JPWO2020075822A1 - 外来染色体を含むヒト人工多能性幹細胞の製造方法 - Google Patents

外来染色体を含むヒト人工多能性幹細胞の製造方法 Download PDF

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Abstract

この出願は、MMCT法を用いて目的DNAを有する外来染色体を含むヒト人工多能性幹(iPS)細胞を製造するための方法、並びに、その方法によって作製されたヒトiPS細胞、或いはヒトiPS細胞から分化誘導されたヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞において、前記外来遺伝子を発現する方法を提供する。

Description

本発明は、外来染色体を含むヒト人工多能性幹細胞の製造方法に関する。
具体的には、本発明は、ウイルスエンベロープタンパク質を用いるMMCT(Microcell−Mediated Chromosome Transfer)法を使用することを特徴とする外来染色体を含むヒト人工多能性幹細胞の製造方法に関する。
外来染色体には、例えば人工染色体、例えば哺乳類人工染色体(Mammalian Artificial Chromosome)、ヒト人工染色体(Human Artificial Chromosome)、マウス人工染色体(Mouse Artificial Chromosome)などが含まれる。
本発明はまた、上記ヒト人工多能性幹細胞、又はヒト人工多能性幹細胞由来未分化もしくは分化細胞、において外来染色体中の少なくとも1つの外来遺伝子を発現する方法に関する。
MV−MMCT(Microcell−Mediated Chromosome Transfer using Measles virus fusogen)法は、本発明者らによって開発された技術であり、この技術を用いることによって染色体を微小核細胞融合法(microcell fusion)により供与細胞(donor cells)から受容細胞(recipient cells)内に移動させることができる。具体的には、外来染色体を保有する供与細胞を、弱毒化した麻疹ウイルス(Measles Virus;MV)由来のヘマグルチニン(H)タンパク質及びフュージョン(F)タンパク質をコードする遺伝子をトランスフェクションすることによって、供与細胞の表面にはMV融合エンベロープタンパク質が発現される。この細胞をさらにコルセミドで処理することによって微小核細胞を形成し、受容細胞と共培養することによって微小核細胞融合を起こし、薬剤選択などの選択法によって目的の外来染色体導入受容細胞が得られる(非特許文献1〜3)。
また、上記のMVに代えて例えば白血病ウイルス由来エンベロープタンパク質を供与細胞の表面に発現させたMMCT法(レトロ−MMCT)も開発されている(非特許文献4)。具体的には、この文献には、マウス白血病ウイルス由来エンベロープタンパク質(「SU成分」と「TM成分」からなる。)を発現するチャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞を用いる種々の標的細胞への染色体(例えばヒト人工染色体及びマウス人工染色体)の高効率導入法(「retro−MMCT法」(レトロ−MMCT))が記載されている。
遺伝子導入ベクターは、それに搭載可能な遺伝子サイズにより使い分けられている。例えばプラスミドでは約20kb以下のサイズのポリヌクレオチド、ウイルスベクターでは150kb以下のサイズのポリヌクレオチド、BAC/PACでは300kb以下のサイズのポリヌクレオチド、及びYACでは約1Mb未満のサイズのポリヌクレオチドであり、一方、ヒト人工染色体及びマウス人工染色体などの人工染色体では導入される染色体サイズに特に制限はない(非特許文献5)。このため、このような人工染色体には、目的の遺伝子座を含む染色体断片を搭載することができる。
上記ヒト人工染色体及びマウス人工染色体は、本発明者らによって最初に開発されたものであり、染色体の由来により呼称が異なり、例えばヒト染色体由来の場合ヒト人工染色体と称し、一方マウス染色体由来の場合マウス人工染色体と称する(特許文献1、2及び3)。
人工多能性幹(iPS)細胞は、山中伸弥博士(京都大学)によって体細胞から人工的に作製された胚性幹(ES)細胞に類似した特徴を有する幹細胞であり、無限増殖性と分化多能性を有している(非特許文献6及び7)。iPS細胞は、種々の組織の体細胞(幹細胞、前駆細胞又は成熟細胞)に分化することができるため、再生医療への応用が進められているし、また、遺伝性疾患の患者の体細胞から誘導されたiPS細胞は疾患モデル細胞を形成することから、医薬品開発のために利用されている(非特許文献8)。
日本国特許第4997544号公報 日本国特許第5557217号公報 日本国特許第4895100号公報
M. Katoh et al., BMC Biotechnology 2010, 10:37 N. Uno et al., Cytotechnology 2013, 65:803−809 M Hiratsuka et al., BMC Biotechnology 2015, 15:58 T. Suzuki et al., PLOS ONE, DOI:10.1371/journal.pone.0157187 June 7, 2016 P. Osten et al., Handb Exp Pharmacol 2007, 178:177−202 K. Takahashi and S. Yamanaka, Cell 2006, 126(4):663−676 K. Takahashi et al., Cell 2007, 131(5):861−872 V.K. Singh et al., Frontiers in Cell and Developmental Biology 2015, doi:10.3389/fcell.2015.00002
例えばヒト人工多能性幹細胞(以下、「iPS細胞」とも称する。)に、目的DNA(例えば、遺伝子、遺伝子座、染色体断片など)を含む外来染色体を導入するための技術の開発は、再生医療又は医薬品開発のために重要であるが、従来のトランスジェニック技術による遺伝子導入では導入できる遺伝子サイズに制限があり、また導入された遺伝子は宿主の染色体に組み込まれることから、安全性の問題、遺伝子発現制御の問題があった。
従来の遺伝子導入法(例えばプラスミド、BAC、PAC、YACなど)を用いて、一度にメガベース(Mb)サイズの巨大DNA(例えば染色体、その断片、人工染色体など)をヒトiPS細胞に導入することはできなかった。また、ヒトiPS細胞に染色体を導入する際に、フィーダー細胞上での培養法が使用されたが、ヒトiPS細胞に染色体を導入することはできなかった。さらに、ヒトiPS細胞に染色体を導入する際に、ポリエチレングリコール(PEG)法を用いたMMCT法が使用されてきたが、ヒトiPS細胞に染色体を導入することはできなかった。
本発明の目的は、メガベース(Mb)サイズの外来染色体を含むヒトiPS細胞を製造する方法を提供することである。この方法では、外来染色体が人工染色体(例えば哺乳類人工染色体、ヒト人工染色体、マウス人工染色体など)である場合、人工染色体はヒトiPSのゲノムに組み込まれない。
本発明は、以下の特徴を包含する。
(1)外来染色体を含むヒト人工多能性幹(iPS)細胞を製造するための方法であって、ウイルスエンベロープタンパク質を細胞表面に発現する及び目的DNAを有する外来染色体を含む供与細胞を準備する工程、上記供与細胞から微小核細胞を作製する工程、並びにMMCT(Microcell−Mediated Chromosome Transfer)法を用いて、上記微小核細胞と、受容細胞としてのヒトiPS細胞とをフィーダー細胞非存在下で共培養して融合し、上記目的DNAを有する外来染色体を上記ヒトiPS細胞に導入する工程を含む、上記方法。
(2)上記外来染色体が、人工染色体又は哺乳類人工染色体である、上記(1)に記載の方法。
(3)上記ウイルスエンベロープタンパク質が、麻疹ウイルス由来エンベロープタンパク質又はその改変体である、上記(1)又は(2)に記載の方法。
(4)上記改変体が、麻疹ウイルス由来Hタンパク質と、抗CD9抗体、抗CD13抗体もしくは抗CD71抗体、又は前記抗体のScFvとの融合タンパク質である、上記(3)に記載の方法。
(5)上記供与細胞が、哺乳類細胞である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6)上記哺乳類細胞が、齧歯類細胞である、上記(5)に記載の方法。
(7)上記目的DNAが、外来遺伝子、遺伝子座又は染色体断片である、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(8)上記(1)〜(7)のいずれかに記載の方法によって、外来遺伝子を有する外来染色体を含むヒトiPS細胞を作製する工程、並びに、上記ヒトiPS細胞において、或いは上記ヒトiPS細胞から分化誘導されたヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞において、上記外来遺伝子を発現する工程を含む、ヒトiPS細胞又はヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞において外来遺伝子を発現する方法。
(9)上記ヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞が、幹細胞、造血幹細胞、間葉系幹細胞、筋衛星細胞、前駆細胞、成熟細胞、又はその細胞集団である、上記(8)に記載の方法。
(10)上記ヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞が、神経細胞、心筋細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、T細胞、B細胞、NK細胞、巨核球細胞、肝細胞、上皮細胞、内皮細胞、膵細胞、腎細胞、及び小腸細胞からなる群から選択される、上記(9)に記載の方法。
(11)上記外来遺伝子を含むDNAの上流及び/又は下流にインスレーター様DNA配列を含む、上記(8)〜(10)のいずれかに記載の方法。
本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2018−191894号の開示内容を包含する。
本発明により、ヒトiPS細胞に外来染色体を効率よく導入することができるため、外来染色体が目的DNAを含むときにはヒトiPS細胞を再生医療や医薬品開発に使用できるという有用性が提供される。
この図は、Takiguchiら(ACS Synth. Biol.2014;3:903−914)の方法によるMAC5およびMAC6の作製手順と構造を示す。図中、黒丸はセントロメアを表し、白三角はテロメアを表す。また、HS4はインスレーター、CAG及びPGKはそれぞれプロモーター、EGFPは蛍光タンパク質をコードする遺伝子、neo及びpuroはそれぞれ薬剤耐性遺伝子、HPRTはヒポキサンチングアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ遺伝子を表す。 この図は、ヒトiPS細胞株に対してMACベクターを導入した際の蛍光顕微鏡像を示す。左パネルは明視野像、右パネルは対応するGFP蛍光視野像を示す。 この図は、MACベクター(MAC5、MAC6)を導入したヒトiPS細胞クローンのPCR解析の結果を示す。201B7はベクター非導入ヒトiPS細胞であり、バンドが出現しない陰性対照である。CHO MAC5およびCHO MAC6は導入したMACベクターを保持する陽性対照である。201B7MAC5#1、201B7MAC5#2、201B7MAC5#4、及び201B7MAC6#1は導入したMACベクターを保持するクローンである。 この図は、ヒトiPS細胞株201B7にMAC5(左パネル)もしくはMAC6(右パネル)を導入したクローンのキナクリン・ヘキスト染色における核型解析結果を示す。染色体は、左上から右下に向かって順番に1番〜22番、X、Y、MACを示す。 この図は、ヒトiPS細胞株201B7にMAC5(左パネル)もしくはMAC6(右パネル)を導入したクローンのキナクリン・ヘキスト染色におけるモダル解析結果を示す。 この図は、ヒトiPS細胞株201B7MAC5#2(上段)もしくは201B7MAC6#1(下段)由来奇形種のヘマトキシリン・エオジン染色像を示す。観察された、内胚葉組織(左パネル)、中胚葉組織(中パネル)、外胚葉組織(右パネル)を示す。 この図は、ヒトiPS細胞株201B7MAC6#1の蛍光顕微鏡によるGFP蛍光観察像を示す。長期培養前0PDL時点でのGFP蛍光観察像(上段)と長期培養後20PDL時点でのGFP蛍光観察像(下段)を示す。 この図は、ヒトiPS細胞株201B7MAC6#1の長期培養におけるキナクリン・ヘキスト染色による核型解析結果を示す。染色体は、左上から右下に向かって順番に1番〜22番、X、Y、MACを示す。長期培養前0PDL時点での解析結果(左)とG418選抜培養下での長期培養後20PDL時点での解析結果(中)、G418非選抜培養下での長期培養後20PDL時点での解析結果(右)を示す。 この図は、表示のプライマーを用いたときの、ヒトiPS細胞株(DMD−iPS#1)にDYS−HAC2を導入したクローンのPCR解析結果を示す。DMD−iPS#1は非導入DMD患者由来iPS細胞であり、バンドが出現しない陰性対照である。CHO DYS−HAC2は導入したDYS−HAC2ベクターを保持する陽性対照である。DMD−iPS DYS−HAC2#2,5,8,9は導入したDYS−HAC2ベクターを保持するクローンである。 この図は、ヒトアルファサテライト及び、RP11−954B16をプローブとして用いたときの、デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)患者由来ヒトiPS細胞株(DMD−iPS#1)にDYS−HAC2を導入したクローンのFISH染色結果を示す。赤色(矢印)でヒト13番、21番、もしくはDYS−HAC2を染色している。また、緑色(矢頭)でジストロフィン遺伝子を染色している。小窓にDYS−HAC2ベクターを拡大して示している。 この図は、DMD患者由来ヒトiPS細胞株にDYS−HAC2を導入したクローンDMD−iPS DYS−HAC2#8由来奇形種のヘマトキシリン・エオジン染色像を示す。観察された、内胚葉組織(左パネル)、中胚葉組織(中パネル)、外胚葉組織(右パネル)を示す。 この図は、正常ヒトiPS細胞株に21番染色体を導入した外来ヒト21番断片含有ヒトiPS細胞株のキナクリン・ヘキスト染色における核型解析結果を示す。染色体は、左上から右下に向かって順番に1番〜22番、X、Yを示す。3本の21番染色体を含有することを示している。 この図は、正常ヒトiPS細胞株に21番染色体を導入した外来ヒト21番断片含有ヒトiPS細胞株由来奇形種のヘマトキシリン・エオジン染色像を示す。観察された、内胚葉組織(左パネル)、中胚葉組織(中パネル)、外胚葉組織(右パネル)を示す。 この図は、表示のプライマーを用いたときの、MACベクター上に外来DNAを搭載したヒトiPS細胞クローンのPCR解析の結果を示す。201B7および、201B7/MAC6は非搭載細胞であり、バンドが出現しない陰性対照である。SIM#1は外来DNAが搭載されたMACベクターを保持するヒトiPS細胞クローンである。 この図は、ヒトiPS細胞株(201B7/MAC6)内のMACベクター(MAC6)上に3種のプラスミドベクターを導入したクローンに対して、マウスCot−1DNA及び、pBG2−V0binsElucinsをプローブとして用いたときの、FISH染色結果を示す。赤色(矢印)でマウス人工染色体(MAC6)を染色している。また、緑色(矢頭)でpBG2−V0binsElucinsを染色している。小窓にプラスミドベクターを導入したMAC6ベクターを拡大して示している。 この図は、外来DNAを搭載したヒトiPS細胞クローンSIM#1由来奇形種のヘマトキシリン・エオジン染色像を示す。観察された、内胚葉組織(左パネル)、中胚葉組織(中パネル)、外胚葉組織(右パネル)を示す。 この図は、外来DNAを搭載したヒトiPS細胞クローンSIM#1の蛍光顕微鏡によるGFP、tdTomato、BFP2蛍光観察像を示す。長期培養前0PDL時点での各種蛍光観察像を示す。 この図は、外来DNAを搭載したヒトiPS細胞クローンSIM#1の長期培養におけるキナクリン・ヘキスト染色による核型解析結果を示す。染色体は、左上から右下に向かって順番に1番〜22番、X、Y、MACを示す。長期培養前0PDL時点での解析結果(左パネル)とG418選抜培養下での長期培養後20PDL時点での解析結果(中パネル)、G418非選抜培養下での長期培養後20PDL時点での解析結果(右パネル)を示す。
本発明をさらに詳細に説明する。
1.外来染色体を含むヒトiPS細胞の製造方法
本発明は、外来染色体を含むヒトiPS細胞を製造するための方法を提供する。
上記方法は、以下に説明する第1工程〜第3工程を含む。
[第1工程]
この工程は、ウイルスエンベロープタンパク質を細胞表面に発現する及び目的DNAを有する外来染色体を含む供与細胞を準備する工程である。
本明細書中「外来染色体」という用語は、供与細胞に本来存在しない染色体であり、例えば、供与細胞と異なる起源の哺乳動物細胞の染色体もしくはその染色体断片、或いは、人工的に作製された染色体(「人工染色体」という)を含む。
本明細書中「人工染色体」という用語は、ヒト及び齧歯類(例えばマウス、ラットなど)を含む哺乳動物(「哺乳類」ともいう。)由来の染色体のセントロメア、長腕及び、もしあれば、短腕のセントロメア近傍の断片(可能なかぎり遺伝子類が除去されている。)、及び天然もしくは人工テロメアを含む、人工的に作製された染色体由来ベクターを指す。従って、本発明の人工染色体は、従来のベクター系であるウイルス、YAC、BAC、PAC、コスミド、プラスミドなどと異なる。
外来染色体には、目的DNA(例えば遺伝子、遺伝子座、染色体断片など)を挿入する部位が含まれており、この部位に目的DNAが挿入される。外来染色体の例には、例えば人工染色体、例えば哺乳類人工染色体、マウス人工染色体、ヒト人工染色体などが含まれる。
マウス人工染色体については、例えば日本国特許第5557217号公報、日本国特許第4997544号公報などに、またヒト人工染色体については、例えば日本国特許第4895100号公報にそれぞれ記載されている。
マウス人工染色体の作製に使用するためのマウス染色体は、マウス染色体1〜19、X及びYのいずれでもよいが、好ましくは1番〜19番染色体のいずれかである。例えばマウス11番染色体断片由来の人工染色体ベクターの場合には、上記長腕断片は、非限定的に例えば、該11番染色体の長腕のAL671968、或いはBX572640(AL671968よりセントロメア側に位置する。)、CR954170(AL671968及びBX572640よりセントロメア側に位置する。)又はAL713875(AL671968よりセントロメア側に位置する。)、よりも遠位の領域が削除された長腕断片からなる。或いは、マウス15番染色体断片由来のマウス人工染色体の場合、上記長腕断片は、例えば、AC121307、AC161799などの位置よりも遠位の領域が削除された長腕断片からなる。或いは、マウス16番染色体断片由来のマウス人工染色体の場合、上記長腕断片は、例えば、AC127687、AC140982などの位置よりも遠位の領域が削除された長腕断片からなる。
ヒト人工染色体の作製に使用するためのヒト染色体は、ヒト染色体1〜22、X及びYのいずれでもよいが、好ましくは1番〜22番染色体のいずれかである。ヒト人工染色体の作製は、例えば特開2010−004887号公報、WO2008/013067などに記載されている方法を参照することができる。
外来染色体には、目的DNA(例えば遺伝子、遺伝子座、染色体断片など)を挿入するための、loxP(Creリコンビナーゼ認識部位)、FRT(Flpリコンビナーゼ認識部位)、φC31attB及びφC31attP(φC31リコンビナーゼ認識部位)、R4attB及びR4attP(R4リコンビナーゼ認識部位)、TP901−1attB及びTP901−1attP(TP901−1リコンビナーゼ認識部位)、或いはBxb1attB及びBxb1attP(Bxb1リコンビナーゼ認識部位)などのDNA配列挿入部位をさらに含むことができる。また、外来染色体は、目的DNA配列を挿入するための部位を含むことができるため、この部位に、目的DNAを組み込むことによって、該外来染色体が任意の細胞に導入されたときに該目的DNAを発現することが可能となる。
目的DNAは、非限定的に、例えば有用遺伝子、疾患原因遺伝子、治療用遺伝子、それらの遺伝子を含む染色体断片、細胞分化に必要な遺伝子、レポーター遺伝子、選択マーカー遺伝子(ポジティブ選択マーカー遺伝子、ネガティブ選択マーカー遺伝子など)などを包含する。
本発明の外来染色体における目的DNAの挿入部位の近傍又は挿入部位の両側には、少なくとも1つのインスレーター配列を存在させることができる。インスレーター配列は、エンハンサーブロッキング効果(すなわち、隣り合う遺伝子が互いに影響を受けない)又は染色体バウンダリー効果(遺伝子発現を保証する領域と遺伝子発現が抑制される領域を隔て区別する)を有する。このような配列には、例えばヒトβグロビンHS1〜HS5、ニワトリβグロビンHS4などが包含されてもよい。
上記供与細胞には、上記の目的DNAが、例えば以下の手順によって外来染色体に導入される。遺伝子導入は、例えばリポフェクション法などの遺伝子導入法を用いて行うことができる。このとき、外来染色体を含む供与細胞は、例えば薬剤選択、HAT選択などの選別法によって選択しうる。
供与細胞は、微小核形成能を有する細胞、好ましくは哺乳類細胞であり、例えばヒト細胞、齧歯類細胞などを含む。具体的には、供与細胞は、哺乳類の臓器、器官の組織に由来する細胞など、例えばそれらの初代培養細胞、株化細胞、不死化細胞、ATCC寄託細胞などを含むことができる。そのような細胞の例は、上皮細胞、線維芽細胞、内皮細胞、肝細胞、筋細胞、軟骨細胞、骨芽細胞、心筋細胞、毛乳頭細胞、神経細胞、卵巣細胞、iPS細胞などである。齧歯類細胞の例は、非限定的に、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞、マウスA9細胞などである。
供与細胞にはさらに、その細胞表面にウイルスエンベロープタンパク質を発現させるための処理が施される。
ウイルスエンベロープタンパク質は、例えば麻疹ウイルス、白血病ウイルス、エコトロピック(レトロ)ウイルス、アンホトロピック(レトロ)ウイルス水疱性口内炎ウイルスなどのウイルス由来のエンベロープタンパク質又はその改変体である。このエンベロープタンパク質には、麻疹ウイルス由来エンベロープタンパク質の場合、例えばヘマグルチニン(Hemagglutinin;H)タンパク質及びフュージョン(Fusion;F)タンパク質、それらの改変体、白血病ウイルス由来エンベロープタンパク質の場合、例えばSUタンパク質及びTMタンパク質、それらの改変体を含むことができる。好ましいウイルスエンベロープタンパク質は、麻疹ウイルス由来エンベロープタンパク質、例えばHタンパク質及びFタンパク質である。
さらに改変体の例として、Hタンパク質を遺伝子工学技術により、Hタンパク質が特定の受容細胞の表面抗原に結合可能にするように改変を加えることができる。例えば、抗体の抗原認識の最小単位single chain Fv(ScFv)、好ましくは抗CD9抗体、抗CD13抗体もしくは抗CD71抗体、或いはこれらの抗体のScFvをHタンパク質に融合することで野生型Hタンパク質では融合できない細胞種に対しても融合可能となる。或いは、染色体受容細胞に対して、Hタンパク質に結合しうるCD46抗原、CD120(SLAM)抗原を発現するよう遺伝子改変を加えることで融合を引き起こすことができる。もしくは、Hタンパク質にTagペプチド配列を付加することができ、受容細胞に抗His tag抗体もしくは、抗Hタンパク質抗体を発現するよう遺伝子改変を加えることで、融合を引き起こすことができる。或いは、水疱性口内炎ウイルスGタンパク質(VSV−G)が例示される。
上記各エンベロープタンパク質をコードするDNAを含むプラスミド、或いは複数のエンベロープタンパク質をコードするDNAカセットを含むプラスミドを、遺伝子組換え技術によって構築し、これらのプラスミドで供与細胞を形質転換することができる。
供与細胞にはさらに、目的細胞の選択のために、薬剤耐性遺伝子(例えばブラストサイジン(Blasticidin)耐性遺伝子、ネオマイシン(G418)耐性遺伝子など)及び/又は蛍光タンパク質をコードする遺伝子(例えばGFP、DsRedなど)を導入することができる。
上記の手法によってウイルスエンベロープタンパク質を細胞表面に発現する及び目的DNAを有する外来染色体を含む供与細胞を作製することができる。
[第2工程]
この工程は、上記第1工程の供与細胞から微小核細胞を作製する工程である。
供与細胞から、人工染色体を含む微小核細胞を作製するために、供与細胞を倍数体誘発剤(例えばコルセミド、コルヒチンなど)で処理することによって微小核多核細胞を形成し、さらにサイトカラシン処理により微小核体を形成する。
微小核細胞を作製するための処理条件は、上記供与細胞を、例えばコルセミド0.1μg/mL及び20%FCSを含有するHam’s F−12培地中、37℃、5%COの条件下にて72時間培養することを含む。
[第3工程]
この工程は、MMCT(Microcell−Mediated Chromosome Transfer;微小核細胞融合)法を用いて、上記第2工程の微小核細胞と受容細胞としてのヒトiPS細胞とをフィーダー細胞非存在下で共培養して細胞融合し、目的DNAを有する外来染色体をヒトiPS細胞に導入する工程である。
本発明において使用する微小核細胞融合法は、人工染色体を含有する微小核形成能を有する細胞由来の微小核細胞(「供与細胞」)と、他の所望の細胞(「受容細胞」)との微小核細胞融合によって、供与細胞内の人工染色体を受容細胞内に移入する方法である。
本発明により、フィーダーフリー培養法及び、ウイルスエンベロープを用いるMMCT法を使用することによって、外来染色体をヒトiPS細胞に導入することができる。
iPS細胞は、体細胞(体性幹細胞を含む。)に、ある特定の再プログラム化因子(DNA又はタンパク質)を導入し、適当な培地にて培養、継代培養することによって約3〜5週間でコロニーを生成する。再プログラム化因子は、例えばOct3/4、Sox2、Klf4及びc−Mycからなる組み合わせ;Oct3/4、Sox2及びKlf4からなる組み合わせ;Oct4、Sox2、Nanog及びLin28からなる組み合わせ;あるいは、Oct3/4、Sox2、Klf4、c−Myc、Nanog及びLin28からなる組み合わせなどが知られている(K.Takahashi and S.Yamanaka,Cell;126:663−676(2006);WO2007/069666;M.Nakagawa et al.,Nat.Biotechnol.26:101−106(2008);K.Takahashi et al.,Cell;131:861−872(2007);J.Yu et al.,Science;318:1917−1920(2007);J.Liao et al.,Cell;Res.18,600−603(2008))。培養例は、マイトマイシンC処理したマウス胎仔線維芽細胞株(例えばSTO)をフィーダー細胞とし、このフィーダー細胞層上でES細胞用培地を用いて、再プログラム化因子発現ベクター導入体細胞(約10〜10細胞/cm)を約37℃の温度で培養することを含む。このときフィーダー細胞は必ずしも必要ではない(Takahashi,K.et al.,Cell;131:861−872(2007))。基本培地は、例えばダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、イーグル最小必須培地(EMEM)、ハムF−12培地、RPMI−1640培地、イスコフ改変ダルベッコ培地(IMDM)、それらの混合培地などであり、ヒトiPS細胞用培地は、霊長類ES細胞用培地(リプロセル社、日本)などを使用することができる。
フィーダー細胞の非存在下でのヒトiPS細胞の培養培地は、例えばStemFitTM AK02N(リプロセル社、日本)、TeSRTM(STEMCELL Technologies)、NutriStem XF/FF Culture Medium(STEM GWNT)などがあげられる。また培養用基質はGeltrrexTM LDEV−Free hESC−qualified(Thermo Fisher Scientific)、iMatrix−511(ニッピ、日本)、hES Qualified MatrigelTM(Corning)などがあげられる。
フィーダー細胞の非存在下、上記例示の培地にて、第2工程で作製された微小核細胞とヒトiPS細胞を共培養して細胞融合を行う。その後、例えば薬剤(例えば抗生物質)を含む培地で培養することによって、薬剤耐性(及び蛍光陽性)を指標として外来染色体を含むヒトiPS細胞を選択し回収することができる。
細胞融合のための培養条件は、例えば、培地としてStemfitTM(味の素、日本)、培養用基質としてiMatrixTM−511(ニッピ、日本)0.5μg/mLでの培養皿コーティング、温度として37℃、期間として24時間などである。
本発明の方法で作製されたヒトiPS細胞は、継代培養を重ねて行っても(例えば0PDL〜20PDL)、蛍光陽性率に変化がなく、人工染色体はヒトiPS細胞内に安定に保持されることが証明された(後述の実施例参照)。
2.外来染色体中の外来遺伝子の発現方法
本発明はさらに、上記1.で作製されたヒト人工多能性幹細胞、又はヒト人工多能性幹細胞由来未分化もしくは分化細胞、において外来染色体中の少なくとも1つの外来遺伝子を発現する方法を提供する。
本発明の別の態様によれば、上記方法は、上記1.に記載の方法によって、外来遺伝子を有する外来染色体を含むヒトiPS細胞を作製する工程(以下、「第1工程」という)、並びに、上記ヒトiPS細胞において、或いは上記ヒトiPS細胞から分化誘導されたヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞において、上記外来遺伝子を発現する工程(以下、「第2工程」という)を含む、ヒトiPS細胞又はヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞において外来遺伝子を発現する方法を含む。
以下において第1工程及び第2工程について説明する。
[第1工程]
この工程では、上記1.に記載の方法によってヒトiPS細胞を作製する。したがって、上記1.に記載の方法をそのままここに引用する。
[第2工程]
この工程では、上記1.に記載の方法によって作製されたヒトiPS細胞において、或いは上記ヒトiPS細胞から分化誘導されたヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞において、上記外来遺伝子を発現することを含む。
上記ヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞は、非限定的に、例えば幹細胞、造血幹細胞、間葉系幹細胞、筋衛星細胞(骨格筋の幹細胞)、前駆細胞、成熟細胞、又はその細胞集団である。そのような細胞の例は、非限定的に、神経細胞、心筋細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、T細胞、B細胞、NK細胞、巨核球細胞、肝細胞、上皮細胞、内皮細胞、膵細胞、腎細胞、及び小腸細胞からなる群から選択される細胞又はその細胞集団である。
上記ヒトiPS細胞から分化誘導によってヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞を作製するために、公知の方法、例えば中間中胚葉細胞(特表2013−530680号公報)、肝細胞(特開2014−128210号公報、再表2016/148216号公報)、血球細胞(再表2014/200030号公報)、造血系細胞(再表2017/038958号公報)、造血幹細胞(N. Suzuki et al.,Molecular Therapy,2013;21(7):1424−1431)、T細胞(再表2016/010148号公報、再表2017/179720号公報)、角膜内皮細胞(再表2013/051722号公報)、網膜色素上皮細胞(再表2015/053375号公報)、心筋細胞(再表2015/182765号公報)、骨格筋前駆細胞(再表2016/108288号公報)、腎前駆細胞(再表2017/043666号公報)、膵前駆細胞(再表2017/188378号公報)、神経幹細胞(再表2014/069431号公報)、神経系細胞(特開2016/131543号公報)、運動ニューロン(再表2017/209290号公報)、末梢神経細胞(再表2018/074567号公報)、ケラチノサイト(I. Kogut et al.,Methods Mol Biol.2014;1195:1−12)、血管平滑筋細胞(S. Ayoubi et al., Cardiovascular Research,2017;113(11):1282−1293)などに記載の分化誘導法を参照することができる。
上記外来遺伝子(これは、上記1.に記載の目的DNAであってもよく、外来遺伝子を含む遺伝子座もしくは染色体断片を含むものとする。)は、上記のとおり、有用遺伝子、例えば疾患原因遺伝子、治療用遺伝子、それらの遺伝子を含む染色体断片、細胞分化に必要な遺伝子などを包含する。有用遺伝子は、非限定的に、例えば、サイトカイン類、例えばインターフェロン、インターロイキン、ケモカイン、顆粒球コロニー刺激因子、腫瘍壊死因子、成長因子(例えば血小板由来生長因子、血管内皮成長因子、肝細胞成長因子、ケラチノサイト増殖因子、神経成長因子、等)、栄養因子(例えば神経栄養因子、脳由来神経栄養因子、等)など、エリスロポエチン、血液凝固系タンパク質、血小板産生促進因子、ホルモン類、抗体類(例えばモノクローナル抗体、scFVなどの組換え抗体、等)、酵素類などのタンパク質をコードする遺伝子もしくはDNAを含む。有用遺伝子はさらに、筋ジストロフィー、血友病、神経変性疾患、自己免疫疾患、アレルギー性疾患、遺伝性疾患、腫瘍などの疾患に関連する治療用遺伝子もしくはDNA、T細胞受容体(TCR)、ヒト白血球抗原(HLA)などの免疫系遺伝子又はDNAを含む
上記外来遺伝子を含むDNAの上流及び/又は下流にインスレーター様DNA配列を含んでもよい。インスレーター及びその例は、上記1.に記載の通りである。インスレーターは、好ましくはエンハンサーとプロモーターの間に挿入するとよい。本明細書の「インスレーター様」なる用語は、隣接する染色体環境の影響を遮断する作用を有する、かつインスレーター配列又はそれに類似する配列を含む広義の意味で使用される。
さらに、上記外来遺伝子を含むDNAの発現のために必要な要素として、必要であれば外来のプロモーター、エンハンサー、リボソーム結合部位、転写開始部位、停止配列などの制御配列を含むことができる。
さらに、上記方法において、発現された外来遺伝子を含む細胞もしくは細胞集団を回収する工程を含んでもよい。
回収された細胞もしくは細胞集団は、ヒトiPS細胞については分化細胞の作製のために使用することができるし、またヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞については再生医療のために又は新薬の開発や毒性評価のために使用することができる。ここで新薬の開発に使用するヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞は、例えば遺伝性疾患などの難治性疾患をもつ患者の体細胞から誘導されたiPS細胞に由来してもよい。
以下の実施例を参照しながら、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は、それらの実施例によって制限されないものとする。
[実施例1]ヒトiPS細胞への人工染色体ベクターの導入
[A]薬剤耐性遺伝子で標識されたMACベクターをヒトiPS細胞に導入することで、人工染色体保持ヒト細胞株を樹立する。
[A.1.1]微小核細胞融合及び薬剤耐性クローンの単離
MACベクター(MAC5もしくはMAC6(図1))含有CHO細胞を10cm直径培養皿1枚に播種し、90%コンフルエントにまで培養した。これに抗CD9−ScFv融合MV−H発現プラスミドベクター12μg及びMV−F発現プラスミド12μgをLipofectamine2000を用いて添付のプロトコールに従い導入した。24時間後に25cmフラスコ3個にパッセージした翌日から、コルセミド処理(F12/20%FBS/0.1μg/mLコルセミド)を48時間行い、再度培地交換を行い、コルセミド処理(F12/20%FBS/0.1μg/mLコルセミド)を24時間行い、微小核を形成させた。コルセミド処理後、フラスコ内の培地を取り除き、フラスコの9分目までをサイトカラシンBで満たした。フラスコを遠沈管にセットし、温湯(34℃)をフラスコが隠れない程度に加え、JLA−10,500 Rotor(BECKMAN)で8,000rpm、1時間、34℃で遠心分離した。遠心分離終了後、サイトカラシンBを回収除去し、各フラスコ内のペレットを2mL無血清DMEM培地にて50mLチューブに回収した。孔径8μm、5μm、3μmフィルターの順にフィルトレーションした後、2,000rpm、10分、室温(RT)で遠心分離した。遠心分離後、上清を除去し各チューブのペレットを受容(「レシピエント」ともいう)細胞培養用培地で懸濁して、レシピエント細胞を培養しているディッシュに添加し、インキュベートした。レシピエント細胞はヒトiPS細胞に対して予めラミニン−511 0.5μg/mLでコーティングした10cm直径培養皿1枚に播種し、90%コンフルエントに培養したものを使用した。24時間後、10cm直径培養皿3枚に再播種した。更に24時間後に、90μg/mL G418により選択培養を行った。3〜4週間選択培養した。結果として薬剤耐性コロニーがMAC5導入群から3個、MAC6導入群から1個獲得された(図2)。これらを単離し増殖させ、以下の解析を行った。
[A.1.2]PCR
G418耐性株のゲノムDNAを鋳型として組換え体を選別するため以下のプライマーを用いてPCRを行い、MACベクターの存在を確認した。そのプライマー配列を以下に示す。
TRANS L1:5'−TGGAGGCCATAAACAAGAAGAC−3'(配列番号1)
Neo R:5'−CCCCTTGACCCAGAAATTCCA−3'(配列番号2)
PCRは、サーマルサイクラーとしてPerkin−Elmer社製のGeneAmp9600を、TaqポリメラーゼはEXTaq(TaKaRa)を用い、バッファーやdNTPs(dATP,dCTP,DGTP,dTTP)は添付のものを推奨される条件に従って用いた。温度、サイクル条件は94℃1分の熱変性後、98℃10秒、60℃30秒、72℃2分を35サイクル行った。PCRの結果、薬剤耐性クローン全てがMACベクター陽性であった(図3)。
[A.1.3]キナクリン・ヘキスト二重染色よる核型解析
上記PCR解析によって陽性であったクローンについて、上述の方法と同じようにキナクリン・ヘキスト二重染色を行った。キナクリン・ヘキスト二重染色したクローンの染色体像を蛍光顕微鏡により観察した(図4)。調べた2クローンにおいてMACベクターが65%以上の割合で保持されていることがわかった(図5)。
[A.1.4]奇形種形成による多能性解析
上記で得られた201B7/MAC5#2、201B7/MAC6#1について、1×10個の細胞をSCIDマウスの精巣に移植した。その後4〜8週間後に形成された奇形種を採取し、10%中性ホルマリンを用いて固定した。その後、ティシュー・テックVIP6AI(サクラファインテックジャパン)を用いてパラフィン包埋ブロックを作製した。パラフィンブ包埋ロックを薄切し、薄切切片とし、ヘマトキシリン・エオジン染色を行い、組織学的な解析を実施した。結果として、内胚葉組織(図6左パネル)、中胚葉組織(図6中パネル)、外胚葉組織(図6右パネル)が観察された。これらの結果より、MACベクター導入ヒトiPS細胞株において、多能性を持つことが示された。
[B]人工染色体含有iPS細胞内における人工染色体ベクターの安定性評価
得られたMACベクター含有iPS細胞について、ヒトiPS細胞内における人工染色体ベクターの安定性を、蛍光顕微鏡を用いたGFP陽性率解析、キナクリン・ヘキスト二重染色による核型解析を用いた人工染色体ベクター含有率により、評価した。
[B.1.1]MACベクター含有ヒトiPS細胞における蛍光顕微鏡によるMACベクター安定性評価
MAC6含有201B7についてのネオマイシン選択培養下での0PDLの培養開始時点,もしくは20PDLの長期培養後においてMAC6保持細胞を示すGFP陽性細胞の割合を、蛍光顕微鏡を用いて計測した結果、0PDL、20PDLにおいても90%以上の細胞がGFP陽性を示したことから、90%以上のMACベクター保持率であったことからヒトiPS細胞内でMACベクターは安定に保持され、遺伝子発現も安定していると示された(図7)。
[B.1.2]MACベクター含有ヒトiPS細胞におけるキナクリン・ヘキスト二重染色による核型解析を用いた人工染色体ベクター含有率の評価
上述の方法を用いて、MAC6含有201B7についてのネオマイシン誘導体G418非選択培養下での0PDLの培養開始時点,もしくは20PDLの長期培養後においてMAC6保持細胞を検証するために、キナクリン・ヘキスト二重染色による核型解析を実施し、MACベクター含有率を算出した。0PDL時点では、47,XX,+MAC6の核型を示す細胞がメジャーであり、90%の細胞がMAC6を含有していた(図8左パネル)。G418存在下における20PDL培養時点では、同様に47,XX,+MAC6である核型を示す細胞がメジャーであり、90%の細胞がMAC6を含有していた(図8中パネル)。G418非存在下における20PDL培養時点では、47,XX,+MAC6である核型を示す細胞がメジャーであり、75%の細胞がMAC6を含有していた(図8右パネル)。人工染色体ベクター含有ヒトiPS細胞は長期培養後も核型が安定であることが示された。また、人工染色体ベクターはヒトiPS細胞内において、長期間維持されることが示された。
[実施例2]デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)疾患患者由来ヒトiPS細胞への人工染色体ベクターの導入
[A]薬剤耐性遺伝子で標識されたDYS−HAC2ベクターをヒトDMD患者由来iPS細胞株へ導入する。
[A.1.1]微小核細胞融合及び薬剤耐性クローンの単離
DYS−HAC2ベクター含有CHO細胞を10cm直径培養皿1枚に播種し、90%コンフルエントにまで培養した。これに野生型MV−H発現プラスミドベクターもしくは、抗CD71−ScFvもしくはCD9−ScFv融合MV−H発現プラスミドベクター12μg及びMV−F発現プラスミド12μgをLipofectamine2000を用いて添付のプロトコールに従い導入した。24時間後に25cmフラスコ3個にパッセージした翌日から、コルセミド処理(F12/20%FBS/0.1μg/mLコルセミド)を48時間行い、再度培地交換を行い、コルセミド処理(F12/20%FBS/0.1μg/mLコルセミド)を24時間行い、微小核を形成させた。コルセミド処理後、フラスコ内の培地を取り除き、フラスコの9分目までをサイトカラシンBで満たした。フラスコを遠沈管にセットし、温湯(34℃)をフラスコが隠れない程度に加え、JLA−10,500 Rotor(BECKMAN)で8,000rpm、1時間、34℃で遠心分離した。遠心分離終了後、サイトカラシンBを回収除去し、各フラスコ内のペレットを2mL無血清DMEM培地にて50mLチューブに回収した。孔径8μm、5μm、3μmフィルターの順にフィルトレーションした後、2,000rpm、10分、室温(RT)で遠心分離した。遠心分離後、上清を除去し各チューブのペレットをレシピエント細胞培養用培地で懸濁して、レシピエント細胞を培養しているディッシュに添加し、インキュベートした。レシピエント細胞はヒトiPS細胞(DMD−iPS#1)に対して予めGeltrexTM LDEV−Free hESC−qualified(Thermo Fisher Scientific)(5%濃度)でコーティングした10cm直径培養皿1枚に播種し、90%コンフルエントに培養したものを使用した。24時間後、10cm直径培養皿3枚に再播種した。更に24時間後に、90μg/mL G418により選択培養を行った。3〜4週間選択培養した。結果として薬剤耐性コロニーが野生型MV−Hを用いたDYS−HAC2導入群から10個、抗CD71−ScFv融合MV−H発現プラスミドベクターを用いたDYS−HAC2導入群から12個、もしくはCD9−ScFv融合MV−H発現プラスミドベクターを用いたDYS−HAC2導入群から10個、合計32個のクローンを得た。これらを単離し増殖させ、以下の解析を行った。
[A.1.2]PCR
上記で得たG418耐性である32個のクローンのゲノムDNAを鋳型として組換え体を選別するため以下のプライマーを用いてPCRを行った。そのプライマー配列を以下に示す。
NeoF:5'−CACAACAGACAATCGGCTGCTCT−3'(配列番号3)
DloxP3L:5'−GCATGGGGGAGGAGAGAAGAGAGATGTA−3'(配列番号4)
hCMV586:5'−CGTAACAACTCCGCCCCATT−3'(配列番号5)
PCRは、サーマルサイクラーとしてPerkin−Elmer社製のGeneAmpTM9600を、TaqポリメラーゼはEXTaq(TaKaRa)を用い、バッファーやdNTPs(dATP,dCTP,DGTP,dTTP)は添付のものを推奨される条件に従って用いた。温度、サイクル条件は94℃1分の熱変性後、98℃10秒、60℃30秒、72℃2分を35サイクル行った。PCRの結果、解析を実施した32個のクローンのうち11クローンについて陽性の結果を得た(図9)。
[A.1.3]FISH解析による薬剤耐性クローンの選別
上記で得られたクローンについてShinoharaらの報告(Human Molecular Genetics,10:1163−1175,2001)に記された方法でFISH解析を行った。ヒトアルファサテライト及び、RP11−954B16をプローブとして用いたときの、ヒトiPS細胞株(DMD−iPS#1)にDYS−HAC2を導入したクローンのFISH染色結果を図10に示す。ヒト13番、21番、もしくはDYS−HAC2を赤色(矢印)で染色している。また、緑色(矢頭)でジストロフィン遺伝子を染色している。図10中、小窓にDYS−HAC2ベクターを拡大して示している。
[A.1.4]奇形種形成による多能性解析
上記で得られたDMD−iPS DYS−HAC2 #8 について、1×10個の細胞をSCIDマウスの精巣に移植した。その後4〜8週間後に形成された奇形種を採取し、10%中性ホルマリンを用いて固定した。その後、ティシュー・テックVIP6AI(サクラファインテックジャパン)を用いてパラフィン包埋ブロックを作製した。パラフィンブ包埋ロックを薄切し、薄切切片とし、ヘマトキシリン・エオジン染色を行い、組織学的な解析を実施した。結果として、内胚葉組織(図11左パネル)、中胚葉組織(図11中パネル)、外胚葉組織(図11右パネル)が観察された。これらの結果より、DYS−HAC2ベクター含有ヒトDMD患者由来iPS細胞株において、多能性を持つことが示された。
[実施例3]ヒトiPS細胞へのヒト21番染色体断片の導入
[A]薬剤耐性遺伝子で標識されたヒト21番断片をヒトiPS細胞に導入することで、ヒト21番染色体断片保持ヒト細胞株(ダウン症モデルiPS細胞株)を樹立する。
[A.1.1]微小核細胞融合及び薬剤耐性クローンの単離
ヒト21番染色体断片含有CHO細胞を10cm直径培養皿1枚に播種し、90%コンフルエントにまで培養した。これに抗CD9−ScFv融合MV−H発現プラスミドベクター12μg及びMV−F発現プラスミド12μgをLipofectamine2000を用いて添付のプロトコールに従い導入した。24時間後に25cmフラスコ3個にパッセージした翌日から、コルセミド処理(F12/20%FBS/0.1μg/mLコルセミド)を48時間行い、再度培地交換を行い、コルセミド処理(F12/20%FBS/0.1μg/mLコルセミド)を24時間行い、微小核を形成させた。コルセミド処理後、フラスコ内の培地を取り除き、フラスコの9分目までをサイトカラシンBで満たした。フラスコを遠沈管にセットし、温湯(34℃)をフラスコが隠れない程度に加え、JLA−10,500 Rotor(BECKMAN)で8,000rpm、1時間、34℃で遠心分離した。遠心分離終了後、サイトカラシンBを回収除去し、各フラスコ内のペレットを2mL無血清DMEM培地にて50mLチューブに回収した。孔径8μm、5μm、3μmフィルターの順にフィルトレーションした後、2,000rpm、10分、室温(RT)で遠心分離した。遠心分離後、上清を除去し各チューブのペレットをレシピエント細胞培養用培地で懸濁して、レシピエント細胞を培養しているディッシュに添加し、インキュベートした。レシピエント細胞はヒトiPS細胞に対して予めGeltrrexTM LDEV−Free hESC−qualified(5%濃度)でコーティングした10cm直径培養皿1枚に播種し、90%コンフルエントに培養したものを使用した。24時間後、10cm直径培養皿3枚に再播種した。更に24時間後に、50μg/mL G418により選択培養を行った。3〜4週間選択培養した。結果として薬剤耐性コロニー1個を得た。これらを単離し増殖させた。
[A.1.2]キナクリン・ヘキスト二重染色よる核型解析
上記薬剤耐性であったクローンについて、上述の方法と同じようにキナクリン・ヘキスト二重染色を行い、21番染色体を導入したことにより、21番染色体を3本、独立に含有していることを確認することができた(図12)。
[A.1.3]奇形種形成による多能性解析
上記で得られた外来ヒト21番断片含有ヒトiPS細胞について、1×10個の細胞をSCIDマウスの精巣に移植した。その後4〜8週間後に形成された奇形種を採取し、10%中性ホルマリンを用いて固定した。その後、ティシュー・テックVIP6AI(サクラファインテックジャパン)を用いてパラフィン包埋ブロックを作製した。パラフィンブ包埋ロックを薄切し、薄切切片とし、ヘマトキシリン・エオジン染色を行い、組織学的な解析を実施した。結果として、内胚葉組織(図13左パネル)、中胚葉組織(図13中パネル)、外胚葉組織(図13右パネル)が観察された。これらの結果より、外来ヒト21番断片含有ヒトiPS細胞において、多能性を持つことが示された。
[実施例4] MACベクター含有ヒトiPS細胞内でのMACベクターへの遺伝子搭載
[A]ヒトiPS細胞内における人工染色体上への遺伝子導入を実証するために、3遺伝子同時導入法により3種のプラスミドベクターを同時にヒトiPS細胞内のMACベクターに搭載した。
[A.1.1]ヒトiPS細胞内のMACベクターへの遺伝子挿入用プラスミドベクターの作製
カセットベクターを以下のように作製した。
(1)pBG2−V0binsElucins
pBG2−V0のAscI/NheI切断サイトにpBG2−V0b(1C)のAscI/AvrIIサイトにCAG−ElucベクターのAscI/AvrII断片を挿入した。
(2)GLV2−EF1a−tdTomato
tDNA pEF BGHpAのEcoRI切断サイトにEcoRI−XbaI−EcoRIを挿入した。tDNA pEF BGHpA−XbaIのXbaIサイトにpCMV tdTomatoのNheI/AvrII切断断片を挿入した(tDNA EF1a tdTomato)。tDNA Efia tdTomatoのAscI/NheIにpBG2−Vla(2A)のBxbI−PhiC31_CL_F/BxbI−PhiC31_CL_RでのPCR産物のAscI/AvrII切断断片を挿入した(GLV2−EF1a−tdTomato)。
(3)GLV3−Neo−BFP
tDNA−EF1aBGHpAのEcoRI切断サイトにpTagBFP2のBFP_cl_EcoRI_F/BFP_cl_EcoRI_RでのPCR産物のEcoRI切断断片を挿入した(tDNA−EF1a−BFP)。tDNA−EF1a−BFPのAscI/NheI切断サイトにpBG2−V2a(3A)のPhiC31att_3'HPRT_Asc1_F/PhiC31att_3'HPRT_cl_RでのPCR産物のAscI/AvrII切断断片を挿入した(GLV3−EF1a−BFP)。GLV3−EF1a−BFPのAscI/HindIII断片にpBG2−v1b1よりのSA−Neo AvrII Fw/SA−Neo AgeI RvでのPCR産物のAvrII/AgeI断片、GLV3−EF1a−BFPよりのPhiC31 AscI F/PhiC31 AvrII RでのPCR産物のAscI/AvrII断片、および、AgeI/HindIII Oligoの断片を挿入した(GLV3−Neo−BFP)。
[A.1.2]トランスフェクションおよびG418耐性クローンの単離
遺伝子導入はエレクトロポーレーターNEPA21(NEPAGENE Co.Ltd.)を用いて行った。3×10個のiPS細胞をPBS、5mLを用いて洗浄し、1200rpmにて室温で5分間、遠心分離し、細胞を回収した。さらにOpti−MEM(Thermo Fiser Scientific Inc.),5mLを用いて、1200rpmにて室温で5分間、遠心分離し、細胞を回収した。これを90μLのOpti−MEMに懸濁した。これにpBG2−V0binsElucins3.5μg、GLV2−EF1a−tdTomato7μg、GLV3−EF1a−BFP10.5μg、Cre発現ベクター3μg、Bxb1インテグレース発現ベクター3μg、PhiC31インテグレース発現ベクター3μgを混合し、NEPA21エレクトロポーレーターを用いて、添付のプロトコールに従い、Poring Pulse(Voltage 135V、Pulse Length 5.0msec、Pulse Interval 50msec、Number of Pulse 2、Decay Rate 10%、Polarity +)、 Transfer Pulse(Voltage 20V、Pulse Length 50.0msec、Pulse interval 50.0msec、Number of Pulse 5、Decay Rate 40%、Polarity +/−)の条件にて導入した。導入後48時間からG418(90μg/mL)選択培養下で3〜4週間培養すると、蛍光陽性薬剤耐性コロニーが出現した。MACベクター含有ヒトiPS細胞より1回の導入で得た1個のコロニーを単離し増殖させ、以後の解析を行った。
[B]薬剤耐性クローンの選別
[B.1.1]PCR
HAT耐性株のゲノムDNAを鋳型として組換え体を選別するため以下のプライマーを用いてPCRを行い、部位特異的に導入した遺伝子の挿入が起こっているかを確認した。そのプライマー配列を以下に示す。
TRANS L1:5'−TGGAGGCCATAAACAAGAAGAC−3'(配列番号6)
SIM Neo Rv:5'−CGCCTTGAGCCTGGCGAACA−3'(配列番号7)
tdTomatoF:5'−ACAACAACATGGCCGTCATC−3'(配列番号8)
tdTomatoR:5'−CATGCCGTACAGGAACAGGT−3'(配列番号9)
ElucF:5'−CGATCCTGGTCTTCACCACT−3'(配列番号10)
ElucR:5'−TGCAGAGGCTTGAATGTTTG−3'(配列番号11)
BFP Fw:5'−CTGGAAGGCAGAAACGACAT−3'(配列番号12)
BFP Rv:5'−TGCTAGGGAGGTCGCAGTAT−3'(配列番号13)
PCRは、サーマルサイクラーとしてPerkin−Elmer社製のGeneAmp9600を、TaqポリメラーゼはLA Taq(TaKaRa)を用い、バッファーやdNTPs(dATP,dCTP,dGTP,dTTP)は添付のものを推奨される条件に従って用いた。温度、サイクル条件は94℃1分の熱変性後、98℃10秒、60℃30秒、72℃2分を35サイクル行った。PCRの結果、1クローンが陽性であった(図14)。
[B.1.2]セルアナライザーによる蛍光陽性頻度の解析
各クローンの各蛍光陽性頻度を定量するために、BD社製Fortessaを用いて、EGFP、BFP、tdTomatoの陽性頻度を測定した。各クローン1×10個を500μLのPBS(−)に懸濁し、測定を行った。結果としてEGFP、BFP、Tdtomato三重陽性細胞を含むクローンであった。
[B.1.3]発光測定
各クローンのEmerald Luciferase発現を検出するために、東洋ビーネット株式会社製のルシフェラーゼ・アッセイシステムを用いて発光測定を試薬の標準手順書に従い実施した。細胞は1×10個を用いて測定を実施し、Emerald Luciferase発現陽性であった。
[B.1.4]FISH解析による薬剤耐性クローンの選別
上記で得られたクローンについてShinoharaらの報告(Human Molecular Genetics,10:1163−1175,2001)に記された方法でmouse cot−1配列を赤色プローブとした(図15の矢印)。pBG2−V0binsElucins、GLV2−EF1a−tdTomatoもしくはGLV3−EF1a−BFPを緑色プローブとしたFISH解析を行った(図15の矢頭)。代表例としてEmerald Luciferase遺伝子(Eluc)の搭載を示すpBG2−V0binsElucinsおよび、mouse cot−1配列をプローブとした染色結果を示す。結果から、外来DNAを挿入されたMACベクターが宿主染色体から独立して保持されていた。
[B.1.5]奇形種形成による多能性解析
上記で得られた外来DNA搭載MACベクター含有ヒトiPS細胞について、1×10個の細胞をSCIDマウスの精巣に移植した。その後4〜8週間後に形成された奇形種を採取し、10%中性ホルマリンを用いて固定した。その後、ティシュー・テックVIP6AI(サクラファインテックジャパン、日本)を用いてパラフィン包埋ブロックを作製した。パラフィンブ包埋ロックを薄切し、薄切切片とし、ヘマトキシリン・エオジン染色を行い、組織学的な解析を実施した。結果として、内胚葉組織(図16左パネル)、中胚葉組織(図16中パネル)、外胚葉組織(図16右パネル)が観察された。これらの結果より、外来DNA搭載MACベクター含有ヒトiPS細胞において、多能性を持つことが示された。
[C]外来DNA搭載MACベクター含有ヒトiPS細胞におけるMACベクター安定性と遺伝子発現持続性
得られた外来DNA搭載MACベクター含有iPS細胞について、ヒトiPS細胞内における人工染色体ベクターの安定性を、蛍光顕微鏡を用いた蛍光タンパク質陽性率解析、キナクリン・ヘキスト二重染色による核型解析を用いた人工染色体ベクター含有率解析により、評価した。
[C.1.1]外来DNA搭載MACベクター含有ヒトiPS細胞における蛍光顕微鏡によるMACベクター安定性と遺伝子発現持続性評価
上記で得られた外来DNA搭載MACベクター含有ヒトiPS細胞について、0PDL培養開始時点、ネオマイシン非選択培養下での20PDL長期培養時点での、外来DNA搭載MACベクター含有ヒトiPS細胞のGFP陽性率、tdTomato陽性率、BFP2陽性率を蛍光顕微鏡により評価した。計測の結果、0PDLにおいては、GFP,tdTomato,BFP2いずれも陽性である細胞が存在した(図17)。20PDL長期培養後も遺伝子発現が認められた。このことから、外来DNA搭載MACベクターはヒトiPS細胞内において、長期間、搭載した外来DNAを発現可能であると示された。
[C.1.2]
外来DNA搭載MACベクター含有ヒトiPS細胞におけるキナクリン・ヘキスト二重染色による核型解析を用いた人工染色体ベクター含有率の評価
上述の方法を用いて、外来DNA搭載MACベクター含有201B7についてのネオマイシン誘導体G418非選択培養下での0PDLの培養開始時点,もしくは20PDLの長期培養後においてMAC6保持率を検証するために、キナクリン・ヘキスト二重染色による核型解析を実施し、MACベクター含有率を算出した。0PDL時点では、47,XX,+MAC6の核型を示す細胞がメジャーであり、95%の細胞がMAC6を含有していた(図18左パネル)。G418存在下における20PDL培養時点では、同様に47,XX,+MAC6である核型を示す細胞がメジャーであり、90%の細胞がMAC6を含有していた(図18中パネル)。G418非存在下における20PDL培養時点では、47,XX,+MAC6である核型を示す細胞がメジャーであり、75%の細胞がMAC6を含有していた(図18右パネル)。人工染色体ベクター含有ヒトiPS細胞は長期培養後も核型が安定であることが示された。また、外来DNA搭載人工染色体ベクターはヒトiPS細胞内において、長期間維持されることが示された。
本発明の方法によって、目的DNAを有するメガベース(Mb)サイズの人工染色体を含むヒトiPS細胞を製造すること、並びに、ヒトiPS細胞、又はヒトiPS細胞から分化誘導されたヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞において、目的DNA(例えば外来遺伝子)を発現することが可能である。この方法は、ヒトiPS細胞を利用した再生医療や医薬品開発に有用である。
配列番号1〜13:プライマー
本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。

Claims (11)

  1. 外来染色体を含むヒト人工多能性幹(iPS)細胞を製造するための方法であって、ウイルスエンベロープタンパク質を細胞表面に発現する及び目的DNAを有する外来染色体を含む供与細胞を準備する工程、前記供与細胞から微小核細胞を作製する工程、並びにMMCT(Microcell−Mediated Chromosome Transfer)法を用いて、前記微小核細胞と、受容細胞としてのヒトiPS細胞とをフィーダー細胞非存在下で共培養して融合し、前記目的DNAを有する外来染色体を前記ヒトiPS細胞に導入する工程を含む、前記方法。
  2. 前記外来染色体が、人工染色体又は哺乳類人工染色体である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記ウイルスエンベロープタンパク質が、麻疹ウイルス由来エンベロープタンパク質又はその改変体である、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記改変体が、麻疹ウイルス由来Hタンパク質と、抗CD9抗体、抗CD13抗体もしくは抗CD71抗体、又は前記抗体のScFvとの融合タンパク質である、請求項3に記載の方法。
  5. 前記供与細胞が、哺乳類細胞である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記哺乳類細胞が、齧歯類細胞である、請求項5に記載の方法。
  7. 前記目的DNAが、外来遺伝子、遺伝子座又は染色体断片である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法によって、外来遺伝子を有する外来染色体を含むヒトiPS細胞を作製する工程、並びに、前記ヒトiPS細胞において、或いは前記ヒトiPS細胞から分化誘導されたヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞において、前記外来遺伝子を発現する工程を含む、ヒトiPS細胞又はヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞において外来遺伝子を発現する方法。
  9. 前記ヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞が、幹細胞、造血幹細胞、間葉系幹細胞、筋衛星細胞、前駆細胞、成熟細胞、又はその細胞集団である、請求項8に記載の方法。
  10. 前記ヒトiPS細胞由来未分化もしくは分化細胞が、神経細胞、心筋細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、T細胞、B細胞、NK細胞、巨核球細胞、肝細胞、上皮細胞、内皮細胞、膵細胞、腎細胞、及び小腸細胞からなる群から選択される、請求項9に記載の方法。
  11. 前記外来遺伝子を含むDNAの上流及び/又は下流にインスレーター様DNA配列を含む、請求項8〜10のいずれか1項に記載の方法。
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