JP2020537529A - 網膜前駆体を生成するためのシステムおよび方法 - Google Patents

網膜前駆体を生成するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

網膜前駆体および成熟視細胞は、2種のラミニンから作製されるラミニンマトリクスを有する表面上で、ヒト胚性幹細胞を分化させることによって生成され得る。一方のラミニンはラミニン−521であり、他方のラミニンは、ラミニン−323またはラミニン−523のいずれかである。この基材上にプレートされた幹細胞は、網膜前駆体および成熟視細胞を得るために種々の細胞培養培地を使用して分化され得る。本開示は、網膜前駆細胞または網膜視細胞を得るためのシステムおよび方法に関する。

Description

関連出願の引用
本出願は、PCT出願番号PCT/SG2017/050520(2017年10月17日出願。参考として完全に援用される)に基づく優先権を主張する。
背景
本開示は、網膜前駆細胞(例えば、光受容体前駆細胞または神経節前駆細胞)または網膜視細胞を、ヒト多能性幹細胞から生成するためのシステムおよび方法に関する。このようなシステムおよび方法における使用のための組成物およびマトリクスもまた、開示される。その得られる網膜前駆細胞または網膜視細胞の移植がさらに開示され、本明細書に含まれる。それら細胞を含むこれらの方法、組成物、およびシステムは、眼の状態(例えば、黄斑変性(MD)または網膜色素変性(RP))を処置するために有用である。
全世界での失明の主要原因は、加齢黄斑変性(AMD)および網膜色素変性(RP)である。これら2つの状態は、光受容体および下にある網膜色素上皮(RPE)の喪失を含む。視覚系を支援するには、上記光受容体と上記RPEとの間の機能的相互作用が必要とされる。不運なことには、ヒトの網膜は、細胞が疾患または傷害で失われた場合に再生する能力がなく、網膜変性を回復させる有効な処置は存在しない。
有糸分裂後のヒト光受容体は、それらが妊娠19週後に入手可能になるに過ぎないことから、ヒト細胞置換にとって倫理的かつ適切な供給源とは考えられない。幹細胞に由来する光受容体についての既存のプロトコールは、主に、3D眼杯または網膜オルガノイドを形成するためにMatrigel(登録商標)の使用とともに、化学的に規定されていない培養条件の中での自然に起こる胚様体の分化に基づく。これらの3Dオルガノイドは、移植にかなう能力はなく、このようなプロトコールは、種々の発生ステージを有する不均質な網膜細胞タイプをもたらす。
さらに、MatrigelTMは、いくつかの基底膜タンパク質(例えば、IV型コラーゲン、パールカン(perlecan)、ラミニン−111)、ならびに増殖因子および細胞内タンパク質を含むマウス腫瘍抽出物である。従って、MatrigelTMは異種のものであり、ロット間変動に影響を及ぼされ、幅広い量の規定されていない構成要素を含む。さらに、MatrigelTM上で培養した細胞はまた、それらを臨床適用に対して不適切にする非ヒトN−グリコリルノイラミン酸(Neu5Gc)免疫原を獲得する可能性を有する。
現行の処置は、抗酸化剤(例えば、パルミチン酸ビタミンA)、ドコサヘキサエン酸(DHA)、カルシウムチャネル遮断薬、およびルテイン/ゼアキサンチンを含む経口薬物療法を含む。しかし、視力を取り戻すにあたって有効性は何ら示されていない。
簡潔な説明
本開示は、網膜前駆細胞または網膜視細胞を得るためのシステムおよび方法に関する。簡潔には、多能性幹細胞は、(i)ラミニン−323(LN−323)またはLN−523、および(ii)ラミニン−521の混合物を含む基材上で培養される。LN−323およびLN−523は、以前は純粋形態で精製されておらず、ヒト胎児由来腎細胞(HEK−293)において組換えヒトタンパク質として初めて生成され、精製され、細胞培養コーティングとして使用された。その幹細胞は、網膜前駆細胞または網膜視細胞を得るために(それらが分化される時間の長さに依存して)、2種の異なる細胞培養培地を使用して分化される。
網膜前駆細胞の5種の別個の亜集団も識別されてた。これらの5種の亜集団は、本明細書でさらに説明されるように、26〜34日目の遺伝子プロフィールによって識別され得る。
第1の亜集団(A)において、遺伝子CRX、C11orf96、NXPH4、NTS、DCT、PRDM1、NEUROD4、S100A13、RCVRN、FAM57B、SYT4、DLL3、SSTR2、CHRNA5、およびROBO2のうちの少なくとも1つは、26〜34日目の遺伝子プロフィールにおいて発現される。望ましくは、これら遺伝子のうちの多くまたは大部分が発現される。
第2の亜集団(B)において、遺伝子STMN2、ONECUT2、ATOH7、ELAVL4、およびGAP43のうちの少なくとも1つは、26〜34日目の遺伝子プロフィールにおいて発現される。望ましくは、これら遺伝子のうちの多くまたは大部分が発現される。
第3の亜集団(C)において、遺伝子CNTN2、NEFM、NEFL、PRPH、POU4F2、およびCXCR4のうちの少なくとも1つは、26〜34日目の遺伝子プロフィールにおいて発現される。望ましくは、これら遺伝子のうちの多くまたは大部分が発現される。
第4の亜集団(D)において、遺伝子PAX6、SIX3、およびSLC2A1のうちの少なくとも1つは、26〜34日目の遺伝子プロフィールにおいて発現される。望ましくは、これら遺伝子のうちの多くまたは大部分が発現される。
第5の亜集団(E)において、遺伝子VSX2、PTH2、FZD5、RARRES2、DIO3、SOX2、およびCYP1B1のうちの少なくとも1つは、26〜34日目の遺伝子プロフィールにおいて発現される。望ましくは、これら遺伝子のうちの多くまたは大部分が発現される。
本開示のこれらおよび他の非限定的な特徴は、以下でより詳細に開示される。
本特許または本出願のファイルは、カラー仕上げの少なくとも1つの図面を含む。カラー図面付きのこの特許または特許出願公報の写しは、請求および必要な料金の支払いをすれば、当局によって提供される。
以下は、図面の簡単な説明である。これは、本明細書で開示される例示的実施形態を例証する目的で示され、限定する目的で示されるのではない。
図1Aは、本開示のいくつかの方法において組換えラミニン−523およびラミニン−323を生成するための工程を記載するフローチャートである。
図1Bは、LN−523の精製画分または部分におけるLAMA5、LAMB2、およびLAMC3鎖の存在を示すウェスタンブロットである。
図1Cは、AKTA Chromatography Systemを使用するLN−523クローンのタンパク質溶離プロフィールを図示するクロマトグラムである。
図1Dは、LAMA5、LAMB2、およびLAMC3鎖が存在することを示すLC−MS/MS(液体クロマトグラフィー−質量分析)結果である。
図1Eは、LN−323の精製画分または部分におけるLAMA3、LAMB2、およびLAMC3鎖の存在を示すウェスタンブロットである。
図1Fは、AKTA Chromatography Systemを使用するLN−323クローンのタンパク質溶離プロフィールを図示するクロマトグラムである。
図1Gは、LAMA3、LAMB2、およびLAMC3鎖が存在することを示すLC−MS/MS(液体クロマトグラフィー−質量分析)結果である。
図2Aは、hESCを光受容体へと分化させる方法を示すダイアグラムである。3種の細胞培養が示される: 分化前に培養するためのNutristem(0日目);神経誘導培地;および光受容体分化培地。D0、D20、およびD30での細胞を示す3枚の写真がまた提供される。
図2Bおよび図2Cは、LN−523+LN−521基材上で増殖させた細胞の5つの異なるグラフのセットである。図2Bの上のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.15まで0.05刻みで推移する。x軸は、左から右に、OCT3/4、NANOG、BRA、MIXL1、SOX17、FOXA2、およびPAX6である。
PAX6と表示された図2Bの左下のグラフでは、y軸は、任意単位であり、0から0.18まで0.02刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN−523+LN−521、D20 LN−523+LN−521、D20 LN−523のみ、D30 LN−523+LN−521、およびD30 LN−523のみである。
VSX2と表示された図2Bの右下のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.06まで0.01刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN−523+LN−521、D20 LN−523+LN−521、D20 LN523のみ、D30 LN523+521、およびD30 LN523のみである。
CRXと表示された図2Cの左のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.0045まで0.0005刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN523+521、D20 LN523+521、D20 LN523のみ、D30 LN−523+LN−521、およびD30 LN−523のみである。
RCVRNと表示された図2Cの右のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.025まで0.005刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN−523+LN−521、D20 LN−523+LN−521、D20 LN−523のみ、D30 LN−523+LN−521、およびD30 LN−523のみである。
図2Dおよび図2Eは、LN−323+LN−521基材上で増殖させた細胞の5つの異なるグラフのセットである。図2Dの上のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.15まで0.05刻みで推移する。x軸は、左から右に、OCT3/4、NANOG、BRA、MIXL1、SOX17、FOXA2、およびPAX6である。
PAX6と表示された図2Dの左下のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.16まで0.02刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN−323+LN−521、D20 LN−323+LN−521、D20 LN−323のみ、D30 LN−323+LN−521、およびD30 LN−323のみである。
VSX2と表示された図2Dの右下のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.05まで0.005刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN−323+LN−521、D20 LN−323+LN−521、D20 LN−323のみ、D30 LN−323+LN−521、およびD30 LN−323のみである。
CRXと表示された図2Eの左のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.0014まで0.0002刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN−323+LN−521、D20 LN323+LN−521、D20 LN−323のみ、D30 LN−323+LN−521、およびD30 LN−323のみである。
RCVRNと表示された図2Eの右のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.0008まで0.0001刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN−323+LN−521、D20 LN−323+LN−521、D20 LN−323のみ、D30 LN−323+LN−521、およびD30 LN−323のみである。
図2Fおよび図2Gは、LN−521のみの基材上で増殖させた細胞の5つの異なるグラフのセットである。図2Fの上のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.2まで0.05刻みで推移する。x軸は、左から右に、OCT3/4、NANOG、BRA、MIXL1、SOX17、FOXA2、およびPAX6である。
PAX6と表示された図2Fの左下のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.12まで0.02刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN−521、D20 LN−521、およびD30 LN−521である。
VSX2と表示された図2Fの右下のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.025まで0.005刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN−521、D20 LN−521、およびD30 LN−521である。
CRXと表示された図2Gの左下のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.0025まで0.0005刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN521、D20 LN−521、およびD30 LN−521である。
RCVRNと表示された図2Gの左下のグラフでは、y軸は任意単位にあり、0から0.003まで0.005刻みで推移する。x軸は、左から右に、D0 LN−521、D20 LN−521、およびD30 LN−521である。
図3A〜3Cは、D0 未分化hESCおよびD38 hESC由来網膜細胞の免疫細胞化学分析を示す写真のセットである。図3Aは、LN−523+LN−521基材上で増殖させた細胞に関するものである。図3Bは、LN−523+LN−521基材上で増殖させた細胞に関するものである。図3Cは、LN−521のみの基材上で増殖させた細胞に関するものである。各セットは、10枚の顕微鏡写真を含む(スケールバー=20μm)。各セットでは、上の列は、OCT4に関するD0細胞の、PAX6に関するD0細胞の、およびPAX6に関するD38細胞の分析を示す。第2の列は、これらをDAPIと複合したものを示す。第3の列は、VSX2に関するD38細胞のおよびRCVRNに関するD38細胞の分析を示す。第4の列は、これらをDAPIと複合したものを示す。D0 未分化幹細胞では、OCT4は発現されるが、PAX6(Paired box 6)は発現されない。D38 分化細胞では、マーカーPAX6、VSX2、およびRCVRNが発現される。 同上。 同上。
図3Dは、3種のラミニンマトリクスに対してマーカーPAX6、VSX2、CRX、およびRCVRNの発現を比較する棒グラフである。y軸は任意単位にあり、0から100まで20刻みで推移する。x軸については、左から右に、マーカーは、PAX6、VSX2、CRX、およびRCVRNである。各マーカーに関して、左側の棒は、LN−523:LN−521基材上での発現である。中央の棒は、LN−323:LN−521基材に関するものであり、右側の棒は、LN−521のみの基材に関するものである。
図4Aは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての20日目の網膜前駆細胞に関するNANOG発現レベルのt分布型確率的近傍埋め込みアルゴリズム(t−SNE)可視化(t−SNE次元1および2、それぞれ、x軸およびy軸)である。各ドットは細胞を表す。「Log2調整カウント(Log2 Adj. count)」とは、Log2 scran正規化しかつNANOGの細胞周期調整した遺伝子カウントをいう。NANOG遺伝子カウントは、0から2.21までの範囲に及ぶ。
図4Bは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての20日目の網膜前駆細胞に関するPOU5F1発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。POU5F1遺伝子カウントは、0から1.33までの範囲に及ぶ。
図4Cは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての20日目の網膜前駆細胞に関するPAX6発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。PAX6遺伝子カウントは、−0.36から5.87までの範囲に及ぶ。
図4Dは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての20日目の網膜前駆細胞に関するLHX2発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。LHX2遺伝子カウントは、−0.54から5.00までの範囲に及ぶ。
図5は、PAX6を発現する20日目の網膜前駆細胞の亜集団に関して識別されたマーカー遺伝子の遺伝子−遺伝子発現(gene−gene expression)(単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される)ペアワイズ相関レベルを示すヒートマップである。この遺伝子−遺伝子発現ペアワイズ相関は、単一細胞配列決定法によってプロフィールが示され、品質管理工程に合格した全ての20日目の網膜前駆細胞にわたって計算される。水準バー(level bar)は、遺伝子−遺伝子発現ペアワイズピアソン相関を示し、−1から1までの範囲に及ぶ。
図6は、全ての30日目の網膜前駆細胞内で識別された細胞の5種の亜集団の各々に関して識別されたマーカー遺伝子の、遺伝子−遺伝子発現(単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される)ペアワイズ相関レベルを示すヒートマップである。この遺伝子−遺伝子発現ペアワイズ相関は、単一細胞配列決定法によってプロフィールが示され、品質管理工程に合格した全ての30日目の網膜前駆細胞にわたって計算される。上から下まで、その5種の細胞亜集団は、以下のとおりに示される: CRX+、STMN2+、CNTN2+、PAX6+およびVSX2+。別個の細胞亜集団に属するマーカー遺伝子は、線で分離されている。その5種の細胞亜集団の各々を命名する遺伝子は、矢印で示される。その水準バーは、遺伝子−遺伝子発現ペアワイズピアソン相関を示し、−1から1までの範囲に及ぶ。
参照のために、図6において右側にある遺伝子の縦に示されるリストは、以下のとおりに示されている(上から下に): C11orf96; NXPH4; NTS; DCT; PRDM1; NEUROD4; CRX; S100A13; RCVRN; FAM57B; SYT4; DLL3; SSTR2; CHRNA5; ROBO2; ONECUT2; ATOH7; STMN2; ELAVL4; GAP43; NEFM; NEFL; PRPH; CNTN2; POU4F2; CXCR4; SIX3; PAX6; SLC2A1; PTH2; FZD5; VSX2; RARRES2; DIO3; SOX2; およびCYP1B1。図6の下にある遺伝子の横に示されるリストは、右から左に読む場合に同じである。
図7Aは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての30日目の網膜前駆細胞に関するCRX発現レベルのt分布型確率的近傍埋め込みアルゴリズム(t−SNE)可視化(t−SNE次元1および2、それぞれ、x軸およびy軸)である。各ドットは細胞を表す。Log2調整カウントとは、Log2 scran正規化しかつ細胞周期調整した遺伝子カウントをいう。CRX 遺伝子カウントは、−0.05から3.33までの範囲に及ぶ。
図7Bは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての30日目の網膜前駆細胞に関するC11orf96発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。C11orf96遺伝子カウントは、−0.25から5.15までの範囲に及ぶ。
図7Cは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての30日目の網膜前駆細胞に関するSTMN2発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。STMN2遺伝子カウントは、−0.92から6.52までの範囲に及ぶ。
図7Dは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての30日目の網膜前駆細胞に関するONECUT2発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。ONECUT2遺伝子カウントは、−0.80から4.81までの範囲に及ぶ。
図7Eは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての30日目の網膜前駆細胞に関するCNTN2発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。CNTN2遺伝子カウントは、−0.24から5.35までの範囲に及ぶ。
図7Fは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての30日目の網膜前駆細胞に関するPOU4F2発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。POU4F2遺伝子カウントは、−0.14から4.47までの範囲に及ぶ。
図7Gは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての30日目の網膜前駆細胞に関するPAX6発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。PAX6遺伝子カウントは、0から5.68までの範囲に及ぶ。
図7Hは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての30日目の網膜前駆細胞に関するSIX3発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。SIX3遺伝子カウントは、0から4.63までの範囲に及ぶ。
図7Iは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての30日目の網膜前駆細胞に関するVSX2発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。VSX2遺伝子カウントは、−0.17から3.28までの範囲に及ぶ。
図7Jは、単一細胞RNA配列決定法によってプロフィールが示される全ての30日目の網膜前駆細胞に関するCYP1B1発現レベルのt−SNE可視化である。各ドットは細胞を表す。CYP1B1遺伝子カウントは、−0.23から6.01までの範囲に及ぶ。
詳細な説明
本明細書で開示される組成物および方法のより完全な理解は、添付の図面を参照することによって得られ得る。これらの図面は、本開示を示す便宜上および容易さに基づく模式的表示に過ぎず、従って、例示的実施形態の範囲を規定または限定することは意図されない。
具体的な用語が、明瞭さを目的として以下の説明において使用されるが、これらの用語は、図面における例証のために選択された実施形態の特定の構造に言及することのみが意図され、本開示の範囲を規定または限定することは意図されない。図面および以下に続く説明において、類似の番号表示が類似の機能の構成要素に言及することは、理解されるべきである。
本明細書で考察される全ての刊行物、特許、および特許出願は、それらの全体において参考として援用される。
単数形「1つの、ある(a)」、「1つの、ある(an)」および「この、その、上記(the)」は、状況が別段明確に規定しなければ、複数形を含む。
本明細書および請求項において使用される場合、用語「含む、包含する(comprising)」は、「からなる(consisting of)」実施形態および「から本質的になる(consisting essentially of)」実施形態を含み得る。用語「含む、包含する(comprise(s))」、「含む、包含する、が挙げられる(include(s))」、「有する(having)」、「有する(has)」、「し得る(can)」、「含む、含有する(contain(s))」、およびこれらのバリエーションは、本明細書で使用される場合、挙げられた成分/工程の存在を要求し、かつ他の成分/工程の存在を許容する、制限のない移行性の句、用語、または文言であることが意図される。しかし、このような記載は、組成物またはプロセスを、その挙げられた成分/工程のみの存在を、そこから生じ得る任意の不純物とともに許容し、他の成分/工程を排除する、その列挙された成分/工程「からなる」および「から本質的になる」としても記載すると解釈されるべきである。
本出願の明細書および請求項における数値は、その数値を決定するために、有効数字の同じ桁数に縮小される場合に同じである数値および本発明出願において記載されるタイプの従来の測定技術の実験誤差未満で述べられた値とは異なる数値を含むことが理解されるべきである。
本明細書で開示される全ての範囲は、その記載される端点を含み、独立して組み合わせ可能である(例えば、「2〜10(from 2 to 10)」という範囲は、その端点である2および10、ならびにその中間にある全ての値を含む)。
用語「約(about)」は、任意の数値であって、その値の基本的な機能を変化させることなく変動し得るものを含むために使用され得る。範囲とともに使用される場合、「約」はまた、その2つの端点の絶対値によって規定される範囲を開示し、例えば、「約2〜約4」はまた、「2〜4」という範囲を開示する。用語「約」は、その示される数字の±10%に言及し得る。
本開示に関連し得るいくつかの周知の参考文献としては、以下が挙げられる: Molecular Cloning: A Laboratory Manual (Sambrook, et al., 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press)、Gene Expression Technology (Methods in Enzymology, Vol. 185, D. Goeddel編, 1991. Academic Press, San Diego, Calif.)、「Guide to Protein Purification」 in Methods in Enzymology (M. P. Deutshcer編, (1990) Academic Press, Inc.); PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications (Innis, et al. 1990. Academic Press, San Diego, Calif.)、Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Technique, 第2版. (R. I. Freshney. 1987. Liss, Inc. New York, N.Y.)、Gene Transfer and Expression Protocols, pp. 109−128, E. J. Murray編, The Humana Press Inc., Clifton, N.J.)、またはAmbion 1998カタログ(Ambion, Austin, Tex.)、Functional Diversity of Laminins, Domogatskaya, A, Rodin, S and Tryggvason, K,. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2012, 28, 523−553。
ラミニンタンパク質は、1個のα鎖サブユニット、1個のβ鎖サブユニット、および1個のγ鎖サブユニットを含み、全て、コイルドコイルドメインを通じてトリマーの状態で一緒に連結されている。12種の公知のラミニンサブユニット鎖が、理論的には、少なくとも60種の異なるアイソフォームを形成し得る。現在、16種のトリマーラミニンタイプが、天然の哺乳動物組織において識別されている。そのトリマーのラミニン構造内では、他のラミニン分子および基底ラミニン分子に対する結合活性を有するドメイン、ならびに細胞質膜結合レセプターが識別可能である。例えば、ドメインVI、IVb、およびIVaは、球場の構造を形成し、ドメインV、IIIb、およびIIIa(これらは、システインリッチEGF様エレメントを含む)はロッド様構造を形成する。その3種の鎖のC末端にあるドメインIおよびIIは、三重鎖コイルドコイル構造(長腕)の形成に関与する。遺伝的に異なる5種のα鎖、3種のβ鎖、および3種のγ鎖が存在し、これらは、少なくとも16種の異なる組み合わせにおいてヒト組織に見出されている。これらのラミニンタンパク質の1つの命名法は、それらの鎖組成に基づいてアイソフォームを記載する(例えば、ラミニン−111は、α1鎖、β1鎖、およびγ1鎖を含む)。
本明細書で使用される場合、用語「ラミニン−323(laminin−323)」(LN−323)とは、α3鎖、β2鎖およびγ3鎖が一緒に結合することによって形成されるタンパク質をいう。本明細書で使用される場合、用語「ラミニン−521(laminin−521)」(LN−521)とは、α5鎖、β2鎖およびγ1鎖が一緒に結合することによって形成されるタンパク質をいう。本明細書で使用される場合、用語「ラミニン−523(laminin−523)」(LN−523)とは、α5鎖、β2鎖およびγ3鎖が一緒に結合することによって形成されるタンパク質をいう。これらの用語は、組換えラミニンおよび天然に存在する供給源からのヘテロトリマーラミニンの両方を包含すると解釈されるべきである。用語「組換え」は、そのタンパク質が、このようなタンパク質を通常は発言しない細胞において発現プラスミドを使用して人工的に生成されることを示す。
ラミニンは、完全なタンパク質トリマー、またはタンパク質鎖、またはタンパク質フラグメントであり得る。用語「完全な(complete)」とは、α鎖、1個のβ鎖、およびγ鎖のドメイン全てから構成され、その3種の鎖がそのヘテロトリマー構造を形成するために一緒に結合されているタンパク質をいう。そのタンパク質は、別個の鎖、フラグメント、または機能的ドメインへと分解されない。用語「鎖(chain)」とは、そのラミニンタンパク質の個々のα鎖、β鎖、またはγ鎖の実体に言及する。用語「フラグメント(fragment)」とは、別の分子またはレセプターへの結合活性を有する1個、2個、または3個の機能的ドメインを含む任意のタンパク質フラグメントに言及する。しかし、鎖は、各鎖が3種より多くのこのようなドメインを有することから、フラグメントと見做されるべきでない。同様に、完全なラミニンタンパク質トリマーは、フラグメントと見做されるべきではない。機能的ドメインの例としては、ドメインI、II、III、IV、V、VI、およびGドメインが挙げられる。これらのドメインに関するさらなる情報は、Domogatskaya, A., Rodin, S., and Tryggvason, K. 2012. Functional diversity of laminins. Annu Rev Cell Dev Biol 28:523−553(これは参考として援用される)に見出される。
本開示は、多能性幹細胞を培養および分化させて、網膜前駆細胞(例えば、光受容体前駆細胞または前駆神経節細胞)または網膜視細胞を得るための方法に関する。特に、幹細胞は、2種のラミニンアイソフォームのみを含むラミニンマトリクス上で培養される。そのラミニンマトリクス中の第1のラミニンは、LN−323またはLN−523であり、これらは、インビボで網膜光受容体の周囲のマトリクスに位置する。そのラミニンマトリクス中の第2のラミニンは、LN−521である。あるいは、そのラミニンマトリクスは、単一のラミニン(これは、ラミニン−521である)のみを含み得る。次いで、その幹細胞は、2種の特定の細胞培養培地に曝される。これは、細胞外マトリクスの規定されていない、異種のおよび代替のブレンドを含む基材上で増殖させた細胞より臨床適用に適した多能性幹細胞に由来する光受容体を生じる。
分化した細胞は代表的には、生存および再生するために2つのものを要求する:(1)その細胞のための構造的および表現型安定化支持体を提供する基材;ならびに(2)その細胞に栄養を提供する細胞培養培地。非常に一般的には、その多能性幹細胞は、固体表面(これは、構造的支持体として作用しかつ多能性表現型をも維持する)に付着され得るラミニンマトリクス上で培養される。用語「固体(solid)」とは、物質の状態に言及する。すなわち、その基材は、液体またはガスまたはプラズマではない。その表面は、剛性/固いまたは非常に可撓性(例えば、フィルム)であり得、用語「固体」は、特定の剛性の程度を要求すると解釈されるべきではない。表面(1)は、代表的には容器、例えば、ペトリ皿であるか、またはマルチウェルプレートのウェルにある。そのラミニンマトリクスは、表面上の基材(すなわち、層またはコーティング)の形態にある。2種のラミニンを含む基材と組み合わせて、適切な時間間隔で異なる細胞培養培地を適用すると、分化した光受容体を(前駆細胞として、または成熟細胞としてのいずれかで)生じる。
本明細書で開示される方法および材料とともに使用され得る幹細胞は、多能性ヒト幹細胞である。このような幹細胞は、人工多能性幹細胞、胚性幹細胞、成体幹細胞、胎児幹細胞、羊膜性幹細胞(amniotic stem cell)、および概して任意の多能性幹細胞を含み得る。幹細胞は、未分化細胞であり、この細胞から専門化した細胞がその後得られる。多能性とは、全ての3種の胚葉の細胞へと分化する可能性を有する細胞をいう。
いくつかの実施形態において、そのラミニンマトリクスは、2種のラミニンの混合物を含む。そのラミニンマトリクスは、2種のラミニントリマー/鎖/フラグメントのみを含むが、他の成分がそのラミニンマトリクスの中になお存在することを許容する。その第1のラミニンは、ラミニン−323(LN−323)またはラミニン−523(LN−523)のいずれかである。その第2のラミニンは、ラミニン−521(LN−521)である。各ラミニンは、無傷のタンパク質またはタンパク質フラグメントであり得るが、好ましい実施形態ではそのラミニンは、無傷のタンパク質である。
特定の実施形態において、そのラミニンマトリクス中のラミニン−323/523 対 ラミニン−521の重量比は、約1:1〜約4:1(約1:1〜約2:1を含む)であることが企図される(すなわち、常にラミニン−521の方が、ラミニン−323/523より少ない)。特に、ラミニン−323およびラミニン−523は、網膜の杆体および錐体にわたる外境界膜に存在し、ラミニン−523は、RPEの下に位置するブルッフ膜に存在する。それらの存在は、網膜系統特異的細胞への幹細胞の分化を駆動すると考えられる。
他の実施形態において、そのラミニンマトリクスは、単一のラミニン(これは、ラミニン−521である)のみを含む。他の成分(ラミニン以外)は、そのラミニンマトリクスになお存在してもよい。
細胞培養基材は、所望の網膜前駆細胞または視細胞を得るために多数の細胞培養培地と組み合わせて使用される。2種の異なる細胞培養培地が使用され、これら培地は、以下で記載され、本明細書で神経誘導培地および光受容体分化培地といわれる。
その神経誘導培地および光受容体分化培地はともに、基礎培地で始まる。その基礎培地は、グラスゴー最少必須培地(GMEM)(これは、ThermoFisher Scientificから市販されている(カタログ番号11710035))からなる。このGMEMに、0.1mMのβ−メルカプトエタノール、1×の非必須アミノ酸溶液(Gibcoカタログ番号11140050(100×として提供))、および1mMのピルベートを補充して、その基礎培地を作製する。
参照のために、GMEMは、表1に列挙される以下の成分を含む:
1×非必須アミノ酸溶液は、表2に列挙される濃度で以下の成分を含む:
その神経誘導培地および光受容体分化培地は、その基礎培地の容量部と他の添加剤とを混合することによって作製される。1つのこのような添加剤は、B27ビタミンA非含有補充物であり、これは、Thermo Fisherから得られ得る(カタログ番号12587010、50×で提供)。別の添加剤は、N2補充物であり、これは、Thermo Fisherから得られ得る(カタログ番号A1370701、100×で提供)。他の添加剤としては、ヒト脳由来神経栄養因子(BDNF)、ヒト毛様体神経栄養因子(CNTF)、レチノイン酸、TGFβインヒビター(例えば、SB431542(CAS# 301836−41−9))、γセクレターゼインヒビター(例えば、DAPT)が挙げられる。BDNFは、Peprotechから得られ得る(カタログ番号450−02)。Wntインヒビター(例えば、CKI−7)。CNTFは、Prospec−Tany Technogeneから得られ得る(カタログ番号CYT−272)。DAPTは、Selleckchemから得られ得る(カタログ番号S2215)。CKI−7は、Sigmaから得られ得る(CAS# 1177141−67−1、カタログ番号C0742)。
その神経誘導培地は、97容量部(pbv)の基礎培地と、2pbvのB27ビタミンA非含有補充物および1pbvのN2補充物とを混合し、次いで、TGFβインヒビター(例えば、SB431542)およびWntインヒビターを添加することによって作製される。そのTGF−βインヒビターは、約1μM〜約10μM、特に、約5μMの濃度で存在する。具体的な実施形態において、そのTGF−βインヒビターはSB431542である。そのWntインヒビターは、約1μM〜約10μM、特に、約5μMの濃度で存在する。具体的な実施形態において、そのWntインヒビターはCKI−7である。その神経誘導培地は、増殖因子、例えば、BDNF、CNTF、またはγセクレターゼインヒビターを含まない。
その光受容体分化培地は、97容量部(pbv)の基礎培地と、2pbvのB27ビタミンA非含有補充物および1pbvのN2補充物とを混合し、次いで、BDNF、CNTF、レチノイン酸、およびγセクレターゼインヒビター(例えば、DAPT)を添加することによって作製される。そのBDNFは、約1ng/mL〜約20ng/mL、特に、約10ng/mLの濃度で存在する。そのCNTFは、約1ng/mL〜約30ng/mL(約5ng/mL〜約25ng/mL、または約10ng/mL〜約20ng/mLを含む)、特に、約20ng/mLの濃度で存在する。そのレチノイン酸は、約0.1μM〜約5μM、特に、約0.5μMの濃度で存在する。そのγセクレターゼインヒビターは、約5μM〜約15μM、特に、約10μMの濃度で存在する。その光受容体分化培地は、TGFβインヒビターまたはWntインヒビターを含まない。
幹細胞は、上記で記載されるとおりの1種または2種のラミニンから作製されるそのラミニンマトリクス/細胞培養基材上に先ずプレートされる。その幹細胞は代表的には、単層として適用され、約10,000 細胞/cmの密度でプレートされ得る。
次いで、分化は、その神経誘導培地を、そのプレートされた幹細胞に適用することによって開始される。その細胞は、その神経誘導培地中で、約120時間〜約168時間(約144時間(すなわち、6日間)を含む)の第1の期間にわたって培養される。その培地は、定期的に、例えば、48時間ごとに交換され得る。
次に、その神経誘導培地は除去され、光受容体分化培地が、そのプレートされた幹細胞に適用される。その細胞は、その光受容体分化培地中で、約288時間(12日間)〜約816時間(34日間)の第2の期間にわたって培養される。その培地は、定期的に、例えば、48時間ごとに交換され得る。その光受容体分化培地への曝露の時間の長さは、得られる細胞の成熟度に影響を及ぼし得る。その結果、網膜前駆細胞または成熟視細胞が得られ得る。これは、所望の網膜視細胞(前駆体または成熟)を得るために分化および成熟化の約20日間〜約40日間の合計期間で生じる。その視細胞は、次いで、患者の片眼または両眼へと移植され得るか、または他の適用のために使用され得る。
幹細胞から所望の視細胞への分化は、分化開始後20日目で、多能性マーカーであるOct3/4およびNanogの顕著なダウンレギュレーション、ならびにそのマーカーPAX6のアップレギュレーションによって識別され得る。そのマーカーVSX2、CRX、およびRCVRNは、分化開始後30日目にアップレギュレートされる。これらは、qPCRまたは免疫染色によって定量され得る。
本明細書で開示される方法は、臨床上安全な光受容体を患者に移植するという期待をもって、化学的に規定されかつ異種由来成分非含有の培養環境においてヒト胚性幹細胞を視細胞へと分化させることに強い。従って、これは、GMP適合性でありかつ臨床グレードの視細胞を提供する、化学的に規定されかつ動物血清非含有の方法を提供する。
ある種の網膜前駆細胞亜集団はまた、分化開始後のある特定の日数で作製される遺伝子またはタンパク質プロフィールの使用によって識別され得る。「X日目の遺伝子プロフィール(Day X gene profile)」とは、X日目の前駆細胞の遺伝子発現レベルを含み、その遺伝子発現レベルは、scater 1.8.4 Rパッケージの関数calculateCPMによって計算される場合の遺伝子カウントパーミリオン(CPM)という単位で測定される。この点において、所定の遺伝子の発現レベルが分化プロセスの間に変動し、発現レベルの測定値が特定の目的のために特に有用であり得る亜集団を識別するために使用され得ることは、予測される。
4種の特定の遺伝子プロフィールが企図される。第1の遺伝子プロフィールは、16〜24日目のうちのいずれか1つに対して作製される(本明細書で「16〜24日目の遺伝子プロフィール」ともいわれる)。第2の遺伝子プロフィールは、20日目に作製される(本明細書で「20日目の遺伝子プロフィール」ともいわれる)。16〜24日目の遺伝子プロフィールへの任意の言及はまた、20日目の遺伝子プロフィールに具体的に言及していると見做されるべきである。第3の遺伝子プロフィールは、26〜34日目のうちのいずれか1つに対して作製される(本明細書で「26〜34日目の遺伝子プロフィール」ともいわれる)。第4の遺伝子プロフィールは、30日目に作製される(本明細書で「30日目の遺伝子プロフィール)ともいわれる)。26〜34日目の遺伝子プロフィールへの任意の言及はまた、30日目の遺伝子プロフィールに具体的に言及していると見做されるべきである。
5種の特定の亜集団が、16〜24日目の遺伝子プロフィールおよび26〜34日目の遺伝子プロフィールに基づいて識別されている。
第1の亜集団(A)では、遺伝子CRX、C11orf96、NXPH4、NTS、DCT、PRDM1、NEUROD4、S100A13、RCVRN、FAM57B、SYT4、DLL3、SSTR2、CHRNA5、およびROBO2のうちの少なくとも1つが、26〜34日目の遺伝子プロフィールで発現される。これらの遺伝子のうちのいずれか2種、3種、4種、5種、6種、7種、8種、9種、10種、11種、12種、13種、14種、または15種の組み合わせが、具体的に企図される。いくつかの実施形態において、発現される遺伝子の組み合わせとしては、CRXおよびC11orf96が挙げられる。
第2の亜集団(B)では、遺伝子STMN2、ONECUT2、ATOH7、ELAVL4、およびGAP43のうちの少なくとも1つが、26〜34日目の遺伝子プロフィールで発現される。これらの遺伝子のうちのいずれか2種、3種、4種、または5種の組み合わせが、具体的に企図される。いくつかの実施形態において、発現される遺伝子の組み合わせとしては、STMN2およびONECUT2が挙げられる。
第3の亜集団(C)では、遺伝子CNTN2、NEFM、NEFL、PRPH、POU4F2、およびCXCR4のうちの少なくとも1つが、26〜34日目の遺伝子プロフィールで発現される。これらの遺伝子のうちのいずれか2種、3種、4種、5種、または6種の組み合わせが、具体的に企図される。いくつかの実施形態において、発現される遺伝子の組み合わせとしては、CNTN2およびPOU4F2が挙げられる。
第4の亜集団(D)では、遺伝子PAX6、SIX3、およびSLC2A1のうちの少なくとも1つが、26〜34日目の遺伝子プロフィールで発現される。これらの遺伝子のうちのいずれか2種または3種が、具体的に企図される。いくつかの実施形態において、発現される遺伝子の組み合わせとしては、PAX6およびSIX3が挙げられる。
第5の亜集団(E)では、遺伝子VSX2、PTH2、FZD5、RARRES2、DIO3、SOX2、およびCYP1B1のうちの少なくとも1つが、26〜34日目の遺伝子プロフィールで発現される。これらの遺伝子のうちのいずれか2種、3種、4種、5種、6種、または7種の組み合わせが、具体的に企図される。いくつかの実施形態において、発現される遺伝子の組み合わせとしては、VSX2およびCYP1B1が挙げられる。
本開示では、「発現される(expressed)」遺伝子への言及は、遺伝子が1遺伝子カウントパーミリオン(CPM)の最小値を有するという遺伝子発現レベルを意味する。これら亜集団において発現されるある種の遺伝子の考察は、他の遺伝子が発現されないことを意味すると解釈されるべきではないこともまた注記される。例えば、遺伝子STMN2が、亜集団(A)においてなお発現されることは可能である。
さらに、これら5種の亜集団において、その16〜24日目の遺伝子プロフィールは通常、遺伝子DAPL1、SIX6、SFRP2、LHX2、PAX6、CDH2、CLDN1、TRPM3、RELN、DCT、またはPMELのうちの少なくとも1種が発現されることを示す。これらの遺伝子のうちのいずれか2種、3種、4種、5種、6種、7種、8種、9種、10種、または11種の組み合わせが、具体的に企図される。より具体的な実施形態において、遺伝子SIX6、SFRP2、LHX2、PAX6、DCT、またはPMELのうちの少なくとも1つが、これらの遺伝子のうちのいずれか2種、3種、4種、6種、または6種の組み合わせを含め、発現される。特定の実施形態において、PAX6は、その16〜24日目の遺伝子プロフィールで発現される。その16〜24日目の遺伝子プロフィールは、所望であれば、所望の細胞系統において終了しない分化している最中の細胞を廃棄するために使用される。
亜集団(A)の特定の実施形態において、その26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CRXが少なくとも5遺伝子CPMで発現されること、および/または(ii)C11orf96が少なくとも5遺伝子CPMで発現されること、を示す。より具体的な実施形態において、その26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CRXが少なくとも10遺伝子CPMで発現されること、および/または(ii)C11orf96が少なくとも10遺伝子CPMで発現されること、を示す。
亜集団(B)の特定の実施形態において、その26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)STMN2が少なくとも5遺伝子CPMで発現されること、および/または(ii)ONECUT2が少なくとも5遺伝子CPMで発現されること、を示す。より具体的な実施形態において、その26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)STMN2が少なくとも10遺伝子CPMで発現されること、および/または(ii)ONECUT2が少なくとも10遺伝子CPMで発現されること、を示す。
亜集団(C)の特定の実施形態において、その26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CNTN2が少なくとも5遺伝子CPMで発現されること、および/または(ii)POU4F2が少なくとも5遺伝子CPMで発現されること、を示す。より具体的な実施形態において、その26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CNTN2が少なくとも10遺伝子CPMで発現されること、および/または(ii)POU4F2 が少なくとも10遺伝子CPMで発現されること、を示す。
亜集団(D)の特定の実施形態において、その26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)PAX6が少なくとも5遺伝子CPMで発現されること、および/または(ii)SIX3が少なくとも5遺伝子CPMで発現されること、を示す。より具体的な実施形態において、その26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)PAX6が少なくとも10遺伝子CPMで発現されること、および/または(ii)SIX3が少なくとも10遺伝子CPMで発現されること、を示す。
亜集団(E)の特定の実施形態において、その26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)VSX2が少なくとも5遺伝子CPMで発現されること、および/または(ii)CYP1B1が少なくとも5遺伝子CPMで発現されること、を示す。より具体的な実施形態において、その26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)VSX2が少なくとも10遺伝子CPMで発現されること、および/または(ii)CYP1B1が少なくとも10遺伝子CPMで発現されること、を示す。
本開示は、以下の非限定的な作業実施例においてさらに例証され、これらの実施例が例証であることが意図されるに過ぎないこと、および本開示が、本明細書で記載される材料、条件、プロセスパラメーターなどに限定されるとは意図されないことは理解される。
実施例1
LN−523およびLN−323を過剰発現するHEKの細胞株開発
組換えラミニン−523およびラミニン−323を生成するための工程を記載するフローチャートが、図1Aに提供される。簡潔には、ラミニンα3鎖、β2鎖、およびγ3鎖をコードしかつ3種の異なる抗生物質耐性遺伝子を含むヒト組換えラミニン発現プラスミドを生成し、HEK細胞へと逐次的にトランスフェクトした。LN−523を生成するために、ラミニンα5鎖、β2鎖、およびγ3鎖をコードする発現プラスミドを、HEK細胞へと逐次的にトランスフェクトした。所望のラミニン鎖を過剰発現する安定なクローン細胞株を、樹立した。第3に、潜在的陽性クローンを、qPCRおよびウェスタンブロットを使用して識別した。第4に、その陽性ラミニンクローンのために、その細胞培養培地を無血清培地へと切り替えた。第5に、分泌されたラミニンを含む細胞培養培地を、ゲルを通して濾過した。最後に、ウェスタンブロット法および質量分析法を行って、そのラミニン鎖が何であるかを確認した。
ヒト胎児由来腎(HEK)293細胞を培養し、DMEM−GlutaMAX、高グルコース、ピルベート(Life Technologies)からなり、Pen−Strep(Life Technologies)の存在下で10% ウシ胎仔血清を補充した基礎培地中で維持した。For 治療目的のヒトLN−323およびLN−523のGMP生成のために、その細胞を、ヒト血清(ウシ胎仔血清の代わりに)の存在下で培養した。
プラスミドでのトランスフェクションの前に、HEK293細胞を、これらがトランスフェクションの時に約70%コンフルエントに達するように、Pen−Strepの非存在下で播種した。ヒトラミニンγ3鎖を含むヒト組換えラミニンプラスミド(pcDNA3.1)を、Lipofectamine(登録商標) 2000試薬(Life Technologies)およびOpti−MeM(Life Technologies)を使用してHEK293細胞へと先ずトランスフェクトした。クローン性の安定な細胞株HEK003を、クローニングリング(Bel−Art)を使用するとともにハイグロマイシンB選択を使用して先ず樹立した。これの次に、ラミニンβ2鎖を発現するプラスミドを使用して、HEK003へとトランスフェクトした。HEK023をその後、ジェネティシン(G418)およびハイグロマイシンB選択を使用して樹立した。ラミニンα5鎖およびラミニンα3鎖を発現するプラスミドを、HEK023クローン細胞株へと別個にトランスフェクトして、それぞれ、HEK523クローン細胞株およびHEK323クローン細胞株を生成した。その最終的なHEK523/323細胞株を、ゼオシン、ジェネティシン(G418)およびハイグロマイシンBによって選択した。
そのクローン細胞株が何であるかを、LAMA5、LAMA3、LAMB2およびLAMC3遺伝子プライマー対を使用する定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)分析によって決定した。HEK523およびHEK323という潜在的陽性クローン細胞株をさらに拡大し、その基礎培養培地を無血清培地へと1週間にわたって切り替えた。その培地を集め、ウェスタンブロット分析を行って、その陽性クローン細胞株によって生成されたラミニンタンパク質が何であるかをさらに確認した。その選択された陽性HEK523およびHEK323クローン細胞株は、それぞれ、LN−523およびLN−323をその培地へと分泌するはずである。その培地の透析を、ポリエチレングリコール中、4〜5日間、4℃において行った。そのLN−523およびLN−323含有培地を、Amico遠心分離チューブの中で濃縮し、タンパク質精製を、XK26/100カラムを通じてAKTA Chromatography System(GE Healthcare Life Sciences)を使用して行った。ウェスタンブロットおよび質量分析を行って、その網膜特異的ラミニンアイソフォームの溶離した精製画分を分析した。
図1Bは、LN−523の精製画分または部分の中のラミニンα5鎖、β2鎖、およびγ3鎖の存在を示すウェスタンブロットである。図1Cは、AKTA Chromatography Systemを使用するLN−523クローンのタンパク質溶離プロフィールを図示するクロマトグラムである。図1Dは、ラミニンα5鎖、β2鎖、およびγ3鎖が存在することを示すLC−MS/MS(液体クロマトグラフィー−質量分析)結果である。
図1Eは、LN−323の精製画分または部分の中のラミニンα3鎖、β2鎖、およびγ3鎖の存在を示すウェスタンブロットである。図1Fは、AKTA Chromatography Systemを使用するLN−323クローンのタンパク質溶離プロフィールを図示するクロマトグラムである。図1Gは、ラミニンα3鎖、β2鎖、およびγ3鎖が存在することを示すLC−MS/MS(液体クロマトグラフィー−質量分析)結果である。
hESCの維持
培養プレート(Costar)を、製造業者の説明書(BioLamina)に従って、精製ヒトLNアイソフォームで一晩、4℃において、10μg/mLでコーティングした。多能性ヒト胚性幹細胞(hESC)を播種し、これらが多能性を維持するLN−521上で、インビトロで増殖させた。そのhESC株H1(WiCell Research Institute)を、LNを予めコーティングしたプレート上に単層で培養し、NutriStem hESC XF(Biological Industries, Israel)培地中で維持した。コンフルエントになったら、その細胞を、TrypLESelect(GIBCO Invitrogen)を使用して8分間、37℃、5% COにおいてトリプシン処理することによって継代培養した。そのH1細胞株を、10,000〜20,000 細胞/cmで慣用的に継代した。
光受容体分化プロトコール
24ウェル組織培養プレート(Costar)に、(A)LN−521のみ; (B)LN−523およびLN−521(2:1比)の混合物;または(C)LN−323+LN−521(2:1比)の混合物のいずれかをコーティングした。そのプレートを、10μg/mLの最終濃度を得るためにコーティングした。そのhESC(H1)を、約70,000 細胞/ウェルの播種密度でプレートし、NutriStem中で、2日間にわたって毎日新鮮な培地と交換して維持した。
その分化プロセス全体を通じて使用される基礎培地は、0.1mMのβ−メルカプトエタノール(Life Technologies)、1×の非必須アミノ酸溶液(Gibco)および1mMのピルベート(Gibco)を補充したGMEM(グラスゴー最少必須培地, Life Technologies)からなった。
2日間にわたって約70%コンフルエントに達した後、そのNutriStemを、神経誘導培地(NIM)と交換した。NIMは、97% 基礎培地、2% B27−ビタミンA非含有(Life Technologies)補充物、1% N2補充物(CTS, Life Technologies)、5μM SB431542(Sigma)および5μMのCKI−7(Sigma)からなった。NIMを、0日目(D0)からD6まで2日ごとに1回交換した。
分化の7日目(D7)に、NIMを、光受容体分化培地(PRDM)と交換した。PRDMは、97% 基礎培地、2% B27−ビタミンA非含有補充物、1% N2補充物(CTS)、10ng/ml ヒトBDNF(脳由来神経栄養因子、PEPROTECH)、10ng/ml ヒトCNTF(毛様体神経栄養因子、PROSPEC−TANY TECHNOGENE)、0.5μM レチノイン酸(retinoid acid)(Tocris Bioscience)、および10μM DAPT(N−[N−(3,5−ジフルオロフェナセチル−L−アラニル)]−S−フェニルグリシン t−ブチルエステル、Selleckchem)からなる。この培地を、D30まで1日おきに交換した。
図2Aは、hESCを光受容体に分化させる方法を示すダイアグラムである。3種の細胞培養が示される: 分化前に培養するためのNutristem(0日目);神経誘導培地;および光受容体分化培地。D0、D20、およびD30での細胞を示す3枚の写真も提供する。
図2Bおよび図2Cは、LN−523+LN−521基材上で増殖させた細胞の5つの異なるグラフのセットである。図2Bの上のグラフは、D0細胞とD20細胞との間でマーカーOCT3/4、NANOG、BRA、MIXL1、SOX17、FOXA2、およびPAX6の発現を比較する。OCT3/4およびNANOGは、D0でアップレギュレートされる一方で、PAX6は、D20でアップレギュレートされる。
図2Bの左下のグラフは、左から右に、D0 LN−523+LN−521、D20 LN−523+LN−521、D20 LN−523のみ、D30 LN−523+LN−521、およびD30 LN−523のみに関するPAX6の発現を比較する。PAX6は、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図2Bの右下のグラフは、左から右に、D0 LN−523+LN−521、D20 LN−523+LN−521、D20 LN−523のみ、D30 LN−523+LN−521、およびD30 LN−523のみに関するVSX2(Visual System Homeobox 2)の発現を比較する。VSX2は、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図2Cの左のグラフは、左から右に、D0 LN−523+LN−521、D20 LN−523+LN−521、D20 LN−523のみ、D30 LN−523+LN−521、およびD30 LN−523のみに関するCRX(Cone Rod Homeobox protein)の発現を比較する。CRXは、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図2Cの右のグラフは、左から右に、D0 LN−523+LN−521、D20 LN−523+LN−521、D20 LN−523のみ、D30 LN−523+LN−521、およびD30 LN−523のみに関するRCVRN(リカバリン)の発現を比較する。RCVRNは、D0と比較して、D30でアップレギュレートされる。
図2Dおよび図2Eは、LN−323+LN−521基材上で増殖させた細胞の5つの異なるグラフのセットである。図2Dの上のグラフは、D0細胞とD20細胞との間でマーカーOCT3/4、NANOG、BRA、MIXL1、SOX17、FOXA2、およびPAX6の発現を比較する。OCT3/4およびNANOGは、D0でアップレギュレートされる一方で、PAX6は、D20でアップレギュレートされる。
図2Dの左下のグラフは、左から右に、D0 LN−323+LN−521、D20 LN−323+LN−521、D20 LN−323のみ、D30 LN323+LN−521、およびD30 LN−323のみに関するPAX6の発現を比較する。PAX6は、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図2Dの右下のグラフは、左から右に、D0 LN−323+LN−521、D20 LN−323+LN−521、D20 LN−323のみ、D30 LN−323+LN−521、およびD30 LN323のみに関するVSX2の発現を比較する。VSX2は、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図2Eの左のグラフは、左から右に、D0 LN−323+LN−521、D20 LN−323+LN−521、D20 LN−323のみ、D30 LN−323+LN−521、およびD30 LN−323のみに関するCRXの発現を比較する。CRXは、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図2Eの右のグラフは、左から右に、D0 LN−323+LN−521、D20 LN−323+LN−521、D20 LN−323のみ、D30 LN−323+LN−521、およびD30 LN−323のみに関するRCVRNの発現を比較する。RCVRNは、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図2Fおよび図2Gは、LN−521のみの基材上で増殖させた細胞の5つの異なるグラフのセットである。図2Fの上のグラフは、D0細胞とD20細胞との間でマーカーOCT3/4、NANOG、BRA、MIXL1、SOX17、FOXA2、およびPAX6の発現を比較する。OCT3/4およびNANOGは、D0でアップレギュレートされる一方で、PAX6は、D20でアップレギュレートされる。
図2Fの左下のグラフは、左から右に、D0、D20、およびD30に関するPAX6の発現を比較する。PAX6は、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図2Fの右下のグラフは、左から右に、D0、D20、およびD30に関するVSX2の発現を比較する。VSX2は、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図2Gの左のグラフは、左から右に、D0、D20、およびD30に関するCRXの発現を比較する。CRXは、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図2Gの右下のグラフは、左から右に、D0、D20、およびD30に関するRCVRNの発現を比較する。RCVRNは、D0と比較して、D20およびD30でアップレギュレートされる。
図3A〜3Cは、D0 未分化hESCおよびD38 hESC由来網膜細胞の免疫細胞化学分析を示す写真のセットである。図3Aは、LN−523+LN−521基材上で増殖させた細胞に関するものである。図3Bは、LN−523+LN−521基材上で増殖させた細胞に関するものである。図3Cは、LN−521のみの基材上で増殖させた細胞に関するものである。各セットは、10枚の顕微鏡視野心を含む(スケールバー=20μm)。各セットでは、上の列は、OCT4に関してD0細胞の、PAX6に関してD0細胞の、およびPAX6に関してD38細胞の分析を示す。第2の列は、これらをDAPIと複合したものを示す。第3の列は、VSX2に関してD38細胞の、およびRCVRNに関してD38細胞の分析を示す。第4の列は、これらをDAPIと複合したものを示す。D0 未分化幹細胞では、OCT4は発現されるが、PAX6(Paired box 6)は発現されない。D38 分化細胞では、マーカーPAX6、VSX2、およびRCVRNは発現される。
図3Dは、3種のラミニンマトリクスに対するマーカーPAX6、VSX2、CRX、およびRCVRNの発現を比較する。左から右に、そのマトリクスは、LN−523:LN−521、LN−323:LN−521、およびLN−521のみである。
実施例2
2つの独立した単一細胞RNA配列決定法データセットを、20日目および30日目のH1胚性幹細胞に由来する網膜前駆細胞で生成した。H1細胞を、実施例1のラミニンプロトコールで20日間および30日間にわたって培養した。各々において、10x genomicsキットを使用してRNAを単離し、Illumina Hi−Seq3000配列決定プラットフォームを使用して決定した。リードを、ヒトゲノム(Ensembl version 90)にマッピングし、Cell Ranger 2.1.1 10x Genomicsソフトウェアを使用して定量した。そのCell Rangerソフトウェアを、遺伝子バイオタイプ:タンパク質コーディング、lincRNAおよびアンチセンスに関してEnsemblトランスクリプトームをフィルタにかけることによって生成した特注の参照トランスクリプトームとともに提供した。Cell Rangerを、3000に設定した細胞期待数パラメーター(expect−cells)で実行した。
そのCell Rangerの細胞期待数は、20日目および30日目でそれぞれ、1,790および3,881であった。リードの総数は、20日目および30日目でそれぞれ、631,803,330および687,721,993であった。ヒトゲノムにマッピングされたリードのパーセンテージは、20日目および30日目でそれぞれ、97.1%および96.8%であった。Cell Rangerは、各遺伝子(すなわち、遺伝子カウント)および細胞と関連した特有の分子識別子(UMI)の数を返す。次いで、Cell Ranger出力マトリクス(すなわち、genes.tsvおよびbarcodes.tsv)をRに入力し、全細胞においてカウントがゼロの遺伝子を破棄した。
各サンプル(すなわち、20日目および30日目の網膜前駆細胞)に関して、独立した分析を行った。各分析では、細胞品質管理を、以下を除去することによって行った:(a)ライブラリーサイズが非常に低いかまたは非常に高い細胞(すなわち、全細胞ライブラリーサイズの5パーセンタイルおよび99パーセンタイルを、それぞれ下回るおよび上回る細胞);(b)検出された遺伝子数が低い細胞(すなわち、各細胞において検出された遺伝子の総数によって形成される分布の5パーセンタイルを下回る細胞);ならびに(c)それらの全遺伝子カウントの10%超がミトコンドリア遺伝子に由来する細胞。細胞品質管理工程に合格しなかった細胞委を除去した後に、遺伝子カウントパーミリオン(CPM)を、全ての遺伝子に関して計算した。遺伝子CPMは、生の遺伝子カウントマトリクスを、scater 1.8.4 Rパッケージ(McCarthy et al., 2017, Scater: pre−processing, quality control, normalization and visualization of single−cell RNA−seq data in R. Bioinformatics btw777)の関数calculateCPMに提供することによって計算した。その関数calculateCPMを、FALSEに設定したuse_size_factorsパラメーターで実行した。
さらに、各別個の分析において、以下の5つの遺伝子品質管理工程を採用した:(a)「検出可能」な遺伝子のみを維持し、全細胞のうちの少なくとも1%において1より多くの転写物とともに検出される遺伝子として規定;(b)そのデータにおいて平均発現が低い遺伝子(すなわち、生の平均遺伝子カウント発現が0.01を下回る遺伝子。このカットオフは、全細胞および全遺伝子にわたる平均遺伝子発現の全分布に基づいて設定した)を除去した;(c)ドロップアウト率の高い遺伝子を、M3Drop 3.09 Rパッケージ(Andrews, 2017, M3Drop: Michaelis−Menten Modelling of Dropouts in single−cell RNASeq)を使用して除去した。この工程では、M3Drop偽発見率(FDR)を使用して、低FDRから高FDRまでの全ての遺伝子をランク付けし、次いで、遺伝子のうちの下位25%(すなわち、ドロップアウト率が最高の遺伝子)を除去した;(d)遺伝子発現分布におけるアウトライアー遺伝子(すなわち、「MALAT1」遺伝子)を除去した;ならびに(e)ミトコンドリアゲノム上にコードされる遺伝子を除去した。
その遺伝子品質管理工程の後に、遺伝子カウントを、scran 1.8.4 Rパッケージ(Lun et al., 2016, A step−by−step workflow for low−level analysis of single−cell RNA−seq data with Bioconductor. F1000Research 5, 2122)で正規化した。Scranサイズ因子を、そのデータの事前クラスター化をquickCluster関数で行うことによって、細胞プールから計算した。この関数の出力対象物を、computeSumFactors関数へと提供し、次いで、Log2変換して正規化したカウントを、scater 1.8.4 Rパッケージ(デフォルトパラメーター化を用いる)(McCarthy et al., 2017, Scater: pre−processing, quality control, normalization and visualization of single−cell RNA−seq data in R. Bioinformatics btw777)の関数normalizeを使用して計算した。次いで、細胞周期効果を説明するために、G2MおよびG1細胞周期スコアを、scater 1.8.4 Rパッケージ(McCarthy et al., 2017)からのcyclone関数を使用することによって各細胞に関して計算した。この関数を、(Scialdone et al., 2015, Computational assignment of cell−cycle stage from single−cell transcriptome data. Methods 85, 54−61)において提供されるヒト細胞周期遺伝子のセットとともに供給した。その後、そのLog−scran正規化遺伝子カウントを、そのカウントおよび共変量「細胞周期G2Mスコア」および「細胞周期G1スコア」を、limma 3.36.3 Rパッケージ(Ritchie et al., 2015, limma powers differential expression analyses for RNA−sequencing and microarray studies. Nucleic Acids Res. 43, e47−e47)の関数removeBatchEffectに提供することによって、細胞周期効果に関して補正した。
網膜前駆細胞の不均質なセット内の細胞亜集団をマーキングする遺伝子を識別するために、細胞クラスター化を、SC3 1.8 Rパッケージ(Kiselev et al., 2017 SC3: consensus clustering of single−cell RNA−seq data. Nat. Methods 14, 483−486)を使用して行った。高度に変動性の遺伝子を、scran 1.8.4 Rパッケージ(Lun et al., 2016)のtrendVarおよびdecomposeVar関数を使用することによって識別した。得られる偽発見率(FDR)値(低から高まで)によって全ての遺伝子をランク付けし、遺伝子のうちの上位50%(変動性が最高の遺伝子を表す)を、SC3での細胞クラスター化に使用した。SC3を、細胞周期効果に関して補正した後のLog−scran正規化遺伝子カウントおよび変動性の高い遺伝子のみの計算したセットを使用して実行した。SC3を、クラスター数(すなわち、Kパラメーター(これは、SC3 Rパッケージ関数sc3_estimate_kを実行することによって得られる))の自動化検出で実行した。これは、20日目および30日目の網膜前駆細胞においてそれぞれ識別される19の細胞クラスターおよび21の細胞クラスターを生じた。
20日目の網膜前駆細胞では、PAX6遺伝子を発現する細胞のマーカー遺伝子を識別した。30日目の網膜前駆細胞では、マーカー遺伝子を、異なる細胞亜集団に関して識別した:(a)PAX6を発現する細胞;(b)CRXを発現する細胞;および(c)VSX2を発現する細胞。
これらの細胞セットに関するマーカー遺伝子を識別するために、以前に計算した2つのクラスターセット(20日目および30日目に関してそれぞれ19の細胞クラスターおよび21の細胞クラスター)の各々において、その目的遺伝子(例えば、PAX6)のメジアン発現レベルを、細胞周期効果に関して補正した後のLog−scran正規化遺伝子カウントを使用することによって計算した。次いで、単一の目的遺伝子陽性細胞クラスターを得るために、0.58(この値は、対数化していない遺伝子カウントにおける0.5に相当する)より高い目的遺伝子のメジアンLog発現レベルを有する細胞のクラスターを、一緒に複合した。次いで、ペアワイズ発現差異分析を、残りの全てのクラスターと目的遺伝子陽性細胞クラスターとの間で行った。この発現差異分析を、edgeR 3.22.3 Rパッケージ(Robinson et al., 2010, edgeR: a Bioconductor package for differential expression analysis of digital gene expression data. Bioinformatics 26, 139−140)で行った。EdgeRを、正規化していない(生の)遺伝子カウント、scran 1.8.4 Rパッケージ関数sizeFactors、ならびにedgeR Rパッケージ関数estimateDisp、glmQLFitおよびglmQLFTestで計算したサイズ因子で行った。上記の全ての品質管理工程に合格した遺伝子および細胞のみを使用した。細胞周期効果を説明するために、「細胞周期G2Mスコア」および「細胞周期G1スコア」を、上記で計算したとおりのedgeRモデルに含めた。差次的発現を行った後に、細胞クラスターマーカー遺伝子を、以下の2つの条件を満たす遺伝子として識別した:(a)他の全てのクラスターと比較した場合に、2より高いペアワイズLog倍率変化値、および(b)その遺伝子がマーカーと表示されたクラスターにおいて1より高いLogメジアン発現レベル。この発現値は、対数化されていない遺伝子カウントにおける1に相当する。
30日目の網膜前駆細胞では、遺伝子マーカーを、以下のさらに2種の細胞クラスターに関しても計算した:(a)SC3アルゴリズムをKパラメーター2で実行した場合に得た細胞クラスター番号1(STMN2+クラスターと示される);(b)SC3アルゴリズムをKパラメーター3で実行した場合に得た細胞クラスター番号3(CNTN2+クラスターと示される)。遺伝子マーカーを、発現差異分析および上記の工程を実行することによって、これら細胞クラスターに関して計算した。
これらの細胞亜集団(すなわち、20日目のPAX6+ 細胞および30日目のPAX6+ 細胞、VSX2+ 細胞、CRX+ 細胞、STMN2+ 細胞およびCNTN2+ 細胞)の各々をマーキングする上位の遺伝子を選択し、それらの遺伝子−遺伝子ペアワイズピアソン相関レベルを、スケーリングおよびデフォルトパラメーター化なしのRパッケージ gplots 3.0.1(Warnes et al., 2016, gplots: Various R Programming Tools for Plotting Data)の関数heatmap.2を使用することによって、ヒストグラムにおいてプロットして、図5および図6を得た。
20日目および30日目の前駆細胞を、t分布型確率的近傍埋め込みアルゴリズム、t−SNE(McCarthy et al., 2017)を使用することによって別個に可視化した。t−SNEを、二次元で、およびLogscran正規化しかつ細胞周期調整した遺伝子カウントをscater 1.8.4 Rパッケージ(McCarthy et al., 2017)の関数plotTSNEに提供することによって計算した。そのt−SNE perplexityパラメーターを、品質管理に合格した細胞数を5で除算したものに設定した。そのt−SNEグラフでは、各ドットは、個々の細胞に相当し、各細胞を、20日目および30日目の網膜前駆細胞の亜集団の各々をマーキングする遺伝子の発現レベルにマッピングすることによって、細胞亜集団をまたこれらのグラフにおいて可視化した(図4C〜4D、図7A〜7J)。最小および最大の色を、そのプロットされた遺伝子の各々の最小および最大の発現レベルに設定した。t−SNEグラフを、遺伝子NANOGおよびPOU5F1の発現レベルによって着色した20日目の網膜前駆細胞に関しても生成した(図4A〜4B)。
20日目の網膜前駆細胞は、遺伝子NANOGおよびPOU5F1の発現を欠くことが見出された(図4A〜4B)。20日目の網膜前駆細胞はまた、特定の細胞亜集団においてPAX6を発現することが見出された(図4C)。
PAX6を発現するこの20日目の細胞亜集団に属する20日目の網膜前駆細胞に関する以下の遺伝子マーカーも識別した(図5): DAPL1、SIX6、SFRP2、LHX2、PAX6、CDH2、CLDN1、TRPM3、RELN、DCT、およびPMEL。
30日目の網膜前駆細胞では、5種の別個の細胞亜集団を識別した(図6)。これら細胞亜集団は、以下の遺伝子の発現によってマーキングされた:
(a)CRX、C11orf96、NXPH4、NTS、DCT、PRDM1、NEUROD4、S100A13、RCVRN、FAM57B、SYT4、DLL3、SSTR2、CHRNA5、およびROBO2(図7Aおよび図7Bにおいて強調された細胞を含む、CRX+ 亜集団);
(b)STMN2、ONECUT2、ATOH7、ELAVL4、およびGAP43(図7Cおよび図7Dにおいて強調された細胞を含む、STMN2+ 亜集団);
(c)CNTN2、NEFM、NEFL、PRPH、POU4F2、およびCXCR4(図7Eおよび図7Fにおいて強調された細胞を含む、CNTN2+ 亜集団);
(d)PAX6、SIX3およびSLC2A1 (図7Gおよび図7Hにおいて強調された細胞を含む、PAX6+ 亜集団);ならびに
(e)VSX2、PTH2、FZD5、RARRES2、DIO3、SOX2およびCYP1B1 (図7Iおよび図7Jにおいて強調された細胞を含む、VSX2+ 亜集団)。
本開示は、例示的実施形態を参照しながら記載されてきた。改変および変更は、先の詳細な説明を読んで理解した際に他者に想起される。本開示は、それらが添付の請求項またはその均等物の範囲内にある限りにおいて、全てのこのような改変および変更を含むと解釈されるべきことが意図される。
本開示のこれらおよび他の非限定的な特徴は、以下でより詳細に開示される。
本発明の実施形態において、例えば以下の項目が提供される。
(項目1)
網膜前駆細胞であって、ここで26〜34日目の遺伝子プロフィールは、
(A)遺伝子CRX、C11orf96、NXPH4、NTS、DCT、PRDM1、NEUROD4、S100A13、RCVRN、FAM57B、SYT4、DLL3、SSTR2、CHRNA5、およびROBO2のうちの少なくとも1つが発現されること;または
(B)遺伝子STMN2、ONECUT2、ATOH7、ELAVL4、およびGAP43のうちの少なくとも1つが発現されること;または
(C)遺伝子CNTN2、NEFM、NEFL、PRPH、POU4F2、およびCXCR4のうちの少なくとも1つが発現されること;または
(D)遺伝子PAX6、SIX3、およびSLC2A1のうちの少なくとも1つが発現されること;または
(E)遺伝子VSX2、PTH2、FZD5、RARRES2、DIO3、SOX2、およびCYP1B1のうちの少なくとも1つが発現されること、
を示す、網膜前駆細胞。
(項目2)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、
(A)遺伝子CRX、C11orf96、NXPH4、NTS、DCT、PRDM1、NEUROD4、S100A13、RCVRN、FAM57B、SYT4、DLL3、SSTR2、CHRNA5、およびROBO2のうちの少なくとも2つが発現されること;または
(B)遺伝子STMN2、ONECUT2、ATOH7、ELAVL4、およびGAP43のうちの少なくとも2つが発現されること;または
(C)遺伝子CNTN2、NEFM、NEFL、PRPH、POU4F2、およびCXCR4のうちの少なくとも2つが発現されること;または
(D)遺伝子PAX6、SIX3、およびSLC2A1のうちの少なくとも2つが発現されること;または
(E)遺伝子VSX2、PTH2、FZD5、RARRES2、DIO3、SOX2、およびCYP1B1のうちの少なくとも2つが発現されること、
を示す、項目1に記載の網膜前駆細胞。
(項目3)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子CRXまたはC11orf96が発現されることを示す;かつ
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CRXが少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)C11orf96が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、
項目1に記載の網膜前駆細胞。
(項目4)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CRXが少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)C11orf96が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、項目3に記載の網膜前駆体。
(項目5)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子STMN2またはONECUT2が発現されることを示す;かつ
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)STMN2が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)ONECUT2が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、
項目1に記載の網膜前駆細胞。
(項目6)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)STMN2が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)ONECUT2が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、項目5に記載の網膜前駆細胞。
(項目7)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子CNTN2またはPOU4F2が発現されることを示す;かつ
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CNTN2は、少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)POU4F2は、少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、
項目1に記載の網膜前駆細胞。
(項目8)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CNTN2が、少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)POU4F2が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、項目7に記載の網膜前駆細胞。
(項目9)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子PAX6またはSIX3が発現されることを示す;かつ
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)PAX6が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)SIX3が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、
項目1に記載の網膜前駆細胞。
(項目10)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)PAX6が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)SIX3が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、項目9に記載の網膜前駆細胞。
(項目11)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子VSX2またはCYP1B1が発現されることを示す;かつ
前記26〜34日目のプロフィールは、(i)VSX2が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)CYP1B1が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、
項目1に記載の網膜前駆細胞。
(項目12)
前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)VSX2が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)CYP1B1が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、項目11に記載の網膜前駆細胞。
(項目13)
16〜24日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子DAPL1、SIX6、SFRP2、LHX2、PAX6、CDH2、CLDN1、TRPM3、RELN、DCT、およびPMELのうちの少なくとも1つが発現されることを示す、項目1に記載の網膜前駆細胞。
(項目14)
前記16〜24日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子SIX6、SFRP2、LHX2、PAX6、DCT、またはPMELのうちの少なくとも1つが発現されることを示す、項目13に記載の網膜前駆細胞。
(項目15)
前記16〜24日目の遺伝子プロフィールは、PAX6が発現されることを示す、項目13に記載の網膜前駆細胞。
(項目16)
網膜前駆体の集団を生成するための方法であって、該方法は、
多能性ヒト幹細胞を、ラミニンマトリクスを有する細胞培養表面にプレートする工程であって、ここで該ラミニンマトリクスは、(i)ラミニン−323およびラミニン−523からなる群より選択される第1のラミニン、ならびに(ii)ラミニン−521である第2のラミニンを含み、該第1のラミニンおよび該ラミニン−521は、各々無傷のタンパク質またはタンパク質フラグメントであるかのいずれかである工程;
網膜前駆体を得るために、該多能性ヒト幹細胞を培養する工程;
該網膜前駆体の集団を、(i)16〜24日目の遺伝子プロフィールを調製し、遺伝子DAPL1、SIX6、SFRP2、LHX2、PAX6、CDH2、CLDN1、TRPM3、RELN、DCT、およびPMELのうちの少なくとも1つが発現される網膜前駆体を選択する工程;および(ii)26〜34日目の遺伝子プロフィールを調製し、
(A)遺伝子CRX、C11orf96、NXPH4、NTS、DCT、PRDM1、NEUROD4、S100A13、RCVRN、FAM57B、SYT4、DLL3、SSTR2、CHRNA5、およびROBO2のうちの少なくとも1つが発現されるか;または
(B)遺伝子STMN2、ONECUT2、ATOH7、ELAVL4、およびGAP43のうちの少なくとも1つが発現されるか;または
(C)遺伝子CNTN2、NEFM、NEFL、PRPH、POU4F2、およびCXCR4のうちの少なくとも1つが発現されるか;または
(D)遺伝子PAX6、SIX3、およびSLC2A1のうちの少なくとも1つが発現されるか;または
(E)遺伝子VSX2、PTH2、FZD5、RARRES2、DIO3、SOX2、およびCYP1B1のうちの少なくとも1つが発現される、
網膜前駆体を選択する工程によって識別する工程、
を包含する方法。
(項目17)
前記第1のラミニン 対 前記第2のラミニン重量比は、約1:1〜約4:1である、項目16に記載の方法。
(項目18)
前記多能性ヒト幹細胞は、
該細胞を、TGFβインヒビターおよびWntインヒビターを含む神経誘導培地中で第1の期間にわたって培養する工程;ならびに
該細胞を、脳由来神経栄養因子(BDNF)、毛様体神経栄養因子(CNTF)、レチノイン酸、およびγセクレターゼインヒビターを含む光受容体分化培地中で第2の期間にわたって培養する工程、
によって培養される、項目16に記載の方法。
(項目19)
前記第1の期間は、約120時間〜約168時間である、項目18に記載の方法。
(項目20)
前記第2の期間は、約288時間〜約816時間である、項目18に記載の方法。
(項目21)
前記神経誘導培地は、TGFβインヒビターおよびWntインヒビターを含む、項目18に記載の方法。
(項目22)
前記神経誘導培地は、
約5μM〜約15μMの前記TGFβインヒビター;および
約5μM〜約15μMの前記Wntインヒビター
を含む、項目21に記載の方法。
(項目23)
前記TGFβインヒビターはSB431542である;または
前記WntインヒビターはCKI−7である、
項目21に記載の方法。
(項目24)
前記光受容体分化培地は、
約1ng/mL〜約20ng/mLの前記脳由来神経栄養因子(BDNF);
約1ng/mL〜約30ng/mLの前記毛様体神経栄養因子(CNTF);
約0.1μM〜約5μMの前記レチノイン酸;および
約5μM〜約15μMの前記γセクレターゼインヒビター、
を含む、項目18に記載の方法。
(項目25)
前記γセクレターゼインヒビターはDAPTである、項目18に記載の方法。

Claims (25)

  1. 網膜前駆細胞であって、ここで26〜34日目の遺伝子プロフィールは、
    (A)遺伝子CRX、C11orf96、NXPH4、NTS、DCT、PRDM1、NEUROD4、S100A13、RCVRN、FAM57B、SYT4、DLL3、SSTR2、CHRNA5、およびROBO2のうちの少なくとも1つが発現されること;または
    (B)遺伝子STMN2、ONECUT2、ATOH7、ELAVL4、およびGAP43のうちの少なくとも1つが発現されること;または
    (C)遺伝子CNTN2、NEFM、NEFL、PRPH、POU4F2、およびCXCR4のうちの少なくとも1つが発現されること;または
    (D)遺伝子PAX6、SIX3、およびSLC2A1のうちの少なくとも1つが発現されること;または
    (E)遺伝子VSX2、PTH2、FZD5、RARRES2、DIO3、SOX2、およびCYP1B1のうちの少なくとも1つが発現されること、
    を示す、網膜前駆細胞。
  2. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、
    (A)遺伝子CRX、C11orf96、NXPH4、NTS、DCT、PRDM1、NEUROD4、S100A13、RCVRN、FAM57B、SYT4、DLL3、SSTR2、CHRNA5、およびROBO2のうちの少なくとも2つが発現されること;または
    (B)遺伝子STMN2、ONECUT2、ATOH7、ELAVL4、およびGAP43のうちの少なくとも2つが発現されること;または
    (C)遺伝子CNTN2、NEFM、NEFL、PRPH、POU4F2、およびCXCR4のうちの少なくとも2つが発現されること;または
    (D)遺伝子PAX6、SIX3、およびSLC2A1のうちの少なくとも2つが発現されること;または
    (E)遺伝子VSX2、PTH2、FZD5、RARRES2、DIO3、SOX2、およびCYP1B1のうちの少なくとも2つが発現されること、
    を示す、請求項1に記載の網膜前駆細胞。
  3. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子CRXまたはC11orf96が発現されることを示す;かつ
    前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CRXが少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)C11orf96が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、
    請求項1に記載の網膜前駆細胞。
  4. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CRXが少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)C11orf96が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、請求項3に記載の網膜前駆体。
  5. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子STMN2またはONECUT2が発現されることを示す;かつ
    前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)STMN2が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)ONECUT2が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、
    請求項1に記載の網膜前駆細胞。
  6. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)STMN2が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)ONECUT2が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、請求項5に記載の網膜前駆細胞。
  7. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子CNTN2またはPOU4F2が発現されることを示す;かつ
    前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CNTN2は、少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)POU4F2は、少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、
    請求項1に記載の網膜前駆細胞。
  8. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)CNTN2が、少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)POU4F2が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、請求項7に記載の網膜前駆細胞。
  9. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子PAX6またはSIX3が発現されることを示す;かつ
    前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)PAX6が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)SIX3が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、
    請求項1に記載の網膜前駆細胞。
  10. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)PAX6が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)SIX3が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、請求項9に記載の網膜前駆細胞。
  11. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子VSX2またはCYP1B1が発現されることを示す;かつ
    前記26〜34日目のプロフィールは、(i)VSX2が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)CYP1B1が少なくとも5遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、
    請求項1に記載の網膜前駆細胞。
  12. 前記26〜34日目の遺伝子プロフィールは、(i)VSX2が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されること、または(ii)CYP1B1が少なくとも10遺伝子カウントパーミリオンで発現されることを示す、請求項11に記載の網膜前駆細胞。
  13. 16〜24日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子DAPL1、SIX6、SFRP2、LHX2、PAX6、CDH2、CLDN1、TRPM3、RELN、DCT、およびPMELのうちの少なくとも1つが発現されることを示す、請求項1に記載の網膜前駆細胞。
  14. 前記16〜24日目の遺伝子プロフィールは、遺伝子SIX6、SFRP2、LHX2、PAX6、DCT、またはPMELのうちの少なくとも1つが発現されることを示す、請求項13に記載の網膜前駆細胞。
  15. 前記16〜24日目の遺伝子プロフィールは、PAX6が発現されることを示す、請求項13に記載の網膜前駆細胞。
  16. 網膜前駆体の集団を生成するための方法であって、該方法は、
    多能性ヒト幹細胞を、ラミニンマトリクスを有する細胞培養表面にプレートする工程であって、ここで該ラミニンマトリクスは、(i)ラミニン−323およびラミニン−523からなる群より選択される第1のラミニン、ならびに(ii)ラミニン−521である第2のラミニンを含み、該第1のラミニンおよび該ラミニン−521は、各々無傷のタンパク質またはタンパク質フラグメントであるかのいずれかである工程;
    網膜前駆体を得るために、該多能性ヒト幹細胞を培養する工程;
    該網膜前駆体の集団を、(i)16〜24日目の遺伝子プロフィールを調製し、遺伝子DAPL1、SIX6、SFRP2、LHX2、PAX6、CDH2、CLDN1、TRPM3、RELN、DCT、およびPMELのうちの少なくとも1つが発現される網膜前駆体を選択する工程;および(ii)26〜34日目の遺伝子プロフィールを調製し、
    (A)遺伝子CRX、C11orf96、NXPH4、NTS、DCT、PRDM1、NEUROD4、S100A13、RCVRN、FAM57B、SYT4、DLL3、SSTR2、CHRNA5、およびROBO2のうちの少なくとも1つが発現されるか;または
    (B)遺伝子STMN2、ONECUT2、ATOH7、ELAVL4、およびGAP43のうちの少なくとも1つが発現されるか;または
    (C)遺伝子CNTN2、NEFM、NEFL、PRPH、POU4F2、およびCXCR4のうちの少なくとも1つが発現されるか;または
    (D)遺伝子PAX6、SIX3、およびSLC2A1のうちの少なくとも1つが発現されるか;または
    (E)遺伝子VSX2、PTH2、FZD5、RARRES2、DIO3、SOX2、およびCYP1B1のうちの少なくとも1つが発現される、
    網膜前駆体を選択する工程によって識別する工程、
    を包含する方法。
  17. 前記第1のラミニン 対 前記第2のラミニン重量比は、約1:1〜約4:1である、請求項16に記載の方法。
  18. 前記多能性ヒト幹細胞は、
    該細胞を、TGFβインヒビターおよびWntインヒビターを含む神経誘導培地中で第1の期間にわたって培養する工程;ならびに
    該細胞を、脳由来神経栄養因子(BDNF)、毛様体神経栄養因子(CNTF)、レチノイン酸、およびγセクレターゼインヒビターを含む光受容体分化培地中で第2の期間にわたって培養する工程、
    によって培養される、請求項16に記載の方法。
  19. 前記第1の期間は、約120時間〜約168時間である、請求項18に記載の方法。
  20. 前記第2の期間は、約288時間〜約816時間である、請求項18に記載の方法。
  21. 前記神経誘導培地は、TGFβインヒビターおよびWntインヒビターを含む、請求項18に記載の方法。
  22. 前記神経誘導培地は、
    約5μM〜約15μMの前記TGFβインヒビター;および
    約5μM〜約15μMの前記Wntインヒビター
    を含む、請求項21に記載の方法。
  23. 前記TGFβインヒビターはSB431542である;または
    前記WntインヒビターはCKI−7である、
    請求項21に記載の方法。
  24. 前記光受容体分化培地は、
    約1ng/mL〜約20ng/mLの前記脳由来神経栄養因子(BDNF);
    約1ng/mL〜約30ng/mLの前記毛様体神経栄養因子(CNTF);
    約0.1μM〜約5μMの前記レチノイン酸;および
    約5μM〜約15μMの前記γセクレターゼインヒビター、
    を含む、請求項18に記載の方法。
  25. 前記γセクレターゼインヒビターはDAPTである、請求項18に記載の方法。
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