JP4036608B2 - クローン非ヒト動物の作出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法、詳しくは、除核された非ヒト動物の卵子に当該非ヒト動物の体細胞核を注入する体細胞核直接注入法により、クローン豚をはじめとするクローン非ヒト動物を効率よく作出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
哺乳類の体細胞からのクローン動物の作出は困難と考えられていたが、１９９６年にCampbellらのグループは羊の胚由来の培養細胞（継代６〜１３代）を血清飢餓状態にして細胞周期をＧ0期とし、この細胞の核を移植することにより産仔の獲得に成功し、ほぼ無限に増やせる培養細胞でもクローン個体を作出することができることを示した(Nature,380,64-66,1996) 。１９９７年、Wilmutらは同様な手法を用いて、培養した乳腺細胞及び線維芽細胞を血清飢餓状態にし、一例ではあるがクローン羊ドーリーの作出を報告した(Nature,385,810-813,1997) 。クローン羊ドーリーの作出法は、除核した羊の卵母細胞と雌羊由来の細胞を電気的に融合することにより核移植するものであるが、かかる細胞融合による核移植では、ドナー細胞の核だけでなく、その細胞質までも卵子に導入されることが避けられないといわれている。その他、細胞融合による核移植に関しては、乳より分離した乳腺由来の細胞をＧ0期に同調した後、電気的融合効率を高めるため３０〜１２０分間トリプシン処理を行い、かかる細胞を用いて核移植するクローン牛の作出方法が知られている（特開平１１−３４１９３５号公報）。
【０００３】
また、体細胞核を除核卵母細胞に直接注入するクローン動物の作出については、若山らがクローンマウスの作出方法について報告している(Nature,394,369-374,1998)。このクローンマウスの作出方法は、未受精卵の透明帯に穴を開けてピペットを差し込み、分裂中期の染色体を除去した除核卵母細胞に、過排卵を誘発したマウスから採取した卵丘細胞、セルトリ細胞、神経細胞由来の核を細胞膜を破って直接注入（インジェクション）し、ストロンチウムで活性化処理した後、サイトカラシンＢで極体の放出を抑制しながら偽前核を形成させ、この胚を培養した後、偽妊娠雌マウスの子宮に移植する方法である。
【０００４】
豚の心臓や膵臓等の臓器はその大きさからしてヒトの臓器と交換可能性がきわめて高く、クローン豚の作出は異種移植の問題を解決する手段として、また、良質な食肉生産点からも期待されていたが、少なくとも４匹の受精卵が子宮に存しないと妊娠に失敗することから、活力ある数個の胚を用いる必要があること、豚胚は極めて脆く核移植など取扱中に壊れやすいことなど、クローン豚作出上の特有の問題があり、多くの研究者がチャレンジしたがうまくいかなかった。しかし最近、スコットランドのPPL Therapeutics社のAlan Colmanらは成体細胞からの細胞融合による核移植でクローン豚を作出していたことを報告（Nature,407,505-509,2000）し、また本発明者らによっても体細胞核直接導入法によるクローン豚の作出についての報告（Science,289,1118-1119,2000）がなされている。
【０００５】
ところで、動物の卵子が受精して受精卵が生じ、この受精卵が分裂して発生していく段階の個体は胚（embryyo）と呼ばれているが、かかる胚のアルギン酸や寒天等による包埋技術についても知られている。例えば、ＣＢ６Ｆ１マウス及びゴールデンシリアンハムスターを用いて、インビトロにおける胚卵割率、着床率、生児出生率に関し、齧歯目胚のアルギン酸ナトリウムカプセル化の影響及びインビボにおけるカプセルの分解速度を調べ、３．０％アルギン酸ナトリウムによる齧歯目動物胚のカプセル化は、胚の発達、着床率、又は生存率に対して悪影響を与えないことや、挿入後４８時間以内に分解するので、インビトロにおけるヒトの受精及び胚着床に有用であることが報告されている（FERTILITY AND STERILITY,59,652-656,1993）。
【０００６】
ヤギ幼胚の二分割胚の凍結保存における寒天の影響を調べ、二分割胚を寒天で固定したもの又は固定しないものの両方を凍結保存し、解凍後、損傷のないもの及び一部損傷のあるものをレシピエントの子宮に移植したところ、前者では解凍後も損傷を受けていないものが５０％の割合で得られたが、後者では解凍後も損傷を受けていないものが５％であったことが報告されている（THERIOGENOLOGY,28,317-322）。ホルスタイン雌牛の二分割胚の凍結解凍時におけるポリリジン／アルギン酸膜の包埋効果について調べ、二分割胚をポリリジン／アルギン酸膜で包埋すると、対照に比べて高い形態学上のスコアを示すことが報告されている（THERIOGENOLOGY,29,262,1988）。
【０００７】
ウサギ胚の凍結を成功させるためには、凍結融解に際しての透明帯の割断損傷を回避することが不可欠であるとし、凍結融解によって生じる非細胞性成分（透明帯及びムチン被膜）の損傷及びインビボとインビトロにおける融解後の胚の生存性に関し、アルギン酸カルシウムゲル封入の保護効果について調べ、２％アルギン酸ナトリウムを含むリンガー液に浸したウサギ桑実胚を１１０ｍＭの塩化カルシウム溶液の中に投入することにより得られたアルギン酸カルシウムゲル封入胚は対照に比べて、胚の非細胞性成分（透明帯及びムチン被膜）の損傷の発生が減少し、またアルギン酸カルシウムゲルから解放された凍結融解胚の生存率が向上し、凍結前にウサギ胚をアルギン酸ゲルに封入することにより融解後の移植できる胚の比率が改善されることが報告されている（THE JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY,254,186-191,1990）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
クローン非ヒト動物、特にクローン豚の作出は異種移植の問題を解決する手段として、また、良質な食肉生産点からも重要である。すなわち、クローン豚作出技術と遺伝子組換え技術とを組み合わせることにより、ヒトへの異種移植のためのドナーの供給が可能となり、選択された表現型をもつ豚をクローン技術により増産することは、食肉生産が可能となる。しかし、前記のように、豚胚は極めて脆く核移植など取扱中に壊れやすいことなど、クローン豚作出上の特有の問題があり、効率よくクローン豚を作出する技術は未だ確立されていない現状にある。
【０００９】
また、アルギン酸ゲルや寒天を用いた胚の包埋技術は知られているが、これら公知の包埋技術は凍結融解時等の胚の損傷からの保護を目的として行われているものである。これに対して、体細胞核直接注入法は、卵細胞からの除核時及び該除核細胞への体細胞核の直接注入時の２回にわたって、ある意味で胚を積極的に損傷させることから、かかる体細胞核直接注入法における核移植胚の包埋技術については、当然のことながら、現在に至るまで報告されていない。本発明の課題は、除核された非ヒト動物の卵子に当該非ヒト動物の体細胞核を注入する体細胞核直接注入法により、クローン豚をはじめとするクローン非ヒト動物を効率よく作出する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、分化した細胞から豚のクローンを作出するための方法について種々調査・検討し、除核した卵子に豚の胎児線維芽細胞核を顕微注入し、電気活性化処理により発生を誘発し、かかる電気パルス活性化処理後のクローン胚を卵管及び子宮に移植する際に、順次濃度を高めたアルギン酸ゲルで３重に包埋し、その後雌豚の卵管に移植したところ、桑実胚、初期胚盤胞、胚盤胞に健全に生育することを見い出し、この健全に生育したアルギン酸３重包埋胚を仮親に移植したところクローン豚が得られることを確認し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち本発明は、採取した非ヒト動物の卵子から除核し、該除核された卵子に非ヒト動物の体細胞核を注入し、該体細胞核が注入された核移植胚にアルギン酸を用いて、アルギン酸の濃度を順次高めていく３重包埋処理を施し、該包埋処理が施された核移植胚を雌非ヒト動物の卵管又は子宮に移植することを特徴とする体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法（請求項１）や、体細胞核が注入された卵子に活性化処理を施した核移植胚に３重包埋処理を施すことを特徴とする請求項１記載の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法（請求項２）や、３重包埋処理が、１重目がアルギン酸濃度０．５％、２重目がアルギン酸濃度１．５％、３重目がアルギン酸濃度２．０％でのアルギン酸の濃度を順次高めていく３重包埋処理であることを特徴とする請求項１又は２記載の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法（請求項３）や、非ヒト動物が豚であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法（請求項４）に関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法としては、採取した非ヒト動物の卵子から除核し、該除核された卵子に非ヒト動物の体細胞核を注入し、該体細胞核が注入された核移植胚に包埋剤を用いて包埋処理を施し、該包埋処理が施された核移植胚を雌非ヒト動物の卵管又は子宮に移植する方法であれば特に制限されるものではなく、ここで、体細胞核直接注入法とは、体細胞の核を除核細胞に直接注入（インジェクション）する方法をいい、かかる体細胞核直接注入法には、例えば、プライムテック株式会社製のＰＭＭ三次元マイクロマニピュレーションシステム「ＥＭＭ−７１５ＯＵＤ」を用いることができる。
【００１３】
本発明における非ヒト動物としては、豚、山羊、羊、ウサギ、ウシ、ウマ、ラット、マウス、ニワトリ等を具体的に例示することができるが、前記のように、豚の胚は極めて脆く、核移植など取扱中に壊れる可能性が大きいことから、本発明の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法は、特にクローン豚の作出に好適である。以下、非ヒト動物が豚の場合を例にとって、本発明の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法について説明するが、本発明のクローン非ヒト動物の作出方法はクローン豚の作出方法に限定されるものではない。
【００１４】
レシピエント卵子としては、豚の成熟卵子であれば特に制限されるものではなく、プロスタグランジンＦ２α、クロプロステノール、絨毛ゴナドトロピン等のホルモン投与による過排卵処理により得られる体内成熟卵子の他、屠場由来の卵巣から採取した卵子を体外成熟させたものも使用できるが、着床率の点からして体内成熟卵子、特に性成熟（６ヶ月齢以上）した雌豚から採取した体内成熟卵子が好ましい。かかる体内成熟卵子は、過排卵処理により得られる雌豚の子宮及び卵巣をＰＢＳ溶液等を用いて卵管灌流を行うことにより採取することができるが、卵丘細胞が付着している卵子はヒアルロニダーゼ処理を行って、卵丘細胞を除去することが好ましい。
【００１５】
上記豚のレシピエント卵子からの除核は、細胞骨格形成阻害剤であるサイトカラシンＢ処理を施した豚の卵子から除核することが好ましく、より具体的にはサイトカラシンＢを含有するＮＣＳＵ２３等の培地で体外成熟卵子等のレシピエント卵子を処理した後、除核操作用シャーレのサイトカラシン入りドロップに移してホールディングピペットで保定し、透明帯を迅速・的確に貫通することができる除核用ピペット（外径２５〜３０μｍ）を用いて、Ｍ（metaphase）II期の染色体を含む第一極体の付近を極体ごと吸引することにより行われる。なお、吸引した極体を調べることにより除核できていることを確認することが好ましく、また除核卵子からはサイトカラシンＢを除去することが好ましい。
【００１６】
体細胞核としては、豚体細胞に由来する核であれば特に制限されるものではないが、例えば胎児線維芽細胞核を好適に例示することができる。特にレシピエントや仮親と毛色の異なる品種の豚をドナーとすることが、毛色からクローン豚であるかどうかを簡便に判定する上で好ましい。また、核移植に用いるドナー細胞の細胞周期は特に制限されるものではないが、細胞周期Ｇ0／Ｇ01期に同調させた体細胞が好ましい。細胞周期Ｇ0／Ｇ01期に同調させた体細胞は、例えばコンフルエントな状態で培養液の交換なしに、体細胞を１６日間前後培養し続けることによって得ることができる。線維芽細胞を用いる場合、トリプシン処理で細胞を分散させたものが好ましく、また、培養細胞が線維芽細胞であることを、サイトケラチンとＳＳＥＡ−１との陰性反応、ビメンチンでの陽性反応、線維芽細胞の特異的プライマーによるＰＣＲ分析等により確認することが好ましい。
【００１７】
上記体細胞核の除核されたレシピエント卵母細胞への直接注入は、体細胞の細胞膜を崩壊させて実質的に体細胞核からなる画分を注入することがドナー細胞質の影響を排除して核移植胚の発生を良好にする点で好ましい。これに対して融合法による核の注入は細胞質を伴って注入することになるので、細胞質による汚染に対して敏感である豚のクローン作出においては好ましくない。また、体細胞核のインジェクションピペットとしては、透明帯の貫通が迅速・精確かつ簡単にでき、細胞質膜へのダメージを最小にすることができるものが好ましく、かかるインジェクションピペットとしてはピエゾマイクロマニピュレーター（プライムテック株式会社製）に取り付けた体細胞注入用ピペット（外径７〜１２μｍ）を具体的に例示することができる。
【００１８】
上記のようにして得られた体細胞核が注入された卵子には、包埋処理に先立って、活性化処理を施すことが好ましい。かかる活性化処理としては、従来公知の核移植胚の活性化処理方法であれば特に制限されるものではないが、クローン豚の作出においては電気パルス活性化処理を好適に例示することができる。電気パルス活性化処理としては、電荷の大きい１回の電気パルス、例えば１．５ｋＶ／ｃｍ、１００μｓｅｃ、１回を印可する方がそれより小さい電荷の電気パルスを２回印可するよりも胚活性の点で好ましく、また、電気パルス活性化処理における培地としてはＮＣＳＵ２３（J.Reprod.Fertil.Suppl.,48,61,1993）を用いることが高い胚盤胞形成率の点で好ましい。また、電気パルスによる活性化処理の場合、体内成熟卵子の方が体外成熟卵子に比べて胚盤胞の発生能の点で好ましい。さらに、レシピエント細胞として体内成熟卵子を用いる場合には、過排卵処理のために使用した最初のｈＣＧ投与後、５０〜６０時間後、好ましくは５４〜５５時間後に活性化処理をすることが望ましい。
【００１９】
卵細胞からの除核時及び該除核細胞への体細胞核の直接注入時の２回にわたって損傷を受けた核移植胚の胚盤胞への発生率を高め、クローン豚を効率よく作出するために、活性化処理後の核移植胚は、卵管又は子宮への移植前に、包埋剤により包埋処理が施される。かかる包埋剤による包埋処理は、複数回の包埋処理を行い、複数被膜で包埋した核移植胚とすることが好ましく、特に３重包埋処理を行い、３重被膜核移植胚とすることが好ましい。また、かかる複数回の包埋処理を行うに際しては、包埋剤の濃度を順次高めていく包埋処理、すなわち外層膜ほど高濃度の包埋剤を用いて包埋し、その物理的強度を内層から外層へと順次高めていくことが好ましい。
【００２０】
包埋処理に用いられる包埋剤としては、核移植胚を包埋することにより、２回にわたって損傷を受けた核移植胚の桑実胚や胚盤胞への発生率を高め、クローン豚を効率よく作出することができるものであれば特に制限されるものではないが、損傷を受けた透明帯の修復・保護機能を有するものや、包埋処理後の核移植胚を卵管及び子宮に移植した後、生体内での分解機能を有するものや、卵管及び子宮の膜運動による損耗からの保護機能を有するものや、白血球の攻撃からの防御機能を有するものや、包埋皮膜を通しての栄養分の透過・排泄物の排出機能を有するものの他、包埋処理時に核移植胚に影響を与えることなく包埋処理することができるものや、顕微鏡下で包埋皮膜が確認しやすいものや、顕微鏡下で包埋胚の操作がし易くなるものなどが好ましい。かかる包埋剤としては、アルギン酸、寒天等の天然多糖類の他、ムコタンパク質、ポリアミノ酸などの蛋白質、生分解性有機高分子等を例示することができるが、上記包埋剤としての好ましい機能を備えたアルギン酸が特に好ましい。その他、包埋剤の使用濃度についても特に制限されるものではないが、上記包埋剤としての好ましい機能を十分発揮しうる濃度が好ましい。なお、複数回の包埋処理を行う場合、例えばアルギン酸と寒天等、包埋剤の種類を変えて包埋処理をすることもできる。
【００２１】
例えば、アルギン酸を包埋剤として３重包埋処理する方法としては、アルギン酸ナトリウムを所定濃度（例えば０．５％、１．５％、２．０％）となるようにリンゲル液等に溶解し、あらかじめ滅菌しておき、この滅菌済みのアルギン酸ナトリウム溶液（例えば０．５％）に核移植胚を浸漬して十分馴染ませた後、塩化カルシウム液等のカルシウムイオン含有液と接触させ、アルギン酸ゲル包埋胚とした後、この包埋胚を前記アルギン酸ナトリウム溶液よりも高濃度のアルギン酸ナトリウム溶液（例えば１．５％）に浸漬して十分馴染ませた後、塩化カルシウム液等のカルシウムイオン含有液と接触させ、アルギン酸ゲル２重包埋胚とし、次いでこの２重包埋胚を上記アルギン酸ナトリウム溶液よりも高濃度のアルギン酸ナトリウム溶液（例えば２．０％）に浸漬して十分馴染ませた後、塩化カルシウム液等のカルシウムイオン含有液と接触させ、アルギン酸ゲル３重包埋核移植胚とする方法を具体的に示すことができる。
【００２２】
活性化処理後に包埋剤による包埋処理をした核移植胚を卵管又は子宮に移植する雌豚としては特に制限されるものではないが、人工授精させた後の妊娠２１〜４０日目にプロスタグランジンＦ２α等を用いて人工流産させ、同期化を行った雌豚を用いることが好ましい。また、核移植胚を雌豚の卵管又は子宮に移植するに際し、複数個の受精卵を核移植胚に混合して雌豚の卵管又は子宮に移植する追い移植法を用いることが好ましい。
【００２３】
また産仔した豚ドナー体細胞核由来のクローンであることの確認は、産仔の毛色の他、クローン豚、クローン豚の仮親の耳から採取したＤＮＡ並びにクローン豚を作出するために用いた線維芽細胞等の体細胞のＤＮＡを採取し、豚のための特異的なマーカーでマイクロサテライト分析を行い、クローン豚が体細胞と同一の遺伝子をもち、仮親と異なる遺伝子をもつことを確認することにより同定することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例等により詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例等によって限定されるものではない。
実施例１（クローン豚の作出）
実施例１−１［体内成熟卵子の採取］
卵子はランドレース（白色）の雌、又はランドレース×大ヨークシャー×デュロックの三元交雑腫（黒斑を有する白色）の雌から採取した。成熟卵子は性成熟（６ヶ月齢以上）又は未成熟の雌豚から採取した。性成熟豚の排卵処理は以下のようにして行った。人工授精から２１〜４０日後の性成熟豚に、まずプロスタグランジンＦ２αのアナログである(+)-クロプロステノール（住友化学社製「Planate」）０．２ｍｇを筋肉内に注射して流産させた。筋肉内注射の２４時間後に、クロプロステノール０．２ｍｇとウマ絨毛ゴナドトロピン（ｅＣＧ）１５００単位を共に筋肉内に注射した。ｅＣＧを注射してから７２時間後にヒト絨毛ゴナドトロピン（ｈＣＧ）５００単位を筋肉内に注射することにより過排卵処理を行った。一方、未性成熟雌豚の排卵処理は以下のようにして行った。１５００単位のｅＣＧのみを筋肉内に注射し、その７２時間後に５００単位のｈＣＧを筋肉内に注射することにより過排卵処理を行った。これら過排卵処理を行った雌豚は、ｈＣＧを投与してから４５時間後に屠殺し、子宮及び卵巣を採取した。０．１％ＢＳＡを加えたカルシウム、マグネシウムを含まないダルベッコのＰＢＳ溶液を用いて卵管灌流を行って体内成熟卵子を採取した。卵丘細胞が付着している卵子はヒアルロニダーゼ処理を行って、卵丘細胞を除去した。採取した体内成熟卵子は培養液（ＮＣＳＵ２３）で３８．５℃、５％ＣＯ2インキュベーターで核移植操作まで培養した。
【００２５】
実施例１−２［除核操作］
上記実施例１−１で得られたレシピエント卵子（体外成熟卵子）を、５μｇサイトカラシンＢ／１ｍｌ培養液（ＮＣＳＵ２３）に入れて１５分以上処理した後、核移植（除核操作）用シャーレのサイトカラシン入りドロップに卵子を移し、第一極体の位置が１２時、３時、６時のいずれかにくるようにホールディングピペットで保定し、ピエゾマイクロマニピュレーター（プライムテック株式会社製）に取り付けた除核用ピペット（外径２５〜３０μｍ）を用いて透明帯を迅速に貫通することにより、Ｍ（metaphase）II期の染色体を含む第一極体の付近を極体ごと細胞質の１／４〜１／３程吸引した。除核処理は、室温下でサイトカラシンＢが５μｇ／ｍｌ入りＮＣＳＵ２３培養液中で１０〜１５個ずつの卵子を処理した。吸引した極体と細胞質を別の５μｇヘキスト３３３４２／１ｍｌ培養液（ＮＣＳＵ２３）のドロップに移し、１５分後にＵＶによる蛍光顕微鏡観察を行い、除核できていることを確認した。除核ができた卵子は、直ちにサイトカラシンＢの含まれていない培養液ＮＣＳＵ２３で丁寧に洗浄し、サイトカラシンを除核卵子から除去し、３８．５℃、ＣＯ2インキュベーターに戻して培養した。
【００２６】
実施例１−３［胎児線維芽細胞の分離］
梅山豚雌の発情周期を把握した上で人工授精し、妊娠２４日目の梅山豚×梅山豚（黒色）を屠殺して子宮より一匹の胎児を採取し、頭部と内臓を除去した後、細切し、トリプシン処理で細胞を分散させた後、３時間４℃下で０．２５％トリプシンと１ｍＭのＥＤＴＡを含むＰＢＳ溶液で培養した後、１０％ＦＣＳを含むＤＭＥＭで洗浄して初代培養細胞を得た。細胞培養は１０％ＦＣＳ入りのＤＭＥＭで行い、細胞が飽和状態になる度に２〜６回の植え継ぎを行い、高密度に細胞をまくことにより安定をはかった（参考写真１参照）。核移植に用いたドナー細胞としては、飽和状態で培養液の交換なしに１６日間培養し続けることによってＧ0期になったものを用いた。培養細胞は、３日後ではＰＣＮＡで陽性反応を示すが、１０日後には免疫反応がなくなるので１６日目にはＧ0期になったことが証明された。かかる培養細胞が線維芽細胞であることは、培養細胞がサイトケラチンとＳＳＥＡ−１で陰性反応を示し、ビメンチンで強い陽性反応を示すことにより確認し、胎児の雌雄判別は線維芽細胞の特異的ＺＦＹ／ＳＲＹプライマーによるＰＣＲ分析によって行った。また、それぞれの培養細胞の核型が正常であることはＧ染色で確認した。
【００２７】
実施例１−４［胎児線維芽細胞の準備］
核移植予定日（１６日前）に合わせて、新しい培養液（１０％ＦＣＳ入りＤＭＥＭ）に植え継ぎ、３７℃、５％ＣＯ2で培養し、放置した。核移植直前に、ドナー体細胞である休止状態の胎児線維芽細胞をＰＢＳで洗浄し、次いで０．２５％トリプシンを用いて細胞を浮遊させた（参考写真２参照）後、トリプシンを１０％ＦＣＳ入りＤＭＥＭで不活化し、遠心後（１０００ｒｐｍ，５ｍｉｎ）、上清を除き核移植に用いる培養液（ＮＣＳＵ２３）に再浮遊させ、核移植（体細胞核注入）用シャーレのドロップに適量体細胞を浮遊させておいた。
【００２８】
実施例１−５［体細胞核の注入］
実施例１−２の除核処理を行った卵子を、胎児線維芽細胞が浮遊したシャーレの１つのドロップに１０〜１５個ずつ入れて体細胞核注入操作を行った。ピエゾマイクロマニピュレーター（プライムテック株式会社製）に取り付けた体細胞注入用ピペット（外径７〜１２μｍ）により、浮遊している体細胞を丁寧に数回ピペッティングすることにより細胞膜を崩壊させて実質的に体細胞核からなる画分を、除核操作による卵子の透明帯の穴に注意しながらホールディングピペットにより保定された除核卵子の細胞質内に注入した。ピエゾマイクロマニピュレーターは、透明帯の貫通が簡単にでき、細胞質膜へのダメージを最小にすることができた。また、マニピュレーションの間、インジェクションピペットは、１５％ＰＶＰを含むＮＣＳＵ２３培養液のドロップでまめに洗浄した。注入後、予め準備しておいた培養用ドロップ（ＮＣＳＵ２３）に移し、次の活性化処理までの３〜４時間、インキュベーター（３８．５℃、５％ＣＯ2）で培養しておいた。
【００２９】
実施例１−６［電気パルス活性化処理］
上記体細胞核が注入された卵子をＮＣＳＵ２３で培養し、ｈＣＧ投与５４〜５５時間後に電気パルス活性化処理をＳＳＨ−２融合装置（shimadzu社製）を用いて行った。まず、室温放置した電解質溶液（０．０１％のＢＳＡ、０．０５ｍＭのＣａＣｌ2、０．１ｍＭのＭｇＳＯ4添加０．２８Ｍマンニトール溶液）の入ったシャーレを２枚と２ｍｍ幅ステンレスワイヤー電極のチャンバーを用意し、１枚目のシャーレの電解質溶液に卵子を浸して馴染ませ、さらに２枚目の電解質溶液入りのシャーレに移して馴染ませた。卵子が電解質溶液に馴染んだ後、２ｍｍ幅ステンレスワイヤー電極のチャンバーに卵子を並べ、電気パルスによる活性化処理を表１記載の条件で実施した。電気パルスによる活性化処理後、極体の放出防止のため活性化した胚を細胞骨格形成阻害剤であるサイトカラシンＢに浸した。すなわち、５μｇ／ｍｌサイトカラシンＢを含むＮＣＳＵ２３で２時間培養を行い、第二極体放出の抑制処理を行った。次に、サイトカラシンＢを含まないＮＣＳＵ２３で丁寧に洗浄し、発生培養用ドロップ（ＮＣＳＵ２３）で活性後４０時間培養した。電気パルスによる活性化処理後、ＮＣＳＵ２３培地に代えて、ＢＥＣＭ３培地（Biol.Reprod.,55,1069,1996）及びｍＷＭ培地（J.Anim.Sci.,71,1561,1993）を用いてそれぞれ同様に活性化した胚を培養した。電気パルス活性化処理後の卵母細胞の生存率の結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１からわかるように、電荷の大きい１回の電気パルスを印可した場合、それより小さい電荷の電気パルスを２回印可した場合よりも良好な胚活性を示し、さらに、培養液の違いによる発生の影響では、ＮＣＳＵ２３を用いた場合に最も高い胚盤胞形成率が得られた。これらの結果から、クローン作出には、１．５ｋＶ／ｃｍ、１００μｓｅｃ、１回の電気パルスを活性化条件とし、ＮＣＳＵ２３で培養することにした。またこれと同条件で、体内成熟卵子と体外成熟卵子の発生能を比較した。１６７個の体外成熟卵子を活性化した結果、４８時間までに１１６個が分割したが、胚盤胞にまで至ったのはわずかに４個（２．４％）だけであった。この値２．４％は、表１に示される対応する体内成熟卵子の値（３１．２％）より有意に低かった。以上の実験結果から、体内成熟卵子をクローン作出に用いることとした。
【００３２】
実施例１−７［アルギン酸３重包埋法］
上記実施例１−６で得られた電気パルス活性化処理後のクローン胚に、以下のようにアルギン酸３重包埋法を適用した。まず、アルギン酸ナトリウムを所定濃度（０．５％、１．５％、２．０％）となるようにリンゲル液に溶かしてオートクレーブ滅菌し、包埋液を調製した。電気パルス活性化処理後４０時間の核移植胚を滅菌済みリンゲル液（３７℃）に移し、ピペッティング等を行いよく馴染ませた後、０．５％アルギン酸ナトリウムを含む包埋液に移し、よく馴染ませてからなるべく胚を密集させた状態で吸引し、滅菌済みの１１０ｍＭ塩化カルシウム液にゆっくりと吐出し、固まった胚入りのアルギン酸ナトリウムを吸引し、次に１．５％アルギン酸ナトリウムを含む包埋液に移し、よく馴染ませてからなるべく胚を密集させた状態で吸引し、滅菌済みの１１０ｍＭ塩化カルシウム液にゆっくりと吐出し、固まった胚入りのアルギン酸ナトリウムを吸引し、続いて２．０％アルギン酸ナトリウムを含む包埋液に移し、よく馴染ませてからなるべく胚を密集させた状態で吸引し、滅菌済みの１１０ｍＭ塩化カルシウム液にゆっくりと吐出し固化させた。
【００３３】
上記包埋処理は３７℃の温度条件下で行われ、アルギン酸で３重包埋された核移植胚は移植まで培養液に移しておいた。活性化処理２日後のアルギン酸包埋胚又は対照としての未包埋胚をそれぞれ卵管に移植した。その際、子宮卵管接合部を皮膚縫合用ナイロン糸で結びアルギン酸包埋胚が子宮に落ちないようにし、移植３日後にアルギン酸包埋胚を回収し、その発生状況を観察した。その結果、包埋なしで子宮から回収した対照区の胚は、細胞質が黒色に変色したものや、白血球等に攻撃されて崩壊したものや、また、卵管、子宮内の膜の運動により胚に負担がかかり胚の細胞質が飛び出て、透明帯だけ回収というものが多数見られた（図１；参考写真３参照）。一方、３重包埋した胚は、健全に生育した胚盤胞や桑実胚が数多く見受けられ（図２；参考写真４参照）、回収率も８７％と高い値を示し、また発生率（Blast,Morula）も良好な値（約２３％）を示した。なお、これら包埋後の回収実験は、０．５％のアルギン酸ナトリウムを用いた１重包埋胚についても、０．５％と２．０％のアルギン酸ナトリウムを用いた２重包埋胚についても、上記３重包埋胚と同様に行った。これらの結果を表２に示す。表２中、Ｍ（morula）は桑実胚を、Ｅ−Ｂ（early blastocyst）は初期胚盤胞を、Ｂ（blastocyst）は胚盤胞を、Ｈ−Ｂ（hatching blastocyst）は孵化胚盤胞をそれぞれ示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
実施例１−８［仮親への胚移植］
実施例１−７で得られたアルギン酸３重包埋胚のうち、発生が良好なものを仮親の子宮角上端に最終移植した。外科的胚最終移植１０日前に妊娠豚２頭に対して、クロプロステノール２ｍｌを臀部に注射して流産させた。外科的胚移植６日前に妊娠雌豚に対して、クロプロステノール２ｍｌとＰＭＳＧ１５００ＩＵを臀部に注射し、注射の７２時間後、ｈＣＧ５００ＩＵを臀部に注射した。２頭のうち１頭はｈＣＧ投与してから２４時間後に人工授精し、外科的胚移植を行う前に受精卵を回収し、この回収した受精卵４〜５個をアルギン酸３重包埋核移植胚に混合して、２頭のうちの他の雌豚の子宮角上端に移植した。これらアルギン酸３重包埋核移植胚の１つから黒色の毛色をもつ子豚が自然分娩で産まれた。生誕時の子豚の体重は１．２ｋｇ、胎盤重量は０．３ｋｇであり、両値とも通常の子豚の正常な値の範囲内であった。また、いくつかのクローン牛の例では胎盤異常が現れ、顕微注入法によるクローンマウスでは通常マウスより胎盤が大きくなるという報告があったが、この子豚に付いていた胎盤は、外見上ばかりでなく解剖学的にも正常であった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によると、異種移植の問題を解決する手段として、また、良質な食肉生産性の点からも重要であるクローン非ヒト動物、特にクローン豚を効率よく作出することが可能となる。そして、本発明の非ヒト動物の作出技術と遺伝子組換え技術とを組み合わせることにより、ヒトへの異種移植のためのドナーの供給が可能となり、また、選択された表現型をもつ豚等の非ヒト動物をクローン技術により増産することにより食肉生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】子宮から回収した比較例のアルギン酸未包埋胚の顕微鏡写真を示す図である。
【図２】子宮から回収した本発明のアルギン酸３重包埋胚の顕微鏡写真を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法、詳しくは、除核された非ヒト動物の卵子に当該非ヒト動物の体細胞核を注入する体細胞核直接注入法により、クローン豚をはじめとするクローン非ヒト動物を効率よく作出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
哺乳類の体細胞からのクローン動物の作出は困難と考えられていたが、１９９６年にCampbellらのグループは羊の胚由来の培養細胞（継代６〜１３代）を血清飢餓状態にして細胞周期をＧ0期とし、この細胞の核を移植することにより産仔の獲得に成功し、ほぼ無限に増やせる培養細胞でもクローン個体を作出することができることを示した(Nature,380,64-66,1996) 。１９９７年、Wilmutらは同様な手法を用いて、培養した乳腺細胞及び線維芽細胞を血清飢餓状態にし、一例ではあるがクローン羊ドーリーの作出を報告した(Nature,385,810-813,1997) 。クローン羊ドーリーの作出法は、除核した羊の卵母細胞と雌羊由来の細胞を電気的に融合することにより核移植するものであるが、かかる細胞融合による核移植では、ドナー細胞の核だけでなく、その細胞質までも卵子に導入されることが避けられないといわれている。その他、細胞融合による核移植に関しては、乳より分離した乳腺由来の細胞をＧ0期に同調した後、電気的融合効率を高めるため３０〜１２０分間トリプシン処理を行い、かかる細胞を用いて核移植するクローン牛の作出方法が知られている（特開平１１−３４１９３５号公報）。
【０００３】
また、体細胞核を除核卵母細胞に直接注入するクローン動物の作出については、若山らがクローンマウスの作出方法について報告している(Nature,394,369-374,1998)。このクローンマウスの作出方法は、未受精卵の透明帯に穴を開けてピペットを差し込み、分裂中期の染色体を除去した除核卵母細胞に、過排卵を誘発したマウスから採取した卵丘細胞、セルトリ細胞、神経細胞由来の核を細胞膜を破って直接注入（インジェクション）し、ストロンチウムで活性化処理した後、サイトカラシンＢで極体の放出を抑制しながら偽前核を形成させ、この胚を培養した後、偽妊娠雌マウスの子宮に移植する方法である。
【０００４】
豚の心臓や膵臓等の臓器はその大きさからしてヒトの臓器と交換可能性がきわめて高く、クローン豚の作出は異種移植の問題を解決する手段として、また、良質な食肉生産点からも期待されていたが、少なくとも４匹の受精卵が子宮に存しないと妊娠に失敗することから、活力ある数個の胚を用いる必要があること、豚胚は極めて脆く核移植など取扱中に壊れやすいことなど、クローン豚作出上の特有の問題があり、多くの研究者がチャレンジしたがうまくいかなかった。しかし最近、スコットランドのPPL Therapeutics社のAlan Colmanらは成体細胞からの細胞融合による核移植でクローン豚を作出していたことを報告（Nature,407,505-509,2000）し、また本発明者らによっても体細胞核直接導入法によるクローン豚の作出についての報告（Science,289,1118-1119,2000）がなされている。
【０００５】
ところで、動物の卵子が受精して受精卵が生じ、この受精卵が分裂して発生していく段階の個体は胚（embryyo）と呼ばれているが、かかる胚のアルギン酸や寒天等による包埋技術についても知られている。例えば、ＣＢ６Ｆ１マウス及びゴールデンシリアンハムスターを用いて、インビトロにおける胚卵割率、着床率、生児出生率に関し、齧歯目胚のアルギン酸ナトリウムカプセル化の影響及びインビボにおけるカプセルの分解速度を調べ、３．０％アルギン酸ナトリウムによる齧歯目動物胚のカプセル化は、胚の発達、着床率、又は生存率に対して悪影響を与えないことや、挿入後４８時間以内に分解するので、インビトロにおけるヒトの受精及び胚着床に有用であることが報告されている（FERTILITY AND STERILITY,59,652-656,1993）。
【０００６】
ヤギ幼胚の二分割胚の凍結保存における寒天の影響を調べ、二分割胚を寒天で固定したもの又は固定しないものの両方を凍結保存し、解凍後、損傷のないもの及び一部損傷のあるものをレシピエントの子宮に移植したところ、前者では解凍後も損傷を受けていないものが５０％の割合で得られたが、後者では解凍後も損傷を受けていないものが５％であったことが報告されている（THERIOGENOLOGY,28,317-322）。ホルスタイン雌牛の二分割胚の凍結解凍時におけるポリリジン／アルギン酸膜の包埋効果について調べ、二分割胚をポリリジン／アルギン酸膜で包埋すると、対照に比べて高い形態学上のスコアを示すことが報告されている（THERIOGENOLOGY,29,262,1988）。
【０００７】
ウサギ胚の凍結を成功させるためには、凍結融解に際しての透明帯の割断損傷を回避することが不可欠であるとし、凍結融解によって生じる非細胞性成分（透明帯及びムチン被膜）の損傷及びインビボとインビトロにおける融解後の胚の生存性に関し、アルギン酸カルシウムゲル封入の保護効果について調べ、２％アルギン酸ナトリウムを含むリンガー液に浸したウサギ桑実胚を１１０ｍＭの塩化カルシウム溶液の中に投入することにより得られたアルギン酸カルシウムゲル封入胚は対照に比べて、胚の非細胞性成分（透明帯及びムチン被膜）の損傷の発生が減少し、またアルギン酸カルシウムゲルから解放された凍結融解胚の生存率が向上し、凍結前にウサギ胚をアルギン酸ゲルに封入することにより融解後の移植できる胚の比率が改善されることが報告されている（THE JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY,254,186-191,1990）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
クローン非ヒト動物、特にクローン豚の作出は異種移植の問題を解決する手段として、また、良質な食肉生産点からも重要である。すなわち、クローン豚作出技術と遺伝子組換え技術とを組み合わせることにより、ヒトへの異種移植のためのドナーの供給が可能となり、選択された表現型をもつ豚をクローン技術により増産することは、食肉生産が可能となる。しかし、前記のように、豚胚は極めて脆く核移植など取扱中に壊れやすいことなど、クローン豚作出上の特有の問題があり、効率よくクローン豚を作出する技術は未だ確立されていない現状にある。
【０００９】
また、アルギン酸ゲルや寒天を用いた胚の包埋技術は知られているが、これら公知の包埋技術は凍結融解時等の胚の損傷からの保護を目的として行われているものである。これに対して、体細胞核直接注入法は、卵細胞からの除核時及び該除核細胞への体細胞核の直接注入時の２回にわたって、ある意味で胚を積極的に損傷させることから、かかる体細胞核直接注入法における核移植胚の包埋技術については、当然のことながら、現在に至るまで報告されていない。本発明の課題は、除核された非ヒト動物の卵子に当該非ヒト動物の体細胞核を注入する体細胞核直接注入法により、クローン豚をはじめとするクローン非ヒト動物を効率よく作出する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、分化した細胞から豚のクローンを作出するための方法について種々調査・検討し、除核した卵子に豚の胎児線維芽細胞核を顕微注入し、電気活性化処理により発生を誘発し、かかる電気パルス活性化処理後のクローン胚を卵管及び子宮に移植する際に、順次濃度を高めたアルギン酸ゲルで３重に包埋し、その後雌豚の卵管に移植したところ、桑実胚、初期胚盤胞、胚盤胞に健全に生育することを見い出し、この健全に生育したアルギン酸３重包埋胚を仮親に移植したところクローン豚が得られることを確認し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち本発明は、採取した非ヒト動物の卵子から除核し、該除核された卵子に非ヒト動物の体細胞核を注入し、該体細胞核が注入された核移植胚にアルギン酸を用いて、アルギン酸の濃度を順次高めていく３重包埋処理を施し、該包埋処理が施された核移植胚を雌非ヒト動物の卵管又は子宮に移植することを特徴とする体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法（請求項１）や、体細胞核が注入された卵子に活性化処理を施した核移植胚に３重包埋処理を施すことを特徴とする請求項１記載の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法（請求項２）や、３重包埋処理が、１重目がアルギン酸濃度０．５％、２重目がアルギン酸濃度１．５％、３重目がアルギン酸濃度２．０％でのアルギン酸の濃度を順次高めていく３重包埋処理であることを特徴とする請求項１又は２記載の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法（請求項３）や、非ヒト動物が豚であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法（請求項４）に関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法としては、採取した非ヒト動物の卵子から除核し、該除核された卵子に非ヒト動物の体細胞核を注入し、該体細胞核が注入された核移植胚に包埋剤を用いて包埋処理を施し、該包埋処理が施された核移植胚を雌非ヒト動物の卵管又は子宮に移植する方法であれば特に制限されるものではなく、ここで、体細胞核直接注入法とは、体細胞の核を除核細胞に直接注入（インジェクション）する方法をいい、かかる体細胞核直接注入法には、例えば、プライムテック株式会社製のＰＭＭ三次元マイクロマニピュレーションシステム「ＥＭＭ−７１５ＯＵＤ」を用いることができる。
【００１３】
本発明における非ヒト動物としては、豚、山羊、羊、ウサギ、ウシ、ウマ、ラット、マウス、ニワトリ等を具体的に例示することができるが、前記のように、豚の胚は極めて脆く、核移植など取扱中に壊れる可能性が大きいことから、本発明の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法は、特にクローン豚の作出に好適である。以下、非ヒト動物が豚の場合を例にとって、本発明の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法について説明するが、本発明のクローン非ヒト動物の作出方法はクローン豚の作出方法に限定されるものではない。
【００１４】
レシピエント卵子としては、豚の成熟卵子であれば特に制限されるものではなく、プロスタグランジンＦ２α、クロプロステノール、絨毛ゴナドトロピン等のホルモン投与による過排卵処理により得られる体内成熟卵子の他、屠場由来の卵巣から採取した卵子を体外成熟させたものも使用できるが、着床率の点からして体内成熟卵子、特に性成熟（６ヶ月齢以上）した雌豚から採取した体内成熟卵子が好ましい。かかる体内成熟卵子は、過排卵処理により得られる雌豚の子宮及び卵巣をＰＢＳ溶液等を用いて卵管灌流を行うことにより採取することができるが、卵丘細胞が付着している卵子はヒアルロニダーゼ処理を行って、卵丘細胞を除去することが好ましい。
【００１５】
上記豚のレシピエント卵子からの除核は、細胞骨格形成阻害剤であるサイトカラシンＢ処理を施した豚の卵子から除核することが好ましく、より具体的にはサイトカラシンＢを含有するＮＣＳＵ２３等の培地で体外成熟卵子等のレシピエント卵子を処理した後、除核操作用シャーレのサイトカラシン入りドロップに移してホールディングピペットで保定し、透明帯を迅速・的確に貫通することができる除核用ピペット（外径２５〜３０μｍ）を用いて、Ｍ（metaphase）II期の染色体を含む第一極体の付近を極体ごと吸引することにより行われる。なお、吸引した極体を調べることにより除核できていることを確認することが好ましく、また除核卵子からはサイトカラシンＢを除去することが好ましい。
【００１６】
体細胞核としては、豚体細胞に由来する核であれば特に制限されるものではないが、例えば胎児線維芽細胞核を好適に例示することができる。特にレシピエントや仮親と毛色の異なる品種の豚をドナーとすることが、毛色からクローン豚であるかどうかを簡便に判定する上で好ましい。また、核移植に用いるドナー細胞の細胞周期は特に制限されるものではないが、細胞周期Ｇ0／Ｇ01期に同調させた体細胞が好ましい。細胞周期Ｇ0／Ｇ01期に同調させた体細胞は、例えばコンフルエントな状態で培養液の交換なしに、体細胞を１６日間前後培養し続けることによって得ることができる。線維芽細胞を用いる場合、トリプシン処理で細胞を分散させたものが好ましく、また、培養細胞が線維芽細胞であることを、サイトケラチンとＳＳＥＡ−１との陰性反応、ビメンチンでの陽性反応、線維芽細胞の特異的プライマーによるＰＣＲ分析等により確認することが好ましい。
【００１７】
上記体細胞核の除核されたレシピエント卵母細胞への直接注入は、体細胞の細胞膜を崩壊させて実質的に体細胞核からなる画分を注入することがドナー細胞質の影響を排除して核移植胚の発生を良好にする点で好ましい。これに対して融合法による核の注入は細胞質を伴って注入することになるので、細胞質による汚染に対して敏感である豚のクローン作出においては好ましくない。また、体細胞核のインジェクションピペットとしては、透明帯の貫通が迅速・精確かつ簡単にでき、細胞質膜へのダメージを最小にすることができるものが好ましく、かかるインジェクションピペットとしてはピエゾマイクロマニピュレーター（プライムテック株式会社製）に取り付けた体細胞注入用ピペット（外径７〜１２μｍ）を具体的に例示することができる。
【００１８】
上記のようにして得られた体細胞核が注入された卵子には、包埋処理に先立って、活性化処理を施すことが好ましい。かかる活性化処理としては、従来公知の核移植胚の活性化処理方法であれば特に制限されるものではないが、クローン豚の作出においては電気パルス活性化処理を好適に例示することができる。電気パルス活性化処理としては、電荷の大きい１回の電気パルス、例えば１．５ｋＶ／ｃｍ、１００μｓｅｃ、１回を印可する方がそれより小さい電荷の電気パルスを２回印可するよりも胚活性の点で好ましく、また、電気パルス活性化処理における培地としてはＮＣＳＵ２３（J.Reprod.Fertil.Suppl.,48,61,1993）を用いることが高い胚盤胞形成率の点で好ましい。また、電気パルスによる活性化処理の場合、体内成熟卵子の方が体外成熟卵子に比べて胚盤胞の発生能の点で好ましい。さらに、レシピエント細胞として体内成熟卵子を用いる場合には、過排卵処理のために使用した最初のｈＣＧ投与後、５０〜６０時間後、好ましくは５４〜５５時間後に活性化処理をすることが望ましい。
【００１９】
卵細胞からの除核時及び該除核細胞への体細胞核の直接注入時の２回にわたって損傷を受けた核移植胚の胚盤胞への発生率を高め、クローン豚を効率よく作出するために、活性化処理後の核移植胚は、卵管又は子宮への移植前に、包埋剤により包埋処理が施される。かかる包埋剤による包埋処理は、複数回の包埋処理を行い、複数被膜で包埋した核移植胚とすることが好ましく、特に３重包埋処理を行い、３重被膜核移植胚とすることが好ましい。また、かかる複数回の包埋処理を行うに際しては、包埋剤の濃度を順次高めていく包埋処理、すなわち外層膜ほど高濃度の包埋剤を用いて包埋し、その物理的強度を内層から外層へと順次高めていくことが好ましい。
【００２０】
包埋処理に用いられる包埋剤としては、核移植胚を包埋することにより、２回にわたって損傷を受けた核移植胚の桑実胚や胚盤胞への発生率を高め、クローン豚を効率よく作出することができるものであれば特に制限されるものではないが、損傷を受けた透明帯の修復・保護機能を有するものや、包埋処理後の核移植胚を卵管及び子宮に移植した後、生体内での分解機能を有するものや、卵管及び子宮の膜運動による損耗からの保護機能を有するものや、白血球の攻撃からの防御機能を有するものや、包埋皮膜を通しての栄養分の透過・排泄物の排出機能を有するものの他、包埋処理時に核移植胚に影響を与えることなく包埋処理することができるものや、顕微鏡下で包埋皮膜が確認しやすいものや、顕微鏡下で包埋胚の操作がし易くなるものなどが好ましい。かかる包埋剤としては、アルギン酸、寒天等の天然多糖類の他、ムコタンパク質、ポリアミノ酸などの蛋白質、生分解性有機高分子等を例示することができるが、上記包埋剤としての好ましい機能を備えたアルギン酸が特に好ましい。その他、包埋剤の使用濃度についても特に制限されるものではないが、上記包埋剤としての好ましい機能を十分発揮しうる濃度が好ましい。なお、複数回の包埋処理を行う場合、例えばアルギン酸と寒天等、包埋剤の種類を変えて包埋処理をすることもできる。
【００２１】
例えば、アルギン酸を包埋剤として３重包埋処理する方法としては、アルギン酸ナトリウムを所定濃度（例えば０．５％、１．５％、２．０％）となるようにリンゲル液等に溶解し、あらかじめ滅菌しておき、この滅菌済みのアルギン酸ナトリウム溶液（例えば０．５％）に核移植胚を浸漬して十分馴染ませた後、塩化カルシウム液等のカルシウムイオン含有液と接触させ、アルギン酸ゲル包埋胚とした後、この包埋胚を前記アルギン酸ナトリウム溶液よりも高濃度のアルギン酸ナトリウム溶液（例えば１．５％）に浸漬して十分馴染ませた後、塩化カルシウム液等のカルシウムイオン含有液と接触させ、アルギン酸ゲル２重包埋胚とし、次いでこの２重包埋胚を上記アルギン酸ナトリウム溶液よりも高濃度のアルギン酸ナトリウム溶液（例えば２．０％）に浸漬して十分馴染ませた後、塩化カルシウム液等のカルシウムイオン含有液と接触させ、アルギン酸ゲル３重包埋核移植胚とする方法を具体的に示すことができる。
【００２２】
活性化処理後に包埋剤による包埋処理をした核移植胚を卵管又は子宮に移植する雌豚としては特に制限されるものではないが、人工授精させた後の妊娠２１〜４０日目にプロスタグランジンＦ２α等を用いて人工流産させ、同期化を行った雌豚を用いることが好ましい。また、核移植胚を雌豚の卵管又は子宮に移植するに際し、複数個の受精卵を核移植胚に混合して雌豚の卵管又は子宮に移植する追い移植法を用いることが好ましい。
【００２３】
また産仔した豚ドナー体細胞核由来のクローンであることの確認は、産仔の毛色の他、クローン豚、クローン豚の仮親の耳から採取したＤＮＡ並びにクローン豚を作出するために用いた線維芽細胞等の体細胞のＤＮＡを採取し、豚のための特異的なマーカーでマイクロサテライト分析を行い、クローン豚が体細胞と同一の遺伝子をもち、仮親と異なる遺伝子をもつことを確認することにより同定することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例等により詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例等によって限定されるものではない。
実施例１（クローン豚の作出）
実施例１−１［体内成熟卵子の採取］
卵子はランドレース（白色）の雌、又はランドレース×大ヨークシャー×デュロックの三元交雑腫（黒斑を有する白色）の雌から採取した。成熟卵子は性成熟（６ヶ月齢以上）又は未成熟の雌豚から採取した。性成熟豚の排卵処理は以下のようにして行った。人工授精から２１〜４０日後の性成熟豚に、まずプロスタグランジンＦ２αのアナログである(+)-クロプロステノール（住友化学社製「Planate」）０．２ｍｇを筋肉内に注射して流産させた。筋肉内注射の２４時間後に、クロプロステノール０．２ｍｇとウマ絨毛ゴナドトロピン（ｅＣＧ）１５００単位を共に筋肉内に注射した。ｅＣＧを注射してから７２時間後にヒト絨毛ゴナドトロピン（ｈＣＧ）５００単位を筋肉内に注射することにより過排卵処理を行った。一方、未性成熟雌豚の排卵処理は以下のようにして行った。１５００単位のｅＣＧのみを筋肉内に注射し、その７２時間後に５００単位のｈＣＧを筋肉内に注射することにより過排卵処理を行った。これら過排卵処理を行った雌豚は、ｈＣＧを投与してから４５時間後に屠殺し、子宮及び卵巣を採取した。０．１％ＢＳＡを加えたカルシウム、マグネシウムを含まないダルベッコのＰＢＳ溶液を用いて卵管灌流を行って体内成熟卵子を採取した。卵丘細胞が付着している卵子はヒアルロニダーゼ処理を行って、卵丘細胞を除去した。採取した体内成熟卵子は培養液（ＮＣＳＵ２３）で３８．５℃、５％ＣＯ2インキュベーターで核移植操作まで培養した。
【００２５】
実施例１−２［除核操作］
上記実施例１−１で得られたレシピエント卵子（体外成熟卵子）を、５μｇサイトカラシンＢ／１ｍｌ培養液（ＮＣＳＵ２３）に入れて１５分以上処理した後、核移植（除核操作）用シャーレのサイトカラシン入りドロップに卵子を移し、第一極体の位置が１２時、３時、６時のいずれかにくるようにホールディングピペットで保定し、ピエゾマイクロマニピュレーター（プライムテック株式会社製）に取り付けた除核用ピペット（外径２５〜３０μｍ）を用いて透明帯を迅速に貫通することにより、Ｍ（metaphase）II期の染色体を含む第一極体の付近を極体ごと細胞質の１／４〜１／３程吸引した。除核処理は、室温下でサイトカラシンＢが５μｇ／ｍｌ入りＮＣＳＵ２３培養液中で１０〜１５個ずつの卵子を処理した。吸引した極体と細胞質を別の５μｇヘキスト３３３４２／１ｍｌ培養液（ＮＣＳＵ２３）のドロップに移し、１５分後にＵＶによる蛍光顕微鏡観察を行い、除核できていることを確認した。除核ができた卵子は、直ちにサイトカラシンＢの含まれていない培養液ＮＣＳＵ２３で丁寧に洗浄し、サイトカラシンを除核卵子から除去し、３８．５℃、ＣＯ2インキュベーターに戻して培養した。
【００２６】
実施例１−３［胎児線維芽細胞の分離］
梅山豚雌の発情周期を把握した上で人工授精し、妊娠２４日目の梅山豚×梅山豚（黒色）を屠殺して子宮より一匹の胎児を採取し、頭部と内臓を除去した後、細切し、トリプシン処理で細胞を分散させた後、３時間４℃下で０．２５％トリプシンと１ｍＭのＥＤＴＡを含むＰＢＳ溶液で培養した後、１０％ＦＣＳを含むＤＭＥＭで洗浄して初代培養細胞を得た。細胞培養は１０％ＦＣＳ入りのＤＭＥＭで行い、細胞が飽和状態になる度に２〜６回の植え継ぎを行い、高密度に細胞をまくことにより安定をはかった（参考写真１参照）。核移植に用いたドナー細胞としては、飽和状態で培養液の交換なしに１６日間培養し続けることによってＧ0期になったものを用いた。培養細胞は、３日後ではＰＣＮＡで陽性反応を示すが、１０日後には免疫反応がなくなるので１６日目にはＧ0期になったことが証明された。かかる培養細胞が線維芽細胞であることは、培養細胞がサイトケラチンとＳＳＥＡ−１で陰性反応を示し、ビメンチンで強い陽性反応を示すことにより確認し、胎児の雌雄判別は線維芽細胞の特異的ＺＦＹ／ＳＲＹプライマーによるＰＣＲ分析によって行った。また、それぞれの培養細胞の核型が正常であることはＧ染色で確認した。
【００２７】
実施例１−４［胎児線維芽細胞の準備］
核移植予定日（１６日前）に合わせて、新しい培養液（１０％ＦＣＳ入りＤＭＥＭ）に植え継ぎ、３７℃、５％ＣＯ2で培養し、放置した。核移植直前に、ドナー体細胞である休止状態の胎児線維芽細胞をＰＢＳで洗浄し、次いで０．２５％トリプシンを用いて細胞を浮遊させた（参考写真２参照）後、トリプシンを１０％ＦＣＳ入りＤＭＥＭで不活化し、遠心後（１０００ｒｐｍ，５ｍｉｎ）、上清を除き核移植に用いる培養液（ＮＣＳＵ２３）に再浮遊させ、核移植（体細胞核注入）用シャーレのドロップに適量体細胞を浮遊させておいた。
【００２８】
実施例１−５［体細胞核の注入］
実施例１−２の除核処理を行った卵子を、胎児線維芽細胞が浮遊したシャーレの１つのドロップに１０〜１５個ずつ入れて体細胞核注入操作を行った。ピエゾマイクロマニピュレーター（プライムテック株式会社製）に取り付けた体細胞注入用ピペット（外径７〜１２μｍ）により、浮遊している体細胞を丁寧に数回ピペッティングすることにより細胞膜を崩壊させて実質的に体細胞核からなる画分を、除核操作による卵子の透明帯の穴に注意しながらホールディングピペットにより保定された除核卵子の細胞質内に注入した。ピエゾマイクロマニピュレーターは、透明帯の貫通が簡単にでき、細胞質膜へのダメージを最小にすることができた。また、マニピュレーションの間、インジェクションピペットは、１５％ＰＶＰを含むＮＣＳＵ２３培養液のドロップでまめに洗浄した。注入後、予め準備しておいた培養用ドロップ（ＮＣＳＵ２３）に移し、次の活性化処理までの３〜４時間、インキュベーター（３８．５℃、５％ＣＯ2）で培養しておいた。
【００２９】
実施例１−６［電気パルス活性化処理］
上記体細胞核が注入された卵子をＮＣＳＵ２３で培養し、ｈＣＧ投与５４〜５５時間後に電気パルス活性化処理をＳＳＨ−２融合装置（shimadzu社製）を用いて行った。まず、室温放置した電解質溶液（０．０１％のＢＳＡ、０．０５ｍＭのＣａＣｌ2、０．１ｍＭのＭｇＳＯ4添加０．２８Ｍマンニトール溶液）の入ったシャーレを２枚と２ｍｍ幅ステンレスワイヤー電極のチャンバーを用意し、１枚目のシャーレの電解質溶液に卵子を浸して馴染ませ、さらに２枚目の電解質溶液入りのシャーレに移して馴染ませた。卵子が電解質溶液に馴染んだ後、２ｍｍ幅ステンレスワイヤー電極のチャンバーに卵子を並べ、電気パルスによる活性化処理を表１記載の条件で実施した。電気パルスによる活性化処理後、極体の放出防止のため活性化した胚を細胞骨格形成阻害剤であるサイトカラシンＢに浸した。すなわち、５μｇ／ｍｌサイトカラシンＢを含むＮＣＳＵ２３で２時間培養を行い、第二極体放出の抑制処理を行った。次に、サイトカラシンＢを含まないＮＣＳＵ２３で丁寧に洗浄し、発生培養用ドロップ（ＮＣＳＵ２３）で活性後４０時間培養した。電気パルスによる活性化処理後、ＮＣＳＵ２３培地に代えて、ＢＥＣＭ３培地（Biol.Reprod.,55,1069,1996）及びｍＷＭ培地（J.Anim.Sci.,71,1561,1993）を用いてそれぞれ同様に活性化した胚を培養した。電気パルス活性化処理後の卵母細胞の生存率の結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
表１からわかるように、電荷の大きい１回の電気パルスを印可した場合、それより小さい電荷の電気パルスを２回印可した場合よりも良好な胚活性を示し、さらに、培養液の違いによる発生の影響では、ＮＣＳＵ２３を用いた場合に最も高い胚盤胞形成率が得られた。これらの結果から、クローン作出には、１．５ｋＶ／ｃｍ、１００μｓｅｃ、１回の電気パルスを活性化条件とし、ＮＣＳＵ２３で培養することにした。またこれと同条件で、体内成熟卵子と体外成熟卵子の発生能を比較した。１６７個の体外成熟卵子を活性化した結果、４８時間までに１１６個が分割したが、胚盤胞にまで至ったのはわずかに４個（２．４％）だけであった。この値２．４％は、表１に示される対応する体内成熟卵子の値（３１．２％）より有意に低かった。以上の実験結果から、体内成熟卵子をクローン作出に用いることとした。
【００３２】
実施例１−７［アルギン酸３重包埋法］
上記実施例１−６で得られた電気パルス活性化処理後のクローン胚に、以下のようにアルギン酸３重包埋法を適用した。まず、アルギン酸ナトリウムを所定濃度（０．５％、１．５％、２．０％）となるようにリンゲル液に溶かしてオートクレーブ滅菌し、包埋液を調製した。電気パルス活性化処理後４０時間の核移植胚を滅菌済みリンゲル液（３７℃）に移し、ピペッティング等を行いよく馴染ませた後、０．５％アルギン酸ナトリウムを含む包埋液に移し、よく馴染ませてからなるべく胚を密集させた状態で吸引し、滅菌済みの１１０ｍＭ塩化カルシウム液にゆっくりと吐出し、固まった胚入りのアルギン酸ナトリウムを吸引し、次に１．５％アルギン酸ナトリウムを含む包埋液に移し、よく馴染ませてからなるべく胚を密集させた状態で吸引し、滅菌済みの１１０ｍＭ塩化カルシウム液にゆっくりと吐出し、固まった胚入りのアルギン酸ナトリウムを吸引し、続いて２．０％アルギン酸ナトリウムを含む包埋液に移し、よく馴染ませてからなるべく胚を密集させた状態で吸引し、滅菌済みの１１０ｍＭ塩化カルシウム液にゆっくりと吐出し固化させた。
【００３３】
上記包埋処理は３７℃の温度条件下で行われ、アルギン酸で３重包埋された核移植胚は移植まで培養液に移しておいた。活性化処理２日後のアルギン酸包埋胚又は対照としての未包埋胚をそれぞれ卵管に移植した。その際、子宮卵管接合部を皮膚縫合用ナイロン糸で結びアルギン酸包埋胚が子宮に落ちないようにし、移植３日後にアルギン酸包埋胚を回収し、その発生状況を観察した。その結果、包埋なしで子宮から回収した対照区の胚は、細胞質が黒色に変色したものや、白血球等に攻撃されて崩壊したものや、また、卵管、子宮内の膜の運動により胚に負担がかかり胚の細胞質が飛び出て、透明帯だけ回収というものが多数見られた（図１；参考写真３参照）。一方、３重包埋した胚は、健全に生育した胚盤胞や桑実胚が数多く見受けられ（図２；参考写真４参照）、回収率も８７％と高い値を示し、また発生率（Blast,Morula）も良好な値（約２３％）を示した。なお、これら包埋後の回収実験は、０．５％のアルギン酸ナトリウムを用いた１重包埋胚についても、０．５％と２．０％のアルギン酸ナトリウムを用いた２重包埋胚についても、上記３重包埋胚と同様に行った。これらの結果を表２に示す。表２中、Ｍ（morula）は桑実胚を、Ｅ−Ｂ（early blastocyst）は初期胚盤胞を、Ｂ（blastocyst）は胚盤胞を、Ｈ−Ｂ（hatching blastocyst）は孵化胚盤胞をそれぞれ示す。
【００３４】
【表２】
実施例１−８［仮親への胚移植］
実施例１−７で得られたアルギン酸３重包埋胚のうち、発生が良好なものを仮親の子宮角上端に最終移植した。外科的胚最終移植１０日前に妊娠豚２頭に対して、クロプロステノール２ｍｌを臀部に注射して流産させた。外科的胚移植６日前に妊娠雌豚に対して、クロプロステノール２ｍｌとＰＭＳＧ１５００ＩＵを臀部に注射し、注射の７２時間後、ｈＣＧ５００ＩＵを臀部に注射した。２頭のうち１頭はｈＣＧ投与してから２４時間後に人工授精し、外科的胚移植を行う前に受精卵を回収し、この回収した受精卵４〜５個をアルギン酸３重包埋核移植胚に混合して、２頭のうちの他の雌豚の子宮角上端に移植した。これらアルギン酸３重包埋核移植胚の１つから黒色の毛色をもつ子豚が自然分娩で産まれた。生誕時の子豚の体重は１．２ｋｇ、胎盤重量は０．３ｋｇであり、両値とも通常の子豚の正常な値の範囲内であった。また、いくつかのクローン牛の例では胎盤異常が現れ、顕微注入法によるクローンマウスでは通常マウスより胎盤が大きくなるという報告があったが、この子豚に付いていた胎盤は、外見上ばかりでなく解剖学的にも正常であった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によると、異種移植の問題を解決する手段として、また、良質な食肉生産性の点からも重要であるクローン非ヒト動物、特にクローン豚を効率よく作出することが可能となる。そして、本発明の非ヒト動物の作出技術と遺伝子組換え技術とを組み合わせることにより、ヒトへの異種移植のためのドナーの供給が可能となり、また、選択された表現型をもつ豚等の非ヒト動物をクローン技術により増産することにより食肉生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】子宮から回収した比較例のアルギン酸未包埋胚の顕微鏡写真を示す図である。
【図２】子宮から回収した本発明のアルギン酸３重包埋胚の顕微鏡写真を示す図である。
Claims (4)
- 採取した非ヒト動物の卵子から除核し、該除核された卵子に非ヒト動物の体細胞核を注入し、該体細胞核が注入された核移植胚にアルギン酸を用いて、アルギン酸の濃度を順次高めていく３重包埋処理を施し、該包埋処理が施された核移植胚を雌非ヒト動物の卵管又は子宮に移植することを特徴とする体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法。
- 体細胞核が注入された卵子に活性化処理を施した核移植胚に３重包埋処理を施すことを特徴とする請求項１記載の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法。
- ３重包埋処理が、１重目がアルギン酸濃度０．５％、２重目がアルギン酸濃度１．５％、３重目がアルギン酸濃度２．０％でのアルギン酸の濃度を順次高めていく３重包埋処理であることを特徴とする請求項１又は２記載の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法。
- 非ヒト動物が豚であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の体細胞核直接注入法によるクローン非ヒト動物の作出方法。
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