JP4540948B2 - Method for identifying and separating mesenchymal stem cells using differentiation markers - Google Patents

Method for identifying and separating mesenchymal stem cells using differentiation markers Download PDF

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本発明は、間葉系幹細胞の検出、識別・分離に関し、特に、間葉系幹細胞と繊維芽細胞とでその発現が異なる、間葉系幹細胞検出用遺伝子マーカー及び/又は間葉系幹細胞検出用タンパク質マーカーを用いた間葉系幹細胞の識別・分離方法に関する。   The present invention relates to detection, identification and separation of mesenchymal stem cells, and in particular, mesenchymal stem cell detection gene markers and / or mesenchymal stem cell detection, the expression of which differs between mesenchymal stem cells and fibroblasts. The present invention relates to a method for identifying and separating mesenchymal stem cells using a protein marker.

間葉系幹細胞は、哺乳類の骨髄等に存在し、脂肪細胞、軟骨細胞、骨細胞に分化する多能性の幹細胞として知られている。間葉系幹細胞は、その分化多能性の故に、骨、軟骨、腱、筋肉、脂肪、歯周組織など、多くの組織の再生医療のための移植材料として注目されている(遺伝子医学、Vol.4、No.2(2000)p58−61)。最近、間葉系幹細胞研究の現状と展望についての総説が発行され、間葉系幹細胞の採取や培養に関する報告がなされている(実験医学、Vol.19、No.3(2月号)2001、p350−356)。更に、脂肪組織にも間葉系幹細胞が存在することが報告された(Tissue Engineering, P.A. Zuk et al., Multilineage cells from human adipose tissue : implications for cell-based therapies. 7 : 211-228, 2001)。   Mesenchymal stem cells exist in mammalian bone marrow and are known as pluripotent stem cells that differentiate into adipocytes, chondrocytes, and bone cells. Mesenchymal stem cells are attracting attention as transplant materials for regenerative medicine of many tissues such as bone, cartilage, tendon, muscle, fat and periodontal tissue because of their pluripotency (gene medicine, Vol. .4, No. 2 (2000) p58-61). Recently, a review about the current state and prospects of mesenchymal stem cell research has been published, and reports on the collection and culture of mesenchymal stem cells have been made (Experimental Medicine, Vol. 19, No. 3 (February) 2001). p350-356). Furthermore, it was reported that mesenchymal stem cells also exist in adipose tissue (Tissue Engineering, PA Zuk et al., Multilineage cells from human adipose tissue: implications for cell-based therapies. 7: 211-228, 2001) .

近年、間葉系幹細胞の培養、分化等に関しいくつかの特許出願が公開されている。例えば、特表平11−506610号公報には、無血清環境下でヒト間葉前駆細胞の生存を維持する組成物及び方法について、特表平10−512756号公報には、間葉系幹細胞の分化を誘導するために、プロスタグランジン、アスコルビン酸、コラーゲン細胞外基質等からなる骨誘導因子、分化付随因子、軟骨誘導因子等の生物活性因子と接触させることよりなる方法について、特開2000−217576号公報には、プロラクチン又はその同効物の共存下で多能性間葉系幹細胞を培養し、間葉系幹細胞を脂肪細胞へ分化させる方法について、それぞれ発明が開示されている。   In recent years, several patent applications have been published regarding the culture and differentiation of mesenchymal stem cells. For example, JP-A-11-506610 discloses a composition and method for maintaining the survival of human mesenchymal progenitor cells in a serum-free environment, and JP-T-10-512756 discloses a mesenchymal stem cell. To induce differentiation, a method comprising contacting with a bioactive factor such as osteoinductive factor, differentiation-associated factor, cartilage-inducing factor such as prostaglandin, ascorbic acid, collagen extracellular matrix, etc. No. 217576 discloses an invention for a method of culturing pluripotent mesenchymal stem cells in the presence of prolactin or its equivalent and differentiating mesenchymal stem cells into adipocytes.

本発明者は、先に、基底膜細胞外基質の存在下において、または繊維芽細胞増殖因子(FGF)等の含有培地で間葉系幹細胞を培養することによって、間葉系幹細胞が著しく速く増殖させ、かつ、その分化能を維持できることを見い出して、従来の培養方法と比較して顕著に多くの間葉系幹細胞を得る培養方法を開示した(特開2003−52360号公報)。また、間葉系幹細胞の採取に際して、採取母体に安全で、且つ採取が容易な分離採取を行うために、口腔組織から間葉系幹細胞を分離採取する方法を開示した(特開2003−52365号公報)。   The inventor previously proliferated mesenchymal stem cells significantly faster by culturing mesenchymal stem cells in the presence of a basement membrane extracellular matrix or in a medium containing fibroblast growth factor (FGF) or the like. And a culture method for obtaining significantly more mesenchymal stem cells than the conventional culture method was disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-52360). In addition, a method for separating and collecting mesenchymal stem cells from oral tissues has been disclosed in order to collect mesenchymal stem cells that are safe and easy to collect in the mother body (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-52365). Publication).

近年、再生医療の進展とともに、間葉系幹細胞は、その分化多能性の故に、骨、軟骨、腱、筋肉、脂肪、歯周組織など、多くの組織の再生医療のための移植材料として注目されている。間葉系幹細胞を、組織の再生医療に利用するためには、まず、この幹細胞を生体組織から採取し、それを増殖し、更にそれを分化増殖して、組織の調製を行うことが必要となる。間葉系幹細胞は骨髄や骨膜に存在するが、組織再生医療への実用化のためには、まず、これらの組織から間葉系幹細胞を安全且つ容易に採取する方法を開発することが必要である。そして、間葉系幹細胞を組織再生医療へと実用化するためには、間葉系幹細胞を十分な量確保する技術を開発することが必要である。そのためには、採取した間葉系幹細胞を分化能力を維持したまま培養増殖させる技術を開発することが重要である。   In recent years, with the advancement of regenerative medicine, mesenchymal stem cells have attracted attention as transplant materials for regenerative medicine of many tissues such as bone, cartilage, tendon, muscle, fat and periodontal tissue due to their pluripotency. Has been. In order to use mesenchymal stem cells for tissue regenerative medicine, it is first necessary to collect these stem cells from living tissue, proliferate them, and further differentiate and proliferate them to prepare the tissue. Become. Although mesenchymal stem cells are present in the bone marrow and periosteum, it is necessary to develop a method for safely and easily collecting mesenchymal stem cells from these tissues for practical use in tissue regenerative medicine. is there. In order to put mesenchymal stem cells into tissue regeneration medicine, it is necessary to develop a technique for securing a sufficient amount of mesenchymal stem cells. For that purpose, it is important to develop a technique for culturing and growing the collected mesenchymal stem cells while maintaining the differentiation ability.

本発明者は、上記の通り、間葉系幹細胞の採取に際して、採取母体に安全で、且つ採取が容易な分離採取を行うための方法を開発した。更に本発明者は、基底膜細胞外基質の存在下において、あるいは繊維芽細胞増殖因子(FGF)等の含有培地で間葉系幹細胞を培養することによって、間葉系幹細胞をその分化能を維持したまま爆発的に増殖させる方法を開発した。しかしながら、培養増殖した間葉系幹細胞を再生医療へと実用化するためには、培養した細胞が間葉系幹細胞であることを確認する必要があり、該間葉系幹細胞を検出、識別する方法を開発することが必要である。従来、間葉系幹細胞において、該細胞を特徴づけるマーカー遺伝子の特定はなされてきていなかった。したがって、間葉系幹細胞を特徴づけるマーカー遺伝子を特定し、間葉系幹細胞を検出、分離・識別する方法を開発することは、間葉系幹細胞を再生医療へと実用化するために、解決されなければならない重要な課題である。
特表平10−512756号公報。 特表平11−506610号公報。 特開2000−217576号公報。 特開2003−52360号公報。 特開2003−52365号公報。 遺伝子医学 Vol.4、No.2(2000)p58−61。 実験医学 Vol.19、No.3(2月号)2001、p350−356。 Tissue Engineering, P.A. Zuk et al., Multilineage cells from human adi pose tissue : implications for cell-based therapies. 7 : 211-228, 2001 。
As described above, the present inventor has developed a method for separating and collecting a mesenchymal stem cell that is safe and easy to collect when collecting mesenchymal stem cells. Furthermore, the present inventor maintains the differentiation ability of mesenchymal stem cells by culturing mesenchymal stem cells in the presence of a basement membrane extracellular matrix or in a medium containing fibroblast growth factor (FGF) or the like. Developed a method to make it grow explosively. However, in order to put the cultured mesenchymal stem cells into regenerative medicine, it is necessary to confirm that the cultured cells are mesenchymal stem cells, and a method for detecting and identifying the mesenchymal stem cells It is necessary to develop. Conventionally, in mesenchymal stem cells, a marker gene that characterizes the cells has not been identified. Therefore, identifying a marker gene that characterizes mesenchymal stem cells and developing a method for detecting, separating and identifying mesenchymal stem cells has been solved in order to put mesenchymal stem cells into practical use for regenerative medicine. It is an important issue that must be done.
JP 10-512756 Gazette. Japanese National Patent Publication No. 11-506610. JP 2000-217576 A. JP2003-52360A. JP2003-52365A. Gene Medicine Vol. 4, no. 2 (2000) p58-61. Experimental Medicine Vol. 19, no. 3 (February issue) 2001, p350-356. Tissue Engineering, PA Zuk et al., Multilineage cells from human adipose tissue: implications for cell-based therapies. 7: 211-228, 2001.

本発明の課題は、形態的に類似しており、その区別が困難な間葉系幹細胞と繊維芽細胞とを、効果的に識別し、分離する方法、特には、間葉系幹細胞と繊維芽細胞とでその発現が異なる、間葉系幹細胞検出用遺伝子マーカー及び/又は間葉系幹細胞検出用タンパク質マーカーを用いて間葉系幹細胞の検出、及び識別・分離を行う方法を提供することにある。   An object of the present invention is a method for effectively identifying and separating mesenchymal stem cells and fibroblasts that are morphologically similar and difficult to distinguish, and in particular, mesenchymal stem cells and fibroblasts. To provide a method for detecting, identifying and separating mesenchymal stem cells using a mesenchymal stem cell detection gene marker and / or a mesenchymal stem cell detection protein marker whose expression is different from that of a cell. .

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究する中で、間葉系幹細胞は繊維芽細胞よりも高いレベルのビタミンD応答能を有していること、及び、ビタミンD受容体の標的遺伝子であるオステオカルシン及びオステオポンチンの遺伝子のようなビタミンD受容体関連遺伝子が骨分化を誘導する以前から間葉系幹細胞に発現していることを解明し、該ビタミンD受容体の遺伝子又は該遺伝子がコードするタンパク質、或いは該ビタミンD受容体関連遺伝子又は該遺伝子がコードするタンパク質を間葉系幹細胞と繊維芽細胞との分別マーカーとして用い、被検細胞における該遺伝子及びタンパク質の発現を検出することにより、間葉系幹細胞と繊維芽細胞との効果的な識別・分離が可能であることを見い出し、本発明を完成するに至った。また、本発明においては、オステオカルシン遺伝子及びオステオポンチン遺伝子のようなビタミンD受容体の標的遺伝子が、1,25水酸化ビタミンDのような遺伝子の発現活性化物質の添加により、間葉系幹細胞中において、その発現が亢進されることを見い出し、該亢進した遺伝子の発現を検出することにより、効果的な間葉系幹細胞の識別・分離が可能であることを見い出し、更に本発明をなした。   The present inventor has intensively studied to solve the above problems, and that mesenchymal stem cells have a higher level of vitamin D response ability than fibroblasts, and target genes for vitamin D receptors Elucidating that vitamin D receptor-related genes such as osteocalcin and osteopontin genes are expressed in mesenchymal stem cells before inducing bone differentiation, and the vitamin D receptor gene or the gene is encoded Or the vitamin D receptor-related gene or the protein encoded by the gene as a differentiation marker between mesenchymal stem cells and fibroblasts, and detecting the expression of the gene and protein in a test cell, It was found that mesenchymal stem cells and fibroblasts can be effectively identified and separated, and the present invention has been completed. In the present invention, a target gene of a vitamin D receptor such as osteocalcin gene and osteopontin gene is added in a mesenchymal stem cell by adding a gene expression activator such as 1,25 hydroxylated vitamin D. The inventors have found that its expression is enhanced, and that it is possible to identify and separate mesenchymal stem cells effectively by detecting the expression of the enhanced gene, and further have made the present invention.

すなわち、間葉系幹細胞は、骨、軟骨、脂肪、筋肉、腱、神経などに分化することから、再生医療への利用の観点から、これらの組織の障害を修復させるための移植用細胞として期待されている細胞であるが、間葉系幹細胞と繊維芽細胞とは形態的に区別がつかないため、従来、間葉系幹細胞であることを確認するためには、in vitroまたは、in vivoで多分化能を証明する以外に確実な方法はなかった。しかし、間葉系幹細胞を組織再生医療に実用化するためには、その細胞が間葉系幹細胞であること、及び該間葉系幹細胞が多分化能を維持していることを予知する必要があり、予め繊維芽細胞との識別を行う方法の開発が必要とされてきた。今まで、間葉系幹細胞には多くの細胞表面抗原が発現していることが報告されているが、しかし、これらの細胞表面抗原が間葉系幹細胞に特異的或いは選択的であることを示す明確な証拠は示されていない。   That is, mesenchymal stem cells are differentiated into bone, cartilage, fat, muscle, tendon, nerve, etc., and are expected to be transplanted cells for repairing damage to these tissues from the viewpoint of use in regenerative medicine. However, since mesenchymal stem cells and fibroblasts cannot be distinguished morphologically, in order to confirm that they are mesenchymal stem cells, in vitro or in vivo There was no reliable way to prove pluripotency. However, in order to put mesenchymal stem cells into practical use for tissue regenerative medicine, it is necessary to predict that the cells are mesenchymal stem cells and that the mesenchymal stem cells maintain pluripotency. There is a need to develop a method for distinguishing from fibroblasts in advance. To date, it has been reported that many cell surface antigens are expressed in mesenchymal stem cells, but these cell surface antigens are specific or selective for mesenchymal stem cells. There is no clear evidence.

本発明者は、多くの細胞表面抗原の発現レベルをヒト間葉系幹細胞とヒト繊維芽細胞との間で比較したが、明確な差異を示す抗原はこれまでのところ発見できていない。そこで、本発明者は、先に、間葉系幹細胞検出用のマーカーとなる遺伝子を見い出すべく、鋭意探索を行った結果、13の遺伝子が間葉系幹細胞で特異的に発現していることを見い出し、該遺伝子を間葉系幹細胞検出用のマーカーとして用いて、間葉系幹細胞と繊維芽細胞を識別する方法を開発し、特許出願を行った(特願2003−63077号)。   The present inventor has compared the expression levels of many cell surface antigens between human mesenchymal stem cells and human fibroblasts, but no antigens showing clear differences have been found so far. Therefore, the present inventor first conducted an extensive search to find a gene serving as a marker for detecting mesenchymal stem cells, and as a result, 13 genes were specifically expressed in mesenchymal stem cells. A method for discriminating mesenchymal stem cells and fibroblasts was developed using the gene as a marker for detecting mesenchymal stem cells, and a patent application was filed (Japanese Patent Application No. 2003-63077).

本発明者は、更に、間葉系幹細胞と繊維芽細胞とを、効果的に識別し、分離するマーカーについて鋭意探索した結果、間葉系幹細胞では繊維芽細胞よりも高いレベルのビタミンD応答能を有していること、及びオステオカルシンの遺伝子のようなビタミンD受容体関連遺伝子が骨分化を誘導する以前から間葉系幹細胞で発現していることを解明し、該ビタミンD受容体の遺伝子又はタンパク質、或いは該ビタミンD受容体関連遺伝子又はタンパク質が間葉系幹細胞と繊維芽細胞との分別マーカーとして用いることができることを見い出した。更に、本発明においては、オステオカルシン遺伝子及びオステオポンチン遺伝子のようなビタミンD受容体の標的遺伝子が、活性型1,25水酸化ビタミンDのような遺伝子の発現活性化物質の添加により、間葉系幹細胞中において、その発現が亢進されることを見い出した。一方、これらの発現は、1,25水酸化ビタミンDの添加或いは非添加に関わらず繊維芽細胞ではほとんど検出できなかった。   Furthermore, as a result of earnest search for markers for effectively discriminating and separating mesenchymal stem cells and fibroblasts, the present inventors have found that mesenchymal stem cells have a higher level of vitamin D response ability than fibroblasts. And that a vitamin D receptor-related gene such as osteocalcin gene has been expressed in mesenchymal stem cells before inducing bone differentiation, and the vitamin D receptor gene or It has been found that the protein, or the vitamin D receptor-related gene or protein, can be used as a differentiation marker between mesenchymal stem cells and fibroblasts. Furthermore, in the present invention, a target gene of a vitamin D receptor such as osteocalcin gene and osteopontin gene is added to a mesenchymal stem cell by adding a gene expression activator such as active 1,25-hydroxyvitamin D. It was found that the expression was enhanced in the medium. On the other hand, these expressions were hardly detectable in fibroblasts regardless of the addition or non-addition of 1,25-hydroxyvitamin D.

したがって、本発明において、該ビタミンD受容体、オステオカルシン遺伝子のようなビタミンD受容体関連遺伝子、更には、活性型1,25水酸化ビタミンDのような遺伝子の発現活性化物質の添加により、その発現が亢進されたオステオカルシン及びオステオポンチンなどのビタミンD受容体の標的遺伝子の発現を検出することにより、間葉系幹細胞の新しいマーカーとして、繊維芽細胞との区別が可能になることが判明したことから、これらの新しいマーカーを用いて、間葉系幹細胞を繊維芽細胞のような他細胞集団から効果的に識別・分離する方法を構築することが可能となる。また、本発明の方法は、試験管で増殖させた間葉系幹細胞の品質を検定することも可能とする。したがって、本発明は、再生医療への間葉系幹細胞の利用に貢献できるものである。   Therefore, in the present invention, the addition of a vitamin D receptor-related gene such as the vitamin D receptor, osteocalcin gene, or a gene such as active 1,25-hydroxyvitamin D Because it was found that by detecting the expression of target genes of vitamin D receptors such as osteocalcin and osteopontin with enhanced expression, it becomes possible to distinguish fibroblasts as a new marker of mesenchymal stem cells By using these new markers, it becomes possible to construct a method for effectively discriminating and separating mesenchymal stem cells from other cell populations such as fibroblasts. The method of the present invention also makes it possible to test the quality of mesenchymal stem cells grown in a test tube. Therefore, the present invention can contribute to the use of mesenchymal stem cells for regenerative medicine.

すなわち具体的には本発明は、ビタミンD受容体遺伝子の標的遺伝子であるオステオカルシンの遺伝子或いはオステオポンチンの遺伝子を分別マーカーとし、間葉系幹細胞及び繊維芽細胞において、遺伝子の発現活性化物質である1,25水酸化ビタミンDを添加して活性化した遺伝子の発現及び/又は該活性化した遺伝子がコードするタンパク質を検出することにより、該遺伝子の間葉系幹細胞と繊維芽細胞とにおける発現の差を検出して、間葉系幹細胞と繊維芽細胞とを識別することを特徴とする間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法(請求項1)からなる
Specifically, the present invention is a gene expression activator in mesenchymal stem cells and fibroblasts using the osteocalcin gene or osteopontin gene, which is the target gene of the vitamin D receptor gene, as a differentiation marker 1 , 25 by adding hydroxylated vitamin D and / or detecting the expression of the gene activated and / or the protein encoded by the activated gene, the difference in expression between the mesenchymal stem cells and fibroblasts of the gene by detecting, consisting identification method from fibroblasts mesenchymal stem cells, characterized by identifying the mesenchymal stem cells and fibroblasts (claim 1).

また本発明は、分別マーカー遺伝子の検出が、定量的又は半定量的PCRの使用を含んでいることを特徴とする請求項1記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法(請求項2)や、定量的又は半定量的PCRの使用が、RT−PCR法であることを特徴とする請求項2記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法(請求項3)や、分別マーカー遺伝子の検出が、該遺伝子の塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA配列からなる遺伝子検出用プローブを用いて行われることを特徴とする請求項1記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法(請求項4)や、遺伝子検出用プローブが、該遺伝子の塩基配列のアンチセンス鎖の全部又は一部からなる請求項4記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法(請求項5)からなる。
Further, the present invention provides a method for distinguishing mesenchymal stem cells from fibroblasts according to claim 1 , wherein the detection of the differentiation marker gene includes the use of quantitative or semi-quantitative PCR (claims). 2) or the method of identifying mesenchymal stem cells from fibroblasts according to claim 2 , wherein the use of quantitative or semi-quantitative PCR is RT-PCR (claim 3) , The mesenchymal stem cell of the mesenchymal stem cell according to claim 1 , wherein the detection of the differentiation marker gene is performed using a gene detection probe comprising a DNA sequence that hybridizes with the base sequence of the gene under stringent conditions. identification method from fibroblasts (claim 4) or, for gene detection probe, the fibroblasts mesenchymal stem cells of claim 4, wherein comprising all or part of the antisense strand of the nucleotide sequence of the gene identifying how Consists (claim 5).

更に本発明は、分別マーカー遺伝子がコードするタンパク質の検出が、該タンパク質によって誘導され、該タンパク質に特異的に結合する抗体を用いて行われることを特徴とする請求項1記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法(請求項6)や、抗体が、モノクロナール抗体であることを特徴とする請求項6記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法(請求項7)や、被検細胞中における間葉系幹細胞を、分別マーカー遺伝子がコードするタンパク質に特異的に結合する抗体を用いた蛍光抗体法により標識化し、該標識化した間葉系幹細胞を分離・識別することを特徴とする請求項6又は7記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法(請求項8)や、ビタミンD受容体遺伝子の標的遺伝子であるオステオカルシンの遺伝子或いはオステオポンチン遺伝子からなる分別マーカー遺伝子検出用のプローブ、及び分別マーカー遺伝子の発現活性化物質である1,25水酸化ビタミンDを装備するか、及び/又は、ビタミンD受容体遺伝子の標的遺伝子であるオステオカルシンの遺伝子或いはオステオポンチンの遺伝子がコードするタンパク質検出用の抗体、及び分別マーカー遺伝子の発現活性化物質である1,25水酸化ビタミンDを装備してなる間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別用キット(請求項9)からなる。
The present invention, detection of protein fractionation marker gene encodes, induced by the protein, mesenchymal stem cells of claim 1, wherein a is performed using an antibody that specifically binds to the protein identification method from fibroblasts (claim 6) and the antibody, the identification method from fibroblasts mesenchymal stem cells according to claim 6, characterized in that it is a monoclonal antibody (claim 7) and, mesenchymal stem cells in a test cell, fractionation marker gene labeled by a fluorescent antibody technique using an antibody that specifically binds to the protein encoded, to separate and identify mesenchymal stem cells said labeled it identification method (claim 8) or from fibroblast mesenchymal stem cells of claim 6 or 7, wherein the genetic osteocalcin is a target gene of the vitamin D receptor gene Or fractionation marker for gene detection probe consisting of osteopontin gene, and either equipped with a 1,25 hydroxide Vitamin D is an expression activator fractionation marker gene, and / or is the target gene of the vitamin D receptor gene antibodies for detection of proteins the gene or osteopontin gene osteocalcin encodes, and identify from fibroblasts of mesenchymal stem cells comprising equipped with 1,25 hydroxide vitamin D is an expression activator fractionation marker gene Kit (claim 9) .

本発明により、ビタミンD受容体遺伝子及びその関連遺伝子を分別マーカーとし、該遺伝子の間葉系幹細胞と繊維芽細胞とにおける発現の差を検出して、間葉系幹細胞と繊維芽細胞とを識別・分離する方法を確立したことにより、その形態において区別の困難であった間葉系幹細胞と繊維芽細胞とを、容易にかつ効果的に分別することが可能となった。このことより、骨、軟骨、脂肪、筋肉、腱、神経等、多分化能を有する間葉系幹細胞を、再生医療へ利用する場合に障害となっていた繊維芽細胞との分別の問題を克服することができ、本発明は間葉系幹細胞の再生医療等への利用に大きく貢献することが期待される。   According to the present invention, a mesenchymal stem cell and a fibroblast are discriminated by detecting a difference in expression between the mesenchymal stem cell and the fibroblast in the vitamin D receptor gene and its related gene as a differentiation marker.・ Establishing a method for separating mesenchymal stem cells and fibroblasts, which were difficult to distinguish in their form, can be easily and effectively separated. This overcomes the problem of differentiation from fibroblasts, which has been an obstacle when using pluripotent mesenchymal stem cells such as bone, cartilage, fat, muscle, tendon, and nerve for regenerative medicine. Therefore, the present invention is expected to greatly contribute to the use of mesenchymal stem cells for regenerative medicine and the like.

本発明は、ビタミンD受容体遺伝子及び/又はその関連遺伝子を分別マーカーとし、該遺伝子の間葉系幹細胞と繊維芽細胞とにおける発現の差を検出して、間葉系幹細胞と繊維芽細胞とを識別・分離し、間葉系幹細胞を取得することよりなる。該分別マーカーの発現の差の検出は、ビタミンD受容体遺伝子及び/又はその関連遺伝子の発現の検出、或いは該遺伝子がコードするタンパク質の検出によって行われる。ビタミンD受容体の関連遺伝子としては、オステオカルシンの遺伝子のような、ビタミンD受容体の標的遺伝子を挙げることができる。本発明で間葉系幹細胞と繊維芽細胞との分別マーカーとして用いられるビタミンD受容体遺伝子及び該遺伝子がコードするタンパク質の塩基配列及びアミノ酸配列は既に公知であり(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 85, 10, 3294-3298, 1988)、その遺伝子のDNA配列情報は、NCBIの遺伝子データーベースにおいて、アクセッションナンバー:NM_000376によりアプローチすることができる。ビタミンD受容体遺伝子については、いくつかの遺伝子多型が知られている(特開2001−333798号公報、特開2001−29088号公報、特表2002−525074号公報)。   The present invention uses a vitamin D receptor gene and / or a related gene thereof as a differentiation marker, detects a difference in expression between mesenchymal stem cells and fibroblasts, and detects mesenchymal stem cells and fibroblasts. And mesenchymal stem cells are obtained. The difference in expression of the discrimination marker is detected by detecting the expression of the vitamin D receptor gene and / or its related gene, or detecting the protein encoded by the gene. As a related gene of a vitamin D receptor, the target gene of a vitamin D receptor like the gene of osteocalcin can be mentioned. The vitamin D receptor gene used as a differentiation marker for mesenchymal stem cells and fibroblasts in the present invention and the base sequence and amino acid sequence of the protein encoded by the gene are already known (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 10, 3294-3298, 1988), DNA sequence information of the gene can be approached by accession number: NM_000376 in NCBI gene database. Regarding the vitamin D receptor gene, several gene polymorphisms are known (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-333798, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-29088, and Japanese Translation of PCT International Publication No. 2002-525074).

また、本発明で、間葉系幹細胞と繊維芽細胞との分別マーカーとして用いられるビタミンD受容体の標的遺伝子であるオステオカルシンの遺伝子の塩基配列及びオステオカルシンのアミノ酸配列は既に公知であり(J. Biol. Chem. 255, 8685-8691, 1980)、その遺伝子のDNA配列情報は、NCBIの遺伝子データーベースにおいて、アクセッションナンバー:NM_000711によりアプローチすることができる。オステオカルシン(bone gla protein:BGP)は、骨の非コラーゲン性タンパク質の約20%を占めるタンパク質で、ヒトオステオカルシンは、分子量5800で49のアミノ酸より構成されている。   Further, in the present invention, the base sequence of osteocalcin gene and the amino acid sequence of osteocalcin, which are target genes of vitamin D receptor used as a differentiation marker for mesenchymal stem cells and fibroblasts, are already known (J. Biol Chem. 255, 8685-8691, 1980), the DNA sequence information of the gene can be approached by accession number: NM_000711 in NCBI gene database. Osteocalcin (BGP) is a protein that occupies about 20% of bone non-collagenous protein, and human osteocalcin has a molecular weight of 5800 and is composed of 49 amino acids.

更に、本発明で、間葉系幹細胞と繊維芽細胞との分別マーカーとして用いられるビタミンD受容体の標的遺伝子であるオステオポンチンの遺伝子の塩基配列及びオステオポンチンのアミノ酸配列は既に公知であり(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 8819-8823, 1986)、その遺伝子のDNA配列情報は、NCBIの遺伝子データーベースにおいて、アクセッションナンバー:NM_000582によりアプローチすることができる。オステオポンチン(bone sialoprotein-1:BSP−1)は、骨の主要なリンタンパク質であり、シアル酸を含む。オステオポンチンは、301のアミノ酸よりなり、ホスホセリンを12残基、ホスホスレオニンを1残基持っている。   Further, in the present invention, the base sequence of osteopontin gene and the amino acid sequence of osteopontin, which are target genes of vitamin D receptor used as a differentiation marker between mesenchymal stem cells and fibroblasts, are already known (Proc. Natl Acad. Sci. USA, 83, 8819-8823, 1986), the DNA sequence information of the gene can be approached by the accession number: NM_000582 in NCBI gene database. Osteopontin (bone sialoprotein-1: BSP-1) is the main phosphoprotein of bone and contains sialic acid. Osteopontin consists of 301 amino acids and has 12 residues of phosphoserine and 1 residue of phosphothreonine.

本発明においては、間葉系幹細胞と繊維芽細胞とにおける上記のような分別マーカー遺伝子の発現の差を、後記するそれ自体公知の遺伝子の検出手段を用いて検出し、間葉系幹細胞の識別・分離を行う。本発明の分別マーカー遺伝子の発現を、該遺伝子がコードするタンパク質として検出する場合には、該タンパク質を用いて該タンパク質に特異的に結合する抗体を作製し、該抗体を用いて、後記するそれ自体公知の方法で分別マーカータンパク質の間葉系幹細胞と繊維芽細胞とにおける発現を検出し、間葉系幹細胞の識別・分離を行う。該分別マーカータンパク質の発現の検出に用いる抗体としては、モノクロナール抗体及びポリクロナール抗体のいずれをも用いることができる。   In the present invention, the difference in the expression of the differentiation marker gene as described above between mesenchymal stem cells and fibroblasts is detected using a gene detection means known per se to identify mesenchymal stem cells.・ Separate. When detecting the expression of the discrimination marker gene of the present invention as a protein encoded by the gene, an antibody that specifically binds to the protein is prepared using the protein, Expression in the mesenchymal stem cells and fibroblasts is detected by a method known per se, and the mesenchymal stem cells are identified and separated. As an antibody used for detecting the expression of the fractional marker protein, either a monoclonal antibody or a polyclonal antibody can be used.

本発明においては、間葉系幹細胞において、1,25水酸化ビタミンDのような遺伝子の発現活性化物質の添加により、オステオカルシンの遺伝子やオステオポンチンの遺伝子のようなビタミンD受容体の標的遺伝子の発現が、特異的に亢進されることが見出されている。したがって、本発明においては、遺伝子の発現活性化物質の添加により、オステオカルシンの遺伝子やオステオポンチンの遺伝子のような分別マーカー遺伝子の発現を亢進させ、該亢進された遺伝子の発現を検出することにより、間葉系幹細胞の識別・分離を効果的に行うことができる。   In the present invention, expression of a target gene of a vitamin D receptor such as an osteocalcin gene or an osteopontin gene by adding a gene expression activator such as 1,25 hydroxylated vitamin D in mesenchymal stem cells. Has been found to be specifically enhanced. Therefore, in the present invention, by adding a gene expression activator, the expression of a differentiation marker gene such as the osteocalcin gene or the osteopontin gene is enhanced, and the expression of the enhanced gene is detected, thereby It is possible to effectively identify and separate leaf stem cells.

本発明において、本発明におけるマーカー遺伝子の発現を検出するには、公知の遺伝子の発現の検出に用いられている方法を用いることができる。例えば、本発明におけるマーカー遺伝子の発現の検出のために、ノーザンブロッティング法を用いることができる。また、本発明における遺伝子マーカーの発現を検出、識別するために、本発明における遺伝子マーカーのDNA配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA配列を有するプローブを用いることができる。該プローブを用いて間葉系幹細胞及び繊維芽細胞における遺伝子の発現を検出するには、公知の方法を用いて適宜実施することができる。例えば、公知の遺伝子マーカーのDNA配列から適宜の長さのDNAプローブを作製し、適宜蛍光標識等の標識を付与しておき、これを被検体とハイブリダイズすることにより、間葉系幹細胞の検出を行う。該DNAプローブとしては、公知の遺伝子マーカーの塩基配列のアンチセンス鎖の全部又は一部からなるマーカー遺伝子検出用プローブを用いることができる。また、該プローブを、少なくとも1つ以上を固定化させたマーカー遺伝子検出用のマイクロアレイ又はDNAチップの形で用いることもできる。   In the present invention, in order to detect the expression of the marker gene in the present invention, a method used for detecting the expression of a known gene can be used. For example, the Northern blotting method can be used for detecting the expression of the marker gene in the present invention. In addition, in order to detect and identify the expression of the gene marker in the present invention, a probe having a DNA sequence that hybridizes with the DNA sequence of the gene marker in the present invention under stringent conditions can be used. Detection of gene expression in mesenchymal stem cells and fibroblasts using the probe can be appropriately performed using a known method. For example, detection of mesenchymal stem cells by preparing a DNA probe of an appropriate length from a DNA sequence of a known gene marker, appropriately attaching a label such as a fluorescent label, and hybridizing it with a specimen I do. As the DNA probe, a marker gene detection probe consisting of all or part of the antisense strand of the base sequence of a known gene marker can be used. In addition, the probe can be used in the form of a microarray or DNA chip for detecting a marker gene having at least one or more immobilized thereon.

なお、上記DNAプローブの作製に際して、本発明の塩基配列において、「マーカー遺伝子のDNA配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする」条件としては、例えば、42℃でのハイブリダイゼーション、及び1×SSC(0.15M NaCl、0.015M クエン酸ナトリウム)、0.1%のSDS(Sodium dodecyl sulfate)を含む緩衝液による42℃での洗浄処理を挙げることができ、65℃でのハイブリダイゼーション、及び0.1×SSC、0.1%のSDSを含む緩衝液による65℃での洗浄処理をより好ましく挙げることができる。なお、ハイブリダイゼーションのストリンジェンシーに影響を与える要素としては、上記温度条件以外に種々の要素があり、当業者であれば種々の要素を組み合わせて、上記例示したハイブリダイゼーションのストリンジェンシーと同等のストリンジェンシーを実現することが可能である。   In the preparation of the DNA probe, the conditions for “hybridize with the DNA sequence of the marker gene under stringent conditions” in the base sequence of the present invention include, for example, hybridization at 42 ° C. and 1 × SSC. (0.15M NaCl, 0.015M sodium citrate), washing treatment at 42 ° C. with a buffer containing 0.1% SDS (Sodium dodecyl sulfate), hybridization at 65 ° C., and A washing treatment at 65 ° C. with a buffer containing 0.1 × SSC and 0.1% SDS can be mentioned more preferably. In addition to the above temperature conditions, there are various factors that influence the stringency of hybridization. Those skilled in the art can combine various elements to obtain a string equivalent to the above-described hybridization stringency. It is possible to realize a genie.

更に、本発明においては、本発明におけるタンパク質マーカーの検出に際して、該タンパク質によって誘導され、該タンパク質に特異的に結合する抗体を用いることができる。該抗体としては、モノクローナル抗体及びポリクローナル抗体を挙げることができる。該抗体の作製は、本発明のポリペプチドマーカーを抗原として、常法により作製することができる。本発明の抗体を用いて、被検細胞におけるマーカータンパク質の発現を検出するには、公知の抗体を用いた免疫学的測定法を用いて実施することができる。該免疫学的測定法としては、例えばRIA法、ELISA法、蛍光抗体法等の公知の免疫学的測定法を挙げることができる。   Furthermore, in the present invention, when detecting the protein marker in the present invention, an antibody that is induced by the protein and specifically binds to the protein can be used. Examples of the antibody include a monoclonal antibody and a polyclonal antibody. The antibody can be prepared by a conventional method using the polypeptide marker of the present invention as an antigen. Detection of marker protein expression in a test cell using the antibody of the present invention can be carried out using an immunoassay using a known antibody. Examples of the immunological measurement method include known immunological measurement methods such as RIA method, ELISA method, and fluorescent antibody method.

本発明においては、本発明における遺伝子マーカー及びタンパク質マーカーの検出用プローブ及び/又は検出用抗体を用いて、被検細胞におけるマーカー遺伝子及び/又はマーカーポリペプチドの発現を検出し、繊維芽細胞と識別して間葉系幹細胞を分離し、取得することができる。被検細胞におけるマーカー遺伝子の検出に際しては、被検細胞の遺伝子を増幅するために、定量的又は半定量的PCRを用いることができる。該PCRとしてはRT−PCR(逆転写PCR)を用いることができる。該PCRを行うに際しては、本発明におけるマーカー遺伝子を増幅するためのセンスプライマー及びアンチセンスプライマーからなるプライマーを用いる。   In the present invention, the expression of a marker gene and / or marker polypeptide in a test cell is detected using the gene marker and protein marker detection probe and / or detection antibody of the present invention, and discriminated from fibroblasts. Then, mesenchymal stem cells can be isolated and obtained. In detecting a marker gene in a test cell, quantitative or semi-quantitative PCR can be used to amplify the gene of the test cell. RT-PCR (reverse transcription PCR) can be used as the PCR. In carrying out the PCR, a primer comprising a sense primer and an antisense primer for amplifying the marker gene in the present invention is used.

本発明におけるの抗体を用いて蛍光抗体法により、間葉系幹細胞を標識化し、被検細胞における間葉系幹細胞マーカーポリペプチドの発現を検出し、間葉系幹細胞を識別、分離することができる。蛍光抗体法により未分化造血細胞を標識化するには、本発明におけるタンパク質マーカーに特異的に結合する抗体を蛍光標識し、これを抗原を発現している間葉系幹細胞に結合させて、間葉系幹細胞を標識化する(直接蛍光抗体法)か、或いは、抗原を発現している間葉系幹細胞に、未標識の本発明の特異抗体を結合させた後に、標識化した二次抗体(抗免疫グロブリン抗体)を結合させて間葉系幹細胞を標識化し(間接蛍光抗体法)、該標識化した間葉系幹細胞を分離、採取する。   The mesenchymal stem cells can be labeled by the fluorescent antibody method using the antibody of the present invention, the expression of the mesenchymal stem cell marker polypeptide in the test cell can be detected, and the mesenchymal stem cells can be identified and separated. . In order to label undifferentiated hematopoietic cells by the fluorescent antibody method, an antibody that specifically binds to the protein marker in the present invention is fluorescently labeled, and this is bound to a mesenchymal stem cell expressing an antigen. Either label the leaf stem cells (direct fluorescent antibody method) or bind the unlabeled specific antibody of the present invention to the mesenchymal stem cells expressing the antigen, and then label the secondary antibody ( Anti-immunoglobulin antibody) is bound to label mesenchymal stem cells (indirect fluorescent antibody method), and the labeled mesenchymal stem cells are separated and collected.

本発明の間葉系幹細胞の検出、識別に用いるマーカー遺伝子検出用プローブ、該プローブを固定したマーカー遺伝子検出用マイクロアレイ又はDNAチップ、及び本発明における間葉系幹細胞検出用の抗体は、それらを装備した間葉系幹細胞の識別用キットとして製品化しておくことができる。   The probe for detecting a marker gene used for detection and identification of the mesenchymal stem cell of the present invention, the microarray or DNA chip for detecting the marker gene to which the probe is immobilized, and the antibody for detecting the mesenchymal stem cell of the present invention are equipped with them. It can be commercialized as a kit for identifying mesenchymal stem cells.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの例示に限定されるものではない。
[材料及び方法]
この実施例では、どの系列にも分化が決定されていない増殖期(70−80%コンフルエント)でのヒト骨髄間葉系細胞とヒト繊維芽細胞の骨、軟骨、脂肪関連遺伝子の発現レベルを比較した。
ヒト骨髄間葉系細胞(human mesenchymal stem cell)は、腸骨或いは歯槽骨より分離した。或いは購入した。ヒト繊維芽細胞(human fibloblast)は、購入或いは、歯肉組織より分離培養した。
これらの細胞はいずれも、1ng/mlのbFGF及び10%ウシ胎児血清(FCS)を含む培地を用いて37℃、5%炭酸ガス存在下にて培養した(Biochemical and Biophysical Research Communication, 288, 413-419, 2001)。本実施例では、3〜7回継代したものを用いた。骨分化はコンフルエントに達した骨分化誘導培地(10%FBS含有αMEMに、100nMデキサメタゾン、10mM β−グリセロールリン酸、50μg/mL アスコルビン酸−2−リン酸を加えた培地)を用いて、37℃、5%炭酸ガス存在下にて28日培養して誘導した(Science 284, 2, 1999)。この条件でヒト骨髄間葉系細胞の培養系は広範囲に一様にアリザリン赤によって染色されたことから、骨分化と石灰化が起こっていたことが示された。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, the technical scope of this invention is not limited to these illustrations.
[Materials and methods]
This example compares the expression levels of human bone marrow mesenchymal cells and human fibroblast bone, cartilage, and adipose-related genes in the growth phase (70-80% confluent) in which no lineage has been determined to differentiate. did.
Human bone marrow mesenchymal stem cells were isolated from the iliac bone or alveolar bone. Or purchased. Human fibloblasts were purchased or cultured separately from gingival tissue.
All of these cells were cultured in a medium containing 1 ng / ml bFGF and 10% fetal calf serum (FCS) at 37 ° C. in the presence of 5% carbon dioxide (Biochemical and Biophysical Research Communication, 288, 413). -419, 2001). In this example, the one that was passaged 3 to 7 times was used. Bone differentiation was performed at 37 ° C. using a bone differentiation-inducing medium (a medium in which 100 nM dexamethasone, 10 mM β-glycerol phosphate, 50 μg / mL ascorbic acid-2-phosphate was added to αMEM containing 10% FBS) that reached confluence. It was induced by culturing for 28 days in the presence of 5% carbon dioxide (Science 284, 2, 1999). Under these conditions, the human bone marrow mesenchymal cell culture system was uniformly and extensively stained with alizarin red, indicating that bone differentiation and calcification had occurred.

[増殖期でのヒト未分化骨髄間葉系細胞とヒト繊維芽細胞でのマーカー遺伝子の発現レベルの比較]
各細胞からTrizol Reagent(Invitrogen社製)を用いて全RNAを抽出後、各全RNAを1μgを鋳型としてSuperScrit first-strand system or RT-PCR(Invitrogen社製)を用いて、42℃、50分間の逆転写反応を行ってcDNAを合成した。合成されたcDNAを鋳型としてAdvantage 2 PCR enzyme system(Clontech社製)を用いて各遺伝子マーカーを増幅した。94℃30分間で変性、68℃1分間でアニールを30サイクル行った。増幅に用いた各遺伝子のプライマー配列を表1にまとめた。増幅した遺伝子を1%アガロースゲルを用いた電気泳動にて分離し、エチジウムブロマイド染色によって染色した。
[Comparison of marker gene expression levels in human undifferentiated bone marrow mesenchymal cells and human fibroblasts during the growth phase]
After extracting total RNA from each cell using Trizol Reagent (Invitrogen), each microRNA was used as a template with 1 μg as a template using SuperScrit first-strand system or RT-PCR (Invitrogen) at 42 ° C. for 50 minutes. The reverse transcription reaction was performed to synthesize cDNA. Each gene marker was amplified using Advantage 2 PCR enzyme system (Clontech) using the synthesized cDNA as a template. 30 cycles of denaturation at 94 ° C. for 30 minutes and annealing at 68 ° C. for 1 minute were performed. Table 1 summarizes the primer sequences of each gene used for amplification. The amplified genes were separated by electrophoresis using 1% agarose gel and stained by ethidium bromide staining.

Figure 0004540948
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増殖期(70〜80% コンフルエント)でのヒト未分化骨髄間葉系細胞とヒト繊維芽細胞でのosteocalcin(オステオカルシン)(図では、OCと略す),osteopontin(オステオポンチン)(OP), bone sialoprotein(BSP), alkaline phosphatase(ALP), type II collagen(Coll 2), aggrecan(AGG), Sox 9, PPAR-gamma 2(PPAR2) mRNAの発現レベルの比較(図1)。
増殖用培地で培養した増殖期(70〜80% コンフルエント)での未分化骨髄間葉系細胞は、これまでの研究から予想されたように、増殖が停止していないのでまた骨誘導培地を添加していないので骨分化していなかった。つまりアリザリン赤染色で染まらず石灰化していなかった。しかし7個体から分離したヒト未分化骨髄間葉系細胞の全てで(個体によって発現に強弱があるものの)、最も代表的な骨マーカー遺伝子であるオステオカルシン mRNAの発現が観察された。一方、4個体から分離したヒト繊維芽細胞はいずれもオステオカルシン mRNAを発現していなかった(図1)。
Osteocalcin (abbreviated as OC in the figure), osteopontin (OP), bone sialoprotein (OP) in human undifferentiated bone marrow mesenchymal cells and human fibroblasts in proliferative phase (70-80% confluent) BSP), alkaline phosphatase (ALP), type II collagen (Coll 2), aggrecan (AGG), Sox 9, PPAR-gamma 2 (PPAR2) Comparison of mRNA expression levels (FIG. 1).
Undifferentiated bone marrow mesenchymal cells cultured in the growth medium in the growth phase (70-80% confluent), as expected from previous studies, have not added to the bone induction medium because growth has not stopped. It was not differentiated because it was not. In other words, it was not stained with alizarin red staining and was not calcified. However, the expression of osteocalcin mRNA, the most representative bone marker gene, was observed in all human undifferentiated bone marrow mesenchymal cells isolated from 7 individuals (although expression was strong depending on the individual). On the other hand, none of the human fibroblasts isolated from the four individuals expressed osteocalcin mRNA (FIG. 1).

オステオカルシン(osteocalcin)以外に、オステオポンチン(osteopontin)、bone sialoprotein、alkaline phosphataseも骨芽細胞でその発現が上昇することが知られている。しかし、これらのマーカーの発現には個体差があり、個体によって発現しているものとしていないものがあった。なお4個体から分離したヒト繊維芽細胞では、2個体由来の細胞できわめて低レベルのalkaline phosphatase mRNAが検出された以外、これらの発現は観察されなかった(図1)。
軟骨マーカーであるtype II collagen, aggrecanの発現については、検討したほとんどの未分化骨髄間葉系細胞で低レベルのaggrecan mRNAが検出されたが、最も重要な軟骨マーカーtype II collagen mRNAは一例も検出できなかった(図1)。一方、これらの軟骨マーカーは(2個体由来の細胞できわめて低レベルのaggrecan mRNAが検出された以外)、検討した全てのヒト繊維芽細胞で発現していなかった(図1)。
In addition to osteocalcin, osteopontin, bone sialoprotein, and alkaline phosphatase are known to increase in osteoblasts. However, there are individual differences in the expression of these markers, and there are some that are not expressed by each individual. In human fibroblasts isolated from 4 individuals, expression was not observed except for extremely low levels of alkaline phosphatase mRNA detected in cells derived from 2 individuals (FIG. 1).
Regarding the expression of cartilage markers type II collagen and aggrecan, low levels of aggrecan mRNA were detected in most undifferentiated bone marrow mesenchymal cells examined, but one of the most important cartilage marker type II collagen mRNA was detected. Could not (Fig. 1). On the other hand, these cartilage markers (except that very low levels of aggrecan mRNA were detected in cells from two individuals) were not expressed in all human fibroblasts examined (FIG. 1).

脂肪細胞マーカーであるPPAR-gamma 2(PPAR2) mRNAは、全ての骨髄間葉系細胞とヒト繊維芽細胞で発現していたが(図1)、別の脂肪細胞マーカーであるAP2 mRNAはいずれの細胞でも検出できなかった。
これらの結果は、骨髄間葉系細胞が、未分化であるものの、各分化系列の遺伝子群の全体でなくその一部だけ既に発現していることを示している。
The adipocyte marker PPAR-gamma 2 (PPAR2) mRNA was expressed in all bone marrow mesenchymal cells and human fibroblasts (FIG. 1). Even cells could not be detected.
These results indicate that although bone marrow mesenchymal cells are undifferentiated, only a part of each differentiated lineage gene group is already expressed instead of the whole gene group.

[骨髄間葉系細胞の骨分化誘導前と骨分化後での発現レベルの比較]
3個体由来の骨髄間葉系細胞において、増殖期と骨分化誘導後の骨マーカーの発現レベルを比較した。オステオカルシンの発現レベルは分化前と分化後でほとんど同等であったのに対して、他の骨マーカーの発現はいずれも骨分化誘導後に上昇したが、増殖期では著しく低レベルであったか、検出できなかった(図2)。骨マーカーの発現が部分的であるため骨髄間葉系幹細胞は増殖期で、骨芽細胞とはならないことが示唆された。
[Comparison of expression level of bone marrow mesenchymal cells before and after induction of bone differentiation]
In bone marrow mesenchymal cells derived from three individuals, the expression levels of bone markers after the growth phase and bone differentiation induction were compared. The expression level of osteocalcin was almost the same before and after differentiation, while the expression of other bone markers was all increased after induction of bone differentiation, but it was remarkably low in the proliferative phase or could not be detected (FIG. 2). It was suggested that bone marrow mesenchymal stem cells are proliferating and do not become osteoblasts due to partial expression of bone markers.

[ヒト未分化、骨髄間葉系細胞とヒト繊維芽細胞でのビタミンDの作用の比較]
3個体由来の骨髄間葉系細胞の増殖期で、10-8M 1,25水酸化ビタミンD3(1,25-(OH)2 vitamin D3)を添加すると、48時間以内にオステオカルシンとオステオポンチンの発現が著しく亢進した(図3)。一方、bone sialoprotein, alkaline phosphataseは、1,25水酸化ビタミンD3には応答しなかった。ヒト繊維芽細胞では、いずれの遺伝子も1,25水酸化ビタミンD3には応答しなかった。
表2は、ヒト未分化骨髄間葉系細胞(MSC)とヒト繊維芽細胞での、骨マーカー、軟骨マーカー、脂肪マーカー及びビタミンD応答について、多くの個体由来細胞を用いて検討した結果を示す。
[Comparison of action of vitamin D in human undifferentiated, bone marrow mesenchymal cells and human fibroblasts]
When 10 -8 M 1,25 hydroxylated vitamin D 3 (1,25- (OH) 2 vitamin D3) is added in the growth phase of bone marrow mesenchymal cells derived from 3 individuals, osteocalcin and osteopontin are within 48 hours. Expression was remarkably enhanced (FIG. 3). On the other hand, bone sialoprotein, alkaline phosphatase is the 1,25 hydroxide vitamin D 3 did not respond. In human fibroblasts, it did not respond to any of the genes 1,25 hydroxide vitamin D 3.
Table 2 shows the results of examining bone markers, cartilage markers, fat markers, and vitamin D responses in human undifferentiated bone marrow mesenchymal cells (MSC) and human fibroblasts using many individual-derived cells. .

Figure 0004540948
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[抗オステオカルシン(osteocalcin)抗体を用いたFACS分析]
まず表面抗原を認識する一次抗体と5×105個の細胞を混合し、室温で30分間インキュベーションをする。一次抗体が蛍光で認識されている場合には、洗浄後フローサイトメーターで測定した。一次抗体が蛍光標識されていない場合には、洗浄後一次抗体に対して結合活性を有する蛍光標識された二次抗体と一次抗体が反応した細胞とを混合し、再び室温で30分間インキュベーションした。洗浄後、一次抗体と二次抗体で染色された細胞をフローサイトメーターで測定した。
図4及び図5は、オステオカルシンに対する抗体を用いて、FACS分析をした結果を示す。ビタミンDの添加によって、80%以上の増殖期のヒト未分化骨髄間葉系細胞が発現したのに対して、繊維芽細胞ではビタミンDを添加してもオステオカルシンを産生する細胞は検出できなかった。
[FACS analysis using anti-osteocalcin antibody]
First, a primary antibody that recognizes a surface antigen and 5 × 10 5 cells are mixed and incubated at room temperature for 30 minutes. When the primary antibody was recognized by fluorescence, it was measured with a flow cytometer after washing. When the primary antibody was not fluorescently labeled, after washing, the fluorescently labeled secondary antibody having binding activity to the primary antibody and the cells reacted with the primary antibody were mixed and incubated again at room temperature for 30 minutes. After washing, the cells stained with the primary antibody and the secondary antibody were measured with a flow cytometer.
4 and 5 show the results of FACS analysis using an antibody against osteocalcin. With the addition of vitamin D, human undifferentiated bone marrow mesenchymal cells in the proliferating phase of 80% or more were expressed, whereas in fibroblasts, cells producing osteocalcin could not be detected even when vitamin D was added. .

本発明の実施例におけて、間葉系幹細胞(MSC)と繊維芽細胞において各種遺伝子マーカー発現レベルの比較を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the comparison of the expression level of various gene markers in a mesenchymal stem cell (MSC) and a fibroblast. 本発明の実施例において、骨分化誘導前後の間葉系幹細胞の遺伝子マーカー発現の変化を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the change of the gene marker expression of the mesenchymal stem cell before and behind bone differentiation induction. 本発明の実施例において、ビタミンDに対する間葉系幹細胞(MSC)及び繊維芽細胞の応答性を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the responsiveness of the mesenchymal stem cell (MSC) with respect to vitamin D, and a fibroblast. 本発明の実施例において、FACSによるヒト細胞内(hMSC、hFibroblast)オステオカルシン(Osteocalcin)の検出を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the detection of the human intracellular (hMSC, hFibroblast) osteocalcin (Osteocalcin) by FACS. 本発明の実施例において、ヒトMSCとヒト繊維芽細胞のオステオカルシン(Osteocalcin)陽性率の比較を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the comparison of the osteocalcin (Osteocalcin) positive rate of a human MSC and a human fibroblast.

Claims (9)

ビタミンD受容体遺伝子の標的遺伝子であるオステオカルシンの遺伝子或いはオステオポンチンの遺伝子を分別マーカーとし、間葉系幹細胞及び繊維芽細胞において、遺伝子の発現活性化物質である1,25水酸化ビタミンDを添加して活性化した遺伝子の発現及び/又は該活性化した遺伝子がコードするタンパク質を検出することにより、該遺伝子の間葉系幹細胞と繊維芽細胞とにおける発現の差を検出して、間葉系幹細胞と繊維芽細胞とを識別することを特徴とする間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法Using the osteocalcin gene or osteopontin gene, which is the target gene of the vitamin D receptor gene, as a differentiation marker , add 1,25 hydroxylated vitamin D, a gene expression activator, in mesenchymal stem cells and fibroblasts By detecting the expression of the activated gene and / or the protein encoded by the activated gene, the difference in expression between the mesenchymal stem cell and the fibroblast is detected, and the mesenchymal stem cell is detected. A method for discriminating mesenchymal stem cells from fibroblasts, characterized in that they are discriminated from fibroblasts. 分別マーカー遺伝子の検出が、定量的又は半定量的PCRの使用を含んでいることを特徴とする請求項1記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法The method for distinguishing mesenchymal stem cells from fibroblasts according to claim 1 , wherein the detection of the differentiation marker gene comprises the use of quantitative or semi-quantitative PCR. 定量的又は半定量的PCRの使用が、RT−PCR法であることを特徴とする請求項2記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法Quantitative or use of semi-quantitative PCR is the identification method from fibroblasts mesenchymal stem cells of claim 2, characterized in that the RT-PCR method. 分別マーカー遺伝子の検出が、該遺伝子の塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA配列からなる遺伝子検出用プローブを用いて行われることを特徴とする請求項1記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法The mesenchymal stem cell of the mesenchymal stem cell according to claim 1 , wherein the detection of the differentiation marker gene is performed using a gene detection probe comprising a DNA sequence that hybridizes with the base sequence of the gene under stringent conditions. Identification method from fibroblasts. 遺伝子検出用プローブが、該遺伝子の塩基配列のアンチセンス鎖の全部又は一部からなる請求項4記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法The method for discriminating mesenchymal stem cells from fibroblasts according to claim 4 , wherein the gene detection probe comprises all or part of the antisense strand of the base sequence of the gene. 分別マーカー遺伝子がコードするタンパク質の検出が、該タンパク質によって誘導され、該タンパク質に特異的に結合する抗体を用いて行われることを特徴とする請求項1記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法The detection of protein fractionation marker gene encodes, induced by the protein, from fibroblasts mesenchymal stem cells of claim 1, wherein a is performed using an antibody that specifically binds to the protein Identification method . 抗体が、モノクロナール抗体であることを特徴とする請求項6記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法The method for discriminating mesenchymal stem cells from fibroblasts according to claim 6 , wherein the antibody is a monoclonal antibody. 被検細胞中における間葉系幹細胞を、分別マーカー遺伝子がコードするタンパク質に特異的に結合する抗体を用いた蛍光抗体法により標識化し、該標識化した間葉系幹細胞を分離・識別することを特徴とする請求項6又は7記載の間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別方法The mesenchymal stem cells in the test cells are labeled by a fluorescent antibody method using an antibody that specifically binds to the protein encoded by the differentiation marker gene, and the labeled mesenchymal stem cells are separated and identified. 8. A method for identifying mesenchymal stem cells from fibroblasts according to claim 6 or 7 . ビタミンD受容体遺伝子の標的遺伝子であるオステオカルシンの遺伝子或いはオステオポンチン遺伝子からなる分別マーカー遺伝子検出用のプローブ、及び分別マーカー遺伝子の発現活性化物質である1,25水酸化ビタミンDを装備するか、及び/又は、ビタミンD受容体遺伝子の標的遺伝子であるオステオカルシンの遺伝子或いはオステオポンチンの遺伝子がコードするタンパク質検出用の抗体、及び分別マーカー遺伝子の発現活性化物質である1,25水酸化ビタミンDを装備してなる間葉系幹細胞の繊維芽細胞からの識別用キット
Equipped with a detection marker gene consisting of osteocalcin gene or osteopontin gene, which is a target gene of the vitamin D receptor gene, and 1,25 hydroxylated vitamin D which is an expression activator of the differentiation marker gene, and / Or equipped with an antibody for protein detection encoded by the osteocalcin gene or osteopontin gene, which is the target gene of the vitamin D receptor gene , and 1,25 hydroxylated vitamin D , which is a substance that activates the expression of the differentiation marker gene A kit for distinguishing mesenchymal stem cells from fibroblasts.
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