation day 30 to full birth, but this is not the case. Did not reach the statistical significance level with the number of introductions reported in.
[0083]
In G1 follicle cells, 9% (9/95) of the transferred embryos were full and resulted in calf birth. However, four of these calves died at birth or shortly after birth, resulting in an overall efficacy rate of viable cloned calves from G1 cells of 5% (5/95). In contrast, G0 donor follicle cells develop 20% (17/85) by the expected birth date, 3 calves die during calving, and 16% (14%) of viable calves as a whole. / 85).
[0084]
Embodiment 4. FIG. Effect of adult bovine skin fibroblasts (Age + and Age- cell lines) synchronized with G0 or G1 on in vitro and in vivo development after culture in medium supplemented with nuclear transfer and Life Technologies BSA
Data from experiments on two independent adult bovine skin fibroblast primary cell lines have been combined. The two cell lines are labeled "age +" and "age-". They are both female cell lines from Angus beef cattle, each selected for either late onset or early onset of the ripening period. Since there is no difference between these two analogous cell lines for in vitro and in vivo development, the data are combined in Table 3 below and FIG.
[0085]
Two cell cycle stages were compared in these experiments.
(1) G1: The donor cells were fused to the cytoplast within 1 to 3 hours after the end of mitosis.
(2) G0: Donor cells were cultured in a medium supplemented with 0.5% FCS for 3 to 12 days. For these reconstituted embryos introduced into recipient cows, serum was removed from the cells for 4-5 days.
[0086]
Cells from both cell lines and both cell cycle treatments were used for nuclear transfer in seven subcultures. Reconstituted embryos were cultured in a standard AgR SOF media formulation supplemented with Life Technologies BSA (Life Technologies product number 30036-578).
[0087]
The data presented in Table 3 show the effect on the fusion efficiency of the length of time that G0 cells have been in low serum, but once fused with the cytoplast had no effect on subsequent in vitro development. , G0 blastocyst data were combined. There was no effect of cell cycle stage between G0 and G1 on development to blastocyst stage.
[0088]
Table 3. In vitro development (average) of cloned bovine embryos reconstituted with adult female dermal fibroblasts (Age + and Age-) at G0 or G1 in the cell cycle and cultured in AgRSOF medium supplemented with Life Technologies BSA ± standard error)
[Table 3]
Figure 2004500038
[0089]
The data in FIG. 2 show that the adult calf skin fibroblasts selected in G1 can fill the moon and produce viable calves. Similar to the data in FIG. 1, G0 has a greater tendency to survive on the expected birth date, but this is not statistically significant from the number of transfers performed here. For G1 donor cells, 4% (1/25) of the transferred embryos produced viable cloned cows at calving day. In contrast, GO donor cells produced 14% (3/22) viable development at birth date. In this experiment, all four calves survived after birth.
[0090]
Embodiment 5 FIG. Effect of adult bovine skin fibroblasts (LJ801 and 3XTC cell lines) synchronized with G0 or G1 on in vitro and in vivo development after nuclear transfer and culture in medium supplemented with ICP BSA
Additional experiments comparing the G0 and G1 cell cycle stages in two independent adult bovine skin fibroblast cell lines were performed. The two cell lines were labeled "LJ801" and "3XTC". LJ801 is a male cell line derived from a male calf of the Limosine X Jersey breed, and 3XTC is derived from a cross-bred calf that gave birth to three calves three times.
[0091]
Two cell cycle stages were compared:
(1) G0 cells in which the donor cells in both cell lines were cultured for 4-5 days in a medium with 0.5% FCS; and
(2) G1 cells in which donor cells have been fused to the cytoplast within 1 to 3 hours after mitosis.
[0092]
Negative BrdU labeling confirmed that the fused calf skin fibroblasts did not enter the S phase within 3 hours after mitosis.
Both LJ801 and 3XTC were used for nuclear transfer experiments in 3-4 subcultures.
[0093]
Embryos reconstituted from both cell lines with no difference in developmental efficiency to the blastocyst stage between LJ801 cells and 3XTC cells were now identified by ICP (Immunochemical Products, Auckland, New Zealand; product number ABFF-002) The data from Table 4 are combined, since they were cultured in the same standard AgRSOF medium supplemented with another source of BSA from ()). After embryo transfer, data on embryo survival through pregnancy are shown in FIGS. 3 and 4 for cell lines 3XTC and LJ801, respectively.
[0094]
The data in Table 4 show that there was no effect of the donor adult bovine skin fibroblast cell cycle synchronized to either G0 or G1 on blastocyst stage development. Table 4. In vitro development of cloned embryos reconstituted with adult bovine dermal fibroblasts (LJ801 and 3XTC cells) and cultured in AgR SOF medium supplemented with ICP BSA at either G0 or G1 of the cell cycle (mean ± standard error)
[Table 4]
Figure 2004500038
[0095]
The data in FIG. 3 show that embryos reconstituted with 3XTC cells did not differ in survival by at least 150 days. Embryo survival at 150 days of donor cells in G1 of the cell cycle was 25% (3/12), compared to 27% (3/11) in G0 donor cells.
[0096]
The data in FIG. 4 shows that embryos reconstituted with LJ801 fibroblasts have a greater propensity to survive on day 210 of gestation with G0 donor cells, but this is not statistically significant. For donor cells at G1 of the cell cycle, embryo survival at 210 was 23% (3/13), whereas for GO donor cells was 39% (7/18).
[0097]
Embodiment 6 FIG. Effect of Genetically Altered Bovine Fetal Fibroblasts Synchronized with either G0 or G1 on In Vitro and In Vivo Development After Nuclear Transfer This experiment demonstrates the genetically altered fetal bovine female lung fibers Performed on blasts, the effect of cell cycle stage on development after nuclear transfer was examined. Genetic changes were made by random insertion of additional copies of the bovine β and κ-casein genes. This transgenic cell line was labeled "Casein Plus 5110".
[0098]
Two cell cycle stages were compared:
(1) G0 cells obtained by culturing donor cells in a medium having 0.5% FCS for 3 to 6 days; and
(2) G1 cells in which donor cells have been fused to the cytoplast within 1 to 3 hours after mitosis.
Reconstituted embryos were cultured in a standard AgR SOF medium composition supplemented with ICP BSP (Immunochemical Products, Auckland, New Zealand; product number ABFF-002).
[0099]
Table 5 shows data on in vitro embryo development. The development to the blastocyst stage by Casein Plus 5110 cells was significantly less when the donor cells used for nuclear transfer were in G1 than in G0. This result is in contrast to the other cell lines shown in the previous example.
[0100]
Table 5. Of cloned bovine embryos reconstituted with transgenic female lung dermal fibroblasts (Casein plus 5110 cells) at either the G0 or G1 phase of the cell cycle and cultured in AgR SOF medium supplemented with ICP BSA In vitro generation (mean ± standard error)
[Table 5]
Figure 2004500038
[0101]
The embryo survival data shown in FIG. 5 shows that casein plus 5110 transgenic cells have no effect on cell cycle stage on development by at least 90 days. Embryo survival at day 90 was 38% (9/24) for donor cells at G1 of the cell cycle, while 27% (6/22) for G0 donor cells.
[0102]
Embodiment 7 FIG. Effect of non-proliferating senescent donor cells (in late G1 phase) on in vitro and in vivo development after nuclear transfer
Nuclear transfer experiments were performed to determine the effect on development by non-proliferating aged bovine donor cells. The cells used in this experiment were female fetal lung fibroblasts, which were genetically modified (designated as "561 cells"). Initially, the cells proliferate vigorously, but during the course of the cultivation, this gradually slows down, and during late passage, the cells enter a non-proliferative phase known as senescence by those of skill in the art, thereby causing cell differentiation. Stops. Senescent cells are known to be arrested at the G1 of the cell cycle, specifically at the late G1 / S phase boundary (Sherwood et al., 1988). When cells enter senescence, they are blocked in late G1 and do not enter S phase in response to physiological mitogens. Thus, aging is different from stationary phase. When the cells in the stationary phase are returned to the optimal conditions (for example, in the case of serum-deficient cell culture, additional serum), they are induced to re-enter the cell cycle and proliferate.
[0103]
Embryos reconstituted with the transgenic senescent cells were cultured in AgRSOF medium supplemented with ICP BSA.
Table 6 shows data on in vitro embryo development. The development to the blastocyst stage by senescent donor cells was lower than expected for the G0 or early G1 donor cells shown in the previous example.
[0104]
Table 5. In vitro generation of cloned bovine embryos reconstituted with non-proliferating senescent transgenic fibroblasts (561 cells) and cultured in AgR SOF medium supplemented with ICP BSA
[Table 6]
Figure 2004500038
[0105]
The embryo survival data shown in FIG. 6 shows that cloning with non-proliferating senescent cells arrested in late G1 phase results in low efficiency with only 4% (1/26) of embryos developing by day 90. Implies that
[0106]
(Conclusion)
1. It is possible to select individual cells at certain stages of the cell cycle, preferably early G1. This is an advantage compared to the prior art using so-called proliferating cells, where the actual cell cycle stage in the individual cells used for nuclear transfer is not exactly known. The same is true for serum starved cell populations.
[0107]
2. Post-mitotic cells in the early G1 phase of the cell cycle are totipotent after nuclear transfer, as evidenced by live birth calves.
3. Thus, G0 is not the only cell cycle stage that is compatible with development after nuclear transfer using differentiated cultured cells, and nuclei can be functionally reprogrammed even at G1, preferably early G1.
[0108]
4. Early post-mitotic G1 cells promote development to the blastocyst stage after nuclear transfer to a similar level as cells in G0.
5. There is no significant difference in survival after transfer of cloned embryos reconstituted with either G0 or early G1 donor nuclei by the expected birth date.
[0109]
(Industrial applicability)
The present invention is particularly applicable to humans in the field of therapeutic cloning, as well as the cloning of animals such as transgenic animals capable of producing agriculturally useful products such as pharmaceutically useful proteins, meat, milk, fiber and the like. Useful for establishing groups.
[0110]
The description herein is not intended to limit the scope of the invention only to the above examples, but many modifications readily occurable to those skilled in the art without departing from the scope of the appended claims. It will be appreciated that this is possible.
[0111]
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All references are incorporated herein by reference in their entirety.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 3 shows the survival rate during pregnancy of cloned bovine embryos reconstituted using follicle cells with a donor cell cycle of either G0 or G1.
FIG. 2
FIG. 3 shows the viability during pregnancy of cloned bovine embryos reconstituted using adult female dermal fibroblasts with a donor cell cycle in either G0 or G1.
FIG. 3
FIG. 2 shows the viability during gestation of cloned bovine embryos reconstituted using adult female dermal fibroblasts (3XTC cells) with a donor cell cycle in either G0 or G1.
FIG. 4
FIG. 2 shows embryo survival during gestation of cloned bovine embryos reconstituted with adult male dermal fibroblasts (LJ801 cells) with donor cell cycle at either G0 or G1.
FIG. 5
Embryo survival during gestation of cloned transgenic bovine embryos reconstituted with genetically modified female fetal lung fibroblasts (casein plus 5110 cells) with donor cell cycle G0 or G1 FIG.
FIG. 6
FIG. 2 shows embryo survival during pregnancy of cloned transgenic bovine embryos reconstituted using non-proliferating senescent female fetal fibroblasts (561 cell line).

Claims (55)

ドナー細胞の増殖または非増殖集団からG1細胞を選択し、分離し、かつこのような分離G1細胞から得た核を除核したレシピエント細胞中に移植することを含む核移植の方法。A method of nuclear transfer comprising selecting and separating G1 cells from a growing or non-proliferating population of donor cells, and transplanting nuclei obtained from such separated G1 cells into enucleated recipient cells. ドナー細胞集団が、細胞周期の1個または複数の既知または未知の段階にある、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein the donor cell population is at one or more known or unknown stages of the cell cycle. 前記ドナー細胞集団が、非増殖中のものであって、細胞周期のG1段階中の任意の時点で同調されている、請求項1または2に記載の方法。3. The method of claim 1 or 2, wherein the donor cell population is non-proliferating and is synchronized at any time during the G1 phase of the cell cycle. 前記G1細胞が早期G1期に分離されるたものである、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the G1 cells have been separated in the early G1 phase. ドナー細胞集団が、非増殖中のものであって、老化細胞よりなる、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein the donor cell population is non-proliferating and consists of senescent cells. 前記ドナー細胞集団が、in vivoで動物から、またはin vitroで細胞培養から分離される胚、胎児、幼若、成体のいずれかの細胞に由来する、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the donor cell population is derived from an embryonic, fetal, juvenile, or adult cell isolated from an animal in vivo or from a cell culture in vitro. The described method. 前記ドナー細胞集団が、細胞周期に入り、かつ増殖するように刺激されることのできる任意の二倍体核型正常細胞よりなる、請求項6に記載の方法。7. The method of claim 6, wherein the donor cell population consists of any diploid karyotypic normal cells that can be stimulated to enter the cell cycle and proliferate. 前記ドナー細胞集団が、未分化細胞状態にあるか、または分化の任意の段階または休止期または老化期にある、請求項7に記載の方法。8. The method of claim 7, wherein the donor cell population is in an undifferentiated cell state or at any stage of differentiation or at a quiescent or senescent stage. ドナー細胞が、成体または胎児の繊維芽細胞または濾胞である、先行するいずれかの請求項に記載の方法。The method according to any of the preceding claims, wherein the donor cells are adult or fetal fibroblasts or follicles. 前記ドナー細胞が修飾細胞よりなる、先行するいずれかの請求項に記載の方法。The method according to any of the preceding claims, wherein said donor cells comprise modified cells. 前記ドナー細胞がトランスジェニック細胞よりなる、請求項10に記載の方法。11. The method of claim 10, wherein said donor cells comprise transgenic cells. レシピエント細胞が除核した卵母細胞を含む、先行するいずれかの請求項に記載の方法。The method of any of the preceding claims, wherein the recipient cells comprise enucleated oocytes. 除核した卵母細胞が、ドナー核と一致する種由来のものから得られる、請求項12に記載の方法。13. The method of claim 12, wherein the enucleated oocyte is obtained from a species that is consistent with the donor nucleus. レシピエント細胞が、除核した幹細胞または除核した融合幹細胞の凝集塊よりなる、請求項1から11のいずれか1項に記載の方法。12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the recipient cells consist of clumps of enucleated stem cells or enucleated fused stem cells. 幹細胞が、増殖中の胚から分離した胚幹細胞であるか、または培養中に樹立細胞系を形成する、請求項14に記載の方法。15. The method of claim 14, wherein the stem cells are embryonic stem cells isolated from a growing embryo or form an established cell line in culture. 除核レシピエント細胞中に、細胞周期のG1段階にある分離されたドナー核を移植することを含む、クローン動物胚の作製方法。A method for producing a cloned animal embryo, comprising transferring an isolated donor nucleus at the G1 stage of the cell cycle into an enucleated recipient cell. この技術分野で所望の遺伝特性を有するクローン胚を作製する周知の方法を用いてドナー核を遺伝子的に改変する、請求項16に記載の方法。17. The method of claim 16, wherein the donor nucleus is genetically modified using methods well known in the art for producing cloned embryos having the desired genetic characteristics. 鳥類、両生類、魚類および哺乳類よりなる群から選択される動物種のクローン胚を作製する、請求項16または17に記載の方法。18. The method according to claim 16 or 17, wherein a cloned embryo of an animal species selected from the group consisting of birds, amphibians, fish and mammals is produced. 前記クローン動物胚が、ヒトを含む霊長類、げっ歯類、ウサギ、ネコ、イヌ、ウマ、ウシ、ヒツジ、シカ、ヤギおよびブタよりなる群から選択される哺乳動物のものである、請求項18に記載の方法。19. The clonal animal embryo is of a mammal selected from the group consisting of primates, including humans, rodents, rabbits, cats, dogs, horses, cows, sheep, deer, goats and pigs. The method described in. 請求項16に記載の方法によって調製される再構成動物胚。A reconstituted animal embryo prepared by the method of claim 16. トランスジェニック胚を含む、請求項17に記載の再構成動物胚。18. The reconstituted animal embryo of claim 17, comprising a transgenic embryo. 胚数を更に増加させるために再クローン化されるか、または核再プログラム化および/または発生を促進するために、一連の核移植を受ける、請求項20または21に記載の再構成動物胚。22. The reconstituted animal embryo according to claim 20 or 21, which is recloned to further increase embryo numbers or undergoes a series of nuclear transfers to promote nuclear reprogramming and / or development. ヒトを含む霊長類、げっ歯類、ウサギ、ネコ、イヌ、ウマ、ウシ、ヒツジ、シカ、ヤギおよびブタよりなる群から選択される哺乳類の1種よりなる、請求項20から22のいずれか1項に記載の再構成動物胚。23. Any one of claims 20 to 22, comprising one of the mammals selected from the group consisting of primates, including humans, rodents, rabbits, cats, dogs, horses, cows, sheep, deer, goats and pigs. Item 10. The reconstituted animal embryo according to item 1. (1)請求項16または17のいずれか1項の方法により、ヒト以外のクローン動物胚を作製する段階、(2)既知の方法により、その胚からヒト以外の動物を予定時期に発生させる段階、および(3)従来の方法か、追加のクローニングのいずれかによって形成されるヒト以外の動物から任意選択的に繁殖させる段階を含む、ヒト以外の動物をクローニングする方法。(1) producing a non-human cloned animal embryo by the method of any one of claims 16 and 17; (2) generating a non-human animal from the embryo at a predetermined time by a known method. And (3) a method of cloning a non-human animal, comprising the step of optionally breeding from a non-human animal formed by either conventional methods or additional cloning. ヒト以外の前記クローン動物が、ヒト以外の霊長類、げっ歯類、ウサギ、ネコ、イヌ、ウマ、ウシ、ヒツジおよびシカよりなる群から選択されるヒト以外の哺乳動物である、請求項24に記載の方法。The method according to claim 24, wherein the non-human cloned animal is a non-human mammal selected from the group consisting of non-human primates, rodents, rabbits, cats, dogs, horses, cows, sheep and deer. The described method. ヒト以外の前記クローン動物が、所望の遺伝特性を有するヒト以外のトランスジェニック動物である、請求項24または25に記載の方法。26. The method of claim 24 or 25, wherein said non-human cloned animal is a non-human transgenic animal having the desired genetic characteristics. ヒト以外の前記トランスジェニック動物が、トランスジェニック・ウシまたはヒツジである、請求項26に記載の方法。27. The method of claim 26, wherein said non-human transgenic animal is a transgenic cow or sheep. 請求項24の方法によって調製されるヒト以外のクローン動物。A non-human cloned animal prepared by the method of claim 24. ヒト以外の霊長類、げっ歯類、ウサギ、ネコ、イヌ、ウマ、ウシ、ヒツジおよびシカよりなる群から選択される哺乳動物である、請求項28に記載のヒト以外のクローン動物。29. The non-human cloned animal of claim 28, which is a mammal selected from the group consisting of a non-human primate, rodent, rabbit, cat, dog, horse, cow, sheep and deer. 所望の遺伝特性を有するヒト以外のトランスジェニック動物である、請求項28または29に記載のヒト以外のクローン動物。30. The non-human cloned animal of claim 28 or 29, which is a non-human transgenic animal having the desired genetic characteristics. トランスジェニック・ウシまたはヒツジである、請求項30に記載のヒト以外のクローン動物。31. The non-human cloned animal of claim 30, which is a transgenic cow or sheep. 所望の遺伝特性が、ミルク、血液または尿中の医薬用蛋白の生産;ミルクまたは肉中の機能的生成物の生産;ミルク、肉および繊維性生産の品質を改善するための有益な農産物特性の生産;害虫および病気に対する抵抗性改善;ミルク中での工業用蛋白の生産;異種移植;およびヒト疾患モデルとしてトランスジェニック動物の創出のための、1個または複数の遺伝子の挿入、欠失または修飾から選択されたものである、請求項30または31に記載のトランスジェニック・クローン動物。The desired genetic trait is the production of a pharmaceutical protein in milk, blood or urine; the production of a functional product in milk or meat; the beneficial produce traits to improve the quality of milk, meat and fibrous production. Production; improvement of resistance to pests and diseases; production of industrial proteins in milk; xenotransplantation; and insertion, deletion or modification of one or more genes for the creation of transgenic animals as human disease models 32. The transgenic cloned animal according to claim 30, which is selected from the group consisting of: 請求項28から32のいずれか1項に記載のヒト以外のクローン動物の子および子孫。33. Offspring and progeny of a non-human cloned animal according to any one of claims 28 to 32. a)ドナー細胞の増殖集団、G1細胞の同調集団、または老化細胞の集団からG1細胞を選択し、分離し、かつこの分離された細胞から得られる核を除核したレシピエント細胞中に移植して形質転換する段階、b)胚盤胞期に成長させる段階、c)胚細胞を回収する段階、およびd)この技術分野で既知の方法によってin vitroで無限分裂細胞系を確立する段階を含む胚細胞系を作製する方法。a) G1 cells are selected from a growing population of donor cells, a synchronized population of G1 cells, or a population of senescent cells, separated, and transplanted into enucleated recipient cells with nuclei obtained from the separated cells. B) growing to the blastocyst stage, c) harvesting the embryonic cells, and d) establishing an infinite dividing cell line in vitro by methods known in the art. A method for producing an embryonic cell line. 前記胚細胞が胚幹細胞である、請求項34に記載の方法。35. The method of claim 34, wherein said embryonic cells are embryonic stem cells. 前記ドナー細胞がヒト細胞である、請求項34または35に記載の方法。36. The method of claim 34 or 35, wherein said donor cells are human cells. ドナーおよびレシピエント細胞が共にヒト細胞である、請求項34から36のいずれか1項に記載の方法。37. The method according to any one of claims 34 to 36, wherein the donor and recipient cells are both human cells. ドナー細胞が核型正常な細胞型から選択される成体または胎児細胞であって、かつレシピエント細胞が遺伝子発現を再プログラム化することのできる任意の細胞型から選択される、請求項34から37のいずれか1項に記載の方法。38. The donor cell is an adult or fetal cell selected from a normal karyotype, and the recipient cell is selected from any cell type capable of reprogramming gene expression. The method according to any one of claims 1 to 4. 請求項34から36のいずれか1項の方法によって作製される胚細胞系。An embryonic cell line produced by the method of any one of claims 34 to 36. 治療用途に有用な請求項35に従属する、請求項36の方法によって作製されるヒト胚幹細胞系。37. A human embryonic stem cell line produced by the method of claim 36, dependent on claim 35, useful for therapeutic use. a)ドナー細胞の増殖集団、またはG1細胞の同調集団、または老化細胞の集団からG1細胞を選択し、分離し、かつこの分離された細胞から得られる核を除核したレシピエント細胞中に移植する段階、b)胚盤胞期に増殖させる段階、およびc)胚幹細胞を回収する段階を含む胚幹細胞を作製する方法。a) G1 cells are selected from a growing population of donor cells, or a synchronized population of G1 cells, or a population of senescent cells, isolated, and transplanted into enucleated recipient cells with nuclei obtained from the separated cells. A method of producing embryonic stem cells, comprising the steps of: (b) growing the cells at the blastocyst stage; and (c) collecting the embryonic stem cells. 前記ドナー細胞がヒト細胞である、請求項41に記載の方法。42. The method of claim 41, wherein said donor cells are human cells. ドナーおよびレシピエント細胞が共にヒト細胞である、請求項41または42に記載の方法。43. The method of claim 41 or 42, wherein the donor and recipient cells are both human cells. ドナー細胞が任意の核型正常な細胞型から選択される成体または胎児細胞であって、かつレシピエント細胞が遺伝子発現を再プログラム化することのできる任意の細胞型から選択される、請求項41から43のいずれか一項に記載の方法。42. The donor cell is an adult or fetal cell selected from any normal karyotype and the recipient cell is selected from any cell type capable of reprogramming gene expression. 44. The method of any one of claims 43. 請求項41から43のいずれか1項の方法によって作製される胚幹細胞。An embryonic stem cell produced by the method according to any one of claims 41 to 43. ヒト胚幹細胞を含む、請求項45に記載の胚幹細胞。46. The embryonic stem cell of claim 45, comprising a human embryonic stem cell. 神経細胞、筋肉細胞、心臓細胞、肝細胞、肺細胞、腎細胞または対象とする他の任意の細胞型よりなる群から選択される細胞または組織の分化型が、この技術分野で周知の方法を用いて培養されたものである、請求項39、40および45のいずれか1項に記載の胚細胞の使用。Differentiated types of cells or tissues selected from the group consisting of nerve cells, muscle cells, heart cells, hepatocytes, lung cells, kidney cells or any other cell type of interest can be prepared by methods well known in the art. The use of an embryo cell according to any one of claims 39, 40 and 45, wherein the embryo cell has been cultured using the embryo cell. 前記胚細胞が、請求項40または46に記載のヒト胚幹細胞である、請求項47に記載の使用。48. The use according to claim 47, wherein the embryonic cells are human embryonic stem cells according to claim 40 or 46. 胚幹細胞が、被験体由来のドナー細胞から請求項35および41から43のいずれか1項に従って作製され、前記被験体または治療を必要とする他の被験体に移植するため、分化した細胞または組織を生成するために培養される治療用クローニング方法。An embryonic stem cell is made according to any one of claims 35 and 41 to 43 from a donor cell derived from a subject and differentiated cells or tissue for transplantation into said subject or another subject in need of treatment Therapeutic cloning methods that are cultured to produce a cloning product. 前記胚性幹細胞が、移植に使用される生成分化細胞において所望の遺伝特性を付与するために、1個または複数の導入遺伝子を含むものである、請求項49に記載の方法。50. The method of claim 49, wherein said embryonic stem cells comprise one or more transgenes to confer a desired genetic property in a productive differentiated cell used for transplantation. 分化した細胞または組織の移植によって治療し得る疾患、障害または傷害を治療する方法であって、請求項49または50の方法により生成する分化した細胞または組織の治療上有効な量を、それを必要とする患者に適用することからなる上記方法。A method of treating a disease, disorder or injury that can be treated by transplantation of the differentiated cells or tissues, wherein a therapeutically effective amount of the differentiated cells or tissues produced by the method of claim 49 or 50 is required. The above method comprising applying to the patient. 前記の疾患、障害または傷害が、様々な神経障害(例えば、パーキンソン病)、糖尿病、心臓疾患、筋ジストロフィー、様々な遺伝性疾患、特定の癌(例えば、白血病)、脊髄傷害、火傷および他の病苦から選択されたものである、請求項49または50に記載の方法。Such diseases, disorders or injuries may include various neurological disorders (eg, Parkinson's disease), diabetes, heart disease, muscular dystrophy, various hereditary diseases, certain cancers (eg, leukemia), spinal cord injuries, burns and other illnesses. The method according to claim 49 or 50, wherein the method is selected from: 請求項47の方法によって作製されるin vitroで分化されたヒト胚幹細胞を使用する薬物発見または薬物毒性試験の方法。48. A method for drug discovery or drug toxicity testing using in vitro differentiated human embryonic stem cells produced by the method of claim 47. 細胞、組織および器官を、請求項28から32のいずれか一項に記載のヒト以外のクローン動物から分離し、それを必要とするヒト患者に移植するために使用する異種移植の方法。33. A method of xenotransplantation wherein cells, tissues and organs are isolated from the non-human cloned animal of any one of claims 28 to 32 and used to transplant into a human patient in need thereof. 細胞、組織および器官が導入遺伝子を含んでおり、請求項30または31に記載のヒト以外のクローン動物から分離される遺伝子治療の方法。32. The method of gene therapy wherein cells, tissues and organs contain a transgene and are isolated from a cloned non-human animal according to claim 30 or 31.
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