JP6960396B2 - 分裂終了細胞の細胞分裂を誘発するための方法 - Google Patents

分裂終了細胞の細胞分裂を誘発するための方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2015年4月7日に出願された米国仮特許出願第62/144,244号、及び2015年4月22日に出願された米国仮特許出願第62/151,321号の優先権を主張し、これらは参照することにより全体が本明細書に組み込まれる。
再生医療は、正常な細胞機能を獲得または復元するための、細胞、組織及び器官の置換、操作及び再生である。再生医療分野の多くは、細胞置換療法、特に幹細胞ベースの療法に集中している。自らを細胞ベースの用途に比類なく好適としている幹細胞の1つの特性は、長期間培養物中で増殖するその能力である。この増殖能力は、細胞ベースの用途における使用のためにそこから十分な数の細胞を誘導する出発材料源を提供する。しかしながら、細胞が古くなるにつれて、培養物中で多くの幹細胞が成長したとしても、その増殖能力は減少する傾向がある。
さらに、心筋細胞、ニューロン、及び骨格筋を含む多くの成体細胞は、過形成ではなく肥大により成長を達成する分裂終了細胞と考えられる。分裂終了細胞は、分裂または再生することができない、またはその能力が極めて制限されている。したがって、これらの分裂終了細胞を含有する多くの器官は、任意の重篤な損傷の後に機能を適切に修復または復元する能力が著しく制約されている。
細胞を再生する、及び/または損傷細胞を置換するために、分裂終了細胞分裂を再開させるための方法を提供することが有益である。そのような能力は、in vitro培養及びスクリーニング、ならびに数々の疾患及び障害の処置のためのin vivo用途の両方に有用である。
本開示は、ある特定の薬剤が分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発し得るという発見に基づき、少なくとも部分的に、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する方法であって、分裂終了細胞を、有効量の少なくとも1つのサイクリン依存性キナーゼ(CDK)及び少なくとも1つのサイクリン、またはそれらのそれぞれの等価物を含む組成物と接触させ、それにより分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発することを含む方法に関する。
本開示の一態様は、少なくとも1つのCDK及び少なくとも1つのサイクリン、またはそれらのそれぞれの等価物を過剰発現するように改質されている、単離された増殖性分裂終了細胞を提供する。本開示の別の態様は、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物を過剰発現するように改質されている、単離された増殖性分裂終了細胞を提供する。
本開示の一態様は、心臓血管疾患を処置するための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法を提供する。
本開示の別の態様は、神経疾患を処置するための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法を提供する。
いくつかの実施形態において、方法は、細胞を、有効量のCDK活性化剤、形質転換成長因子β阻害剤、またはそれらの組み合わせと接触させることをさらに含む。いくつかの実施形態において、CDK活性化剤は、CDK1活性化剤である。
いくつかの実施形態において、接触させることは、in vitroまたはin vivoで行われる。
いくつかの実施形態において、分裂終了細胞は、心筋細胞、神経細胞、膵臓細胞、有毛細胞、及び骨格筋細胞からなる群から選択される。1つの好ましい実施形態において、増殖性分裂終了細胞は、増殖性心筋細胞である。いくつかの実施形態において、増殖性心筋細胞は、CDK1及びCCNB1、またはそれらの等価物を過剰発現するように改質されている。他の実施形態において、増殖性心筋細胞は、CDK4、CCND1またはその両方を過剰発現するように改質されている。別の好ましい実施形態において、増殖性分裂終了細胞は、増殖性神経細胞である。いくつかの実施形態において、増殖性神経細胞は、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物を過剰発現するように改質されている。他の実施形態において、増殖性神経細胞は、CDK4、CCND1またはその両方を過剰発現するように改質されている。
いくつかの実施形態において、組成物は、少なくとも1つの核酸を含む。いくつかの実施形態において、サイクリン依存性キナーゼ(CDK)及び/またはサイクリンは、核酸によりコードされる。いくつかの実施形態において、少なくとも1つの核酸は、改質mRNAである。他の実施形態において、少なくとも1つの核酸は、構成的に発現される。
いくつかの実施形態において、サイクリンは、サイクリンA、サイクリンB、サイクリンD、及びサイクリンEからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、サイクリンBは、サイクリンB1(CCNB1)である。いくつかの実施形態において、サイクリンDは、サイクリンD1(CCND1)である。
いくつかの実施形態において、CDKは、CDK1、CDK2、CDK3、CDK4、及びCDK6からなる群から選択される。1つの好ましい実施形態において、CDKは、CDK1である。別の好ましい実施形態において、CDKは、CDK4である。いくつかの実施形態において、CDKは、構成的に発現される。
いくつかの実施形態において、CDKは、CDK1であり、サイクリンは、CCNB1である。
いくつかの実施形態において、組成物は、CDK4、CCND1、またはその両方をさらに含む。
いくつかの実施形態において、細胞は、CDK4、CCND1またはその両方を過剰発現するようにさらに改質されている。
いくつかの実施形態において、方法は、CDK4、CCND1、またはその両方の発現を増加させる有効量の組成物を投与することを含む。
別の態様は、心臓血管疾患を処置するための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法を提供する。
さらなる態様は、心臓血管疾患を処置するための方法であって、有効量の本明細書に開示及び記載される増殖性分裂終了細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む方法を提供する。
さらなる態様は、神経疾患を処置するための方法であって、有効量の本明細書に開示及び記載される増殖性分裂終了細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む方法を提供する。
さらなる態様において、神経疾患を処置するための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。
新生仔(新生P0)マウス心臓細胞と成体(6週齢)マウス心臓細胞との間の細胞周期調整に関連した、差次的に発現した遺伝子を示す選択されたマイクロアレイデータを示す図である。データは、logとして表現され、成体及び新生仔心臓細胞を比較している。
増殖性(新生仔)心臓細胞と非増殖性(成体)心臓細胞との間の上位の差次的調整遺伝子のいくつかの過剰発現が、マウス心筋細胞(パネルA)における心臓細胞増殖を促進することを示す図である。対照、CDK1、CCNB1、またはAURKB発現アデノウイルスで形質導入された心筋細胞を、EDU増殖マーカー、トロポニンT心臓マーカー及びDAPI核染色法により染色した。3つ全ての遺伝子が、心臓細胞増殖を向上させた(パネルB)。
CDK1、CCNB1及びAURKBの過剰発現が、ヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)誘導心筋細胞における心筋細胞増殖を促進することを示す図である。CDK1、CCNB1及びAURKBを過剰発現するヒトiPSC誘導心筋細胞は、増殖マーカーホスホヒストンH3(PHH3)の発現の増加を示している。
心筋細胞数を定量するための3つの異なる技術を使用した、hiPSC誘導心筋細胞中での72時間のCDK1、CCNB1及びAURKBの過剰発現後の心筋細胞数の増加を示す図である。パネルAは、CDK1、CCNB1及びAURKBの過剰発現に応じた核の総数における細胞倍加を示し、全核の約30%がPHH3に対して染色陽性であった。蛍光活性化細胞分類(FACS)もまた、hiPSC誘導心筋細胞におけるCDK1、CCNB1、及びAURKBの過剰発現後の全細胞数の増加を示した(パネルB)。ATP細胞内含有量分析は、hiPSC誘導心筋細胞におけるCDK1、CCNB1及びAURKBの過剰発現後の細胞数の2倍の増加を示した(n=3、*p<0.05)(パネルC)。
CDK1、CCNB1及びAURKBを過剰発現するhiPSC誘導心筋細胞における細胞分裂の経時的画像化を示す図である。パネル1〜15は、4日間の間1時間毎に収集された代表的画像である。パネル16は、細胞が、画像化期間の最後に、心臓細胞マーカートロポニンTに対して染色陽性であることを示している。矢印は、2つの分裂細胞、及びそれらの子孫を示す。
構成的に活性なCDK1(CDK1AF)、CCNB1及びAURKBを過剰発現するα−MHC−GFPマウスから単離された成体マウス心筋細胞における細胞分裂の経時的画像化を示す図である。パネル1〜8は、4日間の間1時間毎に収集された代表的画像であり、心筋細胞の細胞分裂を示している。
構成的に活性なCDK1(CDK1AF)、CCNB1及びAURKBの過剰発現が、マウス初代心筋細胞における心臓細胞増殖を促進することを示す図である。画像は、対照ベクター(パネルA)またはCDK1AF、CCNB1及びAURKB(パネルB)で形質導入され、ホスホヒストンH3(PHH3)で染色された成体マウス心筋細胞の代表的画像である。矢印は、分裂細胞を示す。
マウスにおける原理証明試験の結果を示す図である。CDK1AF、CCNB1及びAURKBまたはGFPアデノウイルスを、c57bl6/N心臓における心筋梗塞(MI)後の損傷部位に注射した。心臓は、細胞増殖を評価(PHH3染色)するために梗塞から5日後(パネルA)に、または心臓機能及び組織構造を評価するために梗塞から6週間後(パネルB)に回収した。MIから6週間後に回収した心臓を固定し、マッソントリクローム染色法を使用して線維症に関して染色した。
マウスにおける原理証明試験のための心臓機能評価の結果を示す図である。CDK1AF、CCNB1及びAURKBまたはGFP対照アデノウイルスを、c57bl6/N心臓における心筋梗塞(MI)後の損傷部位に注射した。続いて、動物を心エコー検査し、%駆出率(パネルA)、及び経時的な駆出率の低下(パネルB)を測定することにより、MIから3日後、10日後、24日後及び40日後の心臓機能を評価した。
細胞増殖(PHH3染色)(パネルA)及び全核カウント(パネルB)による生存により評価されるような、ヒト心筋細胞の細胞周期再進入を誘発する因子の様々な組み合わせの能力を示す図である。処置から4日後、8日後及び12日後に細胞を評価した。
CDK1、CCNB、及びAuroraの第1のカクテル(パネルA)、CDK4及びCCNDのカクテル(パネルB)、ならびにCDK1、CDK4、CCNB及びCCNDのカクテル(パネルC)の間の、細胞周期分布の差を示す図である。
心エコー検査によって測定される駆出率(EF)により示されるような、心筋梗塞の時点での心筋へのCDK1AF、CCNB、CDK4、CCND(G1/G2カクテル)アデノウイルスの注射後の心臓機能の改善を示す図である。
処置された動物におけるより厚い筋肉(パネルA)及び低減された瘢痕サイズ(パネルB)を示す、対照及び処置された動物から採取された組織学的断面を示す図である。
二重マーカー(MADM)分析のモザイク解析を使用した、CDK1AF、CCNB、CDK4、CCNDカクテルで処置された分裂心筋細胞を示す図である。
CDK1AF、CCNB、CDK4、CCNDカクテルで処置された場合の、5日以内に3連続で細胞分裂したニューロンの経時的画像を示す図である。
CDK1AF、CCNB、CDK4、CCNDカクテルで処置された細胞が、感染から60〜90時間後にほとんどの分裂を生じ、いくつかの細胞分裂は、感染から120時間後という遅い時期に生じることを示す図である。柱の高さは、分裂を生じた細胞の数を表し、柱の上の数字は、各細胞により行われた分裂の平均数を示す。
本開示は、記載される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然ながら変動し得ることが理解されるべきである。また、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるため、本明細書において使用される用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、限定を意図しないことが理解されるべきである。
本開示の詳細な説明は、読者の利便性のためだけに様々なセクションに分けられ、任意のセクションにおいて見出される開示は、別のセクションにおける開示と組み合わされてもよい。別段に定義されていない限り、本明細書において使用されている技術的及び科学的用語はすべて、本開示が属する技術分野の当業者により一般的に理解されているのと同じ意味を有する。また、本明細書において説明されているのと同様または等価のいかなる方法及び材料も、本発明の実践または試験に使用することができるが、好ましい方法及び材料がここで説明される。本明細書において言及される全ての出版物は、出版物がそれに関連して引用される方法及び/または材料を開示及び説明するように、参照により組み込まれる。
本開示の実行は、別段の指定がない限り、当技術分野の範囲内である、組織培養、免疫学、分子生物学、細胞生物学及び組み換えDNAの従来の技術を使用する。例えば、Sambrook and Russell eds.(2001)Molecular Cloning:A Laboratory Manual,3rd edition、the series Ausubel et al.eds.(2007)Current Protocols in Molecular Biologyのシリーズ、Methods in Enzymology(Academic Press,Inc.,N.Y.)のシリーズ、MacPherson et al.(1991)PCR 1:A Practical Approach(IRL Press at Oxford University Press)、MacPherson et al.(1995)PCR 2:A Practical Approach、Harlow and Lane eds.(1999)Antibodies,A Laboratory Manual、Freshney(2005)Culture of Animal Cells:A Manual of Basic Technique,5th edition、Gait ed.(1984)Oligonucleotide Synthesis、米国特許第4,683,195号、Hames and Higgins eds.(1984)Nucleic Acid Hybridization、Anderson(1999)Nucleic Acid Hybridization、Hames and Higgins eds.(1984)Transcription and Translation、IRL Press(1986)Immobilized Cells and Enzymes、Perbal(1984)A Practical Guide to Molecular Cloning、Miller and Calos eds.(1987)Gene Transfer Vectors for Mammalian Cells(Cold Spring Harbor Laboratory)、Makrides ed.(2003)Gene Transfer and Expression in Mammalian Cells、Mayer and Walker eds.(1987)Immunochemical Methods in Cell and Molecular Biology(Academic Press,London)、Herzenberg et al.eds(1996)Weir’s Handbook of Experimental Immunology、Manipulating the Mouse Embryo:A Laboratory Manual,3rd edition(2002)Cold Spring Harbor Laboratory Press、Sohail(2004)Gene Silencing by RNA Interference:Technology and Application(CRC Press)、Sell(2013)Stem Cells Handbookを参照されたい。
範囲を含む全ての数字表示、例えばpH、温度、時間、濃度、及び分子量は、適切な場合には、0.1または1.0の増分で(+)または(−)に変動する概数である。必ずしも明示的に述べられていないが、全ての数字表示は、「約」という用語が前にあるものとして理解されるべきである。また、必ずしも明示的に述べられていないが、本明細書に記載の試薬は、例示のみを目的とし、そのようなものの等価物は当技術分野において知られていることが理解されるべきである。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される場合、文脈上異なる定義が明示されていない限り、単数形は複数形の呼称も含むことが留意されなければならない。したがって、例えば、「心筋細胞」への言及は、複数の心筋細胞を含む。
I.定義
本明細書において使用される場合、以下の用語は以下の意味を有する。
「約」という用語は、範囲を含む数字表示、例えば温度、時間、量、濃度、及び他のそのようなものの前に使用される場合、(+)または(−)10%、5%または1%だけ変動し得る概数を指す。
「投与」、「投与する」等は、本開示の組成物と関連して使用される場合、in vitroでの心臓細胞への投与、in vivoでの心臓細胞への投与、医療専門家もしくは自己投与による対象への投与であってもよい直接投与、及び/または本開示の組成物を処方する行為であってもよい間接的投与の両方を指す。本明細書において細胞に関連して使用される場合、細胞への組成物の導入を指す。典型的には、有効量が投与され、この量は、当業者により決定され得る。任意の投与方法が使用され得る。例えば、核酸またはポリペプチドの組成物が分裂終了細胞に投与される場合、当業者は、形質導入、トランスフェクション等を使用して、核酸またはポリペプチドを細胞に投与することができる。さらに、例えば、細胞培養培地への小分子の添加、または心臓損傷部位へのin vivoでの注射により、小分子が細胞に投与されてもよい。「投与」、「投与する」等は、本明細書においてそれを必要とする対象に関連して使用される場合、増殖及び/もしくは細胞周期再進入因子の組成物または増殖性分裂終了細胞を、それを必要とする対象に導入することを指す。対象への投与は、例えば、血管内注射、心筋内送達、頭蓋内送達等により達成され得る。
本明細書において使用される場合、「細胞周期再進入」という用語は、細胞周期の少なくとも1つの段階、例えばDNA合成、有糸分裂、核分裂及び細胞質分裂を再開する分裂終了心臓細胞のプロセスを指す。
本明細書において使用される場合、「心臓細胞」という用語は、心収縮もしくは血液供給等の心臓機能を提供する、または別様に心臓の構造を維持するように機能する、心臓内に存在する任意の細胞を指す。心臓細胞は、本明細書において使用される場合、心臓の心外膜、心筋または心内膜内に存在する細胞を包含する。心臓細胞はまた、例えば、心臓筋肉細胞または心筋細胞、及び心臓血管の細胞、例えば冠状動脈または静脈の細胞を含む。心臓細胞の他の限定されない例は、心筋、血管及び心臓細胞支持構造を構成する、上皮細胞、内皮細胞、線維芽細胞、心臓幹細胞または前駆細胞、伝導心筋細胞及び心臓ペースメーカー細胞を含む。心臓細胞は、例えば胚幹細胞または人工多能性幹細胞を含む幹細胞から誘導されてもよい。細胞は、任意の適切な種、例えば、イヌ、ウマ、ネコまたはヒト細胞等の哺乳動物等の動物の細胞であってもよい。
「含む(comprising)」または「含む(comprises)」は、組成物及び方法が列挙された要素を含むが、他のものを除外しないことを意味する。「本質的に〜からなる」は、組成物及び方法を定義するために使用される場合、述べられた目的のために、組み合わせに対して任意の本質的な重要性を有する他の要素を除外することを意味するものである。したがって、本質的に本明細書で定義される要素からなる組成物は、請求される発明の基本的及び新規な特性(複数可)に実質的に影響しない他の材料またはステップを除外しない。「〜からなる」は、微量を超える他の成分の要素及び実質的な方法ステップを除外することを意味するものである。これらの移行句のそれぞれにより定義される実施形態は、本発明の範囲内である。
本明細書において使用される場合、「誘導」という用語は、分化、再プログラム、単離または別様に精製されることを意味する。例えば、線維芽細胞から誘導された心筋細胞は、例えば因子のGMTカクテルを過剰発現することにより線維芽細胞からin vitroまたはin vivoで再プログラムされた心筋細胞である。
本明細書において使用される場合、増殖及び/または細胞周期再進入因子の組成物の量に関連する「有効量」等の用語は、心臓細胞(例えば心筋細胞)の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発するのに十分な量を指す。細胞は、細胞周期再進入及び/または増殖を誘発するのに十分な量の、増殖及び/または細胞周期再進入因子の組成物と接触させられる。本明細書において、それを必要とする対象への投与に関連して使用される場合、「有効量」という用語は、増殖する、及び/または細胞周期に再進入するように誘発された増殖及び/または細胞周期再進入因子または分裂終了細胞の組成物の、疾患を処置する量を意味する。有効量は、1回以上の投与、塗布または投薬で投与され得る。そのような送達は、個々の投薬単位が使用される期間、組成物のバイオアベイラビリティ、投与経路等を含むいくつかの変数に依存する。しかしながら、任意の具体的対象に対する組成物(例えば、増殖及び/もしくは細胞周期再進入因子または増殖性心臓細胞)の特定の量は、使用される特定の薬剤の活性、対象の年齢、体重、全体的な健康、性別及び食生活、投与時間、排泄速度、組成物の組み合わせ、処置されている具体的な疾患の重症度、ならびに投与形態を含む様々な因子に依存することが理解される。
本明細書において使用される場合、「その等価物」という用語は、参照ポリペプチドまたは核酸配列(すなわち、本開示の実施形態に一致するサイクリンタンパク質またはその断片)とは異なるが、本質的な特性(すなわち生物活性)を保持するポリペプチドまたは核酸配列を指す。ポリヌクレオチドの典型的な変異体は、別の参照ポリヌクレオチドとはヌクレオチド配列が異なる。変異体のヌクレオチド配列の変化は、参照ポリヌクレオチドによりコードされるポリペプチドのアミノ酸配列を改変しても、または改変しなくてもよい。ヌクレオチドの変化は、参照配列によりコードされるポリペプチドのアミノ酸置換、欠失、付加、融合及び切断をもたらし得る。一般に、差異は、参照ポリペプチド及び変異体の配列が全体的に極めて類似しており、多くの領域において同一であるように限定される。
本明細書において使用される場合、「誘発する(induce)」、「誘発する(inducing)」等は、増殖及び/または細胞周期再進入に関連して使用される場合、分裂終了細胞がより速い速度で、及び/またはより頻繁に複製することを意味する。この態様、及び本明細書に記載の他の態様のいくつかの実施形態において、分裂終了細胞増殖は、未処理対照に比べて、少なくとも5%、10%、20%、30%、40%、50%、50%、70%、80%、90%、1倍、1.1倍、1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、10倍、50倍、100倍またはそれ以上増加される。分裂終了細胞増殖の%または倍数での増加は、分裂終了細胞が組成物と接触しない対照に比べて、本明細書に記載のような増殖及び/または細胞周期再進入を刺激することができる組成物の投与後に、複製分裂終了細胞の数を測定することにより決定され得る。増殖の増加はまた、各処置及び未処置対照における細胞の総数に対する複製細胞の比に基づいてもよい。いくつかの実施形態において、処置及び未処置対照における細胞の総数を使用して、増殖が決定される。細胞増殖は、参照によりその内容が本明細書に組み込まれるYamagishi et al.(2001)Dev Biol 239:190−203に記載のBrdU組み込み法(及び同様の方法、例えばEdU組み込み)を使用して決定され得る。細胞増殖を検出する他の方法は、細胞周期のG1、S、G2及びM期におけるKi67に対する抗体の使用、ならびにM期におけるホスホヒストン3(PHH3)の使用を含む。
本明細書において使用される場合、細胞に関連する「単離」という用語は、細胞が自然に発生する環境とは異なる環境における細胞を指し、例えば、細胞が多細胞生物中で自然に発生し、細胞が多細胞生物から取り出された場合、細胞は「単離」されている。単離された改質分裂終了細胞は、遺伝子改質分裂終了細胞の混合集団内、または遺伝子改質分裂終了細胞及び遺伝子改質されていない分裂終了細胞の混合集団内に存在し得る。例えば、単離された遺伝子改質分裂終了細胞は、in vitroの遺伝子改質分裂終了細胞の混合集団内、または遺伝子改質分裂終了細胞及び遺伝子改質されていない分裂終了細胞の混合in vitro集団内に存在し得る。「単離」という用語は、本明細書において、核酸、例えばDNAまたはRNAに関連して使用される場合、それぞれ、巨大分子の自然源に存在する他のDNAまたはRNAから分離された分子を指す。「単離された核酸」という用語は、断片として自然に発生せず、自然の状態では見出されない核酸断片を含むことを意図する。「単離」という用語はまた、本明細書において、ポリペプチド、他の細胞タンパク質から単離されたタンパク質を指すように使用され、精製及び組み換えポリペプチドの両方を包含することを意図する。他の実施形態において、「単離」という用語は、細胞及び別様の構成物質から分離されていることを意味し、細胞、組織、ポリヌクレオチド、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、抗体またはそれらの断片(複数可)は、自然においては通常関連している。例えば、単離された細胞は、異なる表現型または遺伝子型の分離された形態の組織または細胞である。当業者に明らかなように、非自然発生的な ポリヌクレオチド、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質は、その自然発生的な対応物から区別するために「単離」を必要としない。
本明細書において使用される場合、「核酸」及び「ポリヌクレオチド」という用語は、同義的に使用され、デオキシリボヌクレオチドもしくはリボヌクレオチド、またはそれらの類似体にかかわらず、任意の長さのヌクレオチドのポリマー形態を指す。ポリヌクレオチドの限定されない例は、直鎖及び環状の核酸、メッセンジャーRNA(mRNA)、cDNA、組み換えポリヌクレオチド、ベクター、プローブ、ならびにプライマーを含む。
「ポリペプチド」、「ペプチド」、及び「タンパク質」という用語は、本明細書において同義的に使用され、遺伝子的にコードされた、及び非遺伝子的にコードされたアミノ酸、化学的または生化学的に改質または誘導体化されたアミノ酸、ならびに改質ペプチド骨格を有するポリペプチドを含み得る、任意の長さのアミノ酸のポリマー形態を指す。この用語は、これらに限定されないが、異種アミノ酸配列を有する融合タンパク質、異種及び同種リーダー配列を有し、N末端メチオニン残基を有するまたは有さない融合物、免疫学的に標識化されたタンパク質等を含む、融合タンパク質を含む。
「増殖」という用語は、本明細書において使用される場合、分裂終了細胞の成長及び分裂を指す。いくつかの実施形態において、本明細書において分裂終了細胞に関連して使用される「増殖」という用語は、ある期間にわたり数が増加する分裂終了細胞の群を指す。「増殖及び/または細胞周期再進入因子」という用語は、単独で、または追加の薬剤と組み合わせて、分裂終了細胞にDNA合成、有糸分裂、核分裂及び細胞質分裂を生じさせるように誘発し得る任意の薬剤を指す。
本明細書において使用される場合、「前駆細胞」という用語は、特定の種類の細胞に分化するように、または特定の種類の組織を形成するように傾倒した細胞を指す。幹細胞等の前駆細胞は、1種類以上の細胞にさらに分化し得るが、より限定された/制約された分化能力を有するように、幹細胞よりも成熟している。
本明細書において使用される場合、「対象」という用語は、哺乳動物、好ましくはヒトを指すが、非ヒト霊長類、ネズミ(すなわちマウス及びラット)、イヌ、ネコ、ウマ、ウシ、ヒツジ、ブタ、ヤギ等を含み、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、対象は、ヒト対象である。
「処置」、「処置すること」及び「処置する」は、疾患、障害もしくは状態、及び/またはその症状の有害または任意の他の望ましくない効果を低減または寛解するための薬剤により、疾患、障害または状態に作用することとして定義される。「処置」は、本明細書において使用される場合、それを必要とする対象の処置を包含し、心臓血管疾患(例えば、心不全、心筋虚血、低酸素症、脳卒中、心筋梗塞及び慢性虚血性心疾患)、神経疾患(例えば、癲癇、アルツハイマー病及び他の認知症、脳卒中、偏頭痛及び他の頭痛障害を含む脳血管疾患、多発性硬化症、パーキンソン病、神経感染症、脳腫瘍、外傷性疾患)、糖尿病、または聴覚障害もしくは聴力損失の処置を含む。状態またはそれを必要とする対象を「処置すること」、またはその「処置」は、(1)症状の低減等の臨床結果を含む有益もしくは望ましい結果を得るためのステップをとること、(2)疾患を防止すること、例えば、疾患の傾向を有し得るがまだ疾患の症状を経験もしくは示していない患者において、疾患の臨床症状を発症させないようにすること、(3)疾患を阻害すること、例えば、疾患もしくはその臨床症状の発症を停止もしくは低減すること、(4)疾患を緩和すること、例えば、疾患もしくはその臨床症状の後退をもたらすこと、または(5)疾患を遅延させることを指す。本発明の1つの目的において、有益または所望の臨床結果は、これらに限定されないが、心臓細胞の増殖を誘発すること、細胞周期再進入を誘発すること、及び/または心筋再生を促進することを含む。本発明の別の目的において、有益または所望の臨床結果は、これらに限定されないが、ニューロンの増殖を誘発すること、細胞周期再進入を誘発すること、及び/または神経再生を促進することを含む。
「ベクター」という用語は、本明細書において、別の核酸分子を移入または輸送することができる核酸分子を指すように使用される。移入された核酸は、一般に、例えばベクター核酸分子に連結される。ベクターは、細胞における自己複製を導く配列を含んでもよく、または、心臓細胞DNA内への統合を可能にするのに十分な配列を含んでもよい。有用なベクターは、例えば、プラスミド(例えば、DNAプラスミドまたはRNAプラスミド)、トランスポゾン、コスミド、細菌または酵母人工染色体、及びウイルスベクターを含む。有用なウイルスベクターは、例えば、アデノウイルス、レトロウイルス、特に複製欠損レトロウイルス、及びレンチウイルスを含む。
本明細書において使用される場合、「ウイルスベクター」という用語は、典型的には核酸分子の移入もしくは細胞のゲノム内への統合を容易化するウイルス誘導核酸要素を含む核酸分子、または、核酸移入を媒介するウイルス粒子を指す。ウイルス粒子は、典型的には、核酸(複数可)に加えて様々なウイルス成分を、また時折細胞成分を含む。「ウイルスベクター」という用語はまた、核酸を細胞内に移入することができるウイルスもしくはウイルス粒子、または移入された核酸自体を指し得る。ウイルスベクター及びトランスファープラスミドは、主にウイルスから誘導される構造的及び/または機能遺伝要素を含有する。ウイルスベクターは、レトロウイルス(例えばレンチウイルス)配列及び非レトロウイルスウイルス配列の両方を含有するハイブリッドベクター、LTRまたは他の核酸であってもよい。ハイブリッドベクターは、逆転写、複製、統合及び/またはパッケージングのためのレトロウイルス(例えばレンチウイルス)配列を含むベクターまたはトランスファープラスミドを指し得る。
「アデノウイルスベクター」という用語は、本明細書において使用される場合、ゲノム内に挿入されたポリペプチドをコードする外来性DNAを含む任意のアデノウイルスベクターを指す。ベクターは、任意の欠損必須遺伝子がトランスで提供される場合、複製及びパッケージング可能でなければならない。アデノウイルスベクターは、望ましくは、好ましくは全ITR配列の少なくとも約90%のウイルスDNAの複製を補助するために必要な各末端反復の少なくとも一部、及びウイルスカプシド内にゲノムを包み込むために必要なDNAを含有する。多くの好適なアデノウイルスベクターは、当技術分野において説明されている。米国特許第6,440,944号;米国特許第6,040,174号(複製欠損E1欠失ベクター及び特化されたパッケージング細胞株)を参照されたい。いくつかの実施形態において、アデノウイルス発現ベクターは、正常細胞において複製欠損であるベクターである。他の実施形態において、アデノウイルスベクターは、アデノ関連ウイルス(AVV)ベクターを指す。いくつかの実施形態において、アデノウイルス発現ベクターは、標的化を向上させるための偽型である。
「レトロウイルスベクター」という用語は、レトロウイルスから主に誘導された構造的及び機能的遺伝要素を含有するするウイルスベクターもしくはプラスミド、またはその一部を指す。
「レンチウイルスベクター」という用語は、レンチウイルスから主に誘導された構造的及び機能的遺伝要素を含有するするウイルスベクターもしくはプラスミド、またはその一部を指す。
「レンチウイルスベクター」または「レンチウイルス発現ベクター」という用語は、レンチウイルストランスファープラスミド及び/または感染性レンチウイルス粒子を指すように使用され得る。クローニング部位等の核酸配列要素、プロモーター、調整要素、異種核酸等は、本発明のレンチウイルス粒子内にRNA形態で存在し、本発明のDNAプラスミド内にDNA形態で存在することが理解される。
「遺伝子改質」という用語は、新たな核酸(すなわち、細胞外の核酸)の導入後に細胞内で誘発される永久的または一時的遺伝子変化を指す。遺伝子変化は、心臓細胞のゲノム内への新たな核酸の組み込みにより、または染色体外要素としての新たな核酸の一時的もしくは安定な維持により達成され得る。細胞が真核細胞である場合、永久的遺伝子変化は、細胞のゲノム内への核酸の導入により達成され得る。遺伝子改質の好適な方法は、ウイルス感染、トランスフェクション、接合、プロトプラスト融合、エレクトロポレーション、パーティクルガン技術、リン酸カルシウム沈殿、直接マイクロインジェクション等を含む。
「再生する」、「再生」等の用語は、本明細書において傷害細胞または組織に関して使用される場合、その通常の意味が与えられるものであり、また、傷害を受けた、例えば虚血、梗塞、再かん流または他の疾患に起因して傷害を受けた組織における新たな細胞または組織(例えば心臓)の成長及び/または発達のプロセスを指すものである。いくつかの実施形態において、組織再生は、細胞増殖の活性化及び/または向上を含む。いくつかの実施形態において、組織再生は、細胞移動の活性化及び/または向上を含む。
「幹細胞」という用語は、自己新生する、及び分化した子孫を生成する能力を有する細胞を指す。「多能性幹細胞」という用語は、3つの胚葉(外胚葉、中胚葉、及び内胚葉)の全ての細胞を生成することができるが、完全な生物を生成する能力を有さない幹細胞を指す。いくつかの実施形態において、増殖及び/または細胞周期再進入を誘発するための組成物は、増殖速度を増加させるために、幹細胞の集団に対して使用され得る。他の実施形態において、組成物は、幹細胞の増殖速度を増加させない。
「誘発された多能性幹細胞」という用語は、その通常の意味が与えられるものであり、また、多能性の少なくとも1つの特性を示すように再プログラムされた分化哺乳動物体細胞(例えば、成体体細胞、例えば皮膚)を指すものである。例えば、Takahashi et al.(2007)Cell 131(5):861−872、Kim et al.(2011)Proc.Natl.Acad.Sci.108(19):7838−7843、Sell(2013)Stem Cells Handbookを参照されたい。
「分裂終了細胞」という用語は、有糸分裂または細胞分裂を示さない細胞である。分裂終了細胞の限定されない例は、脳(例えばニューロン)、心臓(例えば心筋細胞)及び骨格筋を構成する分化細胞を含む。本明細書において使用される場合、「増殖性分裂終了細胞」という用語は、増殖する、及び/または細胞周期に再進入するように誘発された分裂終了細胞を指す。例えば、増殖性心筋細胞は、増殖する、及び/または細胞周期に再進入するように誘発された、増殖能力を有さない、または増殖能力が制限された心筋細胞である。増殖性分裂終了細胞(例えば増殖性心筋細胞)は、任意の回数の細胞分裂、例えば、1回、2回、3回、4回、5回、6回、7回、8回、9回、10回、15回、20回、またはそれ以上の細胞分裂を生じた後に、再び細胞周期を出て分裂終了状態に戻ってもよい。
II.分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する方法
本開示を読めば当業者に明らかとなるように、本開示は、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する方法であって、分裂終了細胞を、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を刺激するのに効果的な量で有効量の組成物(例えば、1つ以上の増殖及び/または細胞周期再進入因子)と接触させることを含む、または代替として本質的にそれからなる、またはさらにそれからなる方法を提供する。細胞は、任意の種、動物、哺乳動物からの細胞、例えばイヌ、ネコ、ネズミ、ラット、またはヒト細胞であってもよい。
いくつかの実施形態において、接触させることは、in vitroまたはin vivoで行われる。
一態様において、本開示は、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する方法であって、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を刺激するために、分裂終了細胞を有効量の組成物と接触させることを含む、または代替として本質的にそれからなる、またはさらにそれからなる方法を提供する。組成物は、サイクリン依存性キナーゼ(CDK)、サイクリン、オーロラキナーゼ、アクチン結合タンパク質アニリン(ANLN)、細胞分裂周期(CDC)タンパク質、カドヘリン、COP9シグナロソーム複合体サブユニット、カリン、GTPase活性化タンパク質、細胞質分裂のタンパク質調整因子及び/もしくはWNT1誘発性シグナル伝達経路タンパク質またはそれらの等価物をコードする、少なくとも1つの遺伝子の発現を増加させることができる。細胞は、任意の種、動物、哺乳動物からの細胞、例えばイヌ、ネコ、ネズミ、ラット、またはヒト細胞であってもよい。
いくつかの実施形態において、分裂終了細胞は、心筋細胞、神経細胞、膵臓細胞、有毛細胞、及び骨格筋細胞からなる群から選択される。
心臓細胞
本開示の心臓細胞は、心臓機能を提供する、心臓に存在する任意の細胞を含む。心臓細胞は、心臓の心外膜、心筋または心内膜内に存在する細胞を包含する。心臓細胞はまた、例えば、心臓筋肉細胞または心筋細胞、及び心臓血管の細胞、例えば冠状動脈または静脈の細胞を含む。心臓細胞の他の限定されない例は、心筋、血管及び心臓細胞支持構造を構成する、上皮細胞、内皮細胞、線維芽細胞、心臓幹細胞または前駆細胞、伝導心筋細胞及び心臓ペースメーカー細胞を含む。
心臓細胞は、心臓または非心臓細胞から誘導され得る。心臓細胞は、様々な組織源のいずれかからの細胞であってもよく、またはそれから誘導されてもよい。例えば、幹細胞、心臓線維芽細胞、包皮線維芽細胞、皮膚線維芽細胞、肺線維芽細胞等である。心臓細胞は、胚細胞、胎児細胞、または出生後(例えば成体)心臓細胞であってもよい。好ましい実施形態において、心臓細胞は、成体心臓細胞である。いくつかの実施形態において、心臓細胞は、幹細胞から誘導される。
非心臓細胞は、当業者に利用可能な任意の方法を使用して、in vitroまたはin vivoで心臓細胞に分化され得る。例えば、Ieda M.et al.(2010)Cell 142(3):375−386及びKwon C.et al.Proc.Natl.Acad.Sci.(2007)104(26):10894−10899に記載の方法を参照されたい。
ある特定の実施形態において、心臓細胞は、心筋細胞である。ある特定の実施形態において、心筋細胞は、成体分裂終了心筋細胞である。別の態様において、成体分裂終了心筋細胞は、増殖能力を有さない、または増殖能力が低い。いくつかの実施形態において、心筋細胞は、単核細胞である。他の実施形態において、心筋細胞は、多核細胞である。
改質のための細胞が、心臓細胞の集団である場合、細胞の集団は、少なくとも約60%の心臓細胞、少なくとも約65%の心臓細胞、少なくとも約70%の心臓細胞、少なくとも約75%の心臓細胞、少なくとも約80%の心臓細胞、少なくとも約85%の心臓細胞、少なくとも約90%の心臓細胞、少なくとも約95%の心臓細胞、少なくとも約98%の心臓細胞、少なくとも約99%の心臓細胞、または99%超の心臓細胞で構成される。
神経細胞
本開示の神経細胞は、神経機能を提供する、神経系に存在する任意の細胞を含む。神経細胞は、脳(例えば、大脳、小脳及び脳幹)及び脊髄に存在する細胞、ならびに感覚ニューロンを含む末梢神経系の細胞を包含する。神経細胞はまた、例えば、ニューロン、乏突起膠細胞、及び星状膠細胞を含む。ニューロンの限定されない例は、運動ニューロン、錐体ニューロン、プルキンエ細胞、網膜神経細胞、嗅覚ニューロン、触覚及び痛覚ニューロン、ならびに無軸索細胞を含む。
神経細胞は、神経または非神経細胞から誘導され得る。神経細胞は、様々な組織源のいずれかからの細胞であってもよく、またはそれから誘導されてもよい。例えば、幹細胞、線維芽細胞、包皮線維芽細胞、皮膚線維芽細胞、肺線維芽細胞等である。神経細胞は、胚細胞、胎児細胞、または出生後(例えば成体)神経細胞であってもよい。好ましい実施形態において、神経細胞は、成体神経細胞である。いくつかの実施形態において、神経細胞は、幹細胞(例えば神経幹細胞)から誘導される。
非神経細胞は、当業者に利用可能な任意の方法を使用して、in vitroまたはin vivoで神経細胞に分化され得る。例えば、Guo et al.(2014)Cell Stem Cell 14(2):188−202、Keirstead et al.(2005)J.Neurosci.25(19):4694−4705、Kim et al.(2012)Curr Opinion Neurobiol.22(5):778−784に記載の方法を参照されたい。
ある特定の実施形態において、神経細胞は、ニューロンである。ある特定の実施形態において、ニューロンは、成体分裂終了ニューロンである。好ましい実施形態において、成体分裂終了ニューロンは、増殖能力を有さない、または増殖能力が低い。
改質のための細胞が、神経細胞の集団である場合、細胞の集団は、少なくとも約60%の神経細胞、少なくとも約65%の神経細胞、少なくとも約70%の神経細胞、少なくとも約75%の神経細胞、少なくとも約80%の神経細胞、少なくとも約85%の神経細胞、少なくとも約90%の神経細胞、少なくとも約95%の神経細胞、少なくとも約98%の神経細胞、少なくとも約99%の神経細胞、または99%超の神経細胞で構成される。
膵臓細胞
本開示の膵臓細胞は、膵臓機能を提供する、膵臓に存在する任意の細胞を含む。膵臓細胞の例は、ランゲルハンス島内の細胞(例えば、アルファ細胞、ベータ細胞、デルタ細胞、PP細胞及びイプシロン細胞)ならびに腺房細胞を含む。いくつかの実施形態において、膵臓細胞は、膵臓前駆細胞である。
膵臓細胞は、膵臓または非膵臓細胞から誘導され得る。膵臓細胞は、様々な組織源のいずれかからの細胞であってもよく、またはそれから誘導されてもよい。例えば、幹細胞、線維芽細胞、包皮線維芽細胞、皮膚線維芽細胞、肺線維芽細胞等である。膵臓細胞は、胚細胞、胎児細胞、または出生後(例えば成体)膵臓細胞であってもよい。好ましい実施形態において、膵臓細胞は、成体膵臓細胞である。いくつかの実施形態において、膵臓細胞は、幹細胞から誘導される。
非膵臓細胞は、当業者に利用可能な任意の方法を使用して、in vitroまたはin vivoで膵臓細胞に分化され得る。例えば、D’Amour et al.(2005)Nature Biotech.23:1534−1541及び米国特許第8,633,024号に記載の方法を参照されたい。
ある特定の実施形態において、膵臓細胞は、ベータ細胞またはベータ細胞前駆体である。ある特定の実施形態において、ベータ細胞は、成体ベータ細胞である。好ましい実施形態において、成体分裂終了膵臓細胞は、増殖能力を有さない、または増殖能力が低い。
改質のための細胞が、膵臓細胞の集団である場合、細胞の集団は、少なくとも約60%の膵臓細胞、少なくとも約65%の膵臓細胞、少なくとも約70%の膵臓細胞、少なくとも約75%の膵臓細胞、少なくとも約80%の膵臓細胞、少なくとも約85%の膵臓細胞、少なくとも約90%の膵臓細胞、少なくとも約95%の膵臓細胞、少なくとも約98%の膵臓細胞、少なくとも約99%の膵臓細胞、または99%超の膵臓細胞で構成される。
有毛細胞
本開示の有毛細胞は、内有毛細胞(不動毛)及び外有毛細胞を含む。有毛細胞は、有毛または非有毛細胞から誘導され得る。有毛細胞は、様々な組織源のいずれかからの細胞であってもよく、またはそれから誘導されてもよい。例えば、幹細胞、線維芽細胞、包皮線維芽細胞、皮膚線維芽細胞、肺線維芽細胞等である。有毛細胞は、胚細胞、胎児細胞、または出生後(例えば成体)有毛細胞であってもよい。好ましい実施形態において、有毛細胞は、成体有毛細胞である。いくつかの実施形態において、有毛細胞は、幹細胞から誘導される。非有毛細胞は、当業者に利用可能な任意の方法を使用して、in vitroまたはin vivoで有毛細胞に分化され得る。例えば、Mohammad et al.(2014)Stem Cells and Dev.23(11):1275−1284に記載の方法を参照されたい。好ましい実施形態において、成体分裂終了有毛細胞は、増殖能力を有さない、または増殖能力が低い。
改質のための細胞が、有毛細胞の集団である場合、細胞の集団は、少なくとも約60%の有毛細胞、少なくとも約65%の有毛細胞、少なくとも約70%の有毛細胞、少なくとも約75%の有毛細胞、少なくとも約80%の有毛細胞、少なくとも約85%の有毛細胞、少なくとも約90%の有毛細胞、少なくとも約95%の有毛細胞、少なくとも約98%の有毛細胞、少なくとも約99%の有毛細胞、または99%超の有毛細胞で構成される。
骨格筋細胞
本開示の骨格筋細胞は、筋線維の細胞を指す。骨格筋細胞は、骨格筋細胞または非骨格筋細胞から誘導され得る。骨格筋細胞は、様々な組織源のいずれかからの細胞であってもよく、またはそれから誘導されてもよい。例えば、幹細胞、線維芽細胞、包皮線維芽細胞、皮膚線維芽細胞、肺線維芽細胞等である。骨格筋細胞は、胚細胞、胎児細胞、または出生後(例えば成体)骨格筋細胞であってもよい。好ましい実施形態において、骨格筋細胞は、成体骨格筋細胞である。いくつかの実施形態において、骨格筋細胞は、幹細胞から誘導される。非骨格筋細胞は、当業者に利用可能な任意の方法を使用して、in vitroまたはin vivoで骨格筋細胞に分化され得る。例えば、Salani et al.(2012)J Cell Mol.Med.16(7):1353−1364に記載の方法を参照されたい。好ましい実施形態において、成体分裂終了骨格筋細胞は、増殖能力を有さない、または増殖能力が低い。
改質のための細胞が、骨格筋細胞の集団である場合、細胞の集団は、少なくとも約60%の骨格筋細胞、少なくとも約65%の骨格筋細胞、少なくとも約70%の骨格筋細胞、少なくとも約75%の骨格筋細胞、少なくとも約80%の骨格筋細胞、少なくとも約85%の骨格筋細胞、少なくとも約90%の骨格筋細胞、少なくとも約95%の骨格筋細胞、少なくとも約98%の骨格筋細胞、少なくとも約99%の骨格筋細胞、または99%超の骨格筋細胞で構成される。
いくつかの実施形態において、分裂終了細胞は、細胞が対象内にあり、増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する方法がin vivo改質によるものであるように、内生分裂終了細胞である。他の実施形態において、分裂終了細胞は外生であり、分裂終了細胞はin vitroで改質される。
増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発される分裂終了細胞は、様々な源のいずれかからの細胞であってもよい。哺乳動物分裂終了細胞(例えば、ヒト、イヌ、ネコまたはネズミ)が使用され得る。いくつかの実施形態において、分裂終了細胞は、哺乳動物心筋細胞である。いくつかの実施形態において、分裂終了細胞は、幹細胞(例えば、多能性幹細胞、人工多能性幹細胞、再プログラム心臓細胞、心臓幹細胞、神経幹細胞)から誘導されてもよい。いくつかの実施形態において、胚幹細胞は明示的に除外される。
分裂終了細胞は、生きている対象から得られてもよい。細胞は、生きている対象から採取された組織から得られてもよい。細胞は、好適な組織ドナーと考えられる最近死亡した対象から得られてもよい。いくつかの実施形態において、対象が好適な細胞源であるかどうかを決定するために、対象は、様々な遺伝子障害、ウイルス感染等に関してスクリーニングされる。一般に、本発明における使用に好適な細胞は、形質転換されておらず(例えば、正常な細胞増殖を示す)、さもなければ正常である(例えば、正常核型を示す)。
分裂終了細胞は、非胎児対象、新生児、小児または成人の組織から誘導されてもよい。分裂終了細胞は、帝王切開分娩を含む出生から死亡までの期間内の対象から収集された、新生児または出生後組織から誘導されてもよい。例えば、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発される分裂終了細胞は、約10分齢超、約1時間齢超、約1日齢超、約1ヶ月齢超、約2ヶ月齢超、約6ヶ月齢超、約1歳超、約2歳超、約5歳超、約10歳超、約15歳超、約18歳超、約25歳超、約35歳超、>45歳、>55歳、>65歳、>80歳、<80歳、<70歳、<60歳、<50歳、<40歳、<30歳、<20歳、または<10歳である対象からのものであってもよい。
組織から分裂終了細胞を単離する方法は、当技術分野において知られており、任意の知られている方法が使用され得る。限定されない例として、成体心臓細胞は、心臓手術を受けている患者から得られたヒト心房生検標本から得られてもよい。心臓組織を切り刻んでコラゲナーゼで分解させ、Choi et al.(2013)Transplantation Proceedings 45:420−426の方法を使用して、心臓幹/前駆細胞をc−kit+前駆体細胞増加培地内で増加させることができる。さらに、Ieda et al.(2009)Dev.Cell 16(2):233−244の方法を使用して、心臓線維芽細胞を得ることができる。男性の個人の包皮組織から、包皮線維芽細胞を得ることができる。線維芽細胞は、包皮組織を切り刻み、次いで組織を単一細胞まで分離させることにより得ることができる。包皮細胞塊は、物理的な脱集塊化、または例えばトリプシンを使用した酵素分解を含む、当技術分野において知られている任意の手段により分離され得る。
分裂終了細胞(例えば、心筋細胞、神経細胞、膵臓細胞、有毛細胞、骨格筋細胞)は、細胞周期調整遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含む1つ以上の核酸、例えば、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン及び/もしくはオーロラキナーゼで遺伝子的もしくは非遺伝子的に改質されてもよく、または、ポリペプチドを導入することにより改質されてもよい。以下で議論されるように、分裂終了細胞は、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン及び/もしくはオーロラキナーゼ(例えば、CDK1、CCNB1及びAURKB)をコードするヌクレオチド配列を含む核酸を過剰発現することにより、または、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン及び/もしくはオーロラキナーゼアミノ酸配列(例えば、CDK1、CCNB1及びAURKB)を含むポリペプチドを導入することにより、増殖または細胞周期に再進入するように誘発されてもよく、あるいは、内生サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン、及び/またはオーロラキナーゼ(例えば、CDK1、CCNB1及びAURKB)の発現を誘発するために化学物質(例えば小分子)を導入することにより、さらに改質されてもよい。サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン及びオーロラキナーゼのアミノ酸配列は、当技術分野において知られている。サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン及びオーロラキナーゼをコードするヌクレオチド配列は、当技術分野において知られている。
さらに、分裂終了細胞は、少なくとも1つのサイクリン依存性キナーゼ(CDK)及び少なくとも1つのサイクリン、もしくはそのそれぞれの等価物(例えば、CDK1及びCCNB1)をコードするヌクレオチド配列を含む核酸を過剰発現することにより、または、少なくとも1つのサイクリン依存性キナーゼ及び少なくとも1つのサイクリンアミノ酸配列(例えば、CDK1及びCCNB1)を含むポリペプチドを導入することにより、増殖または細胞周期に再進入するように誘発されてもよく、あるいは、内生サイクリン依存性キナーゼ及び/またはサイクリンの発現を誘発するために化学物質(例えば小分子)を導入することにより、さらに改質されてもよい。
いくつかの実施形態において、分裂終了細胞は、有効量のCDK活性化剤、形質転換成長因子β阻害剤、またはそれらの組み合わせと接触させられる。いくつかの実施形態において、CDK活性化剤は、CDK1活性化剤である。CDK1活性化剤の例は、Wee1阻害剤MK1775である。MK1775は、CDK1発現を間接的に誘発することが知られている。形質転換成長因子ベータ(TGF−β)阻害剤は、TGF−βシグナル伝達系経路を構成する因子、例えばTGF−βリガンド、TGF−β I型受容体、TGF−β II型受容体、TGF−β III型受容体(β−グリカン及びエンドグリン)、TGF−β受容体の可溶形態、Smadタンパク質、シグナル伝達経路に関与する受容体及びリガンドに対する抗体、経路メンバーを標的化する核酸ベース分子(例えば、アンチセンス、siRNA、アプタマー及びリボザイム)、またはそれらの組み合わせのいずれかを阻害することによりTGF−βシグナル伝達を阻害する化合物である。
いくつかの実施形態において、TGF−β阻害剤は、SB431542、D4476、LDN−193189、デキサメタゾン及びLY364947からなる群から選択される。TGF−β阻害剤はまた、当技術分野において、抗TGF−β化合物と呼ぶことができる。抗TGF−β化合物の限定されない例は、抗体(例えば、フレソルミマブ(Fresolumimab)/GC1008(Genzyme、Cambridge、MA、USA)、PF−03446962(Pfizer、New York、NY、USA))、アンチセンスオリゴヌクレオチド(ASO)(例えばトラベデルセン(AP12009)(Isarna Therapeutics、New York、NY、USA))、受容体キナーゼ阻害剤(例えば、LY2157299(Eli Lilly、Indianapolis、IN、USA)、及びTGF−β ASOのワクチンとの組み合わせ(例えばLucanix(商標)(Belagenpumatucel−L)(Nova Rx Corp、San Diego、CA、USA)、及びTGF−β ASO+GMCSF発現ベクター(Mary Crowley Medical Research Centre、Dallas、TX、USA))を含む。組成物へのTGF−β阻害剤の添加は、細胞生存を改善するように作用することが企図される。
培養条件
本開示の細胞は、当業者に知られている任意の条件下で培養され得る。いくつかの実施形態において、細胞は、1〜20%の酸素(O)及び5%の二酸化炭素(CO)の条件下で培養される。いくつかの実施形態において、本開示の細胞は、低酸素条件下(例えば、10%未満のOの存在下)で培養される。いくつかの実施形態において、本開示の細胞は、約37℃で培養される。いくつかの実施形態において、本開示の細胞は、約37℃、5%のCO及び10〜20%のOで培養され得る。いくつかの実施形態において、細胞は、ある期間低酸素条件下で培養される。例えば、細胞は、ある期間低酸素条件(約20%のO)下で培養され、次いで低酸素条件、例えば約5%のOに切り替えられてもよい。
In Vitro改質
一態様において、本開示の方法及び組成物は、分裂終了細胞を、少なくとも1つのサイクリン依存性キナーゼ(CDK)及び少なくとも1つのサイクリン、またはそれらのそれぞれの等価物を含む有効量の組成物と接触させ、それにより分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発することにより、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する。
一態様において、本開示の方法及び組成物は、分裂終了細胞に、増殖及び/または細胞周期再進入を刺激することができる組成物(例えば、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン、及び/またはオーロラキナーゼの発現を増加させることができる組成物)を投与することにより、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する。
いくつかの実施形態において、組成物は、分裂終了細胞を、in vitroで、少なくとも1日、少なくとも2日、少なくとも3日、少なくとも4日、少なくとも5日、少なくとも6日、少なくとも7日、少なくとも8日、または少なくとも9日の期間、in vitroで分裂するように誘発する。一実施形態において、分裂終了細胞の少なくとも約0.1%が、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発される。別の実施形態において、分裂終了細胞の少なくとも約0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%、2%、5%、10%、15%が、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発される。
いくつかの実施形態において、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発するための組成物は、in vitroまたはex vivoで分裂終了細胞に投与される。分裂終了細胞は、in vitroまたはex vivoで増殖及び/または細胞周期再進入を刺激するように(遺伝子的または非遺伝子的に)改質される。分裂終了細胞の少なくとも一部が、in vitroまたはex vivoで少なくとも増殖及び/または細胞周期再進入を開始したら、分裂終了細胞は、対象に導入され得る。いくつかの実施形態において、本開示の分裂終了細胞は、研究及び薬剤開発において役立つものとして使用され得る。分裂終了細胞は、当業者に一般的に知られている様々な方法により培養され得る。
分裂終了細胞のin vitroまたはex vivo改質の利点は、損傷した、または増殖及び/もしくは細胞周期に再進入していない細胞の移植または区別に好適な細胞を容易に特定することができることである。in vitroまたはex vivo改質によって、改質された分裂終了細胞は、改質されていない分裂終了細胞から精製または単離され得る。
分裂終了細胞は、当業者に一般的に知られている様々な機序により改質され得る。ウイルスコンストラクトは、好適な宿主におけるウイルスの生成により送達され得る。次いで、ウイルスを宿主細胞から採取し、分裂終了細胞と接触させる。対象となる遺伝子を発現することができるウイルス及び非ウイルスベクターは、DNA/リポソーム複合体、ミセル、及び標的化ウイルスタンパク質−DNA複合体を介して、分裂終了細胞に送達され得る。標的抗体またはその断片も含むリポソームを、本発明の方法において使用することができる。分裂終了細胞または細胞集団へのポリヌクレオチドの送達に加えて、分裂終了細胞または細胞集団への本明細書に記載のタンパク質の直接導入は、タンパク質トランスフェクションの限定されない技術により行うことができ、代替として、本発明のタンパク質の発現を向上させる、及び/またはその活性を促進することができる培養条件が、他の限定されない技術である。
本発明の遺伝子をコードするベクターを送達する他の方法は、これらに限定されないが、リン酸カルシウムトランスフェクション、DEAE−デキストラントランスフェクション、エレクトロポレーション、マイクロインジェクション、原形質融合、またはリポソーム媒介トランスフェクションを含む。本開示のベクターによりトランスフェクトされる宿主細胞は、これらに限定されないが、大腸菌もしくは他の細菌、酵母、真菌、またはマウス、ヒト、もしくは他の動物(例えば哺乳動物)から誘導された細胞を含み得る。クローニングされたDNAによりコードされたタンパク質、融合物、ポリペプチド断片または突然変異のin vitro発現もまた使用され得る。分子生物学の当業者には、広範な発現システム及び精製システムを使用して、組み換えタンパク質及びその断片を生成することができることが理解される。
In Vivo改質
いくつかの実施形態において、本開示は、in vivoで分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する方法を提供する。いくつかの実施形態において、組成物は、分裂終了細胞を、in vivoで、少なくとも1日、少なくとも2日、少なくとも3日、少なくとも4日、少なくとも5日、少なくとも6日、少なくとも7日、少なくとも8日、または少なくとも9日の期間、in vivoで分裂するように誘発する。一実施形態において、分裂終了細胞の少なくとも約0.1%が、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発される。別の実施形態において、分裂終了細胞の少なくとも約0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%、2%、5%、10%、15%が、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発される。
いくつかの実施形態において、分裂終了細胞は、分裂終了細胞(例えば心筋細胞)の増殖及び/または細胞周期再進入を刺激するために、有効量の組成物でin vivoで(例えば遺伝子的または非遺伝子的に)改質され、組成物は、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン、及びオーロラキナーゼ、またはそれらの等価物の発現を増加させることができ、組成物は、in vivoで対象に投与される。他の実施形態において、分裂終了細胞は、少なくとも1つのサイクリン依存性キナーゼ(CDK)及び少なくとも1つのサイクリン、またそれらのそれぞれの等価物を含む有効量の組成物とin vivoで(例えば遺伝子的または非遺伝子的に)改質され、それにより、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入をin vivoで誘発する。本明細書に記載の組成物は、核酸、ポリペプチド、及び/またはそれらの組み合わせを含有し得る。
分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)の増殖及び/または細胞周期再進入を刺激するための組成物のin vivo送達のために、組成物は、当業者に一般的に知られている任意の機序により、それを必要とする対象に投与され得る。限定されない例は、経口、全身(例えば、経皮、鼻腔内もしくは坐剤による)、または非経口(例えば、筋肉内、静脈内もしくは皮下)投与を含む。
本開示は、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入をin vivoで刺激する方法であって、増殖及び/または細胞周期再進入を刺激するのに効果的な量を、それを必要とする対象に投与することを概して含む、または代替として本質的にそれからなる、またはさらにそれからなる方法を提供し、前記組成物は、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン、及びオーロラキナーゼ、またはそれらの等価物の発現を増加させることができる。いくつかの実施形態において、方法は、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)を、増殖及び/または細胞周期再進入を刺激するのに効果的な量の組成物と接触させることを概して含む。組成物は、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン、及び/もしくはオーロラキナーゼ、またはそれらの等価物の発現を増加させるために、少なくとも1つのポリペプチド、少なくとも1つの核酸、少なくとも1つの化学物質、またはそれらの混合物を含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなる、少なくとも1つの増殖及び/または細胞周期再進入因子を含んでもよい。組成物は、少なくとも1つのサイクリン依存性キナーゼ及び少なくとも1つのサイクリン、またはそれらの等価物の発現を増加させるために、少なくとも1つのポリペプチド、少なくとも1つの核酸、少なくとも1つの化学物質、またはそれらの混合物を含む、少なくとも1つの増殖及び/または細胞周期再進入因子を含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなってもよい。いくつかの実施形態において、組成物は、CDK1、CCNB1及びAURKBポリペプチドを含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなる。いくつかの実施形態において、組成物は、CDK1及びCCNB1ポリペプチドを含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなる。いくつかの実施形態において、組成物は、CDK1、CCNB1、CDK4、及びCCND1ポリペプチドを含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなる。別の実施形態において、組成物は、CDK1、CCNB1及びAURKB核酸を含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなる。別の実施形態において、組成物は、CDK1及びCCNB1核酸を含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなる。別の実施形態において、組成物は、CDK1、CCNB1、CDK4、及びCCND1核酸を含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなる。他の実施形態において、組成物は、内生CDK1、CCNB1及びAURKBの発現を増加させる化学物質を含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなる。他の実施形態において、組成物は、内生CDK1及びCCNB1の発現を増加させる化学物質を含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなる。さらに他の実施形態において、組成物は、内生CDK1、CCNB1、CDK4、及びCCND1の発現を増加させる化学物質を含む、または代替として本質的にそれらからなる、またはさらにそれらからなる。いくつかの実施形態において、オーロラキナーゼは、組成物から明示的に除外される。
組成物は、固体組成物、半固体組成物、または液体組成物であってもよい。いくつかの場合において、組成物は、固体組成物、半固体組成物、または液体組成物であってもよい制御放出組成物である。例えば、組成物は、持続放出マトリックスであってもよい。
いくつかの実施形態において、組成物は、それを必要とする対象の処置部位またはその近傍に、例えば心臓または脳内またはその周囲に投与される。組成物の投与は、血管内注射、心筋内送達、及び頭蓋内送達を含む様々な手段により達成され得る。例えば、心筋内送達は、カテーテルを使用して(例えば経心内膜カテーテルシステムを介して)行うことができる。カテーテルを介した心筋内または頭蓋内送達は、全体的、限局的または拡散的であってもよい。
いくつかの実施形態において、増殖または細胞周期に再進入するように誘発された分裂終了細胞は、それを必要とする対象に、移植可能なデバイスと関連して投与される。本明細書により企図される好適な移植可能なデバイスは、血管内ステント(例えば、自己拡張ステント、バルーン拡張ステント、及びステントグラフト)、スキャフォールド、グラフト等を含む。
増殖及び/または細胞周期再進入を刺激する因子
議論されたように、分裂終了細胞(例えば心筋細胞)は、細胞周期調整遺伝子の発現を増加させるように改質され得る。細胞周期調整遺伝子、例えばサイクリン依存性キナーゼ(CDK)、サイクリン、及び/またはオーロラキナーゼは、核酸によりコードされてもよく、またはポリペプチドであってもよい。いくつかの実施形態において、細胞周期調整遺伝子は、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン、オーロラキナーゼ、またはそれらの等価物を含む。他の実施形態において、細胞周期調整遺伝子は、サイクリン依存性キナーゼ及びサイクリンまたはそれらのそれぞれの等価物を含む。分裂終了細胞は、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン、オーロラキナーゼ、アクチン結合タンパク質アニリン(ANLN)、細胞分裂周期(CDC)タンパク質、カドヘリン、COP9シグナロソーム複合体サブユニット、カリン、GTPase活性化タンパク質、細胞質分裂のタンパク質調整因子及び/もしくはWNT1誘発性シグナル伝達経路タンパク質またはそれらの等価物の少なくとも1つ等の増殖及び/または細胞周期再進入因子を含む組成物の導入により改質され得る。分裂終了細胞は、(1)サイクリンB1(CCNB1)、オーロラキナーゼB(AURKB)及び周期依存性キナーゼ 1(CDK1);(2)CCNB1及びCDK1;(3)サイクリンD1(CCND1)、周期依存性キナーゼ4(CDK4);(4)CCNB1、CDK1、CCND1及びCDK4;(5)CCNB1、CCND1及びCDK4;またはそれらの任意の組み合わせ等の増殖及び/または細胞周期再進入因子を含む組成物の導入により改質され得る。
いくつかの実施形態において、少なくとも1つの核酸は、構成的に発現される。
サイクリン依存性キナーゼ
サイクリン依存性キナーゼ(CDK)は、その調整サイクリンとの複合化により細胞周期の進行を調整するように機能する。例えば、CDK1は、M期の間サイクリンB1(CCNB1)に結合して機能し、一方CDK2/サイクリンA複合体は、S期及びS/G2移行における進行を確実にし、CDK2/サイクリンEは、G1/S期の間の進行を促進する。Gerard et al.(2012)Frontiers in Physiol.3(413):1−18。
いくつかの実施形態において、CDKは、CDK1、CDK2、CDK3、CDK4、及びCDK6からなる群から選択される。いくつかの実施形態において、CDKは、CDK1である。他の実施形態において、CDKは、CDK4である。さらに他の実施形態において、CDK1及びCDK4の両方が使用される。いくつかの実施形態において、CDKは、構成的に発現される。
様々な種からのCDK(例えばCDK1)のアミノ酸配列及びCDKポリペプチドをコードするヌクレオチド配列は、当技術分野において知られている。例えば、(1)GenBank受託番号NP_001777.1(ホモサピエンス297アミノ酸サイクリン依存性キナーゼ1アイソフォーム1);(2)GenBank受託番号AAH14563.1(ホモサピエンス297アミノ酸細胞分裂周期2、G1からS及びG2からM);(3)GenBank受託番号NM_001786.4(ホモサピエンスサイクリン依存性キナーゼ1(CDK1)をコードするヌクレオチド配列、転写変異体1);(4)GenBank受託番号NM_033379.4(ホモサピエンスサイクリン依存性キナーゼ1(CDK1)をコードするヌクレオチド配列、転写変異体1);(5)GenBank受託番号NP_031685.2(ハツカネズミ297サイクリン依存性キナーゼ1);(6)GenBank受託番号NM_007659.3(ハツカネズミサイクリン依存性キナーゼ1をコードするヌクレオチド配列)を参照されたい。
いくつかの実施形態において、好適なCDK1核酸は、配列番号1または配列番号7の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。
いくつかの実施形態において、好適なCDK1核酸は、CDK1ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含み、いくつかの実施形態において、好適なCDK1ポリペプチドは、配列番号2または配列番号8の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸配列を含む。
いくつかの実施形態において、好適なCDK4核酸は、配列番号13または配列番号17の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。
いくつかの実施形態において、好適なCDK4核酸は、CDK4ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含み、いくつかの実施形態において、好適なCDK4ポリペプチドは、配列番号14または配列番号18の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸配列を含む。
サイクリン
サイクリンは、サイクリン依存性キナーゼ(CDK)を活性化することにより、細胞周期を通した細胞の進行を制御するように機能する。Galderisi et al.(2003)Oncogene 22(33):5208−5219。サイクリン−CDK複合体は、リン酸化により他のタンパク質を活性化し、これは一方で、細胞周期における特定のイベントの原因となる。サイクリンは、十分に特性決定されており、ファミリーに分類されている。例えば、サイクリンAファミリーは、CCNA1及びCCNA2の2つのメンバーからなり、一方、サイクリンBファミリーは、CCNB1、CCNB2及びCCNB3の3つのメンバーからなる。細胞周期の異なる期の間は、異なるサイクリンが活性である。例えば、サイクリンAは、合成期(S期)において活性であり、その間、DNAが複製され、G1期とG2期との間で生じる。一方、サイクリンDは、G1期からS期への移行を調整する。サイクリンBは、G2期からM期への進行を調整する。特に、サイクリンB1は、CDK1に結合する有糸分裂サイクリンとして機能し、細胞周期のM期における、及びM期外への細胞の進行に必要である。
いくつかの実施形態において、サイクリンは、サイクリンA、サイクリンB、サイクリンD、及びサイクリンEからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、サイクリンBは、サイクリンB1(CCNB1)である。他の実施形態において、サイクリンDは、サイクリンD1(CCND1)である。さらに他の実施形態において、CCNB1及びCCND1の両方が使用される。
様々な種からのサイクリンポリペプチド(例えばサイクリンB1、CCNB1)のアミノ酸配列及びサイクリンポリペプチド(例えばサイクリンB1、CCNB1)をコードするヌクレオチド配列は、当技術分野において知られている。例えば、(1)GenBank受託番号NP_114172(ホモサピエンス433アミノ酸サイクリンB1);(2)GenBank受託番号AAH06510.1(ホモサピエンス433アミノ酸サイクリンB1);(3)GenBank受託番号EAW51306.1(ホモサピエンス433アミノ酸サイクリンB1);(4)GenBank受託番号NM_031966.3(ホモサピエンスサイクリンB1をコードするヌクレオチド配列);(5)GenBank受託番号NP_758505.2(ハツカネズミ430アミノ酸サイシンB1);(6)GenBank受託番号NM_172301.3(ハツカネズミサイクリンB1をコードするヌクレオチド配列)を参照されたい。
いくつかの実施形態において、好適なCCNB1核酸は、配列番号3または配列番号9の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。
いくつかの実施形態において、好適なCCNB1核酸配列は、CCNB1ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含み、いくつかの実施形態において、好適なCCNB1ポリペプチドは、配列番号4または配列番号10の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のアミノ酸配列同一性を有する配列を含むポリペプチドをコードするアミノ酸配列を含む。
いくつかの実施形態において、好適なCCND1核酸は、配列番号15または配列番号19の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。
いくつかの実施形態において、好適なCCNB1核酸配列は、CCNB1ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含む。いくつかの実施形態において、好適なCCNB1ポリペプチドは、配列番号16または配列番号20の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のアミノ酸配列同一性を有する配列を含むポリペプチドをコードするアミノ酸配列を含む。
オーロラキナーゼ
オーロラキナーゼは、細胞周期制御に重要なセリン/トレオニン キナーゼである。Fu et al.(2007)Mol Cancer Res 5(1):1−10。これらのキナーゼは、細胞分裂中の染色分体の分離を制御するように機能する。現在まで、オーロラキナーゼA(AURKA)、オーロラキナーゼB(AURKB)及びオーロラキナーゼC(AURKC)の3つの哺乳動物オーロラキナーゼが特定されている。特に、AURKBは、部分的に、動原体への有糸分裂紡錘体の付着において特異的に機能する。
様々な種からのオーロラキナーゼポリペプチド(例えばAURKB)のアミノ酸配列及びオーロラキナーゼ ポリペプチド(例えばAURKB)をコードするヌクレオチド配列は、当技術分野において知られている。例えば、(1)GenBank受託番号NP_004208.2(ホモサピエンス344アミノ酸オーロラキナーゼBアイソフォーム1);(2)GenBank受託番号NP_001243763.1(ホモサピエンス303アミノ酸オーロラキナーゼBアイソフォーム2);(3)GenBank受託番号NP_001271455.1(ホモサピエンス345アミノ酸オーロラキナーゼBアイソフォーム3);(4)GenBank受託番号AAH00442.3(ホモサピエンス344アミノ酸オーロラキナーゼB);(5)GenBank受託番号NM_004217.3(ホモサピエンスAURKBをコードするヌクレオチド配列、転写変異体1);(6)GenBank受託番号NM_001256834.1(ホモサピエンスAURKBをコードするヌクレオチド配列、転写変異体2);(7)GenBank受託番号NM_001284526.1(ホモサピエンスAURKBをコードするヌクレオチド配列、転写変異体3);(8)GenBank受託番号NP_035626.1(ハツカネズミ345アミノ酸オーロラキナーゼB);(9)GenBank受託番号AAH03261.1(ハツカネズミ345アミノ酸オーロラキナーゼB);(10)GenBank受託番号NM_011496.1(ハツカネズミオーロラキナーゼBをコードするヌクレオチド配列)を参照されたい。
いくつかの実施形態において、好適なAURKB核酸は、配列番号5または配列番号11の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。
いくつかの実施形態において、好適なAURKB核酸配列は、AURKBポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含み、いくつかの実施形態において、好適なAURKBポリペプチドは、配列番号6または配列番号12の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸配列を含む。
さらに、CDK1、CCNB1、CDK4及びCCND1をコードする核酸配列の導入は、分裂終了細胞(例えば心筋細胞及びニューロン)の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発するのに十分であることが発見されている。いくつかの実施形態において、CDKは、CDK1であり、サイクリンは、CCNB1である。
CDK1、CCNB1及びAURKBをコードする核酸配列の導入は、心臓細胞(例えば分裂終了心筋細胞)の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発するのに十分であることが発見されている。
増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発された分裂終了細胞を特定するために、数多くのマーカー及び方法が使用され得る。例えば、増殖細胞は、増殖マーカー(例えば、Ki67、PHH3、EdU)及び細胞特異的マーカーの両方を発現する細胞に対する免疫細胞化学分析により特定され得る。増殖能力を有さない、または増殖能力が低い細胞は、増殖マーカーの発現が低い、またはないものとして特定され得る。低い発現は、増殖対照試料(例えば、幹細胞または前駆細胞)と比較して、75%未満、70%未満、65%未満、60%未満、55%未満、50%未満、45%未満、40%未満、35%未満、30%未満、25%未満、20%未満、15%未満、10%未満、5%未満、または発現なしであってもよい。心臓マーカーの限定されない例は、心臓トロポニンT(cTnT)、ミオシン重鎖(MYH)、アルファアクチニン及び/またはコネキシン43を含む。神経マーカーの限定されない例は、ネスチン、神経核(NeuN)、微小管結合タンパク質2(MAP2)、ベータIIIチューブリン、ニューロン特異的エノラーゼ(NSE)、乏突起膠細胞系統(Olig1/2)、及びグリア細胞繊維性酸性タンパク質(GFAP)を含む。膵臓マーカーの限定されない例は、Pax4、Nkx2.2、Ngn3、インスリン、グルカゴン、及びソマトスタチンを含む。
様々な細胞マーカーの発現は、従来の生化学的または免疫化学的方法(例えば、酵素免疫測定法、免疫組織化学的アッセイ等)により検出され得る。代替として、細胞特異的マーカーをコードする核酸の発現が評価されてもよい。細胞内の細胞特異的マーカーをコードする核酸の発現は、逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)またはハイブリダイゼーション分析、過去に任意のマーカータンパク質をコードするmRNAを増幅、検出及び分析するために一般的に使用されていた分子生物学的方法により確認され得る。心筋細胞、神経細胞、膵臓細胞、有毛細胞、及び骨格筋細胞に特異的なマーカーをコードする核酸配列は知られており、GenBank等の公開データベースにより利用可能である。したがって、プライマーまたはプローブとしての使用に必要なマーカー特異的配列は、容易に決定される。
遺伝子改質
いくつかの実施形態において、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)は、分裂終了細胞を遺伝子的に改質する組成物を分裂終了細胞に投与することにより、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発される。組成物は、細胞周期調整ポリペプチド、例えば、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン、及びオーロラキナーゼポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含む少なくとも1つの核酸を含んでもよい(概して「少なくとも1つの核酸」と呼ばれる)。いくつかの実施形態において、オーロラキナーゼは、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する組成物及び/または方法から明示的に除外される。
増殖及び/または細胞周期再進入因子をコードするヌクレオチド配列を含む少なくとも1つの核酸は、組み換え発現ベクターであってもよく、好適なベクターは、例えば、組み換えレトロウイルス、レンチウイルス、及びアデノウイルス、アデノ関連ウイルス(AAV)、レトロウイルス発現ベクター、レンチウイルス発現ベクター、核酸発現ベクター、ならびにプラスミド発現ベクターを含む。いくつかの場合において、少なくとも1つの核酸は、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)及びその子孫のゲノム内に統合される。他の場合において、少なくとも1つの核酸は、分裂終了細胞及びその子孫内でエピソーム状態を維持する。いくつかの場合において、内生の自然型の少なくとも1つの増殖及び/または細胞周期再進入因子は、すでに分裂終了細胞内に存在し得るが、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発するために、追加的な外生因子(例えば少なくとも1つの核酸)が分裂終了細胞に追加される。他の場合において、少なくとも1つの核酸は、分裂終了細胞内の内生増殖及び/または細胞周期再進入因子をコードする核酸によりコードされるポリペプチドと1つ以上のアミノ酸だけ異なるアミノ酸配列を有する、少なくとも1つの増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドをコードする。
いくつかの実施形態において、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)は、別個の発現コンストラクトで遺伝子的に改質され、各発現コンストラクトは、1つの増殖及び/または細胞周期再進入因子をコードする核酸配列を含む。いくつかの実施形態において、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)は、複数の発現コンストラクトで遺伝子的に改質され、各発現コンストラクトは、1つの増殖及び/または細胞周期再進入因子をコードする核酸配列を含む。いくつかの実施形態において、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)は、3つの別個の発現コンストラクトで遺伝子的に改質され、各発現コンストラクトは、1つの増殖及び/または細胞周期再進入因子をコードする核酸配列を含む。いくつかの実施形態において、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)は、2つの別個の発現コンストラクトで遺伝子的に改質され、各発現コンストラクトは、少なくとも1つの増殖及び/または細胞周期再進入因子をコードする核酸配列を含む。いくつかの実施形態において、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)は、1つの発現コンストラクトで遺伝子的に改質され、発現コンストラクトは、少なくとも1つの増殖及び/または細胞周期再進入因子をコードする核酸配列を含む。いくつかの実施形態において、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)は、1つ発現コンストラクトで遺伝子的に改質され、発現コンストラクトは、いくつかの細胞周期調整因子の配列をコードするヌクレオチド配列を含む。いくつかの実施形態において、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)は、1つの発現コンストラクトで遺伝子的に改質され、発現コンストラクトは、CDK1及びCCNB1の全ての配列をコードし、また任意選択でCDK4及び/またはCCND1を含むヌクレオチド配列を含む。いくつかの実施形態において、CDK1及びCCNB1をコードし、また任意選択でCDK4及び/またはCCND1を含む配列は、1つの発現ベクター、2つの発現ベクター(例えば、CDK1は、CCNB1として別個のベクターから発現される)、または4つの発現ベクター(例えば、CDK1、CCNB1、CDK4及びCCND1は、全て別個のベクターから発現される)内にある。
いくつかの実施形態において、分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)は、1つ発現コンストラクトで遺伝子的に改質され、発現コンストラクトは、CDK1、CCNB1及びAURKBの3つ全ての配列をコードするヌクレオチド配列を含む。いくつかの実施形態において、CDK1、CCNB1及びAURKBをコードする配列は、1つの発現ベクター、2つの発現ベクター(例えば、CDK1は、CCNB1及びAURKBとして別個のベクターから発現される)、または3つの発現ベクター(例えば、CDK1、CCNB1及びAURKBは、全て別個のベクターから発現される)内にある。
いくつかの実施形態において、増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含む1つ以上の外生核酸は、単一の分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)内に導入される。他の実施形態において、増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含む1つ以上の外生核酸は、分裂終了細胞の集団(例えば分裂終了心筋細胞の集団)内にin vitroで導入される。いくつかの実施形態において、増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含む1つ以上の外生核酸は、分裂終了細胞(例えば、単一の分裂終了心筋細胞または分裂終了心筋細胞の集団)内にin vivoで導入される。
心臓細胞の集団が、増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含む1つ以上の外生核酸で(in vitroまたはin vivoで)遺伝子的に改質される場合、1つ以上の外生核酸は、分裂終了細胞の全集団の0.1%超、例えば0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%または0.1%を超える他のパーセントの細胞内に導入され得る。
他の実施形態において、分裂終了細胞の集団が、増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含む1つ以上の外生核酸で(in vitroまたはin vivoで)遺伝子的に改質される場合、1つ以上の外生核酸は、心臓細胞の全集団の1%超、例えば2%、3%、5%、10%、12%、15%、20%、または1%を超える他のパーセントの細胞内に導入され得る。
他の実施形態において、分裂終了細胞の集団が、増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含む1つ以上の外生核酸で(in vitroまたはin vivoで)遺伝子的に改質される場合、1つ以上の外生核酸は、分裂終了細胞の全集団の20%超、例えば25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%または20%を超える他のパーセントの細胞内に導入され得る。
いくつかの実施形態において、増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含む1つ以上の核酸は、遺伝子的に改質された分裂終了細胞における1つ以上の増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドの生成を提供する発現コンストラクト内にある。いくつかの実施形態において、発現コンストラクトは、ウイルスコンストラクト、例えば、組み換えアデノ関連ウイルスコンストラクト(例えば米国特許第7,078,387号)、組み換えアデノウイルスコンストラクト、組み換えレンチウイルスコンストラクト等である。
好適な発現ベクターは、これらに限定されないが、ウイルスベクター(例えば、ワクチニアウイルスをベースとしたウイルスベクター;ポリオウイルス;アデノウイルス(例えば、Li et al.(1994)Invest Opthalmol Vis Sci 35:2543−2549、Borras et al.(1999)Gene Ther 6:515−524、Li and Davidson,(1995)Proc.Natl.Acad.Sci.92:7700−7704、Sakamoto et al.(1999)Hum Gene Ther 5:1088−1097、WO94/12649、WO93/03769、WO93/19191、WO94/28938、WO95/11984及びWO95/00655);アデノ関連ウイルス(例えば、Ali et al.(1998)Hum Gene Ther 9(1):81−86,1998、Flannery et al.(1997)Proc.Natl.Acad.Sci.94:6916−6921、Bennett et al.(1997)Invest Opthalmol Vis Sci 38:2857−2863、Jomary et al.(1997)Gene Ther 4:683−690、Rolling et al.(1999),Hum Gene Ther 10:641−648、Ali et al.(1996)Hum Mol Genet.5:591−594、WO93/09239、Samulski et al.(1989)J.Vir.63:3822−3828、Mendelson et al.(1988)Virol.166:154−165、及びFlotte et al.(1993)Proc.Natl.Acad.Sci.90:10613−10617、SV40、単純ヘルペスウイルス、ヒト免疫不全ウイルス(例えば、Miyoshi et al.(1997)Proc.Natl.Acad.Sci.94:10319−10323、Takahashi et al.(1999)J Virol 73:7812−7816)、レトロウイルスベクター(例えば、マウス白血病ウイルス、脾臓壊死ウイルス、ならびにレトロウイルス、例えばラウス肉腫ウイルス、ハーベイ肉腫ウイルス、トリ白血病ウイルス、レンチウイルス、ヒト免疫不全ウイルス、骨髄増殖性肉腫ウイルス、及び哺乳動物腫瘍ウイルスから誘導されたベクター)等を含む。
数多くの好適な発現ベクターが当業者に知られており、多くは市販されている。以下のベクターが、例として挙げられる:真核細胞の場合、pXT1、pSG5(Stratagene)、pSVK3、pBPV、pMSG、pSVLSV40(Pharmacia)、及びpAd(Life Technologies)。しかしながら、本開示の細胞と適合する限り、任意の他のベクターが使用されてもよい。
利用される宿主/ベクター系に依存して、構成的及び誘発性プロモーター、転写エンハンサー要素、転写ターミネーター等を含むいくつかの好適な転写及び翻訳制御要素のいずれかが、発現ベクターにおいて使用され得る(例えば、Bitter et al.(1987)Methods in Enzymology,153:516−544)。
いくつかの実施形態において、増殖及び/または細胞周期再進入因子をコードするヌクレオチド配列(例えば、CCNB1をコードするヌクレオチド配列、AURKBをコードするヌクレオチド配列、CDK1をコードするヌクレオチド配列、CCND1をコードするヌクレオチド配列、またはCDK4をコードするヌクレオチド配列)は、制御要素、例えばプロモーター等の転写制御要素に作用可能に連結される。転写制御要素は、真核細胞、例えば哺乳動物心臓細胞において機能的である。好適な転写制御要素は、プロモーター及びエンハンサーを含む。いくつかの実施形態において、プロモーターは、構成的に活性である。他の実施形態において、プロモーターは、誘発性である。
好適な真核生物プロモーター(真核細胞において機能的であるプロモーター)の限定されない例は、CMV、CMV前初期、HSVチミジンキナーゼ、初期及び後期SV40、レトロウイルスからの長末端反復配列(LTR)、ならびにマウスメタロチオネイン−Iを含む。いくつかの実施形態において、心臓特異的発現を付与し得るプロモーターが使用される。好適な心臓特異的プロモーターの限定されない例は、デスミン(Des)、アルファ−ミオシン重鎖(α−MHC)、ミオシン軽鎖2(MLC−2)、心臓トロポニンT(cTnT)及び心臓トロポニンC(cTnC)を含む。好適なニューロン特異的プロモーターの限定されない例は、シナプシンI(SYN)、カルシウム/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼII、チューブリンアルファI、ニューロン特異的エノラーゼ及び血小板誘導成長因子ベータ鎖プロモーター、ならびにサイトメガロウイルスエンハンサー(E)をそれらのニューロン特異的プロモーターに融合することによるハイブリッドプロモーターを含む。
いくつかの実施形態において、増殖及び/または細胞周期再進入因子をコードするヌクレオチド配列は、細胞型特異的転写調整要素(TRE)に作用可能に連結され、TREは、プロモーター及びエンハンサーを含む。好適なTREは、これらに限定されないが、ミオシン軽鎖−2、α−ミオシン重鎖、AE3、心臓トロポニンC、及び心臓アクチンの遺伝子から誘導されたTREを含む。Franz et al.(1997)Cardiovasc.Res.35:560−566、Robbins et al.(1995)Ann.N.Y.Acad.Sci.752:492−505、Linn et al.(1995)Circ.Res.76:584−591、Parmacek et al.(1994)Mol.Cell.Biol.14:1870−1885、Hunter et al.(1993)Hypertension 22:608−617、及びSartorelli et al.(1992)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:4047−4051。
適切なベクター及びプロモーターの選択は、十分に当業者レベルの範囲内である。発現ベクターはまた、翻訳開始のためのリボソーム結合部位及び転写ターミネーターを含有してもよい。発現ベクターはまた、発現を増幅するための適切な配列を含んでもよい。
好適な哺乳動物発現ベクター(哺乳動物分裂終了細胞における使用に好適な発現ベクター)の例は、これらに限定されないが、組み換えウイルス、核酸ベクター、例えばプラスミド、細菌人工染色体、酵母人工染色体、ヒト人工染色体、cDNA、cRNA、及びポリメラーゼ連鎖反応(PCR)産物発現カセットを含む。増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列の発現を駆動する好適なプロモーターの例は、これらに限定されないが、レトロウイルス長末端反復配列(LTR)要素;構成的プロモーター、例えばCMV、HSV1−TK、SV40、EF−1α、β−アクチン、ホスホグリセロールキナーゼ(PGK);誘発性プロモーター、例えばTet−オペレーター要素を含有するもの;心臓特異的プロモーター、例えばデスミン(Des)、アルファ−ミオシン重鎖(α−MHC)、ミオシン軽鎖2(MLC−2)、心臓トロポニンT(cTnT)及び心臓トロポニンC(cTnC);神経特異的プロモーター、例えばネスチン、神経核(NeuN)、微小管結合タンパク質2(MAP2)、ベータIIIチューブリン、ニューロン特異的エノラーゼ(NSE)、乏突起膠細胞系統(Olig1/2)、及びグリア細胞繊維性酸性タンパク質(GFAP);ならびに膵臓特異的プロモーター、例えばPax4、Nkx2.2、Ngn3、インスリン、グルカゴン、及びソマトスタチンを含む。
いくつかの場合において、哺乳動物発現ベクター(複数可)は、外生増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドに加えて、トランスフェクトされた、形質導入された、または感染された細胞の特定または選択を容易化するマーカー遺伝子をコードする。マーカー遺伝子の例は、これらに限定されないが、蛍光タンパク質、例えば高感度緑色蛍光タンパク質、Ds−Red(DsRed:イソギンチャクモドキ種(Discosoma sp.)赤色蛍光タンパク質(RFP);Bevis et al.(2002)Nat.Biotechnol.20(11):83−87)、黄色蛍光タンパク質、mCherry、及びシアノ蛍光(cyanofluorescent)タンパク質をコードする遺伝子;ならびに、選択薬剤に対する耐性を付与するタンパク質をコードする遺伝子、例えばネオマイシン耐性遺伝子、ピューロマイシン耐性遺伝子、ブラストサイジン耐性遺伝子等を含む。
一実施形態において、発現ベクターは、自殺遺伝子をさらに含む、または代替として本質的にそれからなる、またはさらにそれからなる。自殺遺伝子の発現は、少なくとも1つの増殖及び/または細胞周期再進入因子ポリペプチドをコードするヌクレオチドを発現するものと同じ、または異なるプロモーターにより調整され得る。自殺遺伝子は、細胞の負の選択を可能にする遺伝子である。本明細書に記載の方法において、自殺遺伝子は、安全システムとして使用され、遺伝子を発現する細胞が、選択薬剤の導入により死滅されることを可能にする。これは、組み換え遺伝子が制御不能な細胞成長をもたらす突然変異を引き起こす場合に望ましい。単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ(tkまたはTK)遺伝子、シトシンデアミナーゼ遺伝子、水痘帯状疱疹ウイルスチミジンキナーゼ遺伝子、ニトロ還元酵素遺伝子、大腸菌gpt遺伝子、及び大腸菌Deo遺伝子を含む、いくつかの自殺遺伝子系が特定されている(例えば、Yazawa K,Fisher W E,Brunicardi F C:Current progress in suicide gene therapy for cancer.World J.Surg.(2002)26(7):783−9もまた参照されたい)。一実施形態において、自殺遺伝子は、チミジンキナーゼ(TK)遺伝子である。一態様において、TK遺伝子は、野生型TK遺伝子である。他の態様において、TK遺伝子は、遺伝子の突然変異形態、例えばsr23tkである。TKタンパク質を発現する細胞は、ガンシクロビルを使用して死滅させることができる。別の実施形態において、テトラサイクリン活性化タンパク質をコードする核酸及び自殺遺伝子が、1つのプロモーターにより調整される。
好適なウイルスベクターの例は、これらに限定されないが、レトロウイルス(レンチウイルスを含む);アデノウイルス;アデノ関連ウイルスをベースとするウイルスベクター、及びエピソームベクターを含む。好適なレトロウイルス系ベクターの一例は、マウスモロニー白血病ウイルス(MMLV)をベースとするベクターであるが、他の組み換えレトロウイルス、例えばトリ白血病ウイルス、ウシ白血病ウイルス、マウス白血病ウイルス(MLV)、ミンク細胞フォーカス誘発ウイルス、マウス肉腫ウイルス、細網内皮症ウイルス、テナガザル(Gibbon Abe)白血病ウイルス、マソン−ファイザーサルウイルス、またはラウス肉腫ウイルスもまた使用され得る(例えば、米国特許第6,333,195号)。
他の場合において、レトロウイルス系ベクターは、レンチウイルス系ベクター(例えば、ヒト免疫不全ウイルス−1(HIV−1)、サル免疫不全ウイルス(SIV)またはネコ免疫不全ウイルス(FIV))である。Johnston et al.(1999),Journal of Virology,73(6):4991−5000(FIV)、Negre D et al.(2002)Current Topics in Microbiology and Immunology,261:53−74(SIV)、Naldini et al.(1996)Science,272:263−267(HIV)。
組み換えレトロウイルスは、標的細胞への進入を補助するために、ウイルスポリペプチド(例えばレトロウイルスenv)を含んでもよい。そのようなウイルスポリペプチドは、当技術分野、例えば米国特許第5,449,614号において十分に確立されている。ウイルスポリペプチドは、元の宿主種外の細胞を含む複数の種から誘導された細胞への進入を補助する両種性ウイルスポリペプチド、例えば両種性envであってもよい。ウイルスポリペプチドは、元の宿主種外の細胞内への進入を補助する異種指向性ウイルスポリペプチドであってもよい。いくつかの実施形態において、ウイルスポリペプチドは、元の宿主種の細胞内への進入を補助する同種指向性ウイルスポリペプチド、例えば同種指向性envである。
細胞内へのレトロウイルスの進入を補助することができるウイルスポリペプチドの例は、これらに限定されないが、MMLV両種性env、MMLV同種指向性env、MMLV異種指向性env、水疱性口内炎ウイルス−gタンパク質(VSV−g)、HIV−1 env、テナガザル白血病ウイルス(GALV)env、RD114、FeLV−C、FeLV−B、MLV 10A1 env遺伝子、及びキメラを含むそれらの変異体を含む。Yee et al.(1994)Methods Cell Biol.,Pt A:99−112(VSV−G);米国特許第5,449,614号。いくつかの場合において、ウイルスポリペプチドは、発現または受容体への向上した結合を促進するように遺伝子的に改質される。
一般に、組み換えウイルスは、ウイルスDNAまたはRNAコンストラクトを生成細胞内に導入することにより生成される。いくつかの場合において、生成細胞は、外生遺伝子を発現しない。他の場合において、生成細胞は、1つ以上の外生遺伝子、例えば1つ以上のgag、pol、もしくはenvポリペプチド、及び/または1つ以上のレトロウイルスgag、pol、もしくはenvポリペプチドをコードする遺伝子を含む「パッケージング細胞」である。レトロウイルスパッケージング細胞は、標的細胞内への進入を補助するウイルスポリペプチド、例えばVSV−gをコードする遺伝子を含んでもよい。いくつかの場合において、パッケージング細胞は、1つ以上のレンチウイルスタンパク質をコードする遺伝子、例えば、gag、pol、env、vpr、vpu、vpx、vif、tat、rev、またはnefを含む。いくつかの場合において、パッケージング細胞は、アデノウイルスタンパク質、例えばE1AもしくはE1Bまたは他のアデノウイルスタンパク質をコードする遺伝子を含む。例えば、パッケージング細胞により供給されるタンパク質は、gag、pol、及びenv等のレトロウイルス誘導タンパク質;gag、pol、env、vpr、vpu、vpx、vif、tat、rev及びnef等のレンチウイルス誘導タンパク質;ならびにE1A及びE1B等のアデノウイルス誘導タンパク質であってもよい。多くの例において、パッケージング細胞は、ウイルスベクターが誘導されるウイルスとは異なるウイルスから誘導されたタンパク質を供給する。
パッケージング細胞株は、これに限定されないが、任意の容易にトランスフェクション可能な細胞株を含む。パッケージング細胞株は、293T細胞、NIH3T3、COSまたはHeLa細胞株をベースとしてもよい。パッケージング細胞は、ウイルスパッケージングに必要なタンパク質をコードする少なくとも1つの遺伝子が欠損したウイルスベクタープラスミドをパッケージするためにしばしば使用される。そのようなウイルスベクタープラスミドによりコードされたタンパク質から欠損したタンパク質またはポリペプチドを供給することができる任意の細胞が、パッケージング細胞として使用され得る。パッケージング細胞株の例は、これらに限定されないが、Platinum−E(Plat−E)、Platinum−A(Plat−A)、BOSC 23(ATCC CRL 11554)及びBing(ATCC CRL 11270)を含む。Morita et al.(2000)Gene Therapy 7(12):1063−1066、Onishi et al.(1996)Experimental Hematology,24:324−329、米国特許第6,995,009号。市販のパッケージング株、例えば、Ampho−Pak 293細胞株、Eco−Pak 2−293細胞株、RetroPack PT67細胞株、及びRetro−X Universal Packaging System(全てClontechから入手可能である)もまた有用である。
レトロウイルスコンストラクトは、一連のレトロウイルス、例えばMMLV、HIV−1、SIV、FIV、または本明細書に記載の他のレトロウイルスから誘導され得る。レトロウイルスコンストラクトは、特定ウイルスの2回以上の複製サイクルに必要な全てのウイルスポリペプチドをコードし得る。いくつかの場合において、ウイルス進入の効率は、他の因子または他のウイルスポリペプチドの添加により改善される。他の場合において、レトロウイルスコンストラクトによりコードされるウイルスポリペプチドは、2回以上の複製サイクルを支援しない(例えば米国特許第6,872,528号)。そのような状況において、他の因子または他のウイルスポリペプチドの添加が、ウイルス進入の容易化を補助し得る。例示的実施形態において、組み換えレトロウイルスは、VSV−gポリペプチドを含むがHIV−1 envポリペプチドを含まないHIV−1ウイルスである。
レトロウイルスコンストラクトは、プロモーター、複数のクローニング部位、及び/または耐性遺伝子を含んでもよい。プロモーターの例は、これらに限定されないが、CMV、SV40、EF1α、β−アクチン;レトロウイルスLTRプロモーター、及び誘発性プロモーターを含む。レトロウイルスコンストラクトはまた、パッケージングシグナル(例えば、MFGベクターから誘導されたパッケージングシグナル;psiパッケージングシグナル)を含んでもよい。当技術分野において知られているいくつかのレトロウイルスコンストラクトの例は、これらに限定されないが、pMX、pBabeXまたはそれらの誘導体を含む。Onishi et al.(1996)Experimental Hematology,24:324−329。いくつかの場合において、レトロウイルスコンストラクトは、自己不活性化レンチウイルスベクター(SIN)ベクターである。Miyoshi et al.(1998)J.Virol.72(10):8150−8157。いくつかの場合において、レトロウイルスコンストラクトは、LL−CG、LS−CG、CL−CG、CS−CG、CLGまたはMFGである。Miyoshi et al.(1998)J.Virol.72(10):8150−8157、Onishi et al.(1995)Experimental Hematology,24:324−329、Riviere et al.(1995)Proc.Natl.Acad.Sci.,92:6733−6737。ウイルスベクタープラスミド(またはコンストラクト)は、レトロウイルス系としてpMXs、pMxs−IB、pMXs−puro、pMXs−neo(pMXs−IBは、pMXs−puroのピューロマイシン耐性遺伝子の代わりにブラストサイジン耐性遺伝子を担持するベクターである)(Kimatura et al.(2003)Experimental Hematology 31:1007−1014、MFG Riviere et al.(1995)Proc.Natl.Acad.Sci.,92:6733−6737)、pBabePuro(Morgenstern et al.(1990)Nucleic Acids Research 18:3587−3596)、LL−CG、CL−CG、CS−CG、CLG(Miyoshi et al.(1998)J.Vir.72:8150−8157)等を、またアデノウイルス系としてpAdexl(Kanegae et al.(1995)Nucleic Acids Research 23:3816−3821)等を含む。例示的実施形態において、レトロウイルスコンストラクトは、ブラストサイジン(例えばpMXs−IB)、ピューロマイシン(例えばpMXs−puro、pBabePuro)、またはネオマイシン(例えばpMXs−neo)を含む。Morgenstern et al.(1990)Nucleic Acids Research 18:3587−3596。
パッケージング細胞から組み換えウイルスを生成する方法、及びその使用は、十分確立されており、例えば、米国特許第5,834,256号、米国特許第6,910,434号、米国特許第5,591,624号、米国特許第5,817,491号、米国特許第7,070,994号、及び米国特許第6,995,009号を参照されたい。多くの方法は、パッケージング細胞株内へのウイルスコンストラクトの導入から始まる。ウイルスコンストラクトは、これらに限定されないが、リン酸カルシウム法、リポフェクション法(例えばFelgner et al.(1987)Proc.Natl.Acad.Sci.84:7413−7417)、エレクトロポレーション法、マイクロインジェクション、Fugeneトランスフェクション、ヌクレオフェクション等、及び本明細書に記載の任意の方法を含む、当技術分野において知られている任意の方法により、宿主線維芽細胞内に導入され得る。
細胞の非ウイルスベースのトランスフェクション等の様々な周知の技術を使用して、増殖及び/または細胞周期再進入因子をコードする1つ以上の核酸が、分裂終了細胞内に導入されてもよい。例示的態様において、コンストラクトは、ベクター内に組み込まれ、心臓細胞内に導入される。心臓細胞への導入は、当技術分野において知られている任意の非ウイルスベースのトランスフェクション法、例えば、これらに限定されないが、エレクトロポレーション、リン酸カルシウム媒介移入、ヌクレオフェクション、ソノポレーション、熱衝撃、マグネトフェクション、リポソーム媒介移入、マイクロインジェクション、マイクロプロジェクタイル媒介移入(ナノ粒子)、カチオン性ポリマー媒介移入(DEAE−デキストラン、ポリエチレンイミン、ポリエチレングリコール(PEG)等、または細胞融合等により行われてもよい。トランスフェクションの他の方法は、Lipofectamine(商標)、Dojindo Hilymax(商標)、Fugene(商標)、jetPEI(商標)、Effectene(商標)、及びDreamFect(商標)等のトランスフェクション試薬を含む。
いくつかの実施形態において、少なくとも1つの核酸は、合成メッセンジャーRNA(mRNA)である。合成mRNAは、対象となるタンパク質を作製するための遺伝子情報を提供し、免疫反応の惹起を回避するように化学的に改質されてもよい。Zangi et al.(2013)Nature Biotech 31:898−907。mRNAは、宿主細胞ゲノム内に統合しないため、合成RNAは、ある期間作用し、次いで細胞が分裂する際に消失する。いくつかの実施形態において、合成mRNAは、一本鎖RNAに対する自然の抗ウイルス反応を低減するように、例えばプソイドウリジン及び/または5−メチル−シチジンで改質される。いくつかの実施形態において、合成RNAは、CCNB1、CCND1、CDK1、CDK4、AURKBまたはそれらの組み合わせ及び/もしくはそれらのそれぞれの等価物をコードする。
いくつかの実施形態において、CDK1をコードする好適な合成RNAは、配列番号1または配列番号7の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。いくつかの実施形態において、CCNB1をコードする好適な合成RNAは、配列番号3または配列番号9の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。いくつかの実施形態において、AURKBをコードする好適な合成RNAは、配列番号5または配列番号11の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。いくつかの実施形態において、CDK4をコードする好適な合成RNAは、配列番号13または配列番号17の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。いくつかの実施形態において、CCND1をコードする好適な合成RNAは、配列番号15または配列番号19の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約99%、または100%のヌクレオチド配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。
タンパク質改質
別の態様において、ポリペプチドは、当技術分野において知られている任意の方法を使用して分裂終了細胞内に導入され得る。タンパク質送達(すなわちタンパク質形質導入)は、ペプチドまたはタンパク質モチーフが細胞原形質膜を通過するプロセスである。ペプチドを細胞内に導入する方法は、例えば、トランスフェクション、マイクロインジェクション、エレクトロポレーション、ナノ粒子、ウイルス様粒子(VLP)を含む。いくつかの実施形態において、タンパク質は、CCNB1、CCND1、CDK1、CDK4、AURKBまたはそれらの組み合わせ及び/もしくはそれらのそれぞれの等価物である。
化学的改質
別の態様において、本開示は、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する方法であって、増殖及び/または細胞周期再進入を刺激するのに効果的な量の少なくとも1つの化学物質を含む組成物を細胞に投与することを含む方法を提供し、上記化学組成物は、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン、及びオーロラキナーゼ、またはそれらの等価物の発現を増加させることができる。他の実施形態において、方法は、細胞を、少なくとも1つのサイクリン依存性キナーゼ、少なくとも1つのサイクリン、またはそれらの等価物の発現を増加させる有効量の少なくとも1つの化学物質と接触させることを含む、または代替として本質的にそれからなる、またはさらにそれからなる。いくつかの実施形態において、化学物質は、CCNB1、CCND1、CDK1、CDK4、それらの組み合わせ及び/またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させる。
サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン、もしくはオーロラキナーゼ(例えば、CDK1、CDK4、CCNB1、CCND1、もしくはAURKB)、またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させることができる、現在知られている、または後に発見される任意の化合物が、本開示の範囲内である。化合物は、1つ以上の薬学的に許容される賦形剤、希釈剤または担体に関連して使用され得る全ての薬学的に許容される誘導体も包含することが理解されるべきである。
他の態様において、本開示は、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する方法であって、増殖及び/または細胞周期再進入を刺激するために、細胞を有効量の化学組成物と接触させることを含む、または代替として本質的にそれからなる、またはさらにそれからなる方法を提供し、上記化学組成物は、細胞増殖及び/または細胞周期再進入の負の調整因子の発現を阻害することができる。例えば、Wee1阻害剤を使用して、CDK1の発現を誘発することができる。いくつかの実施形態において、小分子MK1775(Wee1阻害剤)によるCDK1の活性化は、カクテルからCDK1及び/またはCCNBを置き換えることができる。
追加の薬剤及び細胞周期調整因子
分裂終了細胞(例えば分裂終了心筋細胞)は、上述のように(遺伝子的または非遺伝子的に)改質されてもよく、また、組成物に添加され得る1つ以上の追加の薬剤及び/または因子と接触させられてもよく、例えば、1つ以上の追加の薬剤及び/または因子は、培養培地または組成物への添加剤として含まれてもよい。
いくつかの実施形態において、他の細胞周期調整遺伝子、例えば、アクチン結合タンパク質アニリン(ANLN)、細胞分裂周期−5(CDC5)、カドヘリン−6(CDH6)、サイクリン依存性キナーゼ2(CDK2)、サイクリン依存性キナーゼ3(CDK3)、動原体タンパク質A(CENPA)、COP9シグナロソームサブユニット5(COPS5)、カリン3(CUL3)、GTPase活性化タンパク質(CYK4)、細胞質分裂のタンパク質調整因子1(PRC1)及び/またはWNT1誘発性シグナル伝達経路タンパク質1(WISP1)が、組成物に含まれてもよい。
いくつかの実施形態において、分裂終了細胞における細胞周期の阻害を解放する化合物、例えばp38阻害剤、p21阻害剤、p57阻害剤、またはそれらの薬学的に許容される誘導体の使用が、増殖及び/または細胞周期再進入における増加を容易化するために使用され得る。いくつかの実施形態において、小分子阻害剤が使用され得る。他の実施形態において、発現を減少させるために、siRNAが使用され得る。p38、p21、p57等の小分子阻害剤及びsiRNAの両方が、市販されている。
いくつかの実施形態において、1つ以上の増殖及び/または細胞周期再進入因子の第1の組成物が、ある期間分裂終了細胞に添加され、続いて1つ以上の増殖及び/または細胞周期再進入因子の第2の組成物が添加される。例えば、CDK4及びCCND1の組み合わせは、G1及びSにおける細胞の数を上昇させるように作用し得、本明細書において「G1カクテル」と呼ばれる。他の因子の組み合わせ、例えばCDK1及びCCNBは、「G2カクテル」として作用し、G1またはSではなく、G2における細胞の数を上昇させ得る。CDK1、CCNB1、CDK4及びCCND1の組み合わせは、G1/G2細胞のバランスの取れた分布を誘発し得る。いくつかの実施形態において、G1カクテルがある期間添加され、続いてG2カクテルが添加される。G2カクテルは、G1カクテルに添加されてもよく、またはG2カクテルと置き換えられてもよい。いくつかの実施形態において、G2カクテルがある期間分裂終了細胞に添加された後、G1カクテルが細胞に添加されてもよい。G1カクテルは、G2カクテルに加えて添加されてもよく、または、G1カクテルは、G2カクテルと置き換えられてもよい。1つの好ましい実施形態において、CDK4及びCCND1改質mRNAのG1カクテルが、ある期間分裂終了細胞の集団に添加されてもよく、次いで、G1カクテルが除去されてもよく、CDK1及びCCNB1改質mRNAのG2カクテルが、ある期間分裂終了細胞の集団に添加されてもよい。G1及びG2カクテルは、分裂終了細胞の増殖を誘発するために、同様のパターンで交互に添加されてもよい。G1及びG2カクテルに対する分裂終了細胞の交互の曝露は、細胞周期を通してより効率的に細胞を駆動するのに役立ち得る。
III.組成物
本開示はまた、増殖及び/または細胞周期再進入因子(例えば、CDK1、CCNB1、及びAURKBまたはそれらの等価物)を過剰発現するように改質されている、単離された増殖性分裂終了細胞を提供する。
一態様において、本開示はまた、増殖及び/または細胞周期再進入因子(例えば、CDK1、CCNB1、CDK4、CCND1及び/もしくはAURKB、またはそれらの組み合わせ及び/もしくはそれらのそれぞれの等価物)を過剰発現するように改質されている、単離された増殖性分裂終了細胞を含む、または代替として本質的にそれからなる、またはさらにそれからなる組成物を提供する。
いくつかの態様において、少なくとも1つのCDK及び少なくとも1つのサイクリン、またはそれらのそれぞれの等価物を過剰発現するように改質されている、単離された増殖性分裂終了細胞が提供される。他の態様において、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物を過剰発現するように改質されている、単離された増殖性分裂終了細胞が提供される。いくつかの実施形態において、細胞は、CDK4、CCND1またはその両方を過剰発現するようにさらに改質されている。
別の態様において、実質的に均質な集団の分裂終了細胞が提供される。いくつかの実施形態において、組成物は、本明細書に記載の増殖性分裂終了細胞の集団と、担体と、任意選択で薬学的に許容される賦形剤とを含む。いくつかの実施形態において、組成物は、安定剤及び/または保存剤をさらに含む。
「薬学的に許容される」という語句は、本明細書において、健全な医学的決定の範囲内で、過度の毒性、刺激、アレルギー反応、またはその他の問題もしくは合併症なしに人間及び動物の組織に接触する使用に適し、妥当な利益/リスク比に相応する化合物、材料、組成物及び/または剤形を指すように使用される。
組成物は、当業者に周知の薬学的に許容される賦形剤、薬学的に許容される塩、希釈剤、担体、及びそのような他の不活性薬剤を含んでもよい。薬学的調製物において一般的に使用されるビヒクル及び賦形剤は、例えば、タルク、アラビアガム、ラクトース、デンプン、ステアリン酸マグネシウム、ココアバター、水性または非水性溶媒、油、パラフィン誘導体、グリコール等を含む。溶液は、水または生理学的に適合する有機溶媒、例えばエタノール、1,2−プロピレン グリコール、ポリグリコール、ジメチルスルホキシド、脂肪アルコール、トリグリセリド、グリセリンの部分エステル等を使用して調製され得る。非経口組成物は、無菌等張食塩水、水、1,3−ブタンジオール、エタノール、1,2−プロピレングリコール、水と混合されたポリグリコール、リンゲル液等を含み得る従来の技術を使用して調製され得る。一態様において、意図される処置部位に組成物を位置付け、適切に配置するのを容易化するために、着色剤が添加されてもよい。
組成物は、保存剤及び/または安定剤を含んでもよい。保存剤の限定されない例は、メチル−、エチル−、プロピル−パラベン、安息香酸ナトリウム、安息香酸、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、プロピオン酸、塩化ベンザルコニウム、ベンジルアルコール、チメロサール、フェニル水銀塩、クロルヘキシジン、フェノール、3−クレゾール、四級アンモニウム化合物(QAC)、クロルブタノール、2−エトキシエタノール、及びイミド尿素を含む。
張性を制御するために、組成物は、生理学的な塩、例えばナトリウム塩を含んでもよい。塩化ナトリウム(NaCl)が好ましく、1から20mg/mlの間で存在し得る。存在し得る他の塩は、塩化カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸二ナトリウム無水物、塩化マグネシウム及び塩化カルシウムを含む。
組成物は、1つ以上の緩衝剤を含んでもよい。典型的な緩衝剤は、リン酸緩衝剤、トリス緩衝剤、ホウ酸塩緩衝剤、コハク酸塩緩衝剤、ヒスチジン緩衝剤、またはクエン酸塩緩衝剤を含む。緩衝剤は、典型的には、5〜20mMの範囲内の濃度で含まれる。組成物のpHは、一般に5から8の間であり、より典型的には6から8の間であり、例えば6.5から7.5、または7.0から7.8の間である。
組成物は、処置される疾患または状態に依存して当業者に明らかである任意の適切な経路により投与され得る。典型的な投与経路は、静脈内、動脈内、筋肉内、皮下、頭蓋内、鼻腔内または腹腔内を含む。
いくつかの実施形態において、組成物は、抗凍結剤を含んでもよい。抗凍結剤の限定されない例は、グリコール(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、及びグリセロール)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ホルムアミド、スクロース、トレハロース、デキストロース、ならびにそれらの任意の組み合わせを含む。
組成物は、移植可能なデバイス内に含まれてもよい。本明細書により企図される好適な移植可能なデバイスは、血管内ステント(例えば、自己拡張ステント、バルーン拡張ステント、及びステントグラフト)、スキャフォールド、グラフト等を含む。そのような移植可能なデバイスは、分裂終了細胞の細胞周期再進入を誘発することができる組成物で、少なくとも1つの表面上をコーティングまたは含浸されてもよい。組成物はまた、移植可能なデバイス内の貯蔵部内に含有されてもよい。組成物が移植可能なデバイス内の貯蔵部内に含有される場合、貯蔵部は、組成物をデバイスから溶出させるように構造化される。組成物は、CDK1、CDK4、CCNB1、CCND1、及びAURKBポリペプチド、またはそれらの任意の組み合わせもしくはそれらのそれぞれの等価物を含んでもよい。本開示は、CDK1、CDK4、CCNB1、CCND1、及びAURKBポリペプチド、またはそれらの任意の組成物もしくはそれらのそれぞれの等価物をコードするヌクレオチド配列を含む組成物を備える移植可能なデバイスをさらに提供する。
組成物は、当業者に周知の薬学的に許容される賦形剤、薬学的に許容される塩、希釈剤、担体、及びそのような他の不活性薬剤を含んでもよい。薬学的調製物において一般的に使用されるビヒクル及び賦形剤は、例えば、タルク、アラビアガム、ラクトース、デンプン、ステアリン酸マグネシウム、ココアバター、水性または非水性溶媒、油、パラフィン誘導体、グリコール等を含む。溶液は、水または生理学的に適合する有機溶媒、例えばエタノール、1,2−プロピレン グリコール、ポリグリコール、ジメチルスルホキシド、脂肪アルコール、トリグリセリド、グリセリンの部分エステル等を使用して調製され得る。非経口組成物は、無菌等張食塩水、水、1,3−ブタンジオール、エタノール、1,2−プロピレングリコール、水と混合されたポリグリコール、リンゲル液等を含み得る従来の技術を使用して調製され得る。一態様において、意図される処置部位に組成物を位置付け、適切に配置するのを容易化するために、着色剤が添加されてもよい。
いくつかの実施形態において、製剤は、制御放出製剤である。「制御放出製剤」という用語は、持続放出及び徐放製剤を含む。制御放出製剤は、当技術分野において周知である。これらは、組成物の持続的、周期的、パルス、または遅延放出を可能にする賦形剤を含む。制御放出製剤は、これらに限定されないが、マトリックスへの組成物(細胞ならびに/または少なくとも1つの増殖及び/もしくは細胞周期再進入因子)の埋め込み、腸溶性コーティング、マイクロカプセル化、ゲル及びヒドロゲル、インプラント、ならびに組成物の制御放出を可能にする任意の他の製剤を含む。
一態様において、上述の製剤(細胞ならびに/または少なくとも1つの増殖及び/もしくは細胞周期再進入因子)と、試薬と、培養培地とを備える部品のキットが提供される。キットは、培養において細胞を成長させるため、またはそれを必要とする対象に投与するためのプロトコルを説明する文書または指示書をさらに備えてもよい。
IV.処置方法
心臓血管疾患
一態様において、心臓血管疾患を処置するための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。いくつかの実施形態において、方法は、CDK4、CCND1、またはその両方の発現を増加させる有効量の組成物を投与することをさらに含む。
別の態様において、心臓血管疾患を処置するための方法であって、有効量の本明細書に開示される増殖性分裂終了心臓細胞(例えば心筋細胞)の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。いくつかの実施形態において、増殖性心筋細胞は、CDK1及びCCNB1、またはそれらの等価物を過剰発現するように改質されている。他の実施形態において、増殖性心筋細胞は、CDK4、CCND1またはその両方を過剰発現するように改質されている。
別の態様において、増殖及び/または細胞周期再進入因子(例えば、CDK1、CCNB1及びAURKBまたはそれらの等価物)を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することにより、心臓血管疾患を処置する方法が提供される。
いくつかの態様において、本開示の増殖性心臓細胞(例えば心筋細胞)は、それを必要とする対象を処置するために使用され得る。いくつかの実施形態において、増殖性心臓細胞は、それを必要とする対象に投与され得、対象への増殖性心臓細胞の投与は、対象における心臓血管疾患を処置する。したがって、いくつかの実施形態において、心臓血管疾患を処置する方法は、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発された心臓細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む。他の実施形態において、心臓血管疾患を処置する方法は、CDK1、CCNB1及びAURKBまたはそれらの等価物を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む。他の実施形態において、心臓血管疾患を処置する方法は、CDK1、CDK4、CCNB1、CCND1、またはそれらの組み合わせ及び/もしくは等価物を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む。
本開示の組成物、細胞及び方法を使用した処置を必要とする対象は、これらに限定されないが、先天性心臓欠陥を有する個人、変性筋肉疾患に罹患した個人、虚血心組織をもたらす状態に罹患した個人(例えば冠動脈疾患を有する個人)等を含む。いくつかの例において、方法は、変性筋肉疾患または状態(例えば、家族性心筋症、拡張型心筋症、肥大型心筋症、拘束型心筋症、または最終的に虚血性心筋症をもたらす冠動脈疾患)を処置するのに有用である。いくつかの例において、主題の方法は、心臓または心臓血管疾患または障害、例えば、心臓血管疾患、動脈瘤、狭心症、不整脈、アテローム性動脈硬化、脳血管発作(脳卒中)、脳血管疾患、先天性心疾患、鬱血性心不全、心筋炎、冠状静脈弁疾患、拡張動脈疾患、拡張機能障害、心内膜炎、高い血圧(高血圧)、心筋症、肥大型心筋症、拘束型心筋症、最終的に虚血性心筋症をもたらす冠動脈疾患、僧帽弁逸脱、心筋梗塞(心臓発作)、または静脈血栓塞栓症を有する個人を処置するのに有用である。
本開示の組成物、細胞及び方法を使用した処置に好適な対象は、これらに限定されないが、虚血心組織をもたらす状態を含む心臓状態を有する個人(例えば、哺乳動物対照、例えばヒト、非ヒト霊長類、実験用非ヒト哺乳動物対象、例えばマウス、ラット等)(例えば冠動脈疾患を有する個人)等を含む。いくつかの例において、処置に好適な個人は、心臓または心臓血管疾患または障害、例えば、心臓血管疾患、動脈瘤、狭心症、不整脈、アテローム性動脈硬化、脳血管発作(脳卒中)、脳血管疾患、先天性心疾患、鬱血性心不全、心筋炎、冠状静脈弁疾患、拡張動脈疾患、拡張機能障害、心内膜炎、高い血圧(高血圧)、心筋症、肥大型心筋症、拘束型心筋症、最終的に虚血性心筋症をもたらす冠動脈疾患、僧帽弁逸脱、心筋梗塞(心臓発作)、または静脈血栓塞栓症に罹患している。いくつかの例において、主題の方法による処置に好適な個人は、変性筋肉疾患、例えば、家族性心筋症、拡張型心筋症、肥大型心筋症、拘束型心筋症、または最終的に虚血性心筋症をもたらす冠動脈疾患を有する個人を含む。
神経疾患
一態様において、神経疾患を処置するための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。いくつかの実施形態において、方法は、CDK4、CCND1、またはその両方の発現を増加させる有効量の組成物を投与することをさらに含む。
別の態様において、神経疾患を処置するための方法であって、有効量の本明細書に開示される増殖性分裂終了神経細胞(例えばニューロン)の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。いくつかの実施形態において、増殖性神経細胞は、CDK1及びCCNB1、またはそれらの等価物を過剰発現するように改質されている。他の実施形態において、増殖性神経は、CDK4、CCND1またはその両方を過剰発現するように改質されている。
別の態様において、増殖及び/または細胞周期再進入因子(例えば、CDK1、CCNB1及びAURKBまたはそれらの等価物)を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することにより、神経疾患を処置する方法が提供される。
いくつかの態様において、本開示の増殖性神経細胞(例えばニューロン)は、それを必要とする対象を処置するために使用され得る。いくつかの実施形態において、増殖性神経細胞は、それを必要とする対象に投与され得、対象への増殖性神経細胞の投与は、対象における神経疾患を処置する。したがって、いくつかの実施形態において、神経疾患を処置する方法は、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発された神経細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む。他の実施形態において、神経疾患を処置する方法は、CDK1、CCNB1及びAURKBまたはそれらの等価物を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む。他の実施形態において、神経疾患を処置する方法は、CDK1、CDK4、CCNB1、CCND1、またはそれらの組み合わせ及び/もしくは等価物を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む。
本開示の組成物、細胞及び方法を使用した処置を必要とする、またはそれに好適な対象は、これらに限定されないが、脊髄損傷(SCI)、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、硬膜動静脈瘻、癲癇、記憶障害、多発性硬化症(MS)、パーキンソン病、末梢神経障害、アルツハイマー病、帯状疱疹後神経痛、脊髄腫瘍、及び脳卒中を含む。
膵臓疾患
一態様において、膵臓疾患を処置するための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。いくつかの実施形態において、方法は、CDK4、CCND1、またはその両方の発現を増加させる有効量の組成物を投与することをさらに含む。
別の態様において、膵臓疾患を処置するための方法であって、有効量の本明細書に開示される増殖性分裂終了膵臓細胞(例えばベータ細胞)の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。いくつかの実施形態において、増殖性膵臓細胞は、CDK1及びCCNB1、またはそれらの等価物を過剰発現するように改質されている。他の実施形態において、増殖性膵臓細胞は、CDK4、CCND1またはその両方を過剰発現するように改質されている。
別の態様において、増殖及び/または細胞周期再進入因子(例えば、CDK1、CCNB1及びAURKBまたはそれらの等価物)を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することにより、膵臓疾患を処置する方法が提供される。
いくつかの態様において、本開示の増殖性膵臓細胞(例えばベータ細胞)は、それを必要とする対象を処置するために使用され得る。いくつかの実施形態において、増殖性膵臓細胞は、それを必要とする対象に投与され得、対象への増殖性膵臓細胞の投与は、対象における膵臓疾患を処置する。したがって、いくつかの実施形態において、膵臓疾患を処置する方法は、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発された膵臓細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む。他の実施形態において、膵臓疾患を処置する方法は、CDK1、CCNB1及びAURKBまたはそれらの等価物を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む。他の実施形態において、膵臓疾患を処置する方法は、CDK1、CDK4、CCNB1、CCND1、またはそれらの組み合わせ及び/もしくは等価物を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む。
本開示の組成物、細胞及び方法を使用した処置を必要とする、またはそれに好適な対象は、これらに限定されないが、糖尿病(例えば、1型糖尿病または2型糖尿病)、急性膵炎、慢性膵炎、遺伝性膵炎、膵臓がん、嚢胞性線維症、及び先天性奇形を有する個人を含む。
聴力損失
一態様において、聴力損失を処置するための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。いくつかの実施形態において、方法は、CDK4、CCND1、またはその両方の発現を増加させる有効量の組成物を投与することをさらに含む。
別の態様において、聴力損失を処置するための方法であって、有効量の本明細書に開示される耳の増殖性分裂終了有毛細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。いくつかの実施形態において、増殖性有毛細胞は、CDK1及びCCNB1、またはそれらの等価物を過剰発現するように改質されている。他の実施形態において、増殖性有毛細胞は、CDK4、CCND1またはその両方を過剰発現するように改質されている。
別の態様において、増殖及び/または細胞周期再進入因子(例えば、CDK1、CCNB1及びAURKBまたはそれらの等価物)を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することにより、聴力損失を処置する方法が提供される。
いくつかの態様において、本開示の増殖性有毛細胞(例えば内耳の有毛細胞)は、それを必要とする対象を処置するために使用され得る。いくつかの実施形態において、増殖性有毛細胞は、それを必要とする対象に投与され得、対象への増殖性有毛細胞の投与は、対象における聴力損失を処置する。したがって、いくつかの実施形態において、聴力損失を処置する方法は、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発された有毛細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む。他の実施形態において、聴力損失を処置する方法は、CDK1、CCNB1及びAURKBまたはそれらの等価物を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む。他の実施形態において、聴力損失を処置する方法は、CDK1、CDK4、CCNB1、CCND1、またはそれらの組み合わせ及び/もしくは等価物を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む。
本開示の組成物、細胞及び方法を使用した処置を必要とする、またはそれに好適な対象は、これらに限定されないが、頭部外傷、ウイルスまたは疾患、大音量の騒音への曝露、自己免疫性内耳疾患、遺伝性障害、加齢(老年性難聴)、内耳の奇形、及びメニエール病により引き起こされた聴力損失を含む。
骨格筋
一態様において、筋肉量を増加させるための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。いくつかの実施形態において、方法は、CDK4、CCND1、またはその両方の発現を増加させる有効量の組成物を投与することをさらに含む。
別の態様において、筋肉量を増加させるための方法であって、有効量の本明細書に開示される増殖性分裂終了骨格筋細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む方法が提供される。いくつかの実施形態において、増殖性骨格筋細胞は、CDK1及びCCNB1、またはそれらの等価物を過剰発現するように改質されている。他の実施形態において、骨格筋細胞は、CDK4、CCND1またはその両方を過剰発現するように改質されている。
別の態様において、増殖及び/または細胞周期再進入因子(例えば、CDK1、CCNB1及びAURKBまたはそれらの等価物)を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することにより、筋肉量を増加させる方法が提供される。
いくつかの態様において、本開示の増殖性骨格筋細胞は、それを必要とする対象を処置するために使用され得る。いくつかの実施形態において、増殖性骨格筋細胞は、それを必要とする対象に投与され得、骨格筋細胞の対象への投与は、骨格筋細胞の数を増加させることにより、対象における筋肉量を増大させる。したがって、いくつかの実施形態において、筋肉量を増大させる方法は、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発された骨格筋細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む。他の実施形態において、筋肉量を増大させる方法は、CDK1、CCNB1及びAURKBまたはそれらの等価物を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む。他の実施形態において、筋肉量を増大させる方法は、CDK1、CDK4、CCNB1、CCND1、またはそれらの組み合わせ及び/もしくは等価物を含む有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む。
本開示の組成物、細胞及び方法の使用を必要とする、またはそれに好適な対象は、これらに限定されないが、筋ジストロフィー、脳性まひ、筋萎縮性側索硬化症、及び重症筋無力症等の骨格筋疾患を有する個人、または重量挙げ選手及びボディビルダー等の筋肉量の増加を求める個人を含む。
別段に指定されない限り、本明細書全体にわたり使用される略語は、以下の意味を有する。
Aa = アミノ酸(複数可)
Bp = 塩基対(複数可)
H = 時間
G = グラム
Kb = キロベース
kDa = キロダルトン
Kg = キログラム
L = リットル
LC = 液体クロマトグラフィー
Mg = ミリグラム
Min = 分
mL = ミリリットル
mM = ミリモル
nM = ナノモル
nT = ヌクレオチド(複数可)
pM = ピコモル
s.d. = 標準偏差
μCi = マイクロキュリー
Μg = マイクログラム
μL = マイクロリットル
μΜ = マイクロモル
Μm = マイクロメートル
℃ = セ氏温度
以下の1文字の記号は、アミノ酸を表す場合、以下の意味を有する。
A = アラニン
R = アルギニン
N = アスパラギン
D = アスパラギン酸
C = システイン
E = グルタミン酸
Q = グルタミン
G = グリシン
H = ヒスチジン
I = イソロイシン
L = ロイシン
K = リシン
M = メチオニン
F = フェニルアラニン
P = プロリン
S = セリン
T = トレオニン
W = トリプトファン
Y = チロシン
V = バリン
以下の実施例は、本開示のある特定の実施形態をさらに例示することを意図する。実施例は、当技術分野における通常の技術の1つを提供するために提示され、その範囲を限定することを意図しない。
実施例1.非増殖性心筋細胞における増殖の誘発
心筋細胞の細胞培養:
マウス心筋細胞を、Ieda et al.(2009)Dev.Cell 16(2):233−244に記載のように新生仔マウス(新生P0)及び成体(6週齢)から単離した。心筋細胞を、10%FBSを含有するDMEM/M199培地中で培養した。
マイクロアレイプロトコル:
マウスのゲノム規模での遺伝子発現分析を、Affymetrix Mouse Gene 1.0 ST Arrayを使用して行った。Trizol(Invitrogen)を使用して、新生仔マウス(新生P0)及び成体(6週齢)の心筋細胞からRNAを抽出した。Affymetrix Genechipプロトコルに従い、独立した生体試料から3回マイクロアレイ分析を行った。データは、Affymetrix Power Tool(APT、バージョン1.8.5)を使用して分析した。統計/閾値の組み合わせを使用して、差次的遺伝子発現を決定した。
過剰発現:
Mohamed et al.,Cardiovasc Res.2014 Jul 1;103(1):47−59に従い、アデノウイルスを構築した。簡潔に説明すると、EGFP、CDK1、CCNB1及びAURKBのコード領域をPCRにより増幅し、pENTR(商標)/SD/D−TOPOシャトルベクターにサブクローニングした。アデノウイルスは、製造者の推奨方法に従ってGateway(登録商標)クローニングシステムを使用したpENTR(商標)/SD/D−TOPOシャトルベクターとpAd/CMV/V5−DESTベクター(Life Technologies)との間のホモログ組み換えにより生成した。アデノウイルス粒子は、アデノウイルスコードプラスミドをHEK293細胞にトランスフェクトすることにより生成し、塩化セシウムカラムを使用して精製し、滴定した。心筋細胞を感染させるために、25多重度(MOI)のアデノウイルスを24時間インキュベートし、次いで培地を新鮮な培地で置き換えた。
免疫細胞化学:
細胞を、室温で4%パラホルムアルデヒド中に15min固定し、サポニンで透過処理し、ブロックし、トロポニンT(cTnT)(Thermo Scientific)、ホスホヒストンH3(PHH3)(Life Technologies)に対する一次抗体と、次いでAlexa 488(緑)または594(赤)(Molecular Probes)、及び4′,6−ジアミジノ−2−フェニルインドール(DAPI)(Invitrogen)と複合化した二次抗体と共にインキュベートした。
組織学:
マッソントリクローム染色法のために、心筋梗塞から6週間後に心臓を採取し、パラフィン内に包理し、横方向に断面化した。脱パラフィン化した断面を、ワイゲルト鉄ヘマトキシリン希釈標準溶液中に10min、ビーブリッヒ赤−酸性フクシン溶液中に15min、リンモリブデン−リンタングステン酸溶液中に15min、アニリンブルー溶液中に5〜10min、及び1%酢酸溶液中に2〜5min順次浸漬した。細胞注入心臓における免疫組織化学的試験のために、心臓を0.4%パラホルムアルデヒド中に一晩固定し、OCT化合物内に包理し、液体窒素中で凍結させた(Ieda et al.,2010、Ieda et al.,2009)。心臓を、両方の心室を示すように7μmの断面に垂直に切断した。断面をPHH3(S10)及びトロポニンT(cTnT)に対する一次抗体で、Alexa 488または594、及びDAPIと複合化した二次抗体で染色した。
増殖及び細胞数アッセイ:
CDK1、CCNB1及びAURKB、または対照アデノウイルスベクターを過剰発現する2ヶ月齢のhiPSC誘導心筋細胞を、培養物中で成長させた。EdU(5−エチニル−2´−デオキシウリジン;10μM)を、培養培地に30分間投与した。EdUの組み込みは、Click−iT EdU Cell Proliferation Assay Kit(Invitrogen Inc.)を使用して検出され、顕微鏡法により分析された。
対照またはCDK1、CCNB1及びAURKB アデノウイルスで形質導入された2ヶ月齢のhiPSC誘導心筋細胞の心筋細胞増殖核の数を、DAPI陽性細胞に対する免疫蛍光を使用して、画像当たりの全核数を評価することにより定量した。
対照またはCDK1、CCNB1及びAURKBで形質導入されたhiPSC誘導心筋細胞の集団における全細胞数を、FACS分析により決定した。培養皿から細胞を採取し、FACS Calibur(BD Biosciences)においてFlowJoソフトウェアで分析した。
また、Cell Titre Glo(Promega、Madison、Wis.、USA)を使用して、細胞数及び生存率を分析した。Cell Titre Gloは、FACSにおいて必要とされるように培養プレートから細胞を分離する必要のない、ATP代謝の測定による細胞数及び生存率の極めて高感度の指示薬である。対照細胞またはCDK1、CCNB1及びAURKBで形質導入された細胞の、Cell Titre Glo試薬とのインキュベーション後、Cell Titre Gloを含有するウェルのルミネセンス強度を記録したが、強度は、ウェル内の生存代謝細胞の数に比例していた。
経時的画像化:
CDK1、CCNB1及びAURKBを過剰発現するようにアデノウイルスで形質導入された心筋細胞を、24ウェルプレート内に4通りで播種し(ウェル当たり10,000細胞)、IncuCyte撮像装置(Essen BioSciences、Ann Arbor、MI、USA)を使用して細胞増殖について分析した。プレートを、IncuCyteにおいて1時間間隔で4日間走査した。データをIncuCyteソフトウェアで分析した。
動物試験:
CDK1AF、CCNB1、及びAURKBまたはGFP対照アデノウイルスを、Qian et al.,(2014)Nature 485(7400):593−8、Saxena et al.(2008)Circulation 117:2224−2231に記載のように、C57bl6/N心臓の心筋梗塞(MI)後の損傷部位に注射した。細胞増殖を評価するために梗塞から5日後に、または心臓機能を評価するため、及び組織学用に梗塞から6週間後に心臓を採取した。
心エコー検査:
CDK1AF、CCNB1及びAURKBまたはGFP対照アデノウイルスに感染させたマウスにおける駆出率(EF)を測定するために、2次元測定を使用して収縮機能を評価した。マウスを、1.75%イソフルランで麻酔した。コア温度を37〜38℃に維持し、無作為盲検的に走査を行った。パーセント駆出率(%EF)及び経時的なEFの低下が測定された。各マウスに対し、梗塞後3日目、10日目、24日目及び40日目に別個の走査を行った。
結果
細胞周期遺伝子は、新生仔心筋細胞と成体心筋細胞との間で異なるように調整される
心臓細胞増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する潜在的因子を選択するために、マイクロアレイ分析を行って、新生仔(新生P0)マウス心筋細胞と成体(6週齢)マウス心筋細胞との間で異なるように発現した細胞周期遺伝子を特定した。増殖(新生仔)心筋細胞と非増殖(成体)心筋細胞との間で異なるように発現した代表的な細胞周期遺伝子を、図1に示す。
CDK1、CCNB1及びAURKBは、マウス及びヒト心筋細胞における心臓細胞増殖を促進する
いずれか1つの遺伝子の過剰発現が、EdU組み込みにより検出される増殖及び/または細胞周期再進入を増加し得るかどうかを決定するために、成体心筋細胞における上から15の下方調整細胞周期遺伝子を試験した。AURKB(Aurora)、CCNB1、CDC5、CDK1、CDK2、CDK3、CENPA、COPS5、CUL3、CYK4、及びPRC1を過剰発現する心筋細胞は、EdU組み込みの増加を示した(図2、パネルA)。一方で、ANLN、CDH6及びWISP1の過剰発現は、対照と比較して、EdU組み込みの減少を示した(図2、パネルA)。増殖性細胞(EdU)はまた、心臓細胞マーカーである心臓トロポニンT(cTnT)に対して染色陽性であった(図2、パネルB)。
次に、組み合わせて使用された3つの因子(CDK1、CCNB1及びAURKB)が、非増殖性hiPSC誘導心筋細胞の増殖を誘発するのに十分であるかどうかを試験した。CDK1、CCNB1及びAURKBを、アデノウイルスによりhiPSC誘導心筋細胞に導入した。ホスホヒストンH3(S10)陽性細胞は、対照細胞において観察されなかった。一方、CDK1、CCNB1及びAURKBを72時間過剰発現する細胞は、ホスホヒストンH3発現の増加を示した(図3)。同様に、7日齢マウスから単離された増殖能力を有さない心筋細胞に構成的に活性なCDK1(CDK1AF)ならびにCCNB1及びAURKBを導入した場合、対照アデノウイルスで形質導入された細胞と比較して、ホスホヒストンH3発現の増加が見られた(図7)。
CDK1、CCNB1及びAURKBの過剰発現は、心筋細胞の細胞数を増加させる
次に、CDK1、CCNB1及びAURKBを過剰発現する心筋細胞の集団の細胞数の定量を行った。3つの独立した方法を使用した。増殖心筋細胞の定量では、72時間のCDK1、CCNB1及びAURKBの過剰発現に応じて核数が倍加することが示された(図4、パネルA)。さらに、全核の30%がPHH3に対して染色陽性であった。FACS分析では、CDK1、CCNB1及びAURKBを過剰発現する心筋細胞の集団における細胞数が、対照と比較して2倍増加することが示された(図4、パネルB)。FACSにより必要とされるような培養皿からの細胞の分離を必要とすることなく細胞数及び細胞生存率を試験するために、ATP Gloアッセイを行った。この方法を使用して、72時間のCDK1、CCNB1及びAURKBの過剰発現後の細胞数の2倍の増加が、FACS分析において報告されたものと同様に観察された(図4、パネルC)。
CDK1、CCNB1及びAURKBの過剰発現による心筋細胞増殖の誘発をさらに評価するために、経時的画像化を行った。4日間にわたり、1時間毎に画像を収集した。CDK1、CCNB1及びAURKBを過剰発現するマウス及びヒト心筋細胞の両方において、細胞分裂が観察された(図5及び6)。
これらのデータは総合して、非増殖性成体心筋細胞が、CDK1、CCNB1及びAURKB等の細胞周期遺伝子を過剰発現することにより、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発され得ることを実証した。
CDK1、CCNB1及びAURKBは、心筋梗塞後の心臓機能及び構造を改善する
CDK1、CCNB1及びAURKBの過剰発現による心筋細胞増殖の誘発が、心筋損傷後に有益であるかどうかを決定するために、CDK1AF、CCNB1及びAURKBアデノウイルスまたは対照GFPアデノウイルスを、マウスの心筋梗塞後の損傷部位に注射した。梗塞から5日後、心臓は、対照GFP注射心臓と比較して、CDK1AF、CCNB1及びAURKB注射心臓における損傷部位で増殖の増加を示した(図8、パネルA)。さらに、梗塞から6週間後、CDK1AF、CCNB1及びAURKBが注射された5つの心臓のうち3つが、GFP対照と比較して、梗塞領域内の著しい量の心筋細胞を示した(図8、パネルB)。
心臓機能を評価するために、動物にCDK1AF、CCNB1、及びAURKBまたはGFP対照アデノウイルスを注射した。続いて、動物に心エコー検査を行い、梗塞から3日後、10日後、24日後及び40日後の心臓機能を評価した。5匹の対照のうち1匹のみが生存した。一方、CDK1AF、CCNB1及びAURKBが注射された7匹のマウスのうち5匹が生存した(図9、パネルA)。さらに、CDK1AF、CCNB1及びAURKBが注射された5匹のマウスのうち4匹が、唯一の生存対象と比較して、より少ない経時的な心臓機能の低下を示した(図9、パネルB)。
これらのin vivoデータは、増殖及び/または細胞周期に再進入するように誘発された成体心筋細胞が、心筋梗塞後の心臓機能及び構造を改善し得ることを実証した。
実施例2.分裂終了ヒト心筋細胞における増殖の誘発
ヒト分裂終了心筋細胞の細胞増殖及び/または細胞周期再進入を誘発するための因子の最適なカクテルを決定するために、因子の組み合わせをスクリーニングした。ヒト胚幹細胞誘導心筋細胞を、以前に説明されたように(Lian,X.et al.(2013)Nat Protoc 8(1):162−175)生成した。細胞を、TGF−βi(SB431542、「SB」)、CDK活性化剤(MK1775、「MK」)、及びIGF1の組み合わせあり、またはなしで、CDK1AF、CDK4、CCNB1、CCND1、AURKBまたはGFP対照アデノウイルスの組み合わせで処置した。因子カクテルでの処置から4日後、8日後及び12日後の増加したホスホ−ヒストンH3染色により評価されるように、有糸分裂を生じる細胞の数を増加させた因子のカクテルを特定するために、分析を行った。図10、パネルA。また、核の総数の増加により評価されるように、どの因子のカクテルが最も高い細胞生存率を有していたかを特定するために、分析を行った。図10、パネルB。
これらのデータは、CDK1AF、CDK4、CCNB1、及びCCND1の組み合わせが、最善の生存率及び増殖性分裂終了心筋細胞の増加をもたらしたスクリーニング後の因子のカクテルであることを実証した。また、SB431542を使用したTGFβシグナル伝達の阻害が、生存率を向上させることが観察された。さらに、小分子MK1775によるCDK1の活性化が、カクテルからCDK1及びCCNB1を置き換えることができた。
実施例3.カクテルは細胞周期の異なる段階を標的化する
因子の異なるカクテルが分裂終了細胞の細胞増殖及び/または細胞周期再進入を促進する作用機序をより良く理解するために、蛍光ユビキチン細胞増殖インジケータ(FUCCI)技術を使用して細胞の細胞周期挙動を可視化した。Zielke et al.(2015)WIREs Dev Biol 4:469−487。このシステムを使用すると、M/G1期における細胞は赤色蛍光を発し(mCherry)、S/G2における細胞は緑色蛍光を発し(GFP)、Sにおける細胞は赤色及び緑色の蛍光を発する。CDK1、CCNB1、及びAURKBのカクテルの組み合わせ(パネルA)と、CDK4及びCCNDのカクテル(パネルB)ならびにCDK1、CCNB、CDK4及びCCNDのカクテル(パネルC)との比較では、CDK1、CCNB1、及びAURKBの組み合わせがG2カクテルとして作用し、G1またはSではなく、G2における細胞の数を上昇させることを示した。CDK4及びCCND1の組み合わせは、G1カクテルとして作用し、G2ではなくG1及びSにおける細胞の数を上昇させた。一方、CDK1、CCNB1、CDK4及びCCND1の組み合わせは、G1/G2細胞のバランスの取れた分布を誘発した。バランスの取れた分布は、細胞生存に役立つと考えられる。
実施例4.CDK1/CCNB1/CDK4/CCND1カクテルは心筋梗塞後の心臓機能を改善する
CDK1/CCNB1/CDK4/CCND1のG1/G2カクテルが心筋梗塞後の心臓機能を改善し得るかどうかを決定するために、in vivo試験を行った。手術のための動物プロトコルは、University of California、San Francisco Institutional Animal Care and Use Committeeにより承認された。全ての手術は、以前に説明されたように行われた。Qian,L.,et al.(2012)Nature 485:593−598。簡潔に説明すると、マウスを2.4%イソフルラン/97.6%酸素で麻酔し、仰臥位で加熱パッド(37℃)上に設置した。動物に19Gスタンプ針を挿管し、MiniVent Type 845マウスベンチレータ(Hugo Sachs Elektronik−Harvard Apparatus;1回拍出量、250μl;呼吸速度、毎分120呼吸)を使用して、室内空気で通気した。Qian,L.,et al.(2012)Nature 485:593−598に記載のように、7−0プロレン縫合糸での左前下行(LAD)枝の永久的な結紮により心筋梗塞(MI)を誘発した。偽手術動物は手術対照として役立ち、LADが結紮されていないことを除いて、実験動物と同じ手順に供した。MIの時点で、動物の心筋にG1/G2カクテルを注射した。
MI前、及びMIから1週間後、2週間後、4週間後、8週間後及び12週間後に、一連の心エコー検査を行い、心臓機能を評価した。心エコー検査は、15MHzリニアアレイ超音波振動子を有するVevo 770 High−Resolution Micro−Imaging System(VisualSonics)を用いて行った。120Hzのフレームレートでの胸骨傍長軸及び短軸像の両方において、左心室を評価した。収縮末期または拡張末期を、左心室がそれぞれ最小及び最大であるように見える期として定義し、駆出率測定に使用した。収縮率を計算するために、乳頭筋における50mm/sの掃引速度での左心室Mモードトレーシングから、左心室収縮末期及び拡張末期径を測定した。収縮末期及び拡張末期径の2次元測定には、Bモードを使用した。
標準マッソントリクローム染色法を、ウイルス送達及び冠動脈結紮から12週間後の心臓に対して行った。瘢痕サイズを決定するために、ImageProソフトウェアを使用して、MI心臓の左心室内の4つのレベルにわたる横断面上の瘢痕領域(青)及び健康領域(赤)を測定した。
結果は、G1/G2カクテルによる処置が、心エコー検査により評価される駆出率(EF)の変化により反映されるように、偽処置動物と比較して心臓機能を著しく向上させたことを示している(図12)。改善された機能は、MI後1週間という早さで生じた。瘢痕サイズを定量し、処置された心臓の梗塞領域内の筋肉の存在を検出するために、組織学的分析を行った。in vivo画像化観察と一致して、G1/G2カクテルで処置された動物から取り出した心臓において、より厚い筋細胞帯が梗塞ゾーン内に観察されることが判明した(図13、パネルA)。さらに、処置された動物において、瘢痕サイズは著しく低減された(図13、パネルB)。
この再筋肉化がin vivoでの心筋細胞増殖に起因することを確認するために、二重マーカーのモザイク解析(MADM)マウスを使用して系列追跡を行った。これらのマウスから取り出された細胞において、細胞が分裂する際に緑色及び赤色細胞が生じ、分裂がない場合は黄色を維持し、したがって分裂細胞と非分裂細胞との間が区別される。梗塞領域付近の再筋肉化は、少なくとも部分的に、内生細胞の増殖をによる新たな心筋細胞の生成に起因することが判明した(図14)。
実施例5.分裂終了ニューロンにおける増殖の誘発
G1/G2カクテルがまた分裂終了ニューロンの細胞増殖及び/または細胞周期再進入を誘発し得るかどうかを決定するために、Arrasate,M.et al.(2005)Proc Natl Acad Sci USA 102(10):3840−3845において報告されているように、新生仔ラット(P16〜18)から皮質ニューロンの一次培養物を調製した。大脳皮質を切除し、パパインで、次いでトリプシン阻害剤で処置し、穏やかに研和して、Optimem_glucose培地内で単一ニューロンを分離させた。96ウェル組織培養プレートの各ウェルに、細胞(約150,000)を播種した。2時間後、播種培地を、血清を含む成長培地で置き換えた。細胞が成熟ニューロンであることを示すために、形態マーカーとしてのpGW1−GFP及び神経特異的プロモーターMAP2−DsRedでそれらの細胞を標識化した。分裂細胞を特定するために、経時的顕微鏡法を行った。図15に示されるように、G1/G2カクテルは、分裂終了ニューロンの細胞分裂を誘発した。さらに、G1/G2カクテルにより感染後60〜90時間の間でほとんどの分裂が生じ、一方いくつかの分裂は、感染後120時間という遅い時期に生じることが決定された。図16。
実施例6.分裂終了膵臓ベータ細胞における増殖の誘発
G1/G2カクテルが分裂終了膵臓β細胞の細胞増殖及び/または細胞周期再進入を誘発し得るかどうかを決定するために、例えばClardy et al.(2015)Scientific Reports 5:13681に記載の方法により、他の非β細胞部分集団からβ細胞を精製する。精製β細胞を組織培養プレート内に播種し、G1/G2アデノウイルスカクテルまたは偽アデノウイルス対照で処置する。G1/G2カクテルで処置されたβ細胞は、感染から48時間後、72時間後及び96時間後に細胞分裂の増加を示す。偽カクテルで処置されたβ細胞は、細胞分裂の増加を示さない。
実施例7.分裂終了有毛細胞における増殖の誘発
G1/G2カクテルがまた内耳の分裂終了有毛細胞の細胞増殖及び/または細胞周期再進入を誘発し得るかどうかを決定するために、Ronaghi M et al.(2014)Stem Cells Dev 23(11)1275−1284に記載のものに類似した方法を使用して、人工多能性幹細胞からn vitroで内耳細胞を誘導する。分化内耳細胞を組織培養プレート内に播種し、G1/G2アデノウイルスカクテルまたは偽アデノウイルス対照で処置する。G1/G2カクテルで処置された細胞は、感染から48時間後、72時間後及び96時間後に細胞分裂の増加を示す。偽カクテルで処置された細胞は、細胞分裂の増加を示さない。
上記の実施形態と併せて本発明を説明したが、上記の説明及び実施例は、本発明を例示することを意図し、本発明の範囲を制限する意図はないことを理解されたい。他の態様、利点及び本発明の範囲内の修正は、本発明が関連する技術分野の当業者に明らかである。
さらに、本発明の特徴または態様がマーカッシュ群に関して説明されている場合、当業者には、それによって本発明がまたマーカッシュ群の任意の個々の要素または要素の下位群に関しても説明されることが認識される。
本明細書において言及される全ての出版物、特許出願、特許及び他の参考文献は、それぞれが参照により個々に組み込まれるのと同等に、参照によりそれらの全体が明示的に組み込まれる。不一致が生じる場合は、定義を含めて本明細書が優先される。
配列番号1
ヒトCDK1
遺伝子ID:983
mRNA:NM_001786(転写変異体1)、CDS(143..1036)
Figure 0006960396
配列番号2
ヒトCDK1
Figure 0006960396
配列番号3
ヒトサイクリンB1(CCNB1)
遺伝子ID:891
mRNA:NM_031966.3、CDS(254..1555)
Figure 0006960396
配列番号4
ヒトサイクリンB1(CCNB1)
Figure 0006960396
配列番号5
ヒトオーロラキナーゼB(AURKB)
遺伝子ID:9212
mRNA:NM_004217.3(転写変異体1)、CDS(123..1157)
Figure 0006960396
配列番号6
ヒトオーロラキナーゼB(AURKB)
Figure 0006960396
配列番号7
マウスCDK1
遺伝子ID:12534
mRNA:NM_007659.3、CDS(104..997)
Figure 0006960396
配列番号8
マウスCDK1
アミノ酸配列
Figure 0006960396
配列番号9
マウスサイクリンB1(CCNB1)
遺伝子ID:268697
mRNA:NM_172301.3、CDS(85..1377)
Figure 0006960396
配列番号10
マウスサイクリンB1(CCNB1)
アミノ酸配列
Figure 0006960396
配列番号11
マウスオーロラキナーゼB(AURKB)
遺伝子ID:20877
mRNA:NM_011496.1、CDS(319..1356)
Figure 0006960396
配列番号12
マウスオーロラキナーゼB(AURKB)
アミノ酸配列
Figure 0006960396
配列番号13
ヒトCDK4
mRNA:KR709911
Figure 0006960396
配列番号14
ヒトCDK4
アミノ酸配列
Figure 0006960396
配列番号15
ヒトCCND1
mRNA:NM_053056
Figure 0006960396
Figure 0006960396
Figure 0006960396
配列番号16
ヒトCCND1
アミノ酸配列
Figure 0006960396
配列番号17
マウスCDK4
mRNA:NM_009870
Figure 0006960396
配列番号18
マウスCDK4
アミノ酸配列
Figure 0006960396
配列番号19
マウスCCDN1
mRNA:NM_007631.2
Figure 0006960396
Figure 0006960396
配列番号20
マウスCCND1
アミノ酸配列
Figure 0006960396
本件出願は、以下の構成の発明を提供する。
(構成1)
分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する方法であって、前記分裂終了細胞を、有効量の少なくとも1つのサイクリン依存性キナーゼ(CDK)及び少なくとも1つのサイクリン、またはそれらのそれぞれの等価物を含む組成物と接触させ、それにより前記分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発することを含む方法。
(構成2)
前記接触させることは、in vitroまたはin vivoで行われる、構成1に記載の方法。
(構成3)
前記細胞を、有効量のCDK活性化剤、形質転換成長因子β阻害剤、またはそれらの組み合わせと接触させることをさらに含む、構成1に記載の方法。
(構成4)
前記CDK活性化剤は、CDK1活性化剤である、構成3に記載の方法。
(構成5)
前記分裂終了細胞は、心筋細胞、神経細胞、膵臓細胞、有毛細胞、及び骨格筋細胞からなる群から選択される、構成1に記載の方法。
(構成6)
前記サイクリン依存性キナーゼ(CDK)及び/または前記サイクリンは、核酸によりコードされる、構成1に記載の方法。
(構成7)
前記核酸は、改質mRNAである、構成6に記載の方法。
(構成8)
前記核酸は、構成的に発現される、構成6に記載の方法。
(構成9)
前記サイクリンは、サイクリンA、サイクリンB、サイクリンD、及びサイクリンEからなる群から選択される、構成1に記載の方法。
(構成10)
前記サイクリンBは、サイクリンB1(CCNB1)である、構成9に記載の方法。
(構成11)
前記サイクリンDは、サイクリンD1(CCND1)である、構成9に記載の方法。
(構成12)
前記CDKは、CDK1、CDK2、CDK3、CDK4、及びCDK6からなる群から選択される、構成1に記載の方法。
(構成13)
前記CDKは、CDK1である、構成1に記載の方法。
(構成14)
前記CDKは、CDK4である、構成1に記載の方法。
(構成15)
前記CDKは、構成的に発現される、構成1に記載の方法。
(構成16)
前記CDKは、CDK1であり、前記サイクリンは、CCNB1である、構成1に記載の方法。
(構成17)
前記組成物は、CDK4、CCND1、またはその両方をさらに含む、構成16に記載の方法。
(構成18)
少なくとも1つのCDK及び少なくとも1つのサイクリン、またはそれらのそれぞれの等価物を過剰発現するように改質されている、単離された増殖性分裂終了細胞。
(構成19)
CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物を過剰発現するように改質されている、単離された増殖性分裂終了細胞。
(構成20)
CDK4、CCND1、またはその両方を過剰発現するようにさらに改質されている、構成19に記載の細胞。
(構成21)
前記分裂終了細胞は、心筋細胞、神経細胞、膵臓細胞、有毛細胞、及び骨格筋細胞からなる群から選択される、構成18または19に記載の細胞。
(構成22)
心臓血管疾患を処置するための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法。
(構成23)
CDK4、CCND1、またはその両方の発現を増加させる有効量の組成物を投与することをさらに含む、構成22に記載の方法。
(構成24)
心臓血管疾患を処置するための方法であって、有効量の構成18に記載の増殖性分裂終了細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む方法。
(構成25)
前記増殖性分裂終了細胞は、増殖性心筋細胞である、構成24に記載の方法。
(構成26)
前記増殖性心筋細胞は、CDK1及びCCNB1、またはそれらの等価物を過剰発現するように改質されている、構成25に記載の方法。
(構成27)
前記増殖性心筋細胞は、CDK4、CCND1、またはその両方を過剰発現するように改質されている、構成25に記載の方法。
(構成28)
神経疾患を処置するための方法であって、CDK1及びCCNB1、またはそれらの等価物の発現を増加させる有効量の組成物を、それを必要とする対象に投与することを含む方法。
(構成29)
CDK4、CCND1、またはその両方の発現を増加させる有効量の組成物を投与することをさらに含む、構成28に記載の方法。
(構成30)
神経疾患を処置するための方法であって、有効量の構成18に記載の増殖性分裂終了細胞の集団を、それを必要とする対象に投与することを含む方法。
(構成31)
前記増殖性分裂終了細胞は、増殖性神経細胞である、構成30に記載の方法。
(構成32)
前記増殖性神経細胞は、CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物を過剰発現するように改質されている、構成31に記載の方法。
(構成33)
前記増殖性神経細胞は、CDK4、CCND1、またはその両方を過剰発現するように改質されている、構成31に記載の方法。

Claims (18)

  1. 周期依存性キナーゼ4(CDK4)及びサイクリンD1(CCND1)、またはそれらのそれぞれの等価物;及びG2カクテルを含む、分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発するための組成物であって、該G2カクテルが:
    a)周期依存性キナーゼ1(CDK1)及びサイクリンB1(CCNB1)、またはそれらのそれぞれの等価物;または
    b)MK1775及びSB431542を含む、前記組成物。
  2. 前記周期依存性キナーゼ4(CDK4)及びサイクリンD1(CCND1)、またはそれらのそれぞれの等価物が、前記分裂終了細胞とin vitroまたはin vivoで接触されるように用いられる、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記G2カクテルが、周期依存性キナーゼ1(CDK1)及びサイクリンB1(CCNB1)、またはそれらのそれぞれの等価物を含む、請求項1または2に記載の組成物。
  4. 前記分裂終了細胞が、心筋細胞、神経細胞、膵臓細胞、有毛細胞、及び骨格筋細胞からなる群から選択される、請求項1または2に記載の組成物。
  5. 前記分裂終了細胞が、心筋細胞である、請求項に記載の組成物。
  6. 前記分裂終了細胞が、神経細胞である、請求項に記載の組成物。
  7. 前記CDK4及び/または前記CCND1が、核酸によりコードされる、請求項1〜のいずれか一項に記載の組成物。
  8. 前記核酸が、改質mRNAである、請求項に記載の組成物。
  9. 前記核酸が、構成的に発現される、請求項またはに記載の組成物。
  10. 分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発する方法であって、該分裂終了細胞を、請求項1〜のいずれか一項に記載の組成物とin vitroで接触させ、それにより該分裂終了細胞の増殖及び/または細胞周期再進入を誘発することを含む、前記方法。
  11. 周期依存性キナーゼ4(CDK4)及びサイクリンD1(CCND1)、またはそれらのそれぞれの等価物;及びG2カクテルを含む、心臓血管疾患または神経疾患を処置するための医薬組成物であって、該G2カクテルが:
    a)周期依存性キナーゼ1(CDK1)及びサイクリンB1(CCNB1)、またはそれらのそれぞれの等価物;または
    b)MK1775及びSB431542を含む、前記医薬組成物。
  12. 周期依存性キナーゼ4(CDK4)及びサイクリンD1(CCND1)、またはそれらのそれぞれの等価物を含む、心臓血管疾患または神経疾患を処置するための医薬組成物であって、
    CDK1及びCCNB1、またはそれらのそれぞれの等価物の発現を増加させる該組成物が、G2カクテルとともに投与されるように用いられ、
    該G2カクテルが:
    a)周期依存性キナーゼ1(CDK1)及びサイクリンB1(CCNB1)、またはそれらのそれぞれの等価物;または
    b)MK1775及びSB431542を含む、前記医薬組成物。
  13. 前記G2カクテルが、周期依存性キナーゼ1(CDK1)及びサイクリンB1(CCNB1)、またはそれらのそれぞれの等価物を含む、請求項11または12に記載の医薬組成物。
  14. 前記CDK4及び/または前記CCND1が、核酸によりコードされる、請求項11、12または13に記載の医薬組成物。
  15. 前記核酸が、改質mRNAである、請求項14に記載の医薬組成物。
  16. 前記核酸が、構成的に発現される、請求項14または15に記載の医薬組成物。
  17. 心臓血管疾患または神経疾患を処置するための、請求項11〜16のいずれか一項に記載の医薬組成物。
  18. 神経疾患を処置するための、請求項11〜16のいずれか一項に記載の医薬組成物。
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