JP6728541B2 - 哺乳類多能性幹細胞由来の内胚葉細胞を産生するための改良された方法 - Google Patents

哺乳類多能性幹細胞由来の内胚葉細胞を産生するための改良された方法 Download PDF

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Description

本発明は、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹(hPS)細胞の胚体内胚葉細胞への分化誘導に関する。より詳しくは、本発明は、内胚葉への分化の間の哺乳類多能性幹細胞、特にhPS細胞のDNA脱メチル化剤での処理に関する。本発明者らは、本明細書に開示されるように、分化期の哺乳類多能性幹細胞、特にhPS細胞をDNA脱メチル化剤に曝露することにより、内胚葉細胞の改良された形態及び改善された産生量をもたらすことを発見した。また、DNA脱メチル化剤での処理は、幹細胞マーカーOct4の発現の有意なダウンレギュレーションと、内胚葉特異的マーカー、特に、sox17、cxcr4及びhhexの改善された発現をもたらす。
ヒト多能性幹細胞は、適当な条件下で、3種の胚葉(内胚葉、中胚葉及び外胚葉)のあらゆるタイプの特殊化した細胞を形成する能力だけでなく、自己再生する能力を有するので、ヒト多能性幹細胞は種々のヒト細胞型への到達性に大変革をもたらすことが予測される。内胚葉層は、障害又は損傷が今日見られる多くの病態及び臨床的障害に関連する腸、膵臓、肝臓及び肺、すなわち、人体の器官を生じるため、内胚葉層に主要な関心がある。よって、大きな期待が、補充療法のための臓器特異的組織のインビトロ開発に寄せられている。
上記器官に発達するための3種の胚葉のうち、そのユニークな機能に起因して、内胚葉、より詳しくは、胚体内胚葉は、臓器特異的組織の産生において中心的な役割を果たす。よって、最終的に、臓器特異的細胞及び組織の質と量に影響を与えるインビトロで誘導された内胚葉細胞の特性を改善するための持続する必要がある。しかし、ヒト多能性幹細胞を内胚葉へ分化させるための今までに確認されたわずかな要因だけでは、初期内胚葉の発生は十分に理解されていない。よって、内胚葉の発生に影響を与える、いまだに未確認の要因をさらに発見することが重要であり、内胚葉器官の細胞及び組織のインビトロでの産生のための培養条件を最適化するために役立つ。
正常な胚形成及び発生の際のDNAメチル化の重要性は長い間疑われており、DNA脱メチル化剤の適用はゲノム中の遺伝子の大規模な広範な再活性化を引き起こす可能性がある。DNA脱メチル化は、おそらく、通常メチル化及びサイレンス化された心筋形成に必要な遺伝子を活性化することにより、hES細胞の心臓原基への分化を誘導するために使用することができることを以前の研究で明らかにした(非特許文献1)。
ユンら2006
本発明は、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹(hPS)細胞が、当技術分野の方法の現在利用可能な状態により得られた内胚葉細胞と比較して、改良された特徴を有する胚体内胚葉細胞へと分化する改良された方法について記載する。
本発明は、第1の態様において、哺乳類多能性幹細胞由来の胚体内胚葉細胞(DE細胞)、特に、ヒト多能性幹(hPS)細胞由来の胚体内胚葉細胞(DE細胞)を産生する方法を提供し、該方法において、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹細胞がDNA脱メチル化剤に曝露される。
よって、分化条件下で、哺乳類多能性幹細胞を培養し、DE細胞を得ることと、
前記分化期の哺乳類多能性幹細胞をDNA脱メチル化剤に曝露することとを含む哺乳類多能性幹細胞由来のDE細胞を産生する方法を提供する。
特に、分化条件下で、ヒト多能性幹細胞を培養し、DE細胞を得ることと、前記分化期のヒト多能性幹細胞をDNA脱メチル化剤に曝露することとを含むヒト多能性幹(hPS)細胞由来のDE細胞を産生する方法を提供する。
哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞の胚体内胚葉細胞への分化の間に、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞を5−アザ−2−デオキシシチジン又は5−アザシチジンなどのDNA脱メチル化剤に曝露し、ゲノムの断片を脱メチル化し、遺伝子の転写活性化を可能にする。
前記DNA脱メチル化剤への曝露は、哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞のDE細胞への分化の間の任意の時点に行ってもよい。
本発明による方法の結果として、改良された特性を有する、胚体内胚葉細胞と、胚体内胚葉細胞を含む細胞組成物とが得られる。よって、さらなる態様では、本発明は、本発明の方法により得られる1つ又は複数の胚体内胚葉細胞と、前記1つ又は複数の前記内胚葉細胞を含む又はからなる1つ又は複数の細胞組成物とに関する。
他の態様では、本発明は、腸、膵臓、肝臓及び/又は肺の細胞又は組織を産生するための本発明の前記1つ又は複数の胚体内胚葉細胞又は前記1つ又は複数の細胞組成物のさらなる使用に関する。本発明の前記1つ又は複数の胚体内胚葉細胞又は前記1つ又は複数の細胞組成物は、例えば、肝前駆細胞、又は肝組織を含む十分に成熟した肝細胞様細胞を産生するために使用される場合がある。また、本発明の前記1つ又は複数の胚体内胚葉細胞又は前記1つ又は複数の細胞組成物は、膵前駆細胞か、膵星細胞又はランゲルハンス細胞などの十分に成熟した膵臓細胞か、膵臓組織かを産生するために使用される場合がある。
他の態様では、本発明は、創薬プロセス又は毒性試験などの医薬品及び毒性スクリーニングでの、本発明の前記1つ又は複数の胚体内胚葉細胞又は1つ又は複数の細胞組成物のさらなる使用を提供する。
さらなる態様では、本発明は、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹細胞からの胚体内胚葉細胞の産生時のDNA脱メチル化剤の使用を提供する。
さらに他の態様では、本発明は、本発明の方法の実施に有用なキットに関する。この態様には、少なくとも1種のDNA脱メチル化剤を含むキットが含まれる。本発明の前記方法で使用される成分に関して本明細書に記載される詳細が、本発明のキットに含まれる成分にも適用されることが理解される。
さらなる態様では、本発明は組成物に関する。かかる組成物は、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹細胞から胚体内胚葉細胞を産生するのに、特に有用である。この態様には、少なくとも1種のDNA脱メチル化剤と、アクチビンA又はBなどのアクチビンとを含む組成物が含まれる。本発明の前記方法で使用される成分に関して本明細書に記載される詳細が、本発明の組成物に含まれる成分にも適用されることが理解される。
本発明は、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹細胞を胚体内胚葉細胞へと分化するための方法を提供し、前記方法は、DNA脱メチル化剤を含む、支持培養及び分化培地中で、前記哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞を培養することを含む。よって、哺乳類幹細胞、特に、hPS細胞は、内胚葉への分化の間に、DNA脱メチル化剤に曝露される。
よって、本発明は、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性細胞から胚体内胚葉細胞を産生する方法を提供し、前記哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、内胚葉への分化の間に、DNA脱メチル化剤に曝露される。
哺乳類多能性幹細胞由来の胚体内胚葉細胞、特に、hPS細胞由来の胚体内胚葉細胞を産生する方法は、分化条件下で、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹細胞を培養し、前記胚体内胚葉細胞を得ることと、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹細胞をDNA脱メチル化剤に曝露することとを含むと記載される場合がある。
本発明による方法で使用される前記DNA脱メチル化剤は、DNAメチルトランスフェラーゼ酵素活性を妨害する任意の化合物を含む場合がある。適当なDNA脱メチル化剤は、例えば5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)又はゼブラリンのシチジン類似体などのヌクレオシド類似体タイプ、及びプロカイン、RG108、S−5−アデノシル−L−ホモシステイン、コーヒー酸、クロロゲン酸、没食子酸エピガロカテキン、ヒドララジン塩酸塩、プロカインアミド塩酸塩又はプサムマプリンAなどの非ヌクレオシドタイプである。
よって、本発明の方法で使用されるDNA脱メチル化剤は、前記ヌクレオシド類似体タイプの1つであってもよい。また、本発明の方法で使用される前記DNA脱メチル化剤は、前記非ヌクレオシドタイプの1つであってもよい。また、本発明の方法で使用される前記DNA脱メチル化剤は、両方のタイプの混合物であってもよい。
本発明の方法で使用される場合がある前記ヌクレオシド類似体タイプのDNA脱メチル化剤の非限定的な例は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)及びゼブラリンである。前記非ヌクレオシドタイプの非限定的な例は、プロカイン、RG108、S−5−アデノシル−L−ホモシステイン、コーヒー酸、クロロゲン酸、没食子酸エピガロカテキン、ヒドララジン塩酸塩、プロカインアミド塩酸塩又はプサムマプリンAである。
よって、本発明の方法で使用される前記DNA脱メチル化剤は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)、ゼブラリン、プロカイン、RG108、S−5−アデノシル−L−ホモシステイン、コーヒー酸、クロロゲン酸、没食子酸エピガロカテキン、ヒドララジン塩酸塩、プロカインアミド塩酸塩、プサムマプリンA及びそれらの組み合わせからなる群から選択される1つである場合がある。
本発明の方法で使用される前記DNA脱メチル化剤は、例えば、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)、ゼブラリン、プソイドイソシチジン、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン、2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)又はシトシン−ベータ−D−アラビノフラノシドなどのシチジン類似体である場合がある。
よって、本発明の方法で使用される前記DNA脱メチル化剤は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン及び2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)からなる群から選択されるシチジン類似体である場合がある。
よって、本発明の方法で使用される前記DNA脱メチル化剤は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)及び5−アザシチジン(アザシチジン)からなる群から選択されるシチジン類似体であってもよい。また、本発明の方法で使用される前記DNA脱メチル化剤は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)又は5−アザシチジン(アザシチジン)ではないシチジン類似体であってもよい。よって、本発明の方法で使用される前記DNA脱メチル化剤は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン及び2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)からなる群から選択されるシチジン類似体である場合がある。
よって、本発明の方法で使用される前記DNA脱メチル化剤は、5−アザ−2−デオキシシチジンである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、5−アザシチジンである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、ゼブラリンである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、プソイドイソシチジンである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、5−フルオロ−2−デオキシシチジンである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジンである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジンである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、6−アザシチジンである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)である場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、シトシン−ベータ−D−アラビノフラノシドである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、プロカインである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、RG108である場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、S−5−アデノシル−L−ホモシステインである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、コーヒー酸である場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、クロロゲン酸である場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、没食子酸エピガロカテキンである場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、ヒドララジン塩酸塩である場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、プロカインアミド塩酸塩である場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、プサムマプリンAである場合がある。
前記分化期のhPS細胞は、1種のDNA脱メチル化剤に曝露されるだけでなく、2、3、4、5、6又は7種の上述のDNA脱メチル化剤の組み合わせのように、1又は2種以上のさらなるDNA脱メチル化剤に曝露されてもよい。
前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、例えば、2種の上述のDNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザシチジン(アザシチジン)及び5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)の組み合わせか、5−アザシチジン及びゼブラリンの組み合わせかに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザシチジン(アザシチジン)及び5,6−ジヒドロ−5−アザシチジンの組み合わせに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)及び5,6−ジヒドロ−5−アザシチジンの組み合わせに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザシチジン(アザシチジン)及び2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジンの組み合わせに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)及び2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジンの組み合わせに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザシチジン(アザシチジン)及び6−アザシチジンの組み合わせに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)及び6−アザシチジンの組み合わせに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザシチジン(アザシチジン)及び2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)の組み合わせに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)及び2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)の組み合わせに曝露される場合がある。
また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザ−2−デオキシシチジンと、プロカイン、RG108、S−5−アデノシル−L−ホモシステイン、コーヒー酸、クロロゲン酸、没食子酸エピガロカテキン、ヒドララジン塩酸塩、プロカインアミド塩酸塩及びプサムマプリンAのうち1つとの組み合わせなどのヌクレオシド類似体タイプのDNA脱メチル化剤と非ヌクレオシドタイプのDNA脱メチル化剤との組み合わせに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、3種の上述のDNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、5−アザシチジン(アザシチジン)、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)及びゼブラリンの組み合わせに曝露される場合がある。
前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、一般に、約1nMないし約10μMの範囲例えば約1nMないし約5μMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。
前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、例えば、約1nMないし約1μMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約500nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約250nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約100nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約50nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約25nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約15nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約10nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約500nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約250nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約100nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約50nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約25nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約15nMの範囲例えば約10nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約7.5nMないし約250nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約7.5nMないし約100nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約7.5nMないし約50nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約7.5nMないし約25nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約7.5nMないし約12.5nMの範囲の濃度の前記DNA脱メチル化剤に曝露される場合がある。
例えば、5−アザ−2−デオキシシチジンが前記DNA脱メチル化剤として使用される場合、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、1nMないし約1μMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約500nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約250nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約100nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約50nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約25nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約15nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約1nMないし約10nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約500nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。よって、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約250nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約100nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約50nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約25nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約5nMないし約15nMの範囲例えば約10nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約7.5nMないし約250nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約7.5nMないし約100nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約7.5nMないし約50nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約7.5nMないし約25nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。また、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、約7.5nMないし約12.5nMの範囲の濃度の5−アザ−2−デオキシシチジンに曝露される場合がある。
5−アザシチジン又はゼブラリンが前記DNA脱メチル化剤として使用される場合に、同様の濃度が用いられてもよい。また、例えば、プソイドイソシチジン、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン、2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)又はシトシン−ベータ−D−アラビノフラノシド、特に、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン又は2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)などの他のシチジン類似体の場合に、同様の濃度が用いられてもよい。
前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、多能性幹細胞段階と内胚葉段階の間のいかなる段階で前記DNA脱メチル化剤に曝露されてもよい(又は前記DNA脱メチル化剤で処理されてもよい)。よって、前記DNA脱メチル化剤への曝露は、哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞のDE細胞への分化の間に行われる場合がある。
前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞が、分化2日目ないし7日目の間のような、細胞倍加時間によって証明される最大の増殖能を示すときに、前記分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞が、通常、前記ヌクレオシド類似体タイプの前記DNA脱メチル化剤(例えば、5アザ−2デオキシシチジン、5−アザシチジン、ゼブラリン)に曝露される。よって、前記DNA脱メチル化剤は、分化2日目に、分化培地に添加される場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、分化3日目に、分化培地に添加される場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、分化4日目に、分化培地に添加される場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、分化5日目に、分化培地に添加される場合がある。また、前記DNA脱メチル化剤は、分化6日目に、分化培地に添加される場合がある。前記非ヌクレオシドタイプのDNA脱メチル化剤(例えば、プロカイン、RG108、S−5−アデノシル−L−ホモシステイン)は、効果を生じるのに細胞増殖が必要ないので、分化プロトコールの任意の時点で添加することができる。
驚くべきことに、分化期の哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞のDNA脱メチル化剤での処理が、胚体内胚葉細胞の改良された形態及び改善された産生量をもたらすことを発見した。また、脱メチル化剤での処理が、より純粋で均一な内胚葉細胞集団をもたらす(図1A〜B)。また、驚くべきことに、DNA脱メチル化剤での処理は、内胚葉細胞での幹細胞マーカーOct4の発現の有意なダウンレギュレーション(図1C及びD)と、DE特異的マーカーsox17、cxcr4及びhhexの改善されたタンパク質及び遺伝子発現とをもたらす(図1D)。哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞の胚体内胚葉への分化に関与するDNA脱メチル化及び増殖因子の適用で、かかる効果が示されることは初めてであると考えられる。理論に拘束されることなく、ゲノムレベルで関与する増殖因子の作用は、メチル化の広範な非存在により増強されると理解される。
本発明の開始材料は、哺乳類胚性幹細胞又は哺乳類人工多能性幹細胞などのいかなるタイプの哺乳類多能性幹細胞であってもよい。
本発明で使用される前記哺乳類多能性幹細胞は、例えば、ヒト多能性幹細胞、霊長類多能性幹細胞、マウス多能性幹細胞、ラット多能性幹細胞、イヌ多能性幹細胞、ネコ多能性幹細胞、ブタ多能性幹細胞、ウシ多能性幹細胞又はウマ多能性幹細胞である場合がある。
特に、本発明の開始材料は、ヒト胚性幹(hES)細胞又はヒト人工多能性幹(hiPS)細胞などのいかなるタイプのヒト多能性幹細胞であってもよい。
よって、DE細胞を得るための開始材料として使用される前記ヒト多能性幹細胞は、ヒト胚性幹細胞である場合がある。かかるhES細胞を得るための種々の技術は、当業者に公知である。しかし、好ましくは、本発明による使用のための前記hES細胞は、例えば、チャンら(2008)に記載され、さらにメルカデルらによりEssential Stem Cell Methods(第1版,2009)に記載された単一割球除去法を使用することなどにより、ヒト胚を破壊することなく得られた(又は入手された)hES細胞である。使用に適したhES細胞株は、NIH幹細胞レジストリー、英国幹細胞バンク及び欧州hESCレジストリーに収載され、依頼に応じて入手可能な、例えば、細胞株SA167、SA181、SA461(セラーティス社,ヨーテボリ,スウェーデン)である。他の使用に適した細胞株は、全て、(アドバンスト・セル・テクノロジー社ウースター,マサチューセッツ州,米国に割り当てられ)国際幹細胞レジストリーで収載された、細胞株MA01及びMA09などのクリマンスカヤら(2006)により樹立された細胞株と、細胞株MA126、MA127、MA128及びMA129などのチャンら(2008)により樹立された細胞株とである。
また、内胚葉細胞及び/又は肝前駆細胞を得るための開始材料として使用される場合があるヒト多能性幹細胞は、ヒト人工多能性幹細胞である場合がある。かかるhiPS細胞を得るための種々の技術は、科学文献に記載され、よって、当業者に公知である[例えば、タカハシら(2007);チョウら(2009);Essentials of Stem Cell Biology(第2版)のユー及びトムスン参照]。
本発明の開始材料は、哺乳類胚性幹細胞又は哺乳類人工多能性幹細胞などのいかなるタイプの哺乳類多能性幹細胞であってもよく、該哺乳類多能性幹細胞はヒト多能性幹細胞ではない。
哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞をDE細胞に分化させるための適切な条件は、公知である(例えば、ハイ2008,ブローレン2010及びデュアン2010参照)。例えば、国際公開第2009/013254号A1には、hPS細胞から胚体内胚葉細胞を得るための適切なプロトコールが記載される(実施態様1から4)。
一般に、内胚葉細胞を得るために、哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、アクチビンA又はBなどのアクチビンを含む分化培地で培養される。前記分化培地は、酪酸ナトリウム(NaB)、フェニル酪酸(PB)、バルプロ酸、トリコスタチンA、エンチノスタット又はパノビノスタットなどのヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害剤をさらに含む場合がある。前記分化培地は、FGF1、FGF2及びFGF4などの1又は2種以上の増殖因子、及び/又はFBS又はFCSなどの血清をさらに含む場合がある。前記分化培地は、例えばCHIR99021などのGSK3−阻害剤、又はWnt3AなどのWntシグナル活性化剤を含む場合がある。前記分化培地は、LY294002などのPI3K(ホスホイノシチド3キナーゼ)阻害剤をさらに含む場合がある。
アクチビンの濃度は、通常、約50ないし約150ng/ml例えば約80ないし約120ng/mlの範囲である。例えば、アクチビンは、約50ng/ml又は約100ng/mlの濃度で、分化培地に含まれる場合がある。前記HDAC阻害剤の濃度は、通常、約0.5ないし約2mMの範囲である。前記HDAC阻害剤は、例えば、約0.5mM又は約1mMの濃度で分化培地に含まれる場合がある。前記1又は2種以上の増殖因子の濃度は、使用される特定の化合物により異なってもよい。例えば、FGF2の濃度は、通常、約2ないし約50ng/ml例えば約2ないし約10ng/mlの範囲である。FGF2は、例えば、約4又は約5ng/mlの濃度で、分化培地に含まれる場合がある。例えば、FGF1の濃度は、通常、約50ないし約200ng/ml例えば約80ないし約120ng/mlの範囲である。FGF1は、例えば、約100ng/mlの濃度で分化培地に含まれる場合がある。例えば、FGF4の濃度は、通常、約20ないし約40ng/mlの範囲である。FGF4は、例えば、約30ng/mlの濃度で分化培地に含まれる場合がある。含まれる場合、血清の濃度は、通常、例えば約0.1ないし約0.5%、約0.2ないし約1.5%v/v、約0.2ないし約1%v/v、約0.5ないし1%v/v又は約0.5ないし約1.5%v/vなどの約0.1ないし約2%v/vの範囲である。血清は、例えば、約0.2%v/v、約0.5%v/v又は約1%v/vの濃度で、分化培地に含まれる場合がある。含まれる場合、前記GSK3阻害剤の濃度は、通常、約0.05ないし約5μMなどの約0.1ないし約10μMの範囲である。含まれる場合、前記Wntシグナル活性化剤の濃度は、通常、約0.05ないし約10ng/ml例えば約0.5ないし約5μMの範囲である。前記PI3K阻害剤の濃度は、例えば、通常、約0.1ないし10μM例えば約1ないし5μMの範囲である。
分化培地は、PEST及び/又はグルタマックスなどの他のサプリメントをさらに含んでもよい。また、分化培地は、ROCK阻害剤をさらに含んでもよい。PESTの濃度は、通常、約0.1ないし約0.5%v/v、例えば、約0.1ないし約0.25%v/vの範囲である。グルタマックスの濃度は、通常、約0.5ないし約1.5%v/vの範囲、例えば、約0.75ないし1.25%v/v、例えば約1%v/vである。また、分化培地は、ROCK阻害剤をさらに含んでもよい。前記ROCK阻害剤の濃度は、通常、約1ないし約10μMの範囲、例えば、約2.5ないし約7.5μM、例えば約5μMである。
分化培地の基礎を形成する培地は、RPMI 1640又はアドバンストRPMI 1640培地、ダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)、HCM培地、HBM培地又はウィリアムE基礎培地などの哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞を培養するのに適したいかなる培地であってもよい。よって、前記分化培地は、上述の成分を含む又は補充したRPMI 1640又はアドバンストRPMI 1640培地である場合がある。また、分化培地は、上述の成分を含む又は補充したDMEMであってもよい。よって、分化培地は、上述の成分を含む又は補充したHCM培地であってもよい。よって、分化培地は、上述の成分を含む又は補充したHBM培地であってもよい。よって、分化培地は、上述の成分を含む又は補充したウィリアムE基礎培地であってもよい。
内胚葉分化のため、哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、上述のようなアクチビン含有分化培地で、最大10日間正常に培養される。前記哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞は、例えば、約4ないし約9日間、約4ないし約7日間又は約7ないし約9日間などの約4ないし約10日間、前記分化培地中で培養される場合がある。
哺乳類多能性幹細胞、特に、hPS細胞から胚体内胚葉細胞を得るための基本的な、非限定的な培養条件が、本明細書の実施例2に記載される。
また、本発明の内胚葉細胞は、ゼノフリー(xeno−free)条件下で得られる場合がある。よって、このように、本発明の方法で使用される前記開始材料は、動物由来成分を含まない条件下で得られた又は樹立されたゼノフリーhPS細胞又は細胞株などのゼノフリー物質であってもよい。また、本発明の方法を通じて、細胞は、真にゼノフリーの内胚葉細胞を生じさせるゼノフリー条件下で、完全に培養されてもよい。かかる細胞又は細胞株は、ゼノフリーではない細胞中の非ヒトのシアル酸Neu5Gc又は他の非ヒトマーカーの存在によって、ゼノフリーではない組成物から区別することができる(マーティンら2005)。
本発明の方法の結果として、当技術の方法の現在利用可能な状態と比較して、改良された特徴を有する内胚葉細胞例えばDE細胞が得られる。
本発明により得られた胚体内胚葉細胞の集団又は細胞組成物は、DNA脱メチル化剤で処理せずに得られた細胞集団又は細胞組成物と比較して、Oct4のような幹細胞マーカーの改良されたより低い発現を示す。また、胚体内胚葉細胞の集団又は細胞組成物は、胚体内胚葉細胞に特徴的な多くのマーカー、特に、sox17、cxcr4及びhhexの増加した遺伝子発現を示す。また、得られた胚体内胚葉細胞の集団又は細胞組成物は、DNA脱メチル化剤で処理せずに得られた胚体内胚葉細胞の集団又は細胞組成物と比較して、より高純度で均一である。
本発明の前記1つ又は複数の細胞組成物は、細胞の少なくとも70%例えば75%、80%、90%又は95%が本発明の内胚葉細胞である点で、さらに、特徴付けられてもよい。
一旦得られた本発明の前記1つ又は複数の内胚葉細胞、又は前記1つ又は複数の細胞組成物が、腸、膵臓、肝臓及び/又は肺の細胞又は組織を産生するためにさらに使用されてもよい。本発明の前記1つ又は複数の内胚葉細胞、又は前記1つ又は複数の細胞組成物が、例えば、肝前駆細胞か、又は肝組織を含む十分に成熟した肝細胞様細胞かを産生するために使用されてもよい。また、本発明の前記1つ又は複数の内胚葉細胞、又は前記1つ又は複数の細胞組成物が、膵前駆細胞か、又は膵星細胞又はランゲルハンス細胞又は膵臓組織などの十分に成熟した膵臓細胞かを産生するために使用されてもよい。
また、本発明の前記1つ又は複数の内胚葉細胞、又は前記1つ又は複数の細胞組成物が、創薬プロセス又は毒性試験などの医薬品及び毒性スクリーニングでさらに使用されてもよい。
また、本発明は、キットを提供する。かかるキットは、本発明の方法、すなわち、ヒト多能性幹細胞などの哺乳類多能性幹細胞から胚体内胚葉細胞を産生するための本発明の方法を実施するのに、特に有用である。本発明によるキットは、少なくとも1種のDNA脱メチル化剤を含む。
上述のように、本発明の方法で使用される成分に関して本明細書に記載される詳細が、本発明のキットに含まれる成分にも適用されることが理解される。
よって、本発明のキットに含まれる少なくとも1種のDNA脱メチル化剤は、例えば、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)、ゼブラリン、プソイドイソシチジン、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン、2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)又はシトシン−ベータ−D−アラビノフラノシドなどのシチジン類似体である場合がある。
本発明のキットに含まれる少なくとも1種のDNA脱メチル化剤は、例えば、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン及び2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)からなる群から選択されるシチジン類似体である場合がある。
本発明のキットに含まれる少なくとも1種のDNA脱メチル化剤は、例えば、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)又は5−アザシチジン(アザシチジン)であってもよい。また、本発明のキットに含まれる少なくとも1種のDNA脱メチル化剤は、例えば、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)又は5−アザシチジン(アザシチジン)ではないシチジン類似体であってもよい。
本発明のキットは、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹細胞をさらに含む場合がある。よって、本発明のキットは、哺乳類胚性幹細胞、特に、ヒト胚性幹細胞、及び/又は哺乳類人工多能性幹細胞、特に、ヒト人工多能性幹細胞を含む場合がある。前記哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹細胞は、細胞懸濁液として適切に提供されてもよく、凍結状態で提供されてもよい。
本発明のキットは、アクチビンA又はBなどのアクチビンをさらに含む場合がある。
本発明のキットは、FGF1、FGF2及びFGF4などの1又は2種以上の増殖因子、及び/又はFBS又はFCSなどの血清をさらに含む場合がある。
本発明のキットは、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)又は5−アザシチジン(アザシチジン)と、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト胚性幹細胞又はヒト人工多能性幹細胞などのヒト多能性幹細胞とを含む場合がある。
本発明のキットは、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)又は5−アザシチジン(アザシチジン)と、アクチビンA又はBなどのアクチビンと、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト胚性幹細胞又はヒト人工多能性幹細胞などのヒト多能性幹細胞とを含む場合がある。
本発明のキットの成分は、同じ又は別の容器で提供されてもよい。例えば、前記少なくとも1種のDNA脱メチル化剤及びアクチビンは、同じ容器で提供されてもよい。哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹細胞がキットに含まれている場合、前記哺乳類多能性幹細胞、例えば、ヒト多能性幹細胞は、一般に、他の成分を含む1個又は複数の容器とは異なる容器で提供される。
また、本発明は、組成物を提供する。かかる組成物は、哺乳類多能性幹細胞、特に、ヒト多能性幹細胞から胚体内胚葉細胞を産生するのに特に有用である。本発明の組成物は、少なくとも1種のDNA脱メチル化剤と、アクチビンA又はBなどのアクチビンとを含む。
上述のように、本発明の方法で使用される成分に関して本明細書に記載される詳細が、本発明の組成物に含まれる成分にも適用されることが理解される。
よって、本発明の組成物に含まれる少なくとも1種のDNA脱メチル化剤は、例えば、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)、ゼブラリン、プソイドイソシチジン、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン、2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)又はシトシン−ベータ−D−アラビノフラノシドなどのシチジン類似体である場合がある。
本発明の組成物に含まれる少なくとも1種のDNA脱メチル化剤は、例えば、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン及び2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)からなる群から選択されるシチジン類似体である場合がある。
本発明の組成物に含まれる少なくとも1種のDNA脱メチル化剤は、例えば、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)又は5−アザシチジン(アザシチジン)であってもよい。また、本発明の組成物に含まれる少なくとも1種のDNA脱メチル化剤は、例えば、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)又は5−アザシチジン(アザシチジン)ではないシチジン類似体であってもよい。
本発明の組成物は、FGF1、FGF2及びFGF4などの1又は2種以上の増殖因子、及び/又はFBS又はFCSなどの血清をさらに含んでもよい。
よって、本発明の組成物は、5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)と、アクチビンA又はBなどのアクチビンとを含んでもよい。
本発明の組成物は、5−アザシチジン(アザシチジン)と、アクチビンA又はBなどのアクチビンとを含む場合がある。
定義
本明細書で用いられるところの「多能性の」又は「多能性」は、3種の胚葉(内胚葉、中胚葉及び外胚葉)の全ての種類の特殊化した細胞を形成する可能性を指し;子に発達可能な完全な胚を形成する能力である「全能性の」又は「全能性」とは区別されなければならない。
本明細書で用いられるところの「ヒト多能性幹細胞」(hPS)は、適当な条件下で、自己再生する能力と、3種の胚葉(内胚葉、中胚葉及び外胚葉)のあらゆる種類の特殊化した細胞を形成する能力とを有するヒト細胞を指す。hPS細胞は、8〜12週齢のSCIDマウスでテラトーマを形成する能力及び/又は組織培養で3種全ての胚葉の同定可能な細胞を形成する能力を有する場合がある。ヒト胚性幹(hES)細胞を含む種々のタイプの胚細胞(例えばトムスンら(1998)、ハインズら(2004)参照)及び人工多能性幹細胞[例えば、タカハシら(2007);チョウら(2009);ユー及びトムスン in Essentials of Stem Cell Biology(第2版)参照]が、ヒト多能性幹細胞の定義に含まれる。本明細書に記載される種々の方法は、種々の源からのhPS細胞を利用してもよい。例えば、使用に適したhPS細胞は、例えば、チャンら(2008)に記載され、さらにメルカデルらによりEssential Stem Cell Method(第1版,2009)に記載された単一割球除去法を使用することによる非破壊法の使用により、発生中の胚から得られたものである場合がある。さらに又はあるいは、適当なhPS細胞は、樹立された細胞株から得られてもよく、また、成体幹細胞であってもよい。
本明細書で用いられるところの「hiPS細胞」は、ヒト人工多能性幹細胞を指す。hiPS細胞は、SSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、Oct−4、Sox2、Nanog及びLin28などの多能性に関連する遺伝子の発現の誘導による、非多能性細胞、典型的には、成体体細胞由来の多能性幹細胞の一種である。
本明細書で用いられるところの「胚体内胚葉(DE)」、「胚体内胚葉の細胞」及び「胚体内胚葉細胞(DE細胞)」は、胚体内胚葉細胞か、胚体内胚葉細胞に似た有意な数の細胞を含む組成物かに典型的な、タンパク質及び/又は遺伝子発現及び形態を示す細胞を指す。胚体内胚葉は、腸、膵臓、肝臓及び肺の細胞を生じる胚葉細胞(germ cell layer)である。DE細胞は、内胚葉マーカーFOXA2、CXCR4、HHEX、SOX17、GATA4及びGATA6の正の遺伝子及びタンパク質発現により、特徴付けられ、このように、同定される場合がある。前記2種のマーカーSOX17及びCXCR4は、DEに特異的であり、hPS細胞では検出されない。最後に、DE細胞は、未分化細胞マーカーOct4、SSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81の遺伝子及びタンパク質発現を示さないが、低Nanog発現を示し得る。
本明細書で用いられるところの「肝前駆体」又は「肝前駆細胞」は、肝細胞経路に入った、肝細胞を生じる細胞を指す。よって、「肝前駆体」は、それらが腸、膵臓及び肺の細胞に発達する可能性を失ったという点で、「内胚葉細胞」から区別される。「肝前駆体」は、一般に、初期肝マーカーEpCAM、c−Met(HGF受容体)、AFP、CK19、HNF6、C/EBPα及びβの正の遺伝子及びタンパク質発現により、特徴付けられ、このように、同定される場合がある。肝前駆体は、DEマーカーCXCR4及びSOX17の遺伝子及びタンパク質発現を示さない。最後に、「肝前駆体」は、未分化細胞マーカーOct4、SSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60及びTRA−1−81の遺伝子及びタンパク質発現を示さず、また成熟肝マーカーCYP1A2、CYP2C9、CYP19、CYP3A4、CYP2B6及びPXRの遺伝子及びタンパク質発現も示さない。
本明細書で用いられるところの「肝細胞」又は「肝細胞様細胞」は、十分に分化した肝細胞を指す。「肝細胞」又は「肝細胞様細胞」は、一般に、成熟肝マーカーCYP1A2、CYP3A4、CYP2C9、CYP2C19、CYP2B6、GSTA1−1、OATP−2、NTCP、アルブミン、PXR、CAR及びHNF4a(アイソフォーム1+2)などの正の遺伝子及びタンパク質発現により特徴付けられ、このように、同定される場合がある。また、「肝細胞」又は「肝細胞様細胞」は、未分化細胞マーカーOct4、SSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60及びTRA−1−81の遺伝子及びタンパク質発現を示さない。DE細胞と比較して、「肝細胞」又は「肝細胞様細胞」は、DE細胞マーカーSOX17及びCXCR4の遺伝子及びタンパク質発現を示さない。「肝前駆体」と比較して、「肝細胞」又は「肝細胞様細胞」は、肝前駆体マーカーサイトケラチン19及びAFPの遺伝子及びタンパク質発現を示さない。
本明細書で意味する場合、遺伝子又はタンパク質が「発現する」と解釈されるのは、実験で、前記遺伝子又はタンパク質の発現レベルを測定するときに、測定された発現レベルが測定の標準偏差の3倍より大きく、前記発現レベル及び標準偏差が発現レベルの10の別々の測定で測定されるときである。10の別個の測定での発現レベルの測定は、好ましくは、バックグラウンドシグナルに対して補正される。
本明細書で用いられるところのHDAC阻害剤は、酪酸ナトリウム(「NaB」)、フェニル酪酸(「PB」)、トリコスタチンA及びバルプロ酸(「VA」)などのヒストン脱アセチル化酵素阻害剤を指す。
本明細書で用いられるところの「GSK阻害剤」は、グリコーゲン合成酵素キナーゼ(特に、GSK3α又はGSK3βを含むGSK3)を阻害する化合物を指す。
本明細書で用いられるところの「Wntシグナル活性化剤」は、Wntシグナルを活性化する化合物を指す。
本明細書で用いられるところのDNA脱メチル化剤は、例えば、シチジン類似体のようなヌクレオシド類似体、特に5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)及びゼブラリン、及び非ヌクレオシドタイプ例えばRG108、S−5−アデノシル−L−ホモシステイン及びプロカインなどのDNAメチルトランスフェラーゼ酵素活性を妨害する化合物を意味することを意図する。
本明細書で用いられるところの「FGF」は線維芽細胞増殖因子を意味し、好ましくは、ヒト及び/又は組換え起源であり、それらに属するサブタイプは、例えば「bFGF」(塩基性線維芽細胞増殖因子を意味し、FGF2とも称される場合がある)及びFGF4である。「aFGF」は、酸性線維芽細胞増殖因子(FGF1とも称される場合がある)を意味する。
本明細書で用いられるところの「アクチビン」という用語は、例えば、「アクチビンA」又は「アクチビンB」などの細胞増殖及び分化の調節を含む広範な生物活性を示すTGF−βファミリーメンバーを意味することを意図する。アクチビンは、リガンドの一般的なTGF−βスーパーファミリーに属する。
本明細書で用いられるところの「ROCK阻害剤」という用語は、ROCK Rho結合タンパク質キナーゼ活性の阻害剤を意味することを意図する。
本明細書で用いられるところの「ゼノフリー(xeno−free)」という用語は、非ヒト動物成分への直接又は間接的な曝露の完全な回避を意味することを意図する。
hPS分化の間の5−アザ−デオキシシチジン処理あり及びなしのhESC及びhiPSC由来の胚体内胚葉細胞(基本プロトコールA及びBで得られた)の特性化 同上 同上 同上 同上 同上 hPS分化の間の5−アザ−デオキシシチジン処理ありの27種の異なるhESC及びhiPSC株由来の胚体内胚葉細胞(それぞれ、基本プロトコールA及びBで得られた)の特性化 同上 同上 同上 hPS分化の間の5−アザ−デオキシシチジン又は5−アザシチジンでの処理あり又はなしの3種のhESC及びhiPSC株由来の胚体内胚葉細胞(それぞれ、基本プロトコールA及びBで得られた)の特性化 同上
一般的な培養及び継代技術の例が、国際公開第2004/099394号、国際公開第2003/055992号、国際公開第2007/042225号、国際公開第2007/140968号、国際公開第2011116930号の出願で開示される。
以下の実施例に記載されるように、開始材料は、ヒト多能性幹細胞、特に、ヒト胚性幹細胞及びヒト人工多能性幹細胞である。
hPS細胞型のメンテナンス
全ての(上で定義した)hPS細胞が、本発明の開始材料として使用することができる。以下の例では、特に、胚体内胚葉は、mEFフィーダー細胞で、樹立された未分化ヒト胚性幹細胞(hESC)からインビトロで誘導され(ハインズら2004)、フィーダーを含まない条件下で、維持された。本実験で使用される細胞株は、限定されるものではないが、hES細胞株SA167、SA181、SA461(セラーティス アーベー,ヨーテボリ,スウェーデン)であり、それらはハインズら2004によって記載されるように増殖させることができる。これらの細胞株は、NIH幹細胞レジストリー、英国幹細胞バンク及び欧州hESCレジストリーに収載され、依頼に応じて入手可能である。
hESCから得られたhPSとともに、hiPS(ヒト人工多能性幹)細胞も、本発明の実施例の肝細胞の誘導のために使用された。
本発明で使用されるhiPSC株は、以下のように誘導される:ヒト皮膚線維芽細胞(CRL2429、ATCC)は、空気中5%CO2の加湿雰囲気下で、37℃で、10%ウシ胎仔血清、グルタマックス(1x)、5U/mlのペニシリン及び5μg/mlのストレプトマイシンが追加されたDMEMで維持された。線維芽細胞は、マウスOct4、Sox2、Klf4及びc−mycをエンコードする組換体レンチウイルスで形質導入され、5日間培養された。その後、形質導入された細胞は、トリプシンで分散し、それらの通常の増殖培地中に5x103細胞/cm2の密度で、マイトマイシンC処理ヒト皮膚線維芽細胞フィーダー細胞上に播種した。24時間後、空気中5%CO2の加湿雰囲気下で、37℃で、前記培地を20%ノックアウト血清リプレースメント、1x非必須アミノ酸、グルタマックス(1x)、5U/mlのペニシリン、5μg/mlのストレプトマイシン、100μMの2−メルカプトエタノール及び30ng/mlのbFGFを追加したノックアウトDMEMで交換した。培地の体積の半分を毎日交換し、約30日後、iPS細胞のコロニーが出現した。iPSコロニーを採取し、DEF−CS(登録商標)で増大し、細胞バンクを調製した。その後、保存された細胞は、内在性Oct4、Sox2、Klf4及びc−Mycの発現、導入遺伝子のサイレンシング、インビトロでの3種全ての胚葉の代表的な細胞型へ分化する可能性を検査し、STRプロファイリング及び親の線維芽細胞の細胞株(ATCC)との比較によりそれらの確実性を確認することにより特徴付けられた。レンチウイルスを用いた初期化の他に、hiPSC株は、レトロウイルス、センダイウイルス、アデノウイルス、エピソームプラスミドベクター、タンパク質及びmRNA又は他の技術を用いて初期化することができる。他の使用に適した細胞株は、全てが国際幹細胞レジストリーで収載された、細胞株MA126、MA127、MA128及びMA129(アドバンスト・セル・テクノロジー社ウースター,マサチューセッツ州,米国)などのチャンら(2008)により樹立された細胞株である。これらの細胞株は、単一割球除去法を使用することにより、ヒト胚を破壊することなく得られた(又は入手された)。
肝細胞様細胞を産生するためのhPS細胞型の分化
肝細胞様細胞は、以下の典型的な基本プロトコールA及びBを使用することにより、hPS細胞から誘導されてもよい。
プロトコールA:
未分化hPS細胞が分離され、新たに調製した0日目培地に、直接播種された。異なる培地が新たに調製され、0、1、2、3、4、5、7日目に添加された。前処理培地は、セレクティス アーベー(アルヴィド ヴァーグレーンス ベッカ 20、41356 ヨーテボリ、スウェーデン)から入手可能である。
0日目
前処理培地
CHIR99021 3μM
ROCK阻害剤 5μM
1日目
前処理培地
CHIR99021 3μM
2日目
RPMI 1640(+0.1%PEST、+1%グルタマックス)
B27(1x)
アクチビンA 50ng/ml
CHIR99021 3μM
LY294002 5μM
3日目
RPMI 1640(+0.1%PEST、+1%グルタマックス)
B27(1x)
アクチビンA 50ng/ml
LY294002 5μM
4〜7日目
RPMI 1640(+0.1%PEST、+1%グルタマックス)
B27(1x)
アクチビンA 50ng/ml
7日目に、細胞が継代される。細胞は、37℃で、TrypLE Selectで3〜7分間インキュベートされ、同量のVitroHESが添加され、細胞懸濁液が200〜300gで、5〜6分間遠心分離された。その後、細胞は、50000〜350000細胞/cm2、例えば、100000〜300000細胞/cm2などの好ましくは150000細胞/cm2の細胞密度で、フィブロネクチン系コーティング上に再播種される。
プロトコールB:
未分化hPS細胞が分離され、新たに調製した0日目培地に、直接播種された。異なる培地が新たに調製され、0、1、2、3、4、5、7日目に添加された。前処理培地は、セレクティス アーベー(アルヴィド ヴァーグレーンス ベッカ 20、41356 ヨーテボリ、スウェーデン)から入手可能である。
0日目
前処理培地
CHIR99021 3μM
ROCK阻害剤 5μM
1日目
RPMI 1640(+0.1%PEST、+1%グルタマックス)
B27(1x)
アクチビンA 50ng/ml
CHIR99021 3μM
LY294002 5μM
2日目
RPMI 1640(+0.1%PEST、+1%グルタマックス)
B27(1x)
アクチビンA 50ng/ml
LY294002 5μM
3〜7日目
RPMI 1640(+0.1%PEST、+1%グルタマックス)
B27(1x)
アクチビンA 50ng/ml
継代d7については、プロトコールAを参照されたい。
DNA脱メチル化で処理したhESC及びhiPS細胞での改良された胚体内胚葉表現型の検証
手順:
基本プロトコールAに続いて(hESC及びhiPSC由来の胚体内胚葉の両方で)、細胞が、プレ内胚葉段階の間の異なる時点で、異なる期間、例えば、プロトコールの2〜3、2〜4、3〜4及び4〜6日目に、10nM 5−アザ−2−デオキシシチジンで処理された(hESC−DE:5azadCなし n=4、5azadC d2−3 n=4、d3−4 n=1、d2−4 n=1、d4−6 n=1;hiPSC−DE:5azadCなし n=5、5azadC d2−3 n=5、d3−4 n=2、d2−4 n=1、d4−6 n=1;nは個々の実験の数である)。
mRNA発現の解析のために、hESC及びhiPSC由来のDE細胞が、プロトコールの7日目に収集され、遺伝子発現がqRT−PCRを用いて解析され、ハウスキーピング遺伝子CREBBPに対して正規化され、結果が較正物質に対して正規化された相対定量として表わされた。
結果:
図1A:
2〜3日目に10nMの5−アザ−2−デオキシシチジンで処理されたhESCに由来するDE(図1A2)は、未処理の対照DE(図1A1)と比較して、より均一であり、より顕著な細胞間接着を有する。対照DEでのより高いOct4の発現及びNanog mRNAの発現に従って(図1Dを比較)、対照DEでの未分化細胞の存在に留意されたい(図1A1)。2〜4、3〜4及び4〜6日に、100nMの5−アザ−2−デオキシシチジンで細胞を処理したときにも、同様の結果が得られた。1nMの5−アザ−2−デオキシシチジンは、効果がより低かった(データは示されない)。
図1B:
2〜3日目に10nMの5−アザ−2−デオキシシチジンで処理したHiPSC由来のDE(図1B2)は、対照DE(図1B1)と比較して、よりコンフルエントであり、より顕著な細胞間接着を有する。2〜4、3〜4及び4〜6日に、100nMの5−アザ−2−デオキシシチジンで細胞を処理したときにも、同様の結果が得られた。1nMの5−アザ−2−デオキシシチジンは、効果がより低かった(データは示されない)。
図1C:
2〜3日目に10nMの5−アザ−2−デオキシシチジンで処理したHiPSC由来のDEは、未処理の対照と比較して、7日目にはるかに少ないOct4−免疫陽性細胞を有し、すなわち、より少ない未分化細胞が残り、脱メチル化剤での処理後、DEはより均一である。
図1D:
未処理の対照と比較して、2〜3、3〜4、2〜4及び4〜6日目に10nMの5azadCで処理したhESC及びhiPSC由来のDEでは、幹細胞マーカーOct4の発現は、はるかに低かった(図1D1)。5azadC処理hESC由来のDEでは、幹細胞マーカーNanogのmRNA発現が大幅に減少したのに対して、hiPSC由来のDEでは、幹細胞マーカーNanogのmRNA発現は主に影響を受けない(図1D1)。未処理の対照と比較して、5azadC処理hESC及びhiPSC由来のDEで、DEマーカーSox17、Cxcr4、FoxA2及びhHexの発現は増加し、効果はhiPSC由来のDEと比較してhESC由来のDEでより強い(図1D3〜6)。Sox7のmRNAレベルを増加させる2〜4及び4〜6日の5azadC処理を除き、対照及び5azadC処理hESC及びhiPSC由来のDEの両方で、胚体外マーカーSox7の発現は非常に低い。
まとめると、内胚葉発生中のDNA脱メチル化剤での細胞の処理は、hESC及びhiPSC由来の細胞の両方で、改良されたDE形態及び改善されたDE細胞の産生量につながった(図1A〜B)。また、結果として、免疫細胞化学で検出されたように幹細胞マーカーOct4のより大幅な減少と(図1C)、明確に特徴づけるDEマーカーSOX17、CXCR4、HEX、Foxa2の改良された発現と、胚体外内胚葉マーカーSox7及び幹細胞マーカーOct4及びNanogの減少につながる(図1D)。よって、胚体内胚葉細胞のより均一な集団を産生することを望む当業者は、1又は2種以上のDNA脱メチル化剤から選択し、それらを多能性幹細胞型の分化期、例えば2〜3又は3〜4日に使用することができる。
DE分化期におけるDNA脱メチル化剤での処理による27個のhPSC株の一団に由来する高度に均一な胚体内胚葉
手順:
基本プロトコールA又はBに続いて、27個のhPSC株由来の細胞は、胚体内胚葉へのhPSの分化期の2〜3日目に、10nMの5−アザ−2−デオキシシチジンで処理された(プロトコールA:ChiPSC14、ChiPSC19、ChiPSC22、P11015、SA167、SA181、SA461及びVal9;プロトコールB:ChiPSC4、ChiPSC6b、ChiPSC7、ChiPSC8、ChiPSC9、ChiPSC10、ChiPSC11、ChiPSC13、ChiPSC15、ChiPSC17、ChiPSC18、ChiPSC19、ChiPSC20、ChiPSC21、ChiPSC23、ChiPSC24、P11012、P11021、P11025及びSA121)。
27個のhPSC株のうち23個は、プロトコールA及びBの両方で試験された。これらの23株のうち、わずか4細胞株(ChiPSC14、ChiPSC23、P11015及びP11032)は、2種類のプロトコールのうちの1種類でのみ分化させることができた。4個のhPSC株(ChiPSC8、ChiPSC9、ChiPSC10及びChiPSC11)は、プロトコールBでのみ試験された。
mRNA発現の解析のために、hESC及びhiPSC由来のDE細胞は、プロトコールの7日目に収集され、遺伝子発現がqRT−PCRを用いて解析され、ハウスキーピング遺伝子CREBBPに対して正規化され、結果が較正物質に対して正規化された相対定量として提示された。
結果:
図2A〜D:
hPSの胚体内胚葉への分化期の2〜3日目のDNA脱メチル化処理を含む基本プロトコールA又はBを用いることで、27個の異なるhPSC株からの未分化幹細胞は、未分化hESC(SA181)及びhiPSC(ChiPSC4)と比較して、幹細胞マーカーOct−4及びNanogの低mRNA発現レベル(図2A、B)及びDEマーカーSox17及びCxcr4の高レベル(図2C、D)を示す、高度に均一なDEへと分化させることができた。
まとめると、胚体内胚葉へのhPSの分化期の細胞のDNA脱メチル化剤での処理は、幹細胞マーカーの低発現レベル及びDEマーカーの高発現レベルを有する均一なDEの試験された全てのhPSC株からの誘導を可能にする。均一なDEの誘導は、試験された全ての株から得ることができる均一な肝細胞培養物の誘導に不可欠である(データは示されない)。
よって、所定のあらゆるhPSC株から胚体内胚葉細胞の均一な集団を産生することを望む当業者は、胚体内胚葉へのhPS細胞の分化期、例えば2〜3日目に、DNA脱メチル化剤での処理を含めることができる。
5−アザ−2−デオキシシチジン及び5−アザシチジンの両方のDNA脱メチル化剤が、hESC及びhiPSC由来のDEの胚体内胚葉表現型を改良する。
手順:
基本プロトコールA(hPSC株P11032及びSA181)又はB(hPSC株P11012)に続いて、3個の異なるhPSC株に由来する細胞は、hPSの胚体内胚葉への分化期、2〜3日目に、10nMの5−アザ−2−デオキシシチジン又は1μMの5−アザシチジンのいずれかで処理された。
mRNA発現の解析のために、hESC及びhiPSC由来のDE細胞はプロトコールの7日目に収集され、遺伝子発現がqRT−PCRを用いて解析され、ハウスキーピング遺伝子CREBBPに対して正規化され、結果が較正物質に対して正規化された相対定量として提示された。
結果:
図3:
A,B)脱メチル化剤で処理しない場合、3種のhPSC株P11032、SA181及びP11012は、幹細胞マーカーOct4及びNanogの比較的高いmRNA発現をともなう不均一なDEを産生した(図3A,B)。DNA脱メチル化剤5−アザ−2−デオキシシチジン(5azadC)及び5−アザシチジン(5azaC)での処理は、Oct4及びNanog mRNAを有意に減少させ(図3A,B)、これにより、これら3種のhPSC株からの均一なDE集団の誘導を可能にした。
C,D)10nMの5−アザ−2−デオキシシチジン又は1μMの5−アザシチジンでの処理時に、DEマーカーSox17及びCxcr4のmRNA発現での有意な変化を観察することはできなかった(図3C,D)。
まとめると、未処理の場合、不均一なDEであるのに対して、5−アザ−2−デオキシシチジン(5azadC)及び5−アザシチジン(5azaC)の両方のDNA脱メチル化剤での処理は、hPSC株からの均一なDEの誘導が可能となる。
よって、均一な胚体内胚葉細胞の集団を産生することを望む当業者は、1又は2種以上のDNA脱メチル化剤から選択し、胚体内胚葉への多能性幹細胞型の分化期、例えば2〜3日にそれらを使用することができる。
参考文献
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Claims (13)

  1. 1nMないし1μMの少なくとも1種のヌクレオシド類似体タイプのDNA脱メチル化剤とアクチビンとを含む、哺乳類多能性幹細胞から胚体内胚葉細胞を産生するための組成物。
  2. 前記DNA脱メチル化剤がシチジン類似体である請求項1に記載の組成物。
  3. 前記DNA脱メチル化剤が5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)、ゼブラリン、プソイドイソシチジン、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン、2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)又はシトシン−ベータ−D−アラビノフラノシドからなる群から選択される請求項1又は2に記載の組成物。
  4. 前記DNA脱メチル化剤が5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)、5−アザシチジン(アザシチジン)、5−フルオロ−2−デオキシシチジン、5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、2’−デオキシ−5,6−ジヒドロ−5−アザシチジン、6−アザシチジン及び2’,2’−ジフルオロ−デオキシシチジン(ゲムシタビン)からなる群から選択される請求項1又は2に記載の組成物。
  5. 前記DNA脱メチル化剤が5−アザ−2−デオキシシチジン(デシタビン)である請求項1又は2に記載の組成物。
  6. 前記DNA脱メチル化剤が5−アザシチジン(アザシチジン)である請求項1又は2に記載の組成物。
  7. 前記アクチビンがアクチビンA又はアクチビンBである請求項1〜6のいずれか1項に記載の組成物。
  8. 前記DNA脱メチル化剤の濃度が1nMないし500nMの範囲である請求項1〜7のいずれか1項に記載の組成物。
  9. 前記DNA脱メチル化剤の濃度が1nMないし100nMの範囲である請求項1〜8のいずれか1項に記載の組成物。
  10. 前記DNA脱メチル化剤の濃度が5nMないし50nMの範囲である請求項1〜9のいずれか1項に記載の組成物。
  11. 前記DNA脱メチル化剤の濃度が5nMないし15nMの範囲である請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
  12. 前記DNA脱メチル化剤の濃度が7.5nMないし12.5nMの範囲である請求項1〜11のいずれか1項に記載の組成物。
  13. 哺乳類多能性幹細胞から胚体内胚葉細胞をin vitroで産生するための請求項1〜12のいずれか1項に記載の組成物の使用。
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