JP2018514220A - プライム型多能性幹細胞のナイーブ型多能性幹細胞への復帰 - Google Patents

プライム型多能性幹細胞のナイーブ型多能性幹細胞への復帰 Download PDF

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Abstract

本開示は、単離されたナイーブ型多能性幹細胞ならびにそれを発生させ、培養する方法及び組成物を提供する。【選択図】図7

Description

優先権主張
本出願は、2015年5月5日に出願された、米国仮出願第62/157,411号、及び2015年11月16日に出願された、米国仮出願第62/255,990号に対する優先権を主張し、それらの全内容は参照により本明細書に組み込まれ、依拠する。
成人のあらゆる細胞型に分化する多能性幹細胞の能力は、多くの疾患及び障害の治療にこれらの細胞及び多能性幹細胞由来の細胞の使用に関して大きな期待を生み出した。未解決の問題の1つは、「ナイーブ」状態として知られるより未分化な状態でこれらの細胞を発生させ、培養する能力である。これらのナイーブ型多能性幹細胞は、ナイーブ状態がエピジェニックな抑制マーカーの除去及び多能性マーカーの上方調節に関連し、より少ない系譜及びエピジェニックな制限を有する細胞をもたらすため、少なくとも部分的に、再生医療における使用に最も適切であると考えられる。したがって、本開示は、ナイーブ状態にある多能性幹細胞を復帰及び維持するための新規方法ならびに細胞培養培地を提供する。
ナイーブ状態及びプライム状態の2つの異なる多能性幹細胞(PSC)の状態が、特定されている。これらの多能性状態は、分子特徴及び細胞特徴により区別することができる。ナイーブ型PSCは、とりわけ、活性なX染色体状態、より弛緩したクロマチン、及びLif/Stat3に応答した自己再生などの特性を呈する。一方、プライム型PSCは、とりわけ、不活性なX染色体、より凝縮したクロマチン、及びLif/Stat3に対する応答の欠如などの特性を呈する。ナイーブ型PSCは内部細胞塊由来の幹細胞に非常に似ており、一方、プライム型PSCは外胚葉由来の細胞に非常に似ていると考えられる。特に、胚性幹細胞(ESC)及び誘導多能性幹細胞(iPSC)を含むヒトPSCは、外胚葉幹細胞(EpiSC)と分子特性及び機能特性を共有する。細胞培養条件は、PSCに影響を及ぼし、PSC、特にヒトPSCに、よりプライム型のPSC状態に特有の特徴を呈させる。ナイーブ型及びプライム型の両方の細胞は、3つ全ての胚葉に分化できるが、ナイーブ型細胞は、プライム型細胞よりも効率的にインビボ発達に寄与する。
真の「ナイーブ」状態がヒトPSCに存在するかどうか、及びPSCを復帰させ、ナイーブ状態を維持するための好適な培養技術が開発されるかどうかは未だ究明されていない。最近の試みにもかかわらず、ナイーブ型PSCを誘導する方法及び培地は自己再生を維持できない、染色体の安定性を保存できない、かつ/または効率が悪いかのいずれかである。ナイーブ型PSCを誘導するための強固な既知組成系は未だ得られていない。かかる系は、これらの細胞の治療可能性の劇的な増加をもたらす可能性が高い。したがって、ナイーブ型PSCの誘導及び維持のための改善された方法及び培地の必要性が依然として存在する。
本開示は、薬剤の特定のカクテルが基本培地を補足し、プライム型多能性幹細胞をナイーブ型多能性幹細胞に復帰でき、部分的に、有効量のリゾホスファチジン酸受容体(LPAR)のアゴニストを含む培養培地中でプライム型多能性幹細胞を培養し、それにより、プライム型多能性幹細胞をナイーブ型多能性幹細胞に復帰させることを含む、ナイーブ型多能性幹細胞を誘導する方法を目的とする発見を前提とする。
他の態様では、本開示は、有効量のLPARのアゴニストを含む培養培地中でナイーブ型多能性幹細胞を培養することを含む、ナイーブ型多能性幹細胞をそのナイーブ状態に維持するための方法を提供する。
いくつかの態様では、本開示は、本明細書において開示され、記載される方法のいずれかにより調製された、単離されたナイーブ型多能性幹細胞を提供する。
いくつかの態様では、本開示は、LPARのアゴニストを含む、プライム型多能性幹細胞をナイーブ型多能性幹細胞に復帰させるための細胞培養培地を提供し、このプライム型多能性幹細胞は、インキュベーション中またはインキュベーション後にナイーブ型多能性幹細胞に復帰される。いくつかの態様では、本開示は、10nM〜約10μMのLPARのアゴニストを含む細胞培養培地を提供する。また他の態様では、本開示は、bFGFを含み、基本培地にアクチビンA及びTGF−βのうちの1つ以上をさらに含む、プライム型多能性幹細胞を培養するための細胞培養培地を提供する。
いくつかの態様では、本開示は、単離されたプライム型多能性幹細胞を提供し、この単離されたプライム型多能性幹細胞は、LPARのアゴニストを含む組成物の存在下でインキュベートされ、このプライム型多能性幹細胞は、インキュベーション中またはインキュベーション後に、ナイーブ型多能性幹細胞に復帰される。
いくつかの態様では、本開示は、有効量のLPARのアゴニスト中でこの単離されたナイーブ型多能性幹細胞を培養することを含む方法によって調製された、単離されたナイーブ型多能性幹細胞を提供し、このプライム型多能性幹細胞は、インキュベーション中またはインキュベーション後に、ナイーブ型多能性幹細胞に復帰される。別の態様では、本開示は、単離されたナイーブ型多能性幹細胞と、有効量のLPARのアゴニストとを含む組成物を提供する。
一実施形態では、培地は、有効量の骨形成タンパク質(BMP)、酸化防止剤、または脱メチル化酵素のうちの1つ以上をさらに含む。他の実施形態では、培地は、脱メチル化酵素、酸化防止剤、及びLPARのアゴニストを含む。また他の実施形態では、培地は、有効量の脱メチル化酵素及びLPARのアゴニストを含む。
一実施形態では、培地は、有効量のSTAT3活性化因子、例えば、白血病抑制因子(LIF)をさらに含む。
いくつかの実施形態では、LPARは、LPAR1、LPAR2、LPAR3、LPAR4、LPAR5、及びLPAR6からなる群から選択される。好ましい実施形態では、LPARはLPAR1である。いくつかの実施形態では、LPARのアゴニストはOMPTである。他の実施形態では、LPARのアゴニストは、約10nM〜約10μMの濃度で培地中に存在する。他の実施形態では、LPARのアゴニストは、5μM未満の濃度で培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、酸化防止剤は、n−アセチルシステインである。いくつかの実施形態では、脱メチル化酵素は、アスコルビン酸である。
いくつかの実施形態では、培養培地は、有効量のERK1/2阻害剤、GSK3β阻害剤、及びPKC阻害剤のうちの少なくとも1つをさらに含む。
いくつかの実施形態では、培養培地は、有効量のアクチビンA、トランスフォーミング成長因子β(TGF−β)、bFGF、またはこれらの任意の組み合わせをさらに含む。
いくつかの実施形態では、ナイーブ型多能性幹細胞は、胚性幹細胞、胚盤胞、誘導多能性幹細胞、及び体細胞からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、ナイーブ型多能性幹細胞は、ヒト細胞である。
いくつかの実施形態では、単離されたナイーブ型多能性幹細胞の少なくとも一部は、少なくとも1つの外因性リプログラミング因子、少なくとも1つの外因性RNA、またはこれらの両方を発現するように改変されている。
いくつかの実施形態では、少なくとも1つの外因性リプログラミング因子は、Oct4、Sox2、L−Myc、C−Myc、Klf4、またはLin28である。
いくつかの実施形態では、少なくとも1つのRNAは、p53またはLin28の発現を下方調節する。
いくつかの実施形態では、プライム型多能性幹細胞及び/またはナイーブ型多能性幹細胞は、低酸素状態にある。他の実施形態では、ナイーブ型多能性幹細胞またはプライム型多能性幹細胞は、ある一定期間の間、低酸素条件下で培養される。
いくつかの実施形態では、プライム型多能性幹細胞及び/またはナイーブ型多能性幹細胞は、フィブロネクチン層またはラミニン層上で培養される。
いくつかの実施形態では、プライム型多能性幹細胞は、10日未満でナイーブ型多能性幹細胞に復帰する。
いくつかの実施形態では、約10%超のプライム型多能性幹細胞がナイーブ型多能性幹細胞に復帰する。
いくつかの実施形態では、ナイーブ型多能性幹細胞は、XISTを発現した。
マウス外胚葉幹細胞(mEpiSCs)におけるX染色体不活性化状態に影響を及ぼす培養条件を示す。(A)3つの異なる培養条件下のXi−GFP mEpiSCの細胞形態(位相差、PC)及びGFP発現(GFP)を示す細胞像。Xi−GFP mEpiSCは、アクチビンA及びbFGF(ActA+FGF)を含有する培地中で維持され、GFP陰性(XaXi)である。Xi−GFP mEpiSCが、LIFと、MAPK及びGSK3b(LIF+2i)用の2つの化学阻害剤とを含有する培地、またはSNLフィーダー細胞(SNL−CM)で条件付けされた培地に移された後、Xi−GFP陰性mEpiSCのうちのいくつかは8日以内にGFP陽性(XaXa)になる。(B)パネルAの3つの異なる培地中のGFP陽性クラスターの数を示す棒グラフ。(C)(A)のGFP(x軸)及びCD31(y軸)発現を示すFACSドットプロット。GFPCD31細胞の%(右上)はプロットにおいて拡大される。(D)示される異なる培養条件下のGFP陽性クラスターの相対数を示す棒グラフ。条件付けされていない培地(非CM)中のGFPクラスターの数は1に設定される。「Jaki」はJakキナーゼ阻害剤を示し、「MEF−CM」はMEFフィーダー細胞で条件付けされた培地を示す。(E)ELISAで定量化されたMEF−CM及びSNL−CM中のLIFの濃度を示す棒グラフ。(D)においてLIF+2i、非CM+LIF、及びMEF−CM+LIFに使用された組換えLIFの濃度も定量化され、LIFとして示される。MEF−CM中のLIFは、ELISAにより検出不可能なレベルである。(F)示される培地条件下でのGFP(x軸)及びCD31(y軸)の発現を示すFACSドットプロット。**はp<0.01を示し、*はp<0.05を示す。エラーバーは、平均値の標準偏差である。
アクチビンA及びbFGFがLIF誘導Xi再活性化を抑制することを示す。(A)ELISAで定量化されたMEF−CM及びSNL−CM中のアクチビンAの濃度を示す棒グラフ。(B)示される異なる培養条件下のGFP陽性クラスターの相対数を示す棒グラフ。(C)及び(D)示される異なる培養条件下でのGFP(x軸)及びCD31(y軸)の発現を示すFACSドットプロット。(D)において、「ActR」は組換えアクチビンA受容体タンパク質複合体を示し、「対照」は対照タンパク質を示す。(E)Xi再活性化についてのアクチビンAシグナル伝達経路のスキーム。(F)及び(G)示される異なる培養条件下でのGFP(x軸)及びCD31(y軸)の発現を示すFACSドットプロット。(F)において、「SB」は、Smad2/3活性化の化学阻害剤であるSB431542を示す。*はp<0.05を示す。エラーバーは、平均値の標準偏差である。
アスコルビン酸及びLPAがXi再活性化を増強することを示す。(A)図1及び2に使用された異なる培養培地における構成成分を示す表。「AA」はアスコルビン酸を示し、「脂質」はノックアウト血清置換における脂質混合物を示す。(B)示される異なる培養条件下でのGFP(x軸)及びCD31(y軸)の発現を示すFACSドットプロット。(C)示される各培養条件下のGFPCD31細胞の%での倍率変化を示す棒グラフ。LIF条件下のGFPCD31細胞の割合は1に設定される。(D)示される異なる培養条件下でのGFP(x軸)及びCD31(y軸)の発現を示すFACSドットプロット。「Ki」は、LPAR1及びLPAR3の競合阻害剤であるKi16425を示す。(E)示される各培養条件下のGFPCD31細胞の%での倍率変化を示す棒グラフ。Ki16425なしのLIFまたはLIF+LPA条件下のGFPCD31細胞の割合は1に設定される。**はp<0.01を示し、*はp<0.05を示す。エラーバーは、平均値の標準偏差である。
LIF、BMP4、アスコルビン酸、及びOMPT(LBAO)の組み合わせが効率的にXiを再活性化し、プライム型多能性幹細胞をナイーブ型多能性幹細胞に転換することを示す。(A)LIF、BMP4、アスコルビン酸、及びOMPT(LBAO)を含有する培地におけるGFP(x軸)及びCD31(y軸)の発現を示すFACSドットプロット。(B)細胞をLIF+2i培地に移すことにより、(A)に示される培地から選択されたGFPCD31細胞を示すFACSドットプロット。未染色(左)及び染色した試料(右)を示す。(C)GFPCD31細胞におけるAtrx及びTsixについてのRNA FISH。両遺伝子について2つの新生核内フォーカスを呈する細胞の%が挿入される。DNAはDAPIで染色される。(D)mESCs E14、GFP+CD31+細胞及び親Xi−GFP mEpiSCにおける、Gapdhに対する多能性及び分化マーカーの発現レベルを示す棒グラフ。分析された遺伝子は図の上に示される。y軸は対数スケールでの遺伝子の発現レベルを示す。(E)マウスの発達に対する、注入されたGFPCD31細胞の寄与を示す胚の画像。GFP陽性胚(下)は、GFPCD31細胞がマウスの発達に寄与できることを示す。上の胚はGFP陰性であるため、陰性対照として機能する。(F)GFPCD31細胞または親Xi−GFP mEpiSCの胚盤胞注入により得られた高度にキメラのマウスの%を示す棒グラフ。10匹のマウスを得、GFPCD31細胞の胚盤胞注入後に分析し、一方で、30匹のマウスを得、親Xi−GFP mEpiSCについて分析した。Xi−GFP mEpiSC注入によってキメラは得られなかった。(G)GFPCD31細胞を注入した胚盤胞の生殖系列伝達を示すF1新生仔の写真。薄い毛色の仔は生殖系列伝達を示す。
LBAOがナイーブ型多能性に向かって転写因子を編成することを示す。(A)LIF、BMP4、アスコルビン酸、及びOMPT(LBAO)を含有する培地における転換の経時変化中の転写因子Klf2、Klf4、Prdm14及びNanogの発現レベルを示す線グラフ。示される発現レベルは、親Xi−GFP mEpiSC(一番左のレーン:EpiSC)または経時変化の示される時間点(2日目〜6日目)のGapdhの発現レベルに対するものである。(B)転換の経時変化中(2日目〜7日目)のGFPCD31(二重)、GFP(GFP単一)、及びCD31細胞(CD31単一)の%を示す線グラフ。(C)示される培地(グラフの下)におけるある1日のKlf2、Klf4、及びNanogの相対発現レベルを示す棒グラフ。アクチビンA及びbFGF(ActA+FGF)を含有する培地中の発現レベルは1に設定される。「基本」はActA+FGF及びLBAOと同じ基本培地を示すが、いずれの追加の構成成分を添加していないものである。(D)グラフの下に示される培地中で培養された、GFP細胞及び転写因子Klf2(青)、Klf4、Prdm14、及びNanogの発現レベルの%での倍率変化を示す棒グラフ。LBAO培地におけるGFP細胞及び転写因子の発現レベルの%は1に設定される。(E)目的の遺伝子のノックダウン6日後、LBAO培地中で培養されたGFP細胞の%での倍率変化を示す棒グラフ。MOCKベクター導入後のGFP細胞の%は1に設定される。目的の遺伝子のそれぞれを標的とし、Xi−GFP mEpiSCに導入されたshRNAベクターは、棒グラフの下に示される。(F)LBAO培地中で、6日間(F)で試験されたshRNA発現細胞(ヒートマップの上)において分析された遺伝子(ヒートマップの左)の相対発現レベルを示すヒートマップ。GFP shRNA発現細胞における発現レベルは1に設定される。発現レベルインジケータはヒートマップの右側に示される。**はp<0.01を示し、*はp<0.05を示す。エラーバーは、平均値の標準偏差である。
プライム型ヒト誘導多能性幹細胞(hiPSC)がLPA含有培地においてナイーブ型PSCに特有の細胞に転換されることを示す。(A)プライム培地及びLPA含有培地(復帰培地)におけるhiPSCのコロニー形態の比較。(b)復帰培地中で成長したヒトiPSCは、NANOG(左上のパネル)及びDNA(右上のパネル)に対して抗体で染色された。陰性対照は下のパネルに示される。
脂質含有培地中で培養されたとき、非組み込みエピソームベクターでリプログラミングされたプライム型ヒト誘導多能性幹細胞(hiPSC)がナイーブ型PSCに特有の細胞に転換されることを示す。パネルは、脂質不含の対照培地と比較したときの、OMPTまたはOMPT+LPA含有培地における組み込みなしのhiPSCのコロニー形成の代表的な画像を示す。脂質含有培地中での培養は、hiPSCを、ナイーブ型PSCに特有の細胞に転換する。
様々な条件のLPA及びOMPT中で培養されたプライム型PSCの細胞形態を示す。細胞毒性は、10nMまで低い濃度のLPAで観察されたが、高濃度のOMPT(100nM及び500nM)では、毒性はほとんどまたは全く観察されなかった。
ヒトナイーブ型多能性幹細胞対プライム型多能性幹細胞におけるナイーブ型多能性幹細胞マーカー発現を示す。ナイーブ型細胞は、プライム型細胞と比較して、高レベルのNANOG、KLF17、TFCP2L1、及びKLF4を発現した(プライム型細胞に関してのNANOG及びKLF17データは示さない)。
本開示は記載される特定の実施形態に限定されず、したがって、言うまでもなく、変動し得ることを理解されたい。本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を記載する目的のためであり、本開示の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるため、制限することが意図されないことも理解されたい。
本開示の発明を実施するための形態は、単に読者の便宜のために様々な節に分けられ、任意の節に見出される開示は別の節において見出される開示と組み合わされ得る。別途定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと類似または同等の任意の方法及び材料が本発明の実践または試験においても使用され得るが、好ましい方法及び材料をここに記載する。本明細書で言及される全ての刊行物は、刊行物が関連して言及される方法及び/または材料を開示及び記載するために、参照により組み込まれる。
全ての数値指定、例えば、範囲を含む、pH、温度、時間、濃度、及び分子量は、適切な場合、0.1または1.0ずつ(+)または(−)変動される近似である。常に明確に記述されるわけではないが、全ての数値指定は用語「約」が先行することを理解されたい。常に明確に記述されるわけではないが、本明細書に記載される試薬は単に例示であり、かかるものの等価物が当該技術分野で既知であることも理解されたい。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「a」、[an」、及び「the」は、別途文脈に明確に示されない限り、複数形を含むことに留意されたい。したがって、例えば、「多能性幹細胞(a pluripotent stem cell)」への言及は、複数の多能性幹細胞を含む。
I.定義
本明細書で使用されるとき、以下の用語は以下の意味を有する。
「約」という用語は、数値指定、例えば、範囲を含む、温度、時間、量、濃度などの前に使用されるとき、(+)または(−)10%、5%、または1%変動し得る近似を示す。
また、本明細書で使用されるとき、「及び/または」は、関連する列記される項目のうちの1つ以上の任意の及び全ての可能な組み合わせを指し、かつ包含し、ならびに代替え(「または」)で解釈されるとき、組み合わせを欠く。
本明細書で使用されるとき、「アゴニスト」という用語は、薬剤を指し、その存在は、受容体についての天然に生じるリガンドの存在に起因する活性と同じである受容体の活性をもたらす。リゾホスファチジン酸受容体(LPAR)のアゴニストは、LPARに結合し、その受容体に特有の生理学的または薬理学的応答を開始できる。
「含むこと(Comprising)」または「含む(comprises)」は、組成物、例えば、細胞培養培地及び方法が列挙される要素を含むが、他を除外しないことを意味することが意図される。組成物及び方法を定義するために使用されるとき、「本質的にからなる」は、記述される目的のための組み合わせに対する任意の本質的な意義をもつ他の要素を除外することを意味するものとする。したがって、本質的に本明細書に定義される要素からなる組成物は、主張する発明の基本的及び新規特徴(複数可)に実質的に影響を及ぼさない他の材料またはステップを除外しない。「からなる」は、微量元素を超える他の成分及び実質的な方法ステップを除外することを意味するものとする。これらの接続句(transition term)のそれぞれにより定義される実施形態は、本発明の範囲内である。
「幹細胞」という用語は、未分化のまたは部分的に分化された状態にあり、自己再生及び分化した子孫を発生させる能力を有する細胞を指す。自己再生は、幹細胞の能力が、増殖し、かかる幹細胞をより多く生じさせる一方で、その発達可能性(すなわち、全能性、多能性、複能性等)を維持することと定義される。「体性幹細胞」という用語は、本明細書において、胎性、若年性、及び成人組織を含む、非胚性組織由来の任意の幹細胞を指すように使用される。体性幹細胞は、血液、骨髄、脳、嗅上皮、皮膚、膵臓、骨格筋、及び心筋を含む、多種多様な成人組織から単離されている。例示的な天然に生じる体性幹細胞としては、間葉系幹細胞及び造血系幹細胞が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、幹細胞または前駆細胞は、胚性幹細胞であってもよい。本明細書で使用されるとき、「胚性幹細胞」は、受精後であるが、妊娠の最終時点前に形成された組織由来の幹細胞を指し、前胚性組織(例えば、胚盤胞など)、胚性組織、または妊娠中のいずれかの時点、必ずではないが、典型的には、およそ妊娠10〜12週前に取られた胎性組織を含む。最も頻繁には、胚性幹細胞は、初期の胚または胚盤胞由来の全能性細胞である。胚性幹細胞は、限定されないが、ヒト組織を含む好適な組織から、または確立された胚性細胞系から直接得られ得る。
「全能性」という用語は、身体におけるあらゆる組織または細胞型、ならびに胎盤などの胚外組織を生じさせることができる幹細胞を指す。「多能性」幹細胞は、身体におけるあらゆる細胞型を生じさせることができる。より小さいまたは限られた数の異なる細胞型を生じさせることができる幹細胞は、一般に、「複能性」と称される。したがって、全能性細胞は、全てではないが、大半の胎児発達に必要な組織を生じさせることができる多能性細胞に分化する。多能性細胞は、特定の機能を有する細胞を生じさせることに深く関与する複能性細胞へのさらなる分化を経る。例えば、複能性造血系幹細胞は、血液中に、赤血球、白血球、及び血小板を生じさせる。
本明細書で使用されるとき、「多能性」という用語は、異なる条件下で、3つ全ての生殖細胞層(すなわち、内胚葉(例えば、内臓組織)、中胚葉(例えば、血液、筋肉、及び血管)、及び外胚葉(例えば、皮膚及び神経)に特有の細胞型に分化する能力を有する細胞を指す。多能性細胞は、主に、例えば、ヌードマウス奇形腫形成アッセイを使用して、3つ全ての胚葉に分化するそれらの能力を特徴とする。多能性は、胚性幹細胞(ESC)マーカーの発現によっても証明されるが、多能性の好ましい試験は、例えば、インビトロ分化アッセイにより3つの胚葉のそれぞれの細胞に分化する能力の実証である。多能性の2つの相、つまり、ナイーブ状態及びプライム状態が存在し得る。
本明細書で使用されるとき、多能性幹細胞に関して「ナイーブ状態」という用語は、典型的には、とりわけ、高レベルの多能性因子Oct4、Nanog、Sox2、Klf2、及びKlf4を発現する、Lif/Stat3または2i(ERKi/GSKi)のいずれかに応答して自己再生する、Fgf/Erkに応答して分化する、XaXa X染色体状態を呈する、の特徴により特定される細胞を指す。Nichols et al.,(2009)Cell Stem Cell 4(6):487−492。ナイーブ型細胞は、プライム型細胞よりも効率的にインビボ発達に寄与し、したがって、再生医療により適切な細胞型であると考えられることが提案される。ナイーブ状態は、時折、基底状態と称される。幹細胞に関して、「ナイーブ様」という用語は、ナイーブ状態の特徴のうちの少なくとも1つを発現する細胞を指す。場合によっては、ナイーブ様幹細胞は、ナイーブ幹細胞によって発現されるよりも低い程度で、ナイーブ状態の少なくとも1つの特徴を発現する。
本明細書で使用されるとき、多能性幹細胞に関して「プライム状態」という用語は、典型的には、とりわけ、高レベルの多能性因子Oct4、Sox2、及びNanogを発現する、Lif/Stat3に応答しない、Fgf/Erkに応答して自己再生する、XaXi X染色体活性化状態を呈する、の特徴により特定される細胞を指す。Nichols et al.,(2009)Cell Stem Cell 4(6):487−492。
本明細書で使用されるとき、細胞に関して「単離された」という用語は、少なくとも部分的に、細胞が天然に生じる環境とは異なる環境にある細胞を指し、例えば、細胞が多細胞生物において天然に生じ、細胞が多細胞生物から取り除かれる場合、細胞は単離される。例えば、単離された細胞は、異なる表現型または遺伝子型の組織または細胞から分離される細胞である。当業者には明らかであるように、天然に生じないポリヌクレオチド、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質は、その天然に生じる対応物からそれらを区別するための「単離」を必要としない。
「誘導多能性幹細胞」という用語は、その一般的な意味を有するものとし、多能性の少なくとも1つの特徴を呈するようにリプログラミングされた分化した哺乳類体細胞(例えば、皮膚などの成人体細胞)も指すものとする。誘導多能性幹細胞(iPSC)は、レトロウイルス、レンチウイルス、エピソーム、小分子、または改変されたRNAなど、当該技術分野で既知の任意の方法を使用して誘導され得る。例えば、Takahashi et al.(2007)Cell 131(5):861−872、Kim et al.(2011)Proc.Natl.Acad.Sci.108(19):7838−7843,Sell,S.Stem Cells Handbook.New York:Springer,2013.Print.Warren et al.(2010)Cell Stem Cell 7(5):618−630を参照されたい。
本明細書で使用されるとき、「培養培地(culture media)」及び「培養培地(culture medium)」という用語は、互換的に使用され、細胞(例えば、幹細胞)の成長を支持するために使用される固体または液体の物質を指す。好ましくは、本明細書で使用される培養培地は、幹細胞を未分化状態に維持することができる液体物質を指す。培養培地は、塩、栄養素、ミネラル、ビタミン、アミノ酸、核酸、タンパク質、例えばサイトカインなど、成長因子、及びホルモンなどの成分の組み合わせを含む水系培地であってもよく、これらの全ては細胞増殖に必要であり、幹細胞を未分化状態に維持することができる。例えば、培養培地は、例えば、本明細書でさらに記載されるように、必要な添加物で補足されたDMEM/F12、GlutaMAX(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、Neurobasal培地(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、KO−DMEM(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、DMEM/F12(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)などの合成基本培地であってもよい。いくつかの実施形態では、培養培地は、幹細胞と使用するために特別に配合された培養培地、例えば、mTeSR(Stem Cell Technologies,Vancouver,BC,Canada)またはStemFit(Ajinomoto Co.,Tokyo,JP)であってもよい。いくつかの実施形態では、細胞培養培地は、培養培地の混合物であってもよい。好ましくは、本開示の培養培地に含まれる全ての成分は、実質的に純粋であり、組織培養グレードである。
本明細書で使用されるとき、「基本培地(basal media)」及び「基本培地(basal medium)」は、互換的に使用され、添加物を含まない培養培地を指す。基本培地は、異なる基本培地の混合物を含み得る。
本明細書で使用されるとき、「その等価物」という用語は、同一もしくは類似の機能及び/または同一もしくは類似の成分を有する薬剤を指す。その等価物は、当業者により代替えの薬剤として使用される場合がある。例えば、Neurobasal培地のその等価物は、NeuralQ培地(Sigma−Aldrich,St.Louis,MO,USA)であり得る。その等価物はまた、市販の培地の手製版であってもよい。例えば、DMEM−F12−Glutamaxの等価物は、2.5mM L−グルタミン(またはGlutamax)、15mM HEPES、0.5mMピルビン酸ナトリウム、及び1200mg/Lの炭酸水素ナトリウムを混合することにより作製され得る。
「有効量」は、有益なまたは所望の結果をもたらすのに十分な薬剤または化合物(例えば、BMP4、LPARのアゴニストである外因性RNA)の量である。有効量は、1回以上の投与、適用、または投薬量であり得る。これらのパラメータの決定は十分に当該技術分野の範囲内である。これらの検討事項ならびに効果的な配合及び投与手順は当該技術分野で周知であり、標準的な教本に記載されている。
II.細胞
本発明は、薬剤の特定のカクテルが基本培地を補足し、プライム型多能性幹細胞をナイーブ型多能性幹細胞(PSC)に復帰できるという発見に基づく。
本発明のPSCは、例えば、胚性幹細胞(ESC)、胚性生殖細胞(EGC)、胚盤胞、誘導多能性幹細胞(iPSC)、または体細胞を含む、あらゆる多能性幹細胞を含む。いくつかの実施形態では、ナイーブ型多能性幹細胞は、ESC、EGC、胚盤胞、iPSC、または体細胞からなる群から選択される。他の実施形態では、プライム型多能性幹細胞は、ESC、EGC、胚盤胞、iPSC、または体細胞からなる群から選択される。
本発明のPSCは、哺乳動物、好ましくはヒトに由来し得るが、非ヒト霊長類、ネズミ(すなわち、マウス及びラット)、イヌ、ネコ、ウマ、ウシ、ヒツジ、ブタ、ヤギ等を含み、またこれらに限定されない。いくつかの実施形態では、PSCはヒトPSCである。
ESCは当該技術分野で既知の任意の方法によって得ることができる。例えば、ESCは、胚盤胞段階または外胚葉段階の胚から単離され得る。ESCは、マウス(Mills et al.(2001)Trends Genet.17:331−339)、ラット(Iannaccone et al.(1994)Dev.Biol.163:288−292)、非ヒト霊長類(Thomson et al.(1995)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92:7844−7848)、及びヒト(Thomson et al.,(1998)Science 282(5391):1145−1147)を含むが、これらに限定されない、多くの種から得られている。ヒトESC(hESC)は、典型的には、ヒトインビトロ受精(IVF)胚の残り、または廃棄されたものから得られるが、任意の利用可能な源から、及び当該技術分野で既知の任意の方法により得ることができる。例えば、いくつかの方法は、IVFプロセス中に胚から単一細胞を取り出すことを伴う。Chung et al.(2008)Cell Stem Cell 2(2):113−117。本方法は、胚を同時に破壊することなく、hESC系の発生を可能にする。多くの市販のhESCが利用可能であり、本開示の実施形態に従って使用され得ることも理解されたい。市販の胚性幹細胞系の非限定的な例は、BG01、BG02、BG03、BG04、CY12、CY30、CY92、CY10、TE03、TE32、CHB−4、CHB−5、CHB−6、CHB−8、CHB−9、CHB−10、CHB−11、CHB−12、HUES 1、HUES 2、HUES 3、HUES 4、HUES 5、HUES 6、HUES 7、HUES 8、HUES 9、HUES 10、HUES 11、HUES 12、HUES 13、HUES 14、HUES 15、HUES 16、HUES 17、HUES 18、HUES 19、HUES 20、HUES 21、HUES 22、HUES 23、HUES 24、HUES 25、HUES 26、HUES 27、HUES 28、CyT49、RUES3、WA01、UCSF4、NYUES1、NYUES2、NYUES3、NYUES4、NYUES5、NYUES6、NYUES7、UCLA 1、UCLA 2、UCLA 3、WA077(H7)、WA09(H9)、WA13(H13)、WA14(H14)、WA15、HUES 62、HUES 63、HUES 64、CT1、CT2、CT3、CT4、MA135、Eneavour−2、WIBR1、WIBR2、WIBR3、WIBR4、WIBR5、WIBR6、HUES 45、Shef 3、Shef 6、BJNhem19、BJNhem20、SA001、SA001、UCLA 10、UCLA 17、UCLA 18、HS346、HS420、NYUES12、KCL023、KCL031、UM63−1、UM77−2、CSC14、HUES 74、及びUM25−2である。
胚性生殖細胞(EGC)は、特別な条件下で、ESCと類似する特性を取得する生殖細胞(生殖子)に由来する。ESCと同様、EGCはインビトロで多能性であるが、EGCはインビボで多能性であることがまだ示されていない。EGCは、当該技術分野で周知の技法を使用して、胎児から得られる原始的な生殖細胞から調製される。Shamblott et al.(1998)Proc.Natl.Acad.Sci USA 95:13726−13731。
誘導多能性幹細胞(iPSC)は、Oct4、Sox2、c−Myc、Klf4などの因子の発現を促進するために、遺伝的操作(例えば、レトロウイルス、アデノウイルス、エピソーム)、タンパク質、改変されたRNA、または化学的操作のいずれかにより、多くの型の体細胞(例えば、線維芽細胞、肝細胞、上皮細胞)から発生され得る(Yamanaka et al.(2006)Cell 126(4):663−676、Yamanaka et al.(2007)Cell Stem Cell 1(1):39−49、Takahashi et al.(2007)Cell 131:861−872)。
本開示を読めば当業者には明らかであるように、本開示は、単離されたナイーブ型PSC(例えば、ESC、iPSCなど)を提供する。ナイーブ型PSCは、とりわけ、高レベルの多能性因子Oct4、Nanog、Sox2、Klf2、及びKlf4を発現する、Lif/Stat3または2i(ERKi/GSKi)のいずれかに応答して自己再生する、Fgf/Erkに応答して分化する、XaXa X染色体活性化状態を呈する、の特徴のうちの少なくともいくつかを有すると特定され得る。Nichols et al.,(2009)Cell Stem Cell 4(6):487−492、Weinberger et al.,(2016)Nature Reviews 17:155−168。いくつかの実施形態では、ナイーブ型PSCに典型的な少なくとも1つの特徴が明示的に除外される。
本開示を読めば当業者には明らかであるように、本開示は、単離されたプライム型PSC(例えば、ESC、iPSCなど)を提供する。プライム型PSCは、とりわけ、高レベルの多能性因子Oct4、Sox2、及びNanogを発現する、Lif/Stat3に応答しない、Fgf/Erkに応答して自己再生する、XaXi X染色体活性化状態を呈する、の特徴のうちの少なくともいくつかを有すると特定され得る。Nichols et al.,(2009)Cell Stem Cell 4(6):487−492、Weinberger et al.,(2016)Nature Reviews 17:155−168。いくつかの実施形態では、プライム型PSCに典型的な少なくとも1つの特徴が明示的に除外される。
いくつかの実施形態では、本開示のPSCは遺伝的に改変される。好ましい実施形態では、PSCは、MEK、GSK3、PKC、またはこれらの任意の組み合わせを阻害するように改変されていない。
いくつかの実施形態では、本開示のナイーブ型及び/またはプライム型PSCは、少なくとも1つの外因性リプログラミング因子、少なくとも1つの外因性RNA、またはこれらの両方を発現する。外因性リプログラミング因子は、当業者に既知の任意のリプログラミング因子であり得る。リプログラミング因子の非限定的な例としては、Oct4、Sox2、L−Myc、C−Myc、Nanog、Klf4、及びLin28が挙げられる。いくつかの実施形態では、リプログラミング因子は、ベクター、例えば、エピソームベクター、レトロウイルスベクター、レンチウイルスベクター、またはセンダイウイルスベクターにより発現される。いくつかの実施形態では、外因性RNAは、例えば、低分子干渉RNA(siRNA)、マイクロRNA(miRNA)、低分子ヘアピン型RNA(shRNA)、及び改変されたRNA(mRNA)であってもよい。外因性RNAは、当業者に既知の任意の標的に結合し得る。標的の非限定的な例としては、p53、Lin28、Klf2、Prdm14、及びNanogが挙げられる。いくつかの実施形態では、外因性RNAは、p53またはLin28の発現を下方調節する。好ましい一実施形態では、ナイーブ型及び/またはプライム型細胞は、少なくとも1つの外因性リプログラミング因子を発現するように改変されていない。
本開示のプライム型及びナイーブ型PSCは、以下に詳細に記載される、培地及び条件の任意の組み合わせで、または方法のいずれかにより培養され得る。
III.細胞培養培地及び培養条件
復帰培地
本開示を読めば当業者には明らかであるように、本開示は、プライム型多能性幹細胞をナイーブ型多能性幹細胞に復帰させ、かつ/またはPSCをナイーブ状態に維持するための細胞培養培地を提供する。本明細書で使用されるとき、プライム型PSCをナイーブ型PSCに復帰させ、かつ/またはPSCをナイーブ状態に維持するための細胞培養培地は、「復帰培地」と称され得る。
いくつかの実施形態では、復帰培地は基本培地を含む。基本培地は、当業者に既知の任意の基本培地であり得る。基本培地は、異なる基本培地の混合物であり得る。基本培地は、商業源から購入されてもよい。いくつかの実施形態では、復帰培地の基本培地は、DMEM/F12−Glutamax、Neurobasal培地、N2補足物(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、B27補足物(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、BSA Fraction V(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、及びGlutamax(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)のうちの少なくとも1つ、またはこれらの等価物を含む。いくつかの実施形態では、復帰培地の基本培地は、DMEM/F12−Glutamax、Neurobasal培地、N2補足物(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、B27補足物(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、BSA Fraction V(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、及びGlutamax(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、mTeSR(Stem Cell Technologies,Vancouver,BC,Canada)もしくはStemFit(Ajinomoto Co.,Tokyo,JP)のそれぞれ、またはこれらの等価物を含む。
いくつかの実施形態では、DMEM/F12−Glutamaxまたはその等価物は、復帰培地の体積の約25%〜約75%で復帰培地中に存在する。好ましい実施形態では、DMEM/F12−Glutamaxまたはその等価物は、復帰培地の体積の約50%で復帰培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、Neurobasal培地またはその等価物は、復帰培地の体積の約25%〜約75%で復帰培地中に存在する。好ましい実施形態では、Neurobasal培地またはその等価物は、復帰培地の体積の約50%で復帰培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、N2補足物またはその等価物は、復帰培地の体積の約0.0005%〜約0.05%で復帰培地中に存在する。好ましい実施形態では、N2補足物またはその等価物は、復帰培地の体積の約0.005%で復帰培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、B27補足物またはその等価物は、復帰培地の体積の約0.001%〜約0.1%で復帰培地中に存在する。好ましい実施形態では、B27補足物またはその等価物は、復帰培地の体積の約0.01%で復帰培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、BSA Fraction Vまたはその等価物は、復帰培地の体積の約0.00007%〜約0.007%で(7.5%溶液から)復帰培地中に存在する。好ましい実施形態では、BSA Fraction Vまたはその等価物は、復帰培地の体積の約0.0007%で(7.5%溶液から)復帰培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、Glutamaxまたはその等価物は、復帰培地の体積の約0.0005%〜約0.05%で復帰培地中に存在する。好ましい実施形態では、Glutamaxまたはその等価物は、復帰培地の体積の約0.005%で復帰培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、復帰培地は基本培地を含み、少なくとも1つの添加物(すなわち、薬剤)をさらに含む。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの添加物は、例えば、リゾホスファチジン酸受容体(LPAR)のアゴニスト、骨形成タンパク質(BMP)、脱メチル化酵素、STAT3活性化因子、2−メルカプトエタノール(2−ME)、bFGF、アクチビンA、TGFβ、MEK阻害剤、GSK3β阻害剤、PKC阻害剤、フォルスコリン、ROCK阻害剤、またはJNK阻害剤である。いくつかの実施形態では、復帰培地は基本培地を含み、リゾホスファチジン酸受容体(LPAR)のアゴニスト、骨形成タンパク質(BMP)、脱メチル化酵素、STAT3活性化因子、及び2−メルカプトエタノール(2−ME)のそれぞれをさらに含む。いくつかの実施形態では、復帰培地は基本培地を含み、リゾホスファチジン酸受容体(LPAR)のアゴニスト、脱メチル化酵素、STAT3活性化因子、及び2−メルカプトエタノール(2−ME)のそれぞれをさらに含む。いくつかの実施形態では、復帰培地は基本培地を含み、リゾホスファチジン酸受容体(LPAR)のアゴニスト、脱メチル化酵素、STAT3活性化因子、及びアクチビンA(及び/またはTGFβ)のそれぞれをさらに含む。いくつかの実施形態では、復帰培地は基本培地を含み、リゾホスファチジン酸受容体(LPAR)のアゴニスト、脱メチル化酵素、STAT3活性化因子、アクチビンA(及び/またはTGFβ)、及びbFGFのそれぞれをさらに含む。好ましい一実施形態では、復帰培地は基本培地(例えば、StemFit)、アクチビンA(及び/またはTGFβ)、MEK阻害剤、GSK3β阻害剤、LPAR(例えば、OMPTまたはLPA)、N−アセチルシステイン、ならびに任意選択で、LIF及び/またはbFGFを含む。好ましい実施形態では、フォルスコリンは明示的に除外される。
いくつかの実施形態では、復帰培地は、基本培地及びLPARのアゴニストを含む。いくつかの実施形態では、LPARは、LPAR1、LPAR2、LPAR3、LPAR4、LPAR5、及びLPAR6からなる群から選択される。好ましい実施形態では、LPARはLPAR1である。いくつかの実施形態では、LPARのアゴニストは、約10nM〜約5μMの濃度で培地中に存在する。LPARのアゴニストが、少なくとも一部、Yes関連タンパク質(YAP)転写因子を活性化することにより機能し得ることが企図される。したがって、YAPを他の小分子で活性化すること、またはYAPを細胞質(例えば、Latsキナーゼ)に隔離する経路を阻害することも復帰培地に添加され得ることも企図される。YAPの活性化因子の非限定的な例としては、スフィンゴシン−1−ホスフェートが挙げられる。Miller et al.(2012)Chem Biol 19(8):955−962及びYu et al.(2012)Cell 150:780−791)。
いくつかの実施形態では、LPARのアゴニストはリゾホスファチジン酸(LPA)である。本開示のLPAは、復帰培地中、例えば、約10nM〜約1μM、約100nM〜約1μM、約200nM〜約1μM、約300nM〜約1μM、約400nM〜約1μM、約500nM〜約1μM、約600nM〜約1μM、約700nM〜約1μM、約800nM〜約1μM、約900nM〜約1μM、約10nM〜約100nM、約50nM〜約100nM、約60nM〜約100nM、約70nM〜約100nM、約80nM〜約100nM、約90nM〜約100nM、約10nM、約20nM、約30nM、約40nM、約50nM、約60nM、約70nM、約80nM、約90nM、約100nM、約150nM、約200nM、約250nM、約300nM、約350nM、約400nM、約450nM、約500nM、約550nM、約600nM、約650nM、約700nM、約750nM、約800nM、約850nM、約900nM、約950nM、または約1μMの濃度であり得る。好ましい実施形態では、LPAの量は10μM未満である。より好ましい実施形態では、LPAの量は5μM未満である。いくつかの実施形態では、LPAは復帰培地から明示的に除外される。
いくつかの実施形態では、LPARのアゴニストは、1−オレオイル−2−メチル−sn−グリセロ−3−ホスホチオネート(OMPT)である。本開示のOMPTは、復帰培地中、例えば、約0.1μM〜約10μM、約0.5μM〜約10μM、約1.0μM〜約10μM、約2.0μM〜約10μM、約3.0μM〜約10μM、約4.0μM〜約10μM、約5.0μM〜約10μM、約6.0μM〜約10μM、約7.0μM〜約10μM、約8.0μM〜約10μM、約9.0μM〜約10μM、約0.5μM、約0.6μM、約0.7μM、約0.8μM、約0.9μM、約1.0μM、約2.0μM、約3.0μM、約4.0μM、約5.0μM、約6.0μM、約7.0μM、約8.0μM、約9.0μM、または約10μMの濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、LPARのアゴニストは、LPARのうちの少なくとも2つのアゴニストの組み合わせである。一実施形態では、復帰培地は、ある量のOMPT及びLPAの組み合わせを含む。
いくつかの実施形態では、復帰培地は、基本培地及び少なくとも1つの骨形成タンパク質(BMP)、例えば、BMP1、BMP2、BMP3、BMP4、BMP5、BMP6、BMP7、BMP8a、BMP8b、BMP10、及びBMP15を含む。好ましい実施形態では、BMPはBMP4である。本開示のBMPは、復帰培地中、例えば、約0.1ng/mL〜約100ng/mL、約0.5ng/mL〜約50ng/mL、約1.0ng/mL〜約25ng/mL、約2.5ng/mL〜約12.5ng/mL、約5ng/mL〜約10ng/mL、約0.5ng/mL〜約15ng/mL、約0.6ng/mL〜約12ng/mL、約0.8ng/mL〜約11ng/mL、約0.9ng/mL〜約10ng/mL、約0.5ng/mL、約1ng/mL、約2ng/mL、約3ng/mL、約4ng/mL、約5ng/mL、約6ng/mL、約7ng/mL、約8ng/mL、約9ng/mL、約10ng/mL、約15ng/mL、約20ng/mL、約30ng/mL、約40ng/mL、約50ng/mL、約60ng/mL、約70ng/mL、約80ng/mL、約90ng/mL、または約100ng/mLの濃度であり得る。いくつかの実施形態では、BMPは復帰培地から明示的に除外される。
いくつかの実施形態では、復帰培地は、基本培地及び少なくとも1つの脱メチル化酵素、例えば、アスコルビン酸(例えば、L−アスコルビン酸及びアスコルビン酸−2ホスフェート)を含む。本開示の脱メチル化酵素(例えば、アスコルビン酸)は、復帰培地中、例えば、約1μg/mL〜約200μg/mL、約10μg/mL〜約150μg/mL、約20μg/mL〜約100μg/mL、約30μg/mL〜約90μg/mL、約40μg/mL〜約80μg/mL、約50μg/mL〜約70μg/mL、約55μg/mL〜約65μg/mL、約10μg/mL、約20μg/mL、約30μg/mL、約40μg/mL、約50μg/mL、約60μg/mL、約70μg/mL、約80μg/mL、約90μg/mL、または約100μg/mLの濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、復帰培地は、基本培地及び少なくとも1つの酸化防止剤、例えば、N−アセチルシステイン(NAC)を含む。本開示の酸化防止剤は、復帰培地中、例えば、約0.1mM〜約10mM、約0.5mM〜約10mM、約1.0mM〜約10mM、約2.0mM〜約10mM、約3.0mM〜約10mM、約4.0mM〜約10mM、約5.0mM〜約10mM、約6.0mM〜約10mM、約7.0mM〜約10mM、約8.0mM〜約10mM、約9.0mM〜約10mM、約0.5mM、約0.6mM、約0.7mM、約0.8mM、約0.9mM、約1.0mM、約1.5mM、約2.0mM、約2.5mM、約3.0mM、約3.5mM、約4.0mM、約4.5mM、約5.0μM、約6.0μM、約7.0μM、約8.0μM、約9.0μM、または約10μMの濃度であり得る。好ましい一実施形態では、酸化防止剤は、復帰培地中約2mMの濃度である。
いくつかの実施形態では、復帰培地は、基本培地及びSTAT3活性化因子、例えば、白血病抑制因子(LIF)を含む。本開示のSTAT3(例えば、LIF)は、復帰培地中、例えば、約100単位〜約10,000単位、300単位〜約5,000単位、500単位〜約4,000単位、700単位〜約3,000単位、900単位〜約2,000単位、950単位〜約1,500単位、約100単位、約200単位、約300単位、約400単位、約500単位、約600単位、約700単位、約800単位、約900単位、約1,000単位、約1,100単位、約1,200単位、約1,300単位、約1,400単位、約1,500単位、約1,600単位、約1,700単位、約1,800単位、約1,900単位、約2,000単位、約3,000単位、約4,000単位、約5,000単位、約6,000単位、約7,000単位、約8,000単位、約9,000単位、または約10,000単位の濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、復帰培地は、基本培地及びベータ−メルカプトエタノール(2−ME)を含む。本開示の2−ME(1000x)は、復帰培地中、例えば、約0.0001%〜約0.01%の濃度であり得る。好ましい実施形態では、2−MEは、復帰培地中約0.001%の濃度である。
いくつかの実施形態では、復帰培地は基本培地及びbFGFを含む。本開示のbFGFは、復帰培地中、例えば、約1ng/mL〜約25ng/mL、約5ng/mL〜約20ng/mL、約10ng/mL〜約15ng/mL、約1ng/mL、約2ng/mL、約3ng/mL、約4ng/mL、約5ng/mL、約6ng/mL、約7ng/mL、約8ng/mL、約9ng/mL、約10ng/mL、約11ng/mL、約12ng/mL、約13ng/mL、約14ng/mL、約15ng/mL、約16ng/mL、約17ng/mL、約18ng/mL、約19ng/mL、約20ng/mL、約21ng/mL、約22ng/mL、約23ng/mL、約24ng/mL、または約25ng/mLの濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、復帰培地は、基本培地及びアクチビンAを含む。本開示のアクチビンAは、復帰培地中、例えば、約5ng/mL〜約50ng/mL、約10ng/mL〜約40ng/mL、約15ng/mL〜約30ng/ml、約15ng/mL〜約25ng/ml、約5ng/mL、約10ng/mL、約15ng/mL、約20ng/mL、約25ng/mL、約30ng/mL、約35ng/mL、約40ng/mL、または約50ng/mLの濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、復帰培地は基本培地及びTGF−βを含む。本開示のTGF−βは、復帰培地中、例えば、約0.1ng/mL〜約10ng/mL、約0.5ng/mL〜約5ng/mL、約1ng/mL〜約4ng/mL、約2ng/mL〜約3ng/mL、約0.1ng/mL、約0.2ng/mL、約0.3ng/mL、約0.4ng/mL、約0.5ng/mL、約0.6ng/mL、約0.7ng/mL、約0.8ng/mL、約0.9ng/mL、約1ng/mL、約2ng/mL、約3ng/mL、約4ng/mL、約5ng/mL、約6ng/mL、約7ng/mL、約8ng/mL、約9ng/mL、または約10ng/mLの濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、復帰培地は、有効量のERK1/2阻害剤、GSK3β阻害剤、及びタンパク質キナーゼC(PKC)阻害剤のうちの少なくとも1つを含む。いくつかの実施形態では、復帰培地は、ERK1/2阻害剤(すなわち、MEK阻害剤)、GSK3β阻害剤、またはこれらの両方をさらに含む。復帰のためのERK1/2阻害剤及びGSK3β阻害剤の使用は、以前に、例えば、Gafni et al.,(2013)Nature 504(7479):282−286、Chan et al.,(2013)Cell Stem Cell 12(6):663−675、Valamehr et al.,(2014)Stem Cell Reports 2(3):366−381、Ware et al.,(2014)Proc Natl Acad Sci USA 111(12):4484−4489、Theunissen et al.,(2014)Cell Stem Cell 15(4):471−187に記載されている。MEK阻害剤の非限定的な例としては、セルメチニブ(すなわち、AZD6244)、PD0325901、トラメチニブ(GSK1120212)、U0126−EtOH、PD184352(CI−1040)、GDC−0623、BI−847325、コビメチニブ(GDC−0973、RG7420)、PD98059、BIX02189、ビニメチニブ、ピマセルチブ、SL−327、BIX02188、AZD8330、TAK−733、ホホノキオール、PD318088、及びレファメチニブが挙げられる。GSK3β阻害剤の非限定的な例としては、CHIR99021、GSK−3阻害剤IX、塩化リチウム、CHIR98014、GSK−3β阻害剤VI、3F8、及びTCS2002が挙げられる。一実施形態では、MEK阻害剤はPD98059である。別の実施形態では、GSK3β阻害剤はCHIR99021である。一実施形態では、復帰培地は、ERK1/2阻害剤、GSK3β阻害剤、またはこれらの両方を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、復帰培地は、実質的に培地を含まない、アクチビンA、bFGF、またはこれらの両方を実質的に含まない。
タンパク質キナーゼC(PKC)阻害剤は、当該技術分野で周知であり、市販されている。非限定的な例としては、Go6983(Sigma−Aldrich,St.Louis,MO,USA)、Go6976(Tocris,Bristol,UK)、塩化ケレリトリン(Tocris,Bristol,UK)、HA−100二塩酸塩(Santa Cruz Biotechnology,Dallas,TX,USA)が挙げられる。本開示のPKC阻害剤(例えば、Go6983)は、復帰培地中、例えば、約0.1μM〜約10μM、約0.5μM〜約10μM、約1.0μM〜約10μM、約2.0μM〜約10μM、約3.0μM〜約10μM、約4.0μM〜約10μM、約5.0μM〜約10μM、約6.0μM〜約10μM、約7.0μM〜約10μM、約8.0μM〜約10μM、約9.0μM〜約10μM、約0.5μM、約0.6μM、約0.7μM、約0.8μM、約0.9μM、約1.0μM、約2.0μM、約3.0μM、約4.0μM、約5.0μM、約6.0μM、約7.0μM、約8.0μM、約9.0μM、または約10μMの濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、復帰培地は、培地を含むアクチビンA阻害剤及びトランスフォーミング成長因子β(TGF−β)のうちの少なくとも1つをさらに含む。非限定的な例としては、SB−431542(Tocris,Bristol,UK)、フォリスタチン−344(R&D Systems,Minneapolis,MN,USA)、SB525334(Tocris,Bristol,UK)、SB505124(Tocris,Bristol,UK)、及びRepSox(Tocris,Bristol,UK)が挙げられる。本開示のアクチビンA阻害剤、TGF−β阻害剤、またはこれらの両方(例えば、SB−431542)は、復帰培地中、例えば、約0.1μM〜約10μM、約0.5μM〜約10μM、約1.0μM〜約10μM、約2.0μM〜約10μM、約3.0μM〜約10μM、約4.0μM〜約10μM、約5.0μM〜約10μM、約6.0μM〜約10μM、約7.0μM〜約10μM、約8.0μM〜約10μM、約9.0μM〜約10μM、約0.5μM、約0.6μM、約0.7μM、約0.8μM、約0.9μM、約1.0μM、約2.0μM、約3.0μM、約4.0μM、約5.0μM、約6.0μM、約7.0μM、約8.0μM、約9.0μM、または約10μMの濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、復帰培地は、無血清、例えば、動物血清(例えば、ウシ胎仔血清)を含まない。無血清培地は、とりわけ、血清アルブミン、成長因子、及びホルモンなどの未定義の非血清産物を依然として含有し得る。いくつかの実施形態では、復帰培地は既知組成である。既知組成培地は、培地の成分の全てが特定され、それらの正確な濃度が既知であることが必要である。既知組成培地は、ウシ胎仔血清、ウシ血清アルブミン、またはヒト血清アルブミンを含有しない。好ましい実施形態では、復帰培地は、例えば、KnockOut(商標)Serum Replacement(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)またはその等価物などのいずれの血清置換も含有しない。
プライム培地
本開示を読めば当業者には明らかであるように、本開示は、プライム型多能性幹細胞を培養するための細胞培養培地を提供する。本明細書で使用されるとき、プライム型PSCを培養するための細胞培養培地は、「プライム培地」と称され得る。
いくつかの実施形態では、プライム培地は基本培地を含む。基本培地は、当業者に既知の任意の基本培地であり得る。基本培地は、異なる基本培地の混合物であり得る。基本培地は、商業源から購入されてもよい。いくつかの実施形態では、プライム培地の基本培地は、DMEM/F12−Glutamax、Neurobasal培地、N2補足物(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、B27補足物(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、BSA Fraction V(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、及びGlutamax(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)のうちの少なくとも1つ、またはこれらの等価物を含む。いくつかの実施形態では、プライム培地の基本培地は、DMEM/F12−Glutamax、Neurobasal培地、N2補足物(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、B27補足物(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、BSA Fraction V(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)、及びGlutamax(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)のそれぞれ、またはこれらの等価物を含む。
いくつかの実施形態では、DMEM/F12−Glutamaxまたはその等価物は、プライム培地の体積の約25%〜約75%でプライム培地中に存在する。好ましい実施形態では、DMEM/F12−Glutamaxまたはその等価物は、プライム培地の体積の約50%でプライム培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、Neurobasal培地またはその等価物は、プライム培地の体積の約25%〜約75%でプライム培地中に存在する。好ましい実施形態では、Neurobasal培地またはその等価物は、プライム培地の体積の約50%でプライム培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、N2補足物またはその等価物は、プライム培地の体積の約0.0005%〜約0.05%でプライム培地中に存在する。好ましい実施形態では、N2補足物またはその等価物は、プライム培地の体積の約0.005%でプライム培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、B27補足物またはその等価物は、プライム培地の体積の約0.001%〜約0.1%でプライム培地中に存在する。好ましい実施形態では、B27補足物またはその等価物は、プライム培地の体積の約0.01%でプライム培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、BSA Fraction Vまたはその等価物は、プライム培地の体積の約0.00007%〜約0.007%で(7.5%溶液から)プライム培地中に存在する。好ましい実施形態では、BSA Fraction Vまたはその等価物は、プライム培地の体積の約0.0007%で(7.5%溶液から)プライム培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、Glutamaxまたはその等価物は、プライム培地の体積の約0.00007%〜約0.007%でプライム培地中に存在する。好ましい実施形態では、BSA Fraction Vまたはその等価物は、プライム培地の体積の約0.0007%でプライム培地中に存在する。
いくつかの実施形態では、プライム培地は基本培地を含み、少なくとも1つの添加物をさらに含む。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの添加物は、例えば、塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)、アクチビンA、またはトランスフォーミング成長因子β(TGF−β)である。いくつかの実施形態では、プライム培地は、基本培地、bFGF、及びアクチビンAを含む。いくつかの実施形態では、プライム培地は、基本培地、bFGF、及びTGF−βを含む。いくつかの実施形態では、プライム培地は、基本培地、bFGF、アクチビンA及びTGF−βを含む。
いくつかの実施形態では、プライム培地は基本培地及びbFGFを含む。本開示のbFGFは、プライム培地中、例えば、約1ng/mL〜約25ng/mL、約5ng/mL〜約20ng/mL、約10ng/mL〜約15ng/mL、約1ng/mL、約2ng/mL、約3ng/mL、約4ng/mL、約5ng/mL、約6ng/mL、約7ng/mL、約8ng/mL、約9ng/mL、約10ng/mL、約11ng/mL、約12ng/mL、約13ng/mL、約14ng/mL、約15ng/mL、約16ng/mL、約17ng/mL、約18ng/mL、約19ng/mL、約20ng/mL、約21ng/mL、約22ng/mL、約23ng/mL、約24ng/mL、または約25ng/mLの濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、プライム培地は、基本培地及びアクチビンAを含む。本開示のアクチビンAは、プライム培地中、例えば、約5ng/mL〜約50ng/mL、約10ng/mL〜約40ng/mL、約15ng/mL〜約30ng/ml、約15ng/mL〜約25ng/ml、約5ng/mL、約10ng/mL、約15ng/mL、約20ng/mL、約25ng/mL、約30ng/mL、約35ng/mL、約40ng/mL、または約50ng/mLの濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、プライム培地は基本培地及びTGF−βを含む。本開示のTGF−βは、プライム培地中、例えば、約0.1ng/mL〜約10ng/mL、約0.5ng/mL〜約5ng/mL、約1ng/mL〜約4ng/mL、約2ng/mL〜約3ng/mL、約0.1ng/mL、約0.2ng/mL、約0.3ng/mL、約0.4ng/mL、約0.5ng/mL、約0.6ng/mL、約0.7ng/mL、約0.8ng/mL、約0.9ng/mL、約1ng/mL、約2ng/mL、約3ng/mL、約4ng/mL、約5ng/mL、約6ng/mL、約7ng/mL、約8ng/mL、約9ng/mL、または約10ng/mLの濃度であり得る。
いくつかの実施形態では、プライム培地は、基本培地及びベータ−メルカプトエタノール(2−ME)を含む。本開示の2−ME(1000x)は、プライム培地中、例えば、約0.0001%〜約0.01%の濃度であり得る。好ましい実施形態では、2−MEは、プライム培地中約0.001%の濃度である。
いくつかの実施形態では、プライム培地は、無血清、例えば、動物血清(例えば、ウシ胎仔血清)を含まない。無血清培地は、とりわけ、血清アルブミン、成長因子、及びホルモンなどの未定義の非血清産物を依然として含有し得る。いくつかの実施形態では、プライム培地は既知組成である。既知組成培地は、培地の成分の全てが特定され、それらの正確な濃度が既知であることが必要である。既知組成培地は、ウシ胎仔血清、ウシ血清アルブミン、またはヒト血清アルブミンを含有しない。好ましい実施形態では、プライム培地は、例えば、KnockOut(商標)Serum Replacement(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA)またはその等価物などのいずれの血清置換も含有しない。
培養条件
本開示のプライム型PSC及びナイーブ型PSCは、当該技術分野で既知の任意の条件下で培養され得る。例えば、任意の成長物質、例えば、とりわけ、フィーダー細胞(例えば、マウス胚性フィーダー(MEF)及びマウスLIF及びネオマイシン耐性(SNL)で形質転換されたマウス線維芽細胞STO細胞)、細胞外基質(例えば、Matrigel(登録商標)、Cultrex(登録商標)BME PathClear、Geltrex(登録商標))、ゼラチン、コラーゲン、ポリ−リジン、ポリ−オルニチン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、またはラミニンが使用され得る。いくつかの実施形態では、細胞は、フィブロネクチン層上で培養される。いくつかの実施形態では、ラミニンは、ラミニン−511、例えば、組換えラミニン−511)(iMatrix,Clontech,Mountain View,CA,USA)である。好ましい一実施形態では、細胞は、無フィーダー条件下で培養される。
いくつかの実施形態では、本開示のPSCは、1〜20%の酸素(O)及び5%の二酸化炭素(CO)の条件下で培養される。いくつかの実施形態では、本開示のPSCは、低酸素条件下で(例えば、10%未満のOの存在下で)培養される。いくつかの実施形態では、本開示のPSCは約37℃で培養される。いくつかの実施形態では、本開示のPSCは約37℃、5%のCO、及び10〜20%のOで培養される。
いくつかの実施形態では、ナイーブ型多能性幹細胞及び/またはプライム型多能性幹細胞は、ある一定期間の間、低酸素条件下で培養される。例えば、ナイーブ型多能性幹細胞及び/またはプライム型多能性幹細胞は、ある一定期間の間、正常酸素条件下(約20%のO)で培養された後、約5%のOの低酸素条件に切り替えられてもよい。他の実施形態では、ナイーブ型多能性幹細胞及び/またはプライム型多能性幹細胞は、ある一定期間の間、正常酸素条件下で培養された後、低酸素条件に切り替えられ、ある一定期間の間、復帰培地中で培養されてもよい。他の実施形態では、ナイーブ型多能性幹細胞及び/またはプライム型多能性幹細胞は、ある一定期間の間、正常酸素条件下で培養された後、低酸素条件に切り替えられ、ある一定期間の間、復帰培地中で培養され、その後、復帰培地または従来の培養培地中のいずれかで、正常酸素条件に戻されてもよい。また他の実施形態では、ナイーブ型多能性幹細胞及び/またはプライム型多能性幹細胞は、ある一定期間の間、プライム培地中で、低酸素条件下で培養された後、低酸素条件を維持しながら、復帰培地中で培養されてもよい。
IV.方法
本開示を読めば当業者には明らかであるように、本開示は、ナイーブ型多能性幹細胞を誘導する方法を提供する。一態様では、本開示は、有効量のリゾホスファチジン酸受容体(LPAR)のアゴニストを含む培養培地中でプライム型多能性幹細胞を培養し、それにより、プライム型多能性幹細胞をナイーブ型多能性幹細胞に復帰させることを含む、ナイーブ型多能性幹細胞を誘導するための方法を提供する。
一態様では、本開示は、有効量のLPARのアゴニストを含む培養培地中でナイーブ型多能性幹細胞を培養することを含む、ナイーブ型多能性幹細胞をそのナイーブ状態に維持するための方法を提供する。
一態様では、本開示は、有効量のLPARのアゴニスト(例えば、OMPT及び/またはLPA)、アクチビンA、MEK阻害剤、GSK3β阻害剤、n−アセチルシステイン、及び任意選択でbFGFを含む培養培地(すなわち、基本培地(例えば、StemFit))中でプライム型多能性幹細胞を培養することを含む、ナイーブ型多能性幹細胞を誘導するための方法を提供する。
一態様では、本開示は、培養培地中でプライム型多能性幹細胞を培養することを含む、ナイーブ型多能性幹細胞を誘導するための方法を提供し、この培養培地は、ERK1/2阻害剤、GSK3β阻害剤、またはこれらの両方を実質的に含まない。
いくつかの態様では、本開示は、ナイーブ型PSCを誘導するための方法を提供し、プライム型PSCは、原始的な生殖細胞に分化し、その後ナイーブ型多能性状態に安定する。
いくつかの実施形態では、プライム型PSCは、少なくとも1時間、少なくとも2時間、少なくとも3時間、少なくとも5時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、少なくとも36時間、少なくとも48時間、プライム培地中で培養される。プライム培地は少なくとも一部ヘテロクロマチン形成を増強するように作用することが企図される。特に、プライム培地は、クロマチンを弛緩する因子の不在下で、クロマチンを凝縮するように作用する因子(例えば、bFGF、アクチビンA、TGF−β)を含有する。
いくつかの実施形態では、プライム培地はナイーブ培地に交換される。プライム培地の全て、実質的に全て、または一部がナイーブ培地に交換され得るか、またはプライム培地とナイーブ培地の混合物がPSCに添加され得る。例えば、プライム/ナイーブ培地の75/25、50/50、または25/75混合物を含む培地がPSCに添加され得る。PSCは、任意の時間量、例えば、少なくとも1時間、少なくとも2時間、少なくとも3時間、少なくとも5時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、少なくとも36時間、少なくとも48時間、プライム/ナイーブ混合培地中で培養され得る。プライム/ナイーブ混合培地の使用は、少なくとも一部、PSCクロマチンの弛緩を緩徐するように作用することにより復帰速度を緩徐させることが企図される。
いくつかの実施形態では、プライム型PSCは、少なくとも1時間、少なくとも2時間、少なくとも3時間、少なくとも5時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、少なくとも36時間、少なくとも48時間以上、ナイーブ培地中で培養される。ナイーブ培地は少なくとも一部ヘテロクロマチンを弛緩するように作用することが企図される。特に、ナイーブ培地は、クロマチンを弛緩するように作用する因子(例えば、LPARアゴニスト、BMP)を含有し、いくつかの実施形態では、クロマチンを凝縮する因子(例えば、bFGF、アクチビンA、TGF−β)の不在下でそれらを含有する。
いくつかの実施形態では、PSCはプライム培地に播種される(例えば、20,000細胞/ウェルの6ウェルプレート)。細胞播種のおよそ24時間後、プライム培地を除去し、復帰培地に交換される。復帰培地は、24時間毎に交換される。
いくつかの実施形態では、プライム型PSCは、プライム/ナイーブ混合培地またはナイーブ培地中のいずれかで培養されたとき、約20日以内、約15日以内、約10日以内、約5日以内、または約3日以内にナイーブ型PSCに復帰する。いくつかの実施形態では、プライム型多能性幹細胞は、40日、30日、20日、15日、10日、5日、または3日を超えない有効時間量の間培養される。好ましい実施形態では、時間量は10日を超えない。
いくつかの実施形態では、ナイーブ型PSCは、プライム培地または従来のPSC培地中のいずれかで培養され、ナイーブ型細胞に留まり得る。
いくつかの実施形態では、プライム型多能性幹細胞は、約20日以内、約15日以内、約10日以内、約5日以内、または約3日以内にナイーブ型多能性幹細胞に復帰する。
いくつかの実施形態では、約5%超、約10%超、約20%超、約25%超、約30%超、約35%超、約40%超、約45%超、約50%超、約55%超、約60%超、約65%超、約70%超、約75%超、約80%超、約85%超、約90%超、約95%超、約97%超、約99%超、または100%のプライム型PSCがナイーブ型PSCに復帰する。
いくつかの実施形態では、ナイーブ型PSCは、約5回超の継代、約10回超の継代、約15回超の継代、約20回超の継代、約30回超の継代、約40回超の継代、約50回超の継代、約60回超の継代、約70回超の継代、または約80回超の継代の間、正常な核型を維持する。
いくつかの実施形態では、ナイーブ型PSCは、約5回超の継代、約10回超の継代、約15回超の継代、約20回超の継代、約30回超の継代、約40回超の継代、約50回超の継代、約60回超の継代、約70回超の継代、または約80回超の継代の間、正常な核型の、ナイーブ型、未分化、及び多能性状態に維持されることが可能である。
プライム型細胞がナイーブ型細胞に復帰されたかどうかを特定する、多くの方法が存在する。非限定的な例としては、とりわけ、多能性マーカー(例えば、Oct4、Sox2、Nanog、Klf2、Klf4)の発現レベル、ナイーブ状態マーカー(例えば、PRDM14、CD31(PECAM1))の発現、X染色体不活性化状態(XCI)マーカー(例えば、Artx、Tsix)、キメラに組み込む能力、Lif/Stat3培養条件への応答、及びFgf/Erk培養条件への応答が挙げられる。多能性マーカー、ナイーブ状態マーカー等の発現レベルは、当業者に既知の任意の方法によって検出され得る。例えば、蛍光活性化細胞選別法(FACS)またはフローサイトメトリーが膜結合及び細胞表面マーカー、例えば、CD31発現のレベルを検出するために使用され得る。免疫組織化学/免疫細胞化学は、細胞外及び細胞内マーカー、例えば多能性マーカー、ナイーブ状態マーカー、及びXCI状態マーカーのレベルを検出するために用いられ得る。加えて、多能性マーカー及びナイーブ状態マーカーの転写産物の発現も、定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)またはリアルタイムqPCR(RT−qPCR)などの方法によって検出され得る。
本開示の方法は、細胞形態の視覚的検査及び/または分化を示す細胞もしくは組織特異的マーカーの検査により決定され得るPSCの分化についてPSCをさらに監視することも企図する。例えば、グリア線維酸性タンパク質(GFAP)及び性決定領域Yボックス1(Sox1)が一般的な外胚葉マーカーである。ブラキュリ及びグースコイドが一般的な初期中胚葉系譜マーカーである一方で、Sox17ならびに膵臓及び十二指腸ホメオボックス1(Pdx1)が一般的な内胚葉マーカーである。加えて、幹細胞集団内の細胞分化の程度は、段階特異的胚性抗原(SSEA)(SSEA−1またはSSEA−4)、Tra−1−60、Tra−1−81の発現レベルにより決定され得る。未分化PSCは、高レベルのSSEA4、Tra−1−60、及びTra−1−81を発現し、発現は分化時に迅速に下方調節される。分化を評価するために一般的に使用される別のマーカーはアルカリホスファターゼである。
V.リプログラミング
本開示の方法は、体細胞(例えば、線維芽細胞)のiPSCへのリプログラミング効率を改善するための、復帰培地、プライム培地、またはこれらの両方の使用も企図する。いくつかの実施形態では、復帰培地、プライム培地、またはこれらの両方を使用することにより、iPSCを発生させるための従来の方法の因子を少なくできることが企図される。リプログラミングの方法は当該技術分野で周知であり、例えば、Takahashi et al.,(2007)Cell 131(5):861−872、Yu et al.,(2007)Science 318(5858):1917−1920、Shi et al.,(2008)Cell Stem Cell 2(6):525−528、Nakagawa et al.,(2008)Nat.Biotechnol.26(1):101−106、Okita et al.(2013)Stem Cells 31(3):458−466を含む。
いくつかの実施形態では、リプログラミング方法は、プライム培地中で行われ得る。他の実施形態では、リプログラミング方法は、ナイーブ培地中で行われ得る。また他の実施形態では、リプログラミング方法は、正常な線維芽細胞培地(DMEM中10%FBS)中で行われ得る。いくつかの実施形態では、リプログラミング因子の導入後、細胞(例えば、線維芽細胞)がナイーブ培地に移され、培養される。いくつかの実施形態では、従来のリプログラミング方法と比較したとき、約5倍、約10倍、約20倍、約30倍、約40倍、約50倍、約60倍、約70倍、約80倍、約90倍、約100倍以上、リプログラミングの効率が増加する。いくつかの実施形態では、ナイーブ培地において誘導されたiPSCは、より未分化の表現型を呈し、例えば、高レベルの多能性因子Oct4、Nanog、Sox2、Klf2、及びKlf4を発現する、Lif/Stat3または2i(ERKi/GSKi)のいずれかに応答して自己再生する、Fgf/Erkに応答して分化する、XaXa X染色体状態を呈する。リプログラミングの効率は、クロマチンがより弛緩状態にあり、アクチビンA、bFGF、またはこれらの両方などの因子が不在であるため、従来の培養培地と比較したとき、iPSCがナイーブ培地において誘導されるときに高いことが企図される。
いくつかの態様では、上に開示及び記載される培地のいずれかを使用する方法のうちの任意の1つにより調製された、単離されたナイーブ型多能性幹細胞の集団を含む組成物が本明細書で提供される。いくつかの実施形態では、組成物は、ナイーブ型多能性幹細胞と、薬学的に許容される賦形剤とを含む。
組成物は、薬学的に許容される賦形剤、薬学的に許容される塩、希釈剤、担体、ビヒクル、及び当業者に周知のかかる他の不活性剤を含み得る。薬学的調製物に一般的に用いられるビヒクル及び賦形剤としては、例えば、タルク、アラビアガム、ラクトース、デンプン、ステアリン酸マグネシウム、ココアバター、水性または非水性溶媒、油、パラフィン誘導体、グリコール等が挙げられる。溶液は、水、またはエタノール、1,2−プロピレングリコール、ポリグリコール、ジメチルスルホキシド、脂肪アルコール、トリグリセリド、グリセリンの部分エステルなどの生理学的適合性有機溶媒を使用して調製され得る。減菌等張生理食塩水、水、1,3−ブタンジオール、エタノール、1,2−プロピレングリコール、水と混合したポリグリコール、リンゲル液等を含み得る非経口組成物は、従来の技法を使用して調製され得る。
組成物は、防腐剤及び/または安定剤を含み得る。防腐剤の非限定的な例としては、メチル−、エチル−、プロピル−パラベン、安息香酸ナトリウム、安息香酸、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、プロピオン酸、塩化ベンザルコニウム、ベンジルアルコール、チメロサール、フェニル水銀塩、クロルヘキシジン、フェノール、3−クレゾール、四級アンモニウム化合物(QAC)、クロルブタノール、2−エトキシエタノール、及びイミドウレアが挙げられる。
いくつかの実施形態では、組成物は、凍結保護剤を含み得る。凍結保護剤の非限定的な例としては、グリコール(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、及びグリセロール)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ホルムアミド、スクロース、トレハロース、デキストロース、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
VI.キット
また、(a)プライム型多能性幹細胞をナイーブ型多能性幹細胞に復帰させるための細胞培養培地であって、この培地はLPARのアゴニストを含む、細胞培養培地と、(b)指示書と、を含むキットも開示される。いくつかの実施形態では、キットは、(b)bFGF、アクチビンA、トランスフォーミング成長因子β(TGF−β)、またはこれらの任意の組み合わせをさらに含む。いくつかの実施形態では、キットは、単離されたナイーブ型多能性幹細胞をさらに含む。他の実施形態では、キットは、単離されたプライム型多能性幹細胞をさらに含む。
キットの構成成分は、1つ以上のバイアルなど、1つのまたは異なる容器に収容され得る。細胞培養培地は、貯蔵寿命を増加させるために、液体または固体形態(例えば、凍結乾燥後)であり得る。液体形態の場合、構成成分は、貯蔵寿命を増加させる添加物を含み得る。
様々な実施形態では、キットの使用に関する指示書は、ナイーブ型多能性幹細胞を誘導するための、またはナイーブ型多能性幹細胞をそのナイーブ状態に維持するためのキットの構成成分を使用するための指示を含む。指示書は、培地及び多能性幹細胞(例えば、解凍及び/または培養)をどのように調製するか(例えば、濃縮培地の場合、希釈)に関する情報をさらに含み得る。
以下の実施例は、本開示のある特定の実施形態をさらに図示することが意図される。実施例は、当業者に提供するために提案され、その範囲を制限することが意図されない。
マウス胚性幹細胞(ESC)及び誘導多能性幹細胞(miPSC)はナイーブ型多能性を表し、一方、マウス外胚葉幹細胞(mEpiSC)ならびに大半のヒトESC及びiPSC系はプライム型多能性を表す。プライム型及びナイーブ型の細胞は、それらのサイトカイン必要条件において異なる。これらの2つのクラスの細胞において機能する異なるシグナル伝達経路と一致して、ナイーブ型及びプライム型の細胞は、固有の遺伝子発現パターン及びエピジェニック特徴を呈する。プライム型とナイーブ型の幹細胞間で異なるエピジェニック特徴の1つはX染色体不活性化(XCI)であり、これは、XX雌とXY雄との間のX連鎖遺伝子量を等しくする哺乳類遺伝子量補正機構である。インビトロのナイーブ型マウス雌細胞は、2つの活性X染色体(Xa)を有し、雌内部細胞塊のナイーブ型細胞のXa/Xa状態を反映する。対照的に、プライム型細胞は、1つのXaと、1つの不活性X(Xi)とを有し、EpiSCが由来する着床後の胚性外胚葉の細胞においてみられる1つのX染色体の転写サイレンシングを示す。
サイトカイン、細胞外基質構成成分、及び小分子を含む培養条件は、多能性幹細胞のエピジェニック特徴に影響を及ぼし得る。例えば、マウスナイーブ型細胞は、LIF含有培地中で維持され、アクチビンA及びbFGF含有培地内に移すことにより、プライム型細胞に効率的に転換され得る。この遷移は、DNAメチル化パターンにおけるゲノム規模の変化を伴う。
対照的に、プライム型細胞のナイーブ型細胞への転換は効率が悪い。mEpiSCは、LIF含有培地中のマウス胚線維芽細胞(MEF)フィーダー上でのいくつかの継代後にmESC様細胞に転換される。このLIF依存転換は、Nanog、KLF2、KLF4、及び/またはPrdm14の過剰発現によりブースト及び加速され得るが、転換効率は低い。プライム型細胞をナイーブ型細胞に転換する際の難しさは、遷移を阻害するエピジェニックバリアに起因し得、かつ/または適切なシグナル伝達分子が解明されていないことを示し得る。それらの広範な分化能のため、ナイーブ型多能性幹細胞は再生医療の重要な材料源である。ナイーブ型細胞を発生させるための多くの確立された方法は、低塑性プライム型幹細胞のナイーブ型多能性への転換を促進するために、遺伝子操作または化学阻害剤の使用を伴う。しかしながら、これらの非生理学的操作は、再生医療に適切ではない場合がある。
培養条件がヒトiPSC(hiPSC)におけるXCI状態に影響を与えることが以前に報告された(Tomoda et al.(2012)Cell Stem Cell 11:91−99)。リプログラミングされ、SNLフィーダー細胞を発現するLIF上に維持されたヒトiPSC系(McMahon et al.,(1990)Cell 62:1073−1085)は主にXaXaであり、一方、MEFフィーダー細胞上で誘導されたhiPSC系は主にXaXiである。初期の継代XaXi hiPSCは、SNLフィーダー細胞上で数回分裂した後、XaXaに転換される。SNLフィーダー細胞の培養条件がプライム状態からナイーブ状態への転換を促進する因子(LIFを含む)を含有するかどうかは決定されていない。
実施例1.mEpiSCにおけるX染色体不活性化状態に影響を及ぼす培養条件
体細胞リプログラミング中、ヒトXiはSNLフィーダー細胞上でリプログラミングされたhiPSCにおいて確実に再活性化される。この結果は、SNLフィーダー培養条件がXi再活性化を誘導する因子を含有することを示唆する。まず、リプログラミング中のXiの促進された再活性化がXaXiであるマウスEpiSCのXi再活性化も促進したかどうかを決定した。緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子が異なる培地においてX染色体上に位置するX−GFP mEpiSCリポーター系の培養結果は、蛍光顕微鏡によりアッセイされた。Gillich et al.,(2012)Cell Stem Cell 10(4):525−439、Bao et al.,(2009)Nature 461(7268):1292−1295。Xi−GFP mEpiSCは、Azim Surani博士及びSiqin Bao博士の好意により提供され、N2B27基本培地(StemCells Inc(Palo Alto,CA,USA)、そして後に20ng/mlのアクチビンA(R&D systems(Minneapolis,MN,USA)及び12ng/mlのbFGF(Millipore(Billerica,MA,USA))で補足されたClontech(Mountain View,CA,USA)からのNdiff 227培地)において、フィブロネクチン(Sigma,St.Louis,MO,USA)コーティングされたプレート(無フィーダー条件)上で慣例的に維持された。細胞は、アキュターゼ(Millipore(Billerica,MA,USA))で剥離/掻爬及び解離された後、前の培養からの1:20希釈で2〜3日毎に継代された。
細胞は、フィブロネクチンコーティングされたプレート上で、無フィーダーmEpiSC条件下(アクチビンA及びbFGFを含有するN2B27培地)で培養されたとき、GFP陰性のままである(図1、パネルA及びB)。細胞の分画は、フィブロネクチンコーティングされたプレート上の、無フィーダーmESC培地(LIFならびにMAPK及びGSK3b(LIF+2i)の2つの化学阻害剤を含有するN2B27)に移動されたとき、GFP陽性となり(図1、パネルA及びB)、他のmESC培養条件下で培養されたこれらの細胞の挙動と類似する(Bao et al.,(2009)Nature 461(7268):1292−1295、Greber et al.,(2010)Cell Stem Cell 6(3):215−226)。フィブロネクチンコーティングされたプレート上のKnockout Serum Replacement(KSR)で補足され、SNLフィーダー(SNL−CM)で条件付けされたKnockout DMEMであるヒトESC培地中で培養されたX−GFP mEpiSCは、GFP陽性細胞の数において劇的な増加を呈した(図1、パネルA及びB)。
これらの3つの培養条件下のGFP陽性細胞の比率をより定量的に評価するために、蛍光活性化細胞選別法(FACS)を用いた。フローサイトメトリー分析に関して、Xi−GFP mEpiSCは、アキュターゼを含む単一細胞懸濁液に解離された。単一細胞を、アロフィコシアニンと複合したCD31(PECAM)抗体(Clone MEC13.3/BD Bioscience(Franklin Lakes,NJ,USA))またはAPCで染色した。MACSQuant VYB(Miltenyi Biotec,San Diego,CA,USA)及びFlowJo(FlowJo LLC,Ashland,OR,USA)ソフトウェアを使用して、染色した細胞を分析した。フローサイトメトリー分析により、5%を超える細胞がSNL−CMにおいてGFPになり、一方、1%未満の細胞がLIF+2i培地においてGFPとなったことが明らかになった(図1、パネルC)。LIF+2i及びSNL−CMにおいて、GFP集団は、マウスナイーブ型多能性幹細胞のマーカーであるCD31でもあった(図1、パネルC)。したがって、これらの結果は、SNL−CMがX−GFP mEpiSCにおいてXiを再活性するだけでなく、LIF+2i培地よりも効率的にプライム型細胞をナイーブ型多能性幹細胞様細胞に復帰させることも示唆する。
ヒトリプログラミング中、LIFはXi再活性化に寄与した(Tomoda et al.(2012)Cell Stem Cell 11:91−99)。したがって、LIFシグナル伝達がXi−GFP mEpiSCにおいてXi再活性化に役割を果たすかどうかを調査した。まず、LIF−JAK−STAT3シグナル伝達経路を阻害するJAKキナーゼ阻害剤の作用を検査した。JAKキナーゼ阻害剤の添加は、SNL−CMに出現したGFPクラスターの数を大幅に低減した(図1、パネルD)。次に、条件付けせずに(非CM)、ヒトESC培地中でX−GFP mEpiSCを培養することにより、LIFを含有しない条件付けした培地を用いる作用を検査した。わずかなGFP細胞クラスターが非CMに出現した(図1、パネルD)。SNL−CMでの量と比較可能な量のLIF(図1、パネルE)の、非CMへの添加は、培養物中のGFP+クラスター集団を大幅に増加させた(図1、パネルD)。まとめると、これらの結果は、LIFがmEpiSCにおいてXiの再活性化を促進することを示す。
LIFがLIFを発現しないマウス胚線維芽細胞(MEF−CM)により条件付けされた培地においてXi再活性化を刺激し得るかどうかも検査された(図1、パネルE)。非CM+LIFとは対照的に、MEF−CM+LIFは、効率的なXi再活性化を支持しなかった(図1、パネルD)。フローサイトメトリー分析は、LIFのMEF−CMへの添加が非CMと同じ程度までGFP発現を誘導しないが、CD31発現がMEF−CM+LIFにおいて誘導されることも示した(図1、パネルF)。これらの結果は、CD31の発現がX染色体不活性化状態に関連せず、MEF−CMがXi再活性化においてLIF機能を相殺する因子を含有することを示唆する。
実施例2.アクチビンA及びbFGFはXi再活性化を抑制する。
アクチビンA及びbFGFはmEpiSCにおいてプライム型多能性を維持するために必要であり、それらは、LIF−媒介Xi再活性化を拮抗するMEF−CM活性の候補であり得ることを示唆する。前の実験で使用された全ての非CM培地はbFGFで補足されたため、最初の焦点はアクチビンAの潜在的な役割に対してであった。示される培地中のLIF及びアクチビンAの濃度はELISAを使用して決定された。マウスLIFが使用され、製造業者の指示に従い、ヒト/マウス/ラットアクチビンA Quantikine ELISAキット(R&D Systems(Minneapolis,MN,USA))が使用された。MEF−CMは11ng/mlのアクチビンAを含有し、一方、SNL−CMはただ1ng/mlのアクチビンAを含有することが分かった(図2、パネルA)。この因子がXi再活性化に影響を与えるかどうかを検査するために、SNL−CMまたはLIFを含有する非CMを使用して、LIF媒介Xi再活性化に対する外因性アクチビンAの添加の作用を評価した。アクチビンAの添加がSNL−CM及び非CM+LIFの両方においてGFP+クラスターの数を大幅に低減したことが分かった(図2、パネルB)。
次に、FACS分析を使用して、アクチビンAがmEpiSCにおいてLIF媒介Xi再活性化を阻害し得るかどうかが問われた。LIFがbFGF及びアクチビンAを含有するmEpiSCに添加されたとき、顕著なGFP/CD31二重陽性細胞は存在しなかった(図2、パネルC)。アクチビンAがLIF含有培地から除去されたとき、GFP/CD31二重陽性細胞の増加が観察された。アクチビンA及びbFGFの除去はさらなる増加をもたらした。これらの結果は、アクチビンA及びbFGFの両方がLIF誘導Xi再活性化に対して負の作用を有することを示唆する。
アクチビンAがMEF−CMにおけるLIF作用を相殺するかどうかを調査するために、アクチビンAシグナル伝達が、アクチビンAを隔離し、下流シグナル伝達経路を抑制するアクチビンA受容体複合体(ActR複合体)で阻害された。MEF−CMにおけるLIFの添加はGFP/CD31二重陽性細胞を効率的に誘導しなかったが、培地におけるActR複合体の添加(対照タンパク質ではない)は二重陽性細胞の%を増加させた(図2、パネルD)。LIFなしのActR複合体の添加はGFPを誘導せず図2、パネルD)、ActR作用がLIF依存性であることを示す。したがって、アクチビンAまたはそのファミリーメンバーは、MEF−CMにおいてXi再活性化に対するLIF作用を減弱させる。
SMAD2/3転写因子は、アクチビンAの下流に位置し、このサイトカインの生物学的作用のうちのいくつかを媒介する(図2、パネルE)。shRNA発現ベクターを構築するために、U6誘導BsmbI切断部位(cut site)のクローニングから発生させたpiggyBacベクターに標的配列をクローニングした。元のレンチウイルス構築物は、U6−BsmbI−CNKB領域がクローニングされたMohammad Mandegar博士の好意により提供された。shRNAは、shRNA配列にポリT3’及びBsmbI切断部位に固有の方向性特異的粘着末端を含有する、標的に対して2つの相補的オリゴヌクレオチドとして設計された。それぞれに関して、2つの相補的オリゴはアニーリングされ、その後、BsmbI消化ピギーバックベクターに結合され、検証のために配列決定された。shRNA発現ベクターは、Lipofectamine2000を使用して、Xi−GFP mEpiSCにトランスフェクトされた。トランスフェクションに関して、アクチビンA及びbFGFを含有する培地中のDNA(piggyBacトランスポサーゼ発現ベクターと共にshRNA発現ベクター)とLipofectamineとの混合物と共に、細胞をフィブロネクチンコーティングされたプレート上に播種した。トランスフェクションの24時間後、DNA−Lipofectamine混合物を含まない新しい培地を補充し、その後、24時間毎に培地を交換した。トランスフェクションの72時間後、培地中10μg/mlのブラストサイジンS(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA)を使用して、shRNA発現細胞の選択を行った。4〜5日の選択後、選択された細胞集団により転換が始まった。転換の終わりに、GFP細胞の%を分析し、遺伝子発現分析のためのRNAを抽出するために、mKate蛍光タンパク質を高度に発現した集団がFACS Aria(BD Bioscience(Franklin Lakes,NJ,CA,USA))により選別された。
SMAD2/3がXi再活性化において役割を果たすかを検査するために、SMAD2/3活性化の化学阻害剤であるSB431542を利用した。SB431542の添加がLIFを含有するMEF−CMにおいて二重陽性細胞の誘導を増強することが分かった(図2、パネルF)。shRNAによるSMAD2のノックダウンは阻害剤で細胞を処理するのと類似する作用を有した(データ示さず)。これらの結果は、アクチビンAがSMAD2/3転写因子を通してその負の作用をLIF誘導Xi再活性化に及ぼすことを示唆する。
mEpiSC及びヒト多能性幹細胞におけるSMAD2のノックダウンがBMPシグナル伝達経路を活性化することが最近報告された(図2、パネルE)(Sakaki−Yumoto et al.,(2013)J.Biol.Chem.288(25):18546−18560)。したがって、次に、BMPがXi再活性化を増強するかを検査した。N2B27基本培地(bFGFまたはアクチビンAを含まないEpiSC培地)へのBMP4のみの添加は、GFP/CD31二重陽性細胞を誘導しなかった(データ示さず)。しかしながら、LIFを含有するN2B27基本培地へのBMP4の添加は、LIFのみと比較して、二重陽性細胞の%を劇的に増加させた(図2、パネルG)。これらの結果は、アクチビンA−SMAD2/3軸がLIF誘導Xi再活性化を抑制し、可能な抑制機構の1つがBMPシグナル伝達経路を抑止することによるであろうことを示唆する。
実施例3.アスコルビン酸及びLPAはXi再活性化を増強する。
Xi再活性化を効率的に誘導しなかった培地とは対照的に、最大Xi再活性化を産生したSNL−CM及び非CM+LIFの2つの培地は両方とも、アスコルビン酸及びKSRからの脂質混合物を含有する(Garcia−Gonzalo et al.,PLoS One 3(1):e1384)(図3、パネルA)。したがって、これらの小分子でN2B27培地を補足することにより、アスコルビン酸及び脂質混合物がXi再活性化を促進する能力を有するかどうかを検査した。アスコルビン酸だけでなく、脂質混合物の添加が、LIFのみと比較してGFP/CD31二重陽性細胞の%を増加させたことが分かった(図3、パネルC)。したがって、両方の構成成分は、LIF誘導Xi再活性化に対して正の作用を有する。
KSRの脂質構成成分を評価するために、質量分析が使用された。リゾホスファチジン酸(LPA)がKSRのいくつかのバッチにおいて低量(およそ10nM)で特定された(データ示さず)。したがって、LPAがXi再活性化に影響を及ぼすかどうかを検査した。LIF及びKSR脂質混合物のN2B27への添加は、GFPCD31細胞の比率において、LIFのみよりも顕著に大きい増加をもたらした。脂質の単一源として、合成LPA(Hasegawa et al.(2003)Biol.Chem.278:11962−11969)であるLPAまたはOMPTを使用することにより、GFPCD31細胞の%において類似する増加がもたらされ、LPAが脂質混合物の活性に対する主な寄与因子であることを示唆する(図3、パネルB及びC)。LIFを伴わないLPAの添加もGFP細胞を誘導したが、LIFを伴う添加より効率的ではない(図3、パネルC)。したがって、LPA及びLIFはXi再活性化を効率的に誘導するのに十分であると結論付けられた。
LPAは6つのLPA受容体(LPAR)のファミリーを通してシグナルを伝達し、LPAR1−3がmEpiSCにおいて高度に発現されたと決定された(データ示さず)。OMPTは主にLPAR2及びLPAR3を通してシグナルを伝達し、これらのLPARがLPAにとってXi再活性化を媒介するのに十分であり得ることを示唆する。LPAR1/3競合化学阻害剤であるKi16425は、LPAR1及びLPAR3の寄与を決定するために使用された。Ki16425の添加がLIF+LPAまたはLIFのみを含有する培地において、GFP細胞の%を大幅に低減することが分かった(図3、パネルE)。したがって、LPAが部分的にLPAR1/3を通してXi再活性化に影響を及ぼし、内因性LPA−LPAR1/3シグナル伝達がLIF誘導Xi再活性化に関与すると結論付けられた。
脂質シグナル伝達経路は、多能性の維持において重要なプレーヤーとなっている(Blaukwamp et al.,(2012)Nat.Comm.3(1070):1−10、Garcia−Gonzalo et al.,PLoS One 3(1):e1384、Lian et al.(2010)Genes Dev.24:1106−1118、Ohgushi et al.(2015)Cell Stem Cell 17:448−461)。意外にも、ここでのデータは、これらのシグナル伝達経路がプライム型をナイーブ型の多能性細胞に転換するためにも重要であることを示唆する。脂質LPAまたはOMPTの添加は転換を促進した。しかしながら、LPAR1/3の競合阻害剤が外因性LPAを含有しない培地における転換に影響を及与えたため、内因性脂質も役割を果たし得る。この結果は、脂質シグナル伝達とLIF経路との間の予期しないクロストークを示唆する。阻害剤及びノックダウン研究は、LPAR1が、おそらく、LIFシグナル伝達活性に影響を及ぼすことに加えて、NANOG発現を低減することにより、転換において顕著な役割を果たすことを示す。
OMPTは、LPAR2/3の特異的アゴニストである(Hasegawa et al.(2003)Biol.Chem.278:11962−11969)。しかしながら、ここで興味深いことに、LPAR3ではなくLPAR1のノックダウンがLBAOによる転換を阻害したことが分かった。加えて、LBAO培地からOMPTを省くことにより、転換の効率の大幅な減少がもたらされたが、この減少は、他の因子のそれぞれが省かれたときにみられた減少よりも小さかった。したがって、OMPTは、LPAR1を通した弱いシグナル伝達により転換を促進することであってよく、これは、これまで報告されていない、LPAR1に特異的なアゴニストが転換をさらに増強するであろうことを予測する。したがって、LPARに特異的なアゴニスト及びアンタゴニストの開発が多能性エクスビボの制御に有益であり、再生医療に寄与するであろう。
実施例4.LIF、BMP4、アスコルビン酸、及びOMPT(LBAO)の組み合わせは、Xiを効率的に再活性化し、マウスプライム型PSCをナイーブ型PSCに転換する。
Xi−GFP mEpiSCをアキュターゼで単一細胞懸濁液中に解離し、転換実験を開始する1日前に、単一細胞を、2つの異なる細胞密度(20,000細胞または3,000細胞/ウェルの6ウェルプレート)のアクチビンA及びbFGF含有培地において、フィブロネクチンコーティングされたプレート上に播種した。播種の24時間後、陰性対照として新しいプライム培地を補充するか、またはナイーブ培地に交換した。アッセイ培地を24時間毎に交換し、GFP蛍光を顕微鏡検査で8(20,000開始細胞)〜13日(3,000開始細胞)間毎日チェックした。
LPA及びOMPTの濃度を最適化するために、プライム型多能性幹細胞を様々な濃度のLPAまたはOMPTで成長させた。図8に示されるように、高濃度(50nM及び100nM)で、LPAはプライム型多能性幹細胞に毒性であった。一方、100nM及び500nMのOMPT濃度の培地中で成長させたプライム型多能性幹細胞は、健康に見え、多能性幹細胞に特有のコロニー形態を維持した。
ナイーブ型培地は、図4及び5において使用するために、StemCells Inc(Palo Alto,CA,USA)から購入するか、または社内で調製されたN2B27基本培地中に1,000単位のLIF(Millipore)、10ng/mlのBMP4(R&D systems)、64μg/mlのL−アスコルビン酸2−ホスフェート(Sigma)、10nM〜100nMのLPA(Avanti Polar Lipids(Alabaster,AL,USA))、及び/または100nM OMPT(Avanti Polar Lipids(Alabaster,AL,USA))を含有した。社内N2B27培地は、500mlのDMEM/F12+GlutaMax(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA)、500mlのNeurobasal培地(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA))、5mlのN2補足物(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA))、10mlのB27補足物(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA))、666μlの7.5%BSA Fraction V(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA))、及び5mlのGlutaMax(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA)/1リットルからなる。転換実験の終わりに、GFP細胞クラスターを計数するか、またはフローサイトメトリーにより、転換効率を評価した。
GFPCD31細胞を選択するために、6〜9日間LBAO培地中で培養した細胞を継代し、50:50のLBAO/LIF+2i培地において、ラミニン511またはiMatrix(Nippi/Iwai North America)コーティングされたプレート上で培養した。次の日、培地をLIF+2i培地に交換した。培養条件下の2〜3回の継代内で、ほぼ純粋なGFPCD31細胞集団が得られた。
上述の所見に基づき、アクチビンA及びbFGFの不在下のLIF、BMP4、アスコルビン酸、及びLPA(またはOMPT)の混合がXiを強く再活性化するかを検査した。N2B27培地におけるLIF、BMP4、アスコルビン酸、及びLPA(またはOMPT)のそれぞれの添加がGFPCD31細胞を効率的に誘導したことが分かった(図4、パネルA)。平均して、17.7±5.9%の細胞が8日目に二重陽性細胞になった。加えて、32.1±8%及び2.8±2.1%を超える細胞がCD31及びGFP単一陽性細胞になった。
次に、GFPCD31細胞が細胞系として確立され得るかを検査した。実際、復帰された細胞培養物はLIF+2i培地中で良好に拡大し、GFPCD31細胞系はコロニーを取り出すことなく容易に確立された(図4、パネルB)。プローブの調製及びFISH手順が説明された。簡潔に、FISHプローブは、製造業者の指示に従い、Bioprimeキット(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA)により調製された。GFPCD31細胞をアキュターゼを使用して採取し、単一細胞懸濁液を作製し、次に、単一細胞を800rpmで3分間、Cyotospin(Thermo Scientific(Waltham,MA,USA))を用いて、ガラススライド上でサイトスピンにかけた。サイトスピンされた試料を透過処理し、10分間、4%PFAで固定し、4度少なくとも一晩、70%EtOH中で保管した。次に、試料を85〜100%EtOHにおいて脱水し、37度で一晩、プローブとハイブリダイズさせた。ハイブリダイゼーションの後、試料を十分に洗浄し、その後、退色防止封入剤(Vectashield,Vectorlabs(Burlingame,CA,USA))と共にスライドガラス上に装填した。染色した試料を100Xオイルレンズで顕微鏡的に検査した。1つの試料中200を超える細胞が得られた。2つのX連鎖遺伝子atrx及びtsixプローブとの蛍光In Situハイブリダイゼーションは、ほぼ全てのGFPCD31細胞が核においてatrx及びtsixの両方について2つの新生転写産物フォーカスを呈し、それらがXaXaであることを示唆する(図4、パネルC)。
多能性マーカー及び分化遺伝子の発現を試験した。全RNAをTrizol試薬(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA))で精製し、Turbo DNA−freeキット(Ambion/Life Technologies(Carlsbad,CA,USA))で処理してゲノムDNA汚染を除去するか、RNA抽出キット(Qiagen(Valencia,CA,USA))で処理した。 製造業者の指示に従い、SuperScriptIII(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA))及びランダム六量体プライマーを用いた逆転写反応に全RNA(100ng〜1μg)を使用した。分析した遺伝子の発現レベルを検査するために、TaqManプローブ及びTaqMan Gene Expression Master Mix(Life Technologies(Carlsbad,CA,USA))を使用した。復帰細胞系は多能性マーカー遺伝子を発現したが、mESCと類似するレベルで、分化マーカー遺伝子を抑止した(図4、パネルD)。
GFPCD31細胞が多能性であったかどうかを決定するために、胚盤胞注入を行った。キメラを産生しなかった親Xi−GFP mEpiSCとは対照的に、GFPCD31細胞を注入された70%の胚盤胞がキメラマウスを産生した(図4、パネルE)。胚盤胞注入及びF1マウス産生のプロトコルは、University of California,San FranciscoのInstitutional Animal Care and Use Committeeによって承認された。GFPCD31細胞またはmKate発現Xi−GFP mEpiSCの単一細胞を、C57BL/6マウスから得た胚盤胞に注入し、胎生期14.5日目に胚のキメラ現象を検査するために、GFPまたはmKate蛍光を使用した。高度にキメラのF0雌マウスをC57BL/6雄マウスと交配させて、F1子孫を得た。この結果は、親X−GFP mEpiSCとは著しく対照的に、復帰された細胞が容易にコロニー形成し、高頻度でマウス胚に寄与することを示唆した。(図4、パネルE)。
復帰された細胞の生殖系伝達も観察された(図4、パネルF)。まとめると、これらの結果は、復帰された細胞がXaXaであり、ナイーブ型多能性幹細胞と等しい分化能を有することを示唆する。したがって、構成成分の全てを含有する培地は、効率的に、Xiを再活性化するだけでなく、プライム型細胞をナイーブ型細胞にも復帰させる。
実施例5.LBAOはナイーブ型多能性に向かって転写因子を編成する。
ナイーブ型多能性遺伝子発現パターンの確立時期を決定するために、逆転写及び定量的ポリメラーゼ連鎖反応(RT−qPCR)を使用して、主要な多能性転写因子KLF2、KLF4、PRDM14及びNANOGのRNAレベルを検査した(Gillich et al.,(2012)Cell Stem Cell 10(4):425−429、Guo et al.,(2009)Development 136(7):1063−1069、Silva et al.,(2009)Cell 138(4):722−737)。Xi−GFP mEpiSCをLBAO培地中で培養し、培養の2日目から24時間毎にRNAの回収を始めた。KLF2、KLF4、及びPRDM14は、未処理のXi−GFP mEpiSCと比較して強く上方調節されたが、それらの速度は異なった(図5、パネルA)。KLF2及びKLF4は、2日目にほぼ最大レベルに達した(図5、パネルA)。PRDM14は、2〜3日目まで誘導されず、4日目に最大レベルに達した(図5、パネルA)。対照的に、NANOGは、Xi−GFP mEpiSCにおいて高い発現を示し、LBAOによる処理の2日目に一過性の減少を示した(図5、パネルA)。まとめると、これらのデータは、LBAO培地がKLF2、KLF4、及びPRDM14の発現を確実に誘導することを示す。GFPCD31細胞は5日目以降に出現するため(図(5、パネルB)、ナイーブ型多能性に関連する転写因子の発現は、CD31GFP細胞の出現に先行した。したがって、転写因子の誘導は、ナイーブ型多能性への転換に必須であり得る。
LIF、BMP4、及びLPAシグナル伝達の取得に加えて、mEpiSC培地からLBAO培地への切り替えは、bFGF及びアクチビンA−SMAD2/3軸を通したシグナル伝達の損失を伴う。それが、初期の時間点でのKLF2、KLF4、及びNANOGの発現における変化を引き起こすシグナル伝達の獲得または損失であったかどうかを決定するために、任意の追加の因子を含まない(基本)N2B27(mEpiSCの基本培地及びLBAO培地)に対する細胞の遷移の作用を検査した。培地交換24時間後に、KLF2及びKLF4は、LBAO及び基本条件下で、ActA+bFGF含有mEpiSC培地よりも高いレベルで発現されるが、NANOGはそうではなかった(図5、パネルC)。mEpiSC培地からの外因性アクチビンA及びbFGFの除去はKLF2及びKLF4を誘導するのに十分であるため、これらの結果は、アクチビンA及びbFGFがmEpiSCにおいてKLF2及びKLF4の発現を抑制することを示唆する。
Xiの再活性化及びナイーブ型多能性転写因子発現の調節へのLBAOの各構成成分の寄与を決定するために、各構成成分の除去の作用を個々に評価した。6日目のGFP細胞の%ならびにKLF2、KLF4、NANOG、及びPRDM14の発現レベルが、LIF、BMP4、アスコルビン酸、またはOMPTが除去されたときに決定された。GFP細胞産生の効率と転写因子の再活性化との間に相関があった。LIF(BAO)なしでは、GFP細胞はほぼ生じず、PRDM14及びKLF2の誘導は実質的に低減され(図5、パネルD)、ナイーブ状態の確立または維持におけるLIFの主要な役割と一致した。OMPT(LBA)なしでは、GFP細胞の比率においてわずかな減少があり、転写因子発現に顕著な変化はなかった。BMP4(LAO)またはアスコルビン酸(LBO)の除去により、GFP細胞産生の効率がLBAOレベルの40%まで低減し、転写因子発現の作用が異なった(図5、パネルD)。PRDM14発現は両条件下で低減されたが、LBOはNANOG発現においてより劇的な減少を示した一方で、LAOはKLF4発現に関して最も影響を受けた。これらの結果は、各転写因子が、強固なXi再活性化及びナイーブ型多能性と相関するLBAO発現レベルを達成するために、構成成分の特定の組み合わせを必要とすることを示唆する。
KLF2、KLF4、またはPRDM14がナイーブ型細胞への転換に必要であるかどうかを調査するために、転写因子のそれぞれがXi−GFP mEpiSCにおいてshRNAで枯渇され、6日間、LBAO培地中でノックダウン細胞を培養した。GFP及びLIFシグナル伝達の下流に位置する転写因子STAT3は対照として機能した。GFP対するshRNAの発現はGFP蛍光の強度を10倍低減するが、偽対照と比較して、GFP細胞の%に影響を及ぼさなかった(図5、パネルE、データ示さず)。各因子のノックダウンは、GFP細胞の比率において大幅な減少をもたらし(図5、パネルE)、KLF2、KLF4、及びPRDM14がmEpiSCのナイーブ型細胞への効率的な転換に寄与することを示唆する。
LBAO培養の6日目の遺伝子発現に対するSTAT3、KLF2、KLF4、またはPRDM14ノックダウンの作用の検査は、STAT3が残りの因子の上流に位置することを示唆する(図5、パネルF)。STAT3ノックダウンは、LIF−STAT3シグナル伝達の直接標的であるSocs3、及びNANOGを除く分析した全ての転写因子の発現を減少させ(図5、パネルF)、LIF−STAT3シグナル伝達経路の重要性と転写因子の調節を関連付ける。KLF2、KLF4、またはPRDM14のノックダウンは、非常に類似する遺伝子発現の変化をもたらし、各因子の枯渇は、Stat3またはSocs3に影響を及ぼすことなく他を大幅に減少させる(図5、パネルF)。まとめると、これらの結果は、LIF−STAT3経路がKLF2−KLF4−PRDM14回路の上流であり、LIF−STAT3経路と転写因子回路との間に強いフィードバックループが存在しないことを示唆する。
阻害剤分析はLPAR1/3と脂質シグナル伝達経路を関連付けた(図3、パネルD及びE)。これらの2つの受容体の相対的寄与を決定するために、各受容体がshRNAでXi−GFP mEpiSCにおいて枯渇され、細胞がLBAO中で6日間培養された。意外にも、LPAR1の枯渇はGFP細胞において実質的な減少をもたらしたが、LPAR3の枯渇はそうではなかった(図5、パネルE)。加えて、LPAR1ノックダウン細胞は、STAT3枯渇細胞と類似する遺伝子発現変化を呈し(図5、パネルF)、LPAR1シグナル伝達がLIF−STAT3経路と交差することを示唆する。STAT3ノックダウンはLPAR1発現を減少させたため(図5、パネルF)、LIFと脂質シグナル伝達経路との間の正のフィードバックループは、mEpiSCのナイーブ型細胞への転換に寄与し得る。
まとめると、これらの結果は、LIF、BMP4、アスコルビン酸、及びリゾホスファチジン酸(LPA)がXi再活性化を誘導できる因子であるが、予想外にも、アクチビンA及びbFGFがLIF誘導Xi再活性化を減衰することを示す。ここで、プライム型PSCをナイーブ型PSCに効率的に転換できる混合物Xi再活性化因子を含有する新規外因性遺伝子を含まない系が開発された。この系を使用して、エピジェニック調節における脂質シグナル伝達の予期しない役割が発見され、シグナル伝達経路と細胞復帰中に機能する内因性KLFファミリー及びPRDM14転写因子との間の関係が明らかにされた。したがって、この系は、ナイーブ型多能性の確立に関与する内因性分子機構及び動的なエピジェニック変化を解明するまたとない機会を提供する。
実施例6.LIF、BMP4、アスコルビン酸、及びOMPT(LBAO)の組み合わせは、Xiを効率的に再活性化し、ヒトプライム型PSCをナイーブ型PSCに転換する。
ヒトH9 hESC及び雌iPSC(集合的に「ヒトPSC」と称される)は、7日間プライム培地中で培養され、培地は毎日交換される。翌日、プライム培地を復帰培地に交換する。ヒトPSCを復帰培地中で14日間培養する。14日目までに、ヒトPSCの一部は核においてatrx及びtsixの両方の2つの新規転写産物フォーカスを発現し、それらがXaXaであることを示唆することが企図される。加えて、復帰ヒトPSCは多能性マーカー遺伝子を発現するが、mESC中の分化マーカー遺伝子と類似するレベルで、それらを抑止することが企図される。最後に、Gafni et al.,(2013)Nature 504(7479):282−286及びTakashima et al.,(2014)Cell 158(6):1254−1269に記載されるように、プライム型ヒトPSCとは対照的に、ヒト−マウスキメラ胚は復帰ヒトPSCのマウス胚盤胞への注入後に容易に得られることが企図される。
実施例7.ナイーブ型誘導多能性幹細胞の発生
ヒト線維芽細胞は正常な線維芽細胞培地(DMEM中10%FBS)中で培養される。線維芽細胞の拡大後、線維芽細胞は、Okita et al.(2013)Stem Cells 31(3):458−466により記載される方法を使用して、エピソームリプログラミングベクターをヌクレオフェクト(nucleofecting)することにより、iPSCにリプログラミングされる。線維芽細胞培地におけるヌクレオフェクションの数日後、ヌクレオフェクトされた細胞をナイーブ培地に移し、3〜4週間培養する。線維芽細胞がナイーブ培地対従来の培地においてリプログラミング及び維持されるときに観察されたリプログラミング効率において100倍増加することが企図される。加えて、ナイーブ培地において誘導されたiPSCはより未分化の表現型を呈することが企図される。これらのデータは、LBAOが直接的なリプログラミングならびにナイーブ型iPSCを効率的に誘導するブースターとして機能することを示唆する。
実施例8.エピソームリプログラミング因子を含有する確立されたヒトiPSCからのナイーブ型誘導多能性幹細胞の発生
マウスESC及びiPSCとは対照的に、大半のヒトESC及びiPSCは、XCI状態、コロニー形態、ならびにKLF4、TFCP2L1、及びTBX3などのマーカー遺伝子発現によりアッセイされたとき、プライム状態にある。LPA処理はマウス多能性細胞においてプライム状態からナイーブ状態への転換を刺激したため、次に、この生理活性脂質がヒト細胞においてナイーブ型多能性を促進し得るかどうかが決定された。ヒトiPSC(hiPSC)のための従来の培養方法は、線維芽細胞成長因子(bFGF)及びトランスフォーミング成長因子ベータ(TGF−β)またはアクチビンA(ActA)の成長培地への添加により多能性状態にhiPSCを維持し、これらの因子の除去は分化をもたらす。
ここで、p53に対するエピソームリプログラミング因子(Oct3/4、SOX2、KLF4、l−MYC、LIN28、及びshRNA(Okita et al.(2011)Nature Methods 8(5):409−412に記載されるように)は、ナイーブ状態にさらにリプログラミングするために、確立された、十分に特徴付けされたhiPSCに導入された。hiPSCをラミニン−511上で平板培養し、bFGF及びTGF−βを含有するプライム培地中で、小さいコロニーに拡大させた。プライム培地を除去し、復帰培地1μM OMPT、bFGF、TGF−βを含まないStemFit基本培地中10ng/mLのLIFに交換した。意外にも、bFGF及びTGF−βが除去され、OMPT含有培地(復帰培地)がエピソームリプログラミング因子を含有するhiPSCに添加されたとき、ナイーブ型多能性の特徴を有する細胞が観察された。これらのナイーブ様細胞は、ナイーブ型多能性幹細胞に特有の3次元ドーム型コロニーを形成し、プライム型hiPSCのコロニー形態とは非常に異なった。LPA含有培地におけるナイーブ様細胞は、NANOGを発現し続け、多能性が損なわれなかったことを示唆する(図6、パネルA及びB)。これらの結果は、LPAがヒト系においてナイーブ型多様性への転換も促進し得ることを示唆する。加えて、それらは、LPA−LPAR−RHOシグナル伝達軸の調節がヒトナイーブ型多能性幹細胞を発生させ、維持するために使用され得るかどうかのさらなる調査の基盤を提供する。
実施例9.リプログラミング因子を含まないiPSCからのナイーブ型誘導多能性幹細胞の発生
ヒトiPSCは、Okita et al.(2011)Nature Methods 8(5):409−412により記載される方法を使用して、p52に対してOct4、Sox2、Klf4、myc、Lin28、及びshRNAを発現するエピソームベクターにより発生された。StemFit基本培地(またはmTeSR orE8)にbFGF及びTGF−βを含有するプライム培地中でhiPSCを成長させた。次に、プライム型hiPSCは復帰培地に切り替えられ、低酸素条件下で、ラミニン−511上で培養された。復帰培地は、様々な濃度の脂質(2μM OMPT、1μM OMPT、1μM OMPT+20nM LPA、または脂質なし)と共に、StemFit基本培地に、10ng/mLのLIF、10ng/mLのアクチビンA、100ng/mLのbFGF、1μM PD0325901 MEK阻害剤、1μM CHIR99021 GSK3β阻害剤、及び2mM N−アセチルシステインを含有した。5〜7日後、ナイーブ型多能性幹細胞に特有の3次元ドーム型コロニーが観察された。脂質(OMPTまたはOMPT/LPA)の存在下で成長したヒトiPSCは、1ヶ月を超えて3次元ドーム型コロニーを維持し(およそ5回の継代)、一方、脂質の不在下で培養された対照細胞は、プライム型多能性幹細胞に特有の平坦なコロニーを呈した(図7)。ナイーブ型細胞は、ナイーブ型ヒト多能性幹細胞のNANOG、KLF4、KLF17、及びTFCP2L1マーカーも発現した(図9)。これらのデータは、追加のリプログラミング因子の不在下でさえ、脂質OMPT及びLPAがプライム型hiPSCをナイーブ型hiPSCに復帰させ、ナイーブ型多能性状態を維持できることを示唆する。
本発明は上記の実施形態と共に説明されてきたが、前述の説明及び実施例は図示のためであり、本発明の範囲を制限することが意図されないことを理解されたい。本発明の範囲内の他の態様、利点、及び修正は、本発明が属する当業者には明らかであろう。
加えて、本発明の特徴または態様がマーカッシュ群に関して記載される場合、当業者は、本発明がそれによってマーカッシュ群の任意の個々のメンバーまたは亜群メンバーに関して記載されることも認識するだろう。
本明細書で言及される全ての刊行物、特許出願、特許、及び他の参考文献は、それぞれが個々に参照により組み込まれているかのように同じ程度まで、それらの全体が参照により明示的に組み込まれる。矛盾する場合、定義を含む本明細書が支配する。

Claims (55)

  1. ナイーブ型多能性幹細胞の誘導方法であって、有効量のリゾホスファチジン酸受容体(LPAR)のアゴニストを含む培養培地中でプライム型多能性幹細胞を培養し、それにより、前記プライム型多能性幹細胞をナイーブ型多能性幹細胞に復帰させることを含む、方法。
  2. ナイーブ型多能性幹細胞の、そのナイーブ状態での維持方法であって、有効量のLPARのアゴニストを含む培養培地中で前記ナイーブ型多能性幹細胞を培養することを含む、方法。
  3. 前記培地が、有効量の骨形成タンパク質(BMP)、酸化防止剤、または脱メチル化酵素のうちの1つ以上をさらに含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
  4. 前記培養培地が、有効量のシグナル伝達兼転写活性化因子3(STAT3)をさらに含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
  5. 前記STAT3活性化因子が、白血病抑制因子(LIF)である、請求項4に記載の方法。
  6. 前記LPARのアゴニストが、1−オレオイル−2−メチル−sn−グリセロ−3−ホスホチオネート(OMPT)、リゾホスファチジン酸(LPA)、またはこれらの任意の組み合わせである、請求項1または請求項2に記載の方法。
  7. 前記有効量の前記LPARのアゴニストが、約10nM〜約5μMである、請求項1または請求項2に記載の方法。
  8. 前記酸化防止剤が、n−アセチルシステインである、請求項3に記載の方法。
  9. 前記脱メチル化酵素が、アスコルビン酸である、請求項3に記載の方法。
  10. 前記培養培地が、有効量のERK1/2阻害剤、GSK3β阻害剤、及びPKC阻害剤のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
  11. 前記培養培地が、有効量のアクチビンA、トランスフォーミング成長因子−β(TGF−β)、塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)、またはこれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
  12. 前記ナイーブ型多能性幹細胞が、胚性幹細胞、胚盤胞、誘導多能性幹細胞、及び体細胞からなる群から選択される、請求項1または請求項2に記載の方法。
  13. 前記ナイーブ型多能性幹細胞が、ヒト細胞である、請求項1または請求項2に記載の方法。
  14. フィブロネクチン層またはラミニン層上で前記プライム型多能性幹細胞及び/またはナイーブ型多能性幹細胞を培養することをさらに含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
  15. 前記プライム型多能性幹細胞が、10日未満で前記ナイーブ型多能性幹細胞に復帰する、請求項1に記載の方法。
  16. 前記プライム型多能性幹細胞が、少なくとも1つの外因性リプログラミング因子、少なくとも1つの外因性RNA、またはこれらの両方を発現する、請求項1に記載の方法。
  17. 前記少なくとも1つの外因性リプログラミング因子が、Oct4、Sox2、L−Myc、C−Myc、Klf4、またはLin28である、請求項17に記載の方法。
  18. 前記少なくとも1つの外因性RNAが、p53またはLin28の発現を下方調節する、請求項17に記載の方法。
  19. ある一定期間の間、低酸素条件下で前記プライム型多能性幹細胞及び/または前記ナイーブ型多能性幹細胞を培養するステップをさらに含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
  20. 請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法により調製された、単離されたナイーブ型多能性幹細胞。
  21. 前記ナイーブ型多能性幹細胞が、X染色体不活性化特異的転写産物(XIST)を発現する、請求項20に記載の単離されたナイーブ型多能性幹細胞。
  22. 単離されたナイーブ型多能性幹細胞と、有効量のLPARのアゴニストと、を含む、組成物。
  23. 有効量のBMP、酸化防止剤、または脱メチル化酵素のうちの1つ以上をさらに含む、請求項22に記載の組成物。
  24. 有効量のSTAT3活性化因子をさらに含む、請求項22に記載の組成物。
  25. 前記STAT3活性化因子が、白血病抑制因子(LIF)である、請求項24に記載の組成物。
  26. 前記LPARのアゴニストが、OMPT、LPA、またはこれらの組み合わせである、請求項22に記載の組成物。
  27. 前記LPARのアゴニストが、約10nM〜約5μMの濃度で前記培地中に存在する、請求項22に記載の組成物。
  28. 前記酸化防止剤が、n−アセチルシステインである、請求項23に記載の組成物。
  29. 前記脱メチル化酵素が、アスコルビン酸である、請求項23に記載の組成物。
  30. 有効量のERK1/2阻害剤、GSK3β阻害剤、PKC阻害剤、またはこれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項22に記載の組成物。
  31. 有効量のアクチビンA、TGFβ、bFGF、またはこれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項22に記載の組成物。
  32. 前記単離されたナイーブ型多能性幹細胞の少なくとも一部が、少なくとも1つの外因性リプログラミング因子、少なくとも1つの外因性RNA、またはこれらの両方を発現するように改変されている、請求項22に記載の組成物。
  33. 前記少なくとも1つのリプログラミング因子が、Oct4、Sox2、L−Myc、C−Myc、Klf4、またはLin28である、請求項32に記載の組成物。
  34. 前記少なくとも1つのRNAが、p53またはLin28の発現を下方調節する、請求項33に記載の組成物。
  35. 前記ナイーブ型多能性幹細胞が、低酸素条件下で培養される、請求項22に記載の組成物。
  36. 10nM〜約10μMのLPARのアゴニストを含む、細胞培養培地。
  37. 前記細胞培養培地が、有効量のBMP、酸化防止剤、または脱メチル化酵素のうちの1つ以上をさらに含む、請求項36に記載の細胞培養培地。
  38. 前記細胞培養培地が、有効量のSTAT3活性化因子をさらに含む、請求項36に記載の細胞培養培地。
  39. 前記STAT3活性化因子が、LIFである、請求項38に記載の細胞培養培地。
  40. 前記LPARのアゴニストが、OMPT、LPA、またはこれらの任意の組み合わせである、請求項36に記載の細胞培養培地。
  41. 前記LPARのアゴニストが、約10nM〜約5μMの濃度で前記培地中に存在する、請求項36に記載の細胞培養培地。
  42. 前記酸化防止剤が、n−アセチルシステインである、請求項37に記載の細胞培養培地。
  43. 前記脱メチル化酵素が、アスコルビン酸である、請求項37に記載の細胞培養培地。
  44. 前記細胞培養培地が、有効量のERK1/2阻害剤、GSK3β阻害剤、PKC阻害剤、またはこれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項36に記載の細胞培養培地。
  45. bFGFと、アクチビンAまたはトランスフォーミング成長因子−β(TGF−β)のうちの1つ以上と、を含む、プライム型多能性幹細胞を培養するための細胞培養培地。
  46. ナイーブ型多能性幹細胞の誘導方法であって、培養培地中でプライム型多能性幹細胞を培養することを含み、前記培養培地が、ERK1/2阻害剤、GSK3β阻害剤、PKC阻害剤、またはこれらの任意の組み合わせを実質的に含まない、方法。
  47. 単離されたプライム型多能性幹細胞であって、前記単離されたプライム型多能性幹細胞が、LPARのアゴニストを含む培地の存在下でインキュベートされ、前記プライム型ヒト多能性幹細胞が、インキュベーション中またはインキュベーション後に、ナイーブ型多能性幹細胞に復帰される、単離されたプライム型多能性幹細胞。
  48. 前記培地が、有効量の骨形成タンパク質(BMP)、酸化防止剤、脱メチル化酵素、またはこれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項47に記載の細胞。
  49. 前記培地が、有効量のSTAT3活性化因子をさらに含む、請求項47に記載の細胞。
  50. 前記STAT3活性化因子が、LIFである、請求項49に記載の細胞。
  51. 前記LPARが、LPAR1である、請求項47に記載の細胞。
  52. 前記LPARのアゴニストが、OMPT、LPA、またはこれらの組み合わせである、請求項48に記載の細胞。
  53. 前記酸化防止剤が、n−アセチルシステインである、請求項49に記載の細胞。
  54. 前記脱メチル化酵素が、アスコルビン酸である、請求項49に記載の細胞。
  55. 前記培養培地が、有効量のERK1/2阻害剤、GSK3β阻害剤、PKC阻害剤、またはこれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項48に記載の細胞。
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