JPWO2010082385A1 - Mice transplanted with human hepatocytes - Google Patents

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Abstract

ヒトの肝細胞が移植されたマウスの提供。ヒトの肝細胞が移植されたマウスであって、外来チミジンキナーゼ遺伝子又はウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持され、マウスの肝細胞がヒトの肝細胞に置換された、ヒトの肝細胞が移植されたマウス。Providing mice transplanted with human hepatocytes. A mouse transplanted with human hepatocytes, in which the exogenous thymidine kinase gene or urokinase-type plasminogen activation gene is retained so that it can be expressed specifically in the liver, and the mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes A mouse transplanted with human hepatocytes.

Description

本発明は、ヒトの肝細胞が移植されたマウスであって、チミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において発現可能に保持され、グアノシンアナログ、及び、ヒトより単離された肝細胞が投与されたマウスに関する。さらに、本発明は、ヒトの肝細胞が移植されたマウスであって、ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がその肝臓において発現可能に保持され、ヒトより単離された肝細胞が投与されたNOGマウスに関する。また、ヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法であって、チミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において発現可能に保持されるマウスにグアノシンアナログ、及び、ヒトより単離された肝細胞を投与することを含む作製方法に関する。前記のこれらのマウスを用いて被験物質の血漿中動態を測定する方法、被験物質の代謝物を同定する方法、及び、被験物質の代謝速度を測定する方法に関する。さらに、前記のこれらのマウスに肝指向性病原体を感染させたマウスモデル、当該マウスモデルを使用した肝指向性病原体に対する薬剤及びワクチンのスクリーニング方法に関する。   The present invention relates to a mouse transplanted with human hepatocytes, wherein the thymidine kinase gene is retained so that it can be expressed in the liver, and a guanosine analog and hepatocytes isolated from humans are administered. Furthermore, the present invention relates to a mouse transplanted with human hepatocytes, in which the urokinase-type plasminogen activator gene is retained so that it can be expressed in the liver, and hepatocytes isolated from humans are administered. It relates to NOG mice. Also, a method for producing a mouse transplanted with human hepatocytes, comprising administering a guanosine analog and a hepatocyte isolated from a human to a mouse in which the thymidine kinase gene is expressed so as to be expressed in the liver. The present invention relates to a manufacturing method including: The present invention relates to a method for measuring plasma kinetics of a test substance using these mice, a method for identifying a metabolite of the test substance, and a method for measuring the metabolic rate of the test substance. Furthermore, the present invention relates to a mouse model in which these mice are infected with liver-directed pathogens, and a method for screening drugs and vaccines against liver-directed pathogens using the mouse models.

ヒトに特異的な肝炎ウイルスの感染や、投与された薬剤の代謝、又は、ヒト肝臓の増殖を解析することを目的とする、ヒト肝細胞を保持する免疫寛容マウスがいくつかのグループによってこれまでに作出されてきている。これらのマウスはウロキナーゼ型・プラスミノーゲン活性化因子(uPA)のトランス遺伝子がその肝臓中で発現するように保持された免疫不全マウスにヒトの肝細胞が移植されたものである。こうしたマウスにはヒトに特異的な肝炎ウイルスが感染できることが知られている(非特許文献1及び2)。また、こうしたマウスから由来する肝細胞はヒト肝臓において見出される酵素を発現し(非特許文献3)、被験物質からヒトに特異的な代謝物が生成される(非特許文献4)ことが知られている。
ヒト肝細胞の置換率が50%程度と低く、ヒト肝細胞の移植後生存期間が50日程度のマウスであっても、上記のような肝炎ウイルスの感染試験等の一定の目的には利用できることが知られている(特許文献1及び2)。一方、例えばヒトの治療用薬剤の血漿中動態やその代謝物を測定するという目的のためには、宿主動物由来の肝細胞による影響を可能な限り排除する必要があることから、ヒト肝細胞の置換率の上昇が求められていた。ところが、uPAトランス遺伝子は肝細胞の増殖に重要なマトリックスメタロプロテアーゼの活性を調節するプラスミノーゲンを活性化するため、uPAトランス遺伝子の発現はそれ自身、肝幹細胞に対して持続的かつ進行性の傷害を引き起こす。そのため、uPAトランス遺伝子のホモ接合体の胎生致死率は30%と高く、また肝細胞の移植時期も5〜17日齢と制限が認められる(特許文献1)上に、ヘテロ接合体での系統の維持を行った上で得られたホモ接合体を致死に至らしめないためにラットの肝細胞の移植等の処置が必要であり(特許文献2)、その系統の維持には煩雑な作業が必要であるとともに所望の特性を有するマウスを作出する頻度も極めて低頻度であった。また、腎傷害や低繁殖率等の副作用が多いことが知られている。そのため、宿主の成育を促進しヒト肝細胞の置換率を上昇させる試みとして、宿主のマウスに対してヒト補体からの攻撃防御のための薬剤を投与したり(特許文献3)、ヒト成長ホルモンを投与したり(特許文献4)する試みが行われてきている。また、拒絶反応に関わるマウスのNK細胞を除去する抗体である抗アシアロGM1抗体をヒト肝細胞の移植前日に投与することによりヒト肝細胞の置換率を上昇させる試みも実施されている。こうしたマウスにおけるヒト肝細胞の置換率は70%程度に留まっていることが知られている。
最近、フマリルアセト酢酸ヒドラーゼ(Fah)ノックアウトマウス(Fah−/−/Rag2−/−/II2rg−/−)(FRGマウス)を宿主としたキメラマウスが作出された(非特許文献4)。しかし、アデノウイルス自身には種特異性がないためマウス中のその残存によるヒト肝細胞に対する傷害の可能性が考えられる。事実、FRGマウスのヒト血清アルブミンのレベルはFRGマウスにおけるヒトの肝細胞の置換レベルから期待される値と比較して低く、ヒトの肝細胞に特異的な薬剤代謝酵素のいくつかの遺伝子はFRGマウスにおけるヒトの肝細胞の置換レベルから期待されるレベルでの発現が観察されなかった(非特許文献5)。
Several groups have developed immune-tolerant mice that retain human hepatocytes for the purpose of analyzing human-specific hepatitis virus infection, metabolism of administered drugs, or proliferation of the human liver. Has been created. In these mice, human hepatocytes are transplanted into immunodeficient mice in which the transgene of urokinase type plasminogen activator (uPA) is expressed in the liver. It is known that these mice can be infected with human-specific hepatitis virus (Non-patent Documents 1 and 2). In addition, it is known that hepatocytes derived from such mice express an enzyme found in human liver (Non-patent Document 3), and metabolites specific to humans are produced from test substances (Non-patent Document 4). ing.
Even if the replacement rate of human hepatocytes is as low as about 50% and the survival time after transplantation of human hepatocytes is about 50 days, it can be used for certain purposes such as hepatitis virus infection tests as described above. Is known (Patent Documents 1 and 2). On the other hand, for the purpose of measuring, for example, the plasma kinetics and metabolites of human therapeutic drugs, it is necessary to eliminate as much as possible the effects of hepatocytes derived from the host animal. An increase in the substitution rate was demanded. However, since the uPA transgene activates plasminogen, which regulates the activity of matrix metalloproteases important for hepatocyte proliferation, the expression of the uPA transgene itself is sustained and progressive to hepatic stem cells. Causes injury. Therefore, the embryonic lethality of the homozygote of the uPA transgene is as high as 30%, and the transplantation time of hepatocytes is limited to 5 to 17 days of age (Patent Document 1). In order to prevent letting the homozygote obtained after the maintenance of the disease occur, treatment such as transplantation of rat hepatocytes is necessary (Patent Document 2), and maintenance of the strain requires complicated work. The frequency of creating mice with the desired characteristics as well as necessary was also very low. It is also known that there are many side effects such as kidney injury and low reproductive rate. Therefore, as an attempt to promote the growth of the host and increase the replacement rate of human hepatocytes, a drug for defense against attack from human complement is administered to the host mouse (Patent Document 3), or human growth hormone. Attempts have been made to administer (Patent Document 4). Attempts have also been made to increase the replacement rate of human hepatocytes by administering anti-asialo GM1 antibody, which is an antibody that removes mouse NK cells involved in rejection, the day before transplantation of human hepatocytes. It is known that the replacement rate of human hepatocytes in such mice remains at about 70%.
Recently, a chimera mouse having a fumaryl acetoacetate hydrolase (Fah) knockout mouse (Fah − / − / Rag2 − / − / II2rg − / − ) (FRG mouse) as a host has been created (Non-patent Document 4). However, since adenovirus itself does not have species specificity, there is a possibility of injury to human hepatocytes due to its persistence in mice. In fact, the level of human serum albumin in FRG mice is lower than expected from the replacement level of human hepatocytes in FRG mice, and some genes for drug metabolizing enzymes specific for human hepatocytes are FRG Expression at the level expected from the replacement level of human hepatocytes in mice was not observed (Non-patent Document 5).

国際公開第WO2001067854号パンフレットInternational Publication No. WO2001067854 Pamphlet 国際公開第WO2001087059号パンフレットInternational Publication No. WO2001087059 Pamphlet 国際公開第WO2003080821号パンフレットInternational Publication No. WO2003088081 Pamphlet 国際公開第WO2007004547号パンフレットInternational Publication No. WO2007004547 Pamphlet

Dandri,M.et al.J.Hepatol.(2005)42,54−60Dandri, M .; et al. J. et al. Hepatol. (2005) 42, 54-60 Tateno,C.et al.Am.J.Pathol.(2004)165,901−912Tateno, C.I. et al. Am. J. et al. Pathol. (2004) 165, 901-912 Katoh,M.et al.J.Pharm.Sci.(2007)96,428−437Katoh, M .; et al. J. et al. Pharm. Sci. (2007) 96, 428-437 Azuma,H.et al.Nat.Biotechnol.(2007)25,903−910Azuma, H .; et al. Nat. Biotechnol. (2007) 25, 903-910 Shafritz,DA.et al.Nat.Biotechnol.(2007)25,871−872Shafritz, DA. et al. Nat. Biotechnol. (2007) 25, 871-872 Sandgren,EP.et al.Cell(1991)66,245−256Sandgren, EP. et al. Cell (1991) 66, 245-256.

本発明はこのような状況に鑑みて為されたものであり、その目的は、ヒトの肝細胞が移植されたマウスであって、チミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において発現可能に保持され、グアノシンアナログ、及び、ヒトより単離された肝細胞が投与されたマウス、当該マウスの作製方法、ヒトの肝細胞が移植されたマウスであって、ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化遺伝子がその肝臓において発現可能に保持され、ヒトより単離された肝細胞が投与されたNOGマウス、前記のこれらのマウスを用いて被験物質の血漿中動態を測定する方法、当該マウスを用いて被験物質の代謝物を同定する方法、当該マウスを用いて被験物質の代謝速度を測定する方法、前記のこれらのマウスに肝指向性病原体を感染させたマウスモデル、当該マウスモデルを使用した肝指向性病原体に対する薬剤及びワクチンのスクリーニング方法を提供することにある。
本明細書はより具体的には、以下の発明;
[1] 外来チミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持され、マウスの肝細胞がヒトの肝細胞に置換された、ヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[2] 肝臓がヒト肝臓の3次元構造又は機能を有している[1]のヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[3] チミジンキナーゼ遺伝子が、ヒト単純ヘルペスウイルス1型―チミジンキナーゼ(HSV−tk)遺伝子である[1]又は[2]のヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[4] マウスの肝細胞の75%以上がヒトの肝細胞に置換された[1]から[3]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[5] マウスの肝細胞の80%以上がヒトの肝細胞に置換された[1]から[3]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[6] マウスの肝細胞の90%以上がヒトの肝細胞に置換された[1]から[3]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[7] マウスの肝細胞の95%以上がヒトの肝細胞に置換された[1]から[3]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[8] マウスが免疫不全マウスである[1]から[7]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[9] 免疫不全マウスがNOD/SCIDマウス、RAG−2とIL−2Rγcを欠損するdKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又はNOG(NOD/SCID/γcnull)マウスである[8]のヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[10] RAG−2とIL−2Rγcを欠損するdKOマウスが、Balb/c dKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又はNOD dKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)である[9]のヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[11] ヒトより単離された肝細胞がヒト肝細胞株である[1]から[10]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[12] ヒト肝細胞株が、HepG2、Hep3B、又はHuH−7である[11]のヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[13] ヒトより単離された肝細胞が初代培養された肝細胞である[1]から[10]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[14] チミジンキナーゼ遺伝子がアルブミンプロモーター、LST−1 プロモーター、αフェトプロテインプロモーター、又はα−TTPプロモーターの制御下に配置されることによりチミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持される[1]から[13]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[15] ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持され、マウスの肝細胞がヒトの肝細胞に置換された、ヒトの肝細胞が移植されたNOG(NOD/SCID/γcnull)変異を有するマウス、
[16] ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がマウスウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子である[15]に記載のマウス、
[17] マウスの肝細胞の75%以上がヒトの肝細胞に置換された[15]又は[16]のヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[18] マウスの肝細胞の80%以上がヒトの肝細胞に置換された[15]又は[16]のヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[19] マウスの肝細胞の90%以上がヒトの肝細胞に置換された[15]又は[16]のヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[20] マウスの肝細胞の95%以上がヒトの肝細胞に置換された[15]又は[16]のヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[21] ヒトより単離された肝細胞がヒト肝細胞株である[15]から[20]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[22]ヒト肝細胞株が、HepG2、Hep3B、又はHuH−7である[21]のヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[23] ヒトより単離された肝細胞が初代培養された肝細胞である[15]から[20]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[24] ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がアルブミンプロモーター、LST−1プロモーター、αフェトプロテインプロモーター、又はα−TTPプロモーターの制御下に配置されることによりウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持される[15]から[23]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[25] マウスの肝細胞がヒトの肝細胞に置換された、ヒトの肝細胞が移植されたNOG(NOD/SCID/γcnull)変異を有するマウス、
[26] ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子及び外来チミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持された[24]のマウス、
[27] ヒトの肝細胞が移植され、マウスの肝細胞がヒトの肝細胞に置換されたマウスの作製方法であって、マウスにチミジンキナーゼ遺伝子を肝臓において特異的に発現可能に保持されるように導入し、該マウスに自殺基質、及びヒトより単離された肝細胞を投与し、マウス肝細胞を傷害しマウス肝細胞をヒト肝細胞で置換することを含む、ヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法、
[28] チミジンキナーゼ遺伝子が、ヒト単純ヘルペスウイルス1型―チミジンキナーゼ(HSV−tk)遺伝子である[27]のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法、
[29] 自殺基質がチミジンキナーゼにより毒性物質に代謝される物質である[27]又は[28]のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法、
[30] 代謝される物質がアシクロビル、又はガンシクロビルである[29]のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法、
[31] マウスが免疫不全マウスである[27]から[30]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法、
[32] 免疫不全マウスがNOD/SCIDマウス、RAG−2とIL−2Rγcを欠損するdKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又はNOGマウスである[31]のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法、
[33] ヒトより単離された肝細胞がヒト肝細胞株である[27]から[32]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法、
[34] ヒト肝細胞株が、HepG2、Hep3B、又はHuH−7である[33]の方法、
[35] ヒトより単離された肝細胞が初代培養された肝細胞である[27]から[32]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法、
[36] チミジンキナーゼ遺伝子がアルブミンプロモーター、LST−1プロモーター、αフェトプロテインプロモーター、又はα−TTPプロモーターの制御下に配置されることによりチミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持されることを特徴とする[27]から[35]のいずれかのヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法、
[37] [27]から[36]のいずれかの方法で得られたヒトの肝細胞が移植されたマウス、
[38] [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスを用いて被験物質の血漿中動態を測定する方法、
[39] [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスを用いて被験物質の代謝物を同定する方法、
[40] [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスから単離された肝細胞を用いて被験物質の代謝物を同定する方法、
[41] [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスを用いて被験物質の代謝速度を測定する方法、
[42] 以下の工程;
(i) [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスを作製する工程;及び
(ii) ヒトHCVを(i)に記載のマウスに接種する工程;
を含む、ヒトC型肝炎ウイルス(HCV)が感染したマウスを作製する方法、
[43] [42]の方法で作製されるヒトC型肝炎ウイルス(HCV)が感染したマウス、
[44] 以下の工程;
(i) [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスにヒトHCVを投与する工程;及び
(ii) 宿主内でヒトHCVの複製が起こる十分な期間をおいた後にヒトHCVを感染宿主から単離する工程;
を含む、ヒトC型肝炎ウイルス(HCV)の培養方法、
[45] 以下の工程;
(i) [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスに候補薬剤を投与する工程;及び
(ii) 候補薬剤がHCV感染に及ぼす作用を分析する工程であって、未投与のマウスに対する、又は候補薬剤投与前のマウスにおける感染量に対するヒトHCVの感染量の低下が、該薬剤の抗HCV活性を意味する工程;
を含む、抗HCV活性を有する候補薬剤をスクリーニングする方法、
[46] 候補薬剤をヒトHCVの感染前に投与する、[45]の方法、
[47] 抗HCV活性を有する候補薬剤が抗HCV抗体又はそのHCV結合性断片である、[45]又は[46]の方法、
[48] 以下の工程;
(i) [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスの免疫を再構成する工程;
(ii) (i)のマウスに候補ワクチンを投与する工程;及び
(iii) 該ワクチンがHCV感染に及ぼす作用を分析する工程であって、未投与のマウスに対する、又は該ワクチン投与前のマウスにおける感染量に対するヒトHCVの感染量の低下が、該ワクチンの抗HCV活性を意味する工程;
を含む、能動免疫療法に用いる抗HCV活性を有する候補ワクチンをスクリーニングする方法、
[49] 以下の工程;
(i) [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスの免疫を再構成する工程;
(ii) (i)のマウスに治療用ワクチン接種用の候補ワクチンを投与する工程;及び
(iii) 該ワクチンがHCV感染に及ぼす作用を分析する工程であって、未投与のマウスに対する、又は該ワクチン投与前のマウスにおける感染量に対するヒトHCVの感染量の低下が、該ワクチンの抗HCV活性を意味する工程;
を含む、抗HCV活性を有する治療用ワクチン接種用の候補ワクチンをスクリーニングする方法、
[50] [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスを用いて肝幹細胞を探索する方法であって、マウスに生着した肝組織から肝幹細胞を同定することを含む方法、
[51] [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスを用いて肝幹細胞を含む細胞集団を採取する方法であって、マウスに生着した肝組織から肝幹細胞を含む細胞集団を採取することを含む方法、
[52] [1]から[26]及び[37]のいずれかのマウスを用いて再構築されたヒト肝臓組織、
[53] チミジンキナーゼ遺伝子および/またはウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がその肝臓において発現可能に保持され、ヒト肝細胞を肝臓に生着させることができるマウス、
[54] チミジンキナーゼ遺伝子が単純ヘルペスウイルス1型チミジンキナーゼである、[53]のマウス、
[55] マウスが免疫不全マウスである、[53]または[54]のマウス、
[56] 免疫不全マウスがNOD/SCIDマウス、RAG−2とIL−2Rγcを欠損するdKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又はNOG(NOD/SCID/γcnull)マウスである、[55]のマウス、並びに
[57] RAG−2とIL−2Rγcを欠損するdKOマウスが、Balb/c dKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又はNOD dKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)である、[56]のマウス、
を提供する。
本明細書は本願の優先権の基礎である日本国特許出願2009−008097号の明細書および/または図面に記載される内容を包含する。
The present invention has been made in view of such a situation, and the object thereof is a mouse transplanted with human hepatocytes, wherein the thymidine kinase gene is retained in the liver so that it can be expressed, and a guanosine analog, And a mouse administered with hepatocytes isolated from human, a method for producing the mouse, a mouse transplanted with human hepatocytes, and the urokinase-type plasminogen activating gene can be expressed in the liver. NOG mice to which hepatocytes isolated and administered from humans were administered, methods for measuring plasma kinetics of a test substance using these mice, and identifying metabolites of the test substance using the mice A method for measuring a metabolic rate of a test substance using the mouse, a mouse model in which the mice are infected with a liver-directed pathogen, the mouse model, And to provide methods of screening for drugs and vaccines against hepatotropic pathogens using.
The present specification more specifically includes the following inventions;
[1] A mouse in which an exogenous thymidine kinase gene is retained so that it can be expressed specifically in the liver, the mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes, and human hepatocytes are transplanted,
[2] Mice transplanted with human hepatocytes of [1], wherein the liver has the three-dimensional structure or function of human liver,
[3] A mouse into which a human hepatocyte of [1] or [2], wherein the thymidine kinase gene is a human herpes simplex virus type 1-thymidine kinase (HSV-tk) gene,
[4] Mice transplanted with human hepatocytes according to any one of [1] to [3], wherein 75% or more of mouse hepatocytes have been replaced with human hepatocytes,
[5] Mice transplanted with human hepatocytes according to any one of [1] to [3], wherein 80% or more of mouse hepatocytes have been replaced with human hepatocytes,
[6] Mice transplanted with human hepatocytes according to any one of [1] to [3], wherein 90% or more of mouse hepatocytes have been replaced with human hepatocytes,
[7] A mouse into which human hepatocytes of any one of [1] to [3], wherein 95% or more of mouse hepatocytes have been replaced with human hepatocytes,
[8] A mouse into which the human hepatocyte of any one of [1] to [7], wherein the mouse is an immunodeficient mouse,
[9] The immunodeficient mice are NOD / SCID mice, dKO mice lacking RAG-2 and IL-2Rγc (RAG-2 KO, IL-2R null ), or NOG (NOD / SCID / γc null ) mice [ 8] mouse transplanted with human hepatocytes,
[10] dKO mice lacking RAG-2 and IL-2Rγc are Balb / c dKO mice (RAG-2 KO, IL-2R null ) or NOD dKO mice (RAG-2 KO, IL-2R null ). A mouse into which a human hepatocyte of [9] is transplanted,
[11] A mouse into which a human hepatocyte of any one of [1] to [10], wherein hepatocytes isolated from humans are human hepatocyte cell lines,
[12] A mouse into which human hepatocytes of [11], wherein the human hepatocyte cell line is HepG2, Hep3B, or HuH-7,
[13] A mouse transplanted with any one of the human hepatocytes of [1] to [10], wherein hepatocytes isolated from humans are primary cultured hepatocytes,
[14] When the thymidine kinase gene is placed under the control of an albumin promoter, LST-1 promoter, α-fetoprotein promoter, or α-TTP promoter, the thymidine kinase gene is retained so that it can be specifically expressed in the liver [ 1] to [13] a mouse transplanted with human hepatocytes of any one of
[15] NOG (NOD) transplanted with human hepatocytes, in which the urokinase-type plasminogen activator gene is retained so that it can be expressed specifically in its liver, and mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes. / SCID / γc null ) mutation mouse,
[16] The mouse according to [15], wherein the urokinase type plasminogen activator gene is a mouse urokinase type plasminogen activator gene,
[17] Mice transplanted with human hepatocytes according to [15] or [16], wherein 75% or more of mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes,
[18] Mice transplanted with human hepatocytes according to [15] or [16], wherein 80% or more of mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes,
[19] Mice transplanted with human hepatocytes according to [15] or [16], wherein 90% or more of mouse hepatocytes have been replaced with human hepatocytes,
[20] Mice transplanted with human hepatocytes of [15] or [16], wherein 95% or more of mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes,
[21] A mouse transplanted with a human hepatocyte of any of [15] to [20], wherein the hepatocyte isolated from human is a human hepatocyte cell line,
[22] A mouse into which the human hepatocytes of [21], wherein the human hepatocyte cell line is HepG2, Hep3B, or HuH-7,
[23] A mouse transplanted with any one of the human hepatocytes of [15] to [20], wherein hepatocytes isolated from humans are primary cultured hepatocytes,
[24] The urokinase-type plasminogen activator gene is placed under the control of the albumin promoter, LST-1 promoter, α-fetoprotein promoter, or α-TTP promoter, so that the urokinase-type plasminogen activator gene is A mouse transplanted with any of the human hepatocytes of [15] to [23], which is specifically expressed and retained in the liver,
[25] A mouse having a NOG (NOD / SCID / γc null ) mutation transplanted with a human hepatocyte, wherein the hepatocyte of the mouse is replaced with a human hepatocyte,
[26] The mouse according to [24], wherein the urokinase-type plasminogen activator gene and the foreign thymidine kinase gene are retained so that they can be specifically expressed in the liver.
[27] A method for producing a mouse in which human hepatocytes are transplanted and the mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes so that the thymidine kinase gene is retained in the liver so that it can be expressed specifically in the liver. Human hepatocytes are transplanted, comprising administering to the mouse a suicide substrate and hepatocytes isolated from human, damaging the mouse hepatocytes and replacing the mouse hepatocytes with human hepatocytes. Mouse production method,
[28] A method for producing a mouse transplanted with human hepatocytes of [27], wherein the thymidine kinase gene is a human herpes simplex virus type 1-thymidine kinase (HSV-tk) gene,
[29] A method for producing a mouse transplanted with human hepatocytes of [27] or [28], wherein the suicide substrate is a substance that is metabolized to a toxic substance by thymidine kinase,
[30] A method for producing a mouse transplanted with human hepatocytes of [29], wherein the substance to be metabolized is acyclovir or ganciclovir,
[31] A method for producing a mouse transplanted with the human hepatocytes of any of [27] to [30], wherein the mouse is an immunodeficient mouse,
[32] The human hepatocyte of [31], wherein the immunodeficient mouse is a NOD / SCID mouse, a dKO mouse lacking RAG-2 and IL-2Rγc (RAG-2 KO, IL-2R null ), or a NOG mouse A method for producing a transplanted mouse,
[33] A method for producing a mouse into which a human hepatocyte of any one of [27] to [32], wherein the hepatocyte isolated from human is a human hepatocyte cell line,
[34] The method according to [33], wherein the human hepatocyte cell line is HepG2, Hep3B, or HuH-7.
[35] A method for producing a mouse into which a human hepatocyte of any one of [27] to [32], wherein hepatocytes isolated from humans are primary cultured hepatocytes,
[36] The thymidine kinase gene is retained under control of an albumin promoter, LST-1 promoter, α-fetoprotein promoter, or α-TTP promoter so that the thymidine kinase gene can be specifically expressed in the liver. A method for producing a mouse transplanted with the human hepatocytes of any one of [27] to [35],
[37] A mouse transplanted with human hepatocytes obtained by any of the methods of [27] to [36],
[38] A method for measuring plasma kinetics of a test substance using the mouse of any one of [1] to [26] and [37],
[39] A method for identifying a metabolite of a test substance using the mouse of any one of [1] to [26] and [37],
[40] A method for identifying a metabolite of a test substance using hepatocytes isolated from the mouse of any one of [1] to [26] and [37],
[41] A method for measuring the metabolic rate of a test substance using the mouse of any one of [1] to [26] and [37],
[42] The following steps:
(I) a step of producing a mouse according to any one of [1] to [26] and [37]; and (ii) a step of inoculating the mouse according to (i) with human HCV;
A method for producing a mouse infected with human hepatitis C virus (HCV), comprising:
[43] A mouse infected with human hepatitis C virus (HCV) produced by the method of [42],
[44] The following steps:
(I) a step of administering human HCV to the mouse of any one of [1] to [26] and [37]; and (ii) human HCV is administered after a sufficient period of time for human HCV replication to occur in the host. Isolating from an infected host;
A method for culturing human hepatitis C virus (HCV),
[45] The following steps:
(I) a step of administering a candidate drug to any one of the mice [1] to [26] and [37]; and (ii) a step of analyzing the effect of the candidate drug on HCV infection, which has not been administered. A reduction in the amount of human HCV infection relative to the amount of infection in a mouse or in a mouse prior to administration of a candidate drug means anti-HCV activity of the drug;
A method for screening a candidate drug having anti-HCV activity,
[46] The method of [45], wherein the candidate agent is administered before infection with human HCV,
[47] The method according to [45] or [46], wherein the candidate drug having anti-HCV activity is an anti-HCV antibody or an HCV-binding fragment thereof,
[48] The following steps:
(I) the step of reconstituting the immunity of the mouse of any one of [1] to [26] and [37];
(Ii) administering a candidate vaccine to the mouse of (i); and (iii) analyzing the effect of the vaccine on HCV infection, in an untreated mouse or in a mouse before the vaccine administration A decrease in the amount of human HCV infectious relative to the amount of infectious means the anti-HCV activity of the vaccine;
A method for screening candidate vaccines having anti-HCV activity for use in active immunotherapy,
[49] The following steps:
(I) the step of reconstituting the immunity of the mouse of any one of [1] to [26] and [37];
(Ii) administering a candidate vaccine for therapeutic vaccination to the mouse of (i); and (iii) analyzing the effect of the vaccine on HCV infection, comprising: A reduction in the amount of human HCV infection relative to the amount of infection in mice prior to vaccine administration means the anti-HCV activity of the vaccine;
Screening a candidate vaccine for therapeutic vaccination having anti-HCV activity, comprising:
[50] A method for searching for hepatic stem cells using the mouse of any one of [1] to [26] and [37], comprising identifying hepatic stem cells from liver tissue engrafted in the mouse,
[51] A method for collecting a cell population containing hepatic stem cells using the mouse of any one of [1] to [26] and [37], wherein the cell population contains hepatic stem cells from liver tissue engrafted in the mouse A method comprising collecting
[52] Human liver tissue reconstructed using the mouse of any one of [1] to [26] and [37],
[53] A mouse in which a thymidine kinase gene and / or a urokinase-type plasminogen activator gene are retained so that they can be expressed in the liver, and human hepatocytes can be engrafted in the liver,
[54] The mouse of [53], wherein the thymidine kinase gene is herpes simplex virus type 1 thymidine kinase,
[55] The mouse of [53] or [54], wherein the mouse is an immunodeficient mouse,
[56] The immunodeficient mouse is a NOD / SCID mouse, a dKO mouse lacking RAG-2 and IL-2Rγc (RAG-2 KO, IL-2R null ), or a NOG (NOD / SCID / γc null ) mouse. [55] mice and [57] dKO mice deficient in RAG-2 and IL-2Rγc are Balb / c dKO mice (RAG-2 KO, IL-2R null ), or NOD dKO mice (RAG-2 KO). IL-2R null ), [56] mice,
I will provide a.
This specification includes the contents described in the specification and / or drawings of Japanese Patent Application No. 2009-008097 which is the basis of the priority of the present application.

図1は、単純ヘルペスウイルス1型チミジンキナーゼ(UL23又はHSVtk)遺伝子発現ユニットの構造を示す図である。
図2は、TK−NOGマウスのトランスジーンの制限地図と構造、および、実施例で用いたプローブの位置を示す図である。
図3は、ヒト肝細胞を移植したTK−NOGマウスの血清中のヒトアルブミン濃度を示す図である。
図4は、ヒト肝細胞を移植したTK−NOGマウスの血清中のタンパク質を示す図である。
図5は、ヒト肝細胞を移植したTK−NOGマウスの肝臓で発現したmRNAを示す図である。
図6は、ヒト肝細胞を移植したTK−NOGマウスの肝臓の組織学と免疫組織染色(immunohistochemical staining)の結果を示す図である。
図7は、CFDAを投与した、ヒト肝細胞を移植したTK−NOGマウスの肝臓における毛細胆管(BC)へのカルボキシフルオレセイン(CF)の排出を示す図である。
図8は、CFDAを投与した、ヒト肝細胞を移植したTK−NOGマウスの肝臓におけるヒトの肝細胞の移植の52日後に得た、2匹の異なったTK−NOGマウスの肝臓h−CK8/18免疫組織染色の結果を示す図である。
図9は、CFDAを投与した、ヒト肝細胞を移植したTK−NOGマウスにおける糞へのCF分泌量を示す図である。
図10は、CFDAを投与した、ヒト肝細胞を移植したTK−NOGマウスにおける胆汁のCF代謝産物の存在を示す図である。
図11は、CFDAを投与した、ヒト肝細胞を移植したTK−NOGマウスにおける胆汁のマウス及びヒトトランスフェリンの解析結果を示す図である。
図12は、ヒト肝細胞を移植したTK−NOGマウスから得た肝臓切片のH&E及びグルタミン合成酵素(GS)の免疫組織染色を示す図である。
図13は、HSVtk発現ユニットの染色体上の位置を示す図である。
図14は、TK−NOGマウスのトランスジーンの分子分析の結果を示す図である。
図15は、HSVtkトランスジーン発現のRT−PCR分析の結果を示す図である。
図16は、ガンシクロビル(GCV)投与TK−NOGマウス(Tg HSVtk)及び非トランスジェニックNOGマウス(NTg)における、血清アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ(AST)及びアラニンアミノトランスフェラーゼ(ALT)の活性を示す図である。
図17は、ガンシクロビル(GCV)投与TK−NOGマウス(Tg HSVtk)の肝臓を示す図である。
図18は、GCVを投与した、ヒトの肝細胞を移植したTK−NOGマウスの血清ヒトアルブミン濃度を示す図である。
図19は、GCVを投与した、ヒトの肝細胞を移植したTK−NOGマウスにおけるヒト血清アルブミン濃度と置換インデックス(RI)の間の相関関係を示す図である。
図20は、GCVを投与した、ヒトの肝細胞を移植しヒト肝細胞が再増殖したTK−NOGマウスにおけるヒトの遺伝子発現を示す図である。
図21は、GCVを投与した、ヒトの肝細胞を移植しヒト肝細胞が再増殖したTK−NOGマウスにおける腎臓の組織病理学解析の結果を示す図である。
図22は、ヒトの肝細胞を移植しヒト肝細胞が再増殖したTK−NOGマウスの肝臓のマウスアルブミン及びヒトアルブミン染色の免疫蛍光2重染色の結果を示す図である。
図23は、ヒトの肝細胞を移植しヒト肝細胞が再増殖したTK−NOGマウスにおけるクローン増殖性ヒト肝細胞コロニーの顕微解剖の結果を示す図である。
図24は、ヒトとマウスの肝細胞の区別のためのPCR分析の結果を示す図である。
図25は、ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子(uPA)遺伝子発現ユニットの構造を示す図である。
図26は、uPA−NOGマウスのトランスジーンの制限地図と構造、および、実施例で用いたプローブの位置を示す図である。
図27は、uPAトランスジーン発現のRT−PCR分析の結果を示す図である。
図28は、ヘミ接合型(Tg/+)及びホモ接合型(Tg/Tg)トランスジェニックuPA−NOGマウスにおける、血清アラニンアミノトランスフェラーゼ(ALT)の活性を示す図である。
図29は、ホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg)肝臓の肉眼像及び肝細胞傷害像を示す図である。図29のスケールバーは100μmである。Pは門脈路を示し、Cは中心静脈を示す。
図30は、uPA−NOGマウスに導入されたuPAトランスジーンのサザンブロット法による分子解析の結果を示す図である。
図31は、ヒトの肝細胞を移植したヘミ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/+)及びホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg1)の肝臓肉眼像を示す図である。
図32は、uPA−NOGマウスの血清ヒトアルブミン濃度の推移と体重変化を示す図である。
図33は、マウス血清、ヒト血清、ヒト肝細胞が移植されたヘミ接合型(Tg/+)及びホモ接合型(Tg/Tg1及び2)トランスジェニックuPA−NOGマウスの血清を免疫ブロット法により解析した結果を示す図である。
図34は、ヒト肝細胞が移植されたホモ接合型(Tg/Tg1及び2)トランスジェニックuPA−NOGマウス肝臓の組織学と免疫組織染色の結果を示す図である。
図35は、ヒト化肝臓を有するマウス生体内でのDebrisoquin及びS−Warfarineの代謝を表す。
図36は、ヒト化肝臓を有するマウスにおけるKi−67抗原を発現するヒト増殖性肝細胞の検出を表す。
図37は、TK−Balb/c dKOマウス及びNOD dKOマウスにおける、ヒトサイトケラチン8/18抗体にて染色されるヒト肝細胞の生着を示す。
FIG. 1 is a diagram showing the structure of a herpes simplex virus type 1 thymidine kinase (UL23 or HSVtk) gene expression unit.
FIG. 2 is a diagram showing a restriction map and structure of the transgene of the TK-NOG mouse, and the position of the probe used in the examples.
FIG. 3 is a diagram showing the human albumin concentration in the serum of TK-NOG mice transplanted with human hepatocytes.
FIG. 4 is a diagram showing proteins in the serum of TK-NOG mice transplanted with human hepatocytes.
FIG. 5 is a view showing mRNA expressed in the liver of a TK-NOG mouse transplanted with human hepatocytes.
FIG. 6 shows the results of histology and immunohistochemical staining of the liver of TK-NOG mice transplanted with human hepatocytes.
FIG. 7 is a diagram showing carboxyfluorescein (CF) excretion into the capillary bile duct (BC) in the liver of TK-NOG mice transplanted with human hepatocytes administered with CFDA.
FIG. 8 shows liver h-CK8 / of two different TK-NOG mice obtained 52 days after transplantation of human hepatocytes in the liver of TK-NOG mice transplanted with CFDA and receiving human hepatocytes. It is a figure which shows the result of 18 immunohistochemical staining.
FIG. 9 is a diagram showing the amount of CF secreted into feces in TK-NOG mice transplanted with human hepatocytes administered with CFDA.
FIG. 10 shows the presence of bile CF metabolites in TK-NOG mice transplanted with human hepatocytes administered with CFDA.
FIG. 11 is a diagram showing analysis results of bile mice and human transferrin in TK-NOG mice transplanted with human hepatocytes administered with CFDA.
FIG. 12 is a diagram showing immunohistochemical staining of H & E and glutamine synthetase (GS) in liver sections obtained from TK-NOG mice transplanted with human hepatocytes.
FIG. 13 is a diagram showing the position of the HSVtk expression unit on the chromosome.
FIG. 14 is a diagram showing the results of molecular analysis of the TK-NOG mouse transgene.
FIG. 15 shows the results of RT-PCR analysis of HSVtk transgene expression.
FIG. 16 shows the activities of serum aspartate aminotransferase (AST) and alanine aminotransferase (ALT) in ganciclovir (GCV) -administered TK-NOG mice (Tg HSVtk) and non-transgenic NOG mice (NTg). .
FIG. 17 is a diagram showing the liver of a ganciclovir (GCV) -administered TK-NOG mouse (Tg HSVtk).
FIG. 18 is a diagram showing the serum human albumin concentration of TK-NOG mice to which GCV was administered and human hepatocytes were transplanted.
FIG. 19 is a diagram showing the correlation between human serum albumin concentration and substitution index (RI) in TK-NOG mice transplanted with human hepatocytes administered with GCV.
FIG. 20 is a diagram showing human gene expression in TK-NOG mice to which human hepatocytes were transplanted and repopulated with GCV-administered human hepatocytes.
FIG. 21 is a diagram showing the results of renal histopathological analysis in TK-NOG mice to which human hepatocytes were transplanted and repopulated with GCV administered human hepatocytes.
FIG. 22 is a diagram showing the results of double immunostaining of mouse albumin and human albumin staining of the liver of a TK-NOG mouse in which human hepatocytes have been transplanted and human hepatocytes have repopulated.
FIG. 23 is a diagram showing the results of microdissection of clonally proliferating human hepatocyte colonies in TK-NOG mice in which human hepatocytes were transplanted and human hepatocytes re-proliferated.
FIG. 24 is a diagram showing the results of PCR analysis for distinguishing between human and mouse hepatocytes.
FIG. 25 is a diagram showing the structure of a urokinase-type plasminogen activator (uPA) gene expression unit.
FIG. 26 is a diagram showing a restriction map and structure of the transgene of uPA-NOG mouse, and the position of the probe used in the example.
FIG. 27 shows the results of RT-PCR analysis of uPA transgene expression.
FIG. 28 shows the activity of serum alanine aminotransferase (ALT) in hemizygous (Tg / +) and homozygous (Tg / Tg) transgenic uPA-NOG mice.
FIG. 29 is a diagram showing a macroscopic image and a hepatocyte damage image of the liver of a homozygous transgenic uPA-NOG mouse (Tg / Tg). The scale bar in FIG. 29 is 100 μm. P indicates the portal tract and C indicates the central vein.
FIG. 30 is a diagram showing the results of molecular analysis by Southern blotting of a uPA transgene introduced into a uPA-NOG mouse.
FIG. 31 is a graph showing liver macroscopic images of hemizygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / +) and homozygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / Tg1) transplanted with human hepatocytes.
FIG. 32 is a graph showing changes in serum human albumin concentration and changes in body weight of uPA-NOG mice.
FIG. 33 shows immunoblotting analysis of sera from hemizygous (Tg / +) and homozygous (Tg / Tg1 and 2) transgenic uPA-NOG mice transplanted with mouse serum, human serum, and human hepatocytes. It is a figure which shows the result.
FIG. 34 shows the results of histology and immunohistochemical staining of homozygous (Tg / Tg1 and 2) transgenic uPA-NOG mouse liver transplanted with human hepatocytes.
FIG. 35 represents the metabolism of Debrisoquin and S-Warfarine in the mouse body with a humanized liver.
FIG. 36 represents detection of human proliferating hepatocytes expressing Ki-67 antigen in mice with humanized liver.
FIG. 37 shows engraftment of human hepatocytes stained with human cytokeratin 8/18 antibody in TK-Balb / c dKO mice and NOD dKO mice.

以下、本発明を詳細に説明する。
本願発明において開示される、チミジンキナーゼは元来生体内においてチミジンをリン酸化してチミジル酸を合成する酵素活性を有するが、正常な細胞中では律速段階となっており殆ど検出されない。そのため、チミジンキナーゼによって代謝されることにより毒性を奏する自殺基質は、チミジンキナーゼのトランス遺伝子が導入され、チミジンキナーゼ活性を有する細胞に対してのみ細胞毒性を発揮することから標的細胞のみに細胞傷害を与える選択的治療剤として用いられている。このような自殺基質として、グアノシンアナログが好適に使用され得る。より好ましくは、そのようなグアノシンアナログとして、抗ウイルス薬として汎用されているガンシクロビル(ganciclovir;GCV)、アシクロビル(acyclovir)が好適に挙げられる。
例えば、ガンシクロビルはウイルスが固有に有する酵素であるチミジンキナーゼによるリン酸化を受け、更に、ヒト細胞内にある内在性酵素であるグアニル酸キナーゼとチミジンキナーゼにより、最終的に活性型ガンシクロビル−三リン酸に代謝される。活性型ガンシクロビル−三リン酸は、ウイルスDNAポリメラーゼの基質であるデオキシグアノシン−三リン酸(dGTP)と競合的に拮抗することによって、DNAポリメラーゼを阻害する。したがってウイルスに感染した感染細胞内のウイルス複製のみが阻害される。同様のメカニズムにより、HSV−tkトランス遺伝子が導入されたリンパ球においても、ガンシクロビルが活性化を受け、DNA合成が阻害されることにより、当該細胞が選択的に死滅する機序が明らかとされている。
本発明においては、外来のチミジンキナーゼ遺伝子をマウス肝臓で特異的に発現するように導入する。本発明において使用されるチミジンキナーゼ遺伝子の由来する生物種は、ヒトや哺乳類であってもよいし、さらに原核細胞やウイルスであってもよく、その由来する生物種には制限されない。本発明において、チミジンキナーゼの一具体的態様として用いられるチミジンキナーゼとしては、ヒト単純ヘルペスウイルス1型―チミジンキナーゼ(HSV−tk)が好適に挙げられる。例えば、ガンシクロビルを複数の細胞群に投与したときにHSV−tk遺伝子を発現する細胞のみが死滅する。このため、HSV−tk遺伝子は一般的に「自殺遺伝子」と呼ばれている。本願発明においては、HSV−tk遺伝子とは例えば配列番号1で示されるポリヌクレオチド配列で表される遺伝子をいうが、これに限定されない。
1つのアミノ酸をコードするコドンは複数存在することが知られている。従って、例えば配列番号1で示されるポリヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列又はその酵素活性部分をコードするものであれば、いずれのポリヌクレオチド配列も本発明のマウスに利用することができる。一般に、チミジンキナーゼ等の酵素活性を有するポリペプチドのアミノ酸配列が多少変更された場合、即ち、当該アミノ酸配列の中の1又は複数のアミノ酸が置換され若しくは欠失し、あるいは1又は複数のアミノ酸が付加された場合でも当該ポリペプチドの酵素活性が維持される場合があることは周知の事実である。例えば、変異体は保存的に置換された配列を含んでいてもよく、これは、特定のアミノ酸残基が類似の物理化学的特徴を有する残基によって置き換えられていてもよいことを意味している。保存的置換の非限定的な例には、Ile、Val、Leu又はAla相互の置換の如き脂肪族基含有アミノ酸残基の間の置換、又はLysとArg間の置換の如き極性基含有アミノ酸残基の間の置換が含まれる。したがって、例えば配列番号1で示されるポリヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列又はその酵素活性部分において、このような修飾が加えられ、かつチミジンキナーゼの酵素活性を有するチミジンキナーゼの変異体をコードするDNAも本発明のマウスに用いることができる。
アミノ酸の付加、欠失又は置換による変異体は、例えばそれをコードするDNAに例えば、周知技術である部位特異的変異誘発(例えば、Nucleic Acid Research,Vol.10,No.20,p.6487−6500,1982参照)を施すことにより好適に作製され得る。本明細書において「1又は複数のアミノ酸」とは、部位特異的変異誘発法により付加、欠失又は置換できる程度の数のアミノ酸をいい、好ましくは1又は数個、さらに好ましくは1〜5個、さらに好ましくは1〜4個、さらに好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1個若しくは2個をいう。部位特異的変異誘発法は、例えば、所望の変異である特定の不一致の他は、変異を受けるべき一本鎖ファージDNAに相補的な合成オリゴヌクレオチドプライマーを用いて次のように実施され得る。即ち、プライマーとして上記合成オリゴヌクレオチドを用いてファージにより相補的な鎖として合成された二重鎖DNAで宿主細胞が形質転換される。形質転換された細菌の培養物が寒天に播種され、ファージを含有する単一細胞からプラークが形成される。理論的には50%の新コロニーが一本鎖として変異を有するファージを含有し、残りの50%が元の配列を有する。上記所望の変異を有するDNAと完全に一致するものとはハイブリダイズするが、元の鎖を有するものとはハイブリダイズしない温度において、得られたプラークがキナーゼ処理により標識した合成プローブとハイブリダイズされる。次に該プローブとハイブリダイズするプラークからDNAが回収される。
なお、酵素のアミノ酸配列にその活性を喪失せしめない1又は複数のアミノ酸の置換、欠失又は挿入を施す方法としては、上記の部位特異的変異誘発の他にも、遺伝子を変異原で処理する方法及び遺伝子を選択的に開裂し、次に選択されたヌクレオチドを除去、付加又は置換し、次いで連結する方法も好適に挙げられる。
さらに、例えば本明細書に開示した配列番号1に記載されるチミジンキナーゼをコードするポリヌクレオチド配列に温和な又は苛酷なストリンジェンシーの条件下でハイブリダイズし、かつ生物学的に活性なチミジンキナーゼをコードする単離されたDNA及びRNAも本発明のマウスに利用することができる。温和なストリンジェンシーによるハイブリダイゼーションの条件は、例えば、Sambrookら,Molecular Cloning:A Laboratory Manual,2 ed.Vol.1,pp.1.101−104,Cold Spring Harbor Laboratory Press,(1989)に記載された条件を意味する。Sambrookらにより定義されているように、温和なストリンジェンシーの条件には、5×SSC,0.5%SDS,1.0mM EDTA(pH8.0)の前洗浄用溶液と約55℃,5×SSC,一晩のハイブリダイゼーション条件が挙げられる。苛酷なストリンジェンシーの条件には、より高温のハイブリダイゼーションと洗浄が含まれる。その際、プローブの長さ等の各種要因に応じて温度及び洗浄溶液の塩濃度は適宜調節され得る。例えば、5×SSC以下で20℃以上の範囲の条件が好適に挙げられる。
さらに、配列番号1に記載されるチミジンキナーゼをコードするポリヌクレオチド配列とBLAST等(例えば、デフォルトすなわち初期設定のパラメータを用いて)を用いて計算したときに、少なくとも80%以上、好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは97%以上の同一性を有しており、かつ生物学的に活性なチミジンキナーゼをコードする単離されたDNA及びRNAも本発明のマウスに利用することができる。
「チミジンキナーゼ遺伝子がマウスの肝臓において発現可能に保持される」とは、上記のチミジンキナーゼ遺伝子がマウスの肝細胞に含まれ、該細胞中で発現することをいう。
本発明のチミジンキナーゼ遺伝子がマウスの肝臓において発現可能にするために、肝臓において機能している調節遺伝子が適宜使用され得る。当該調節遺伝子としては、肝細胞で機能しているタンパク質をコードしている遺伝子の調節遺伝子が好適に使用される。ここで「調節遺伝子」とは、遺伝子転写効率の増減に働くDNA上の配列をいい、プロモーター、並びに、エンハンサー、上流活性化配列、サイレンサー、上流抑制配列、及びアテニュエーター等が含まれるが、これらに限定されない。前記調節遺伝子の由来する生物種は、特定の生物種に限定されるものではない。マウスの肝臓においてより適切に発現可能とするために、マウス由来の調節遺伝子が好適に使用され得る。
上記のプロモーターとしては、チミジンキナーゼ遺伝子が肝臓で発現されるプロモーターであれば特に限定されない。例えば、アルブミンのプロモーター、有機アニオントランスポーターLST−1のプロモーター、αフェトプロテインのプロモーター、α−トコフェロール輸送タンパク質(α−TTP)遺伝子のプロモーターなどが例示できる。
肝臓特異的に発現する遺伝子の発現機構(遺伝子のプロモーター解析)は非常に良く研究されている。すなわち、肝臓特異的に発現する遺伝子の転写開始点の5’上流域に、遍在性の転写調節因子の結合部位や肝臓に豊富に存在する肝臓特異的転写因子の結合部位、ホルモンなどの細胞外刺激に応答する上流活性化配列が、比較的狭い領域に詰め込まれていることが知られている。こうした転写因子の例として、HNF−1、HNF−3、HNF−4、HNF−6、C/EBP、DBP等が好適に挙げられる。本発明においては、チミジンキナーゼ遺伝子がマウスの肝臓において発現可能に保持されるために、マウスの肝臓で機能する上流活性化配列にチミジンキナーゼ遺伝子が連結される。
したがって、例えば上述のアルブミンのプロモーター、有機アニオントランスポーターLST−1のプロモーター、αフェトプロテインのプロモーター、α−トコフェロール輸送タンパク質(α−TTP)遺伝子のプロモーター領域の一定の領域が上述した連結に用いられることにより潜在的に含まれる肝臓特異的な転写因子の結合する上流活性化配列が使用され得る。また、別の態様では、既にその配列が同定された肝臓特異的な上流活性化配列が外来性の遺伝子として遺伝子組換え手法により好適に組み込まれ得る。
また、プロモーターからの転写レベルを増大させるエンハンサーとしては、上流活性化配列だけでなく転写開始点より下流にも存在することが明らかとなっている。例えば、5’上流1.3kb及び3’下流領域を含む全長14kbのヒトアンギオテンシノーゲン遺伝子を持つトランスジェニックマウスにおいて、肝臓で当該遺伝子の高い発現が認められている。さらに、ヒト肝臓癌由来のHepG2細胞において、前記遺伝子の転写開始点より下流領域である3.8kbのDNA断片にエンハンサーの存在が確認された。本発明において、チミジンキナーゼ遺伝子を肝臓特異的に発現させるためにそのようなエンハンサーも好適に使用され得る。
さらに、本発明において、チミジンキナーゼ遺伝子を肝臓特異的に発現させるためにポリA付加シグナルを含む3’非翻訳配列も好適に使用され得る。
本発明においては、チミジンキナーゼ遺伝子がマウスの肝臓において発現可能に保持されるために、マウスの肝臓で機能する上流活性化配列にチミジンキナーゼ遺伝子が連結される。さらにエンハンサーやポリA付加シグナルを含む3’非翻訳配列等が適宜好適に連結され得る。このように連結された遺伝子群は薬剤耐性遺伝子等のマーカー遺伝子を含むベクターに挿入されることによって、チミジンキナーゼ遺伝子が宿主の肝臓において発現可能に保持するための遺伝子発現ユニットを調整する組込みベクターが作製される。
当該組込みベクターより調整された遺伝子発現ユニットが導入されたトランスジェニックマウスを作製することができる。例えば、トランスジェニックマウスは公知の方法に従って好適に作製され得る(Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1980)77,7380−4)。
具体的には、目的のチミジンキナーゼ遺伝子が宿主の肝臓において発現可能に保持されるために作製された遺伝子発現ユニットが、マウスの全能細胞に導入される。遺伝子が導入される全能細胞としては、受精卵や初期胚のほか、多分化能を有するES細胞のような培養細胞等が好適に挙げられる。例えば、排卵誘発剤が投与されたメスのマウスに正常なオスのマウスを交配させることにより、当該遺伝子発現ユニットの導入が可能な受精卵が好適に回収され得る。マウス受精卵には一般に雄性前核へのマイクロインジェクションにより遺伝子発現ユニットが導入される。受精卵細胞の体外での培養の後に遺伝子発現ユニットの導入に成功したと考えられる細胞がスクリーニングされる。スクリーニングされた細胞は、代理母の卵管に移植され、その後トランスジェニックキメラマウスが誕生する。代理母としては、通常は、精管が切断されたオスと交配させて偽妊娠状態としたメスが使用される。
得られた複数の個体から体細胞及び生殖細胞中に導入遺伝子が組み込まれた個体を選別することによって、目的とするトランスジェニックマウスが作製され得る。より具体的には、後述する実施例記載の方法により作製され得る。
通常、マウスにヒトの肝細胞が移植される場合、異種細胞の移植に対する免疫反応によりヒトの肝細胞は拒絶されるため、本発明においてヒトの肝細胞が移植されるマウスとして、異種細胞の移植に対する免疫反応が不活化された免疫不全マウスが好適に使用され得る。このような免疫不全マウスは、全身にX線照射をすることによっても好適に製作し得る。他に好ましくは遺伝的にその免疫機能が欠損したマウスでもあり得る。免疫不全の動物の例としては、一般的に入手可能なヌードマウスやSCIDマウスにアシアロGM1抗体やTMβ1を投与したマウス、さらにX線照射マウスなどが挙げられる。
本発明において、遺伝的にその免疫機能が欠損した免疫不全マウスとしては、T細胞、B細胞を持たないNOD/SCIDマウスやRag2ノックアウトマウスが好適に挙げられ得る。また、これらのNOD/SCIDマウスやRag2ノックアウトマウスにIL−2Rγノックアウトを掛け合わせたノックアウト動物(以下、dKO(ダブルノックアウト)動物)も好適に使用され得る。例えば、dKOマウス(Rag2 KO、IL−2Rnull)を用いることができる。本発明において、遺伝背景をBalb/cとするdKOマウスをBalb/c dKOマウス、遺伝背景をNODとするdKOマウスをNOD dKOマウスという。更に、当該マウス中で認められるNK細胞等の免疫細胞による影響を除外するために、前記の様にSCIDマウスにアシアロGM1抗体が投与されて使用される態様の他に、本発明において使用される別の好適なマウスとして、NOD/SCIDマウス由来でIL−2受容体の共通γ鎖をノックアウトしたマウスであるNOD/SCID/γcnull(NOD/Shi−scid,IL−2RγKOマウスともいう。以下、NOGマウスと指称される。「NOG mouse」は登録商標)(特許3753321号公報)を宿主として使用することも好適に挙げられる。NOGマウスにおいてはリンパ球の存在が認められないため、NOGマウスはNK活性を示さず樹上細胞機能も欠損している。
本発明のチミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において発現可能に保持されたマウスとして、目的のチミジンキナーゼ遺伝子が宿主の肝臓において発現可能に保持するために設計された遺伝子が前記の免疫不全マウスの受精卵に導入された結果生じるトランスジェニックマウスが好適に挙げられる。その他、前記の免疫不全マウスと当該マウスの近交系であって免疫機能が欠損していないマウスの受精卵に当該遺伝子が導入された結果生じるトランスジェニックマウスとの交配の結果誕生する子孫から、免疫不全マウスの形質を保持し、かつ、目的のチミジンキナーゼ遺伝子が宿主の肝臓において発現可能に保持するものとして選択される免疫不全マウスも好適に使用され得る。さらに、前記の免疫不全マウスと当該マウスの近交系であって免疫機能が一部欠損するマウスの受精卵に当該遺伝子が導入された結果生じるトランスジェニックマウスとの交配の結果誕生する子孫から、免疫不全マウスの形質を保持し、かつ、目的のチミジンキナーゼ遺伝子が宿主の肝臓において発現可能に保持するものとして選択される免疫不全マウスも好適に使用され得る。より具体的には、NOGマウスとNOD/SCIDマウスの受精卵に当該遺伝子が導入された結果生じるNOD/SCIDトランスジェニックマウスとの交配の結果誕生する子孫から、NOGマウスの形質を保持し、かつ、目的のチミジンキナーゼ遺伝子が宿主の肝臓において発現可能に保持するものとして選択されるマウス、TK−NOGマウスとBalb/cA dKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)を交配し、更にBalb/cA dKOマウスと交配を繰り返すことで作製されるTK−Balb/cA dKOマウス(HSV−Tk(+)、SCID wild、RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又は、TK−NOGマウスとNOD dKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)を交配し更にNOD dKOマウスと交配を繰り返すことで作製されるTK−NOD dKOマウス(HSV−Tk(+)、SCID wild、RAG−2 KO、IL−2Rnull)等が好適な例として挙げられ得る。本発明において、NOGマウスの形質を保持し、かつ、目的のチミジンキナーゼ遺伝子が宿主の肝臓において発現可能に保持するものとして選択されるマウスをTK−NOGマウスという。
本発明のチミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において発現可能に保持されたマウスに対して前記のグアノシンアナログが投与されることにより、グアノシンアナログが当該マウスの肝細胞中において毒性物質に代謝される結果、当該マウスに肝傷害が生じる。前記グアノシンアナログの好適な例として挙げられるガンシクロビルは、マウスの肝細胞中においてガンシクロビル−三リン酸に代謝されマウスに肝傷害を引き起こす。当該マウスへのグアノシンアナログの投与方法は自由に選択され得る。例えば、静脈内、筋肉内、皮下、皮内、腹腔内、さらには皮膚上への塗布等が適宜選択され得る。これら通常の経路によりマウス体内に投与される他、給餌中に混合することによってもマウス体内に投与され得る。グアノシンアナログの投与量も限定されないが、0.1〜10mg/Kg体重、好ましくは0.5〜1.5mg/Kg体重である。
上記の他、本発明のチミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において発現可能に保持されたマウスに対して肝傷害を引き起こす方法としては、前記のガンシクロビルの投与の他、四塩化炭素、D−ガラクトサミン、ピロロジンアルカロイド、又は2−アセチルアミノフルオレン等の公知の肝傷害誘発物質による処置や外科的肝切除等の外科的処置も好適に挙げられる。さらに、別の態様では、当該マウスに抗マウスFas抗体を投与することによってもマウスに肝傷害を引き起こすことが可能である。抗マウスFas抗体は、ヒトの肝細胞において発現するFas抗原には結合せず、マウスの肝細胞において発現するFas抗原に結合することによって、マウス肝細胞に特異的にアポトーシスを引き起こす。
さらに上記の他、本発明のチミジンキナーゼ遺伝子の代わりにウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がその肝臓において発現可能に保持されたNOG変異を有するマウスも好適に用いられる。すなわちウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子が宿主の肝臓において発現可能に保持するために作製された遺伝子発現ユニットが前記のNOG変異を有するマウスの全能細胞に導入された結果生じるトランスジェニックマウスが好適に用いられる。ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子としては、例えば、配列番号47に記載されるマウスのウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子をコードするポリヌクレオチド配列が使用され得る。その遺伝子発現ユニットの作製に際しては、前記のチミジンキナーゼ遺伝子を用いる方法と同様の方法が好適に用いられる。
さらに、チミジンキナーゼ遺伝子とウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子の両者がその肝臓において発現可能に保持されたNOG変異を有するマウスも好適に用いられる。チミジンキナーゼの作用により肝傷害が与えられる時期とウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子の作用により肝傷害が与えられる時期を適宜選択することによって投与されたヒト肝細胞の生着を最適化することができる。
当該マウスは、例えば、チミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において発現可能に保持されたマウスとウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がその肝臓において発現可能に保持されたNOG変異を有するマウス等を適宜組み合わせて繁殖させ所望の形質、すなわちチミジンキナーゼ遺伝子とウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子の両者がその肝臓において発現可能に保持されかつNOG変異を有する子孫のマウスを選択する事によって好適に得られる。また、例えば、ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子が宿主の肝臓において発現可能に保持されるために作製された遺伝子発現ユニットが、チミジンキナーゼ遺伝子が宿主の肝臓において発現可能に保持されたマウスの全能細胞に導入する等の操作によっても作製され得る。
上述のようにマウスに肝傷害を引き起こすことにより、肝傷害を引き起こしたマウスの肝細胞に代わって、当該マウス中に移植されたヒトの肝細胞がマウスの肝臓に生着する。マウスの肝細胞が死滅するのとは反対に、マウス肝臓に生着したヒトの肝細胞が増殖することによりヒトの肝細胞が一定以上の数を占めるキメラマウスが作製される。当該キメラマウスとしてはマウス肝臓の50%以上、好ましくは70%以上、さらに好ましくは75%以上、さらに好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上のマウス肝臓がヒトの肝細胞で占有されたマウスが好適に挙げられる。ヒトの肝細胞によって占有された割合は、実施例で好適に示されるように、ヒト及びマウスの肝細胞に特異的なマーカーを認識する抗体の染色像から算出する方法や、ヒト血清アルブミン等の血清マーカーの定量値から算出する方法が公知である。さらに、試験後のキメラマウスの肝臓は公知の方法で解剖検査することによって、より正確な置換率を確認することができる。細胞の置換率をRI(Replacement Index)と呼ぶ。本発明におけるヒトの肝細胞の置換率が決定される具体的態様として、本発明の実施例では組織免疫染色の切片におけるヒトのサイトケラチンCK8/18陽性肝細胞によって占有される割合によって決定される態様が記載されている。
本発明において、ヒトの肝細胞をマウスに移植する方法としては、マウスの脾臓を経由して肝臓へ移植する方法のほか、直接門脈から移植する方法も適宜採用され得る。また、腹腔内や静脈内に移植してもよい。一度に移植されるヒトの肝細胞の細胞数は1から2000000(2x10)細胞の中から適宜選択され得る。
本発明の肝細胞は、血清(例えば、ウシ胎児血清)の存在下で維持(培養、継代、保存を含む)された通常の肝細胞、初代肝細胞、好ましくは株化された肝細胞が好適に使用され得る。移植に供するヒトの肝細胞としては、ヒト肝実質細胞を始めヒト肝臓中の細胞であればいかなる種類の細胞から由来する肝細胞も好適に使用され得る。通常の肝細胞が使用される場合には、被験体の肝組織から得られた肝細胞が好適に使用され得る。肝組織を採取する方法としては、手術の際の切除のほか、公知の方法である生検(バイオプシー)が好適に用いられる。肝生検とは細く長い針が皮膚の表面から直接肝臓に刺され、肝臓の組織を採取する方法をいう。通常、針が穿刺される部位は右胸下部の肋間である。術前に超音波検査装置を用いて穿刺部の安全性が確認された上で、穿刺部が消毒される。更に皮膚から肝臓の表面までが麻酔の対象となり、穿刺部の皮膚が小切開された後に穿刺針が穿刺される。さらに、市販の凍結ヒト肝細胞を用いることもできる。
初代肝細胞が使用される場合には、採取された肝臓又は肝組織から肝細胞が、灌流法又は浸透法等の公知技術を用いて氷冷したハンクス液等に分散された細胞懸濁液を遠心分離等により分画することによって適宜単離される。得られた肝細胞は、適宜ウシ血清が添加されたWilliams’E等の培地で5%のCO存在下、37℃において24時間培養される。さらに、3日毎に培地がASF104培地(味の素)等に交換され1週間程度まで培養された細胞が使用され得る。培地にはHGFやEGF等の細胞増殖因子が添加され得るほか、培養マトリックスや三次元培養等が適宜改変され得る。
株化された肝細胞が使用される場合には、肝細胞の種類は特に制限されないが、例えば、SSP−25,RBE,HepG2,TGBC50TKB,HuH−6,HuH−7,ETK−1,Het−1A,PLC/PRF/5,Hep3B,SK−HEP−1,C3A,THLE−2,THLE−3,HepG2/2.2.1,SNU−398,SNU−449,SNU−182,SNU−475,SNU−387,SNU−423,FL62891,DMS153等が好適に挙げられる。これらの細胞はアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(ATCC;住所 12301 Parklawn Drive,Rockville Maryland 20852,United States of America)などから入手され得る。例えば、Hep3B及びHepG2はATCCにそれぞれHB−8064及びHB−8065の登録番号で、HuH−7はJCRB細胞バンクにJCRB0403の登録番号で登録されている。
グアノシンアナログとヒト肝細胞は、同時にマウスに投与してもよいし、別々に投与してもよい。例えば、ヒト肝細胞を脾臓や静脈から移植したと同時に、グアノシンアナログをマウスの腹腔内に投与すればよい。
マウスの肝細胞がヒトの肝細胞に置換することをヒトの肝細胞又は肝臓の再構築(repopulation)といい、マウスの肝細胞をヒトの肝細胞に置換したマウスをヒト肝細胞再構築キメラマウス又はヒト肝臓再構築キメラマウスという。また、肝細胞がヒト肝細胞に置換した肝臓をヒト化肝臓(humanized liver)という。
本発明は上記のマウス中で再構築されたヒト肝臓組織をも包含する。該肝臓組織には、ヒト肝臓の3次元的構造又は機能を有しており、マウスの肝細胞の75%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上がヒトの肝細胞に置換されて再構築されている。
これらのヒト肝細胞を有するキメラマウスは、例えば、ヒトの肝細胞の移植から60日程度後に被験物質の投与に供される。被験物質としては、例えば、医薬候補物質が好適に挙げられる。医薬候補物質としては、医薬品開発の過程にある物質であり、ヒトにおける薬物相互作用の予測を必要とする物質が好適に挙げられる。このような物質は、医薬品の薬効に対する主成分物質であり得るし、あるいは主成分物質を含む組成物であり得る。医薬候補物質の投与量は、その物質が対象とする疾患の種類や物質組成の種類、あるいは投与経路等によって異なるが、0.1mg/kg体重から2000mg/kg体重程度の範囲から適宜選択され得る。また投与経路は、医薬候補物質の種類やその適した剤型等に応じて、経口、皮下、静脈内又は腹腔内投与等から適宜選択され得る。
キメラマウスの肝臓内における医薬候補物質等の被験物質の代謝の程度、及び代謝物は、マウス血漿における医薬候補物質の濃度を、クロマトグラフ法等の当該技術分野における定法によって適宜測定、及び、同定され得る。また、測定は、候補物質の投与から30分から24時間程度までの間から適宜選択された、1又は複数のタイムポイントで測定される経時測定によって実施され得る。
そして、この血漿中の医薬候補物質の濃度、および、肝臓において薬物代謝酵素によって代謝された物質の濃度によって、医薬候補物質が、例えば、CYP2D6、CYP2C9、又はCYP2C19欠損者で代謝されやすい物質か代謝されにくい物質かが判定され得る。
ヒトの薬物代謝酵素は、CYP群酵素に属するCYP1A1、CYP1A2、CYP1B1、CYP2A6、CYP2B6、CYP2C8、CYP2C9、CYP2C10、CYP2C18、CYP2C19、CYP2D6、CYP2E1、CYP3A3、CYP3A4、CYP3A5、CYP3A7、CYP4F1、CYP4A2、CYP4A3等であり、それぞれの指標化合物は、例えば、CYP1A2で代謝される指標化合物はカフェイン、CYP2C9はトルブタミド、CYP2D6はデキストロメトルファン、CYP2C19はオメプラゾール、CYP3A4はエリスロマイシン等である。
本発明のキメラマウスに医薬候補物質が投与された後、これらの指標化合物の混合物が投与され、経時的に各化合物の血漿中濃度を測定することによって、医薬候補物質が各酵素の活性を促進する物質か、あるいは阻害する物質であるかが判定され得る。例えば、医薬候補物質を投与した場合にカフェインの代謝が促進して血漿中濃度が減少していれば、当該医薬候補物質はCYP1A2の活性を特異的に促進する物質であると判定され得る。
すなわち、本発明のマウスを用いてヒトに投与される医薬がヒトの肝臓においてどのように代謝され、どのような代謝物質が生成されるか、すなわち医薬の血漿中動態、代謝物の同定、代謝速度等の評価を行うことができる。代謝の観点から人に投与することが適切な医薬のスクリーニング、及び人に投与される適切な医薬用量の予想が可能になる。また、ヒト肝臓の増殖、再生等の研究に用いることができる。
また、本発明の別の目的として、通常の感染経路によるヒトHCV等の肝指向性病原体(hepatotrophic pathogen)の感染に感受性のあるマウスモデルを提供することが挙げられる。すなわち、本発明は、マウスモデルが、通常の感染経路によるHCV等の肝指向性病原体の感染に感受性があり、HCV等の肝指向性病原体に感染したヒトとウイルス量が等しくなりうる長期的に一貫して安定に感染する動物モデルを提供する。このようなマウスを用いる別の利点としては、マウスモデルを作製する際に、HCV等の肝指向性病原体の感染細胞を入手したり扱ったりする必要がない点が挙げられる。したがって本発明では、HCV等の肝指向性病原体に感染したヒトドナーから肝細胞を入手する必要がなく、またインビトロでヒト肝細胞を培養して感染させる必要もない。
本願発明のマウスには、HCV等の肝指向性病原体、特に霊長類(例えばヒト)に限定される宿主範囲をもつ肝指向性病原体を感染させることができる。病原体の性質に応じて、慢性感染したマウス宿主は数週間から数か月間維持することができる。例えば肝指向性病原体がHCVの場合には、本願のマウスをHCVに慢性的に感染させ(例えば慢性感染)、また活性型のHCV感染を少なくとも約5週間、通常は少なくとも約14〜約20週間又はそれ以上、最長で約35週間又はそれ以上の期間、あるいは宿主のマウスの生涯にわたって維持することができる。
感染宿主(マウス)のウイルス負荷は、感染者(ヒト)におけるウイルス負荷と同程度になりうる。例えば、病原体がHCVの場合、宿主のマウスは、血清1mlあたり約10〜約10個から約10個のウイルス粒子、通常は血清1mlあたり約10〜約10個のウイルス粒子濃度で感染を維持することができる。感染宿主におけるウイルス負荷は、長期に渡って実質的に一貫し、慢性的で、且つ安定しており、例えば感染した未投与の宿主の血清から単離可能なウイルス粒子の数は、週毎のサンプリング期間中に大きく変動することはなく、例えば、いったん安定な感染が、通常は感染後の約2〜4週以内に宿主で確立すると、初回サンプリング時に1mLの血清に多数のHCVウイルス粒子を含む本発明のHCV感染宿主は、次のサンプリング時にHCV感染陽性を示し、かつ、一般に血清1mLあたりに同じか同等の多量のHCV粒子を含む。通常、感染宿主のウイルス負荷は大きく変動することはないので、候補抗ウイルス物質の作用の評価が可能となる。
ある態様では、本発明のマウスモデルを用いて、ウイルス性肝炎、より具体的にはHCV感染によって引き起された症状を改善する薬剤を同定し、及び/又は、より直接的には、感染ウイルスの病原性機構に影響を与える。例えば、ウイルス感染を抑制したり、ウイルスの複製を低下させたり、又はそれ以外ではウイルスの増殖サイクルを破壊したりする。一般的には、候補薬剤を本発明のマウスモデルに投与し、候補薬剤が及ぼす作用を、対照に対して(例えば、未感染マウスに対して、抗HCV作用が知られている薬剤(例えばIFN−α)を投与するHCV感染マウスに対して等)評価する。例えば候補薬剤を本発明のHCV感染マウスに投与することが可能であり、投与前のマウスのウイルス量及び/又は対照である未投与HCV感染間マウスのウイルス量と投与マウスのウイルス量を(例えば血清試料を対象としたRT−PCR法による測定で)比較することができる。一般に、候補薬剤投与後における感染マウスでウイルス量が検出可能な低下、又は有意な低下がみられれば、対象薬剤に抗ウイルス作用があることを意味する。
候補薬剤は、任意の多くの所望の方法、及び/又は薬剤送達に適切な方法で投与することができる。例えば候補薬剤は、注射(例えば、静脈内注射、筋肉内注射、皮下注射、又は所望の作用を達成するための組織への直接注射)、経口投与、又は他の任意の望ましい方法で好適に投与され得る。通常、インビボにおけるスクリーニング法には、さまざまな量及び濃度の候補薬剤(薬剤非投与から、動物に良好に送達されうる量の上限に至る薬剤量まで)を受ける数種の動物を対象とし、多様な剤形及び経路による薬剤の送達法が含まれる。薬剤は単独で投与することができるほか、特に薬剤の併用投与が相乗効果を生む場合は、2種又はそれ以上の薬剤と組み合わせて投与され得る。
スクリーニングされる候補薬剤としては、合成分子、天然分子、又は組換え的に作製された分子(例えば低分子量の分子;薬物:ペプチド;抗体(抗原結合性の抗体断片、例えば受動免疫をもたらすものを含む)、又は他の免疫療法薬:真核細胞又は原核細胞に含まれる内因性因子(例えばポリペプチドや植物抽出物など)など)が好適に用いられる。ヒト細胞に対する毒性が低い薬剤のスクリーニングアッセイ法は特に重要である。
候補薬剤の活性は、さまざまな方法で評価することが可能である。例えば、宿主動物をHCV等の肝指向性病原体(例えばHCVなど)に感染させる場合は、薬剤の作用は、血清試料中の病原体の有無(例えばウイルス量における力価)、又は病原体の存在に関連するマーカー(例えば、病原体に特異的なタンパク質、又はそれをコードする核酸など)を調べることで評価され得る。ウイルス感染の有無並びに重症度の定量的及び定性的な検出法及び評価法は当技術分野で周知な方法が採用され得る。ある態様では、HCV感染に対する薬剤の活性は、血清試料及び/又は組織切片を対象にウイルスの有無を調べることで(例えばHCVの場合にはRT−PCR法などで)評価され得る。また、別の態様では、ウイルス感染に対する薬剤の活性は、血清試料を対象に、ウイルスの核酸(例えばHCVのRNA)の有無を調べることで評価可能である。例えばHCVのRNAは、例えば逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)、競合的RT−PCR法、RT−PCR法による(−)鎖RNA(HCVの複製中間体)の検出、又は治療によって生じるウイルスゲノム上の変異/シフト(準種進化(quasispecies evolution))を検出するためのウイルスRNAの配列決定により検出することができる。又は/及び、宿主の肝臓を生検対象として、またin situ RT−PCRハイブリダイゼーション法を行うことによって、組織切片に含まれるウイルス粒子量の任意の量的変化又は質的変化が直接的に示され得る。又は/及び、宿主を安楽死させた後に、薬剤によって引き起された感染及び/又は毒性の徴候が肝臓にないか組織学的に調べることも好適に使用され得る。
また、本発明の動物モデルを用いることによって、肝指向性病原体による感染を予防する能力又は改善する能力をもつか否かについて候補ワクチンのスクリーニングが実施され得る。一般的に「ワクチン」とは、投与されることで、標的となる病原体に対する免疫応答を宿主が開始するのを促す物質をいう。ワクチンの投与の結果誘発される液性、細胞性、又は液性/細胞性の免疫応答によって、ワクチン開発の対象となる病原体による感染の抑制が促進され得る。本発明では、肝指向性病原体(例えば、細菌病原体、ウイルス性病原体、又は寄生虫病原体、特に例えばHCVなどのウイルス性病原体)の肝内での複製及び/又は肝指向性病原体による感染を抑制する、防御的な免疫応答を誘発する予防的ワクチンが特に重要である。また本発明では、受動免疫、又は速やかに促進される特異的な能動免疫(例えば、抗HCV免疫グロブリンなど)の供給によって肝指向性病原体による感染に対する防御をもたらす治療用ワクチンもまた重要である。
本発明のこの態様では、免疫不全マウスの免疫系は、例えば幹細胞、末梢血単核球(PBMC)、血液の索細胞、造血細胞、又はヒト免疫系を動物にもたらすヒト起源の他の適切な細胞を用いて再構成され得る。ヒト免疫細胞を単離する方法、及び免疫不全マウスの免疫系の再構成(例えば、ヒト免疫系をもつマウス)は当技術分野で周知である(例えばNature 335:256〜59;Proc.Natl.Acad.Sci.USA 93(25):14720〜25が適宜参照され得る)。ある態様では、ヒトの免疫細胞は、本願発明にかかるマウスを作製する際に使用されるヒト肝細胞が得られたドナーと同じドナーから得られる。別の態様では、ヒトの免疫細胞は当技術分野で周知の方法(例えば腹腔内注射)によって宿主に導入され得る。
有効なワクチンは上述のスクリーニング法と類似の方法によってスクリーニングされ得る。すなわち、候補ワクチンが、肝指向性病原体の接種前にキメラ動物に投与される。候補ワクチンは通常、単回ボーラス投与(例えば、腹腔内注射、又は筋肉内注射、局所投与若しくは経口投与)に続いて、1回又は複数回の追加免疫を行うことによって投与される。免疫応答の誘導は、当技術分野で周知の方法で、抗原に特異的なB細胞及びT細胞の応答を調べることにより評価され得る。次に、免疫化した動物に肝指向性病原体が投与される。通常は数匹の免疫化マウスを対象に、病原体の力価を上昇させながら投与が行われる。次いで、免疫化マウス及び免疫化していない対照マウスを対象にして、感染の進行が観察され、感染の重症度が(例えば存在する病原体の力価を評価する、又は、上述したヒト肝細胞の機能に関するパラメータを調べることによって)評価される。候補ワクチンの投与後に生じる病原体感染の有意な低下、及び/又は疾患重症度の有意な低下をもたらすワクチン候補が有効なワクチンとみなされる。
さらに、本発明の別の目的として、細胞移植治療等に用いられる将来肝臓になることが可能な細胞、例えば、肝幹細胞の探索、検出、同定に使用され得るマウスモデルを提供することが挙げられる。肝幹細胞は、将来的に肝細胞に分化すればよく、肝細胞に分化するために必要な世代数等は特に特定されない。すなわち、本発明は、マウスモデルに、ヒト肝組織から取得した初代分離細胞の経脾門脈的移植を行い、生着した肝組織の中からヒト肝幹細胞等の細胞移植治療等に用いられる将来肝臓になることが可能な細胞を探索し、あるいはさらに同定する方法をも提供する。さらに、生着した肝組織の中からヒト肝幹細胞等の細胞移植治療等に用いられる将来肝臓になることが可能な細胞を含む細胞集団を採取することができる。本発明は、この肝幹細胞等の細胞移植治療等に用いられる将来肝臓になることが可能な細胞を含む細胞集団を採取する方法をも提供する。経脾門脈的移植の代わりに同所移植する方法も適宜使用され得る。初代分離細胞の代わりに試験管内で適切な条件下で培養され肝細胞への分化を誘導づけられた幹細胞も本目的のために適宜使用され得る。そのような幹細胞を用いて肝細胞への分化を誘導づける方法は例えば、Gastroenterology(2009)136,990−999等に記載されている。肝組織の中から増殖性を指標として肝幹細胞を探索し、同定するために、肝細胞を検出するマーカーを認識する抗原、及び/又は、増殖性細胞を認識する抗体を用いて組織免疫染色を行うことができる。肝細胞を検出するマーカーとして、アルブミン、tyrosine aminotransferase、glucose−6−phosphatase、coagulation factor(CF)VII、asialoglycoprotein receptor、Cytokeratin 8/18等から適宜選択され得る。細胞増殖マーカーとして、Ki−67抗原、5−bromo−2’ −deoxyuridine取り込み能、PCNA等から適宜選択され得る。これらのマーカーを用いることによりヒト肝肝細胞を含む細胞集団を取得することができ、さらに、こうしたマーカーを発現する肝細胞はFACSCalibur(日本ベクトン・ディッキンソン株式会社)等を用いて適宜単離され、単離された肝幹細胞が細胞移植治療等に適宜供され得る。
以下、実施例を示してこの発明をさらに詳細かつ具体的に説明するが、この発明は以下の実施例によって限定して解釈されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The thymidine kinase disclosed in the present invention originally has an enzyme activity for phosphorylating thymidine to synthesize thymidylate in vivo, but it is a rate-limiting step in normal cells and is hardly detected. Therefore, a suicide substrate that is toxic by being metabolized by thymidine kinase is introduced with a transgene of thymidine kinase and exhibits cytotoxicity only to cells having thymidine kinase activity. Used as a selective therapeutic agent. As such a suicide substrate, a guanosine analog can be preferably used. More preferable examples of such guanosine analogs include ganciclovir (GCV) and acyclovir, which are widely used as antiviral agents.
For example, ganciclovir is phosphorylated by thymidine kinase, an enzyme inherent in the virus, and finally activated ganciclovir-triphosphate by endogenous enzymes guanylate kinase and thymidine kinase in human cells. Is metabolized. Active ganciclovir-triphosphate inhibits DNA polymerase by competitively antagonizing deoxyguanosine-triphosphate (dGTP), a substrate for viral DNA polymerase. Therefore, only viral replication in infected cells infected with the virus is inhibited. By the same mechanism, it has been clarified that in lymphocytes introduced with the HSV-tk transgene, ganciclovir is activated and DNA synthesis is inhibited, thereby selectively killing the cells. Yes.
In the present invention, an exogenous thymidine kinase gene is introduced so as to be specifically expressed in the mouse liver. The biological species from which the thymidine kinase gene used in the present invention is derived may be a human or mammal, and may be a prokaryotic cell or a virus, and is not limited to the biological species from which it is derived. In the present invention, human herpes simplex virus type 1-thymidine kinase (HSV-tk) is preferably exemplified as a thymidine kinase used as a specific embodiment of thymidine kinase. For example, when ganciclovir is administered to a plurality of cell groups, only cells expressing the HSV-tk gene are killed. For this reason, the HSV-tk gene is generally called a “suicide gene”. In the present invention, the HSV-tk gene refers to, for example, a gene represented by the polynucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, but is not limited thereto.
It is known that there are a plurality of codons encoding one amino acid. Accordingly, for example, any polynucleotide sequence can be used for the mouse of the present invention as long as it encodes an amino acid sequence encoded by the polynucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or an enzyme active portion thereof. Generally, when the amino acid sequence of a polypeptide having an enzymatic activity such as thymidine kinase is slightly changed, that is, one or more amino acids in the amino acid sequence are substituted or deleted, or one or more amino acids are It is a well-known fact that the enzyme activity of the polypeptide may be maintained even when added. For example, a variant may contain conservatively substituted sequences, meaning that certain amino acid residues may be replaced by residues with similar physicochemical characteristics. Yes. Non-limiting examples of conservative substitutions include substitution between aliphatic group-containing amino acid residues such as substitution between Ile, Val, Leu or Ala, or polar group-containing amino acid residues such as substitution between Lys and Arg. Substitution between groups is included. Therefore, for example, a DNA encoding a mutant of thymidine kinase having such a modification in the amino acid sequence encoded by the polynucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or an enzyme active portion thereof and having the enzyme activity of thymidine kinase Can also be used for the mouse of the present invention.
Mutations resulting from addition, deletion or substitution of amino acids can be performed by, for example, site-directed mutagenesis (for example, Nucleic Acid Research, Vol. 10, No. 20, p. 6487-), which is a well-known technique, in DNA encoding the same. 6500, 1982). As used herein, “one or more amino acids” refers to a number of amino acids that can be added, deleted or substituted by site-directed mutagenesis, preferably 1 or several, more preferably 1 to 5 More preferably, 1 to 4, more preferably 1 to 3, and still more preferably 1 or 2. Site-directed mutagenesis can be performed, for example, using synthetic oligonucleotide primers complementary to the single-stranded phage DNA to be mutated, as well as the specific mismatch that is the desired mutation, as follows. That is, host cells are transformed with double-stranded DNA synthesized as a complementary strand by phage using the synthetic oligonucleotide as a primer. Transformed bacterial cultures are seeded on agar and plaques are formed from single cells containing phage. Theoretically, 50% of new colonies contain phage with mutations as single strands and the remaining 50% have the original sequence. The obtained plaque is hybridized with a synthetic probe labeled by kinase treatment at a temperature at which it hybridizes with DNA having the desired mutation and does not hybridize with DNA having the original strand. The DNA is then recovered from the plaque that hybridizes to the probe.
In addition to the above-mentioned site-directed mutagenesis, a gene is treated with a mutagen as a method for substituting, deleting, or inserting one or more amino acids that do not lose its activity in the amino acid sequence of the enzyme. A method and a method of selectively cleaving a gene, then removing, adding or replacing selected nucleotides, and then ligating are also preferable.
In addition, a biologically active thymidine kinase that hybridizes under conditions of mild or severe stringency to, for example, a polynucleotide sequence encoding thymidine kinase described in SEQ ID NO: 1 disclosed herein. Isolated DNA and RNA encoding can also be used in the mouse of the present invention. Conditions for hybridization with mild stringency are described in, for example, Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2 ed. Vol. 1, pp. 1.101-104, Cold Spring Harbor Laboratory Press, (1989). As defined by Sambrook et al., Mild stringency conditions include 5 × SSC, 0.5% SDS, 1.0 mM EDTA (pH 8.0) pre-wash solution and about 55 ° C., 5 ×. SSC, overnight hybridization conditions. Severe stringency conditions include higher temperature hybridization and washing. At that time, the temperature and the salt concentration of the cleaning solution can be appropriately adjusted according to various factors such as the length of the probe. For example, a condition in a range of 5 × SSC or less and 20 ° C. or more is preferable.
Furthermore, when calculated using the polynucleotide sequence encoding thymidine kinase set forth in SEQ ID NO: 1 and BLAST, etc. (eg, using default or default parameters), at least 80% or more, preferably 90% In addition, isolated DNA and RNA that encodes biologically active thymidine kinase having an identity of 95% or more, more preferably 97% or more, and more preferably 97% or more are also used for the mouse of the present invention. can do.
“Thymidine kinase gene is retained so that it can be expressed in the liver of a mouse” means that the thymidine kinase gene is contained in a mouse hepatocyte and expressed in the cell.
In order to allow the thymidine kinase gene of the present invention to be expressed in the liver of a mouse, a regulatory gene functioning in the liver can be appropriately used. As the regulatory gene, a regulatory gene of a gene encoding a protein functioning in hepatocytes is preferably used. Here, “regulatory gene” refers to a sequence on DNA that acts to increase or decrease gene transcription efficiency, and includes a promoter, an enhancer, an upstream activation sequence, a silencer, an upstream repression sequence, an attenuator, and the like. It is not limited to these. The biological species from which the regulatory gene is derived is not limited to a specific biological species. In order to allow more appropriate expression in the liver of the mouse, a regulatory gene derived from the mouse can be preferably used.
The promoter is not particularly limited as long as the thymidine kinase gene is a promoter expressed in the liver. Examples include albumin promoter, organic anion transporter LST-1 promoter, α-fetoprotein promoter, α-tocopherol transport protein (α-TTP) gene promoter, and the like.
The expression mechanism of genes that are expressed specifically in the liver (gene promoter analysis) has been studied very well. That is, cells such as ubiquitous transcription regulatory factor binding sites, liver-specific transcription factor binding sites abundantly present in the liver, and hormones, etc., in the 5 ′ upstream region of the transcription start point of the gene specifically expressed in the liver It is known that upstream activation sequences that respond to external stimuli are packed in a relatively narrow region. Preferred examples of such transcription factors include HNF-1, HNF-3, HNF-4, HNF-6, C / EBP, DBP and the like. In the present invention, since the thymidine kinase gene is retained so that it can be expressed in the mouse liver, the thymidine kinase gene is linked to an upstream activation sequence that functions in the mouse liver.
Therefore, for example, a certain region of the above-mentioned albumin promoter, organic anion transporter LST-1 promoter, α-fetoprotein promoter, α-tocopherol transport protein (α-TTP) gene promoter region is used for the above-mentioned linkage. An upstream activation sequence that binds a liver-specific transcription factor potentially contained by can be used. In another embodiment, a liver-specific upstream activation sequence whose sequence has already been identified can be suitably incorporated as a foreign gene by gene recombination techniques.
Further, it has been clarified that enhancers that increase the level of transcription from a promoter exist not only in the upstream activation sequence but also downstream from the transcription start point. For example, in a transgenic mouse having a human angiotensinogen gene having a total length of 14 kb including the 5 ′ upstream 1.3 kb and 3 ′ downstream regions, high expression of the gene is observed in the liver. Furthermore, in HepG2 cells derived from human liver cancer, it was confirmed that an enhancer was present in a 3.8 kb DNA fragment downstream from the transcription start site of the gene. In the present invention, such an enhancer can also be suitably used to express the thymidine kinase gene in a liver-specific manner.
Furthermore, in the present invention, a 3 ′ untranslated sequence containing a poly A addition signal can also be suitably used for expressing the thymidine kinase gene in a liver-specific manner.
In the present invention, since the thymidine kinase gene is retained so that it can be expressed in the mouse liver, the thymidine kinase gene is linked to an upstream activation sequence that functions in the mouse liver. Furthermore, a 3 ′ untranslated sequence including an enhancer and a poly A addition signal can be suitably linked appropriately. An integrated vector that adjusts the gene expression unit for holding the thymidine kinase gene so that it can be expressed in the liver of the host is inserted by inserting the gene group thus linked into a vector containing a marker gene such as a drug resistance gene. Produced.
A transgenic mouse into which a gene expression unit prepared from the integration vector has been introduced can be produced. For example, transgenic mice can be suitably produced according to known methods (Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1980) 77, 7380-4).
Specifically, a gene expression unit prepared so that the target thymidine kinase gene can be expressed in the liver of a host is introduced into a totipotent cell of a mouse. Suitable examples of totipotent cells into which the gene is introduced include fertilized eggs and early embryos, and cultured cells such as ES cells having multipotency. For example, by mating a normal male mouse with a female mouse to which an ovulation inducing agent has been administered, fertilized eggs into which the gene expression unit can be introduced can be suitably recovered. Generally, a gene expression unit is introduced into a mouse fertilized egg by microinjection into the male pronucleus. After in vitro culture of fertilized egg cells, cells that are considered to have successfully introduced the gene expression unit are screened. The screened cells are transplanted into the surrogate mother's oviduct, and then a transgenic chimeric mouse is born. As a surrogate mother, a female who has been pseudopregnant by mating with a male whose vagina has been cut is usually used.
A target transgenic mouse can be produced by selecting an individual into which a transgene has been incorporated into a somatic cell and a germ cell from the obtained individual. More specifically, it can be produced by the method described in the examples described later.
Usually, when human hepatocytes are transplanted into mice, human hepatocytes are rejected due to an immune response to the transplantation of xenogeneic cells. Therefore, in the present invention, xenogeneic cell transplantation is performed as a mouse transplanted with human hepatocytes. An immunodeficient mouse in which the immune response to is inactivated can be preferably used. Such an immunodeficient mouse can also be preferably produced by irradiating the whole body with X-rays. In addition, it may be a mouse that is preferably genetically deficient in its immune function. Examples of immunodeficient animals include mice obtained by administering asialo GM1 antibody or TMβ1 to generally available nude mice or SCID mice, and X-irradiated mice.
In the present invention, preferred examples of immunodeficient mice whose genetic immune function is deficient include NOD / SCID mice and Rag2 knockout mice that do not have T cells or B cells. In addition, knockout animals obtained by multiplying these NOD / SCID mice and Rag2 knockout mice with IL-2Rγ knockout (hereinafter referred to as dKO (double knockout) animals) can also be suitably used. For example, dKO mice (Rag2 KO, IL-2R null ) can be used. In the present invention, a dKO mouse having a genetic background of Balb / c is referred to as a Balb / c dKO mouse, and a dKO mouse having a genetic background of NOD is referred to as a NOD dKO mouse. Furthermore, in order to exclude the influence by immune cells such as NK cells observed in the mouse, in addition to the embodiment in which the Asialo GM1 antibody is administered to the SCID mouse as described above, it is used in the present invention. Another suitable mouse is a NOD / SCID / γc null (NOD / Shi-scid, IL-2RγKO mouse, which is a mouse derived from a NOD / SCID mouse and knocking out a common γ chain of IL-2 receptor. The NOG mouse is also referred to as “NOG mouse” (registered trademark) (Japanese Patent No. 3753321). Since the presence of lymphocytes is not observed in the NOG mouse, the NOG mouse does not show NK activity and is deficient in tree cell function.
As a mouse in which the thymidine kinase gene of the present invention is retained so that it can be expressed in its liver, a gene designed to retain the target thymidine kinase gene so that it can be expressed in the liver of the host is contained in the fertilized egg of the immunodeficient mouse. Preferred examples include transgenic mice resulting from the introduction. In addition, from the offspring born as a result of mating with the transgenic mouse resulting from the introduction of the gene into a fertilized egg of an inbred strain of the mouse and the mouse that is not deficient in immune function, An immunodeficient mouse selected to retain the traits of the immunodeficient mouse and to retain the target thymidine kinase gene so that it can be expressed in the liver of the host can also be suitably used. Furthermore, from the offspring born as a result of mating with the transgenic mouse resulting from the introduction of the gene into the fertilized egg of the mouse that is an inbred strain of the mouse and the mouse that is partially deficient in immune function, An immunodeficient mouse selected to retain the traits of the immunodeficient mouse and to retain the target thymidine kinase gene so that it can be expressed in the liver of the host can also be suitably used. More specifically, from the offspring born as a result of mating with the NOD / SCID transgenic mouse resulting from the introduction of the gene into fertilized eggs of NOG mice and NOD / SCID mice, the characteristics of NOG mice are retained, and Mice selected as those in which the target thymidine kinase gene is expressed and retained in the liver of the host, TK-NOG mice and Balb / cA dKO mice (RAG-2 KO, IL-2R null ) are crossed, and further Balb TK-Balb / cA dKO mice (HSV-Tk (+), SCID wild, RAG-2 KO, IL-2R null ), or TK-NOG mice and NOD produced by repeated mating with / cA dKO mice dKO mice (RAG-2 KO, IL- 2R null) crossed the further N TK-NOD dKO mice made by repeating mating and D dKO mice (HSV-Tk (+), SCID wild, RAG-2 KO, IL-2R null) or the like may be mentioned as preferred examples. In the present invention, a mouse selected to retain the trait of the NOG mouse and to retain the target thymidine kinase gene so that it can be expressed in the liver of the host is referred to as a TK-NOG mouse.
As a result of administration of the guanosine analog to a mouse in which the thymidine kinase gene of the present invention is retained so that it can be expressed in the liver, the guanosine analog is metabolized into a toxic substance in the hepatocyte of the mouse. Liver injury occurs in mice. Ganciclovir mentioned as a suitable example of the guanosine analog is metabolized to ganciclovir-triphosphate in mouse hepatocytes and causes liver injury in the mouse. The administration method of the guanosine analog to the mouse can be freely selected. For example, intravenous, intramuscular, subcutaneous, intradermal, intraperitoneal, or even application on the skin can be selected as appropriate. In addition to being administered into the mouse body by these usual routes, it can also be administered into the mouse body by mixing during feeding. The dose of the guanosine analog is not limited, but is 0.1 to 10 mg / Kg body weight, preferably 0.5 to 1.5 mg / Kg body weight.
In addition to the above, in addition to the administration of ganciclovir, carbon tetrachloride, D-galactosamine, pyrrolodine can be used as a method for causing liver injury in mice in which the thymidine kinase gene of the present invention is expressed and retained in the liver. A treatment with a known liver injury inducer such as alkaloid or 2-acetylaminofluorene and a surgical treatment such as surgical hepatectomy are also preferred. Furthermore, in another aspect, administration of an anti-mouse Fas antibody to the mouse can cause liver injury in the mouse. The anti-mouse Fas antibody does not bind to Fas antigen expressed in human hepatocytes, but binds to Fas antigen expressed in mouse hepatocytes, thereby specifically causing apoptosis in mouse hepatocytes.
In addition to the above, a mouse having a NOG mutation in which the urokinase-type plasminogen activator gene is retained in the liver so that it can be expressed in place of the thymidine kinase gene of the present invention is also preferably used. That is, a transgenic mouse resulting from introduction of a gene expression unit prepared to hold the urokinase-type plasminogen activator gene so that it can be expressed in the liver of the host into a totipotent cell of a mouse having the NOG mutation is preferred. Used for. As the urokinase-type plasminogen activator gene, for example, the polynucleotide sequence encoding the mouse urokinase-type plasminogen activator described in SEQ ID NO: 47 can be used. In producing the gene expression unit, a method similar to the method using the thymidine kinase gene is preferably used.
Furthermore, a mouse having a NOG mutation in which both a thymidine kinase gene and a urokinase-type plasminogen activator gene are retained so that they can be expressed in the liver is also preferably used. It is possible to optimize the engraftment of human hepatocytes administered by appropriately selecting when liver injury is caused by the action of thymidine kinase and when liver injury is caused by the action of urokinase-type plasminogen activator it can.
For example, the mouse is appropriately combined with a mouse having a thymidine kinase gene retained in an expressible manner in the liver and a mouse having a NOG mutation in which a urokinase-type plasminogen activator gene is retained in the liver. It can be suitably obtained by breeding and selecting a progeny mouse having both a thymidine kinase gene and a urokinase-type plasminogen activator gene that can be bred and expressed in the liver and has a NOG mutation. In addition, for example, a gene expression unit prepared because the urokinase-type plasminogen activator gene is retained so that it can be expressed in the liver of the host is used in a mouse in which the thymidine kinase gene is retained so that it can be expressed in the liver of the host. It can also be produced by operations such as introduction into totipotent cells.
By causing liver injury in the mouse as described above, human hepatocytes transplanted into the mouse are engrafted in the liver of the mouse instead of the hepatocyte of the mouse causing the liver injury. Contrary to the death of mouse hepatocytes, the proliferation of human hepatocytes engrafted in the mouse liver results in the production of chimeric mice in which the number of human hepatocytes exceeds a certain level. As the chimeric mouse, 50% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, further preferably 80% or more, more preferably 90% or more, particularly preferably 95% or more of the mouse liver is human. Preferred examples include mice occupied by the hepatocytes. The proportion occupied by human hepatocytes, as suitably shown in the examples, is a method of calculating from a stained image of an antibody recognizing a marker specific to human and mouse hepatocytes, human serum albumin, etc. A method for calculating from a quantitative value of a serum marker is known. Furthermore, the liver of the chimeric mouse after the test can be confirmed by anatomical examination by a known method to confirm a more accurate replacement rate. The cell replacement rate is called RI (Replacement Index). As a specific aspect in which the replacement rate of human hepatocytes in the present invention is determined, in the examples of the present invention, it is determined by the ratio occupied by human cytokeratin CK8 / 18 positive hepatocytes in the sections of tissue immunostaining. Embodiments are described.
In the present invention, as a method for transplanting human hepatocytes into mice, in addition to a method for transplanting to the liver via the mouse spleen, a method for transplanting directly from the portal vein can be appropriately employed. It may also be transplanted intraperitoneally or intravenously. The number of human hepatocytes transplanted at a time can be appropriately selected from 1 to 2 million (2 × 10 6 ) cells.
The hepatocytes of the present invention include normal hepatocytes, primary hepatocytes, preferably established hepatocytes maintained (including culture, passage, storage) in the presence of serum (eg, fetal bovine serum). It can be suitably used. As human hepatocytes to be used for transplantation, hepatocytes derived from any kind of cells can be suitably used as long as they are human hepatocytes and cells in human liver. When normal hepatocytes are used, hepatocytes obtained from the liver tissue of the subject can be suitably used. As a method for collecting liver tissue, in addition to excision during surgery, a biopsy (biopsy) which is a known method is preferably used. Liver biopsy is a method in which a thin, long needle is inserted directly into the liver from the surface of the skin and the liver tissue is collected. Usually, the site where the needle is punctured is the space between the right lower chest. The puncture part is sterilized after the safety of the puncture part is confirmed using an ultrasonic examination apparatus before surgery. Furthermore, from the skin to the surface of the liver is the target of anesthesia, and the puncture needle is punctured after the skin at the puncture site is made a small incision. Furthermore, commercially available frozen human hepatocytes can also be used.
When primary hepatocytes are used, a cell suspension in which hepatocytes from the collected liver or liver tissue are dispersed in ice-cooled Hanks solution using a known technique such as a perfusion method or an infiltration method is used. It is isolated as appropriate by fractionation by centrifugation or the like. The obtained hepatocytes are cultured for 24 hours at 37 ° C. in the presence of 5% CO 2 in a medium such as Williams'E with appropriate addition of bovine serum. Furthermore, cells that have been cultured for about one week by replacing the medium with ASF104 medium (Ajinomoto) etc. every 3 days can be used. Cell culture factors such as HGF and EGF can be added to the medium, and the culture matrix, three-dimensional culture, and the like can be modified as appropriate.
When the established hepatocytes are used, the type of hepatocytes is not particularly limited. For example, SSP-25, RBE, HepG2, TGBC50TKB, HuH-6, HuH-7, ETK-1, Het- 1A, PLC / PRF / 5, Hep3B, SK-HEP-1, C3A, THLE-2, THLE-3, HepG2 / 2.2.1, SNU-398, SNU-449, SNU-182, SNU-475, SNU-387, SNU-423, FL62891, DMS153 and the like are preferable. These cells can be obtained from the American Type Culture Collection (ATCC; address 12301 Parklawn Drive, Rockville Maryland 20852, United States of America). For example, Hep3B and HepG2 are registered in the ATCC with registration numbers of HB-8064 and HB-8065, respectively, and HuH-7 is registered in the JCRB cell bank with a registration number of JCRB0403.
The guanosine analog and human hepatocytes may be administered to the mouse simultaneously or separately. For example, guanosine analog may be administered into the abdominal cavity of a mouse simultaneously with transplantation of human hepatocytes from the spleen or vein.
Replacing mouse hepatocytes with human hepatocytes is called human hepatocytes or liver repopulation, and mice with human hepatocytes replaced with human hepatocytes are human hepatocyte reconstructed chimeric mice. Or it is called human liver reconstructed chimeric mouse. A liver in which hepatocytes are replaced with human hepatocytes is referred to as a humanized liver.
The present invention also includes human liver tissue reconstructed in the above mice. The liver tissue has a three-dimensional structure or function of human liver, and 75% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more of mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes. Have been rebuilt.
These chimeric mice having human hepatocytes are used for administration of a test substance about 60 days after transplantation of human hepatocytes, for example. As the test substance, for example, a drug candidate substance is preferably exemplified. Preferred examples of the drug candidate substance include substances that are in the process of drug development and that require prediction of drug interaction in humans. Such a substance can be a main ingredient for the medicinal effect of a pharmaceutical product, or can be a composition containing the main ingredient. The dosage of the drug candidate substance varies depending on the type of the disease targeted by the substance, the type of substance composition, the administration route, etc., but can be appropriately selected from the range of about 0.1 mg / kg body weight to 2000 mg / kg body weight. . The administration route can be appropriately selected from oral, subcutaneous, intravenous or intraperitoneal administration depending on the type of drug candidate substance and its suitable dosage form.
The degree of metabolism of a test substance, such as a drug candidate substance in the liver of a chimeric mouse, and the metabolite are determined by appropriately measuring and identifying the concentration of the drug candidate substance in mouse plasma by standard methods in the art such as chromatographic methods. Can be done. Further, the measurement can be performed by time-lapse measurement measured at one or a plurality of time points appropriately selected from about 30 minutes to about 24 hours after administration of the candidate substance.
Then, depending on the concentration of the drug candidate substance in plasma and the concentration of the substance metabolized by the drug metabolizing enzyme in the liver, whether the drug candidate substance is easily metabolized by, for example, a CYP2D6, CYP2C9, or CYP2C19 deficient It can be determined whether the substance is difficult to do.
Human drug-metabolizing enzymes are CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, CYP2A6, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C10, CYP2C18, CYP2C3, CYP2A3, CYP2C3, CYP2E3, CYP2E3 For example, the indicator compounds metabolized by CYP1A2 are caffeine, CYP2C9 is tolbutamide, CYP2D6 is dextromethorphan, CYP2C19 is omeprazole, CYP3A4 is erythromycin, and the like.
After the drug candidate substance is administered to the chimeric mouse of the present invention, a mixture of these indicator compounds is administered, and the drug candidate substance promotes the activity of each enzyme by measuring the plasma concentration of each compound over time. It can be determined whether the substance is a substance that inhibits or a substance that inhibits. For example, when a drug candidate substance is administered, if the caffeine metabolism is promoted and the plasma concentration is decreased, the drug candidate substance can be determined to be a substance that specifically promotes the activity of CYP1A2.
That is, how a drug administered to a human using the mouse of the present invention is metabolized in the human liver, and what kind of metabolite is generated, that is, the plasma dynamics of the drug, identification of the metabolite, metabolism Evaluation of speed etc. can be performed. It is possible to screen for drugs that are appropriate to be administered to a person from the perspective of metabolism, and to predict the appropriate pharmaceutical dose to be administered to a person. Moreover, it can be used for researches such as proliferation and regeneration of human liver.
Another object of the present invention is to provide a mouse model that is susceptible to infection with a hepatotropic pathogen such as human HCV by a normal infection route. That is, the present invention shows that the mouse model is susceptible to infection with liver-directed pathogens such as HCV by a normal infection route, and the amount of virus can be equal to that of humans infected with liver-directed pathogens such as HCV over the long term. Provide an animal model that consistently and stably infects. Another advantage of using such a mouse is that it is not necessary to obtain or handle infected cells of liver-directed pathogens such as HCV when creating a mouse model. Therefore, in the present invention, it is not necessary to obtain hepatocytes from a human donor infected with a liver-directed pathogen such as HCV, and it is not necessary to culture and infect human hepatocytes in vitro.
The mouse of the present invention can be infected with liver-directed pathogens such as HCV, particularly liver-directed pathogens having a host range limited to primates (eg, humans). Depending on the nature of the pathogen, a chronically infected mouse host can be maintained for weeks to months. For example, if the liver-directed pathogen is HCV, the present mouse is chronically infected with HCV (eg, chronic infection) and active HCV infection is at least about 5 weeks, usually at least about 14 to about 20 weeks. Or longer, up to about 35 weeks or longer, or the life of the host mouse.
The viral load on the infected host (mouse) can be similar to the viral load on the infected person (human). For example, if the pathogen is HCV, the host mouse will have a concentration of about 10 3 to about 10 4 to about 10 6 virus particles per ml of serum, usually about 10 3 to about 10 7 virus particles per ml of serum. Can maintain infection. The viral load in the infected host is substantially consistent over time, chronic and stable, e.g. the number of virus particles that can be isolated from the serum of an infected untreated host is Does not fluctuate significantly during the sampling period, eg once stable infection is established in the host, usually within about 2 to 4 weeks after infection, 1 mL of serum contains a large number of HCV virus particles at the first sampling The HCV-infected host of the present invention is positive for HCV infection at the next sampling and generally contains a large amount of HCV particles equal to or equivalent to 1 mL of serum. Usually, since the viral load of the infected host does not vary greatly, the action of the candidate antiviral substance can be evaluated.
In certain embodiments, the mouse model of the present invention is used to identify agents that ameliorate symptoms caused by viral hepatitis, more specifically HCV infection, and / or more directly, infectious virus Affects the pathogenic mechanism. For example, it suppresses viral infection, reduces viral replication, or otherwise disrupts the viral growth cycle. In general, a candidate agent is administered to a mouse model of the invention and the effect of the candidate agent is compared to a control (eg, an agent with known anti-HCV action (eg, IFN against uninfected mice). -Evaluate to HCV-infected mice administered α). For example, the candidate drug can be administered to the HCV-infected mouse of the present invention, and the viral load of the mouse before administration and / or the viral load of the mouse during non-administered HCV infection as a control and the viral load of the administered mouse (for example, Comparison can be made by measuring RT-PCR with serum samples. In general, if a detectable decrease or significant decrease in the amount of virus is observed in an infected mouse after administration of a candidate drug, it means that the target drug has an antiviral effect.
Candidate agents can be administered in any of a number of desired ways and / or in a manner suitable for drug delivery. For example, the candidate agent is suitably administered by injection (eg, intravenous injection, intramuscular injection, subcutaneous injection, or direct injection into tissue to achieve the desired effect), oral administration, or any other desirable method. Can be done. In vivo screening methods typically involve several animals and various doses and concentrations of candidate drugs (from non-drug administration to drug doses that can be successfully delivered to animals) Methods of drug delivery by various dosage forms and routes. The drugs can be administered alone, and can be administered in combination with two or more drugs, especially when the combined administration of the drugs produces a synergistic effect.
Candidate agents to be screened include synthetic molecules, natural molecules, or recombinantly produced molecules (eg, low molecular weight molecules; drugs: peptides; antibodies (antigen-binding antibody fragments, eg, those that provide passive immunity) Or other immunotherapeutic agents: endogenous factors (such as polypeptides and plant extracts) contained in eukaryotic cells or prokaryotic cells are preferably used. Of particular importance is a screening assay for drugs with low toxicity to human cells.
Candidate drug activity can be assessed in a variety of ways. For example, when a host animal is infected with a liver-directed pathogen such as HCV (eg HCV), the action of the drug is related to the presence or absence of the pathogen in the serum sample (eg titer in viral load) or the presence of the pathogen. It can be evaluated by examining a marker to be detected (for example, a protein specific to a pathogen or a nucleic acid encoding the same). Methods that are well known in the art can be adopted as methods for quantitatively and qualitatively detecting and evaluating the presence or absence and severity of viral infection. In some embodiments, the activity of a drug against HCV infection can be assessed by examining the presence of virus in serum samples and / or tissue sections (eg, RT-PCR in the case of HCV). In another embodiment, the activity of a drug against viral infection can be evaluated by examining the presence or absence of viral nucleic acid (for example, HCV RNA) in serum samples. For example, RNA of HCV is generated by, for example, detection of (−) strand RNA (HCV replication intermediate) by reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR), competitive RT-PCR, RT-PCR, or treatment. It can be detected by sequencing the viral RNA to detect mutations / shifts (quasispecies evolution) on the viral genome. Or / and any quantitative or qualitative change in the amount of virus particles contained in the tissue section is directly demonstrated by performing the in situ RT-PCR hybridization using the host liver as a biopsy target. Can be done. Alternatively, and / or after euthanizing the host, histological examination of the liver for signs of infection and / or toxicity caused by the drug can also be suitably used.
In addition, by using the animal model of the present invention, screening of candidate vaccines can be carried out for the ability to prevent or improve infection by liver-directed pathogens. In general, a “vaccine” refers to a substance that, when administered, facilitates the host to initiate an immune response against a target pathogen. The humoral, cellular, or humoral / cellular immune response elicited as a result of vaccine administration can facilitate the suppression of infection by pathogens for vaccine development. In the present invention, liver-directed pathogens (eg, bacterial pathogens, viral pathogens, or parasitic pathogens, particularly viral pathogens such as HCV, for example) are inhibited from being replicated in the liver and / or infected by liver-directed pathogens. Of particular importance are prophylactic vaccines that elicit protective immune responses. Also of interest in the present invention are therapeutic vaccines that provide protection against infection by liver-directed pathogens by supplying passive immunity or specific active immunity (eg, anti-HCV immunoglobulins) that are rapidly promoted.
In this aspect of the invention, the immune system of an immunodeficient mouse is, for example, a stem cell, peripheral blood mononuclear cell (PBMC), blood cord cell, hematopoietic cell, or other suitable human origin that provides the animal with a human immune system. It can be reconstituted with cells. Methods for isolating human immune cells, and reconstitution of the immune system of immunodeficient mice (eg, mice with a human immune system) are well known in the art (eg, Nature 335: 256-59; Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93 (25): 14720-25 may be referred to as appropriate). In one embodiment, the human immune cells are obtained from the same donor from which the human hepatocytes used in generating the mice according to the present invention were obtained. In another aspect, human immune cells can be introduced into a host by methods well known in the art (eg, intraperitoneal injection).
Effective vaccines can be screened by methods similar to those described above. That is, the candidate vaccine is administered to the chimeric animal before inoculation with the liver-directed pathogen. Candidate vaccines are usually administered by a single bolus administration (eg, intraperitoneal injection, or intramuscular injection, topical or oral administration) followed by one or more boosters. Induction of an immune response can be assessed by examining antigen-specific B and T cell responses in a manner well known in the art. Next, a liver-directed pathogen is administered to the immunized animal. Usually, administration is carried out on several immunized mice while increasing the titer of the pathogen. The progression of infection is then observed in immunized and non-immunized control mice, and the severity of infection (eg, assessing the titer of existing pathogens or functioning of human hepatocytes as described above). Evaluated by examining the parameters). Vaccine candidates that result in a significant reduction in pathogen infection that occurs after administration of the candidate vaccine and / or a significant reduction in disease severity are considered effective vaccines.
Furthermore, another object of the present invention is to provide a mouse model that can be used for the search, detection, and identification of cells that can become the liver in the future used for cell transplantation treatment, for example, hepatic stem cells. . Hepatic stem cells may be differentiated into hepatocytes in the future, and the number of generations necessary for differentiation into hepatocytes is not particularly specified. That is, the present invention performs transsplenic portal vein transplantation of primary isolated cells obtained from human liver tissue to a mouse model, and is used for cell transplantation treatment such as human hepatic stem cells from engrafted liver tissue. Also provided are methods for searching for or further identifying cells that can become liver. Furthermore, a cell population containing cells that can become a future liver used for cell transplantation treatment such as human hepatic stem cells can be collected from the engrafted liver tissue. The present invention also provides a method for collecting a cell population containing cells that can be used as a liver in the future used for cell transplantation treatment such as hepatic stem cells. Instead of transsplenic portal transplantation, orthotopic transplantation can also be used as appropriate. Stem cells cultured under appropriate conditions in vitro instead of primary isolated cells and induced to differentiate into hepatocytes can be used as appropriate for this purpose. A method for inducing differentiation into hepatocytes using such stem cells is described in, for example, Gastroenterology (2009) 136, 990-999. In order to search for and identify hepatic stem cells from liver tissues using proliferation as an index, tissue immunostaining is performed using antigens that recognize markers for detecting hepatocytes and / or antibodies that recognize proliferating cells. It can be carried out. A marker for detecting hepatocytes can be appropriately selected from albumin, tyrosine aminotransferase, glucose-6-phosphate, coagulation factor (CF) VII, asialoglycoprotein receptor, cytokeratin 8/18, and the like. As a cell proliferation marker, it can be appropriately selected from Ki-67 antigen, 5-bromo-2′-deoxyuridine uptake ability, PCNA and the like. A cell population containing human hepatic hepatocytes can be obtained by using these markers, and hepatocytes expressing such markers are appropriately isolated using FACSCalibur (Nippon Becton Dickinson Co., Ltd.) Isolated hepatic stem cells can be appropriately used for cell transplantation treatment and the like.
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail and specifically with reference to examples. However, the present invention is not construed as being limited by the following examples.

TK−NOGマウスの作出とその機能の解析
1.方法
本実施例は以下の方法で行った。
(1)トランスジェニックマウスの作出
単純ヘルペスウイルス1型チミジンキナーゼ(UL23又はHSVtk)遺伝子発現ユニットは図1のようにして構築された。最初に42ヌクレオチドのポリリンカー(GATCCAAGCTTATGCAGTCGACCCGGGCATGCGAATTCTCGA:配列番号2)がpBlueScriptII(pBSII;Promega)のBam HI−Xho I部位(pBSII/linker)に導入された。HSVtk遺伝子が以下のプライマーを用いてアニーリング温度62℃でPCRで増幅された。
次いで、増幅産物がpCIプラスミド(Promega)のNhe I−Sal I部位(pCI−TK)にクローニングされた。ヒト成長ホルモン(hGH)3’フランキング領域が以下のプライマーを用いてアニーリング温度60℃にてPCRで増幅された。
次いで、増幅産物がpBSII/リンカープラスミドのSma I− EcoR I部位(pBSII/linker/hGH)にクローニングされた。プラスミドp2335A−1(Pinkert,C.A.et al.Genes Dev.1,268−276(1987))由来のマウスアルブミンエンハンサー/プロモーターの2,345−bp Not I− BamH Iフラグメント及びpCI−TK由来のキメライントロン/HSVtkの1,456−bp Hind III−Sal IフラグメントがpBSII/リンカー/hGHプラスミド(pmAlbEPintUL23GH;GenBankアクセッション番号AB453181)の対応部位にクローニングされた。pmAlbEPintUL23GHプラスミドDNAがNot I及びKpnIで消化され、ベクター部を含まない4,4−kbフラグメントがHSVtk発現ユニットとして調製された。この発現ユニットが公知の方法でNOD/Shiマウスの受精卵にマイクロインジェクトされた。トランスジーンを有する産仔がHTKF1フォワードプライマー5’−CACGTCTTTATCCTGGATTACG−3’(配列番号7)及びhGHR1リバースプライマー5’−CACTGGAGTGGCAACTTCCA−3’(配列番号8)を用いたPCRで同定された(アニーリング温度63℃)。尾組織から抽出したゲノムDNAが20μl反応混液中で、94℃2分、94℃30秒30サイクル、63℃30秒、72℃30秒、72℃3分の条件で増幅された。トランスジーンDNAはアガロースゲル上で236bpの増幅産物バンドとして確認された。雌のトランスジェニックマウスを雄のNOD.Cg−PrkdcscidIl2rgtm1Sug/ShiJic(NOG)と交配させscid及びIL2Rgnullの変異を有する個体が得られた。scid及びIL2Rgnull遺伝子の変異がPCRによりジェノタイピングされた(Maruyama,C.et al.Exp.Anim.51,391−393(2002):Ito,M.et al.Blood 100,3175−3182(2002))。作製したマウスの正式系統名は、NOD.Cg−PrkdcscidIl2rgtm1SugTg(Alb−UL23)7−2/ShiJicで表され、これをTK−NOGと称する。
(2)蛍光in situハイブリダイゼーション分析
トランスジーンの染色体中の位置は、蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)法により決定された。TK−NOGマウスから採取し、マイトジェンで活性化した脾細胞から得られた9個のメタフェーズ細胞がビオチン16dUTP標識pCI−TKプラスミドを用いて分析された。ビオチン標識DNAはアビジンFITC(Vector Laboratories)により可視化し、当該細胞がヨウ化プロピジウム(Sigma−Aldrich Chemie GmbH)で対比染色された。観察はライカQ550サイトジェニックワークステーションを用いて行われた。蛍光シグナルを有する染色体がGバンディングスタンダードにより同定された。
(3)サザンブロット分析
ゲノムDNAサンプルは12週齢TK−NOGマウス及び非トランスジェニックマウスの腎臓を一晩プロテイナーゼKで消化を行い、フェノール:クロロフォルム:エタノール抽出することにより得られた。制限酵素Bam HI、Bgl II、Xba I及びNot I plus Kpn Iで消化したゲノムDNAが0.6%アガロースゲルで電気泳動し、陽性荷電ナイロン膜(F.Hoffmann−La Roche)にトランスファーされたブロット膜が得られた。PCR DIG Probe Synthesis Kit(F.Hoffmann−La Roche)を用いて調製したDIG標識プローブを用いて当該膜のハイブリダイゼーションが行われた。用いたプライマーは以下の配列:
を有するものであった。
それぞれのプローブが認識する位置を図2に示す。
(4)RT−PCRによるHSVtkトランスクリプトの検出
65日齢のTK−NOGマウス肝臓、腎臓、脾臓、肺、脳、骨格筋及び睾丸からRNeasy Mini kit(Qiagen K.K.)を用いてトータルRNAが得られた。RT−PCRはHigh Capacity cDNA Reverse Transcription kit(Applied Biosystems)を用いて行われた。pCIspF forward primer 5’−GAGGCACTGGGCAGGTGTCC−3’(配列番号13)及びHTKR1 reverse primer 5’−GTAAGTCATCGGCTCGGGTAC−3’(配列番号14)を用いてHSVtkトランスクリプトのスプライス型が343bpバンドとして検出された(アニーリング温度68℃)。G3PDHF forward primer 5’−TCACCATCTTCCAGGAGCGAGA−3’(配列番号15)及びG3PDHR reverse primer 5’−GAAGGCCATGCCAGTGAGCTT−3’(配列番号16)を用いて増幅した479bpグリセルアルデヒド−3−フォスフェートデヒドロゲナーゼ(Gapdh)フラグメントが内部標準として用いられた(アニーリング温度65℃)。
(5)肝臓傷害の誘発
ガンシクロビル(GCV)ナトリウム(Denosine−IV;Mitsubishi Tanabe Pharma)又はベシクル(生理食塩水)が26ゲージ針を用いて1日おきに2回、マウスの腹腔内に投与された。水又は生理食塩水に溶解されたGCVは、その投与前にフィルター滅菌された。すべてのマウスが毎日モニターされた。肝臓傷害の程度は生化学的血清検査値及び病理学的分析により調べられた。GCV投与1週間後、ALT及びASTの分析のために下大静脈から末梢血が採取され、FUJI DRI−CHEM7000(Fujifilm)により臨床化学分析が行われた。また、4%(v/v)リン酸緩衝化フォルマリンで固定、パラフィン包埋された組織の、ヘモトキシリン及びエオシン(H&E)染色が行われた。
(6)ヒト肝細胞及びヒト大腸癌細胞の移植
市販の凍結ヒト肝細胞(Lonza Walkersville)3ロットがドナー細胞として用いられた。ドナーの年齢は4〜7歳であった。以下の一般的な方法で移植が行われた。移植5及び3日前に、6〜8週齢の成体TK−NOGレシピエントマウスにGCV(0.5〜1.5mg/kg)が腹腔内に投与された。細胞数及び生存率はトリパンブルー排除法により血球計算盤を用いて測定された。40μlのHank’s Balanced Solution(HBSS)又はWilliam’s medium Eに浮遊させた1〜2×10の生肝細胞が26ゲージの注射針をつけたハミルトンシリンジを用いて脾臓内に移植された。コントロールとして、1×10のヒト大腸癌細胞株HCT116(American Type Culture Collection;ATCC)が非トランスジェニックNOGマウスの脾臓内に移植された。
(7)ヒトアルブミン測定
小量の血液が隔週で眼底静脈叢からプラスティックキャピラリーを用いて採取された。採取された血液は、1%ウシ血清アルブミン及び0.05%Tween20(BSA)を含むTBS(Tris−buffered saline)で500〜30000倍に希釈され、そのヒトアルブミン濃度がヒトアルブミンELISA Quantitation Kit(Bethyl Laboratories)を用いて測定された。閾値濃度は〜3×10ng/mlであった。
(8)イムノブロッティング
希釈血清及び胆汁サンプル(希釈倍率:3〜3000倍)が5%βメルカプトエタノールを含むSDSサンプルバッファーに溶解され、SDS−PAGEに供された後にHybond−ECL膜(GE Healthcare Bio−Sciences)に転写された。転写された膜がポリクローナルヤギ抗マウスアルブミン抗体(A90−234A;Bethyl Laboratories)、ポリクローナルヤギ抗ヒトアルブミン抗体(A80−229A;Bethyl Laboratories)、ポリクローナルヤギ抗マウストランスフェリン抗体(I−20;Santa Cruz Biotechnology)、ポリクローナルウサギ抗ヒトトランスフェリン抗体(H−65;Santa Cruz Biotechnology)、ポリクローナルマウス抗補体C3抗体(A01;Abnova)、ポリクローナルヤギ抗ヒト補体C3抗体(D−19;Santa Cruz Biotechnology)及びポリクローナルヤギ抗セルロプラスミン3抗体(H−60;Santa Cruz Biotechnology)と共にインキュベーションされ、洗浄後の当該膜は、ヤギIgG(Bethyl Laboratories)、マウスIgG(GE Healthcare Bio−Sciences)又はウサギIgG(GE Healthcare Bio−Sciences)に対する西洋ワサビペルオキシダーゼ標識2次抗体と共に60分間インキュベーションされた。次いで、ECL Western Detection System(GE Healthcare Bio−Sciences)及びHyperfilm ECL(GE Healthcare Bio−Sciences)を用いた発色が検出された。
(9)ヒト肝細胞特異的遺伝子発現のRT−PCR
TotalRNAがRNeasy mini kit(Qiagen K.K.)を用いて単離された。相補DNAがHigh Capacity cDNA Reverse Transcription kit(Applied Biosystems)及びランダムプライマーを用いて合成された。マウスGpdh、アルブミン(Alb)、ヒトGAPDH、ALB、チロシンアミノトランスフェラーゼ(TAT)、トランスサイレチン(TTR)、毛細管特異的有機アニオントランスポーターATP結合カセット、サブファミリーC(CFTR/MRP)、メンバー2(ABCC2;MRP2)、胆汁塩輸送ポンプATP結合カセット、サブファミリーC(MDR/TAP)、メンバー11(ABCB11)、ビリルビンUDPグルクロノシルトランスフェラーゼ(UGT1A1)及びチトクロームP450ファミリー(CYP1A1,CYP1A2,CYP2C9,CYP2C19,CYP2D6及びCYP3A4)遺伝子の発現がRT−PCRで分析された。表1に、用いたプライマー情報(ターゲット遺伝子、配列)、アニーリング温度、増幅産物サイズ等を示す。
(10)組織学及び免疫組織染色
フォルマリン固定された肝臓及び腎臓がパラフィンに包埋され、その5μm切片が調製された。切片のいくつかはtarget retrieval solution(0.1M citrate buffer,pH6.0;1mM EDTA,pH9.0)に浸漬され10分間オートクレーブの処理を受けた後に20分間室温に置かれた。モノクローナルマウス抗ヒトCK8/18抗体(clone 5D3;Novocastra Laboratories)、モノクローナルマウス抗ヒトHLA−classI−A,B,C抗体(clone EMR8−5;Hokudo)、ポリクローナルヤギ抗ヒトアルブミン抗体(Bethyl Laboratories)及びポリクローナルウサギ抗ヒトGLUL抗体(Sigma−Aldrich)が1次抗体として用いられた。明視野免疫組織染色のために、ヤギ、ウサギ及びマウスIgがアミノ酸ポリマー/ペルオキシダーゼ複合体標識抗体(Histofine Simple Stain Mouse MAX PO(G,R,and M);Nichirei Bioscience)及びジアミノベンジジン(DAB;Dojindo Laboratories)基質(0.2mg/ml 3,3’−ジアミノベンジジンテトラヒドロクロリド,0.05M Tris−HCl,pH7.6,and 0.005% H)を用いて可視化された。切片がヘマトキシリンを用いて対比染色された。過ヨウ素酸−シッフ(PAS)染色キット(Muto Pure Chemicals)がグリコーゲンの可視化に用いられた。AxioCam HRm及びAxioCam MRc5 CCD cameras(Carl Zeiss)を備えた直立顕微鏡Axio Imager(Carl Zeiss)を用いて撮像された。レシピエント肝臓におけるドナーヒト肝細胞の割合である置換インデックス(RI:replacement index)は、免疫組織染色切片中の全面積中のヒトCK8/18陽性肝細胞により占められる面積の割合で表された。凍結切片を作製するために用いた肝臓はOCTコンパウンド(Sakura Finechemicals)中に包埋され、液体窒素中で凍結され、5〜10μmの厚さで切片化された。FluoReporter Mini−Biotin−XX Protein Labeling Kit(Invitrogen)を用いて標識したビオチン化ポリクローナルヤギ抗ヒトアルブミン抗体、Alexa Fluor 594標識ストレプトアビジン(Invitrogen)及びFITC標識ポリクローナルヤギ抗マウスアルブミン抗体(A90−234F;Bethyl Laboratories)を用いて免疫蛍光染色が行われた。
(11)レーザーマイクロダイセクション解析(LCM)
連続凍結組織切片(10μm)がエタノールで固定され、次いで固定液中のエタノール濃度が段階的に減らされ、最終的に該切片はDNase及びRNaseを含まない水に浸漬された。次いで、モノクローナルマウス抗ヒトCK8/18抗体(clone;5D3;Novocastra Laboratories)を用いて前記切片の免疫組織染色が行われた。切片化組織中の抗ヒトCK8/18抗体の陽性及び陰性染色領域が顕微鏡を用いてLCMのためにマッピングされた。それぞれの領域の切りだし捕捉はAutoPix LCM system(Molecular Devices)を用いて行われた。ゲノムDNAがTPMK緩衝液(10mM Tris−HCl,pH8.3,50mM KCl,2mM MgCl,and 40μg/ml proteinase K)を用いて抽出された。55℃で一晩インキュベーションが行われ、95℃5分間のサンプルの熱処理によりプロテイナーゼKが不活性化された。緩衝液の一部がゲノムPCRの鋳型DNAとして用いられ、ヒトとマウスの肝細胞が区別された。ヒト及びマウスβアクチン遺伝子は以下の配列;
を有するプライマーを用いてPCRにより増幅された(アニーリング温度60℃)。
このプライマーセットによりヒトβアクチンだけでなく、マウスβアクチン遺伝子(それぞれ、245bp及び271bp)が増幅された。コントロールプラスミド(pBSII−hm/β−ACT)はヒト及びマウスDNA由来の対応配列をそれぞれpBSIIベクターのSma I及びHindIII部位に挿入することにより調製された。
(12)5−カルボキシフルオレセインジアセテートを用いた胆汁排出試験
カルボキシフルオレセイン(CF)はMrp2を介して様々な細胞から排出される有機アニオンである。この色素のエステル前駆体である5−カルボキシフルオレセインジアセテート(5−CFDA,0.5nmol;Sigma−Aldrich)が尾部から静脈注射により投与された。5−CFDA投与の10分後、肝臓が50nmol/L5−CFDA溶液で3分間かん流され、当該肝臓がOCTコンパウンド中に包埋され、液体窒素で凍結された。この試薬はその易脂溶性のため容易に肝細胞中に侵入し、エステラーゼにより加水分解され、CF(水溶性蛍光基質)を形成し、次いで胆汁中に排出される。
10μm厚の連続凍結切片が調製され、空気乾燥された。CFの蛍光シグナルはAxioCam HRm及びAxioCam MRc5 CCD cameras(Carl Zeiss)を備えた直立顕微鏡Axio Imager(Carl Zeiss)を用いて観察、撮影が行われた。蛍光顕微鏡写真の撮影後、組織切片がエタノールで固定され、固定液のエタノール濃度が段階的に減らされ、該切片は最終的にDNase及びRNaseを含まない水に浸漬された。次いで、モノクローナルマウス抗ヒトMRP2抗体(Clone M2 III−6;Millipore)、Histofine Simple Stain Mouse MAX PO(M)(Nichirei Bioscience)及びDAB基質を用いて免疫組織染色が行われた。切片がヘマトキシリンを用いて対比染色された。他の組織切片は4%パラホルムアルデヒド液で固定され、モノクローナルヤギ抗ヒトHLA−classI−A,B,C抗体(clone EMR8−5;Hokudo)及びテキサスレッド標識ストレプトアビジン−(GE Healthcare Bio−Sciences)を用いて免疫蛍光染色が行われた。他の組織切片はヘモトキシリン及びエオシン(H&E)染色が行われた。きわめて置換度の高いヒト化肝臓NOGマウス#2−11−5及びヒト化の程度が極めて低いヒト化肝臓NOG#48−L5から採取した胆汁及び糞サンプルが0.1M Tris−HCl(pH8.0)で希釈され、Molecular Dynamics BioLumin 960 spectrophotometer(GE Healthcare Bio−Sciences)を用いてその蛍光が測定された。蛍光イメージはMolecular Dynamics FluroImager 595(GE Healthcare Bio−Sciences)を用いて得られた。糞サンプル中のCF濃度は0.1M Tris−HCl(pH8.0)中の既知濃度のCFに基づいて算出され、サンプルの湿重量により標準化された。
2.結果
結果は以下のとおりであった。
(1)TK−NOGマウスへのヒト肝細胞移植
TK−NOGマウスの血清中のヒトアルブミンは、ヒトの肝細胞移植の後に図3に示したタイミングにてELISAにより測定された。結果を図3に示す。黒丸、黒三角、黒四角は、それぞれマウス#12−14、#6−6−10及び#2−4−7を用いて行われたアッセイの結果を示す。
3匹のTK−NOGマウスの血清中のタンパク質がヒト肝細胞移植後70、44及び41日目に免疫ブロット法により測定された。マウス及びヒト血清が陽性及び陰性コントロールとして用いられた。結果を図4に示す。
コントロールと3匹のTK−NOGマウスの肝臓で発現したmRNAはヒト肝細胞移植後70、44及び41日目にRT−PCRで測定された。マウス及びヒト肝臓RNAがコントロールサンプルとして用いられた。結果を図5に示す。
ヒト肝細胞移植後それぞれ70、44、及び41日後に得られた、TK−NOGマウスの肝臓の組織学と免疫組織染色の結果を示す。連続切片はH&E、h−CK8/18、HLA、h−アルブミン及びPAS染色された。結果を図6に示す。図6には、#12−14(70日)、#6−6−10(44日)及び#2−4−7(41日)のHE染色(それぞれ、A、C及びE)及び抗ヒトCK8/18抗体染色(それぞれ、B、D及びF)の結果を示す。GからKは、H&E、h−CK8/18、HLA、h−アルブミン及びPAS染色した連続切片を示す。
(2)ヒト化肝臓の解剖学的及び機能的な分析
図7に毛細胆管(BC)へのカルボキシフルオレセイン(CF)排出を示す。ヒトの肝細胞移植の42日後のTK−NOGマウス(A、B、C及びD)又はヒトの大腸癌細胞株(HCT−116、E、F、G及びH)移植の21日後のNOGマウスに5−CFDAを投与し、肝臓が得られた。ヒト肝臓が再構築されたTK−NOG又は大腸癌が移植されたコントロールNOGマウス肝臓の連続切片が作製され、蛍光代謝産物の存在が観察された。ヒト肝臓が再構築したTK−NOGマウスでは、5−CFDAの代謝産物(CF)が、ヒト肝細胞コロニーの小葉上にハチの巣状に認められ、その毛細胆管内(BC)への排出が確認された。対照的に、HCT−116大腸癌増殖巣では、このハチの巣パターンが全く認められなかった。他の切片について、H&E染色、HLA及びヒト−MRP2染色が行われた。
図8にヒト肝細胞の移植から52日後に得た、2匹の異なるヒト肝臓再構築TK−NOGマウス肝臓のヒトCK8/18免疫組織染色の結果を示す。#2−11−5マウスの肝臓はヒト肝細胞でほぼ完全に置換されていた(RI>90%)が、#48−L5ではマウス肝臓が部分的にヒト肝細胞で置換されているだけであった(RI〜20%)。5−CFDA投与後、2匹の再構築TK−NOGマウスについて、糞へのCF排泄量が測定された。図9に結果を示す。
図10に、5−CFDA投与10時間後に回収したほぼ完全にヒト化された#2−11−5 TK−NOGマウス胆汁中の代謝産物CFの蛍光イメージを示す。
ヒト化されたTK−NOGマウス#2−11−5における胆汁中のマウス及びヒトトランスフェリンの解析結果を図11に示す。図11に示すように、ヒトトランスフェリンは、ほぼ完全にヒト化された#2−11−5マウス由来の胆汁中には認められたが、コントロールNOGマウスでは認められなかった。
図12にヒトの肝細胞移植の6週間(A及びB)又は16週間(C及びD)後のTK−NOGマウスから得られた肝臓切片のH&E(A及びC)及びグルタミン合成酵素(GS)(B及びD)の免疫組織染色を示す。図12に示すように移植後6週間のヒト肝細胞巣にある中心静脈域にはGS発現が認められなかった。対照的に、移植後16週が経過したTK−NOGマウス肝臓のヒト肝細胞巣中では、中心静脈の周辺にGSの発現が認められた。図12Bの挿入図は、抗GS抗体で染色したコントロールNOG(マウス)及び、図12Dの挿入図は、ヒト肝臓での染色結果を示す。Pは門脈路を示し、Cは中心静脈を示す。
(3)HSVtkトランスジェニックNOGマウスのキャラクタライゼーション
HSVtkのトランスジーン構造はマウスアルブミンエンハンサ/プロモーター(Alb En/Pro)、キメライントロン、HSVtk cDNA、及びポリアデニル化シグナル(hGHpA)と共にヒト成長ホルモンの遺伝子の3’−UTRからなる。図1にその構造を示す。矢尻はトランスジーン特異的な転写物を検出するのに使用したプライマーの位置と方向を示す。それぞれの矢の先はオリゴヌクレオチドの3’末端を表す。NOG系統ではscid変異が引き起こすDNA再構成の欠陥により、遺伝子断片をマイクロインジェクトしても得られる産仔の数がきわめてすくない。そのためはじめに、NOD/Shi系統でHSVtk−遺伝子トランスジェニックマウスが確立された(HSVtk−トランスジェニック;系統7−2)。NOGマウスの遺伝背景はNOD/Shi系統そのものであり、scidとIL2Rgnull変異が唯一の違いであるため、その後、NOG系統と交配することにより、scidとIL2Rgnull変異を保有させ、重度の免疫不全系統であるNOG−Tg(Alb−UL23)7−2/ShiJic(正式には、NOD.Cg−PrkdcscidIl2rgtm1Sug Tg(Alb−UL23)7−2/ShiJic,abridged name:略してTK−NOGと呼ぶ)が得られた。HSVtk遺伝子を有する雄トランスジェニックマウスは不妊になることが一般的に知られており、雄TK−NOGマウスも不妊であった。
図13に、遺伝子導入されたHSVtk発現ユニットの染色体上の位置を示す。図13に示すようにTK−NOGマウスは染色体1G座にHSVtk発現ユニットを有していた。
図14に、TK−NOGマウスに導入されたHSVtkトランスジーンの分子分析の結果を示す。非トランスジェニックNOGマウス腎臓(N)とTK−NOGマウス腎臓(T)からのゲノムDNAサンプルはサザンブロット解析のためにBam HI(Ba)、Not IとKpn I(NK)、Bgl II(Bg)、及びXba I(Xb)で消化された。
図2に、TK−NOGマウスのトランスジーンの制限地図と構造を示す。クローニングベクター(影付きのボックスはクローニングベクターを示す)が2つのHSVtkトランスジーンで挟まれたhead−to−tailタンデムアレイ構造(黒のボックスは転写セグメントを示す)でマウスゲノムに組み込まれていた。ベクターを有しないHSVtk発現ユニット(Not I−Kpn I fフラグメント)がマイクロインジェクトされたがNot I−Kpn I制限酵素で切断された少量のベクターが混入した可能性があり、HSVtk発現ユニットがhead−to−tail構造中でタンデムにベクターと繋がったと考えられる。アスタリスクはDIGによってラベルされたプローブ(*;5’プローブ、**;3’プローブ)で認識された位置を示す。
図15に、HSVtkトランスジーン発現をRT−PCRで解析した結果を示す。HSVtkトランスジーンの検出は、正確にスプライシングされたキメライントロンの配列を特異的に認識するプライマーを用いて行われた。試験された組織は、非トランスジェニックNOGマウス肝臓(nLi)、TK−NOGマウス肝臓(Li)、腎臓(Ki)、脾臓(Sp)、肺(Lu)、脳(Br)、骨格筋(Sm)、睾丸(Te)であった。グリセロアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼ(Gapdh)が内部標準として使用された。
図16は、ガンシクロビル(GCV)投与TK−NOGマウス(Tg HSVtk)及び非トランスジェニックNOGマウス(NTg)における、血清アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ(AST)及びアラニンアミノトランスフェラーゼ(ALT)の活性を示す図である。図16に示すように、TK−NOGマウスの「プロドラック」GCV投与はゆるやかな用量依存性肝細胞傷害をもたらした。細胞傷害像を図17に示す。
図17Aは、ガンシクロビル投与の陰性対照としてPBSを投与したTK−NOGマウス肝臓のH&E染色像を示す。
図17B〜Dは、1.5mg/kgのGCV投与(図17B)、50mg/kgのGCV投与(図17C)のTK−NOGマウス肝臓のH&E染色像、及び50mg/kgのGCV投与(図17D)の非トランスジェニックNOGマウス肝臓のH&E染色の結果である。GCV(投与量、mgGCV/kg体重)は1日おきに計2回投与され、14日後に血液検体、組織検体が採取された。GCV処理トランスジェニックマウス肝臓は肝細胞メガロサイトーシス、重度から中度の細胞質空胞変性及び病巣細胞の死を示した。しかしながら、精巣以外の他のほとんどの組織では明確な細胞又は組織傷害は観察されなかった。図17のスケールバーは200μmである。Pは門脈路を示し、Cは中心静脈を示す。
(4)TK−NOGマウスへのヒト肝細胞の移植と肝再構築
図18に種々の濃度でGCVが投与され、ヒトの肝細胞が移植されたTK−NOGマウスの血清ヒトアルブミン濃度を示す。図18に示すように、1.5mgのGCVが投与された群のヒト血清アルブミン濃度は、5mg/kgのGCVを投与した群より有意に高かった(P=0.0404、Mann−Whitney U−test)。0.5mg/kgと1.5mg/kgのGCV投与群では血清ヒトアルブミン濃度に有意な差は認められなかった。
図19にヒト血清アルブミン濃度と置換インデックス(RI)の相関関係を示す。図19に示すように、RI値とヒトの血清アルブミン濃度は強く相関していた(R=0.9043)。
図20に、ヒト肝細胞で再構築されたTK−NOGマウス肝臓におけるヒトの遺伝子発現を示す。ヒト及びマウスmRNAがそれぞれ陽性及び陰性コントロールとして用いられた。
図21にヒト肝細胞を移植したマウスから採取した腎臓の組織病理学解析の結果を示す。図21に示すように、肝臓が再構築されたTK−NOGマウスの腎臓(A及びB)及び非トランスジェニックNOGマウスの腎臓(C及びD)のH&E及びPAS染色では、腎不全は認められなかった。バーは100μmである。
図22から24は、再構築したTK−NOGマウスの肝臓が細胞融合によるものではないことを示す。
図22は、マウスアルブミン(緑色)及びヒトアルブミン(赤)の免疫蛍光2重染色の結果を示す。図22に示すようにほとんどすべてのマウスアルブミン陽性肝細胞ではヒトアルブミンは陰性であり、ほとんどのヒトアルブミン陽性肝細胞ではマウスアルブミンは陰性であった。マウスアルブミン陽性肝細胞がヒト肝細胞コロニー中に点在して見られた。ヒトアルブミン陽性肝細胞は図22B中、白で示され、黒はマウスアルブミン陽性肝細胞を示す。
図23は、クローン増殖性ヒト肝細胞コロニーをレーザーマイクロダイセクション法で捕捉した結果を示す。抗ヒトCK8/18染色凍結切片のレーザーマイクロダイセクション法による捕捉前(A)及び捕捉後(B)を示す。図23Aの破線はヒト及び非ヒトターゲット(図23BのI及びII)からなる捕捉領域の境界を示す。
図24にレーザーマイクロダイセクション法で捕捉した肝細胞がヒトであるかマウスであるかを区別のために行ったPCR解析の結果を示す。用いたプライマーセットは、ヒトβアクチンだけではなくマウスβアクチン遺伝子も同様に増幅し、それぞれサイズの異なる産物が得られた(それぞれ、245bp及び271bp)。ヒトCK8/18陽性コロニーからは(図23A)245−bpバンドのヒトβアクチンアンプリコンのみが検出され、逆に、ヒトCK8/18陰性領域(図23B)からは271bpバンドのマウスβアクチンアンプリコンのみが検出された(図24、レーン「領域II(region II)」)。マウス及びヒトのDNAがコントロールサンプルとして用いられた。また、マウス及びヒトのDNAの両方のターゲット配列を含むプラスミドもコントロールとして用いられた。
ガンシクロビル(GCV)投与及びヒト肝細胞移植後のヒト血清アルブミンの産生をモニターしたところ、0.5〜1.5mg/kgの量のGCVがヒト肝細胞の移植に最適であることがわかった。60のレシピエントすべてで程度に差があったものの、移植後4週間以内で被験レシピエントにおいてヒト血清アルブミンが最初に検出され、徐々に上昇し数週間後に11.5mg/mlの最高濃度に達した(図3)。移植されたヒト肝細胞は完全にレシピエントマウスの肝臓構造中に組み込まれた(図6)。置換インデックス(RI)(免疫組織染色切片中のCK8/18陽性肝細胞により占められる面積の比)は、測定されたヒト血清アルブミン濃度と強く相関していた(R=0.9043)(図19)。ヒト血清アルブミン濃度が>1mg/mlであるマウスにおいては、RI>10%である。これに基づけば、移植レシピエントの63%(38/60)の肝臓は12週間以内に10%を超えるヒト肝細胞が再増殖した(図3)。11例では高度に再増殖し(RI>40%、ヒト血清>4mg/ml)、5例はさらに高度に再増殖した(RI>80%、ヒト血清>8mg/ml)。本実施例では、凍結肝細胞を用いて、移植も1回しか行われなかった(生着したTK−NOGマウスからヒト肝細胞を分離し、再度移植する連続移植法を実施していないことを意味する)にも係らずTK−NOGマウスの肝臓でのヒト肝細胞の高レベルの再増殖が認められた。
異なった程度に(RIが10%、30%及び85%)ヒト肝細胞が再構築された3匹のTK−NOGマウスを用いて、肝臓組織学、RNA及びDNA、並びに血清タンパク質についての詳細な解析が行われた。イムノブロット解析により、複数の異なったヒトタンパク質(アルブミン、トランスフェリン、補体C3及びセルロプラスミン)がこれらのマウスの血清で検出された(図3)。C3前駆タンパク質がC4b−C2a複合体(C3転換酵素)によりプロセシングされたことを示す105kDaのヒトのC3α’鎖の存在は興味深い。uPAトランスジェニックマウスではヒトC3の血清濃度上昇が腎不全発症に寄与していると考えられており、免疫抑制剤の投与によりこれを抑制している(Tateno,C.et al.Am.J.Pathol.165,901−912(2004))。しかしながら、驚くべきことにTK−NOGマウスでは腎不全を発症せず、免疫抑制剤も必要としない。成熟肝細胞に存在している複数のヒトmRNAはTK−NOGマウスの肝臓中でも多量に発現した(図5)。また、複数の薬剤代謝酵素(UGT1A1、CYP1A1、CYP1A2、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6及びCYP3A4)やトランスポーターABCC2;MRP2、ABCB11;MDR/TAP)のヒトmRNAの発現がTK−NOGマウスの肝臓中で確認された(図20)。ヘマトキシリン及びエオシン染色切片において、ヒト(CK8/18陽性)肝細胞はサイズと白っぽい細胞質によってマウス肝細胞と明確に区別された(Azuma,H.et al.Nat.Biotechnol.25,903−910(2007);Meuleman,P.et al.Hepatology 41,847−856(2005))(図6)。ヒトCK8/18陽性肝細胞はHLAやヒト特異的アルブミン抗体でも染色された。これはヒトCK8/18陽性肝細胞がマウスのものではなく、紛れもなくヒト肝細胞であることを示している(図6)。グリコーゲン蓄積はヒト肝細胞の細胞質のみで見られた。再構築された肝臓はヒトとマウスの肝細胞が融合することにより生じた可能性も考えられた。しかしながら、ヒト又はマウスのアルブミンに特異的な抗体を用いた免疫蛍光2重染色及びレーザーマイクロダイセクション法で捕捉した組織中のゲノムをPCRで解析した結果により、ヒトとマウスの細胞融合は否定された。
ほとんどのヒト肝細胞が移植後6週間以内に宿主肝組織の中でクローン性増殖したような小さな増殖巣として存在していた(図6)。再構築したTK−NOG肝臓中の胆管又は毛細胆管ネットワークが機能的なものであるかを評価するために、胆汁の排泄テストが蛍光代謝マーカーである5−カルボキシルフォレセインジアセテート(5−CFDA)を用いて行われた。5−CFDAは脂溶性のために容易に肝細胞に入り、そこでエステラーゼにより水溶性の蛍光代謝物質(CF)に代謝され(Mor−Cohen,R.et al.J.Biol.Chem.276,36923−36930(2001))、有機アニオントランスポーターであるMrp2によって胆汁中に排出される。5−CFDA投与の15分後に、5−CFDA代謝物質は急速に小葉上にハチの巣構造として観察され、代謝物CFが毛細胆管(BC)に排出されている様子を示す(図7)。このハチの巣パターンは、ヒト特異的な抗HLA及び抗MRP2抗体で染色された領域中にも存在した(図7)。対照的に、ヒト大腸癌細胞株(HCT−116)を移植した非トランスジェニックNOGマウス肝臓に形成されたヒト大腸癌増殖巣では、ヒト特異的な抗HLA染色で陽性を示したが、CF排泄を示すハチの巣構造は認められなかった。さらにヒト大腸癌の増殖巣では抗ヒトMRP2抗体も陰性であった(図7)。次いで、肝又は胆管システムが機能しているか、すなわち、胆汁が総胆管を通って胆嚢に集まり、十二指腸から腸管に排泄されているかが調べられた。ヒト肝細胞により排泄されたことを示すため、肝臓の90%以上がヒト肝細胞からなるTK−NOGマウス(図8)を用い、腸管への5−CFDA代謝物質(水溶性CF)の排泄が調べられた。5−CFDA投与の6時間後まで糞中にCFに由来する蛍光は観察されなかったが、7時間後にピークに達した(図9)。糞中でのシグナルは、5−CFDA投与後10時間以内に排除されたが、このマウスの胆汁中に5−CFDAの代謝物質がわずかに検出された(図10)。さらに、ヒトの胆汁タンパク質(トランスフェリン)が同じ胆汁サンプル中で検出された(図11)。マウス肝臓の90%以上の肝細胞がヒト肝細胞に置換しているので、このマウスの腸管に排泄されたCFは、実質上ヒト肝細胞により代謝され、排泄されたと考えられる。これらのデータは肝胆管システムが解剖学的に正常に構築されており、異物排泄機能も正常に働いていることを示す。このことから薬物など代謝物が腸肝循環する生体機能もヒト肝再構築TK−NOGマウスは備えると考えられる。
TK−NOGマウスで再構築された肝臓が成熟ヒト肝臓の3次元構造的特性を有しているかを決定する必要があった。そこで、肝小葉内で分布特性が異なる酵素(グルタミン合成酵素(GS))の発現パターンが調べられ、再構築された肝臓で形成された小葉構造が生理機能(中心静脈域と門脈域での栄養又は酸素濃度勾配により誘導される酵素の発現)を反映しているか評価された。通常、GSは中心静脈域のすぐ近くの肝細胞で発現する(Smith,D.D.J.et al.Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85,160−164(1988))。移植6週間後のヒト肝細胞を含む肝小葉内にはGSの発現が認められず、この時点(移植から6週間)では機能的に未成熟であることを示唆する(図12)。対照的に、移植16週間経過した再構築肝臓では中心静脈周辺でGSの発現が認められた(図12)。ヒト肝細胞で再構築された肝臓は、多数の肝臓特異的ヒト遺伝子を発現し、ヒト血清タンパク質も分泌し、また、部分的に胆管ネットワークを形成しているものの、生理的な肝機能の成熟化には移植6週間では不十分であった。異種であるヒト肝細胞により肝臓が再構築され、さらに成熟したヒト肝臓構造が形成されるまでに8〜12週が必要であった。この結果は、マウスを用いた自己肝移植の研究(Braun,K.M.et al.Nat.Med.6,320−326(2000))において、実質の再構成が起こるのに移植から8週間を要するという報告と一致している。
これらの特性は、TK−NOGマウスに再構築されたヒト肝臓は成熟した「ヒトの肝臓という器官」であること示す。成熟肝臓の特徴である胆管ネットワークや機能的小葉構造(小葉内部位特異的酵素発現)などの3次元構造を有する新規TK−NOGプラットホームは、ヒト肝臓の移植に用いられていた公知のuPAトランスジェニックマウス及びFahノックアウトマウスの限界を克服する。肝胆汁ネットワークや機能的小葉構造等成熟肝臓が持つ機能は、3次元構造(細胞間)を持たない初代培養肝細胞などin vitro実験では決して再現できない。TK−NOGマウスに再構築されたヒト化肝臓は薬剤代謝や肝臓研究に好ましいプラットホームになる。
Generation of TK-NOG mouse and analysis of its function Method This example was carried out by the following method.
(1) Production of transgenic mice A herpes simplex virus type 1 thymidine kinase (UL23 or HSVtk) gene expression unit was constructed as shown in FIG. First, a 42 nucleotide polylinker (GATCCAAGCTTATGCAGGTCGACCCGGGCATGCGAATTTCTCGA: SEQ ID NO: 2) was introduced into the Bam HI-Xho I site (pBSII / linker) of pBlueScript II (pBSII; Promega). The HSVtk gene was amplified by PCR at an annealing temperature of 62 ° C. using the following primers:
The amplified product was then cloned into the Nhe I-Sal I site (pCI-TK) of the pCI plasmid (Promega). The human growth hormone (hGH) 3 ′ flanking region was amplified by PCR using the following primers at an annealing temperature of 60 ° C.
The amplified product was then cloned into the Sma I-EcoR I site (pBSII / linker / hGH) of the pBSII / linker plasmid. 2,345-bp Not I-BamHI fragment and pCI-TK of mouse albumin enhancer / promoter derived from plasmid p2335A-1 (Pinkert, CA et al. Genes Dev. 1,268-276 (1987)) The 1,456-bp Hind III-Sal I fragment of the chimeric intron / HSVtk was cloned into the corresponding site of the pBSII / linker / hGH plasmid (pmAlbEPintUL23GH; GenBank accession number AB453181). The pmAlbEPintUL23GH plasmid DNA was digested with Not I and KpnI, and a 4,4-kb fragment containing no vector portion was prepared as an HSVtk expression unit. This expression unit was microinjected into fertilized eggs of NOD / Shi mice by a known method. Offspring with the transgene were identified by PCR using the HTKF1 forward primer 5'-CACGTCTTTATCCTGGGATACG-3 '(SEQ ID NO: 7) and hGHR1 reverse primer 5'-CACTGGAGTGCAACTTCCA-3' (SEQ ID NO: 8) (annealing temperature 63). ° C). Genomic DNA extracted from the tail tissue was amplified in a 20 μl reaction mixture at 94 ° C. for 2 minutes, 94 ° C. for 30 seconds 30 cycles, 63 ° C. for 30 seconds, 72 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 3 minutes. The transgene DNA was identified as an amplification product band of 236 bp on the agarose gel. Female transgenic mice were treated with male NOD. An individual having a mutation of scid and IL2Rg null was obtained by mating with Cg-Prkdc scid I12rg tm1Sug / ShiJic (NOG). The scid and IL2Rg null gene mutations were genotyped by PCR (Maruyama, C. et al. Exp. Anim. 51, 391-393 (2002): Ito, M. et al. Blood 100, 3175-3182 (2002). )). The official strain name of the produced mouse is NOD. Cg-Prkdc scid Il2rg tm1Sug Tg (Alb-UL23) 7-2 / ShiJic is referred to as TK-NOG.
(2) Fluorescence in situ hybridization analysis The position of the transgene in the chromosome was determined by the fluorescence in situ hybridization (FISH) method. Nine metaphase cells obtained from spleen cells collected from TK-NOG mice and activated with mitogen were analyzed using biotin 16dUTP-labeled pCI-TK plasmid. Biotin-labeled DNA was visualized with avidin FITC (Vector Laboratories), and the cells were counterstained with propidium iodide (Sigma-Aldrich Chemie GmbH). Observations were made using a Leica Q550 cytogenic workstation. Chromosomes with a fluorescent signal were identified by the G banding standard.
(3) Southern blot analysis Genomic DNA samples were obtained by digesting kidneys of 12-week-old TK-NOG mice and non-transgenic mice with proteinase K overnight and extracting with phenol: chloroform: ethanol. Blots of genomic DNA digested with restriction enzymes Bam HI, Bgl II, Xba I and Not I plus Kpn I were electrophoresed on a 0.6% agarose gel and transferred to a positively charged nylon membrane (F. Hoffmann-La Roche) A membrane was obtained. Hybridization of the membrane was performed using a DIG-labeled probe prepared using PCR DIG Probe Synthesis Kit (F. Hoffmann-La Roche). The primers used were the following sequences:
It was what had.
The positions recognized by the respective probes are shown in FIG.
(4) Detection of HSVtk transcript by RT-PCR Total RNA using 65-day-old TK-NOG mouse liver, kidney, spleen, lung, brain, skeletal muscle and testicles using RNeasy Mini kit (Qiagen KK) was gotten. RT-PCR was performed using a High Capacity cDNA Reverse Transcription kit (Applied Biosystems). HSptk ring temperature detection using pCIspF forward primer 5′-GAGGCACTGGGGCAGGTGTCC-3 ′ (SEQ ID NO: 13) and HTKR1 reverse primer 5′-GTAAGTCCATCGCTCGGGTAC-3 ′ (SEQ ID NO: 14) 68 ° C). 479 bp glyceraldehyde d-phospho glycase aldehyde d-hose glycealdehyde d-hose glycealdehyde d-hose glyceraldehyde d-phosphorase 3 h (SEQ ID NO: 15) and G3PDHR reverse primer 5'-GAAGGCCATGCCCAGTGAGCTT-3 '(SEQ ID NO: 16) amplified with G3PDHF forward primer 5'-TCACCCATCTTCCAGAGCGAGA-3' (SEQ ID NO: 15) Was used as an internal standard (annealing temperature 65 ° C.).
(5) Induction of liver injury Ganciclovir (GCV) sodium (Denosine-IV; Mitsubishi Tanbe Pharma) or vesicle (saline) was administered intraperitoneally twice a day using a 26 gauge needle . GCV dissolved in water or saline was filter sterilized prior to its administration. All mice were monitored daily. The degree of liver injury was examined by biochemical serologic test values and pathological analysis. One week after GCV administration, peripheral blood was collected from the inferior vena cava for analysis of ALT and AST, and clinical chemistry analysis was performed by FUJI DRI-CHEM7000 (Fujifilm). In addition, tissue fixed and paraffin embedded in 4% (v / v) phosphate buffered formalin was stained with hemotoxylin and eosin (H & E).
(6) Transplantation of human hepatocytes and human colon cancer cells Three lots of commercially available frozen human hepatocytes (Lonza Walkersville) were used as donor cells. The age of the donor was 4-7 years. Transplantation was performed in the following general manner. GCV (0.5-1.5 mg / kg) was administered intraperitoneally to 6-8 week old adult TK-NOG recipient mice 5 and 3 days before transplantation. Cell number and viability were measured using a hemocytometer by trypan blue exclusion. Transplanted into the spleen using a Hamilton syringe 40μl of Hank's Balanced Solution (HBSS) or William's medium 1~2 × 10 6 viable hepatocytes that were suspended in E is attached an injection needle of 26 gauge . As a control, 1 × 10 4 human colon cancer cell line HCT116 (American Type Culture Collection; ATCC) was transplanted into the spleen of non-transgenic NOG mice.
(7) Measurement of human albumin A small amount of blood was collected every other week from the fundus venous plexus using a plastic capillary. The collected blood was diluted 500 to 30000 times with TBS (Tris-buffered saline) containing 1% bovine serum albumin and 0.05% Tween 20 (BSA), and the human albumin concentration was diluted with human albumin ELISA Quantification Kit (Bethyl Laboratories). The threshold concentration was ˜3 × 10 3 ng / ml.
(8) Immunoblotting After dilution serum and bile samples (dilution ratio: 3 to 3000 times) are dissolved in SDS sample buffer containing 5% β-mercaptoethanol and subjected to SDS-PAGE, Hybond-ECL membrane (GE Healthcare Bio -Sciences). The transferred membrane is a polyclonal goat anti-mouse albumin antibody (A90-234A; Bethyl Laboratories), polyclonal goat anti-human albumin antibody (A80-229A; Bethyl Laboratories), polyclonal goat anti-mouse transferrin antibody (I-20; Santa Cruz Biotechnology) Polyclonal rabbit anti-human transferrin antibody (H-65; Santa Cruz Biotechnology), polyclonal mouse anti-complement C3 antibody (A01; Abnova), polyclonal goat anti-human complement C3 antibody (D-19; Santa Cruz Biotechnology) and polyclonal goat Anti-ceruloplasmin 3 antibody (H-60; Santa Cruz Bio The membrane after incubation with technology and washed, with horseradish peroxidase labeled secondary antibody for 60 minutes with goat IgG (Bethyl Laboratories), mouse IgG (GE Healthcare Bio-Sciences) or rabbit IgG (GE Healthcare Bio-Sciences). Incubated. Next, color development using ECL Western Detection System (GE Healthcare Bio-Sciences) and Hyperfilm ECL (GE Healthcare Bio-Sciences) was detected.
(9) RT-PCR of human hepatocyte specific gene expression
Total RNA was isolated using the RNeasy mini kit (Qiagen KK). Complementary DNA was synthesized using High Capacity cDNA Reverse Transcription kit (Applied Biosystems) and random primers. Mouse Gpdh, albumin (Alb), human GAPDH, ALB, tyrosine aminotransferase (TAT), transthyretin (TTR), capillary-specific organic anion transporter ATP binding cassette, subfamily C (CFTR / MRP), member 2 ( ABCC2; MRP2), bile salt transport pump ATP binding cassette, subfamily C (MDR / TAP), member 11 (ABCB11), bilirubin UDP glucuronosyltransferase (UGT1A1) and cytochrome P450 family (CYP1A1, CYP1A2, CYP2C19, CYP2C19 The expression of CYP2D6 and CYP3A4) genes was analyzed by RT-PCR. Table 1 shows the primer information (target gene, sequence) used, annealing temperature, amplification product size, and the like.
(10) Histology and immunohistochemical staining Formalin-fixed liver and kidney were embedded in paraffin, and 5 μm sections thereof were prepared. Some of the sections were immersed in a target retrieval solution (0.1 M citrate buffer, pH 6.0; 1 mM EDTA, pH 9.0), subjected to autoclaving for 10 minutes, and then placed at room temperature for 20 minutes. Monoclonal mouse anti-human CK8 / 18 antibody (clone 5D3; Novocastra Laboratories), monoclonal mouse anti-human HLA-class I-A, B, C antibodies (clone EMR8-5; Hokudo), polyclonal goat anti-human albumin antibody (Bethyl Laboratories) A polyclonal rabbit anti-human GLUL antibody (Sigma-Aldrich) was used as the primary antibody. For bright field immunohistochemical staining, goat, rabbit and mouse Ig were labeled with amino acid polymer / peroxidase complex labeled antibodies (Histofine Simple Stain Mouse MAX PO (G, R, and M); Nichirei Bioscience) and Diaminobenzidine (DAB; Dojindo). Laboratories) substrate (0.2 mg / ml 3,3′-diaminobenzidine tetrahydrochloride, 0.05 M Tris-HCl, pH 7.6, and 0.005% H 2 O 2 ). Sections were counterstained with hematoxylin. Periodic acid-Schiff (PAS) staining kit (Muto Pure Chemicals) was used for visualization of glycogen. Images were taken using an upright microscope Axio Imager (Carl Zeiss) equipped with AxioCam HRm and AxioCam MRc5 CCD cameras (Carl Zeiss). The replacement index (RI), which is the percentage of donor human hepatocytes in the recipient liver, was expressed as the percentage of the area occupied by human CK8 / 18 positive hepatocytes in the total area in the immunohistochemically stained section. Livers used to make frozen sections were embedded in OCT compounds (Sakura Finechemicals), frozen in liquid nitrogen and sectioned at a thickness of 5-10 μm. Biotinylated polyclonal goat anti-human albumin antibody labeled with FluoReporter Mini-Biotin-XX Protein Labeling Kit (Invitrogen), Alexa Fluor 594-labeled streptavidin (Invitrogen) and FITC-labeled polyclonal goat anti-mouse albumin antibody (A90-234F; Laboratories) were used for immunofluorescence staining.
(11) Laser microdissection analysis (LCM)
Serial frozen tissue sections (10 μm) were fixed with ethanol, then the ethanol concentration in the fixative was reduced stepwise, and finally the sections were immersed in DNase and RNase free water. Next, immunohistochemical staining of the sections was performed using a monoclonal mouse anti-human CK8 / 18 antibody (clone; 5D3; Novocastra Laboratories). The positive and negative stained areas of anti-human CK8 / 18 antibody in the sectioned tissue were mapped for LCM using a microscope. Each region was captured and captured using an AutoPix LCM system (Molecular Devices). Genomic DNA was extracted using TPMK buffer (10 mM Tris-HCl, pH 8.3, 50 mM KCl, 2 mM MgCl 2 , and 40 μg / ml proteinase K). Incubation was overnight at 55 ° C, and proteinase K was inactivated by heat treatment of the sample at 95 ° C for 5 minutes. Part of the buffer was used as the template DNA for genomic PCR to distinguish human and mouse hepatocytes. The human and mouse β-actin genes have the following sequences:
Was amplified by PCR using a primer having an annealing temperature of 60 ° C.
This primer set amplified not only human β-actin but also mouse β-actin gene (245 bp and 271 bp, respectively). A control plasmid (pBSII-hm / β-ACT) was prepared by inserting corresponding sequences from human and mouse DNA into the Sma I and HindIII sites of the pBSII vector, respectively.
(12) Bile excretion test using 5-carboxyfluorescein diacetate Carboxyfluorescein (CF) is an organic anion excreted from various cells via Mrp2. The ester precursor of this dye, 5-carboxyfluorescein diacetate (5-CFDA, 0.5 nmol; Sigma-Aldrich) was administered by intravenous injection from the tail. Ten minutes after 5-CFDA administration, the liver was perfused with 50 nmol / L5-CFDA solution for 3 minutes, and the liver was embedded in OCT compound and frozen in liquid nitrogen. This reagent easily penetrates into hepatocytes due to its easy fat solubility, is hydrolyzed by esterase, forms CF (water-soluble fluorescent substrate), and is then excreted in bile.
Serial frozen sections 10 μm thick were prepared and air dried. The fluorescence signal of CF was observed and photographed using an upright microscope Axio Imager (Carl Zeiss) equipped with AxioCam HRm and AxioCam MRc5 CCD cameras (Carl Zeiss). After taking a fluorescence micrograph, the tissue section was fixed with ethanol, the ethanol concentration of the fixing solution was reduced stepwise, and the section was finally immersed in water containing no DNase and RNase. Immunohistochemical staining was then performed using monoclonal mouse anti-human MRP2 antibody (Clone M2 III-6; Millipore), Histofine Simple Stain Mouse MAX PO (M) (Nichirei Bioscience) and DAB substrate. Sections were counterstained with hematoxylin. Other tissue sections were fixed with 4% paraformaldehyde solution, monoclonal goat anti-human HLA-class I-A, B, C antibodies (clone EMR8-5; Hokudo) and Texas Red labeled streptavidin- (GE Healthcare Bio-Sciences). Was used for immunofluorescence staining. Other tissue sections were stained with hemotoxylin and eosin (H & E). Bile and fecal samples collected from humanized liver NOG mouse # 2-11-5 with a very high degree of substitution and humanized liver NOG # 48-L5 with a very low degree of humanization are 0.1 M Tris-HCl (pH 8.0). ) And the fluorescence was measured using a Molecular Dynamics BioLumin 960 spectrophotometer (GE Healthcare Bio-Sciences). Fluorescent images were obtained using a Molecular Dynamics FluoroImager 595 (GE Healthcare Bio-Sciences). The CF concentration in the fecal sample was calculated based on the known concentration of CF in 0.1 M Tris-HCl (pH 8.0) and normalized by the wet weight of the sample.
2. The results were as follows.
(1) Human hepatocyte transplantation to TK-NOG mice Human albumin in the serum of TK-NOG mice was measured by ELISA at the timing shown in FIG. 3 after human hepatocyte transplantation. The results are shown in FIG. Black circles, black triangles, and black squares show the results of assays performed using mice # 12-14, # 6-6-10, and # 2-4-7, respectively.
Proteins in the serum of 3 TK-NOG mice were measured by immunoblotting at 70, 44 and 41 days after human hepatocyte transplantation. Mouse and human sera were used as positive and negative controls. The results are shown in FIG.
MRNA expressed in the livers of the control and 3 TK-NOG mice was measured by RT-PCR at 70, 44 and 41 days after human hepatocyte transplantation. Mouse and human liver RNA were used as control samples. The results are shown in FIG.
The results of histology and immunohistochemical staining of the liver of TK-NOG mice, obtained 70, 44, and 41 days after human hepatocyte transplantation, respectively, are shown. Serial sections were stained with H & E, h-CK8 / 18, HLA, h-albumin and PAS. The results are shown in FIG. FIG. 6 shows # 12-14 (70 days), # 6-6-10 (44 days) and # 2-4-7 (41 days) HE staining (A, C and E, respectively) and anti-human. The results of CK8 / 18 antibody staining (B, D and F, respectively) are shown. G to K indicate serial sections stained with H & E, h-CK8 / 18, HLA, h-albumin and PAS.
(2) Anatomical and functional analysis of humanized liver FIG. 7 shows carboxyfluorescein (CF) excretion into the capillary bile duct (BC). TK-NOG mice (A, B, C and D) 42 days after human hepatocyte transplantation or NOG mice 21 days after transplantation of human colon cancer cell lines (HCT-116, E, F, G and H) 5-CFDA was administered and liver was obtained. Serial sections of livers of control NOG mice transplanted with TK-NOG with reconstructed human liver or colon cancer were prepared, and the presence of fluorescent metabolites was observed. In TK-NOG mice in which the human liver is reconstructed, 5-CFDA metabolite (CF) is found in a beehive form on the lobule of the human hepatocyte colony, and its excretion into the bile duct (BC) is observed. confirmed. In contrast, this beehive pattern was not observed at all in the HCT-116 colon cancer growth foci. Other sections were subjected to H & E staining, HLA and human-MRP2 staining.
FIG. 8 shows the results of human CK8 / 18 immunohistochemical staining of two different human liver reconstructed TK-NOG mouse livers obtained 52 days after transplantation of human hepatocytes. The liver of # 2-11-5 mice was almost completely replaced with human hepatocytes (RI> 90%), but with # 48-L5, the mouse liver was only partially replaced with human hepatocytes. (RI-20%). After administration of 5-CFDA, fecal CF excretion was measured for two reconstructed TK-NOG mice. FIG. 9 shows the result.
FIG. 10 shows a fluorescence image of the metabolite CF in the bile of almost completely humanized # 2-11-5 TK-NOG mice collected 10 hours after administration of 5-CFDA.
FIG. 11 shows the analysis result of mouse and human transferrin in bile in humanized TK-NOG mouse # 2-11-5. As shown in FIG. 11, human transferrin was found in bile derived from almost completely humanized # 2-11-5 mice, but not in control NOG mice.
FIG. 12 shows H & E (A and C) and glutamine synthase (GS) of liver sections obtained from TK-NOG mice 6 weeks (A and B) or 16 weeks (C and D) after human hepatocyte transplantation. (B and D) shows immunohistological staining. As shown in FIG. 12, GS expression was not observed in the central venous region in the human hepatocyte nest 6 weeks after transplantation. In contrast, GS expression was observed around the central vein in human hepatocyte nests of TK-NOG mouse liver after 16 weeks of transplantation. The inset in FIG. 12B shows the control NOG (mouse) stained with anti-GS antibody, and the inset in FIG. 12D shows the staining results in human liver. P indicates the portal tract and C indicates the central vein.
(3) Characterization of HSVtk transgenic NOG mice The transgene structure of HSVtk is the 3 of human growth hormone gene along with mouse albumin enhancer / promoter (Alb En / Pro), chimeric intron, HSVtk cDNA, and polyadenylation signal (hGHpA). It consists of '-UTR. FIG. 1 shows the structure. Arrowheads indicate the position and orientation of the primers used to detect transgene-specific transcripts. The tip of each arrow represents the 3 ′ end of the oligonucleotide. In the NOG strain, the number of offspring obtained by microinjecting a gene fragment is extremely small due to a defect in DNA rearrangement caused by a scid mutation. Therefore, first, HSVtk-gene transgenic mice were established in the NOD / Shi line (HSVtk-transgenic; line 7-2). Genetic background of NOG mice were NOD / Shi system itself, since scid the IL2RG null mutation is the only difference, then, by mating with NOG system, to possess scid and IL2RG null mutation, severe immunodeficiency NOG-Tg (Alb-UL23) 7-2 / ShiJic (formally NOD.Cg-Prkdc scid Il2rg tm1Sug Tg (Alb-UL23) 7-2 / ShiJic, abridged name: TK-NOG for short) Called). Male transgenic mice carrying the HSVtk gene are generally known to become infertile, and male TK-NOG mice were also infertile.
FIG. 13 shows the position on the chromosome of the HSVtk expression unit into which the gene has been introduced. As shown in FIG. 13, TK-NOG mice had an HSVtk expression unit at the chromosome 1G locus.
FIG. 14 shows the results of molecular analysis of the HSVtk transgene introduced into TK-NOG mice. Genomic DNA samples from non-transgenic NOG mouse kidney (N) and TK-NOG mouse kidney (T) were analyzed for Bam HI (Ba), Not I and Kpn I (NK), Bgl II (Bg) for Southern blot analysis. , And Xba I (Xb).
FIG. 2 shows a restriction map and structure of the transgene of the TK-NOG mouse. The cloning vector (shaded box indicates the cloning vector) was integrated into the mouse genome in a head-to-tail tandem array structure (black box indicates the transcriptional segment) sandwiched between two HSVtk transgenes. HSVtk expression unit without vector (Not I-Kpn If fragment) was microinjected, but a small amount of vector cleaved with Not I-Kpn I restriction enzyme may be mixed, and HSVtk expression unit is head It is considered that the vector was connected in tandem with the -to-tail structure. The asterisk indicates the position recognized by the probe labeled with DIG (*; 5 ′ probe, **; 3 ′ probe).
FIG. 15 shows the results of analysis of HSVtk transgene expression by RT-PCR. Detection of the HSVtk transgene was performed using primers that specifically recognize the sequence of the correctly spliced chimeric intron. Non-transgenic NOG mouse liver (nLi), TK-NOG mouse liver (Li), kidney (Ki), spleen (Sp), lung (Lu), brain (Br), skeletal muscle (Sm) Testicle (Te). Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (Gapdh) was used as an internal standard.
FIG. 16 shows the activities of serum aspartate aminotransferase (AST) and alanine aminotransferase (ALT) in ganciclovir (GCV) -administered TK-NOG mice (Tg HSVtk) and non-transgenic NOG mice (NTg). . As shown in FIG. 16, administration of “Prodrug” GCV in TK-NOG mice resulted in moderate dose-dependent hepatocellular injury. A cytotoxic image is shown in FIG.
FIG. 17A shows an H & E-stained image of the liver of a TK-NOG mouse administered with PBS as a negative control for ganciclovir administration.
FIGS. 17B-D show H & E stained images of TK-NOG mouse liver after 1.5 mg / kg GCV administration (FIG. 17B), 50 mg / kg GCV administration (FIG. 17C), and 50 mg / kg GCV administration (FIG. 17D). The results of H & E staining of non-transgenic NOG mouse livers of FIG. GCV (dose, mgGCV / kg body weight) was administered twice every other day, and blood samples and tissue samples were collected after 14 days. GCV-treated transgenic mouse livers showed hepatocyte megalocytosis, severe to moderate cytoplasmic vacuolar degeneration and focal cell death. However, no clear cell or tissue injury was observed in most other tissues except the testis. The scale bar in FIG. 17 is 200 μm. P indicates the portal tract and C indicates the central vein.
(4) Transplantation of human hepatocytes into TK-NOG mice and liver reconstruction FIG. 18 shows serum human albumin concentrations in TK-NOG mice to which GCV was administered at various concentrations and human hepatocytes were transplanted. As shown in FIG. 18, the human serum albumin concentration in the group administered with 1.5 mg GCV was significantly higher than the group administered with 5 mg / kg GCV (P = 0.0404, Mann-Whitney U- test). There was no significant difference in serum human albumin concentration between the 0.5 mg / kg and 1.5 mg / kg GCV administration groups.
FIG. 19 shows the correlation between human serum albumin concentration and substitution index (RI). As shown in FIG. 19, the RI value and human serum albumin concentration were strongly correlated (R 2 = 0.9043).
FIG. 20 shows human gene expression in TK-NOG mouse liver reconstructed with human hepatocytes. Human and mouse mRNA were used as positive and negative controls, respectively.
FIG. 21 shows the results of histopathological analysis of kidneys collected from mice transplanted with human hepatocytes. As shown in FIG. 21, kidney failure was not observed by H & E and PAS staining of kidneys (A and B) of TK-NOG mice with reconstructed liver and kidneys (C and D) of non-transgenic NOG mice. It was. The bar is 100 μm.
Figures 22 to 24 show that the liver of reconstructed TK-NOG mice is not due to cell fusion.
FIG. 22 shows the results of double immunofluorescence staining of mouse albumin (green) and human albumin (red). As shown in FIG. 22, human albumin was negative in almost all mouse albumin positive hepatocytes, and mouse albumin was negative in most human albumin positive hepatocytes. Mouse albumin positive hepatocytes were found scattered in human hepatocyte colonies. Human albumin positive hepatocytes are shown in white in FIG. 22B, and black shows mouse albumin positive hepatocytes.
FIG. 23 shows the results of capturing clonal proliferating human hepatocyte colonies by the laser microdissection method. The anti-human CK8 / 18-stained frozen section is shown before (A) and after (B) capture by the laser microdissection method. The dashed lines in FIG. 23A indicate the boundaries of the capture region consisting of human and non-human targets (I and II in FIG. 23B).
FIG. 24 shows the results of PCR analysis performed to distinguish whether the hepatocytes captured by the laser microdissection method are human or mouse. The primer set used amplified not only human β-actin but also mouse β-actin gene in the same manner, and products of different sizes were obtained (245 bp and 271 bp, respectively). From the human CK8 / 18 positive colony (FIG. 23A), only the human β-actin amplicon of the 245-bp band was detected. Conversely, from the human CK8 / 18 negative region (FIG. 23B), the mouse β-actin amplicon of the 271 bp band was detected. Only were detected (FIG. 24, lane “region II”). Mouse and human DNA were used as control samples. A plasmid containing both mouse and human DNA target sequences was also used as a control.
When the production of human serum albumin after ganciclovir (GCV) administration and human hepatocyte transplantation was monitored, it was found that an amount of GCV of 0.5 to 1.5 mg / kg was optimal for transplantation of human hepatocytes. Although all 60 recipients differed in degree, human serum albumin was first detected in test recipients within 4 weeks after transplantation and gradually increased to reach a maximum concentration of 11.5 mg / ml several weeks later. (FIG. 3). The transplanted human hepatocytes were completely integrated into the liver structure of the recipient mouse (FIG. 6). The substitution index (RI) (ratio of the area occupied by CK8 / 18 positive hepatocytes in immunohistochemically stained sections) was strongly correlated with the measured human serum albumin concentration (R 2 = 0.9043) (FIG. 19). In mice where the human serum albumin concentration is> 1 mg / ml, RI> 10%. Based on this, 63% (38/60) livers of transplant recipients repopulated more than 10% human hepatocytes within 12 weeks (FIG. 3). Eleven cases were highly regrowth (RI> 40%, human serum> 4 mg / ml), and five cases were even more highly regrowth (RI> 80%, human serum> 8 mg / ml). In this example, frozen hepatocytes were used for transplantation only once (the continuous transplantation method in which human hepatocytes were isolated from engrafted TK-NOG mice and transplanted again was not performed. Nevertheless, high levels of human hepatocyte regrowth were observed in the livers of TK-NOG mice.
Three TK-NOG mice with human hepatocytes reconstituted to different extents (10%, 30% and 85% RI) were used for detailed analysis of liver histology, RNA and DNA, and serum proteins. Analysis was performed. By immunoblot analysis, several different human proteins (albumin, transferrin, complement C3 and ceruloplasmin) were detected in the sera of these mice (FIG. 3). Interesting is the presence of the 105 kDa human C3α ′ chain, indicating that the C3 precursor protein was processed by the C4b-C2a complex (C3 convertase). In uPA transgenic mice, it is thought that an increase in serum concentration of human C3 contributes to the onset of renal failure, and this is suppressed by administration of immunosuppressants (Tateno, C. et al. Am. J. et al.). Pathol.165, 901-912 (2004)). Surprisingly, however, TK-NOG mice do not develop renal failure and do not require immunosuppressants. Multiple human mRNAs present in mature hepatocytes were also expressed in large amounts in the liver of TK-NOG mice (FIG. 5). In addition, expression of human mRNAs of multiple drug metabolizing enzymes (UGT1A1, CYP1A1, CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6 and CYP3A4) and transporters ABCC2; MRP2, ABCB11; MDR / TAP) was confirmed in the liver of TK-NOG mice. (FIG. 20). In hematoxylin and eosin stained sections, human (CK8 / 18 positive) hepatocytes were clearly distinguished from mouse hepatocytes by size and whitish cytoplasm (Azuma, H. et al. Nat. Biotechnol. 25, 903-910 (2007). Muleman, P. et al. Hepatology 41, 847-856 (2005)) (FIG. 6). Human CK8 / 18 positive hepatocytes were also stained with HLA or human specific albumin antibody. This indicates that the human CK8 / 18 positive hepatocytes are not those of the mouse but are definitely human hepatocytes (FIG. 6). Glycogen accumulation was only seen in the cytoplasm of human hepatocytes. The reconstructed liver may have been caused by the fusion of human and mouse hepatocytes. However, human and mouse cell fusion was denied by the results of PCR analysis of the genome in tissues captured by immunofluorescence double staining and laser microdissection using antibodies specific for human or mouse albumin. It was.
Most human hepatocytes were present as small growth foci that grew clonally in host liver tissue within 6 weeks after transplantation (FIG. 6). To assess whether the reconstructed TK-NOG liver biliary or capillary network is functional, the biliary excretion test is a fluorescent metabolic marker, 5-carboxylfocein diacetate (5-CFDA) Was done using. 5-CFDA easily enters hepatocytes due to its lipophilicity, where it is metabolized to water-soluble fluorescent metabolite (CF) by esterase (Mor-Cohen, R. et al. J. Biol. Chem. 276, 36923). -36930 (2001)), Mrp2, an organic anion transporter, is excreted in bile. 15 minutes after 5-CFDA administration, the 5-CFDA metabolite is rapidly observed as a beehive structure on the leaflet, showing that the metabolite CF is excreted into the capillary (BC) (FIG. 7). This beehive pattern was also present in the region stained with human-specific anti-HLA and anti-MRP2 antibodies (FIG. 7). In contrast, human colon cancer growth foci formed in the liver of non-transgenic NOG mice transplanted with a human colon cancer cell line (HCT-116) were positive by human-specific anti-HLA staining but CF excretion. The beehive structure which shows was not recognized. Furthermore, anti-human MRP2 antibody was also negative in human colon cancer growth foci (FIG. 7). It was then examined whether the liver or bile duct system was functioning, i.e., bile collected through the common bile duct into the gallbladder and excreted from the duodenum into the intestine. In order to show that 90% or more of the liver is excreted by human hepatocytes, TK-NOG mice (Fig. 8), in which more than 90% of the liver is composed of human hepatocytes, excrete 5-CFDA metabolite (water soluble CF) It was investigated. Although no fluorescence derived from CF was observed in the feces until 6 hours after 5-CFDA administration, the peak reached after 7 hours (FIG. 9). The signal in the feces was eliminated within 10 hours after 5-CFDA administration, but a slight metabolite of 5-CFDA was detected in the bile of this mouse (FIG. 10). Furthermore, human bile protein (transferrin) was detected in the same bile sample (FIG. 11). Since 90% or more of hepatocytes in the mouse liver are replaced with human hepatocytes, it is considered that CF excreted in the intestinal tract of this mouse was substantially metabolized and excreted by human hepatocytes. These data indicate that the hepatobiliary system is normally constructed anatomically and that the foreign body excretion function is also working normally. Therefore, it is considered that the human liver reconstructed TK-NOG mouse has a biological function in which metabolites such as drugs circulate in the intestinal liver.
It was necessary to determine whether the liver reconstructed in TK-NOG mice had the three-dimensional structural characteristics of mature human liver. Therefore, the expression pattern of an enzyme (glutamine synthase (GS)) with different distribution characteristics in the hepatic lobule was examined, and the lobule structure formed in the reconstructed liver showed physiological functions (central vein region and portal vein region). It was evaluated whether it reflects the expression of enzymes induced by nutrient or oxygen concentration gradients. Usually, GS is expressed in hepatocytes in the immediate vicinity of the central venous region (Smith, DDJ et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 160-164 (1988)). No expression of GS was observed in hepatic lobule containing human hepatocytes 6 weeks after transplantation, suggesting functional immaturity at this point (6 weeks after transplantation) (FIG. 12). In contrast, GS expression was observed around the central vein in the reconstructed liver 16 weeks after transplantation (FIG. 12). The liver reconstructed with human hepatocytes expresses many liver-specific human genes, secretes human serum proteins, and partially forms a biliary network, but matures in physiological liver function Six weeks after transplantation was insufficient for conversion. It took 8-12 weeks for the liver to be reconstructed by heterologous human hepatocytes and to form more mature human liver structures. This result shows that in the study of autologous liver transplantation using mice (Braun, KM et al. Nat. Med. 6, 320-326 (2000)), 8 weeks after transplantation when substantial reconstitution occurred. Is consistent with the report that
These characteristics indicate that the human liver reconstituted in TK-NOG mice is a mature “human liver organ”. A novel TK-NOG platform having a three-dimensional structure such as the biliary network and functional lobule structure (site specific enzyme expression in the lobule), which is a characteristic of the mature liver, is a known uPA transgenic used for transplantation of human liver. Overcoming the limitations of mice and Fah knockout mice. The functions of mature liver, such as hepatobiliary network and functional lobule structure, can never be reproduced in in vitro experiments such as primary cultured hepatocytes without 3D structure (between cells). Humanized liver reconstructed in TK-NOG mice is a preferred platform for drug metabolism and liver research.

uPA−NOGマウスの作出とその機能解析
1.方法
本実施例は以下の方法で行った。
(1)トランスジェニックマウスの作出マウスウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子(Plau又はuPA)遺伝子発現ユニットは図25のように構築された。はじめにマウスuPA遺伝子が以下のプライマー;
を用いてアニーリング温度60℃にてPCRで増幅された。実施例1で記載された単純ヘルペスウイルス1型チミジンキナーゼ遺伝子発現プラスミド(pmAlbEPintUL23GH)が制限酵素Nhe I・Sal Iによって二重に消化されることによって、単純ヘルペスウイルス1型チミジンキナーゼ遺伝子部分が取り除かれた後に、対応部位に同酵素で処理した上記マウスuPA遺伝子(配列番号47)がクローニングされたプラスミド(pmAlbEPintPlauGH;GenBankアクセッション番号AB453180)が得られた。pmAlbEPintPlauGHプラスミドDNAがNot I及びKpn Iで消化され、ベクター部を含まない4.6−kbフラグメントがuPA発現ユニットとして調製された。当該発現ユニットが公知の方法でNOD/Shiマウスの受精卵にマイクロインジェクトされた。トランスジーンを有する産仔がMuPAF1フォワードプライマー5’−AGTGTATGCAGCCCCACTACTATG−3’(配列番号50)及びhGHR1リバースプライマー5’−CACTGGAGTGGCAACTTCCA−3’(配列番号8)を用いたPCRで同定された(アニーリング温度63℃)。尾組織から抽出したゲノムDNAが20μl反応混液中で、94℃2分、94℃30秒35サイクル、63℃20秒、68℃60秒、68℃3分の条件で増幅された。トランスジーンDNAはアガロースゲル上で383bpの増幅産物バンドとして確認された。雌のトランスジェニックマウスを雄のNOD.Cg−PrkdcscidIl2rgtm1Sug/ShiJic(NOG)と交配させscid及びIL2Rgnullの変異を有する個体が得られた。scid及びIL2Rgnull遺伝子の変異がPCRによりジェノタイピングされた(Maruyama,C.et al.Exp.Anim.51,391−393(2002):Ito,M.et al.Blood 100,3175−3182(2002))。作製したマウスの正式系統名は、NOD.Cg−PrkdcscidIl2rgtm1Sug Tg(Alb−Plau)11−4/ShiJicで表され、これをuPA−NOGと称する。
(2)RT−PCRによる導入遺伝子(マウスuPA cDNA)トランスクリプトの検出
29週齢のuPA−NOGマウス肝臓、腎臓及び脾臓からRNeasy Mini kit(Qiagen K.K.)を用いてトータルRNAが得られた。RT−PCRはHigh Capacity cDNA Reverse Transcription kit(Applied Biosystems)を用いて行われた。pCIspF forward primer5’−GAGGCACTGGGCAGGTGTCC−3’(配列番号13)及びMuPAR reverse primer 5’−AGGGCCGACCTTTGGTATCAGTG−3’(配列番号51)を用いて導入遺伝子(マウスuPA cDNA)トランスクリプトのスプライス型が365bpバンドとして検出された(アニーリング温度65℃)。G3PDHF forward primer 5’−TCACCATCTTCCAGGAGCGAGA−3’(配列番号15)及びG3PDHR reverse primer 5’−GAAGGCCATGCCAGTGAGCTT−3’(配列番号16)を用いて増幅した479bpグリセルアルデヒド−3−フォスフェートデヒドロゲナーゼ(Gapdh)フラグメントが内部標準として用いられた(アニーリング温度65℃)。
(3)自然発症肝臓傷害
肝臓傷害の程度はFUJI DRI−CHEM7000(Fujifilm)による生化学的血清検査(alanine aminotransferase aminotransferase(ALT)値の変動)により調べられた。
(4)サザンブロット分析
ゲノムDNAサンプルは8週齢uPA−NOGマウス及び非トランスジェニックマウスの肝臓及び腎臓を一晩プロテイナーゼKで消化を行い、フェノール:クロロフォルム:エタノール抽出することにより得られた。制限酵素XbaI、XhoI、BglII及びBamHIで消化したゲノムDNAが0.6%アガロースゲルで電気泳動され、陽性荷電ナイロン膜(F.Hoffmann−La Roche)にトランスファーされた。PCR DIG Probe Synthesis Kit(F.Hoffmann−La Roche)を用いて調製したDIG標識プローブを用いてハイブリダイゼーションが行われた。用いられたプライマーは以下の配列;
を有するものであった。プローブが認識する位置を図26中の*で示す。
(5)ヒト肝細胞の移植
市販の凍結ヒト肝細胞(Lonza Walkersville)をドナー細胞として用い、以下の一般的な方法で移植が行われた。6週齢の成体ヘミ接合型及びホモ接合型uPA−NOGマウスがレシピエントとして用いられた。細胞数及び生存率はトリパンブルー排除法により血球計算盤を用いて測定された。40μlのHank’s Balanced Solution(HBSS)又はWilliam’s medium Eに浮遊させた1〜2×10の生肝細胞が26ゲージの注射針をつけたハミルトンシリンジを用いて脾臓内に移植された。
(6)ヒトアルブミン測定
小量の血液が隔週で眼底静脈叢からプラスティックキャピラリーを用いて採取された。採取された血液は、1%ウシ血清アルブミン及び0.05%Tween20(BSA)を含むTBS(Tris−buffered saline)で500〜30000倍に希釈され、そのヒトアルブミン濃度がヒトアルブミンELISA Quantitation Kit(Bethyl Laboratories)を用いて測定された。閾値濃度は〜3×10ng/mlであった。
(7)イムノブロッティング
希釈血清サンプル(希釈倍率:2000倍)が5%βメルカプトエタノール含有SDSサンプルバッファーに溶解され、SDS−PAGEに供された後に、Hybond−ECL膜(GE Healthcare Bio−Sciences)に転写された。転写された膜がビオチン標識ポリクローナルヤギ抗マウスアルブミン抗体(A90−234A;Bethyl Laboratories)及びビオチン標識ポリクローナルヤギ抗ヒトアルブミン抗体(A80−229A;Bethyl Laboratories)と共にインキュベーションされ、洗浄後の当該膜は、西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)標識ストレプトアビジン(GE Healthcare Bio−Sciences)と共に60分間インキュベーションされた。ビオチン標識はFluoReporter Mini−Biotin−XX Protein Labeling Kit(Invitrogen Corp.,CA,USA)により行われ、ECL Western Detection System(GE Healthcare Bio−Sciences)及びHyperfilm ECL(GE Healthcare Bio−Sciences)を用いた発色が検出された。
(8)組織学及び免疫組織染色
フォルマリン固定した組織がパラフィンに包埋され、5μm切片を調製してヘマトキシリン及びエオシン染色(H&E)、及びポリクローナルヤギ抗ヒトアルブミン抗体(Bethyl Laboratories)を1次抗体とした免疫組織染色が行われた。ヤギIgがアミノ酸ポリマー/ペルオキシダーゼ複合体標識抗体(Histofine Simple Stain Mouse MAX PO(G);Nichirei Bioscience)及びジアミノベンジジン(DAB;Dojindo Laboratories)基質(0.2mg/ml 3,3’−ジアミノベンジジンテトラヒドロクロリド,0.05M Tris−HCl,pH7.6,and 0.005% H)を用いて可視化され、ヘマトキシリンを用いて対比染色が行われた。
2.結果
結果は以下のとおりであった。
(1)uPAトランスジェニックNOGマウスのキャラクタライゼーション
uPAのトランスジーン構造はマウスアルブミンエンハンサ/プロモーター(Alb En/Pro)、キメライントロン、mouse uPA cDNA、及びポリアデニル化シグナル(hGHpA)と共にヒト成長ホルモンの遺伝子の3’−UTRからなる。図25にその構造を示す。矢尻はトランスジーン特異的な転写物を検出するのに使用したプライマーの位置と方向を示す。それぞれの矢の先はオリゴヌクレオチドの3’末端を表す。NOG系統ではscid変異が引き起こすDNA再構成の欠陥により、遺伝子断片をマイクロインジェクトしても得られる産仔の数がきわめてすくない。そのためはじめに、NOD/Shi系統でuPA−遺伝子トランスジェニックマウスが確立された(uPA−トランスジェニック;系統11−4)。NOGマウスの遺伝背景はNOD/Shi系統そのものであり、scidとIL2Rgnull変異が唯一の違いであるため、その後、NOG系統と交配することにより、scidとIL2Rgnull変異を保有させ、重度の免疫不全系統であるNOG−Tg(Alb−Plau)11−4/ShiJic(正式には、NOD.Cg−PrkdcscidIl2rgtm1Sug Tg(Alb−Plau)11−4/ShiJic,abridged name:略してuPA−NOGと呼ぶ)が得られた。従来技術で観察されていたようなuPAトランスジェニックな胎生致死はホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウスでは観察されず、驚くべきことにuPA−NOGマウスはそのホモ系統での維持が可能であった。
図27に、uPAトランスジーン発現をRT−PCRで解析した結果を示す。uPAトランスジーンの検出は、正確にスプライシングされたキメライントロンの配列を特異的に認識するプライマーを用いられた。非トランスジェニックNOGマウス(Wild)、ヘミ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/+)、ホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg)の肝臓(Liver)、腎臓(Kidney)、脾臓(Spleen)についてその検出が行われ、ヘミ接合型及びホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウスの肝臓においてその発現が確認された。グリセロアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼ(Gapdh)が内部標準として使用された。
図28は、ヘミ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/+)及びホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg)における肝傷害マーカー・血清アラニンアミノトランスフェラーゼ(ALT)の活性を示す図である。ヘミ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/+)における肝傷害マーカー値は、点線で示す非トランスジェニックNOGマウス(Wild)の値に対し有意な差は認められなかった。一方、ホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg)におけるALT活性は生後6週以降、ヘミ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/+)及び非トランスジェニックNOGマウス(Wild)に対し有意な上昇が認められ、14週まで継続することが認められた。
ホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg)肝臓の肉眼像(図29A)及び肝細胞傷害像(図29B及びC)を図29に示す。非特許文献6のuPAトランスジェニックマウスでは肝臓自体の白色変性が報告されているが、驚くべきことに本発明のuPA−NOGマウスでは生後6週のホモ接合型マウス(Tg/Tg)の肝臓でも肉眼的異常は認められなかった。生後6週のホモ接合型マウス(Tg/Tg)の肝臓のH&E染色像を図29Bに示す。主として中心静脈域に肝細胞の退行変性巣やエオシン好性体が見られた。生後16週のホモ接合型ではエオシン好性体の増加を伴う肝細胞メガロサイトーシスが顕著に認められた(図29C)。
図30に、uPA−NOGマウスに導入されたuPAトランスジーンのサザンブロット法による分子解析の結果を示す。非トランスジェニックNOGマウス腎臓(Kid.(W))とuPA−NOGマウス腎臓(Kid.(Tg))及びuPA−NOGマウス肝臓(Liv.(Tg))からのゲノムDNAサンプルをサザンブロット解析のためにXba I及びXho Iで消化した(図30左)。遺伝子導入に使用した4.6−kbのuPA発現ユニット(Cont.)が陽性対照として使用された。非特許文献6のuPAトランスジェニックマウスでは肝臓でのトランスジーン欠失が報告されているが、驚くべきことに本発明のuPA−NOGマウスでは肝臓でのトランスジーン欠失は認められなかった。非トランスジェニックNOGマウス腎臓(Wild)及びuPA−NOGマウス腎臓(Tg)からのゲノムDNAサンプルをサザンブロット解析のためにBgl II及びBam HIで消化した(図30右)。解析の結果、uPA−NOGマウスは少なくとも3コピーのuPA発現ユニットを保有することが明らかとなった。
図26に、uPA−NOGマウスのトランスジーンの制限地図と構造を示す。Xba I(Xb)、Bgl II(Bg)、Bam HI(Ba)及びXho I(Xh)による切断部位を示す。アスタリスクはDIGによってラベルされたプローブで認識される位置を示す。
(2)uPA−NOGマウスへのヒト肝細胞の移植と肝再構築
図31にヒトの肝細胞を移植したヘミ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/+)(図31A)及びホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg1)(図31B)の肝臓肉眼像を示す。驚くべきことに、ヒト肝細胞の移植から10週後においても、非特許文献6で報告されている白色変性は認められなかった。
図32にuPA−NOGマウスの血清ヒトアルブミン濃度の推移(図32A)と体重変化(図32B)を示す。ヘミ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/+)における血清ヒトアルブミン濃度は、点線で示す非トランスジェニックNOGマウス(Wild)の値と同レベルであり、ヒト肝細胞の生着が確認されなかった。一方、ホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg1及び2)における血清ヒトアルブミン濃度はヒト肝細胞移植後約4週から上昇し、移植した2例中2例とも血清ヒトアルブミン濃度が1mg/ml以上、すなわち、ヒト肝細胞による置換率が10〜15%となった。1例は更に上昇を続け、血清ヒトアルブミン濃度が6.5mg/mlにまで達した。ヒト肝細胞が移植されたホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg1及び2)の成長は良好であった。これらのマウス血清を免疫ブロット法により解析した結果を図33に示す。マウス及びヒト血清が陽性及び陰性コントロールとして用いられた。抗ヒトアルブミン抗体ではヒト肝細胞が移植されたホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg1及び2)とヒト血清のみで65kDaのバンドが認められた。抗マウスアルブミン抗体ではヒト血清以外で65kDaのバンドが認められた。
ヒト肝細胞移植10週後のホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウス(Tg/Tg1及び2)の抗ヒトアルブミン抗体による免疫染色及びH&E染色結果を図34に示す。Tg/Tg1ホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウスにおける血清ヒトアルブミン濃度は1.8mg/mlに達し、抗ヒトアルブミン抗体染色では切片上の約20%がヒト肝細胞であった(図34A)。一方、血清ヒトアルブミン濃度が6.5mg/mlに達したTg/Tg2ホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウスの抗ヒトアルブミン抗体染色では切片上の約80%がヒト肝細胞であった(図34B)。Tg/Tg1ホモ接合型トランスジェニックuPA−NOGマウスにおける抗ヒトアルブミン抗体染色陽性部(図34C)はH&E染色において細胞質が透明でああることが観察された(図34D)。上記の観察はヒト肝細胞中に蓄積したグリコーゲン顆粒がH&E染色で透明になるという非特許文献2及び4の報告と一致する。
1. Production of uPA-NOG mouse and analysis of its function Method This example was carried out by the following method.
(1) Production of transgenic mice A mouse urokinase-type plasminogen activator (Plau or uPA) gene expression unit was constructed as shown in FIG. First the mouse uPA gene has the following primers:
Was amplified by PCR at an annealing temperature of 60 ° C. The herpes simplex virus type 1 thymidine kinase gene portion is removed by double digestion of the herpes simplex virus type 1 thymidine kinase gene expression plasmid (pmAlbEPintUL23GH) described in Example 1 with the restriction enzymes Nhe I and Sal I. Thereafter, a plasmid (pmAlbEPintPlauGH; GenBank accession number AB453180) in which the mouse uPA gene (SEQ ID NO: 47) treated with the same enzyme at the corresponding site was cloned was obtained. The pmAlbEPintPlauGH plasmid DNA was digested with Not I and Kpn I, and a 4.6-kb fragment without the vector portion was prepared as a uPA expression unit. The expression unit was microinjected into fertilized eggs of NOD / Shi mice by a known method. Offspring with the transgene were identified by PCR using the MuPAF1 forward primer 5′-AGTGTATGCAGCCCCCACTACTATG-3 ′ (SEQ ID NO: 50) and hGHR1 reverse primer 5′-CACTGGAGTGCAACTACTCA-3 ′ (SEQ ID NO: 8) (annealing temperature 63). ° C). Genomic DNA extracted from the tail tissue was amplified in a 20 μl reaction mixture at 94 ° C. for 2 minutes, 94 ° C. for 30 seconds 35 cycles, 63 ° C. for 20 seconds, 68 ° C. for 60 seconds, and 68 ° C. for 3 minutes. The transgene DNA was identified as an amplification product band of 383 bp on the agarose gel. Female transgenic mice were treated with male NOD. An individual having a mutation of scid and IL2Rg null was obtained by mating with Cg-Prkdc scid I12rg tm1Sug / ShiJic (NOG). The scid and IL2Rg null gene mutations were genotyped by PCR (Maruyama, C. et al. Exp. Anim. 51, 391-393 (2002): Ito, M. et al. Blood 100, 3175-3182 (2002). )). The official strain name of the produced mouse is NOD. Cg-Prkdc scid Il2rg tm1Sug Tg (Alb-Plau) 11-4 / ShiJic is referred to as uPA-NOG.
(2) Detection of transgene (mouse uPA cDNA) transcript by RT-PCR Total RNA was obtained from the liver, kidney and spleen of 29-week-old uPA-NOG mice using RNeasy Mini kit (Qiagen KK). It was. RT-PCR was performed using a High Capacity cDNA Reverse Transcription kit (Applied Biosystems). pCIspF forward primer 5′-GAGGCACTGGGGAGGTGTCC-3 ′ (SEQ ID NO: 13) and MuPAR reverse primer 5′-AGGGCCGACTTTGGTATCAGTG-3 ′ (sequence number 51) (Annealing temperature 65 ° C.). 479 bp glyceraldehyde d-phospho glycase aldehyde d-hose glycealdehyde d-hose glycealdehyde d-hose glyceraldehyde d-phosphorase 3 h (SEQ ID NO: 15) and G3PDHR reverse primer 5'-GAAGGCCATGCCCAGTGAGCTT-3 '(SEQ ID NO: 16) amplified with G3PDHF forward primer 5'-TCACCCATCTTCCAGAGCGAGA-3' (SEQ ID NO: 15) Was used as an internal standard (annealing temperature 65 ° C.).
(3) Spontaneous liver injury The degree of liver injury was examined by biochemical serum test (variation of alanine aminotransferase aminotransferase (ALT) value) by FUJI DRI-CHEM7000 (Fujifilm).
(4) Southern blot analysis Genomic DNA samples were obtained by digesting the liver and kidney of 8-week-old uPA-NOG mice and non-transgenic mice with proteinase overnight, followed by phenol: chloroform: ethanol extraction. Genomic DNA digested with restriction enzymes XbaI, XhoI, BglII and BamHI was electrophoresed on a 0.6% agarose gel and transferred to a positively charged nylon membrane (F. Hoffmann-La Roche). Hybridization was performed using a DIG-labeled probe prepared using PCR DIG Probe Synthesis Kit (F. Hoffmann-La Roche). The primers used were the following sequences:
It was what had. The position recognized by the probe is indicated by * in FIG.
(5) Transplantation of human hepatocytes Using commercially available frozen human hepatocytes (Lonza Walkersville) as donor cells, transplantation was performed by the following general method. Six-week-old adult hemizygous and homozygous uPA-NOG mice were used as recipients. Cell number and viability were measured using a hemocytometer by trypan blue exclusion. Transplanted into the spleen using a Hamilton syringe 40μl of Hank's Balanced Solution (HBSS) or William's medium 1~2 × 10 6 viable hepatocytes that were suspended in E is attached an injection needle of 26 gauge .
(6) Measurement of human albumin A small amount of blood was collected every other week from the fundus venous plexus using a plastic capillary. The collected blood was diluted 500 to 30000 times with TBS (Tris-buffered saline) containing 1% bovine serum albumin and 0.05% Tween 20 (BSA), and the human albumin concentration was diluted with human albumin ELISA Quantification Kit (Bethyl Laboratories). The threshold concentration was ˜3 × 10 3 ng / ml.
(7) Immunoblotting After a diluted serum sample (dilution ratio: 2000 times) was dissolved in an SDS sample buffer containing 5% β mercaptoethanol and subjected to SDS-PAGE, it was applied to a Hybond-ECL membrane (GE Healthcare Bio-Sciences). It was transcribed. The transferred membrane was incubated with a biotin-labeled polyclonal goat anti-mouse albumin antibody (A90-234A; Bethyl Laboratories) and a biotin-labeled polyclonal goat anti-human albumin antibody (A80-229A; Bethyl Laboratories). Incubated with horseradish peroxidase (HRP) labeled streptavidin (GE Healthcare Bio-Sciences) for 60 minutes. Biotin labeling was performed by the FluoReporter Mini-Biotin-XX Protein Labeling Kit (Invitrogen Corp., CA, USA), and ECL Western Detection System (GE Healthcare Bio-Sciences) and GE Healthcare Bio-Sciences. Was detected.
(8) Histology and immunohistochemical staining Formalin-fixed tissue is embedded in paraffin, 5 μm sections are prepared, hematoxylin and eosin staining (H & E), and polyclonal goat anti-human albumin antibody (Bethyl Laboratories) as primary antibody Immunohistochemical staining was performed. Goat Ig is an amino acid polymer / peroxidase complex labeled antibody (Histofine Simple Stain Mouse MAX PO (G); Nichirei Bioscience) and diaminobenzidine (DAB) substrate (0.2 mg / ml 3,3'-diaminobenzidine , 0.05 M Tris-HCl, pH 7.6 and 0.005% H 2 O 2 ) and counterstained with hematoxylin.
2. The results were as follows.
(1) Characterization of uPA transgenic NOG mice The transgene structure of uPA, together with mouse albumin enhancer / promoter (Alb En / Pro), chimeric intron, mouse uPA cDNA, and polyadenylation signal (hGHpA) It consists of 3'-UTR. FIG. 25 shows the structure. Arrowheads indicate the position and orientation of the primers used to detect transgene-specific transcripts. The tip of each arrow represents the 3 ′ end of the oligonucleotide. In the NOG strain, the number of offspring obtained by microinjecting a gene fragment is extremely small due to a defect in DNA rearrangement caused by a scid mutation. Therefore, first, a uPA-gene transgenic mouse was established in the NOD / Shi line (uPA-transgenic; line 11-4). Genetic background of NOG mice were NOD / Shi system itself, since scid the IL2RG null mutation is the only difference, then, by mating with NOG system, to possess scid and IL2RG null mutation, severe immunodeficiency NOG-Tg (Alb-Plau) 11-4 / ShiJic (formally NOD.Cg-Prkdc scid Il2rg tm1Sug Tg (Alb-Plau) 11-4 / ShiJic, abbreviated name: uPA-NOG for short) Called). The uPA transgenic embryonic lethality as observed in the prior art was not observed in homozygous transgenic uPA-NOG mice, and surprisingly, uPA-NOG mice could be maintained in that homozygous line. .
FIG. 27 shows the results of analysis of uPA transgene expression by RT-PCR. The uPA transgene was detected using primers that specifically recognize the sequence of the correctly spliced chimeric intron. Liver (Liver), kidney (Kidney), spleen of non-transgenic NOG mouse (Wild), hemizygous transgenic uPA-NOG mouse (Tg / +), homozygous transgenic uPA-NOG mouse (Tg / Tg) (Splen) was detected and its expression was confirmed in the livers of hemizygous and homozygous transgenic uPA-NOG mice. Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (Gapdh) was used as an internal standard.
FIG. 28 is a diagram showing the activity of a liver injury marker / serum alanine aminotransferase (ALT) in hemizygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / +) and homozygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / Tg). It is. The liver injury marker value in hemizygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / +) was not significantly different from the value of non-transgenic NOG mice (Wild) indicated by dotted lines. On the other hand, ALT activity in homozygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / Tg) is higher than that of hemizygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / +) and non-transgenic NOG mice (Wild) after 6 weeks of age. A significant increase was observed and continued to last up to 14 weeks.
Homozygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / Tg) liver images (FIG. 29A) and hepatocellular injury images (FIGS. 29B and C) are shown in FIG. In the non-patent document 6 of the uPA transgenic mouse, white degeneration of the liver itself has been reported, but surprisingly, in the uPA-NOG mouse of the present invention, even in the liver of a 6-week-old homozygous mouse (Tg / Tg). There were no gross abnormalities. FIG. 29B shows an H & E-stained image of the liver of a 6-week-old homozygous mouse (Tg / Tg). Degenerative lesions of hepatocytes and eosin eosinophils were observed mainly in the central venous region. In the 16-week-old homozygous type, hepatocyte megalocytosis accompanied by an increase in eosinophils was markedly observed (FIG. 29C).
FIG. 30 shows the results of molecular analysis by Southern blotting of the uPA transgene introduced into uPA-NOG mice. Genomic DNA samples from non-transgenic NOG mouse kidney (Kid. (W)) and uPA-NOG mouse kidney (Kid. (Tg)) and uPA-NOG mouse liver (Liv. (Tg)) for Southern blot analysis. Digested with Xba I and Xho I (FIG. 30 left). The 4.6-kb uPA expression unit (Cont.) Used for gene transfer was used as a positive control. The transgene deletion in the liver was reported in the non-patent document 6 of the uPA transgenic mouse, but surprisingly, the transgene deletion in the liver was not observed in the uPA-NOG mouse of the present invention. Genomic DNA samples from non-transgenic NOG mouse kidney (Wild) and uPA-NOG mouse kidney (Tg) were digested with Bgl II and Bam HI for Southern blot analysis (FIG. 30 right). Analysis revealed that uPA-NOG mice possess at least 3 copies of uPA expression units.
FIG. 26 shows a restriction map and structure of the transgene of uPA-NOG mice. The cleavage sites by Xba I (Xb), Bgl II (Bg), Bam HI (Ba) and Xho I (Xh) are shown. The asterisk indicates the position recognized by the probe labeled with DIG.
(2) Transplantation of human hepatocytes into uPA-NOG mice and liver reconstruction FIG. 31 shows hemizygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / +) transplanted with human hepatocytes (FIG. 31A) and homozygous type. The liver macroscopic image of a transgenic uPA-NOG mouse (Tg / Tg1) (FIG. 31B) is shown. Surprisingly, even after 10 weeks from the transplantation of human hepatocytes, the white degeneration reported in Non-Patent Document 6 was not observed.
FIG. 32 shows changes in serum human albumin concentration (FIG. 32A) and body weight changes (FIG. 32B) of uPA-NOG mice. Serum human albumin concentration in hemizygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / +) is the same level as that of non-transgenic NOG mice (Wild) indicated by dotted lines, and human hepatocyte engraftment was not confirmed It was. On the other hand, the serum human albumin concentration in homozygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / Tg1 and 2) increased from about 4 weeks after transplantation of human hepatocytes, and the serum human albumin concentration was 1 mg in 2 of the 2 transplanted cases. / Ml or more, that is, the replacement rate with human hepatocytes was 10-15%. One patient continued to rise and the serum human albumin concentration reached 6.5 mg / ml. The growth of homozygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / Tg1 and 2) transplanted with human hepatocytes was good. The results of analyzing these mouse sera by immunoblotting are shown in FIG. Mouse and human sera were used as positive and negative controls. With the anti-human albumin antibody, a 65 kDa band was observed only in homozygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / Tg1 and 2) transplanted with human hepatocytes and human serum. In the anti-mouse albumin antibody, a band of 65 kDa was observed except for human serum.
FIG. 34 shows the results of immunostaining and H & E staining of anti-human albumin antibodies of homozygous transgenic uPA-NOG mice (Tg / Tg1 and 2) 10 weeks after transplantation of human hepatocytes. Serum human albumin concentration in Tg / Tg1 homozygous transgenic uPA-NOG mice reached 1.8 mg / ml, and in anti-human albumin antibody staining, about 20% of the sections were human hepatocytes (FIG. 34A). On the other hand, in anti-human albumin antibody staining of Tg / Tg2 homozygous transgenic uPA-NOG mice whose serum human albumin concentration reached 6.5 mg / ml, about 80% of the sections were human hepatocytes (FIG. 34B). ). In the Tg / Tg1 homozygous transgenic uPA-NOG mouse, it was observed that the anti-human albumin antibody staining positive part (FIG. 34C) was transparent in H & E staining (FIG. 34D). The above observation is consistent with the reports of Non-Patent Documents 2 and 4 that glycogen granules accumulated in human hepatocytes become transparent by H & E staining.

医薬の血漿中動態、代謝物の同定、代謝速度等の評価
1.ヒト化肝臓を有するマウス生体内でのDebrisoquin(DB)又はS−Warfarine(WF)の代謝試験
肝臓の50%以上がヒト肝細胞によって置換されたキメラマウス(hu−Liver:血液中のヒトアルブミン濃度が4.5mg/mL以上)に対し、DB(Research Biochemicals International)が2.0mg/kgの用量にて強制経口投与、又は、WF(和光純薬工業株式会社)が30mg/kgの容量にて腹腔内投与された。DB又はWF投与後0、0.5、1、2、4、7及び24時間後に40μl容量の血液試料が眼窩採血により回収され、当該血液より血漿が遠心分離によって分離された。
2.LC−MS/MSによるDB、4−ヒドロキシDB(4−OH DB)、WF及び7−ヒドロキシWF(7−OH WF)の定量
DB及び4−OH DBの血漿中濃度は以下の方法で測定された。マウス血漿5μLに蒸留水150μLを添加し、内標準物質である20nM imipramineのエタノール溶液が20μl混入された後に、固相抽出にかけられた。5%メタノールで洗浄した後、2−プロパノール/アセトニトリル混液で溶出された。溶出液がLC−MS/MSにて定量された。観測イオンはDBに対してはm/z 176及び134、4−OH DBに対してはm/z 192及び132、内標準物質に対してはm/z 281及び86であった。
WF及び7−OH WFの血漿中濃度は以下の方法で測定された。マウス血漿5μLに蒸留水150μLを添加し、内標準物質である50nM 2−benzylphenolのエタノール溶液が20μl混入された後に、固相抽出にかけられた。5%メタノールで洗浄した後、2−プロパノール/アセトニトリル混液で溶出された。溶出液が前記と同様にLC−MS/MSにて定量された。
3.薬物動態解析
解析ソフトWInNonlinを用いてDB、4−OH DB、WF及び7−OH WFの血漿中濃度から、血漿中薬物濃度下面積(AUC)が算出された。統計解析はSASプログラムを用いて実施された。指定時間経過後のdebrisoquin、および、CYP2D6によるその代謝産物4’−hydroxydebrisoquinの血液中濃度がそれぞれ図35A及び図35Bに示される。Debrisoquinの血液中濃度変化は、コントロールであるNOGとhu−Liverの間に差を認めなかったが(図35A)、4’−hydroxydebrisoquinは、いずれの時間においてもNOGに比べhu−Liverにて高濃度で検出された(図35B)。算出されたAUC値は、NOGに比べhu−Liverで有意に高値であった(図35C)。同様に、warfarinを投与したとき、CYP2C9によるその代謝産物7−hydroxywarfarinのAUC値はコントロールに比べhu−Liverで高値を示した(図35D)。CYP2D6、および、CYP2C9による代謝反応は、マウスでは進行しにくいことが知られており、Debrisoquin、および、Warfarinのこれら酵素による各代謝産物がコントロールに比較してhu−Liverにおいてより多量に検出された結果は、キメラマウスに生着したヒト肝細胞がマウス生体内においても機能性を保持し、これら代謝反応へ寄与していることを示唆するものである。
Evaluation of drug pharmacokinetics, metabolite identification, metabolic rate, etc. Metabolic test of Debrisoquin (DB) or S-Warfarine (WF) in vivo in mice with humanized liver Chimeric mice in which 50% or more of the liver was replaced by human hepatocytes (hu-Liver: human albumin concentration in blood) Is 4.5 mg / mL or more), DB (Research Biochemicals International) is forcibly administered orally at a dose of 2.0 mg / kg, or WF (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is at a capacity of 30 mg / kg. It was administered intraperitoneally. At 0, 0.5, 1, 2, 4, 7 and 24 hours after administration of DB or WF, 40 μl blood samples were collected by orbital blood collection, and plasma was separated from the blood by centrifugation.
2. Determination of DB, 4-hydroxy DB (4-OH DB), WF and 7-hydroxy WF (7-OH WF) by LC-MS / MS Plasma concentrations of DB and 4-OH DB were measured by the following method. It was. Distilled water (150 μL) was added to mouse plasma (5 μL), and 20 μl of an ethanol solution of 20 nM imipramine, which is an internal standard substance, was mixed, followed by solid phase extraction. After washing with 5% methanol, elution was performed with a 2-propanol / acetonitrile mixture. The eluate was quantified by LC-MS / MS. The observed ions were m / z 176 and 134 for DB, m / z 192 and 132 for 4-OH DB, and m / z 281 and 86 for the internal standard.
Plasma concentrations of WF and 7-OH WF were measured by the following method. Distilled water (150 μL) was added to 5 μL of mouse plasma, and 20 μL of 50 nM 2-benzylphenol ethanol solution as an internal standard substance was mixed, followed by solid phase extraction. After washing with 5% methanol, elution was performed with a 2-propanol / acetonitrile mixture. The eluate was quantified by LC-MS / MS as described above.
3. Pharmacokinetic analysis Plasma area under drug concentration (AUC) was calculated from plasma concentrations of DB, 4-OH DB, WF and 7-OH WF using analysis software WInNonlin. Statistical analysis was performed using the SAS program. The blood concentrations of debrisoquin after the lapse of the specified time and its metabolite 4′-hydroxydebrisoquin by CYP2D6 are shown in FIGS. 35A and 35B, respectively. There was no difference in blood concentration of Debrisoquin between the control NOG and hu-Liver (Fig. 35A), but 4'-hydroxydebrisoquin was higher in hu-Liver than NOG at any time. Detected by concentration (Figure 35B). The calculated AUC value was significantly higher in hu-Liver than NOG (FIG. 35C). Similarly, when warfarin was administered, the AUC value of its metabolite 7-hydroxywarfarin by CYP2C9 was higher in hu-Liver than in the control (FIG. 35D). Metabolic reactions by CYP2D6 and CYP2C9 are known to be difficult to proceed in mice, and each metabolite of Debrisoquin and Warfarin was detected in hu-Liver in greater amounts compared to controls. The results suggest that human hepatocytes engrafted in chimeric mice retain their functionality in the mouse body and contribute to these metabolic reactions.

ドナー細胞中の増殖性細胞(肝幹細胞、肝前駆細胞等)の検出
1.ヒト正常肝細胞の移植
市販の凍結ヒト肝細胞がドナー細胞として用いられ、以下の一般的な方法で移植が行われた。TK−NOGマウスにおいては、6〜8週齢の成体がレシピエントとして用いられ、移植の5及び3日前にGCV(0.5〜1.5mg/kg)が腹腔内に投与された。uPA−NOGにおいては、6週齢の成体ホモ接合体がレシピエントとして用いられた。40μlのHank’s Balanced Solution(HBSS)又はWilliam’s medium Eに浮遊させた1〜2×10の肝細胞が26ゲージの注射針をつけたハミルトンシリンジを用いて脾臓内に移植された。
2.増殖性ヒト細胞の検出
フォルマリン固定された肝臓がパラフィンに包埋され、その5μm切片が調製された。切片はtarget retrieval solution(0.1M citrate buffer,pH6.0;1mM EDTA,pH9.0)に浸漬され10分間オートクレーブの処理を受けた後に20分間室温に置かれた。モノクローナルマウス抗ヒトKi−67antigen抗体(clone MIB−1;Dako)が1次抗体として用いられた。明視野免疫組織染色のために、マウスIgがアミノ酸ポリマー/ペルオキシダーゼ複合体標識抗体(Histofine Simple Stain Mouse MAX PO(M);Nichirei Bioscience)及びジアミノベンジジン(DAB;Dojindo Laboratories)基質(0.2mg/ml 3,3’−ジアミノベンジジンテトラヒドロクロリド,0.05M Tris−HCl,pH7.6,and 0.005% H)を用いて可視化された。切片がヘマトキシリンを用いて対比染色された。
3.ヒト化肝臓を有するマウスにおけるヒト増殖性肝細胞の検出
TK−NOG、および、uPA−NOGマウス肝臓に生着したヒト正常肝細胞を細胞増殖マーカー(MIB−1)で免疫染色した結果を図36に示した。Ki−67抗原は機能面で不明な点も多いが、S期で発現量の増加がおこり、M期で最大となるといわれている。そのため、Ki−67抗原の発現が見られた細胞は、細胞周期に入っていることを表わしている。図36AではTK−NOGマウス肝臓に形成されたヒト肝細胞コロニー中に、細胞増殖マーカー(抗ヒトKi−67抗原)陽性細胞が多数認められた。また、uPA−NOGマウス肝臓に形成されたヒト肝細胞コロニー中にも細胞増殖マーカー陽性細胞が同様に認められた(図36B)。
市販のヒト正常肝細胞(肝臓を酵素処理で分散した細胞)は肝臓中のすべての細胞集団を含んでいる。この細胞をドナー細胞としてTK−NOG、および、uPA−NOGマウスに移植したいずれの場合も肝臓内にヒト肝細胞コロニーが形成された。更にヒト肝細胞コロニー中にはヒト特異的な細胞増殖マーカー染色陽性の細胞が認められた。このことはドナー細胞中に分裂増殖する能力を有する肝細胞、あるいは肝前駆細胞、肝幹細胞が存在することを示し、本発明のマウスを用いることにより、容易にドナー細胞中の肝前駆細胞や肝幹細胞の存在を評価することが可能となる。
1. Detection of proliferating cells (hepatic stem cells, hepatic progenitor cells, etc.) in donor cells Transplantation of normal human hepatocytes Commercially frozen human hepatocytes were used as donor cells, and transplantation was performed by the following general method. In TK-NOG mice, 6-8 week old adults were used as recipients and GCV (0.5-1.5 mg / kg) was administered intraperitoneally 5 and 3 days before transplantation. In uPA-NOG, 6-week-old adult homozygotes were used as recipients. 40 μl Hank's Balanced Solution (HBSS) or William's medium E 1-2 × 10 6 hepatocytes were transplanted into the spleen using a Hamilton syringe with a 26 gauge needle.
2. Detection of proliferating human cells Formalin-fixed livers were embedded in paraffin and 5 μm sections thereof were prepared. The sections were immersed in a target retrieval solution (0.1 M citrate buffer, pH 6.0; 1 mM EDTA, pH 9.0), subjected to autoclaving for 10 minutes, and then placed at room temperature for 20 minutes. Monoclonal mouse anti-human Ki-67antigen antibody (clone MIB-1; Dako) was used as the primary antibody. For bright field immunohistochemical staining, mouse Ig was treated with amino acid polymer / peroxidase complex-labeled antibody (Histofine Simple Stain Mouse MAX PO (M); Nichirei Bioscience) and diaminobenzidine (DAB; Dojindo Laboratories) substrate (0.2 mg / ml). 3,3′-diaminobenzidine tetrahydrochloride, 0.05M Tris-HCl, pH 7.6, and 0.005% H 2 O 2 ). Sections were counterstained with hematoxylin.
3. Detection of human proliferative hepatocytes in mice with humanized liver FIG. 36 shows the results of immunostaining human normal hepatocytes engrafted in the liver of TK-NOG and uPA-NOG mice with a cell proliferation marker (MIB-1). It was shown to. Although the Ki-67 antigen has many unclear points in terms of function, it is said that the expression level increases in the S phase and becomes maximum in the M phase. Therefore, the cells in which the expression of Ki-67 antigen was observed indicate that they are in the cell cycle. In FIG. 36A, many cell proliferation marker (anti-human Ki-67 antigen) positive cells were observed in human hepatocyte colonies formed in the TK-NOG mouse liver. In addition, cell proliferation marker positive cells were also observed in human hepatocyte colonies formed in uPA-NOG mouse liver (FIG. 36B).
Commercially available human normal hepatocytes (cells in which the liver is dispersed by enzyme treatment) include all cell populations in the liver. In both cases where these cells were transplanted as donor cells into TK-NOG and uPA-NOG mice, human hepatocyte colonies were formed in the liver. Furthermore, human-specific cell proliferation marker staining positive cells were observed in human hepatocyte colonies. This indicates that there are hepatocytes or hepatic progenitor cells and hepatic stem cells having the ability to divide and proliferate in donor cells. By using the mouse of the present invention, hepatic progenitor cells and hepatic cells in donor cells can be easily used. The presence of stem cells can be evaluated.

TK−Balb/c dKOマウス、及び、TK−NOD dKOマウスを用いたヒト肝臓再構築キメラマウスの作製
1.TK−Balb/c dKOマウスの作製
TK−Balb/c dKOマウスは、TK−NOGマウスとBalb/cA dKOマウス(RAG−2 KO,IL−2Rnull)を交配した結果得られたF1世代マウスと、Balb/cA dKOマウスとの交配を繰り返すことにより作製された。Balb/cA dKOマウスによる戻し交配の過程において、産仔マウスのHSV−Tk、SCID、RAG−2、及び、IL−2R遺伝子の検査が行われ、遺伝背景をBalb/cとするTK−Balb/c dKOマウス(HSV−Tk(+),SCID wild,RAG−2 KO,IL−2Rnull)が得られた。
2.TK−NOD dKOマウスの作製
TK−dKOマウスは、TK−NOGマウスとNOD dKOマウス(RAG−2 KO,IL−2Rnull)を交配した結果得られたF1世代マウスと、NOD dKOマウスとの交配を繰り返すことにより作製された。NOD dKOマウスによる戻し交配の過程において、産仔マウスのHSV−Tk、SCID、RAG−2、及び、IL−2R遺伝子の検査が行われ、遺伝背景をNODとするTK−NOD dKOマウス(HSV−Tk(+),SCID wild,RAG−2 KO,IL−2Rnull)が得られた。HSV−tk遺伝子型検査用プライマーとして以下の配列;
scid遺伝子型検査用プライマーとして以下の配列;
RAG2/IL−2R遺伝子型検査用プライマーとして以下の配列;
IL−2R遺伝子型検査用プライマーとして以下の配列;
が、実施例1に記載されたPCRで使用された方法に準じたPCR反応に用いられた。
3.TK−Balb/c dKOマウス、及び、TK−NOD dKOマウスを用いたヒト肝臓再構築キメラマウスの作製
ヒト肝キメラマウスはTK−NOGマウスでの方法に準じて作製された。TK−Balb/c dKOマウス、及び、TK−NOD dKOマウスの腹腔内にGCVが5mg/kgで隔日にて2回投与された。2回目のGCV投与後の3日目に、HBSSに懸濁されたヒト肝細胞が26Gの注射針を備えたハミルトンシリンジを用いてマウス脾門部より移植された。血中GPT値の経過観察に基づくと、高い肝傷害がモニターされたにもかかわらず当該肝傷害を有するマウスの著しい体重減少は認められなかった。血液中にヒトアルブミンが確認された個体は安楽死され、その肝臓が採取された。採取された肝臓から、パラフィン包埋された組織切片が作製され、当該切片に対して抗ヒトサイトケラチン8/18抗体による免疫組織染色が行われた。ヒト肝細胞を移植したTK−Balb/c dKOマウス、及び、NOD dKOマウスの肝臓の抗ヒトサイトケラチン8/18抗体による免疫組織染色像が、それぞれ図37A、及び、図37Bに示される。TK−Balb/c dKOマウス、及び、NOD dKOマウスにおける、ヒトサイトケラチン8/18抗体にて染色されるヒト肝細胞の生着が確認された。
1. Production of human liver reconstructed chimeric mouse using TK-Balb / c dKO mouse and TK-NOD dKO mouse Preparation of TK-Balb / c dKO mice TK-Balb / c dKO mice and F1 generation mice obtained as a result of crossing TK-NOG mice with Balb / cA dKO mice (RAG-2 KO, IL-2R null ) , By repeated mating with Balb / cA dKO mice. In the process of backcrossing with Balb / cA dKO mice, the HSV-Tk, SCID, RAG-2, and IL-2R genes of the litter mice are examined, and the genetic background is Balb / c. TK-Balb / c dKO mice (HSV-Tk (+), SCID wild, RAG-2 KO, IL-2R null ) were obtained.
2. Preparation of TK-NOD dKO mice TK-dKO mice are crosses between F1 generation mice obtained by mating TK-NOG mice and NOD dKO mice (RAG-2 KO, IL-2R null ) and NOD dKO mice. It was produced by repeating. In the process of backcrossing with NOD dKO mice, the HSV-Tk, SCID, RAG-2 and IL-2R genes of the offspring mice are examined, and the genetic background is NOD. TK-NOD dKO mice (HSV- Tk (+), SCID wild, RAG-2 KO, IL-2R null ) were obtained. The following sequences as primers for HSV-tk genotyping:
The following sequences as primers for scid genotyping:
The following sequences as primers for RAG2 / IL-2R genotyping:
The following sequences as primers for IL-2R genotyping:
Was used in the PCR reaction according to the method used in the PCR described in Example 1.
3. Production of human liver reconstructed chimeric mouse using TK-Balb / c dKO mouse and TK-NOD dKO mouse A human liver chimeric mouse was produced according to the method of TK-NOG mouse. GCV was administered twice a day at 5 mg / kg intraperitoneally in TK-Balb / c dKO mice and TK-NOD dKO mice. On the third day after the second GCV administration, human hepatocytes suspended in HBSS were transplanted from the mouse spleen using a Hamilton syringe equipped with a 26G needle. Based on the follow-up of blood GPT values, no significant weight loss was observed in mice with liver injury despite high liver injury being monitored. Individuals with confirmed human albumin in the blood were euthanized and their livers collected. From the collected liver, a paraffin-embedded tissue section was prepared, and the section was subjected to immunohistochemical staining with an anti-human cytokeratin 8/18 antibody. FIGS. 37A and 37B show images of immunohistochemical staining with anti-human cytokeratin 8/18 antibody in the livers of TK-Balb / c dKO mice and NOD dKO mice transplanted with human hepatocytes, respectively. Engraftment of human hepatocytes stained with human cytokeratin 8/18 antibody in TK-Balb / c dKO mice and NOD dKO mice was confirmed.

本発明のマウスは肝臓細胞がヒト肝臓細胞に置換されたマウスであり、ヒトの肝臓の構造又は機能を有するマウスである。本発明のマウスを用いてヒトに特異的な肝炎ウイルスの感染や、投与された薬剤の代謝、又は、ヒト肝臓の増殖を解析することが可能である。
本発明のヒトの肝細胞が移植されたマウスは、ヒトの肝臓の機能を発揮し得、医薬のヒト肝臓における代謝のされやすさ等を評価することができる。
The mouse of the present invention is a mouse in which liver cells are replaced with human liver cells, and has the structure or function of human liver. Using the mouse of the present invention, it is possible to analyze the infection of human-specific hepatitis virus, the metabolism of administered drugs, or the growth of human liver.
The mouse transplanted with the human hepatocytes of the present invention can exhibit the function of the human liver, and can evaluate the ease of metabolism of the drug in the human liver.

配列番号2〜46、48〜63 プライマー
本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。
[配列表]
SEQ ID NOs: 2-46, 48-63 Primers All publications, patents and patent applications cited herein are incorporated herein by reference in their entirety.
[Sequence Listing]

Claims (57)

外来チミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持され、マウスの肝細胞がヒトの肝細胞に置換された、ヒトの肝細胞が移植されたマウス。   A mouse transplanted with human hepatocytes, wherein the exogenous thymidine kinase gene is retained so that it can be expressed specifically in the liver, and the mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes. 肝臓がヒト肝臓の3次元的構造又は機能を有している請求項1記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 1, wherein the liver has a three-dimensional structure or function of human liver. チミジンキナーゼ遺伝子が、ヒト単純ヘルペスウイルス1型―チミジンキナーゼ(HSV−tk)遺伝子である請求項1又は2に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 1 or 2, wherein the thymidine kinase gene is human herpes simplex virus type 1-thymidine kinase (HSV-tk) gene. マウスの肝細胞の75%以上がヒトの肝細胞に置換された請求項1から3のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with the human hepatocytes according to any one of claims 1 to 3, wherein 75% or more of the mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes. マウスの肝細胞の80%以上がヒトの肝細胞に置換された請求項1から3のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with the human hepatocytes according to any one of claims 1 to 3, wherein 80% or more of the mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes. マウスの肝細胞の90%以上がヒトの肝細胞に置換された請求項1から3のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with the human hepatocyte according to any one of claims 1 to 3, wherein 90% or more of the mouse hepatocyte is replaced with a human hepatocyte. マウスの肝細胞の95%以上がヒトの肝細胞に置換された請求項1から3のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to any one of claims 1 to 3, wherein 95% or more of mouse hepatocytes have been replaced with human hepatocytes. マウスが免疫不全マウスである請求項1から7のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to any one of claims 1 to 7, wherein the mouse is an immunodeficient mouse. 免疫不全マウスがNOD/SCIDマウス、RAG−2とIL−2Rγcを欠損するdKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又はNOG(NOD/SCID/γcnull)マウスである請求項8に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。9. The immunodeficient mouse is a NOD / SCID mouse, a dKO mouse lacking RAG-2 and IL-2Rγc (RAG-2 KO, IL-2R null ), or a NOG (NOD / SCID / γc null ) mouse. Mice transplanted with the described human hepatocytes. RAG−2とIL−2Rγcを欠損するdKOマウスが、Balb/c dKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又はNOD dKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)である請求項9に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。The dKO mouse deficient in RAG-2 and IL-2Rγc is a Balb / c dKO mouse (RAG-2 KO, IL-2R null ) or a NOD dKO mouse (RAG-2 KO, IL-2R null ). A mouse transplanted with the human hepatocytes according to 9. ヒトより単離された肝細胞がヒト肝細胞株である請求項1から10のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with the human hepatocyte according to any one of claims 1 to 10, wherein the hepatocyte isolated from human is a human hepatocyte cell line. ヒト肝細胞株が、HepG2、Hep3B、又はHuH−7である請求項11に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 11, wherein the human hepatocyte cell line is HepG2, Hep3B, or HuH-7. ヒトより単離された肝細胞が初代培養された肝細胞である請求項1から10のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to any one of claims 1 to 10, wherein hepatocytes isolated from humans are primary cultured hepatocytes. チミジンキナーゼ遺伝子がアルブミンプロモーター、LST−1プロモーター、αフェトプロテインプロモーター、又はα−TTPプロモーターの制御下に配置されることによりチミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持される請求項1から13のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The thymidine kinase gene is retained under control of an albumin promoter, LST-1 promoter, α-fetoprotein promoter, or α-TTP promoter so that the thymidine kinase gene can be specifically expressed in the liver. 14. A mouse transplanted with the human hepatocytes according to any one of items 13. ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持され、マウスの肝細胞がヒトの肝細胞に置換された、ヒトの肝細胞が移植されたNOG(NOD/SCID/γcnull)変異を有するマウス。NOG (NOD / SCID / mice with γc null ) mutation. ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がマウスウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子である請求項15に記載のマウス。   The mouse according to claim 15, wherein the urokinase-type plasminogen activator gene is a mouse urokinase-type plasminogen activator gene. マウスの肝細胞の75%以上がヒトの肝細胞に置換された請求項15又は16に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 15 or 16, wherein 75% or more of mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes. マウスの肝細胞の80%以上がヒトの肝細胞に置換された請求項15又は16に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 15 or 16, wherein 80% or more of mouse hepatocytes have been replaced with human hepatocytes. マウスの肝細胞の90%以上がヒトの肝細胞に置換された請求項15又は16に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 15 or 16, wherein 90% or more of mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes. マウスの肝細胞の95%以上がヒトの肝細胞に置換された請求項15又は16に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 15 or 16, wherein 95% or more of mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes. ヒトより単離された肝細胞がヒト肝細胞株である請求項15から20のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with the human hepatocyte according to any one of claims 15 to 20, wherein the hepatocyte isolated from human is a human hepatocyte cell line. ヒト肝細胞株が、HepG2、Hep3B、又はHuH−7である請求項21に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 21, wherein the human hepatocyte cell line is HepG2, Hep3B, or HuH-7. ヒトより単離された肝細胞が初代培養された肝細胞である請求項15から20のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   21. A mouse transplanted with human hepatocytes according to any one of claims 15 to 20, wherein hepatocytes isolated from humans are primary cultured hepatocytes. ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がアルブミンプロモーター、LST−1プロモーター、αフェトプロテインプロモーター、又はα−TTPプロモーターの制御下に配置されることによりウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持される請求項15から23のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウス。   The urokinase-type plasminogen activator gene is located in the liver by being placed under the control of the albumin promoter, LST-1 promoter, α-fetoprotein promoter, or α-TTP promoter. 24. A mouse transplanted with the human hepatocytes according to any one of claims 15 to 23, wherein the mouse is maintained so that expression is possible. マウスの肝細胞がヒトの肝細胞に置換された、ヒトの肝細胞が移植されたNOG(NOD/SCID/γcnull)変異を有するマウス。A mouse having a NOG (NOD / SCID / γc null ) mutation transplanted with human hepatocytes, in which mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes. ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子及び外来チミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持された請求項25に記載のマウス。   26. The mouse according to claim 25, wherein the urokinase-type plasminogen activator gene and the foreign thymidine kinase gene are retained so that they can be specifically expressed in the liver. ヒトの肝細胞が移植され、マウスの肝細胞がヒトの肝細胞に置換されたマウスの作製方法であって、マウスにチミジンキナーゼ遺伝子を肝臓において特異的に発現可能に保持されるように導入し、該マウスに自殺基質、及びヒトより単離された肝細胞を投与し、マウス肝細胞を傷害しマウス肝細胞をヒト肝細胞で置換することを含む、ヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法。   A method for producing a mouse in which human hepatocytes are transplanted and the mouse hepatocytes are replaced with human hepatocytes, wherein the thymidine kinase gene is introduced into the mouse so that it can be expressed specifically in the liver. Administration of a suicide substrate and hepatocytes isolated from a human to the mouse, damaging the mouse hepatocyte and replacing the mouse hepatocyte with a human hepatocyte. Manufacturing method. チミジンキナーゼ遺伝子が、ヒト単純ヘルペスウイルス1型―チミジンキナーゼ(HSV−tk)遺伝子である請求項27に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法。   28. The method for producing a mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 27, wherein the thymidine kinase gene is human herpes simplex virus type 1-thymidine kinase (HSV-tk) gene. 自殺基質がチミジンキナーゼにより毒性物質に代謝される物質である請求項27又は28に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法。   29. The method for producing a mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 27 or 28, wherein the suicide substrate is a substance that is metabolized to a toxic substance by thymidine kinase. 代謝される物質がアシクロビル、又はガンシクロビルである請求項29に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法。   30. The method for producing a mouse transplanted with human hepatocytes according to claim 29, wherein the substance to be metabolized is acyclovir or ganciclovir. マウスが免疫不全マウスである請求項27から30のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法。   The method for producing a mouse transplanted with human hepatocytes according to any one of claims 27 to 30, wherein the mouse is an immunodeficient mouse. 免疫不全マウスがNOD/SCIDマウス、RAG−2とIL−2Rγcを欠損するdKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又はNOGマウスである請求項31に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法。32. The human hepatocyte according to claim 31, wherein the immunodeficient mouse is a NOD / SCID mouse, a dKO mouse deficient in RAG-2 and IL-2Rγc (RAG-2 KO, IL-2R null ), or a NOG mouse. Method for producing a mouse. ヒトより単離された肝細胞がヒト肝細胞株である請求項27から32のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法。   The method for producing a mouse transplanted with human hepatocytes according to any one of claims 27 to 32, wherein the hepatocytes isolated from humans are human hepatocyte cell lines. ヒト肝細胞株が、HepG2、Hep3B、又はHuH−7である請求項33に記載の方法。   34. The method of claim 33, wherein the human hepatocyte cell line is HepG2, Hep3B, or HuH-7. ヒトより単離された肝細胞が初代培養された肝細胞である請求項27から32のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法。   33. The method for producing a mouse transplanted with human hepatocytes according to any one of claims 27 to 32, wherein hepatocytes isolated from humans are primary cultured hepatocytes. チミジンキナーゼ遺伝子がアルブミンプロモーター、LST−1プロモーター、αフェトプロテインプロモーター、又はα−TTPプロモーターの制御下に配置されることによりチミジンキナーゼ遺伝子がその肝臓において特異的に発現可能に保持されることを特徴とする請求項27から35のいずれか1項に記載のヒトの肝細胞が移植されたマウスの作製方法。   The thymidine kinase gene is placed under the control of an albumin promoter, LST-1 promoter, α-fetoprotein promoter, or α-TTP promoter, so that the thymidine kinase gene is specifically expressed and retained in the liver. 36. A method for producing a mouse transplanted with the human hepatocytes according to any one of claims 27 to 35. 請求項27から36のいずれか1項に記載の方法で得られたヒトの肝細胞が移植されたマウス。   37. A mouse transplanted with human hepatocytes obtained by the method according to any one of claims 27 to 36. 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスを用いて被験物質の血漿中動態を測定する方法。   38. A method for measuring plasma dynamics of a test substance using the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37. 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスを用いて被験物質の代謝物を同定する方法。   A method for identifying a metabolite of a test substance using the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37. 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスから単離された肝細胞を用いて被験物質の代謝物を同定する方法。   A method for identifying a metabolite of a test substance using hepatocytes isolated from the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37. 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスを用いて被験物質の代謝速度を測定する方法。   A method for measuring the metabolic rate of a test substance using the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37. 以下の工程;
(i) 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスを作製する工程;及び
(ii) ヒトHCVを(i)に記載のマウスに接種する工程;
を含む、ヒトC型肝炎ウイルス(HCV)が感染したマウスを作製する方法。
The following steps:
(I) producing the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37; and (ii) inoculating the mouse according to (i) with human HCV;
A method for producing a mouse infected with human hepatitis C virus (HCV).
請求項42に記載の方法で作製されるヒトC型肝炎ウイルス(HCV)が感染したマウス。   43. A mouse infected with human hepatitis C virus (HCV) produced by the method of claim 42. 以下の工程;
(i) 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスにヒトHCVを投与する工程;及び
(ii) 宿主内でヒトHCVの複製が起こる十分な期間をおいた後にヒトHCVを感染宿主から単離する工程;
を含む、ヒトC型肝炎ウイルス(HCV)の培養方法。
The following steps:
(I) a step of administering human HCV to the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37; and (ii) human HCV after a sufficient period of time for human HCV replication to occur in the host. Isolating from an infected host;
A method for culturing human hepatitis C virus (HCV).
以下の工程;
(i) 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスに候補薬剤を投与する工程;及び
(ii) 候補薬剤がHCV感染に及ぼす作用を分析する工程であって、未投与のマウスに対する、又は候補薬剤投与前のマウスにおける感染量に対するヒトHCVの感染量の低下が、該薬剤の抗HCV活性を意味する工程;
を含む、抗HCV活性を有する候補薬剤をスクリーニングする方法。
The following steps:
(I) administering a candidate drug to the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37; and (ii) analyzing the effect of the candidate drug on HCV infection, which has not been administered. A reduction in the amount of human HCV infection relative to the amount of infection in a mouse or in a mouse prior to administration of a candidate drug means the anti-HCV activity of the drug;
A method for screening a candidate drug having anti-HCV activity.
候補薬剤をヒトHCVの感染前に投与する、請求項45記載の方法。   46. The method of claim 45, wherein the candidate agent is administered prior to infection with human HCV. 抗HCV活性を有する候補薬剤が抗HCV抗体又はそのHCV結合性断片である、請求項45又は46記載の方法。   47. The method according to claim 45 or 46, wherein the candidate agent having anti-HCV activity is an anti-HCV antibody or an HCV-binding fragment thereof. 以下の工程;
(i) 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスの免疫を再構成する工程;
(ii) (i)に記載のマウスに候補ワクチンを投与する工程;及び
(iii) 該ワクチンがHCV感染に及ぼす作用を分析する工程であって、未投与のマウスに対する、又は該ワクチン投与前のマウスにおける感染量に対するヒトHCVの感染量の低下が、該ワクチンの抗HCV活性を意味する工程;
を含む、能動免疫療法に用いる抗HCV活性を有する候補ワクチンをスクリーニングする方法。
The following steps:
(I) reconstituting the immunity of the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37;
(Ii) administering a candidate vaccine to the mouse according to (i); and (iii) analyzing the effect of the vaccine on HCV infection, to an untreated mouse or before the vaccine administration A reduction in the amount of human HCV infection relative to the amount of infection in a mouse means the anti-HCV activity of the vaccine;
A candidate vaccine having anti-HCV activity for use in active immunotherapy.
以下の工程;
(i) 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスの免疫を再構成する工程;
(ii) (i)に記載のマウスに治療用ワクチン接種用の候補ワクチンを投与する工程;及び
(iii) 該ワクチンがHCV感染に及ぼす作用を分析する工程であって、未投与のマウスに対する、又は該ワクチン投与前のマウスにおける感染量に対するヒトHCVの感染量の低下が、該ワクチンの抗HCV活性を意味する工程;
を含む、抗HCV活性を有する治療用ワクチン接種用の候補ワクチンをスクリーニングする方法。
The following steps:
(I) reconstituting the immunity of the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37;
(Ii) administering a candidate vaccine for therapeutic vaccination to the mouse according to (i); and (iii) analyzing the effect of the vaccine on HCV infection, which is for an untreated mouse, Or a reduction in the amount of human HCV infection relative to the amount of infection in mice prior to administration of the vaccine means the anti-HCV activity of the vaccine;
Screening a candidate vaccine for therapeutic vaccination having anti-HCV activity.
請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスを用いて肝幹細胞を探索する方法であって、マウスに生着した肝組織から肝幹細胞を同定することを含む方法。   A method for searching for hepatic stem cells using the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37, comprising identifying hepatic stem cells from liver tissue engrafted in the mouse. 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスを用いて肝幹細胞を含む細胞集団を採取する方法であって、マウスに生着した肝組織から肝幹細胞を含む細胞集団を採取することを含む方法。   A method for collecting a cell population containing hepatic stem cells using the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37, wherein the cell population containing hepatic stem cells is collected from liver tissue engrafted in the mouse. A method involving that. 請求項1から26及び37のいずれか1項に記載のマウスを用いて再構築されたヒト肝臓組織。   38. Human liver tissue reconstructed using the mouse according to any one of claims 1 to 26 and 37. チミジンキナーゼ遺伝子および/またはウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子遺伝子がその肝臓において発現可能に保持され、ヒト肝細胞を肝臓に生着させることができるマウス。   A mouse in which a thymidine kinase gene and / or a urokinase-type plasminogen activator gene are retained so that they can be expressed in the liver, and human hepatocytes can be engrafted in the liver. チミジンキナーゼ遺伝子が単純ヘルペスウイルス1型チミジンキナーゼである、請求項53記載のマウス。   54. The mouse of claim 53, wherein the thymidine kinase gene is herpes simplex virus type 1 thymidine kinase. マウスが免疫不全マウスである請求項53または54に記載のマウス。   The mouse according to claim 53 or 54, wherein the mouse is an immunodeficient mouse. 免疫不全マウスがNOD/SCIDマウス、RAG−2とIL−2Rγcを欠損するdKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又はNOG(NOD/SCID/γcnull)マウスである、請求項55記載のマウス。56. The immunodeficient mouse is a NOD / SCID mouse, a dKO mouse lacking RAG-2 and IL-2Rγc (RAG-2 KO, IL-2R null ), or a NOG (NOD / SCID / γc null ) mouse. The mouse described. RAG−2とIL−2Rγcを欠損するdKOマウスが、Balb/c dKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)、又はNOD dKOマウス(RAG−2 KO、IL−2Rnull)である、請求項56記載のマウス。The dKO mouse deficient in RAG-2 and IL-2Rγc is a Balb / c dKO mouse (RAG-2 KO, IL-2R null ) or a NOD dKO mouse (RAG-2 KO, IL-2R null ), Item 56. The mouse according to item 56.
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