JPWO2017159463A1 - 線維芽細胞からの心臓前駆細胞と心筋細胞の直接製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、本発明者らは、3つの因子(Tbx6、SRF、Myocd)を、レトロウイルスベクターおよびレトロウイルスを用いて線維芽細胞に遺伝子導入すると、拍動する心筋細胞が誘導されること、および得られた細胞が心筋細胞のマーカーであるNxk2.5やトロポニンを発現することを見出した。
また、本発明者らは、3つの因子(Tbx6、SRF、Myocd)を、レトロウイルスベクターおよびレトロウイルスを用いて線維芽細胞に遺伝子導入すると、得られた細胞が平滑筋細胞のマーカーであるMyh11を発現すること、および血管内皮細胞のマーカーであるPecam1が発現することを見出した。
本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。
[1] 線維芽細胞にTbx6遺伝子を導入する工程を含む、心臓前駆細胞の製造方法。
[2] 線維芽細胞にTbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocardin遺伝子を導入する工程を含む、心筋細胞の製造方法。
前記線維芽細胞は、例えば、マウス細胞またはヒト細胞である。
[3] 外来性のTbx6遺伝子を含む、線維芽細胞由来の心臓前駆細胞。
[4] 外来性のTbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocardin遺伝子を含む、線維芽細胞由来の心筋細胞。
[5] Tbx6遺伝子を含有する、線維芽細胞からの心臓前駆細胞の誘導剤。
[6] Tbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子を含有する、線維芽細胞からの心筋細胞の誘導剤。
[7] Tbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子を含有する、線維芽細胞からの平滑筋細胞の誘導剤。
[8] Tbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子を含有する、線維芽細胞からの血管内皮細胞の誘導剤。
また、本発明により誘導された心筋細胞は、拍動することが確認されており、また、心筋特異的な遺伝子発現や構造タンパク質の発現が確認されている。したがって、本発明の心筋製造方法は、機能的に成熟した心筋細胞を提供することができる。
レトロウイルスによって線維芽細胞にTbx6を遺伝子導入させると、心臓前駆細胞特異的マーカーであるMesp1を発現する細胞が誘導される。Tbx6の導入30日後においても心臓前駆細胞関連遺伝子は発現し、心臓前駆細胞の状態が維持される。線維芽細胞中でTbx6ポリペプチドは発現され、その結果、Tbx6遺伝子を導入された線維芽細胞は、幹細胞や先祖細胞になることなく、分化した心臓前駆細胞に直接リプログラミングされる。
Tbx6と共に、分化した心筋細胞において高発現するSRF, Myocdを加えた3因子(TSM)がレトロウイルスによって線維芽細胞に導入されると、拍動する成熟心筋細胞が誘導される。また、誘導された心筋細胞では、心筋特異的な遺伝子であるNkx2.5やトロポニンの発現、および横紋構造の形成が確認される。線維芽細胞中でTbx6、SRFおよびMyocdポリペプチドは発現し、その結果、Tbx6、SRFおよびMyocd遺伝子を導入された線維芽細胞は、幹細胞や先祖細胞になることなく、分化した心筋細胞に直接リプログラミングされる。
また、線維芽細胞にTbx6、SRFおよびMyocd遺伝子を導入すると、心筋細胞特異的な遺伝子発現だけでなく、心臓前駆細胞遺伝子(Mesp1, T, KDR)も誘導される。したがって、本発明によれば心臓前駆細胞を経由するため、心筋細胞、平滑筋細胞または血管内皮細胞を製造することができる。
本発明において、Tbx6遺伝子を導入された線維芽細胞またはTbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子を導入された線維芽細胞は、幹細胞や先祖細胞になることなく、分化した心臓前駆細胞または心筋細胞に直接リプログラミングされる。
本発明の一態様において、Tbx6遺伝子、またはTbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子のセットは、線維芽細胞にin vitroで導入され得る。また、当該線維芽細胞はin vitroで心臓前駆細胞または心筋細胞に誘導される。誘導された心臓前駆細胞または心筋細胞は個体内に導入できる。
本発明においては、線維芽細胞は、哺乳類の線維芽細胞、例えば、ヒト、またはマウス、ラット、ブタ、サル、ウマ、ウシ、ヒツジ、ヤギ、イヌ等のヒト以外の哺乳動物の線維芽細胞を使用することができる。好ましくは、線維芽細胞はヒト線維芽細胞である。他の実施形態においては、線維芽細胞はマウス線維芽細胞である。線維芽細胞は哺乳動物から得られる線維芽細胞、または哺乳動物から得られる線維芽細胞の子孫であり、単離されたものであってもよく、また、その継代培養細胞であってもよい。線維芽細胞としては、例えば、胎児線維芽細胞、尾先端部由来線維芽細胞、心臓線維芽細胞、包皮線維芽細胞、皮膚線維芽細胞、肺線維芽細胞等を用いることができる。
本発明の心臓前駆細胞または心筋細胞の製造方法において、線維芽細胞は、1つ以上のリプログラミング因子をコードするヌクレオチド配列を含む核酸の1つ以上を導入され得る。または、本発明の心臓前駆細胞または心筋細胞の製造方法において、線維芽細胞は、リプログラミング因子ポリペプチド自体の1つ以上を線維芽細胞内に導入され得る。本発明において、リプログラミング因子は、心臓前駆細胞を製造する場合はTbx6であり、心筋細胞を製造する場合はTbx6、SRFおよびMyocd(TSM)である。Tbx6、SRFおよびMyocdは、一度にまたは順次に細胞に導入することができる。一度に細胞に導入するとは、複数のリプログラミング因子を、1回の細胞導入工程で細胞に導入することであり、順次とは、複数のリプログラミング因子を同日または異なる日に複数の細胞導入工程で細胞に導入することである。細胞導入効率の観点からいえば、複数のリプログラミング因子を一度に細胞に導入することが好ましい。また、本発明のリプログラミング因子のアミノ酸配列およびアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列は当分野で公知である。
Tbx6ポリペプチド(Tbox転写因子6)は、一部の遺伝子のプロモーター領域におけるTボックスと結合してこれを認識する転写因子である。種々の種に由来するTbx6ポリペプチドに関するアミノ酸配列、およびTbx6ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列が知られている。例えば、Genbankアクセッション番号NM_004608.3(ヒト、ヌクレオチド配列、配列番号1、CDS 61..1371)、NP_004599.2(ヒト、アミノ酸配列、配列番号2)、NM_011538.2(マウス、ヌクレオチド配列、配列番号3、CDS 25..1335)、NP_035668.2(マウス、アミノ酸配列、配列番号4)等を参照することができる。
種々の種に由来するSRFポリペプチドに関するアミノ酸配列、およびSRFポリペプチドをコードするヌクレオチド配列が知られている。例えば、Genbankアクセッション番号NM_003131.3(ヒト、ヌクレオチド配列、配列番号5、CDS 363..1889)、NP_003122.1(ヒト、アミノ酸配列、配列番号6)、NM_020493.2(マウス、ヌクレオチド配列、配列番号7、CDS 335..1849)、NP_065239.1(マウス、アミノ酸配列、配列番号8)等を参照することができる。
種々の種に由来するMyocardinポリペプチドに関するアミノ酸配列、およびMyocardinポリペプチドをコードするヌクレオチド配列が知られている。例えば、Genbankアクセッション番号NM_001146312.2(ヒト、ヌクレオチド配列、配列番号9、CDS 300..3260)、NP_001139784.1(ヒト、アミノ酸配列、配列番号10)、NM_145136.4(マウス、ヌクレオチド配列、配列番号11、CDS 292..3243)、NP_660118.3(マウス、アミノ酸配列、配列番号12)等を参照することができる。
本発明において「心臓前駆細胞」は、心臓前駆細胞に特異的なマーカーを発現することにより特徴付けられる細胞である。心臓前駆細胞に特異的なマーカーは、心臓前駆細胞に特異的に発現する因子(心臓前駆細胞関連因子)であり、T、Mesp1、Flk1(KDR)、Pdgfrα、Isl1などが含まれる。心臓前駆細胞は、心臓前駆細胞に特異的なマーカーのうちの少なくとも1つ、より好ましくは少なくとも2つ、さらに好ましくは少なくとも3つを発現する。心臓前駆細胞は、好ましくは、T、Mesp1、およびFlk1(KDR)を発現する細胞である。マーカー発現は、遺伝子レベルまたはタンパク質レベルにより確認することができる。
また、本発明においては、心臓前駆細胞は線維芽細胞から誘導されることから、誘導心臓前駆細胞と称することもある。
本発明において「心筋細胞」は、心筋細胞に特異的なマーカーを発現することにより特徴付けられる細胞である。心筋細胞に特異的なマーカーは、心筋細胞に特異的に発現する因子(心筋細胞関連因子)であり、心トロポニン(cTnT)、Nkx2.5、Actn2などが含まれる。心筋細胞は、心筋細胞に特異的なマーカーのうちの少なくとも1つ、より好ましくは少なくとも2つ、さらに好ましくは少なくとも3つを発現する。心筋細胞は、好ましくは、cTnT、およびNkx2.5を発現する細胞である。
また、本発明においては、心筋細胞は線維芽細胞から誘導されることから、誘導心筋細胞と称することもある。
本明細書において「外来性」とは、その細胞に導入される(例えば、エレクトロポレーション、感染、リポフェクション、マイクロインジェクションまたは細胞内に核酸を導入するいずれかの他の手段による)核酸またはポリペプチドを指す。
外来性リプログラミング因子(Tbx6、SRF、Myocd)遺伝子の導入、すなわち、これらのポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、またはそのヌクレオチド配列に相補的なヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチドの導入は、例えば、レトロウイルスベクターやアデノウイルスベクター等のウイルスベクターを用いたウイルス感染、リポフェクション法、エレクトロポレーション法、マイクロインジェクション法、リン酸カルシウム法等の公知の形質転換方法により行うことができる。
本発明は、外来性のTbx6遺伝子を含む線維芽細胞を含む。また、本発明は外来性のTbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子を含む、線維芽細胞を含む。本発明の別の実施態様においては、本発明の外来性遺伝子を含む線維芽細胞はin vitroの状態にある。本発明の別の実施態様においては、本発明の外来性遺伝子を含む線維芽細胞は哺乳動物細胞、例えば、ヒト細胞であるか、またはヒト細胞から誘導されている。
本発明は、さらに上記の心臓前駆細胞または心筋細胞の製造方法により製造される、線維芽細胞に由来する心臓前駆細胞(誘導心臓前駆細胞、心臓前駆細胞様細胞)または心筋細胞(誘導心筋細胞、心筋様細胞)に関する。本発明において「線維芽細胞由来」の心臓前駆細胞あるいは心筋細胞は、線維芽細胞から誘導された心臓前駆細胞または心筋細胞を意味する。本発明の誘導心臓前駆細胞または誘導心筋細胞は、外来性遺伝子を含む線維芽細胞から誘導されるため、本発明の誘導心臓前駆細胞または誘導心筋細胞も、また、外来性のTbx6遺伝子、または外来性のTbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子を含む。本発明の別の実施態様においては、本発明の誘導心臓前駆細胞または誘導心筋細胞はin vitroの形態にある。本発明の別の実施態様においては、本発明の誘導心臓前駆細胞または誘導心筋細胞は、ヒト細胞などの哺乳動物の細胞であるか、またはヒト細胞などの哺乳動物から派生されている。
同様に、線維芽細胞から誘導された細胞が心筋細胞であることは、前述のとおり心筋細胞に特異的なマーカーの発現により確認することができる。このように心臓前駆細胞に特異的なマーカーの発現が確認された細胞は、心筋様細胞とも称される。
マーカー発現は、遺伝子レベルまたはタンパク質レベルにより確認することができる。
本発明は、線維芽細胞からの心臓前駆細胞誘導剤、または線維芽細胞からの心筋細胞誘導剤をも提供する。また、線維芽細胞にTbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子を導入することにより平滑筋細胞や内皮細胞も誘導されることから、本発明は線維芽細胞からの平滑筋細胞誘導剤または血管内皮細胞誘導剤をも提供する。
本発明の誘導剤は、上記ポリペプチドまたは核酸に加えて、塩、例えばNaCl、MgCl、KCl、MgSO4等;緩衝剤、例えばトリス緩衝液、N-(2-ヒロドキシエチル)ピペラジン-N'-(2-エタンスルホン酸(HEPES)、2-(N-モルホリノ)エタンスルホン酸(MES)、2-(N−モルホリノ)エタンスルホン酸ナトリウム塩(MES)、3−(N−モルホリノ)プロパンスルホン酸(MOPS)、N−トリス[ヒドロキシメチル]メチル−3−アミノプロパンスルホン酸(TAPS);等、可溶化剤;洗剤、例えばノニオン系洗剤、例えばTween−20;等、プロテアーゼ阻害剤;グリセロール;等の1つ以上を含むことができる。また、本発明の誘導剤は、リプログラミング因子のポリペプチドまたは核酸を線維芽細胞に導入するための試薬を含むことができる。
本発明の外来性の遺伝子を含む線維芽細胞は、治療の必要な個体においてそのような治療のために使用できる。同様に、本発明の誘導心臓前駆細胞または誘導心筋細胞は治療の必要な個体においてそのような治療のために使用できる。本発明の外来性の遺伝子を含む線維芽細胞、または本発明の誘導心臓前駆細胞または誘導心筋細胞は、レシピエント個体(治療の必要な個体)中に導入することができ、その場合、本発明の外来性の遺伝子を含む線維芽細胞、または本発明の誘導心臓前駆細胞または誘導心筋細胞のレシピエント個体への導入は、個体における状態または障害を治療する。したがって、本発明は、本発明の外来性の遺伝子を含む線維芽細胞、または本発明の誘導心臓前駆細胞または誘導心筋細胞を個体に投与することを含む治療方法に関する。
(1)マウス胎児線維芽細胞(MEF)の作製
生後7週〜10週のメスICRマウス(日本クレア社)とMesp1-GFPトランスジェニックマウス(オス)(Development 126, 3437-3447 (1999), “MesP1 is expressed in the heart precursor cells and required for the formation of a single heart tube”)を交配させた。受精を確認した日を妊娠0日として、妊娠確認後12日目に妊娠したICRマウスから胎児を摘出した。胎児から心臓を摘出し、倒立顕微鏡(オリンパス社、IX71)にて心臓を蛍光にて投影し、GFP蛍光が発せられる胎児を選択した。
心臓前駆細胞に誘導する場合は、以下のとおりフローサイトメトリー(FACS)によるソートを行い、GFP(−)の細胞を使用した。
ゼラチンコーティングした10 cm組織培養用dish(Thermo Scientific社、172958)にPlat-E packaging細胞を3.6×106 cellの濃度で播種し、37℃/5% CO2 条件下で静置した(day1)。
(1)レトロウイルスによるTbx6、SRF、Myocdの遺伝子導入法
実施例2の「誘導心臓前駆細胞の作製」と同様にウイルス溶液を作製した。ただし、本実施例では3個の遺伝子を導入した。day1には、実施例2と同様の方法で3枚の10 cm組織培養用dishにPlat-E細胞を準備した。day2において、300μL Opti-MEM(gibco社、31985-070)に27μL FuGENE 6 Transfection Reagent(Promega社、E2691)を混合した。5分間静置後、上記混合液にpMx-Tbx6、pMx-SRF、およびpMx-Myocd(製造方法は、Cell 142, 375-386, August 6, 2010, “Direct Reprogramming of Fibroblasts into Functional Cardiomyocytes by Defined Factors”を参照)のレトロウイルスプラスミドを9000 ng分それぞれ混注し強くタッピングをし、その後15分間室温で静置した。前日(day1)に用意したPlat-E細胞全体に上記の溶液を滴下し、37℃/5% CO2条件下で静置した(トランスフェクション)。
遺伝子導入翌日(day5)より、FFV培地(表5)に変更し、37℃/5% CO2条件下で培養を行った。以後3〜4日ごとに培地を交換し細胞培養を行った。
マウス線維芽細胞(MEF)にTbx6を遺伝子導入し、心臓前駆細胞を誘導した(図1、実施例2)。
マウス線維芽細胞(MEF)にTbx6、SRF、Myocdを遺伝子導入し、心筋細胞を誘導した(図4、実施例3)。
実施例3と同様の方法で、マウス線維芽細胞(MEF)にTbx6、SRF、Myocdを遺伝子導入した。
その結果、Tbx6、SRF、Myocdを遺伝子導入した細胞は当該抗体に陽性となったことから、平滑筋の特徴であるミオシン重鎖を発現したことがわかる(図8)。
その結果、Tbx6、SRF、Myocdを遺伝子導入した細胞(TSM)では、Myh11およびPecam1の発現誘導が確認された(図7)。
また、本発明により誘導された心筋細胞は、拍動することが確認されており、また、心筋特異的な遺伝子発現や構造タンパク質の発現が確認されている。したがって、本発明の心筋製造方法は、機能的に成熟した心筋細胞を提供することができる。
配列番号2:ヒトTbx6のアミノ酸配列。
配列番号3:マウスTbx6のヌクレオチド配列。
配列番号4:マウスTbx6のアミノ酸配列。
配列番号5:ヒトSRFのヌクレオチド配列。
配列番号6:ヒトSRFのアミノ酸配列。
配列番号7:マウスSRFのヌクレオチド配列。
配列番号8:マウスSRFのアミノ酸配列。
配列番号9:ヒトMyocdのヌクレオチド配列。
配列番号10:ヒトMyocdのアミノ酸配列。
配列番号11:マウスMyocdのヌクレオチド配列。
配列番号12:マウスMyocdのアミノ酸配列。
Claims (8)
- 線維芽細胞にTbx6遺伝子を導入する工程を含む、心臓前駆細胞の製造方法。
- 線維芽細胞にTbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocardin遺伝子を導入する工程を含む、心筋細胞の製造方法。
- 外来性のTbx6遺伝子を含む、線維芽細胞由来の心臓前駆細胞。
- 外来性のTbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocardin遺伝子を含む、線維芽細胞由来の心筋細胞。
- Tbx6遺伝子を含有する、線維芽細胞からの心臓前駆細胞の誘導剤。
- Tbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子を含有する、線維芽細胞からの心筋細胞の誘導剤。
- Tbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子を含有する、線維芽細胞からの平滑筋細胞の誘導剤。
- Tbx6遺伝子、SRF遺伝子およびMyocd遺伝子を含有する、線維芽細胞からの血管内皮細胞の誘導剤。
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礒見まり,他: "新規心臓前駆細胞誘導因子によるヒトES/iPSからの心筋誘導法の確立", 再生医療, vol. Vol. 15, Suppl 2016, JPN6017011122, 1 February 2016 (2016-02-01), pages 213 - 11, ISSN: 0004435189 * |
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