JP6373253B2 - 新規心筋細胞マーカー - Google Patents
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Description
a)心筋細胞を含む細胞集団を提供する工程
b)NCAM1、SSEA3、SSEA4およびCD340からなる群から選択される少なくとも一つが陽性であることを指標として心筋細胞を含有する細胞集団から心筋細胞を抽出する工程を含む、
心筋細胞の製造方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記心筋細胞がヒト心筋細胞である、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記心筋細胞を含有する細胞集団が、多能性幹細胞から分化誘導された細胞集団または摘出組織細胞からなる細胞集団である、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記多能性幹細胞が、ES細胞またはiPS細胞である、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記心筋細胞への分化誘導が、胚様体を形成する工程を含む、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記心筋細胞への分化誘導が、サイトカインを含有する培地で胚様体を培養する工程を含む、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記サイトカインが、activin A、BMP4、b-FGF、およびVEGFからなる群から選択される少なくとも一つのサイトカインである、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記培地がさらにWnt阻害剤を含む、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記Wnt阻害剤がDKK-1である、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、NCAM1、SSEA3、SSEA4およびCD340からなる群から選択される少なくとも一つが陽性であることを指標として心筋細胞を含有する細胞集団から心筋細胞を抽出する工程を含む、心筋細胞の検出方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記心筋細胞がヒト心筋細胞である、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記心筋細胞を含有する細胞集団が、多能性幹細胞から分化誘導された細胞集団または摘出組織細胞からなる細胞集団である、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、前記多能性幹細胞が、ES細胞またはiPS細胞である、上記に記載の方法を提供することである。
本発明の他の態様は、NCAM1、SSEA3、SSEA4およびCD340からなる群から選択される少なくとも一つを検出する試薬を含む、心筋細胞抽出キットを提供することである。
本発明の他の態様は、前記心筋細胞がヒト心筋細胞である、上記に記載のキットを提供することである。
カーである心筋トロポニン(cTnTまたはtroponin T type 2)陽性および/またはαMHC(α myosin heavy chain)陽性であることによって特徴づけられる。
本発明で使用可能な多能性幹細胞は、生体に存在するすべての細胞に分化可能である多能性を有し、かつ、増殖能をも併せもつ幹細胞である。多能性幹細胞の例としては、以下のものに限定されないが、胚性幹(ES)細胞、核移植により得られるクローン胚由来の胚性幹細胞(ntES細胞)、精子幹細胞(「GS細胞」)、胚性生殖細胞(「EG細胞」)、人工多能性幹(iPS)細胞などが含まれる。好ましい多能性幹細胞は、ES細胞、ntES細胞、およびiPS細胞である。
ES細胞は、ヒトやマウスなどの哺乳動物の初期胚(例えば胚盤胞)の内部細胞塊から樹立された、多能性と自己複製による増殖能を有する幹細胞である。
Thomson et al. (1995), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92:7844-7848;J.A. Thomson et
al. (1996), Biol. Reprod., 55:254-259; J.A. Thomson and V.S. Marshall (1998), Curr. Top. Dev. Biol., 38:133-165)。
ある。
精子幹細胞は、精巣由来の多能性幹細胞であり、精子形成のための起源となる細胞である。この細胞は、ES細胞と同様に、種々の系列の細胞に分化誘導可能であり、例えばマウス胚盤胞に移植するとキメラマウスを作出できるなどの性質をもつ(M. Kanatsu-Shinohara et al. (2003) Biol. Reprod., 69:612-616; K. Shinohara et al. (2004), Cell, 119:1001-1012)。神経膠細胞系由来神経栄養因子(glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF))を含む培養液で自己複製可能であるし、またES細胞と同様の培養条件下で継代を繰り返すことによって、精子幹細胞を得ることができる(竹林正則ら(2008),実験医学,26巻,5号(増刊),41〜46頁,羊土社(東京、日本))。
胚性生殖細胞は、胎生期の始原生殖細胞から樹立される、ES細胞と同様な多能性をもつ細胞であり、LIF、bFGF、幹細胞因子(stem cell factor)などの物質の存在下で始原生殖細胞を培養することによって樹立しうる(Y. Matsui et al. (1992), Cell, 70:841-847; J.L. Resnick et al. (1992), Nature, 359:550-551)。
人工多能性幹(iPS)細胞は、特定の初期化因子を、DNA又はタンパク質の形態で体細胞に導入することによって作製することができる、ES細胞とほぼ同等の特性、例えば分化多能性と自己複製による増殖能、を有する体細胞由来の人工の幹細胞である(K. Takahashi and S. Yamanaka (2006) Cell, 126:663-676; K. Takahashi et al. (2007), Cell, 131:861-872; J. Yu et al. (2007), Science, 318:1917-1920; Nakagawa, M.ら,Nat. Biotechnol. 26:101-106 (2008);国際公開WO 2007/069666)。初期化因子は、ES細胞に特異的に発現している遺伝子、その遺伝子産物もしくはnon-coding RNAまたはES細胞の未分化維持に重要な役割を果たす遺伝子、その遺伝子産物もしくはnon-coding RNA、あるいは低分子化合物によって構成されてもよい。初期化因子に含まれる遺伝子として、例えば、Oct3/4、Sox2、Sox1、Sox3、Sox15、Sox17、Klf4、Klf2、c-Myc、N-Myc、L-Myc、Nanog、Lin28、Fbx15、ERas、ECAT15-2、Tcl1、beta-catenin、Lin28b、Sall1、Sall4、Esrrb、Nr5a2、Tbx3等が例示され、これらの初期化因子は、単独で用いても良く、組み合わせて用いても良い。初期化因子の組み合わせとしては、WO2007/069666、WO2008/118820、WO2009/007852、WO2009/032194、WO2009/058413、WO2009/057831、WO2009/075119、WO2009/079007、WO2009/091659、WO2009/101084、WO2009/101407、WO2009/102983、WO2009/114949、WO2009/117439、WO2009/126250、WO2009/126251、WO2009/126655、WO2009/157593、WO2010/009015、WO2010/033906、WO2010/033920、WO2010/042800、WO2010/050626、WO 2010/056831、WO2010/068955、WO2010/098419、WO2010/102267、WO 2010/111409、WO 2010/111422、WO2010/115050、WO2010/124290、WO2010/147395、WO2010/147612、Huangfu D, et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26: 795-797、Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 2: 525-528、Eminli S, et al. (2008), Stem Cells. 26:2467-2474、Huangfu D, et al. (2008), Nat Biotechnol. 26:1269-1275、Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3, 568-574、Zhao Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3:475-479、Marson A, (2008), Cell Stem
Cell, 3, 132-135、Feng B, et al. (2009), Nat Cell Biol. 11:197-203、R.L. Judson
et al., (2009), Nat. Biotech., 27:459-461、Lyssiotis CA, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci U S A. 106:8912-8917、Kim JB, et al. (2009), Nature. 461:649-643、Ichida JK, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5:491-503、Heng JC, et al. (2010), Cell Stem Cell. 6:167-74、Han J, et al. (2010), Nature. 463:1096-100、Mali P, et al. (2010), Stem Cells. 28:713-720に記載の組み合わせが例示される。
PA)、トリコスタチンA、酪酸ナトリウム、MC 1293、M344等の低分子阻害剤、HDACに対するsiRNAおよびshRNA(例、HDAC1 siRNA Smartpool(登録商標) (Millipore)、HuSH 29mer shRNA Constructs against HDAC1 (OriGene)等)等の核酸性発現阻害剤など]、MEK阻害剤(例えば、PD184352、PD98059、U0126、SL327およびPD0325901)、Glycogen synthase kinase-3阻害剤(例えば、BioおよびCHIR99021)、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤(例えば、5-azacytidine)、ヒストンメチルトランスフェラーゼ阻害剤(例えば、BIX-01294 等の低分子阻害剤、Suv39hl、Suv39h2、SetDBlおよびG9aに対するsiRNAおよびshRNA等の核酸性発現阻害剤など)、L-channel calcium agonist (例えばBayk8644)、酪酸、TGFβ阻害剤またはALK5阻害剤(例えば、LY364947、SB431542、616453およびA-83-01)、p53阻害剤(例えばp53に対するsiRNAおよびshRNA)、ARID3A阻害剤(例えば、ARID3Aに対するsiRNAおよびshRNA)、miR-291-3p、miR-294、miR-295およびmir-302などのmiRNA、Wnt Signaling(例えばsoluble Wnt3a)、神経ペプチドY、プロスタグランジン類(例えば、プロスタグランジンE2およびプロスタグランジンJ2)、hTERT、SV40LT、UTF1、IRX6、GLISl、PITX2、DMRTBl等の樹立効率を高めることを目的として用いられる因子も含まれており、本明細書においては、これらの樹立効率の改善目的にて用いられた因子についても初期化因子と別段の区別をしないものとする。
無血清培地(mTeSR、Stemcell Technology社)]などが含まれる。
ntES細胞は、核移植技術によって作製されたクローン胚由来のES細胞であり、受精卵由来のES細胞とほぼ同じ特性を有している(T. Wakayama et al. (2001), Science, 292:740-743; S. Wakayama et al. (2005), Biol. Reprod., 72:932-936; J. Byrne et al. (2007), Nature, 450:497-502)。すなわち、未受精卵の核を体細胞の核と置換することによって得られたクローン胚由来の胚盤胞の内部細胞塊から樹立されたES細胞がnt ES(nuclear transfer ES)細胞である。ntES細胞の作製のためには、核移植技術(J.B. Cibelli et al. (1998), Nature Biotechnol., 16:642-646)とES細胞作製技術(上記)との組み合わせが利用される(若山清香ら(2008),実験医学,26巻,5号(増刊), 47〜52頁)。核移植においては、哺乳動物の除核した未受精卵に、体細胞の核を注入し、数時間培養することで初期化することができる。
多能性幹細胞から心筋細胞への分化誘導方法は特に限定されないが、例えば、以下の方法を用いることができる。
れに限定されない。
心筋細胞を含有する細胞集団より心筋細胞の抽出または検出のために、NCAM1、SSEA3、SSEA4またはCD340に特異的親和性を有する試薬であれば何でもよく、抗体、アプタマー、ペプチドまたはそのような蛋白質を特異的に認識する化合物などを用いることができ、好ましくは、抗体もしくはその断片である。
者に周知の技術を用いて作成することが可能である(Current protocols in Molecular Biology edit.Ausubel et al.(1987) Publish.John Wiley and Sons.Section 11.12-11.13)。具体的には、本発明の抗体がポリクローナル抗体の場合には、常法に従って大腸菌等で発現し精製したNCAM1、SSEA3、SSEA4またはCD340がコードするタンパク質、あるいはそれら蛋白質の部分アミノ酸配列を有するオリゴペプチドを合成して、家兎等の非ヒト動物に免疫し、該免疫動物の血清から常法に従って当該抗体を得ることが可能である。一方、モノクローナル抗体の場合には、上述の免疫された非ヒト動物から得られた脾臓細胞と骨髄腫細胞とを細胞融合させて調製したハイブリドーマ細胞の中から得ることができる(Current protocols in Molecular Biology edit.Ausubel et al.(1987) Publish.John Wiley and Sons.Section 11.4-11.11)。抗体の断片としては、抗体の一部(たとえばFab断片)または合成抗体断片(たとえば、一本鎖Fv断片「ScFv」)が例示される。FabおよびF(ab)2断片などの抗体の断片もまた、遺伝子工学的に周知の方法によって作製することができる。
多能性幹細胞株の作製
心筋細胞特異的にEGFPを発現する201B7-M6GIP4株および606A1株を、下記の通り作製した。201B7-M6GIP4株および606A1株は、従来の方法で培養した(Takahashi K, et al. Cell. 131: 861-72, 2007およびNakagawa M, et al. Nat Biotechnol. 26: 101-6, 2008)。
ヒト線維芽細胞にレトロウィルスでOCT3/4, SOX2,KLF4,C-MYCを遺伝子導入し、マイトマイシン処理したSNLフィーダー細胞上で培養することによりiPS細胞を樹立した(201B7株)。この201B7株にヒトMYH6遺伝子のプロモーター領域とEGFP遺伝子の配列を遺伝子導入した細胞株を作製した(201B7-M6GIP4株)。この201B7-M6GIP4株は分化誘導により心筋細胞特異的にGFP発現が認められることが確認されている。
ヒト臍帯血細胞に対してOCT3/4,SOX2,KLF4,LIN28,L-MYC,p53 shRNAiを発現させるエピソーマルベクターセット(pCXLE-hOct3/4-shp53-F, pCXLE-hSK, pCXLE-hUL)を電気穿孔法で遺伝子導入し、マイトマイシン処理したマウス胎仔線維芽細胞フィーダー上で培養することにより、iPS細胞株(606A1株)を作製した。
心筋細胞誘導法
ヒトiPS細胞を 1ウェルあたり1.5-2.0×106の濃度でディッシュへ播種し、低酸素条件(5%)にて、10ng/ml BMP4および10μM ROCK阻害薬を添加したStemPro34培地中で 24時間培養して、EBを形成させた。翌日、6ng/ml activin A(R & D Systems)、10ng/ml BMP4(R & D Systems)および5ng/ml bFGF(R & D Systems)を添加した培地へ交換し3日間培養した。次いで、10ng/ml VEGF(R & D Systems)および150ng/ml DKK-1(R & D Systems)を添加した培地へ交換し4日間培養した後、10ng/ml VEGF(R & D Systems)および5ng/ml bFGF(R & D Systems)を添加した培地へ交換してさらに52日間培養し続けた。iPS細胞から心筋細胞への各分化段階における細胞を、下記にて述べる心筋細胞マーカーによる細胞評価に用いた。
心筋細胞マーカーNCAM1による細胞評価
実施例2の方法で誘導したヒトiPS細胞(201B7-M6GIP4株および606A1株)由来の心筋細胞を、誘導0日目、4日目、8日目、12日目、16日目、20日目、26日目、33日目、45日目および60日目に抗NCAM1抗体(BD)にて染色し、フローサイトメトリーを用いて評価した(図2)。30日目にNCAM1の発現差異を利用して心筋細胞純化を行ったところ、トロポニンT陽性心筋細胞の比率は、純化しなかった場合には58.5%であったのに対し、NCAM1高度発現、中等度発現細胞をフローサイトメトリーにて選別すると、それぞれ88.6%、71.3%と高純度の心筋細胞を得ることができた(図3)。
心筋細胞マーカーSSEA3による細胞評価
実施例2の方法で誘導したヒトiPS細胞(201B7-M6GIP4株および606A1株)由来の心筋細胞を、誘導0日目、4日目、8日目、12日目、16日目、20日目、26日目、33日目、45日目および60日目に抗SSEA3抗体(BD)にて染色し、フローサイトメトリーを用いて評価したところ、8日目の未熟な心筋細胞ではマーカーが陰性であったが、16〜26日目にMYH6陽性心筋細胞の一部で高発現を認めた(図4)。
心筋細胞マーカーSSEA4による細胞評価
実施例2の方法で誘導したヒトiPS細胞(201B7-M6GIP4株および606A1株)由来の心筋細胞を、誘導0日目、4日目、8日目、12日目、16日目、20日目、26日目、33日目、45日目および60日目に抗SSEA4抗体(BD)にて染色し、フローサイトメトリーを用いて評価したところ、8日目の未熟心筋細胞ではマーカーが陰性であったが、12日目以降にMYH6陽性心筋細胞の多くで高発現を認め、特に12〜33日目ではMYH6陽性心筋細胞の大部分に高発現を認めた(図5)。
心筋細胞マーカーCD340による細胞評価
実施例2の方法で誘導したヒトiPS細胞(201B7-M6GIP4株および606A1株)由来の心筋細胞を、誘導0日目、4日目、8日目、12日目、16日目、20日目、30日目および45日目に抗CD340抗体(BD)にて染色し、フローサイトメトリーを用いて評価したところ、誘導8日目以降でMYH6陽性心筋細胞はCD340陽性であった(図6)。16日目および30日目にCD340の発現差異を利用して心筋純化を行ったところ、16日目においては純化前のMYH6陽性細胞率が35.7%であったのに対し、純化後には71.2%となり、また30日目においては純化前が36.7%であったのに対し純化後には65.7%となった。
Claims (13)
- a)多能性幹細胞から分化誘導された、心筋細胞を含む細胞集団を提供する工程、およびb)SSEA3およびSSEA4からなる群から選択される少なくとも一つが陽性であることを指標として心筋細胞を含有する細胞集団から心筋細胞を抽出する工程を含む、
心筋細胞の製造方法。 - 前記心筋細胞がヒト心筋細胞である、請求項1に記載の方法。
- 前記多能性幹細胞が、ES細胞またはiPS細胞である、請求項1または2に記載の方法。
- 前記心筋細胞への分化誘導が、胚様体を形成する工程を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記心筋細胞への分化誘導が、サイトカインを含有する培地で胚様体を培養する工程を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記サイトカインが、activin A、BMP4、b-FGF、およびVEGFからなる群から選択される少なくとも一つのサイトカインである、請求項5に記載の方法。
- 前記培地が、さらにWnt阻害剤を含有する、請求項5または6に記載の方法。
- 前記Wnt阻害剤がDKK-1である、請求項7に記載の方法。
- SSEA3およびSSEA4からなる群から選択される少なくとも一つが陽性であることを指標として、多能性幹細胞から分化誘導された、心筋細胞を含有する細胞集団から心筋細胞を抽出する工程を含む、心筋細胞の検出方法。
- 前記心筋細胞がヒト心筋細胞である、請求項9に記載の方法。
- 前記多能性幹細胞が、ES細胞またはiPS細胞である、請求項9または10に記載の方法
。 - SSEA3およびSSEA4からなる群から選択される少なくとも一つを検出する試薬を含む、多能性幹細胞から分化誘導された、心筋細胞を含有する細胞集団における、心筋細胞抽出用または検出用キット。
- 前記心筋細胞がヒト心筋細胞である、請求項12に記載のキット。
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