JP5050198B2 - ヒト補体制御因子発現遺伝子およびその利用 - Google Patents
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Description
異種移植に伴うPERVによる感染症を回避する方法としては、レシピエント(ヒト)を処置する方法とドナーを処置する方法がある。これらのうち、レシピエント(ヒト)を処置する方法としては逆転写酵素阻害剤やプロテアーゼ阻害剤の投与などが考えられ、一方ドナー動物(例えば、ブタ)を処置する方法としては、交配によるPERV遺伝子を有さないブタ系統の育種、ブタPERV遺伝子のノックアウト、アンチセンスやリボザイムの適用も考えられるが現在迄のところ成功例は得られていない(ゼノトランスプランテーション(Xenotransplantation)、2002年、第9巻、p.242)。また、siRNA法が試みられているが完全ではない(ジャーナル・オブ・バイオロジー(J.Biol.)、2005年、第137巻、p.503)
そこで、本発明は、移植細胞、移植組織または移植臓器はDAFなどの補体制御因子を発現してヒト血清に対し抵抗性を有するが、該移植細胞、移植組織または移植臓器が産生するPERVはヒト血清に対し抵抗性を有さないDAFなどの補体制御因子発現遺伝子を創製することを目的とする。さらに、本発明は、前記遺伝子で形質転換したDAFなどの補体制御因子発現ブタ細胞またはDAFなどの補体制御因子発現ブタを創製することを目的とする。
[1] 動物細胞膜上に存在する脂肪酸ラフトと親和性を有さないか脂肪酸ラフトとの親和性が抑制された膜貫通ドメイン蛋白質と補体制御因子またはその部分蛋白質との融合蛋白質をコードする遺伝子、
[2] 膜貫通ドメイン蛋白質が、ヒトインフルエンザウイルスのヘマグルチニンの膜貫通領域であり、該膜貫通領域のアミノ酸配列の少なくとも1個のアミノ酸が連続する少なくとも3個のアラニンで置換されているか、膜貫通領域のアミノ酸配列中に連続する少なくとも3個のアラニンが挿入されていることを特徴とする前記[1]に記載の遺伝子、
[3] 膜貫通ドメイン蛋白質が以下の(a)または(b)のアミノ酸配列を含むものであることを特徴とする前記[2]に記載の遺伝子。
(a)配列番号3、4、5または6で表されるアミノ酸配列と同一;
(b)前記(a)のアミノ酸配列と実質的に同一、
[4] 補体制御因子が、DAF(CD55)、MCP(CD46)、CD59、CR1(CD35)、ファクターH,ファクターI、C4bp,C1−1NH、CrryおよびHSV−gClから選択される少なくとも1の因子であることを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれかに記載の遺伝子、
[5] 補体制御因子が、DAF(CD55)であることを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれかに記載の遺伝子、
[6] 部分蛋白質がDAF(CD55)の機能ドメインSCR2およびSCR3を有することを特徴とする前記5に記載の遺伝子、
[7] 部分蛋白質が、さらにDAF(CD55)の機能ドメインSCR4を有することを特徴とする前記[6]に記載の遺伝子、
[8] 以下の(a)または(b)のDNAからなる前記[1]に記載の遺伝子:
(a)配列番号7で表される塩基配列からなるDNA;
(b)前記(a)の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ補体制御因子と実質的に同質の活性を有し、動物細胞膜上に存在する脂肪酸ラフトと親和性を有さないか脂肪酸ラフトとの親和性が抑制された膜貫通部を有する蛋白質をコードするDNA、
[9] 前記[1]〜[8]のいずれかの遺伝子で形質転換された補体制御因子発現ブタ細胞、および
[10] 前記[1]〜[8]のいずれかの遺伝子で形質転換された補体制御因子発現ブタ、
に関する。
融合蛋白質としては、例えば図1で表される蛋白質が好ましく挙げられる。図1で表される蛋白質としては、具体的には、例えば配列番号8で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質などが挙げられる。
DAFは、CD55抗原ともいい、C4bC2a、C3bBbなどの2分子集合体のC3コンベルターゼを可逆的に解離してC3コンベルターゼの形成を阻害して補体の活性化を抑制できる。このため、例えばヒトに移植されたブタ臓器のブタ血管内皮細胞はヒトに存在する自然抗体に認識され、次いでその自然抗体がブタの血管内皮細胞に結合すると、ヒト補体が活性化され、最終的にブタ内皮細胞は拒絶反応により溶解または壊死する。しかし、DAFを発現するブタ臓器が移植された場合、DAFはヒト補体の働きを特異的に抑制できるので、ヒトにおいてブタ臓器の拒絶反応を抑制できる。
さらに、DAFのアミノ酸配列と少なくとも約80%以上の相同性を有する蛋白質、好ましくは約90%以上の相同性を有する蛋白質、より好ましくは約95%以上の相同性を有する蛋白質であって、かつDAFと実質的に同質の活性を有する蛋白質も本発明に係るDAFに含まれる。上記アミノ酸配列について「相同」とは、蛋白質の一次構造を比較し、配列間において各々の配列を構成するアミノ酸残基の一致の程度の意味である。
また、本発明に係るDNAには、逆転写酵素によりDAFまたは膜貫通ドメイン蛋白質を発現することができるものであれば、DAFまたは膜貫通ドメイン蛋白質をコードするRNAも含まれる。該RNAとしては、例えば細胞または組織よりmRNA画分を公知の手段により調製して、RT−PCR法によって増幅したRNAなどが挙げられる。
また、上記融合蛋白質をコードする遺伝子を例えばブタの受精卵の前核にマイクロインジェクション法などの慣用の方法で導入してDAF発現ブタ(形質転換ブタ)を作製できる。これらの形質転換ブタ細胞または形質転換ブタを作製する方法としては、例えば、特開平11−239430号公報、特開2002−291372号公報、特開2004−357514号公報などに記載の公知の至適条件を適宜選択することができる。このように形質転換したドナーの臓器は、レシピエント(ヒト)の移植用臓器として使用し得る。移植用臓器としては、ヒトに異種移植可能な全てのドナーの臓器や組織が挙げられ、好ましい臓器としては、例えば、血管、肝臓、腎臓、膵臓、肺、腸、心臓、皮膚、半月版または腱などが挙げられる。
PI:フォスファチジルイノシトール
TM:膜貫通ドメイン
HLA:ヒト白血球抗原(Human Leukocyte Antigen)
HA:ヘマグルチニン
CYT:細胞質部分
LDH:乳酸脱水素酵素(Lactate Dehydrogenase)
LacZ:大腸菌βガラクトシダーゼ
PBS:リン酸緩衝生理食塩水
D−PBS:ダルベッコリン酸バッファー
NHS:Normal Human Serum
D−MEM:Dulbecco's Modified Eagle Medium
FCS:ウシ胎児血清(Fetal Bovine Serum)
また、実施例における%は特に明記しない場合は質量%を示す。
(1)cDNAの構築
DAFの部分蛋白質と膜貫通ドメイン蛋白質との融合蛋白質をコードする遺伝子を発現するブタ血管内皮細胞の調製
シグナルペプチド(配列番号9)、SCR2〜4(配列番号10)機能ドメインおよびSTドメイン(配列番号11)からなるDAFの部分蛋白質(以下、Delta-SCR1-DAFと略記する。)のC末端に以下(a)〜(d)の蛋白質:
(a)GTTRLLSGHTCFTLTGLLGTLVTMGLLT;配列番号12(以下、PI-anchorと略記する。)
(b)KQSSLPTIPIMGIVAGLVVLAAVVTGAAVAAVLWRKKSSD;配列番号13(以下、TM(HLA-G1)と略記する。
(c)WILAAAFAISCFLLCVVLLGFIMWACQR;配列番号3(以下、TM (HA-AAA)と略記する。)
(d)DVVWVIAVIVIAIVVGVAVICVVPYRS;配列番号14(以下、TM(MCP-delta-CYT)と略記する。)
を融合した蛋白質(図2)をコードする遺伝子を含むcDNA:
(i)Delta-SCR1-DAF(PI-anchor)(配列番号15);
(ii)Delta-SCR1-DAF(TM(HLA-G1))(配列番号16);
(iii)Delta-SCR1-DAF(TM(HA-AAA))(配列番号7);
(iv)Delta-SCR1-DAF(TM(MCP-delta-CYT))(配列番号17);
を調製した。
PI-anchorは、ホスファチジルイノシトールアンカー膜蛋白質であり、膜の脂質と結合する。TM(HLA-G1)は、HLA由来の膜貫通ドメイン蛋白質である。TM(MCP-delta-CYT)は、MCPの細胞質部分(CYT)を欠如させた膜貫通ドメイン蛋白質である。
上記(i)乃至(iv)のcDNAは、前記各遺伝子の開始コドン(ATG)の上流にコザック配列を、さらにその上流に制限酵素(EcoRI)の認識配列(GAATTC)を付加し、DAFの部分蛋白質の停止コドン(TAGまたはTGA)の下流に制限酵素(KpnI)の認識配列(GAGGTACC)あるいは制限酵素(XhoI)の認識配列(CTCGAG)を付加した。
調製した各cDNAは、製品プロトコルに従い発現Vector: pCX(ネオマイシン耐性遺伝子が組みこまれている;ジーン(Gene)、1991年、第108巻、p.193-199)に組み込み上記各cDNA挿入プラスミドをそれぞれ調製した。
まず、LacZ遺伝子導入ブタ血管内皮細胞(BBRC、2003年、第310巻、p.327)5×105個を直径10cmの培養皿に蒔き、一晩培養した。
次いで、上記(1)で調製された各プラスミド4μgとD−MEM(FCS−)375μLとPLUS Reagent 10μLとのcDNA混合溶液と、リポフェクトアミン15μLとD−MEM(FCS−)375μLとを混合したリポフェクトアミン溶液とをクリーンベンチの中でピペッティングより混合した。この混合液を15〜30分間、室温で放置し、形質転換用cDNA溶液とした。次に、一晩培養したLacZ遺伝子導入ブタ血管内皮細胞の入った培養皿をD−MEM(FCS−)で3回洗浄した。洗浄後のLacZ遺伝子導入ブタ血管内皮細胞の入った培養皿にOpti−MEMRIまたはD−MEM(FCS−)を5mL入れ、さらに上記の形質転換用cDNA溶液を、ピペットを用いて添加した。37℃で、5%CO2存在下、5時間培養した。次いで培養した培養皿の培養液を除去し、培養皿に10%FCS含有D−MEMを入れ、37℃で、5%CO2存在下に培養した。翌日培養した細胞を2〜3枚の培養皿に分割し、さらに培養した。分割後48時間経ってから、ゲネチシンを10〜13μg/10cm培養皿となるよう添加した選択培地に交換した。細胞の状態を見ながらネオマイシン耐性細胞の選択の期間を決めた。凡そ、4〜6日で細胞がほとんど死んだところで選択をやめ、完全培地に戻した。
選択の済んだブタ血管内皮細胞に抗体(1C6;和光純薬工業株式会社製)を反応させ、FACS(fluorescence activated cell sorting;フローサイトメトリー)でその発現量を判定した。なお、コントロールとして、無処置のブタ内皮細胞(野生型細胞)と、ブタ血管内皮細胞に空プラスミド(Mock)をトランスフェクションした細胞(Mock細胞)を用いた。
FACSの結果を図3に示す。
上記1.(3)で調製したDelta-SCR1-DAF(PI-anchor)、Delta-SCR1-DAF(TM(HLA-G1))、Delta-SCR1-DAF(TM(HA-AAA))、またはDelta-SCR1-DAF(TM(MCP-delta-CYT))遺伝子を含むcDNA挿入プラスミドが導入されたLacZ遺伝子導入ブタ血管内皮細胞1〜2×104個を、96穴のマイクロカルチャープレートに分注し、15時間培養した細胞を使用した。前記培養した細胞の生存を確認し、細胞をD−PBSまたはPBSで洗浄後、10%または20%のNHSを50μL加えた。NHSを添加した細胞を、37℃で2時間培養した。その後、1000rpmで1分間、遠心分離した。
遠心分離後の上清をLDHアッセイに付した。LDHアッセイは、微量毒性試験用試薬MTX−LDHキット(極東製薬工業株式会社製)を用い、製品プロトコルに従い測定した。すなわち、培養液をあらかじめ15μL分注した96穴のマイクロカルチャープレートに、前記遠心分離したNHS添加細胞培養液の上清を10μL添加し、基質発色試薬25μLを添加した。Tuple mixerで1分間振とう後、37℃で、10〜15分間反応させた。反応停止液50μLを添加した後、Tuple mixerで1分間振とうした。振とう後すぐに、波長560nmにおける吸光度を測定した。超音波で細胞を破壊して測定したときの吸光度から算出されるLDH量を細胞障害性100%(細胞死100%)とした。
すなわち、本結果は、ドナーとしてDAF遺伝子を導入したブタ血管内皮細胞をレシピエント(ヒト)に移植すると、その発現量と一定の相関をもってレシピエント(ヒト)において抗体・補体による拒絶反応を起こし難いことを示している。
ほぼコンフルエントの状態の上記1.(3)で調製したDelta-SCR1-DAF(PI-anchor)、Delta-SCR1-DAF(TM(HLA-G1))、Delta-SCR1-DAF(TM(HA-AAA))、またはDelta-SCR1-DAF(TM(MCP-delta-CYT))遺伝子を含むcDNA挿入プラスミドが導入されたLacZ遺伝子導入ブタ血管内皮細胞の上清を捨て、培養液を交換し、24時間培養した。24時間培養後、それら細胞の培養上清を0.8μmフィルターに通し、上清をフィルター滅菌した。8mg/mLとなるようPBSまたはストック培養液に溶解したPolybrane溶液を、前記フィルター滅菌済みの各上清にPolybrane8μg/mLの濃度となるように各々添加し、Polybrane溶液添加フィルター滅菌済み溶液をそれぞれ調製した。
ヒト胎児腎細胞(293細胞)を、24穴のマイクロカルチャープレートに、2×105個/well(500μL/well)の濃度で播いた。37℃にて一晩培養後、293細胞の上清を吸い取って、上記Polybrane溶液添加フィルター滅菌済み溶液を500μL加え、4〜8時間培養した。次いでPolybrane溶液添加フィルター滅菌済み上清を吸い取って新鮮培養液を750μL加え、37℃で2日間培養した。2日間培養後、培養液に2%グルタルアルデヒド/PBSを培養液と等量加えた。15分間室温で静置後、培養液を吸い取り、細胞をPBSで一度洗った。X-gal溶液を130μL加えて1〜2時間培養した。顕微鏡下でtiterを数えた。
なお、コントロールとして、無処置のブタ内皮細胞(野生型細胞)と、ブタ血管内皮細胞に空プラスミド(Mock)をトランスフェクションした細胞(Mock細胞)を用いた。
すなわち、Delta-SCR1-DAF(TM(HA-AAA))遺伝子を導入したブタ血管内皮細胞をドナーとしてレシピエント(ヒト)に移植すると、レシピエント(ヒト)において抗体・補体による拒絶反応を起こし難く、かつPERV感染の可能性も非常に低いことを示している。
Claims (9)
- レシピエントへのブタレトロウイルス感染率が低減された異種移植用補体制御因子発現ブタ細胞製造のための遺伝子であって、
動物細胞膜上に存在する脂肪酸ラフトと親和性を有さないか脂肪酸ラフトとの親和性が抑制された膜貫通ドメイン蛋白質と補体制御因子またはその部分蛋白質との融合蛋白質をコードし、膜貫通ドメイン蛋白質がヒトインフルエンザウイルスのヘマグルチニンの膜貫通領域であり、該膜貫通領域のアミノ酸配列の少なくとも1個のアミノ酸が連続する少なくとも3個のアラニンで置換されているか、膜貫通領域のアミノ酸配列中に連続する少なくとも3個のアラニンが挿入されており、配列番号3、4、5または6で表されるアミノ酸配列からなるものであることを特徴とする遺伝子。 - 補体制御因子が、DAF(CD55)、MCP(CD46)、CD59、CR1(CD35)、ファクターH,ファクターI、C4bp,C1−1NH、CrryおよびHSV−gClから選択される少なくとも1の因子であることを特徴とする請求項1に記載の遺伝子。
- 補体制御因子が、DAF(CD55)であることを特徴とする請求項2に記載の遺伝子。
- 部分蛋白質がDAF(CD55)の機能ドメインSCR2およびSCR3を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の遺伝子。
- 部分蛋白質が、さらにDAF(CD55)の機能ドメインSCR4を有することを特徴とする請求項4に記載の遺伝子。
- 配列番号7で表される塩基配列のDNAからなる請求項1に記載の遺伝子:
- 請求項1〜6のいずれかの遺伝子で形質転換された補体制御因子発現ブタ細胞。
- 請求項1〜6のいずれかの遺伝子で形質転換された補体制御因子発現ブタ。
- レシピエントへのブタレトロウイルス感染率が低減された異種移植用補体制御因子発現ブタ細胞の製造方法であって、請求項1〜6のいずれかの遺伝子でブタ細胞を形質転換する工程を含むことを特徴とする製造方法。
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