JP2016523848A - 哺乳動物種における誘導組織再生のための組成物および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
cGMP − 現行医薬品適正製造基準
CNS − 中枢神経系
DMEM − ダルベッコ改変イーグル培地
DMSO − ジメチルスルホキシド
DPBS − ダルベッコリン酸緩衝生理食塩水
EC − 胎生期癌
EC細胞 − 胎生期癌細胞;hEC細胞は、ヒト胎生期癌細胞である。
ECM − 細胞外マトリックス
ED細胞 − 胚由来細胞;hED細胞は、ヒトED細胞である。
EDTA − エチレンジアミン四酢酸
EG細胞 − 胚性生殖細胞;hEG細胞は、ヒトEG細胞である。
ES細胞 − 胚性幹細胞;hES細胞は、ヒトES細胞である。
FACS − 蛍光活性化細胞選別
FBS − ウシ胎仔血清
GMP − 医薬品適正製造基準
hED細胞 − ヒト胚由来細胞
hEG細胞 − ヒト胚性生殖細胞は、胎児組織の始原生殖細胞から誘導される幹細胞である。
hiPS細胞 − ヒト人工多能性幹細胞は、SOX2、KLF4、OCT4、MYC、またはNANOG、LIN28、OCT4、およびSOX2などのhES特異的転写因子への曝露後に体細胞から得られるhES細胞と類似する特性を有する細胞である。
HSE − ヒト皮膚等価物は、細胞と、試験目的のため、または創傷修復の促進における治療適用のために製造された生物学的または合成マトリックスとの混合物である。
ICM − 哺乳動物胚盤胞段階の胚の内部細胞塊。
iPS細胞 − 人工多能性幹細胞は、SOX2、KLF4、OCT4、MYC、またはNANOG、LIN28、OCT4、およびSOX2などのES特異的転写因子への曝露後に体細胞から得られるhES細胞と類似する特性を有する細胞である。
iTR − 誘導組織再生
LOH − ヘテロ接合性の喪失
MEM − 最少必須培地
NT − 核移植
PBS − リン酸緩衝生理食塩水
PNS − 末梢神経系
PS線維芽細胞 − 瘢痕形成前線維芽細胞は、妊娠初期の皮膚から誘導されるか、またはED細胞が瘢痕形成なしに皮膚創傷の迅速な治癒を促進する点で出生前パターンの遺伝子発現を示すED細胞から誘導される線維芽細胞である。
RFU − 相対蛍光単位
SCNT − 体細胞核移植
SFM − 無血清培地
TR − 組織再生
用語「分析的再プログラミング技術」とは、体細胞の遺伝子発現パターンを、iPS、ES、ED、ECまたはEG細胞のものなどの、より多能性の高い状態のものに再プログラミングするための様々な方法を指し、再プログラミングは、複数の個別のステップで起こり、体細胞の卵母細胞への移植およびその卵母細胞の活性化に単に依るものではない(それぞれの開示が参照により本明細書に組み込まれる、2001年11月26日に出願された米国特許出願第60/332,510号;2002年11月26日に出願された同第10/304,020号;2003年11月26日に出願されたPCT出願PCT/US02/37899;2005年8月3日に出願された米国特許出願第60/705625号;2005年8月20日に出願された米国特許出願第60/729173号;2006年7月5日に出願された米国特許出願第60/818813号、2006年8月3日に出願されたPCT/US06/30632を参照されたい)。
本発明は、胚性期においてTRを授ける遺伝子発現パターンが失われた、ヒトなどの哺乳動物種における発生の胎児、新生児、幼児、または成体期において体細胞iTRを実施するのに有用な化合物、組成物、および方法を提供する。一態様において、本発明は、霊長類種、より特には、ヒト種を含む哺乳動物種においてTRを調節する遺伝子を同定する方法を提供し、ここで、前記遺伝子は、発生の胎児および成体段階と比較して発生の胚性段階で示差的に発現される、mRNAおよび非コードRNAまたは前記RNA中のスプライスバリアントをコードする遺伝子の発現を比較することにより同定される。より特には、前記方法は、胎児および成体細胞(胚から胎児発生への転移点の後)と比較して、発生の出生前段階、特に、発生の胚性期(胚から胎児発生への転移点の前)において複数の多様な体細胞型中で示差的に発現されるmRNAおよび非コードRNAをコードする遺伝子を同定する。ヒト種の場合、胚から胎児発生への転移は、出生前発生の約8週で起こり、マウスにおいては、それは約16日で起こり、ラット種においては、約17.5日で起こる。
本発明は、iTRモジュレータおよびその使用方法を提供する。本発明は、iTRモジュレータを同定するのに有用な組成物および方法をさらに提供する。いくつかの態様において、本発明は、前記iTRモジュレータの濃度を変化させる薬剤を、それを必要とする多細胞生物に投与することを含む、再生を増強する方法を提供する。
本発明は、発現が、COX7A1などの本明細書に記載のTR活性化因子遺伝子の1つにより駆動されるGFPなどのマーカーを含む(a)リポーター分子を用いてiTR因子を同定するための方法を提供する。本発明は、試験化合物がTR活性化因子遺伝子の発現に影響するかどうか、および/またはTR阻害遺伝子の発現を阻害するかどうかを決定することを含むスクリーニングアッセイを提供する。本発明はさらに、前記方法を実行するのに有用なリポーター分子および組成物を提供する。一般に、本発明の方法を用いて同定される化合物は、それぞれ、TR活性化因子または阻害因子の増加または減少をもたらす任意の機構によって作用することができる。
一般に、本発明のリポーター分子において有用な検出部分としては、検出可能な蛍光、化学発光、または生物発光シグナルを生成またはクエンチする光放出または光吸収化合物が挙げられる。いくつかの実施形態においては、TR活性化因子遺伝子の活性化またはTR阻害遺伝子の阻害は、液体媒体中への検出部分の放出を引き起こし、媒体(またはその試料)中に存在する放出された検出部分により生成またはクエンチされたシグナルが検出される。いくつかの実施形態においては、得られるシグナルは、検出部分の特性の変化を引き起こし、そのような変化は、例えば、光シグナルとして検出することができる。例えば、シグナルは、検出部分によって電磁放射(例えば、スペクトルの赤外部、可視部もしくはUV部内の波長を有する放射)の放出または吸収を変化させることができる。いくつかの実施形態においては、リポーター分子は蛍光または発光部分を含み、第2の分子は蛍光または発光部分をクエンチするクエンチャーとして働く。そのような変化を、当業界で公知の装置および方法を用いて検出することができる。
TR活性化因子およびTR阻害因子の遺伝子を、図1に列挙する。本発明の方法において有用なTR活性化因子およびTR阻害因子ポリペプチドを、様々な方法により取得することができる。いくつかの実施形態においては、ポリペプチドを、組換えDNA技術を用いて生成する。組換えタンパク質発現のための標準的な方法を用いることができる。TR活性化因子またはTR阻害因子遺伝子をコードする核酸を、例えば、該遺伝子を発現する細胞から(例えば、PCRもしくは他の増幅方法によるか、またはクローニングによる)、または化学的合成、もしくはcDNA配列ポリペプチド配列に基づくin vitroでの転写により容易に取得することができる。当業者であれば、遺伝子コードの縮重性のため、遺伝子は多くの異なる核酸配列によってコードされていてもよいことを知っているであろう。場合により、配列は、選択される宿主細胞中での発現のためにコドン最適化される。遺伝子を、細菌、真菌、動物、もしくは植物細胞または生物中で発現させることができる。遺伝子を、それを天然で発現する細胞から、またはタンパク質をコードする核酸が一過的もしくは安定に導入された細胞、例えば、遺伝子をコードする発現ベクターを含有する細胞から単離することができる。いくつかの実施形態においては、遺伝子は、培養物中の細胞により分泌され、培養培地から単離される。
様々な試験化合物を、iTR因子を同定するための本発明の方法において用いることができる。例えば、試験化合物は、低分子、ポリペプチド、ペプチド、核酸、オリゴヌクレオチド、脂質、炭水化物、抗体、またはハイブリッド分子であってもよい。化合物を、天然の供給源から取得するか、または合成的に生成することができる。化合物は、少なくとも部分的に純粋であってもよいか、または成分が少なくとも一部未知であるか、もしくは特徴付けられていない抽出物もしくは他の種類の混合物中に存在してもよい。抽出物またはその画分を、例えば、植物、動物、微生物、海洋生物、発酵培養液(例えば、土壌、細菌または真菌発酵培養液)などから生成することができる。いくつかの実施形態においては、化合物コレクション(「ライブラリー」)を用いる。ライブラリーは、例えば、100〜500,000の化合物、またはそれ以上を含んでもよい。化合物はマルチウェルプレート(例えば、384ウェルプレート、1596ウェルプレートなど)中に配置されることが多い。それらを溶媒(例えば、DMSO)中に溶解するか、または乾燥形態で、例えば、粉末もしくは固体として提供することができる。合成、半合成、および/または天然の化合物のコレクションを試験することができる。化合物ライブラリーは、構造的に関連する、構造的に異なる、または構造的に関連しない化合物を含んでもよい。化合物は、人工のもの(ヒトにより発明された構造を有し、自然には見出されない)または天然のものであってもよい。いくつかの実施形態においては、ライブラリーは、他の薬物探索プログラムにおいて「ヒット」もしくは「リード」として同定された少なくともいくつかの化合物および/またはその誘導体を含む。化合物ライブラリーは、天然の生成物および/または非指向的もしくは指向的合成有機化学を用いて作成された化合物を含んでもよい。化合物ライブラリーは、低分子ライブラリーであることが多い。対象となる他のライブラリーとしては、ペプチドまたはペプトイドライブラリー、cDNAライブラリー、抗体ライブラリー、およびオリゴヌクレオチドライブラリーが挙げられる。ライブラリーは、焦点を合わせたものであってもよい(例えば、同じコア構造を有する、同じ前駆体から誘導される、または少なくとも1つの共通の生化学的活性を有する化合物から主に構成される)。
上記の様々な本発明のスクリーニングアッセイは、試験化合物が活性なTR阻害因子のレベルを阻害するか、または活性なTR活性化因子のレベルを増加させるかどうかを決定することを含む。リポーター分子の発現のための好適な細胞は、上記の通りである。
医薬組成物
iTR因子は、様々な異なる使用を有する。そのような使用の非限定例は、本明細書で考察される。いくつかの実施形態においては、iTR因子は、臓器または組織の再生を増強するために用いられる。増強された再生にとって好適な臓器および組織の例としては、手足、指、軟骨、心臓、血管、骨、食道、胃、肝臓、胆嚢、膵臓、腸、直腸、肛門、内分泌腺(例えば、甲状腺、副甲状腺、副腎、膵臓の内分泌部)、皮膚、毛包、胸腺、脾臓、骨格筋、局所的に損傷した心筋、平滑筋、脳、脊髄、末梢神経、卵巣、卵管、子宮、膣、乳腺、精巣、精管、精嚢、前立腺、陰茎、咽頭、喉頭、気管、気管支、肺、腎臓、尿管、膀胱、尿道、眼(例えば、網膜、角膜)、または耳(例えば、コルチ器官)が挙げられる。いくつかの実施形態においては、iTR因子は、間質層、例えば、組織の柔組織を支持する結合組織の再生を増強するために用いられる。いくつかの実施形態においては、iTR因子は、手術、例えば、疾患を有するか、もしくは損傷した組織、臓器、または手足、指などの他の構造の少なくとも一部の除去を必要とする手術の後の再生を増強するために用いられる。例えば、そのような手術は、肝臓、肺、腎臓、胃、膵臓、腸、乳腺、卵巣、精巣、骨、手足、指、筋肉、皮膚などの少なくとも一部を除去するものであってもよい。いくつかの実施形態においては、手術は、腫瘍を除去するためのものである。いくつかの実施形態においては、iTR因子は、外傷、手術、疾患、および熱傷の後の皮膚の傷を残さない再生を促進するために用いられる。
本発明のある特定の実施形態は、図1中の1つもしくは複数の遺伝子または図1中の遺伝子によりコードされる1つもしくは複数の遺伝子産物を含むキットを提供する。一実施形態において、キットは、PCDHHB2、PCDHB17、Nbla10527、RAB3IP、DLX1、DRD11P、FOXD1、LOC728755、AFF3、F2RL2、MN1、CBCAQH03 5、LOC791120、SIX1、OXTR、およびWSB1から選択される遺伝子または1つもしくは複数の遺伝子によりコードされる遺伝子産物を含む。他の実施形態においては、キットは、COMT、TRIM4、CAT、PSMD、SHMT、LOC205251、ZNF280D、S100A6、MGMT、ZNF280D、DYNLT3、NAALADL1、COX7A1、TSPYL5、IAH1、C18orf56、RPS7、FDPS、ELOVL6、INSIG1、ACAT2、およびMAOAから選択される遺伝子または1つもしくは複数の遺伝子によりコードされる遺伝子産物を含む。さらに他の実施形態において、キットは、PCDHHB2、PCDHB17、Nbla10527、RAB3IP、DLX1、DRD11P、FOXD1、LOC728755、AFF3、F2RL2、MN1、CBCAQH03 5、LOC791120、SKI、OXTR、およびWSB1から選択される遺伝子または複数の遺伝子によりコードされる遺伝子産物を含む。さらなる実施形態において、キットは、COMT、TRIM4、CAT、PSMD、SHMT、LOC205251、ZNF280D、S100A6、MGMT、ZNF280D、DYNLT3、NAALADLl、COX7A1、TSPYL5、IAH1、C18orf56、RPS7、FDPS、ELOVL6、INSIG1、ACAT2、およびMAOAから選択される遺伝子または複数の遺伝子によりコードされる遺伝子産物を含む。
以下に記載の方法に加えて、傷を残さない再生能力に対応する遺伝子発現の胚性パターンを有する細胞の生成および使用において有用な方法を、「Novel Uses of Cells With Prenatal Patterns of Gene Expression」の表題の2006年4月11日に出願されたPCT出願PCT/US2006/013519;「Methods to Accelerate the Isolation of Novel Cell Strains from Pluripotent Stem Cells and Cells Obtained Thereby」の表題の2006年11月21日に出願された米国特許出願第11/604,047号;および「Methods to Accelerate the Isolation of Novel Cell Strains from Pluripotent Stem Cells and Cells Obtained Thereby」の表題の2009年7月16日に出願された米国特許出願第12/504,630号に見出すことができ、それぞれその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
HyStem−C(BioTime、Alameda、CA、USA)を、製造業者の説明書に従って再構成させる。簡単に述べると、HyStem成分(チオール改変ヒアルロナン、10mg)を、約20分かけて1.0mlの脱気した脱イオン水に溶解して、1%w/v溶液を調製する。Gelin−S成分(チオール改変ゼラチン、10mg)を、1mlの脱気した脱イオン水に溶解して、1%w/v溶液を調製し、PEGDA(PEGジアクリレート、10mg)を、0.5mlの脱気した脱イオン水に溶解して、2%w/v溶液を調製する。次いで、HyStem(1ml、1%w/v)を、使用直前にGelin−S(1ml、1%w/v)と混合する。ペレット化された細胞を、上記の最近調製されたHyStem:Gelin−s(1:1v/v)ミックス中に再懸濁する。架橋剤PEGDA、2.0×107細胞/mlの最終濃度の細胞懸濁液の添加の際に、細胞/マトリックス組合せを標的組織中に注入する。
例えば、限定されるものではないが、dsRNAを、フランキングするT7プロモーターを含むPCR生成鋳型を用いてin vitroでの転写反応(Promega)から調製し、フェノール抽出およびエタノール沈降により精製し、水中での再懸濁後にアニーリングする。無傷の実験動物に、手術の2時間後に1回目の注入から開始する誘導組織傷害後、3日連続で30nLのdsRNAを4回注入する。
hES、iPS、およびクローンEP細胞株中での遺伝子発現を、多様な胎児および成体由来体細胞型と比較することによるiTR遺伝子の同定
Illumina遺伝子発現マイクロアレイ分析を、14の多様な血液細胞型、3つ全ての胚葉に由来する115の多様な胎児および成体由来体細胞型、545の多様なクローンhES由来およびiPS由来EP細胞株、12のhES細胞株ならびに17のヒトiPS細胞株を含む、多様な成体および胚細胞型において実施した。胎児/成体由来細胞中の各プローブの平均RFU値を、クローンEP細胞株中での対応する平均と比較し、2セットのうちの1つにおける比較的均一により高い発現を示すプローブを同定した。図1、および図2〜15に示されるように、これらの遺伝子は、酸化的リン酸化(COX7A1)における公知の役割を有する因子、SIX1およびDLX1として、ならびに細胞内での他の多様な活性を有する転写因子である。100の値より下のRFU値は、バックグラウンドシグナル(すなわち、検出可能な発現がない)と考えられる。
トランスジェニックマウスにおけるiTR遺伝子の改変および成体動物におけるiTRに関するアッセイ。
遺伝子:CAT、COMT、COX7A1、DLX1、DRD1IP、LOC205251 NAALADL1、PCDHB2、PCDHB17、原発性神経芽腫cDNA、クローン:Nbla10527、RAB3IP、SIX1、TRIM4、およびZNF280Dの発現の胚性パターンを、個別に誘導するか、または切開された耳たぶおよび他の体細胞組織中での組織再生の増加に対するその効果を実証するために組み合わせて誘導する。
iTR遺伝子のモジュレーションによるヒト間質組織再生のin vitroアッセイ。
iTR誘導遺伝子を上方調節するか、またはiTR阻害遺伝子を下方調節する再生能力を、本明細書に記載のin vitro創傷修復アッセイを用いてアッセイすることができる。簡単に述べると、スクラッチテストを記載のように用いた(Nature Protocols 2、329〜333頁(2007) Liang CCら、「In vitro scratch assay:a convenient and inexpensive method for analysis of cell migration in vitro」)。このアッセイは、本明細書に記載の他の胎児および成体由来間質細胞と同等のレベルでCOX7A1を発現するヒト新生児包皮線維芽細胞(Xgene Corp、Sausalito CA)を用いた。線維芽細胞を、0.1%ゼラチンで予め被覆された6ウェルプレート中で培養された10%FBSを添加したDMEM培地を用いて集密となるまで増殖させた後、加湿されたインキュベータ中、5%O2および10%CO2と共に培養した。
− SMARTpool:ON−TARGETplus COX7A1 siRNA、5nmole(Dharmacon、カタログ番号L−013152−02−0005)
− ON−TARGETplus非標的化プール、5nmole(Dharmacon、カタログ番号D−001810−10−05)
− DharmaFECT1トランスフェクション試薬、0.75mL(Dharmacon、カタログ番号T−2001−02)
− 無血清、無抗生物質の基本培地
− 無抗生物質完全培地。
Claims (26)
- 対象に、COX7A1を阻害する1つまたは複数の薬剤と、COMT、TRIM4、CAT、PSMD、SHMT、LOC205251、ZNF280D、S100A6、MGMT、ZNF280D、DYNLT3、NAALADLl、TSPYL5、IAH1、C18orf56、RPS7、FDPS、ELOVL6、INSIG1、ACAT2、およびMAOAから選択される1つまたは複数の遺伝子または遺伝子産物を阻害する1つまたは複数の薬剤とを投与することを含む、対象において組織または臓器再生を増強する方法。
- 対象が哺乳動物である、請求項1に記載の方法。
- 哺乳動物がヒトである、請求項2に記載の方法。
- 組織が結合組織である、請求項1に記載の方法。
- 組織が皮膚である、請求項1に記載の方法。
- 1つまたは複数の薬剤が創傷の部位に投与される、請求項1に記載の方法。
- 対象に1つまたは複数の薬剤を投与することにより、投与部位でACTA2およびCOL1A1遺伝子の発現が阻害される、請求項1に記載の方法。
- 1つまたは複数の薬剤が核酸である、請求項1に記載の方法。
- 核酸がRNAである、請求項8に記載の方法。
- RNAが二本鎖RNAである、請求項9に記載の方法。
- RNAがsiRNAである、請求項9に記載の方法。
- 1つまたは複数の薬剤がタンパク質である、請求項1に記載の方法。
- タンパク質が抗体である、請求項12に記載の方法。
- COX7A1を阻害する1つまたは複数の薬剤と、場合により、COMT、TRIM4、CAT、PSMD、SHMT、LOC205251、ZNF280D、S100A6、MGMT、ZNF280D、DYNLT3、NAALADLl、TSPYL5、IAH1、C18orf56、RPS7、FDPS、ELOVL6、INSIG1、ACAT2、およびMAOAから選択される1つまたは複数の遺伝子を阻害する1つまたは複数の薬剤とを含むキット。
- COX7A1を阻害する1つまたは複数の薬剤が核酸である、請求項14に記載のキット。
- 核酸がRNAである、請求項15に記載のキット。
- RNAが二本鎖RNAである、請求項16に記載のキット。
- RNAがsiRNAである、請求項16に記載のキット。
- 1つまたは複数の薬剤がタンパク質である、請求項14に記載のキット。
- タンパク質が抗体である、請求項19に記載のキット。
- COMT、TRIM4、CAT、PSMD、SHMT、LOC205251、ZNF280D、S100A6、MGMT、ZNF280D、DYNLT3、NAALADLl、TSPYL5、IAH1、C18orf56、RPS7、FDPS、ELOVL6、INSIG1、ACAT2、およびMAOAから選択される1つまたは複数の遺伝子を阻害する1つまたは複数の薬剤が核酸である、請求項14に記載のキット。
- 核酸がRNAである、請求項21に記載のキット。
- RNAが二本鎖RNAである、請求項22に記載のキット。
- RNAがsiRNAである、請求項22に記載のキット。
- 1つまたは複数の薬剤がタンパク質である、請求項14に記載のキット。
- タンパク質が抗体である、請求項25に記載のキット。
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