JP2013534525A - 心臓疾患の治療のために遺伝子改変を伴わずに細胞を再プログラミングするための組成物および方法 - Google Patents
心臓疾患の治療のために遺伝子改変を伴わずに細胞を再プログラミングするための組成物および方法 Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、外因性遺伝子の導入を伴わずに他の細胞（例えば線維芽細胞）を心筋細胞に再プログラミングするための組成物および方法に関する。特に本発明は、生体サンプルへの形質導入が可能であるが、遺伝子ではない、または遺伝学的改変を起こさない形質導入可能物質に関する。本発明はまた、その形質導入可能な組成物を用いる生体サンプルの経路の再プログラミングおよび疾病の治療に関する。
Description
優先権
本出願は、米国特許仮出願６１／３９８，２７９（２０１０年６月２３日出願）および米国特許仮出願６１／３６０，８５２（２０１０年７月１日出願）に基づく優先権を主張し、これらの出願はその全体が参照として本明細書に組み込まれる。
本出願は、米国特許仮出願６１／３９８，２７９（２０１０年６月２３日出願）および米国特許仮出願６１／３６０，８５２（２０１０年７月１日出願）に基づく優先権を主張し、これらの出願はその全体が参照として本明細書に組み込まれる。
発明の背景
胚性幹細胞はヒト体内の多くのタイプの細胞に分化する能力を有する。体細胞の大部分は最終分化しており、他のタイプの体細胞に変化する能力を失っていると信じられていた。近年の人工多能性幹細胞（iPSC）および分化転換分野の進歩により、このパラダイムは変化した。ウィルスによる形質導入を介する４つの転写因子、すなわちOct4（例えばSEQ ID NO:1)、Sox2（例えばSEQ ID NO:2）、Klf4（SEQ ID NO:3）、およびcMyc（例えばSEQ ID NO:4）の異所性発現によって、体細胞を人工多能性幹細胞（iPSC）に再プログラミングすることができる（Okitaら,nature 448, 313-317 (2007)；TakahashiおよびYamanaka, Cell 126, 663-676 (2006)）。潜在的にリスクが低いiPSCを作製するための、多くの改変された遺伝学的手法が更に開発されたが、それらには、再プログラミング遺伝子を運搬するための非組み込み型アデノウィルス（Stadtfeldら, Science 322, 945-949 (2008)）、再プログラミング・プラスミドの一過性トランスフェクション（Okitaら, Science 322, 949-953 (2008)）、piggyBac転移システムおよびCre切除可能ウィルス（Cre-excisable viruses）（Soldnerら, Cell 136, 964-977 (2009)；Woltjenら, Nature 458, 766-770 (2009)）がある。また、特定のタイプの細胞における内因性遺伝子発現を利用する戦略により、より簡易かつ／または少ない外因性遺伝子を必要とする再プログラミングも可能となった（Aasenら, Nat Biotechnol 26, 1276-1284 (2008)；Kimら, Nature 454, 646-650 (2008)；Shiら, Cell Stem Cell 2, 525-528 (2008)）。更に、再プログラミング効率を向上し，ある特定の再プログラミング因子の代替となる小分子が同定されている（Huangfuら, Nat Biotechnol 26, 795-797 (2008)；Huangfuら, Nat Biotechnol 26, 1269-1275 (2008)；Liら, Cell Stem Cell 4, 16-19 (2009)；Shiら, Cell Stem Cell 3, 568-574 (2008)；Shiら, Sell Stem Cell 2, 525-528 (2008)）。しかしながら、これまでの方法は全て、なおも遺伝物質の使用を伴い、標的細胞における外因性配列による未知の、所望しない、または有害なゲノム改変が導入され、導入遺伝子の発現レベルを十分制御することができないという欠点を有する。これらの問題に対処するため、当該分野では外因性遺伝物質（例えば外因性遺伝子もしくはDNAフラグメントまたは外因性DNAもしくは遺伝子を含有するベクター）に依存しない、またはそれらを導入しない再プログラム細胞が必要とされている。
胚性幹細胞はヒト体内の多くのタイプの細胞に分化する能力を有する。体細胞の大部分は最終分化しており、他のタイプの体細胞に変化する能力を失っていると信じられていた。近年の人工多能性幹細胞（iPSC）および分化転換分野の進歩により、このパラダイムは変化した。ウィルスによる形質導入を介する４つの転写因子、すなわちOct4（例えばSEQ ID NO:1)、Sox2（例えばSEQ ID NO:2）、Klf4（SEQ ID NO:3）、およびcMyc（例えばSEQ ID NO:4）の異所性発現によって、体細胞を人工多能性幹細胞（iPSC）に再プログラミングすることができる（Okitaら,nature 448, 313-317 (2007)；TakahashiおよびYamanaka, Cell 126, 663-676 (2006)）。潜在的にリスクが低いiPSCを作製するための、多くの改変された遺伝学的手法が更に開発されたが、それらには、再プログラミング遺伝子を運搬するための非組み込み型アデノウィルス（Stadtfeldら, Science 322, 945-949 (2008)）、再プログラミング・プラスミドの一過性トランスフェクション（Okitaら, Science 322, 949-953 (2008)）、piggyBac転移システムおよびCre切除可能ウィルス（Cre-excisable viruses）（Soldnerら, Cell 136, 964-977 (2009)；Woltjenら, Nature 458, 766-770 (2009)）がある。また、特定のタイプの細胞における内因性遺伝子発現を利用する戦略により、より簡易かつ／または少ない外因性遺伝子を必要とする再プログラミングも可能となった（Aasenら, Nat Biotechnol 26, 1276-1284 (2008)；Kimら, Nature 454, 646-650 (2008)；Shiら, Cell Stem Cell 2, 525-528 (2008)）。更に、再プログラミング効率を向上し，ある特定の再プログラミング因子の代替となる小分子が同定されている（Huangfuら, Nat Biotechnol 26, 795-797 (2008)；Huangfuら, Nat Biotechnol 26, 1269-1275 (2008)；Liら, Cell Stem Cell 4, 16-19 (2009)；Shiら, Cell Stem Cell 3, 568-574 (2008)；Shiら, Sell Stem Cell 2, 525-528 (2008)）。しかしながら、これまでの方法は全て、なおも遺伝物質の使用を伴い、標的細胞における外因性配列による未知の、所望しない、または有害なゲノム改変が導入され、導入遺伝子の発現レベルを十分制御することができないという欠点を有する。これらの問題に対処するため、当該分野では外因性遺伝物質（例えば外因性遺伝子もしくはDNAフラグメントまたは外因性DNAもしくは遺伝子を含有するベクター）に依存しない、またはそれらを導入しない再プログラム細胞が必要とされている。
心臓血管疾病、特に虚血性疾病は、いくつかの新たな治療方法が開発されているにもかかわらず、依然として、全世界での罹患率および死亡率の主要な原因である。加齢および工業化もこの問題に寄与している。虚血の主な形である心臓虚血は、特に大きな心筋梗塞を有する患者ではしばしば梗塞後心不全につながり、高い死亡率と関連している。
心筋梗塞は、通常は心筋細胞の死、瘢痕組織の形成、動脈瘤の薄化、および左心室のリモデリング等の一連の事象から始まり、ポンプ能力が低下し、心不全が生じ、そして死亡する場合もある。したがって、遺伝的改変なしに細胞を再プログラミングさせて、心臓血管疾病の有効な治療法を提供することが強く求められている。
本開示のある観点は、エフェクタードメインを含有する形質導入可能物質に関する。エフェクタードメインは、生体サンプルへ形質導入されると生体サンプルの再プログラミングを変更する能力を有する。ある特定の態様では、エフェクタードメインは本質的に(inherently)生体サンプルに形質導入される能力を有する。
ある特定の態様では、形質導入可能物質は、エフェクタードメインと共有的または非共有的に会合または結合した形質導入ドメインを更に含む。ある特定の態様では、形質導入ドメインはリンカーを介してエフェクタードメインに共有結合で連結されている。
ある特定の態様では、形質導入可能物質は、１つもしくはそれ以上の特定の生体サンプルに選択的に形質導入される能力を有するか、または特定の生体サンプル周辺環境において形質導入可能となる能力を有する。
本開示の別の観点は生体サンプルおよび形質導入可能物質を含有する組成物に関し、ここで、形質導入可能物質は生体物質に形質導入されている。
本開示の別の観点は、形質導入可能物質を含有する組成物に生体サンプルを暴露することによって生体サンプルを再プログラミングする方法に関する。
本開示の別の観点は生物体における疾病または症状の治療法に関し、該方法は形質導入可能物質を含有する医薬組成物を生物体に投与することを含む。
本開示の別の観点は種々の疾病または症状の、細胞に基づく治療の開発法に関し、該方法は、形質導入可能物質を用いて、iPSC、胚性幹細胞、または前駆細胞を移植可能な体細胞または移植可能な前駆細胞に再プログラミングする段階を含む。
本開示の別の観点は疾病モデルの開発法に関し、該方法は、形質導入可能物質を用いて、iPSC、胚性幹細胞、または前駆細胞を移植可能な体細胞または移植可能な前駆細胞に再プログラミングする段階を含む。本開示の別の観点はエフェクタードメインの同定法に関し、該方法は、被験エフェクタードメインを形質導入ドメインに共有結合または非共有結合させて被験形質導入分子を形成すること；被験分子を生体サンプルに暴露すること；および生体サンプルの再プログラミング・レベルを測定すること、を含む。
発明の詳細な説明
本開示のある観点は、エフェクタードメインを含有する形質導入可能物質に関する。
本開示のある観点は、エフェクタードメインを含有する形質導入可能物質に関する。
ある特定の態様では、本明細書で使用する形質導入可能物質は、DNAまたはDNAから誘導されたものではないが、生体サンプルの膜（例えば細胞膜）を通過するか、膜を通じて形質導入するか、または膜を通過させられることが可能な物質または分子であり、これによって形質導入可能物質が生体サンプルの外部から生体サンプルの内部に侵入または移動し、再プログラミングを生じさせる。例えば、形質導入可能物質は、受容体介在型エンドサイトーシスによって細胞への物質の侵入を促進する細胞表面受容体と相互作用してもよい。
ある特定の態様では、形質導入可能物質は、他の生体サンプルに比較して特定のタイプの生体サンプル（例えば癌または腫瘍細胞）に形質導入される可能性が高い、または生体サンプル中もしくはその周辺の特定の微小環境（例えば癌または腫瘍周辺の微小環境）において形質導入可能となる。例えば、選択的形質導入可能物質は、好ましくは選択的形質導入可能物質を特定のタイプの生体サンプル中に運搬する、または生体サンプル周辺の微小環境において形質導入可能となる形質導入ドメイン（例えば細胞標的化ペプチドまたは活性化可能な細胞侵入性（penetrating）ペプチド）を含有する。
いかなる理論にも拘束されることはないが、形質導入可能物質は細胞膜を通過し、細胞質に入り込み、細胞質活性（例えば翻訳、翻訳後修飾、シグナル伝達経路、アポトーシス経路）を再プログラミングしうると考えられる。更に、形質導入可能物質は核膜を通過し、DNAまたは染色体複製、遺伝子転写、およびRNAスプライシングを再プログラミングまたは調節しうると考えられる。
エフェクタードメインは、生体サンプル内部に入ると生体サンプルの再プログラミングを変更する能力を有するモチーフまたは分子である。エフェクタードメインは生体サンプル中（例えば細胞質または核中）で分子（例えばタンパク質、DNA、RNA、糖、および脂質）と相互作用し、増殖、分化、脱分化、分化転換、逆分化、決定転換、アポトーシス、および形態形成のような変化を起こしうる。エフェクタードメインは以下であってもよい：１）ポリペプチドまたはそのフラグメントもしくは模倣物；２）生体サンプルのゲノム中に形質導入もしくは導入されると遺伝子を発現できない、または遺伝子修飾を起こせないが、生体サンプル中の分子と相互作用するポリヌクレオチド（例えばリボザイム、アンチセンス分子、siRNAまたはmiRNA、オリゴヌクレオチドなど）；および３）小分子または他の化学物質（例えば化学療法薬）。
ある特定の態様では、エフェクタードメインは本質的に形質導入可能である（例えばPDX1（例えばSEQ ID NO:9）およびNeuroD（例えばSEQ ID NO:7））。
エフェクタードメインの一例はポリペプチド（転写因子、染色体再構築タンパク質、抗体、またはそれらのフラグメントもしくは模倣物）である。エフェクタードメインの別の例は、ポリマーではなく、生体ポリマー（例えばタンパク質、核酸、または多糖）と結合し、その生体ポリマーの活性または機能を改変する小分子である。小分子の例には、限定される訳ではないがアセチル化阻害剤、転写活性化剤、シグナル経路活性化剤、シグナル経路阻害剤およびメチル化阻害剤がある。
別の態様では、エフェクタードメインは体細胞を幹細胞に再プログラミングさせる、またはある細胞状態を別の状態に変化させる、少なくとも１つのポリペプチドであってもよい。例えばエフェクタードメインは以下であってもよい：１）Klf4（例えばSEQ ID NO:3）、Sox2（例えばSEQ ID NO:2）、Lin28（例えばSEQ ID NO:5）、Oct4（例えばSEQ ID NO:1）、cMyc（例えばSEQ ID NO:4）、Nanog（例えばSEQ ID NO:6）、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択されるポリペプチド；２）Klf4、Sox2、Oct4、cMyc、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択されるポリペプチド；３）Sox2、Oct4、Lin28、Nanog、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択されるポリペプチド；４）Ngn3（例えばSEQ ID NO:8）、PDX1（例えばSEQ ID NO:9）、MafA（例えばSEQ ID NO:10）、NeuroD（例えばSEQ ID NO:7）、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択されるポリペプチド；５）Foxp3（SEQ ID NO:11）を含有するポリペプチド；６）Oct4、Sox2、Klf4、Lin28、Nanog、cMyc、Ngn3、PDX1、MafA、NeuroD、Foxp3、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択されるポリペプチド；７）ポリペプチドOct4、Sox2、Klf4、およびcMycを組み合わせたもの；および８）ポリペプチドNgn3、PDX1、およびMafAを組み合わせたもの；９）Nkx2.5、GATA4（例えばSEQ ID NO: 68）、Mef-2C（例えばSEQ ID NO: 69）、ISL1、Wt1、Tbx18、Tbx5（例えばSEQ ID NO:70）、Ref-1、Baf60c、STAT3、STAT3-C（これはSTAT3の変異体である）、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択されるポリペプチド（例示的配列は表1に示される）；１０）ポリペプチドGata4、Mef2c、およびTbx5の組み合わせ；および１１）Oct4、Sox2、Klf4、Lin28、Nanog、cMyc、Ngn3、PDX1、MafA、NeuroD、Foxp3、Gata4、Mef2c、およびTbx5、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択されるポリペプチド；および１１）Nkx2.5、GATA4、Mef-2C、ISL1、Wt1、Tbx18、Tbx5、Ref-1、Baf60c、STAT3、STAT3-C、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択される第１のポリペプチド；およびOct4、Sox2、Klf4、Lin28、Nanog、cMyc、Ngn3、PDX1、MafA、NeuroD、およびFoxp3から成る群から選択される第２のポリペプチド。
本発明により提供されるポリペプチドは、その相同配列も包含する。本明細書において用いる場合、“相同配列”とは、相同な参照ポリペプチドと十分な割合のアミノ酸配列同一性を有するポリペプチドを表す。ある特定の態様では、相同配列は、本発明により提供されるエフェクタードメインとして有用なポリペプチドの１つと、少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも88%、少なくとも90%、少なくとも93%、少なくとも95%、少なくとも97%、少なくとも98%、または少なくとも99%のアミノ酸配列同一性を有する。相同配列を有するポリペプチドは、本明細書に開示されるエフェクタードメインと実質的に同じ活性を有する。
アミノ酸配列の同一性は、配列をアライメントした後に、そして必要な場合にはギャップを導入して同一のアミノ酸の数を最大とした後に、候補アミノ酸配列中の、参照アミノ酸配列中のアミノ酸残基と同一のアミノ酸残基のパーセンテージとして決定することができる。アミノ酸残基の保存的置換は、同一の残基と見なしてもよく、見なさなくてもよい。本明細書において用いる場合、“保存的置換”とは、アミノ酸残基を類似の生理化学的特性（例えば、疎水性および側鎖分子のかさ）を有する他のアミノ酸残基で置き換えることを表す。
アミノ酸配列同一性のパーセンテージを決定する目的のためのアライメントは、当該技術分野において知られる種々の方法により行うことができる。例えば、アミノ酸配列のアライメントは、公共利用可能なツール、例えば、BLASTp (U.S. National Center for Biotechnology Information (NCBI)のウエブサイトから利用可能: http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi, Altschul S.F. et al, J. Mol. Biol., 215:403？410 (1990); Stephen F. et al, Nucleic Acids Res., 25:3389？3402 (1997)も参照)、ClustalW2 (European Bioinformatics Instituteのウエブサイトから利用可能: http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2/, Higgins D.G. et al, Methods in Enzymology, 266:383-402 (1996); Larkin M.A. et al, Bioinformatics (Oxford, England), 23(21): 2947-8 (2007)も参照)、および TCoffee ( Swiss Institute of Bioinformaticsのウエブサイトから利用可能、Poirot O. et al, Nucleic Acids Res., 31(13): 3503-6 (2003); Notredame C. et al, J. Mol. Boil., 302(1): 205-17 (2000)も参照)を用いて行うことができる。当業者は、そのツールで提供されるデフォルトのパラメータを用いてもよく、例えば適当なアルゴリズムを選択することによりアライメントに適したようにパラメータをカスタマイズしてもよい。
本発明により提供されるポリペプチドは、更にその機能的同等物も包含する。本明細書において用いる場合、“機能的同等物”とは、親ポリペプチドの全部または一部と実質的に類似する機能的または構造的特徴を有するポリペプチドを表す。本発明において提供されるポリペプチドは、実質的に類似する機能を発揮できる、すなわち体細胞を再プログラミングさせて幹細胞とするかまたは１つの細胞状態を別の細胞状態に変化させることができるその機能的同等物を包含する。本発明により提供されるポリペプチド（すなわち、親ポリペプチド）の機能的同等物は、親ポリペプチドのフラグメント、変異体、誘導体、バリアント、または類似体であることができ、化学的または生物学的改変を含んでいてもよい。機能的同等物は、親ポリペプチドの１つまたはそれ以上のアミノ酸置換、付加、欠失、挿入、転移、修飾（例えばリン酸化、グリコシル化、標識化等）またはそれらを任意に組み合わせたものを有していてもよい。機能的同等物には、親ポリペプチドの天然に生ずるバリアントおよび組換え法または化学合成により得られるもの等の人工的ポリペプチド配列も含まれる。機能的同等物は、天然に生じないアミノ酸残基を含んでいてもよい。
ある特定の態様では、形質導入可能物質は形質導入ドメインを更に含有する。形質導入ドメインは、形質導入可能物質の生体サンプル（例えば細胞）への侵入を促進する能力があるモチーフである。形質導入可能ドメインはエフェクタードメインと共有結合、非共有結合、またはリンカーを介して結合している。ある特定の態様では、形質導入ドメインはリンカーを介してエフェクタードメインに共有結合している。ある特定の態様では、リンカーは、１つまたはそれ以上のグリシン残基を含有するグリシン・リッチ・リンカーである（例えばesggggspg（SEQ ID NO:55））。
形質導入ドメインの例には、限定されるわけではないが以下がある：ポリマー（例えばカチオン性脂質ポリマーおよびナノ粒子）、タンパク質形質導入ドメイン（PTD）、細胞侵入性（cell penetrating）ペプチド（CPP1）、細胞浸透性（cell permeating）ペプチド（CPP2）、活性化可能細胞侵入性ペプチドまたはコンジュゲート（ACPP）、細胞標的化ペプチド（CTP）、およびスーパーチャージタンパク質。
CPP1、CPP2、PTDおよびスーパーチャージタンパク質は、それと結合するカーゴ分子の細胞への運搬を促進することが知られているペプチドである。CPP1、CPP2、PTDまたはスーパーチャージタンパク質とカーゴ分子との結合は共有結合または非共有結合的相互作用であってもよい。カーゴ分子は小化学分子、ペプチド、タンパク質、DNAフラグメント、RNA（例えばsiRNAおよびmiRNA）またはナノ粒子であってもよい。例えば、CPP1およびPTDは、表面輸送体および細胞周期に依存せずに細胞に侵入する能力を有する5から20個のアミノ酸ペプチド・モチーフを含有する。また、CPP1およびPTDは血液脳関門を通過する能力も有する。CPP1およびPTDはインビトロおよびインビボで、非経口投与後、タンパク質およびペプチドを生体全体に均一に運搬する。カチオン性PTDは核局在化シグナルとして作用し、結合する分子カーゴを細胞核に運搬する。タンパク質形質導入ドメインの例には、それに制限されるわけではないが以下がある：TAT（例えばYGRKKRRQRRR、SEQ ID NO:34）、ポリアルギニン（例えば7-11個のアルギニン残基を有するポリアルギニン(RRRRRRR、RRRRRRRR、RRRRRRRRR、RRRRRRRRRR（SEQ ID NO: 35）およびRRRRRRRRRRR（SEQ ID NO:36）など)）、ペネトラチン（アンテナペディア、例えばRQIKIWFQNRRMKWKK（SEQ ID NO:38））、VP22（例えばDAATATRGRSAASRPTQRPRAPARSASRPRRPVQ（SEQ ID NO:39））、トランスポータン（例えばGWTLNSAGYLLGKINLKALAALAKKIL（SEQ ID NO:40））、MAP（例えばKLALKLALKALKAALKLA（SEQ ID NO:41））、MTS（例えばAAVALLPAVLLALLP（SEQ ID NO:42））、PEP-1（例えばKETWWETWWTEWSQPKKKRKV（SEQ ID NO:43））、Arg/Trp類似体（例えばRRWRRWWRRWWRRW（SEQ ID NO:44））、ポリグアニジン・ペプトイド（例えば、バックボーンとグアニジン基の間に6-メチレン・スペーサーを有するポリグアニジン・ペプトイド（N-arg 5、7、または9ペプトイド）、本質的（inherent）タンパク質形質導入ドメイン、（例えばRHIKIWFQNRRMKWKK（SEQ ID NO: 56）、KPKRRGPKKKKMTKARLERFKLRRMKANARERNR（SEQ ID NO: 57）、HIV-1 Rev（例えばTRQARRNRRRRWRERQR（SEQ ID NO: 60））、フロックハウスウィルス外殻ペプチド（例えばRRRRNRTRRNRRRVR（SEQ ID NO: 61））、DNA結合ペプチド、例えばc-Fos（例えばKRRIRRERNKMAAAKSRNRRRELTDT（SEQ ID NO: 62））、c-Jun（例えば RIKAERKRMRNRIAASKSRKRKLERIAR（SEQ ID NO: 63））、酵母 GCN4（例えば KRARNTEAARRSRARKLQRMKQ（SEQ ID NO: 64））、融合性 HA2 ペプチド（例えば GLFGAIAGFIENGWEGMIDG（SEQ ID NO: 65）、GDIMGEWGNEIFGAIAGFLG（SEQ ID NO: 66））。
スーパーチャージタンパク質は、改変していない形のタンパク質と比較して増加したまたは減少した総正味電荷（正味正電荷でも正味負電荷でもよい）を有するよう改変されたペプチドまたはタンパク質であることができる。ある特定の態様では、総正味正電荷を有する超正電荷タンパク質を形質導入ドメインとして用いることができる。スーパーチャージタンパク質の例としては、限定されないが、スーパーチャージGFP（例えば ASKGERLFRGKVPILVELKGDVNGHKFSVRGKGKGDATRGKLTLKFICTTGKLPVPWPTLVTTLTYGVQCFSRYPKHMKRHDFFKSAMPKGYVQERTISFKKDGKYKTRAEVKFEGRTLVNRIKLKGRDFKEKGNILGHKLRYNFNSHKVYITADKRKNGIKAKFKIRHNVKDGSVQLADHYQQNTPIGRGPVLLPRNHYLSTRSKLSKDPKEKRDHMVLLEFVTAAGIKHGRDERYK（SEQ ID NO: 67））、および米国特許出願US20110112040（その全体が本明細書に参照として組み込まれる）に開示される他のスーパーチャージタンパク質が挙げられる。また、天然に生ずるスーパーチャージタンパク質、例えばHBEGF（受託番号Q99075）、N-DEK（受託番号P35659）、C-jun（受託番号P05412）、およびHGF（受託番号P14210）、ならびに米国特許出願US20110112040（その全体が本明細書に参照として組み込まれる）に開示される他の天然のスーパーチャージタンパク質も用いることができる。
細胞標的化ペプチドは細胞表面受容体に結合するタンパク質またはペプチドであり、エンドサイトーシスによって細胞に侵入する。ある特定の態様では、細胞標的化ペプチドは特定の組織または細胞タイプを標的とし、例えばGnRHペプチド（例えばSEQ ID NO:58）はGnRH受容体を発現する生体サンプル（例えば固形腫瘍およびホルモン応答性癌細胞系）を標的とする。細胞標的化ペプチドおよび標的とされる特定の生体サンプルの更なる例を表２に示す。
活性化可能細胞侵入性ペプチドまたはコンジュゲート（ACPP）はカチオン性CPP1、CPP2、PTDまたはスーパーチャージタンパク質、およびそれを中和するアニオン性カウンターパートを含有する。ある特定の態様では、カチオン性CPP1、CPP2、PTDまたはスーパーチャージタンパク質、およびアニオン性カウンターパートは非共有結合性相互作用（例えば電荷-電荷相互作用）および／または共有結合性開裂可能リンカー（例えばマトリックスメタロプロテアーゼ（MMP）開裂可能配列）を介して結合している。細胞へのACPPの形質導入は、非共有結合性相互作用が崩壊されるまで、そして／または開裂可能リンカーが開裂されるまで阻害される。例えば、いかなる理論にも拘束されることはないが、アニオン性カウンターパートは、pH 7.4（血流中のpH）でプロトン化され弱酸性（例えばpH 6.8）で中和される１つまたはそれ以上のpH感応性基（例えばスルホンアミド基）を含有する。従って、カチオン性CPP1、CPP2、PTDまたはスーパーチャージタンパク質、およびアニオン性カウンターパート間の電荷-電荷相互作用は弱酸性微小環境（例えば腫瘍または癌の内部または周辺）で崩壊する。MMPの血中濃度は、腫瘍または癌周辺の微小環境中の濃度より低い。従って、MMP開裂可能配列は血流中では開裂されないが、腫瘍または癌周辺の環境中では開裂される。カチオン性CPP1、CPP2、PTDまたはスーパーチャージタンパク質はもはやアニオン性カウンターパートでは中和されず、従って、暴露されて細胞（例えば腫瘍または癌細胞）への転移を促進される。ある特定の態様では、CPP1、CPP2、またはPTDはTATである。ある特定の態様では、アニオン性カウンターパートはpH感応性基（例えばスルホンアミド基）を含有するpH感応性ポリマー（例えばジブロック・コポリマー）を含有する。
別の例では、活性化可能細胞侵入性コンジュゲートは、慣例的なポリマー製の疎水性コア（これにエフェクタードメインを導入する）、ポリエチレングリコールおよび１つまたはそれ以上のカチオン性CPP1、CPP2、PTDまたはスーパーチャージタンパク質から成る親水性の周辺層、そして、電荷-電荷相互作用によってカチオン性CPP1、CPP2、PTDまたはスーパーチャージタンパク質を中和する１つまたはそれ以上のアニオン性カウンターパートを含有する。それらの電荷-電荷相互作用により、運搬の間、形質導入物質が弱酸性の微小環境（例えば腫瘍または癌）に到達してアニオン性カウンターパートのプロトン化が引き起こされ、電荷-電荷結合が崩壊されるまで、カチオン性電荷が遮蔽されると考えられる。その結果、アニオン性カウンターパートによってクエンチングされていたカチオン性CPP1、CPP2、PTDまたはスーパーチャージタンパク質は、周辺細胞（例えば腫瘍または癌細胞）内へのエフェクタードメインの運搬を促進する能力を有するようになる。
ある特定の態様では、選択的形質導入可能物質は細胞標的化ペプチド、活性化可能細胞侵入性ペプチド、および活性化可能細胞侵入性コンジュゲートから成る群から選択される形質導入ドメインを含有する。
形質導入ドメインは共有結合、非共有結合性相互作用、またはリンカーを介してエフェクターに結合していてもよい。従って、形質導入可能物質の作製は、形質導入ドメインおよびエフェクタードメインを別々に得、それらを共有結合または非共有結合性相互作用（例えば反発相互作用、双極子相互作用、水素結合相互作用、分散型相互作用、電荷-電荷相互作用、溶媒効果、カウンターイオン効果、エントロピー効果、親水性効果、および疎水性効果）によって結合させて行ってもよい。ある特定の態様では、形質導入物質はエフェクタードメインおよび形質導入可能ドメインを混合することによって作製してもよい。あるいはまた、形質導入可能物質は、天然の供与源からの物質の単離または組換えによって調製してもよい。両方のドメインがペプチドまたはポリペプチドである場合、エフェクタードメインが形質導入ドメインのN-末端またはC-末端に結合していてもよく、形質導入可能ポリペプチドは化学合成または組み換え技術によって作製してもよい。
ある特定の態様では、形質導入可能物質は本質的に形質導入可能であるエフェクタードメイン、およびエフェクタードメインと共有結合または非共有結合性相互作用によって結合した形質導入ドメインを含む。
ある特定の態様では、形質導入可能物質は、エフェクタードメインまたは形質導入ドメインの機能を妨害しない１つまたはそれ以上のモチーフを更に含有する。ある特定の態様では、これらのモチーフは共有結合、非共有結合、またはリンカーを介してエフェクタードメインおよび／または形質導入ドメインと結合している。ある特定の態様では、これらのモチーフは、形質導入可能物質の調製および／または精製を容易にする。それらのモチーフの一例は、形質導入可能物質の調製においてタンパク質精製を容易にするためのポリヒスチジン・タグである。ある特定の態様では、ポリヒスチジン・タグは少なくとも６個のヒスチジン残基を含有する（例えばMGSSHHHHHHSSGLVPRGSH（“His6”、SEQ ID NO:59））。
ある特定の態様では、形質導入可能物質には、例えば以下がある：Oct4-11R（SEQ ID NO:12）、Sox2-11R（SEQ ID NO:13）、Klf4-11R（SEQ ID NO:14）、Lin28-11R（SEQ ID NO:16）、Nanog-11R（SEQ ID NO:17）、cMyc-11R（SEQ ID NO:15）、Ngn3-11R（SEQ ID NO:19）、PDX1-11R（SEQ ID NO:20）、MafA-11R（SEQ ID NO:21）、NeuroD-11R（SEQ ID NO:18）、およびFoxp3-11R（SEQ ID NO:22）Nkx2.5-11R、GATA4-11R（例えばSEQ ID NO: 71）、Mef-2C-11R（例えばSEQ ID NO: 72）、Isl1-11R、Wt1-11R、Tbx18-11R、Tbx5-11R（例えばSEQ ID NO: 73）、Ref-1-11R、Baf60c-11R、STAT3-11R、STAT3-C-11R、（ここで、11R（SEQ ID NO:37）はリンカーに結合する、11個のアルギニン残基から成るポリアルギニン配列を表し、このリンカーを介してポリアルギニン配列がエフェクタードメインに共有結合している）。ある特定の態様では、“11R”はエフェクタードメインのＣ末端に共有結合している。ある特定の態様では、形質導入可能物質には、例えば以下がある：His6-Oct4-11R（SEQ ID NO:23）、His6-Sox2-11R（SEQ ID NO:24）、His6-Klf4-11R（SEQ ID NO:25）、His6-Lin28-11R（SEQ ID NO:27）、His6-Nanog-11R（SEQ ID NO:28）、His6-cMyc-11R（SEQ ID NO:26）、His6-Ngn3-11R（SEQ ID NO:30）、His6-PDX1-11R（SEQ ID NO:31）、His6-MafA-11R（SEQ ID NO:32）、His6-NeuroD-11R（SEQ ID NO:29）、His6-Foxp3-11R（SEQ ID NO:33）、His6-Nkx2.5-11R、His6-GATA4-11R（例えばSEQ ID NO: 74）、His6-Mef-2C-11R（例えばSEQ ID NO: 75）、His6-Isl1-11R、His6-Wt1-11R、His6-Tbx18-11R、His6-Tbx5-11R（例えばSEQ ID NO: 76）、His6-Ref-1-11R、His6-Baf60c-11R、His6-STAT3-11R、およびHis6-STAT3-C-11R。ある特定の態様では、“His6”はエフェクタードメインのＮ末端に共有結合している。形質導入可能物質の例示的配列を表3に示す。
ある特定の態様では、形質導入可能物質は、１つまたはそれ以上のアジュバント、例えば、小分子エピジェネティック剤と組み合わせることができる。好適なエピジェネティック剤としては、限定されないが、ヒストンデアセチラーゼ阻害剤およびDNAメチル化阻害剤が挙げられる。好適なアジュバントの例としては、限定されないが、トリコスタチンA（ヒストンデアセチラーゼ阻害剤でありかつDNAメチル化阻害剤である）、バルプロ酸（ヒストンデアセチラーゼ阻害剤でありかつDNAメチル化阻害剤である）、アザ-2'-デオキシシチジン（DNAメチル化阻害剤である）、およびスベロイルアニリドヒドロキサム酸（ヒストンデアセチラーゼ阻害剤である）が挙げられる。
本発明の別の観点は、生体サンプルおよび少なくとも１つの形質導入可能物質を含む組成物に関し、ここで、形質導入可能物質は生体サンプルに形質導入されている。例えば、組成物は、Foxp3（例えば、形質導入可能物質はFoxp3、Foxp3-11R またはHis6-Foxp3-11Rである）およびT細胞を含む形質導入可能物質を含み、ここで、形質導入可能物質はT細胞に形質導入されている；組成物はpiPS細胞、およびOct4、Klf4、Sox2およびcMyc、およびそれらを任意に組み合わせたもの（例えば、形質導入可能物質は、Oct4、Klf4、Sox2、cMyc、Oct4-11R、Klf4-11R、Sox2-11R、cMyc-11R、His6-Oct4-11R、His6-Klf4-11R、His6-Sox2-11RまたはHis6-cMyc-11Rである）から成る群から選択されるポリペプチドを含む１つまたはそれ以上の形質導入可能物質を含む;組成物は、肝臓または膵臓の外分泌細胞、およびNgn3、PDX1、MafA、NeuroD、およびそれらを任意に組み合わせたもの（例えば形質導入可能物質は、Ngn3、PDX1、MafA、NeuroD、Ngn3-11R、PDX1-11R、MafA-11R、NeuroD-11R、His6-Ngn3-11R、His6-PDX1-11RまたはHis6-MafA-11R、His6-NeuroD-11Rである）から成る群から選択されるポリペプチドを含む１つまたはそれ以上の形質導入可能物質を含み、ここで、形質導入可能物質は肝臓または膵臓の外分泌細胞に形質導入されている；ならびに、組成物は、線維芽細胞および、Nkx2.5、GATA4、Mef-2C、ISL1、Wt1、Tbx18、Tbx5、Ref-1、Baf60c、STAT3、STAT3-C、およびそれらを任意に組み合わせたもの（例えば、形質導入可能物質は、Nkx2.5、GATA4、Mef-2C、Isl1、Wt1、Tbx18、Tbx5、Ref-1、Baf60c、STAT3、STAT3-C、Nkx2.5-11R、GATA4-11R、Mef-2C-11R、Isl1-11R、Wt1-11R、Tbx18-11R、Tbx5-11R、Ref-1-11R、Baf60c-11R、STAT3-11R、STAT3-C-11R、His6-Nkx2.5-11R、His6-GATA4-11R、His6-Mef-2C-11R、His6-Isl1-11R、His6-Wt1-11R、His6-Tbx18-11R、His6-Tbx5-11R、His6-Ref-1-11R、His6-Baf60c-11R、His6-STAT3-11R、His6-STAT3-C-11R、またはそれらを任意に組み合わせたものである）から成る群から選択されるポリペプチドを含む１つまたはそれ以上の形質導入可能物質を含み、ここで、形質導入可能物質は、線維芽細胞中に形質導入されている。
本開示の別の観点は、形質導入可能物質を含有する組成物に生体サンプルを暴露することによって生体サンプルを再プログラミングする方法に関する。ある特定の態様では、好ましくは該方法は、選択的形質導入可能物質を含有する組成物に生体サンプルを暴露することによって、他の生体サンプルではなく、生物体内の特定の微小環境（例えば癌または腫瘍周辺の微小環境）内、またはその周辺の特定のタイプの生体サンプル（例えば癌または腫瘍細胞）（単数または複数）を再プログラミングする。
ある態様では、生体サンプルには生物体由来の細胞、細胞塊、組織、器官、生体が含まれる。生体サンプルは正常な健常サンプル、または異常を有する疾病サンプル（例えは癌または腫瘍）であってもよい。
生物体には、例えば微生物（例えば細菌）、真菌、植物、および動物（例えばヒト）が含まれる。
動物（例えばヒト）由来の器官には例えば以下がある：循環器（例えば心臓、血液、および血管）、消化器（例えば唾液腺、食道、胃、肝臓、胆嚢、膵臓、腸管、直腸、および肛門）、内分泌器官（例えば内分泌腺、例えば視床下部、下垂体、松果体、甲状腺、副甲状腺、および副腎）、外皮系（例えば皮膚、毛髪、および爪）、リンパ器官（例えばリンパ節、リンパ管、扁桃腺、咽頭扁桃腺、胸腺、および脾臓）、筋肉器官（例えば筋肉）、神経器官（例えば脳、脊髄、末梢神経、および神経）、生殖器官（例えば卵巣、卵管、子宮、膣、乳腺、精巣、精管、精嚢、前立腺、および陰茎）、呼吸器官（例えば咽頭、喉頭、気管、気管支、肺、および横隔膜）、骨格器官（例えば骨、軟骨、靱帯、および腱）、泌尿器系（例えば腎臓、尿管、膀胱、および尿道）。器官は正常または健常であるか、あるいは異常または非健常（例えば癌性）であってもよい。
植物体由来の器官には、例えば根、茎、葉、花、種子、および果実がある。
生体サンプル（例えば動物）由来の組織には結合組織、筋肉組織、神経組織、および上皮組織がある。組織は正常または健常であるか、あるいは異常または非健常（例えば癌性）であってもよい。生体サンプル（例えば植物）由来の組織には表皮、維管束組織、および基本組織がある。
細胞は原核細胞または真核細胞であってもよい。原核細胞には、例えば細菌がある。真核細胞には、例えば真菌、植物細胞、および動物細胞がある。動物細胞（例えば哺乳動物細胞またはヒト細胞）のタイプには、例えば以下がある：循環／免疫系または器官の細胞（例えばB細胞、T細胞（細胞傷害性T細胞、ナチュラルキラーT細胞、制御性T細胞、ヘルパーT細胞）、ナチュラルキラー細胞、顆粒球（例えば好塩基性顆粒球、好酸性顆粒球、好中性顆粒球、および過分葉好中球）、単球またはマクロファージ、赤血球（例えば網赤血球）、マスト細胞、血小板または巨核球、および樹状細胞）；内分泌系または器官の細胞（例えば甲状腺細胞（例えば甲状腺上皮細胞、傍濾胞細胞）、上皮小体細胞（例えば上皮小体主細胞、好酸性細胞）、副腎細胞（例えばクロム親和性細胞）、および松果腺細胞（例えば松果体細胞））；神経系または器官の細胞（例えばグリア芽細胞、（例えば星状膠細胞および乏突起膠細胞）、小膠細胞、巨大神経分泌細胞、星状細胞、ベッチェル細胞（boettcher cell）、および下垂体細胞（例えばゴナドトロピン産生細胞、副腎皮質刺激因子、甲状腺刺激ホルモン産生細胞、成長ホルモン産生細胞、および乳腺刺激ホルモン分泌細胞））；呼吸器系または器官の細胞（例えば肺細胞（I型肺細胞およびII型肺細胞）、クララ細胞、杯細胞、肺胞マクロファージ）；循環系または器官の細胞（例えば心筋細胞および周皮細胞）；消化系または器官の細胞（例えば胃主細胞、壁細胞、杯細胞、パネート細胞、G細胞、D細胞、ECL細胞、I細胞、K細胞、S細胞、腸管内分泌細胞、 腸クロム親和性細胞、APUD細胞、肝細胞（例えば 肝実質細胞およびクッパー細胞））；外皮系または器官の細胞（例えば骨細胞（例えば骨芽細胞、骨細胞、および破骨細胞）、歯細胞（例えばセメント芽細胞およびエナメル芽細胞）、軟骨細胞（例えば軟骨芽細胞および軟骨細胞）、皮膚／毛細胞（例えば基質細胞、ケラチノサイト、およびメラニン形成細胞（母斑細胞））、筋肉細胞（例えば筋細胞）、含脂肪細胞、線維芽細胞、および腱細胞）、泌尿系または器官の細胞（例えば有足細胞、傍糸球体細胞、糸球体内メサンギウム細胞、糸球体外メサンギウム細胞、近位尿細管刷子縁細胞、および緻密斑細胞）、および生殖系または器官の細胞（例えば精子、セルトリ細胞、ライディッヒ細胞、卵子、卵母細胞）。
更に、細胞には哺乳動物幹細胞（胚性幹細胞、胎児幹細胞、人工多能性幹細胞、および成人幹細胞）が含まれる。幹細胞は、細胞周期の間も未分化の状態を保持し、特定のタイプの細胞に分化する能力を有する細胞である。幹細胞は全能性（omnipotent）幹細胞、多能性（pluripotent）幹細胞、複能性（multipotent）幹細胞、少能性（oligopotent）幹細胞、および単能性（unipotent）幹細胞であってもよく（Hans R. Scholer（2007）"The Potential of Stem Cells: An Inventory" in Nikolaus Knoepffler, Dagmar Schipanski、and Stefan Lorenz Sorgner. Humanbiotechnology as Social Challenge. Ashgate Publishing社、28頁参照）、これらはいずれも体細胞から誘導してもよい。幹細胞には癌幹細胞が含まれる。
ある特定の態様では、細胞は線維芽細胞である。線維芽細胞は、コラーゲンを含む細胞外マトリクスを分泌する細胞である。線維芽細胞は身体の全体に偏在しており、通常は結合組織中に見いだされる。例示的線維芽細胞としては、心臓線維芽細胞および皮膚線維芽細胞が挙げられる。
別の態様では、本明細書で使用する「生体サンプルの再プログラミング」は、生体サンプル（例えば細胞）の生体活性の調節、改変、もしくは変更、または生体サンプルの状態もしくは状況の調節、改変、もしくは変更と同義である、またはそれを指す。例えば、生体サンプル（例えば細胞）を形質導入可能物質に暴露することにより、細胞の生体活性（例えば細胞増殖、細胞分化、細胞代謝、細胞周期、細胞シグナル伝達、DNA複製、転写、RNAスプライシング、タンパク質合成、翻訳後修飾）が調節または改変されて、以下が生ずる：細胞増殖、（例えば前駆細胞から最終分化した細胞への）分化、（例えば最終分化した細胞から多能性幹細胞への）脱分化、（例えばあるタイプの最終分化した細胞から別のタイプの最終分化した細胞への）分化転換、（例えば最終分化した細胞から前駆細胞への）逆分化、（例えばあるタイプの前駆細胞から別のタイプの最終分化した細胞（天然の条件下では通常別のタイプの前駆細胞から誘導されるもの）への）決定転換、アポトーシス（例えば細胞または癌細胞の細胞死）、形態形成、および細胞運命の変更。別の例では、生体サンプルの状態は以下のように改変または変更されうる：異常または疾病状態から正常または健常状態へ（例えば癌細胞から非癌細胞へ）、あるタイプの細胞から別のタイプの細胞へ（例えば未分化幹細胞から分化した幹細胞または特殊化した細胞へ）、分化または特殊化した細胞から未分化細胞または幹細胞（例えば全能性幹細胞、多能性幹細胞、複能性幹細胞、少能性幹細胞、および単能性幹細胞）へ（例えば線維芽細胞から人工多能性幹細胞（iPSC）へ）、体細胞から幹細胞または人工幹細胞へ、ある状態の幹細胞から別の状態の幹細胞へ（例えば全能性幹細胞から多能性幹細胞へ）、あるタイプの分化した細胞から別のタイプの分化した細胞へ（例えばT細胞から制御性T細胞へ、膵外分泌細胞からインスリン産生β細胞へ、線維芽細胞から心筋細胞、心臓幹細胞または心臓前駆細胞へ）。
別の態様では、生体サンプルを形質導入可能物質に暴露し、再プログラミングさせる。生体サンプルはインビトロ、インビボ、またはエキソビボで暴露してもよい。例えば、生体サンプルのインビトロ暴露は、生存する生物体の外部環境中で（例えば細胞培養系または試験管内で）サンプルを形質導入可能物質と接触させることによって行う。生体サンプルのインビボ暴露は、サンプルを含有する生物体と物質を接触させるか、または（例えば投与によって）物質を生物内に導入することによって行う。形質導入可能物質は任意の既知の投与経路、例えば非経口（例えば皮下、腹腔内、静脈内（静脈内輸液、筋肉内注射、または皮内注射など）または非経口以外の（例えば経口、経鼻、眼内、舌下、直腸、または局所）経路で投与してもよい。生体サンプルのエキソビボ暴露は、生体サンプル（例えば細胞、組織、または器官）を生物体の体外に取り出し、形質導入可能物質と接触させ、同じ、または別の生物体に再び配することによって行う。エキソビボ暴露の例には、生体サンプルを生物体から取り出すこと、生体サンプルを形質導入可能物質に暴露すること、形質導入可能物質が形質導入された生体サンプルを生物体に再移植することが含まれる。
ある特定の態様では、OG2-MEF細胞をタンパク質Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11Rを含有する組成物に暴露し、人工多能性幹細胞（iPSC）に再プログラミングさせる。
ある特定の態様では、T細胞をFoxp3-11RまたはHis6-Foxp3-11Rを含有する組成物に暴露し、制御性T細胞（Treg細胞）に再プログラミングさせる。
ある特定の態様では、肝および／または膵外分泌細胞を、Ngn3-11R、PDX1-11R、MafA-11R、NeuroD-11R、His6-Ngn3-11R、His6-PDX1-11R、His6-MafA-11R、およびHis6-NeuroD-11Rから成る群から選択される１つまたはそれ以上のタンパク質を含有する組成物に暴露し、インスリン産生細胞（例えばβ細胞）に再プログラミングさせる。ある特定の態様では、組成物は１つまたはそれ以上のアジュバント（例えば膵島増殖因子（例えばβセルリン））を更に含む。ある特定の態様では、組成物はHis6-Ngn3-11R、His6-PDX1-11R、およびHis6-MafA-11Rを含有する。ある特定の態様では、組成物はHis6-Ngn3-11R、His6-PDX1-11R、His6-MafA-11R、およびβセルリンを含有する。特定の機構に拘束されることを意図するものではないが、それらの再プログラミングが決定転換および／または分化転換によって生ずることも企図される。
ある特定の態様では、Nkx2.5-11R、GATA4-11R、Mef-2C-11R、Isl1-11R、Wt1-11R、Tbx18-11R、Tbx5-11R、Ref-1-11R、Baf60c-11R、STAT3-11R、STAT3-C-11R、His6-Nkx2.5-11R、His6-GATA4-11R、His6-Mef-2C-11R、His6-Isl1-11R、His6-Wt1-11R、His6-Tbx18-11R、His6-Tbx5-11R、His6-Ref-1-11R、His6-Baf60c-11R、His6-STAT3-11R、His6-STAT3-C-11Rから成る群から選択される１つまたはそれ以上のタンパク質を含む組成物に線維芽細胞を曝露し、心筋細胞、心臓幹細胞、または心臓前駆細胞に再プログラミングさせる。ある特定の態様では、組成物は更に１つまたはそれ以上のアジュバント、例えば、エピジェネティック剤（例えば、トリコスタチンA、バルプロ酸、アザ-2'-デオキシシチジン、スベロイルアニリドヒドロキサム酸）を含む。ある特定の態様では、組成物は、GATA4-11R、Mef-2C-11R、Tbx5-11R、His6-GATA4-11R、His6-Mef-2C-11R、His6-Tbx5-11R、またはそれらを任意に組み合わせたものを含む。特定の機構に拘束されることを意図するものではないが、再プログラミングは決定転換、分化転換および／または逆分化を介するものであることが更に企図される。
本開示の別の観点は、形質導入可能物質を含有する組成物を生物体に投与することによって生物体における疾病または症状を治療、予防、または低減させる方法に関する。ある特定の態様では、組成物は形質導入可能物質を含有する医薬組成物である。ある特定の態様では、組成物は選択的形質導入可能物質を含有する。疾病または症状の治療、予防、または低減は生物体中の生体サンプル（例えば細胞、組織、または器官）の変化または再プログラミングを伴う。
本発明はまた、生物体において疾病または症状を治療、予防または軽減するための医薬品の製造における形質導入可能物質の使用を提供する。ある特定の態様では、形質導入可能物質は、選択的形質導入可能物質である。疾病または症状の治療、予防または軽減は、生物中の生体サンプル（例えば、細胞、組織または臓器）の変化または再プログラミングに伴うものである。
ある特定の態様では、この方法によって治療できるかまたは医薬品によって治療できる疾病または症状には、限定されるわけではないが以下がある：腫瘍、ガン、代謝障害または症状（例えば１型糖尿病、２型糖尿病、および肥満）、炎症性症状、心臓病、神経変性疾患（例えば貧血、筋萎縮性側索硬化症、脊髄損傷、熱傷、または関節炎）、自己免疫疾患または症状（例えば急性播種性脳脊髄炎（ADEM）、アジソン病、円形脱毛症、強直性脊椎炎、抗リン脂質抗体症候群（APS）、貧血症(例えば自己免疫性溶血性貧血および悪性貧血)、関節炎、乾癬性関節炎、リウマチ性関節炎、１型糖尿病、自己免疫性肝炎、自己免疫性内耳疾患、水疱性類天疱瘡、セリアック病、シャーガス病、慢性閉塞性肺疾患、クローン病、皮膚筋炎、子宮内膜症、グッドパスチャー症候群、グレーブス病、ギラン・バレー症候群（GBS）、橋本病、化膿性汗腺炎、川崎病、IgA腎症、特発性血小板減少性紫斑病、間質性膀胱炎、エリテマトーデス、混合性結合組織病、モルフェア、多発性硬化症（MS）、重症筋無力症、ナルコレプシー、神経性筋強直症、尋常性天疱瘡、乾癬、多発性筋炎、原発性胆汁性肝硬変、統合失調症、強皮症、シェーグレン症候群、全身硬直症候群、側頭動脈炎（“巨細胞性動脈炎”）、潰瘍性大腸炎、血管炎、白斑、およびウェゲナー肉芽腫症）。
例えば、腫瘍を有する生物体に形質導入可能物質または形質導入可能物質から製造される医薬品を投与し、腫瘍細胞のアポトーシスを活性化する、または腫瘍細胞の化学療法、放射線療法、またはガン治療薬に対する感受性を高めてもよいことが企図される。
ある特定の態様では、形質導入可能物質または形質導入可能物質から製造される医薬品を生物体に投与して免疫系を亢進または減弱させ、それによって免疫関連疾患または炎症性疾患を治療または予防してもよい。例えば、タンパク質Foxp3-11RまたはHis6-Foxp3-11RがT細胞に形質導入され、プログラミングされてTreg細胞となり、それによって免疫系の過剰反応が抑制され、自己免疫疾患の治療となる。
ある特定の態様では、形質導入可能物質、または形質導入可能物質から製造される医薬品を生物体に投与して、心臓血管疾病または症状、例えば、心筋梗塞、虚血、心筋梗塞、梗塞後経過、心臓障害、アルコール性心筋症、冠状動脈疾病、先天性心臓疾病、心臓に影響を及ぼす栄養性疾病、虚血性心筋症、高血圧性心筋症、弁膜性心筋症、炎症性心筋症、全身代謝性疾病に続発する心筋症、心筋形成異常、拡張型心筋症、肥大型心筋症、不整脈惹起性右心室心筋症、拘束型心筋症、およびノンコンパクション心筋症を治療することができる。
例えば、心臓血管疾病または症状を治療するか、または心臓の障害部位を治療するために、ポリペプチドまたはそのようなポリヌクレオチドを含む組成物を、適当な細胞（例えば、線維芽細胞、心臓線維芽、皮膚線維芽細胞、内皮細胞、または平滑筋細胞）に形質導入して、これらの細胞を心筋細胞、心臓幹細胞または心臓前駆細胞に再プログラミングさせる。ポリペプチドは、Nkx2.5-11R、GATA4-11R、Mef-2C-11R、Isl1-11R、Wt1-11R、Tbx18-11R、Tbx5-11R、Ref-1-11R、Baf60c-11R、STAT3-11R、STAT3-C-11R、His6-Nkx2.5-11R、His6-GATA4-11R、His6-Mef-2C-11R、His6-Isl1-11R、His6-Wt1-11R、His6-Tbx18-11R、His6-Tbx5-11R、His6-Ref-1-11R、His6-Baf60c-11R、His6-STAT3-11R、His6-STAT3-C-11R、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択される。特定の機構に拘束されることを意図するものではないが、そのような再プログラミングは、決定転換および／または分化転換を介するものであることが更に企図される。ある特定の態様では、GATA4-11R、Mef-2C-11R、Tbx5-11R、His6-GATA4-11R、His6-Mef-2C-11R、His6-Tbx5-11Rから成る群から選択されるポリペプチド、またはそれらを任意に組み合わせたものを含む組成物を線維芽細胞に形質導入して、これらを心筋細胞に再プログラミングさせる。
別の例として、心臓線維芽細胞を、分化転換、決定転換または逆分化を介して再プログラミングさせて、心臓幹細胞または心臓前駆細胞とする。心臓のくぼみ（niches）において、これらの新たに生成した心臓幹細胞または心臓前駆細胞は、筋肉細胞、内皮細胞、および平滑筋細胞に分化することができ、次にこれは心臓の障害部分を再構成する。
ある特定の態様では、１つまたはそれ以上のアジュバント、例えばエピジェネティック剤（例えば、トリコスタチンA、バルプロ酸、アザ-2'-デオキシシチジン、および／またはスベトイルアニリドヒドロキサム酸）も生物体に投与する。
本開示の別の観点は、iPSC、胚性幹細胞、または他のタイプの幹細胞もしくは前駆細胞を特定のタイプの体細胞または前駆細胞に再プログラミングする方法に関し、これは種々の疾病または症状（例えば神経疾患、貧血、神経変性疾患、ガン、筋萎縮性側索硬化症、脊髄損傷、熱傷、心臓病、糖尿病、および関節炎）の細胞療法として開発することができる。幹細胞または前駆細胞は、制御された分化または再プログラミングのために形質導入可能物質に暴露する前は、患者特異的または患者非特異的であってもよく、分子の欠損が修復されてもされなくてもよい。再プログラミングされた細胞は、濃縮、精製、または操作した後、患者に再移植してもよい。ある特定の態様では、再プログラミングされた細胞は、心臓血管系の細胞、例えば、心筋細胞、心臓線維芽細胞、心臓幹細胞または心臓前駆細胞である。
本開示の別の観点は、iPSC、胚性幹細胞、または他のタイプの幹細胞もしくは前駆細胞を再プログラミングしてある特定のタイプの体細胞または前駆細胞にする方法に関し、該方法は薬剤スクリーニング、メカニズム研究、毒性アッセイ、または他の研究のための疾病モデルとして、また、創薬および薬剤開発の手段として使用することができる。例えば、該方法は以下を含む：iPSC、胚性幹細胞、または前駆細胞を形質導入可能物質を含有する組成物に暴露し、iPSC、胚性幹細胞、または前駆細胞を移植可能な体細胞または移植可能な前駆細胞へ再プログラミングさせること；移植可能な体細胞または移植可能な前駆細胞を生体サンプルまたは生物体に移植すること；生体サンプルまたは生物体を分化させて疾病モデルとすること。別の例では、該方法は以下を含む：形質導入可能物質を用いて患者に特異的な細胞をiPSCへ再プログラミングさせること；形質導入可能物質を用いて、または用いずに患者特異的iPSCと異なるタイプの細胞を更に作製すること；および、患者特異的iPSCまたはiPSCから誘導された細胞を用いて疾病モデルを開発すること。別の例では、薬剤スクリーニングまたは毒性モデルを開発する方法は以下を含む：形質導入可能物質を用いて体細胞、前駆細胞、または多能性細胞をiPSCへ再プログラミングさせること；形質導入可能物質への暴露を用いて、または用いずにiPSCと異なるタイプの細胞を更に作製すること；および、iPSCおよび／またはiPSCから誘導された細胞を用いて種々の化合物の効果および／または毒性をスクリーニングすること。
本開示の別の観点は、種々の疾病または症状のための細胞療法の開発法に関し、該方法は以下の段階を含む：形質導入可能物質を用いてiPSC、胚性幹細胞、または前駆細胞を移植可能な体細胞または前駆細胞へ再プログラミングすること；移植可能な体細胞または前駆細胞を生体サンプルまたは生物体に移植すること；移植可能な体細胞または前駆細胞の治療効果を評価すること。
ある特定の態様では、移植可能な細胞は、心臓血管系の細胞、例えば、心筋細胞、心臓線維芽細胞、心筋細胞、心臓幹細胞または心臓前駆細胞である。移植可能な細胞は、これを必要とする被験者に移植することができる。移植された心臓幹細胞または心臓前駆細胞は、心臓のくぼみにおいて、筋肉細胞、内皮細胞、および平滑筋細胞に分化することができ、次にこれは心臓の障害部分を再構成する。
例えば、梗塞後の患者を、その心臓の障害部位にタンパク質薬剤、小分子薬剤、またはその組み合わせを注入して、障害部位または罹患部位において新たな心筋細胞および／または他のタイプの心臓細胞を生成させることにより治療する。新たな細胞は、心臓組織の正常な構造および機能を回復させて、患者が心筋梗塞からすみやかに回復することを助ける。
本開示の別の観点は、エフェクタードメインを同定する方法に関し、該方法は以下の段階を含む：被験エフェクタードメインを既知の形質導入ドメインに共有結合させて被験形質導入可能分子を作製すること；被験分子を生体サンプルに暴露させること；および生体サンプルの再プログラミングを測定して、被験エフェクタードメインが生体サンプルに変化を与えるか否かを明らかにすること。また、本開示の別の観点は、形質導入可能ドメインを同定する方法に関し、該方法は以下の段階を含む：既知のエフェクタードメインを被験形質導入ドメインに共有結合させて被験形質導入可能分子を作製すること；被験分子を生体サンプルに暴露させること；被験分子の位置または生体サンプルの再プログラミング効率を測定して、被験形質導入ドメインが生体サンプル内にエフェクタードメインを形質導入できるか否かを明らかにすること。
以下の実施例は請求する本明細書をより良く説明するために提供するものであり、いかなる様にも本発明の範囲を制限するものと解釈すべきではない。以下に記載する具体的な組成物、物質、および方法は全て、全部または一部として、本発明の範囲内に含まれる。それらの具体的な組成物、物質、および方法は本発明を制限することを意図するものではなく、単に本発明の範囲内に含まれる具体的な態様の例証である。当業者は発明に関する能力を駆使することなく、また、本発明の範囲から逸脱することなく、同等の組成物、物質、および方法を開発しうる。理解されるように、本明細書に記載する方法に多くの改変を、本発明の範囲内に留まりつつ、施与することができる。出願人は、それらの改変が本発明の範囲内に包含されることを意図する。
実施例１：体細胞から人工多能性幹細胞（iPSC）への再プログラミング
１．ａ 形質導入可能物質、Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11Rの作製
ポリアルギニン・タンパク質形質導入ドメインを再プログラミング・タンパク質、Oct4、Sox2、Klf4、およびcMycのそれぞれのC末端にSEQ ID NO:55を介して融合させ、融合タンパク質、Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11Rを作製した（図１Ａ）。これらのポリアルギニン融合タンパク質をE. coli中で封入体として発現させ、その後可溶化、リフォールディング、および更なる精製を行って、形質導入可能物質、Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11Rを得た。質量分析およびウェスタンブロッティングによってタンパク質の同一性を確認した（図１Ｂ）。
１．ａ 形質導入可能物質、Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11Rの作製
ポリアルギニン・タンパク質形質導入ドメインを再プログラミング・タンパク質、Oct4、Sox2、Klf4、およびcMycのそれぞれのC末端にSEQ ID NO:55を介して融合させ、融合タンパク質、Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11Rを作製した（図１Ａ）。これらのポリアルギニン融合タンパク質をE. coli中で封入体として発現させ、その後可溶化、リフォールディング、および更なる精製を行って、形質導入可能物質、Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11Rを得た。質量分析およびウェスタンブロッティングによってタンパク質の同一性を確認した（図１Ｂ）。
１．ｂ．形質導入可能物質、Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11Rの細胞侵入性および安定性
形質導入可能物質（Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、またはcMyc-11R）を種々の濃度で6-72時間、マウス胎児線維芽（MEF）細胞に添加した。免疫細胞化学により、細胞の形態およびタンパク質の存在を測定した。形質導入可能物質は0.5-8μg/mlの濃度で6時間以内に細胞に入り込み、核に移行することが観察された（図２)。更に、形質導入されたタンパク質は48時間までの間、細胞内でかなり安定であった（図３）。
形質導入可能物質（Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、またはcMyc-11R）を種々の濃度で6-72時間、マウス胎児線維芽（MEF）細胞に添加した。免疫細胞化学により、細胞の形態およびタンパク質の存在を測定した。形質導入可能物質は0.5-8μg/mlの濃度で6時間以内に細胞に入り込み、核に移行することが観察された（図２)。更に、形質導入されたタンパク質は48時間までの間、細胞内でかなり安定であった（図３）。
１．ｃ．OG2/Oct4-GFPレポーターMEF細胞の再プログラミング
上述のタンパク質形質導入条件を用いてOG2/Oct4-GFPレポーターMEF細胞を再プログラミングした。細胞には4サイクルの処理を行った。各サイクルで、まず線維芽細胞（最初に6ウェルプレートに5x104細胞／ウェルの密度で播種した）を形質導入可能物質、Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11R（mESC培養液（1mM バルプロ酸（VPA。ヒストン脱アセチル化酵素１（HDAC1）の阻害剤）含有または未含有）中、8μg/ml）で一晩処理した後、形質導入可能物質およびVPAを含有しない同培養液に交換し、更に36時間培養してから次の処理サイクルに移行した。形質導入可能物質のタンパク質形質導入の反復が完了した後、処理した細胞を放射線照射したMEF支持細胞上に移し、コロニーが現れるまで（およそ30-35日目）mESC培養液中に保持した（図４Ａ）。細胞にOct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11Rを形質導入し、VPAで処理した場合は、5x104細胞当たり３個のGFP+コロニーが得られ、細胞にそれぞれOct4-11R、Sox2-11R、またはKlf4-11Rを形質導入し、VPAで処理した場合は、5x104細胞当たり１個のGFP+コロニーが得られた。次いで、これらのGFP+コロニーを慣例的なmESC培養条件下で継代してpiPS細胞を得、更にキャラクタライズを行った。
上述のタンパク質形質導入条件を用いてOG2/Oct4-GFPレポーターMEF細胞を再プログラミングした。細胞には4サイクルの処理を行った。各サイクルで、まず線維芽細胞（最初に6ウェルプレートに5x104細胞／ウェルの密度で播種した）を形質導入可能物質、Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11R（mESC培養液（1mM バルプロ酸（VPA。ヒストン脱アセチル化酵素１（HDAC1）の阻害剤）含有または未含有）中、8μg/ml）で一晩処理した後、形質導入可能物質およびVPAを含有しない同培養液に交換し、更に36時間培養してから次の処理サイクルに移行した。形質導入可能物質のタンパク質形質導入の反復が完了した後、処理した細胞を放射線照射したMEF支持細胞上に移し、コロニーが現れるまで（およそ30-35日目）mESC培養液中に保持した（図４Ａ）。細胞にOct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11Rを形質導入し、VPAで処理した場合は、5x104細胞当たり３個のGFP+コロニーが得られ、細胞にそれぞれOct4-11R、Sox2-11R、またはKlf4-11Rを形質導入し、VPAで処理した場合は、5x104細胞当たり１個のGFP+コロニーが得られた。次いで、これらのGFP+コロニーを慣例的なmESC培養条件下で継代してpiPS細胞を得、更にキャラクタライズを行った。
精製したマウスpiPS細胞は20継代以上の間、安定に増殖し、標準的なmES細胞と形態学的に識別不能であり、緻密なドーム型の小型コロニーを形成した（図４Ｂおよび４Ｃ）。それらは、免疫細胞化学および染色によって試験される典型的な多能性マーカー（ALP（図４Ｄ）、Oct4、Nanog、Sox2、およびSSEA1（図４Ｅ））を発現した。RT-PER分析によって、これらの多能性マーカーおよび更なる多能性遺伝子の内因性遺伝子発現を確認した（図４Ｆ）。単一細胞生存アッセイでも、支持細胞未含有およびN2/B27既知組成条件でpiPS細胞がOct4陽性コロニーとして効率的にコロニーを形成することが確認された。更に、Oct4プロモーターの亜硫酸水素ゲノムシークエンシングにより、piPS細胞ではmES細胞と同様にジメチル化が起こるが、MEFのOct4プロモーターは高メチル化されることが明らかになった（図４Ｇ）。この結果は、これらのpiPS細胞における多能性転写プログラムの再活性化を更に支持している。
piPS細胞の発生能を試験するため、胚葉体（EB）を用いる標準的なインビトロ分化または既知組成培地での単層培養による段階的分化、並びにインビボのキメラ形成能アッセイを行った。piPS細胞は懸濁液中で効率的にEBを形成し、３つの一次胚葉で細胞に分化したが、それらには以下がある：原始内胚葉（AFP、Sox17）、前腸内胚葉（FoxA2）、膵臓細胞-内胚葉（PDX1、Pax6）、中胚葉（ブラキュリ）、および、神経細胞（Sox1）およびニューロン（βIII-チューブリン）-外胚葉（図５および６Ａ）。これらのpiPS細胞は８細胞期胚との凝集後、胚盤胞の内部細胞塊に効率的に導入され、凝集した胚をマウスに移植した後、インビボで生殖系の寄与を受けてキメラを形成することが、７つの胚のうち２つの生殖腺組織でOct4-GFP+細胞が観察されたことから示唆された（図６Ｂ下段）。これらのインビトロおよびインビボでの特性を考え合わせ、精製された形質導入物質、Oct4-11R、Sox2-11R、Klf4-11R、およびcMyc-11RによってMEFを慣例的なmES細胞と形態学的および機能的に類似したpiPS細胞へ再プログラミングすることが可能であることが裏付けられる。
実施例２ マウスにおける形質導入可能物質、His6-Ngn3-11R、His6-PDX1-11R、およびHis6-MafA-11Rによる肝および膵外分泌細胞からインスリン産生β細胞への再プログラミング
ポリアルギニン・タンパク質形質導入ドメインを各再プログラミング・タンパク質（Ngn3、PDX1、およびMafA）のC末端にリンカー（SEQ ID NO:55）を介して融合させ、His6-Ngn3-11R、His6-PDX1-11R、およびHis6-MafA-11Rを作製した（図７）。His6（SEQ ID NO:59）はタンパク質精製を容易にするために含有させた。これらのポリアルギニン融合タンパク質を封入体としてE. coliで発現させ、その後可溶化、リフォールディング、および更なる精製を行って、形質導入可能物質、His6-Ngn3-11R、His6-PDX1-11R、およびHis6-MafA-11Rを作製した。質量分析およびウェスタンブロッティングによってタンパク質の同一性を確認した。
ポリアルギニン・タンパク質形質導入ドメインを各再プログラミング・タンパク質（Ngn3、PDX1、およびMafA）のC末端にリンカー（SEQ ID NO:55）を介して融合させ、His6-Ngn3-11R、His6-PDX1-11R、およびHis6-MafA-11Rを作製した（図７）。His6（SEQ ID NO:59）はタンパク質精製を容易にするために含有させた。これらのポリアルギニン融合タンパク質を封入体としてE. coliで発現させ、その後可溶化、リフォールディング、および更なる精製を行って、形質導入可能物質、His6-Ngn3-11R、His6-PDX1-11R、およびHis6-MafA-11Rを作製した。質量分析およびウェスタンブロッティングによってタンパク質の同一性を確認した。
６検体のCD-1マウス（Charles River Laboratory）を２群（処理群およびコントロール群）に分けた。形質導入可能物質、His6-Ngn3-11R（1mg/kg）、His6-PDX1-11R（1mg/kg）、His6-MafA-11R（1mg/kg）を処理群（マウス-4、マウス-5、およびマウス-6）の各マウスに腹腔内（IP）注射し、コントロール群（マウス-1、マウス-2、およびマウス-3）の各マウスにはBSA（1mg/kg）を注射した。針を各マウスの腹膜内に穿通させた際、緑褐色または黄色の吸引液は観察されなかった。注射は毎日、7日間反復した。処理群およびコントロール群のいずれのマウスも、全ての注射の完了後３日目に屠殺した。マウス肝臓および膵臓を1X PBSで洗浄し、4% パラホルムアルデヒドで一晩固定した。その後、肝臓および膵臓組織を標準的なパラフィン包埋プロトコルによって処理した。組織用ミクロトームを用いて通常の方法で厚さ5マイクロの組織切片を調製し、標準的な組織ガラススライド上にマウントした。組織切片の処理の際、組織中のワックスをキシレンで溶解した。組織の切片化、組織染色、および免疫組織化学的染色を慣例的な方法を用いて行った。間接蛍光抗体（IFA）アッセイでは、スライドを0.05% Tween-20（TBST）および3% BSAを用いて室温で１時間ブロッキングし、マウス抗インスリン抗体（Invitrogen）と共に４℃で一晩インキュベートした。スライドをPBS（室温、15分間）で３回洗浄し、フルオレセインイソチオシアネート（FITC）コンジュゲート・ブタ抗マウス抗体（KPL）と共に室温で２時間インキュベートした。同じ濃度のマウスIgGをアイソタイプ・コントロールとして用いた。抗DAPI抗体を核マーカーとしてスライドに添加した。上記と同様にスライドを洗浄し、水性マウント液（Biomeda、カリフォルニア州フォスターシティ）でマウントした。内皮マーカーを顕微鏡（Olympus BX51、カリフォルニア州サンディエゴ）下で同定し、マージした細胞をMicrosuite Biological Suiteプログラム（Olympus BX51、カリフォルニア州サンディエゴ）で分析した（図８-１１）。結果は、コントロール群（図８）に比較して処理群では肝臓においてより多くのインスリン産生細胞が見られることを示している（図９）。コントロール群の膵臓ではインスリン産生細胞塊が観察されたが（図１０）、処理群の膵臓ではより広い範囲でインスリン産生細胞が観察された（図１１）。従って、結果は、形質導入可能物質、His6-Ngn3-11R、His6-PDX1-11R、およびHis6-MafA-11Rでの処理によって肝臓および／または膵臓細胞がインスリン産生細胞に転換されたことを示している。
実施例３ T細胞の再プログラミングおよび形質導入可能物質Foxp3を用いるそれらのTreg細胞へのプログラム
ポリアルギニン・タンパク質形質導入ドメインを各再プログラミング・タンパク質Fox3のC末端にリンカー（SEQ ID NO:55）を介して融合させ、His6-Foxp3-11Rを作製した（図７）。His6（SEQ ID NO:59）はタンパク質精製を容易にするために含有させた。ポリアルギニン融合タンパク質を封入体としてE. coliで発現させ、その後可溶化、リフォールディング、および更なる精製を行って、形質導入可能物質、His6-Foxp3-11Rを得た。ウェスタンブロッティングによってタンパク質の同一性を確認した。
ポリアルギニン・タンパク質形質導入ドメインを各再プログラミング・タンパク質Fox3のC末端にリンカー（SEQ ID NO:55）を介して融合させ、His6-Foxp3-11Rを作製した（図７）。His6（SEQ ID NO:59）はタンパク質精製を容易にするために含有させた。ポリアルギニン融合タンパク質を封入体としてE. coliで発現させ、その後可溶化、リフォールディング、および更なる精製を行って、形質導入可能物質、His6-Foxp3-11Rを得た。ウェスタンブロッティングによってタンパク質の同一性を確認した。
100mlの健常ヒト血液をドナーから採取し、Histopaque-1077（Sigma-Aldrich、ミズーリ州セントルイス）を用い、密度勾配遠心分離によって末梢血単核細胞（PBMC）を単離した。磁気ビーズ分離（Miltenyi Biotec、カリフォルニア州オーバーン）によってCD14+単球を分離した。簡潔に記載すると、108個のPBMCを200μLの抗CD14マイクロビーズ（Miltenyi Biotec）と共に氷中で30分間インキュベートした。細胞を冷1X PBS（2% FCS含有）で洗浄し、300gで10分間遠心分離した後、1X PBS（2% FCS含有）に再懸濁した。細胞懸濁液を磁気カラムに適用し、1X PBS（2% FCS含有）で3回洗浄して未結合の細胞を溶出除去した。300gで10分間遠心分離し、PBMC/mono-を回収した。
PBMC/mono-を6ウェルプレート（Becton Dickinson、メリーランド州ゲイサーズバーグ）で、10% FBS、非必須アミノ酸、2mM グルタミン、1mM ピルビン酸ナトリウム、25mM HEPES、200ユニット/ml ペニシリン、およびストレプトマイシンを含有する培養液中、37℃、5% CO2でインキュベートした。1時間培養後、His6-Foxp3-11R（10μg/ml、20μg/ml、または50μg/ml）を細胞に添加した。別のウェルにBSA（100μg/ml）を添加してコントロールとした。2日間培養後、同じ濃度のHis6-Foxp3-11RまたはBSAを添加した。5日間培養後、細胞をPBSで2回洗浄した。細胞を100μLに再懸濁し、ウサギ抗ヒトCD25を添加した（90分間）。細胞を冷1X PBS（2% FBS含有）で3回洗浄した後、PEコンジュゲート・マウス抗ヒトCD4およびFITCコンジュゲート・ヤギ抗ウサギIgGを、氷中60分間、細胞に添加した。PEコンジュゲート・マウスIgGおよびウサギIgGを別の群の細胞と共にインキュベートし、アイソタイプ・コントロールとした。細胞をPBSで洗浄し、Beckman Coulter FC500血球計数器とCytomics CXPソフトウェア（Beckman Coulterカリフォルニア州フラートン）を用いてフローサイトメトリー分析を行った（図１２および１３）。結果から、形質導入可能物質、His6-Foxp3-11Rでの処理によってCD4+CD25+T細胞（Treg細胞）が劇的に増加し、増加はタンパク質用量依存的であることが明らかになった。
100mlの健常ヒト血液をドナーから採取し、Histopaque-1077（Sigma-Aldrich、ミズーリ州セントルイス）を用い、密度勾配遠心分離によって末梢血単核細胞（PBMC）を単離した。PBMC/mono-を6ウェルプレート（Becton Dickinson、メリーランド州ゲイサーズバーグ）で、10% FBS、非必須アミノ酸、2mM グルタミン、1mM ピルビン酸ナトリウム、25mM HEPES、200ユニット/ml ペニシリン、およびストレプトマイシンを含有する培養液中、37℃、5% CO2でインキュベートした。1時間培養後、Foxp3（10μg/ml、50μg/ml、または100μg/ml）を細胞に添加した。別のウェルにBSA（100μg/ml）を添加してコントロールとした。2日間培養後、同じ濃度のFoxp3またはBSAを添加した。5日間培養後、細胞をPBSで2回洗浄した。細胞を100μLに再懸濁し、ウサギ抗ヒトCD25を添加した（90分間）。細胞を冷1X PBS（2% FBS含有）で3回洗浄した後、PEコンジュゲート・マウス抗ヒトCD4およびFITCコンジュゲート・ヤギ抗ウサギIgGを、氷中60分間、細胞に添加した。PEコンジュゲート・マウスIgGおよびウサギIgGを別の群の細胞と共にインキュベートし、アイソタイプ・コントロールとした。細胞をPBSで洗浄し、Beckman Coulter FC500血球計数器とCytomics CXPソフトウェア（Beckman Coulterカリフォルニア州フラートン）を用いてフローサイトメトリー分析を行った（図１４-１７）。結果から、形質導入可能物質、His6-Foxp3-11Rでの処理によってCD4+CD25+T細胞（Treg細胞）が劇的に増加し、増加はタンパク質用量依存的であることが明らかになった。
実施例４．線維芽細胞の再プログラミング、および形質導入可能物質を用いてこれらを心筋細胞に再プログラミングさせる。
ポリアルギニンタンパク質形質導入ドメインを、各再プログラミングタンパク質（Gata4、Mef2c、およびTbx 5）のC末端にリンカー（SEQ ID NO: 55）を介して融合させて、それぞれHis6-Gata4-11R（SEQ ID NO: 74）、His6- Mef2c -11R（SEQ ID NO: 75）およびHis6- Tbx 5 -11R（SEQ ID NO: 76）を作製した（図7）。タンパク質精製を容易にするためにHis6（SEQ ID NO: 59）を含めた。これらのポリアルギニン融合タンパク質は、E. Coli で封入体の形で発現させ、次にこれを溶解し、再フォールディングさせ、更に精製して、形質導入可能物質であるHis6-Gata4-11R、His6-Mef2c -11RおよびHis6- Tbx 5 -11Rを調製した。タンパク質の同一性は、質量分析およびウエスタンブロット分析により確認した。
アルファミオシン重鎖（α-MHC）は、成熟心筋細胞においてのみ発現する。αMHCプロモーター駆動EGFP-IRES-ピューロマイシンを用いてトランスジェニックマウス（αMHC-GFP）を作製した。このマウスでは成熟心筋細胞のみがグリーン蛍光タンパク質（GFP）を発現する。
心臓線維芽細胞および尾端線維芽細胞をαMHC-GFPマウスから抽出し、8穴スライド上で培養した。タンパク質形質導入の間に、エピジェネティック剤であるバルプロ酸（VPA、1mM）またはスベロイルアニリドヒドロキサム酸（SAHA、1μM）とともに、またはなしで、His6-Gata4-11R、His6-Mef2c-11R、およびHis6-Tbx 5-11R（GMT）を16μg/mlで培地に加えた。24時間後、細胞を通常の培地に戻して更に24時間回復させた。合計で６回の形質導入サイクル（24時間のタンパク質処理、24時間の回復を6回反復）を実施した。
図18および19に示されるように、心臓線維芽細胞または尾端線維芽細胞をエピジェネティック剤の存在下または非存在下でこれらの３つのタンパク質の組み合わせで処理すると、GFP発現により示されるように、αMHCの発現を引き起こすことができた。尾端線維芽細胞の場合には、ある程度のバックグランドがあり、いくつかの細胞はαMHCを発現したが、タンパク質処理によりGFP+細胞の割合は著しく増加した。
Claims (39)
- エフェクタードメインを含有する形質導入可能物質であって、エフェクタードメインはポリペプチド、小分子、またはポリヌクレオチドであり、およびポリペプチドは、Nkx2.5、GATA4、Mef-2C、Isl1、Wt1、Tbx18、Tbx5、Ref-1、Baf60c、STAT3、STAT3-C、これらの相同配列、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択される、ことを特徴とする形質導入可能物質。
- 更に、Oct4、Klf4、Lin28、Nanog、cMyc、Ngn3、PDX1、MafA、NeuroD、Foxp3、これらの相同配列、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択されるタンパク質を含有する、請求項１に記載の形質導入可能物質。
- 相同配列とは、グループ中の少なくとも１つのメンバーと少なくとも70％のアミノ酸配列同一性を有する配列を意味する、請求項１に記載の形質導入可能物質。
- 相同配列は、グループ中の少なくとも１つのメンバーと実質的に同じ活性を有する、請求項３に記載の形質導入可能物質。
- 形質導入ドメインを更に含有する、請求項１に記載の形質導入可能物質。
- 形質導入ドメインは、エフェクタードメインに、共有結合、非共有結合、またはリンカーを介して結合している、請求項５に記載の形質導入可能物質。
- エフェクタードメインは本質的に形質導入可能である、請求項１に記載の形質導入可能物質。
- エフェクタードメインは、GATA4、Mef-2C、Tbx5、これらの相同配列、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択される、請求項１に記載の形質導入可能物質。
- エフェクタードメインは、SEQ ID NO: 68、SEQ ID NO: 69、SEQ ID NO: 70、これらの相同配列、およびこれらの組み合わせから成る群から選択されるアミノ酸配列を有する、請求項８に記載の形質導入可能物質。
- 形質導入ドメインは、タンパク質形質導入ドメイン、細胞侵入性ペプチド、細胞浸透性ペプチド、活性化可能細胞侵入性ペプチド、細胞標的化ペプチド、ポリマー、およびスーパーチャージタンパク質から成る群から選択される、請求項５に記載の形質導入可能物質。
- タンパク質形質導入ドメインは、TAT、ポリアルギニン、ペネトラチン、アンテナペディア、VP22、トランスポータン、MAP、MTS、PEP-1、Arg/Trp 類似体、RRWRRWWRRWWRRW、ポリグアニジン・ペプトイド、ポリグアニジン・ペプトイド、本質的タンパク質形質導入ドメイン、SEQ ID NO: 56、SEQ ID NO: 57、HIV-1 Rev、フロックハウスウィルス外殻ペプチド、DNA結合ペプチド、c-Fos、c-Jun、酵母GCN4、融合性HA2ペプチドおよびスーパーチャージGFPから成る群から選択される、請求項１０に記載の形質導入可能物質。
- 細胞標的化ペプチドは、NGR、RGD、SEQ ID NO: 45、SEQ ID NO: 46、SEQ ID NO: 47、SEQ ID NO: 48、SEQ ID NO: 49、SEQ ID NO: 50、SEQ ID NO: 51、SEQ ID NO: 52、SEQ ID NO: 53、SEQ ID NO: 54、およびSEQ ID NO: 58から成る群から選択されるアミノ酸配列を有するペプチドである、請求項１０に記載の形質導入可能物質。
- ポリマーは、カチオン性脂質ポリマーおよびナノ粒子から成る群から選択される、請求項１０に記載の形質導入可能物質。
- 形質導入可能物質は、１つもしくはそれ以上の特定の生体サンプルに選択的に形質導入される能力を有するか、または特定の生体サンプル周辺環境において形質導入可能となる能力を有する、請求項１に記載の形質導入可能物質。
- リンカーはSEQ ID NO:55のアミノ酸配列を有する、請求項６に記載の形質導入可能物質。
- タンパク質形質導入ドメインはポリアルギニンである、請求項１５に記載の形質導入可能物質。
- 形質導入可能物質は、SEQ ID NO: 71、SEQ ID NO: 72、SEQ ID NO: 73、これらの相同配列、およびそれらを任意に組み合わせたものから成る群から選択されるアミノ酸配列を有するポリペプチドを含有する、請求項１６に記載の形質導入可能物質。
- 更にエフェクタードメインまたは形質導入ドメインの機能を妨害しない１つまたはそれ以上のモチーフを含有する、請求項５に記載の形質導入可能物質。
- モチーフは、エフェクタードメインまたは形質導入ドメインに共有結合で連結されている、請求項１８に記載の形質導入可能物質。
- モチーフはSEQ ID NO:59のアミノ酸配列を有する、請求項１９に記載の形質導入可能物質。
- 形質導入可能物質は、SEQ ID NO: 74、SEQ ID NO: 75、SEQ ID NO: 76、これらの相同配列、およびこれらの組み合わせから成る群から選択されるアミノ酸配列を有するポリペプチドを含有する、請求項２０に記載の形質導入可能物質。
- 生体サンプルを再プログラミングする方法であって、
生体サンプルを少なくとも１つの請求項１に記載の形質導入可能物質に暴露することを含む、上記方法。 - 生物学的物質は、生物体由来の細胞、組織、または器官である、請求項２２に記載の方法。
- 生物体は、微生物、植物、または動物である、請求項２３に記載の方法。
- 生体サンプルは、増殖、分化、分化転換、逆分化、決定転換、脱分化、アポトーシス、または形態形成を引き起こすよう再プログラミングされる、請求項２２に記載の方法。
- 細胞が再プログラミングされて第１のタイプの細胞から第２のタイプの細胞に変化する、請求項２３に記載の方法。
- 第１のタイプの細胞は線維芽細胞であり、第２のタイプの細胞は心筋細胞、心臓幹細胞または心臓前駆細胞である、請求項２６に記載の方法。
- 第１のタイプの細胞は心臓線維芽細胞または皮膚線維芽細胞であり、第２のタイプの細胞は心筋細胞、心臓幹細胞または心臓前駆細胞である、請求項２７に記載の方法。
- 形質導入可能物質は、Nkx2.5、GATA4、Mef-2C、ISL1、Wt1、Tbx18、Tbx5、Ref-1、Baf60c、STAT3、STAT3-C、Nkx2.5-11R、GATA4-11R、Mef-2C-11R、Isl1-11R、Wt1-11R、Tbx18-11R、Tbx5-11R、Ref-1-11R、Baf60c-11R、STAT3-11R、STAT3-C-11R、His6-Nkx2.5-11R、His6-GATA4-11R、His6-Mef-2C-11R、His6-Isl1-11R、His6-Wt1-11R、His6-Tbx18-11R、His6-Tbx5-11R、His6-Ref-1-11R、His6-Baf60c-11R、His6-STAT3-11R、およびHis6-STAT3-C-11Rから成る群から選択されるポリペプチドを含有する、請求項２７に記載の方法。
- 請求項１に記載の形質導入可能物質を含有する医薬組成物。
- 更にエピジェネティック剤を含有する、請求項３０に記載の医薬組成物。
- エピジェネティック剤は、トリコスタチンA、バルプロ酸、アザ-2'-デオキシシチジン、またはスベロイルアニリドヒドロキサム酸を含有する、請求項３１に記載の医薬組成物。
- 生体サンプルおよび請求項１に記載の形質導入可能物質を含有する組成物であって、形質導入可能物質は生体サンプルに形質導入されている、上記組成物。
- 生物体において心臓血管疾病または症状を治療するための医薬品の製造における、請求項１に記載の形質導入可能物質の使用。
- 心臓血管疾病または症状は、心筋梗塞、虚血、心筋梗塞、梗塞後経過、心臓障害、アルコール性心筋症、冠状動脈疾病、先天性心臓疾病、心臓に影響する栄養性疾病、虚血性心筋症、高血圧性心筋症、弁膜性心筋症、炎症性心筋症、全身代謝性疾病に続発する心筋症、心筋形成異常、拡張型心筋症、肥大型心筋症、不整脈惹起性右心室心筋症、拘束型心筋症、およびノンコンパクション心筋症から成る群から選択される、請求項３４に記載の使用。
- 生物体の疾病または症状の治療法であって、
生物体から生体サンプルを取り出し、
生体サンプルを請求項１に記載の形質導入可能物質に暴露し；そして
形質導入可能物質で形質導入された生体サンプルを生物体に再移植する、
ことを含む、上記方法。 - 種々の疾病または症状の、細胞に基づく治療法を開発する方法であって、
iPSC、胚性幹細胞、または前駆細胞を請求項１に記載の形質導入可能物質の少なくとも１つに暴露することによって、iPSC、胚性幹細胞、または前駆細胞を移植可能な体細胞または移植可能な前駆細胞に再プログラミングし；
移植可能な体細胞または移植可能な前駆細胞を生体サンプルまたは生物体に移植し；そして
移植可能な体細胞または移植可能な前駆細胞の治療効果を評価する、
ことを含む、上記方法。 - 疾病モデルを開発する方法であって、
iPSC、胚性幹細胞、または前駆細胞を、移植可能な体細胞または移植可能な前駆細胞に再プログラミングするよう、請求項１に記載の形質導入可能物質の少なくとも１つに暴露し；
移植可能な体細胞または前駆細胞を生体サンプルまたは生物体に移植し；そして
移植可能な体細胞または前駆細胞を有する疾病モデルを開発する、
ことを含む、上記方法。 - 薬剤スクリーニングまたは毒性モデルを開発する方法であって、
体細胞、前駆細胞、または多能性細胞を、請求項１に記載の形質導入可能物質の少なくとも１つに曝露してiPSCに再プログラミングさせ；
iPSCを形質導入可能物質に曝露するかまたは曝露せずに、iPSCからiPSC由来細胞を生成し；そして
iPSCおよび/またはiPSC由来細胞を用いて、種々の化合物の効果および/または毒性をスクリーニングする、
ことを含む、上記方法。
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