KR20060057528A

KR20060057528A - 동물에서 체세포 핵 전이와 연관된 유사분열 방추 결함을교정하는 방법

Info

Publication number: KR20060057528A
Application number: KR1020057019092A
Authority: KR
Inventors: 제랄드 샤텐; 칼빈 시멜리; 크리스토퍼 나바라
Original assignee: 마제-위민스 헬스 코퍼레이션
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2006-05-26
Also published as: US20100242125A1; EP1615492A4; JP2006522609A; WO2004091288A3; EP1615492A2; US20080263692A1; US20040268422A1; WO2004091288A2

Abstract

본 발명은 NT를 동물, 특히 인간과 비-인간 영장류를 비롯한 영장류에 실용적인 절차로 만드는 다양한 방법에 관한다. 더 나아가, 본 발명에 의해 제시된 방법과 분자 구성요소는 원하는 특성을 보유하는 배아를 산출하기 위한 실용적인 수단을 제공한다. 특정 구체예에서, 본 발명의 방법은 한가지이상의 분자 구성요소와 함께 원하는 특성을 보유하는 핵을 난에 도입하고, 상기 난을 배양하여 생존 배아를 산출하고, 상기 배아를 암컷의 수란관에 이전하고, 무성번식 동물을 산출하는 단계를 포함한다.

유사분열 방추 결함

Description

동물에서 체세포 핵 전이와 연관된 유사분열 방추 결함을 교정하는 방법{METHODS FOR CORRECTING MITOTIC SPINDLE DEFECTS ASSOCIATED WITH SOMATIC CELL NUCLEAR TRANSFER IN ANIMALS}

본 발명은 NIH에 의해 수여된 허가 번호 NIH R37 HD 12913과 2 R24 RR013632-06 하에, 부분적으로 미국 정부 지원으로 달성되었다.

관련 출원에 대한 참조

본 출원은 35 U.S.C. § 119 규정에 따라, 2003년 4월 9일자로 제출된 미국 분할 특허 출원 60/461,139에 우선권을 주장한다.

본 발명의 기술분야

본 발명은 영장류를 비롯한 동물의 무성 번식(clonal propagation) 방법에 관한다. 또한, 본 발명은 인간을 비롯한 영장류로부터 배아 줄기 세포, 외래유전자도입 배아 줄기 세포, 면역-대응된 배아 줄기 세포를 생산하는 방법에 관한다. 더 나아가, 본 발명은 핵 전이와 연관된 유사분열 방추 결함을 교정하는데 이용되는 다양한 방법과 분자 구성요소를 제시한다.

일란성 영장류는 멸종위험 종 보존과 불임에 대한 영향뿐만 아니라 분자 의약품에 극히 중요하다. 무성번식 동물에서 유전적 변이성의 부재는 실험 정확도에 서 비례적 증가를 유도하고, 따라서 노화, 환경, 또는 다른 영향에 기인한 질환과 장애뿐만 아니라 약물, 유전자 요법, 백신 임상시험에 대한 완전한 통제로 통계학적으로 유의한 데이터를 획득하는데 필요한 동물의 개체수를 감소시킨다. 건강과 행동에 대한 모체 환경 또는 후생적(epigenetic) 영향을 비롯한 유전 vs 환경에 관련된 “자연 vs 양육”문제 역시 해답을 얻을 수 있다. 결과적으로, 일차 자손의 예상 수명을 초과하는 세포 노화를 해결하고, 소급적(노화된 쌍둥이)이면서 동시에 미래지향적인 치료 프로토콜을 시험하기 위하여, 출생일에 상관없이 유전적으로 동일한 자손을 조사하였다(가령, 동물 생산에 앞서 표현형 분석과 같은 연구에서; 생식계 세포(예, 남성 생식 세포)의 연속 전이에서)(Brinster et al., 9 SEMIN. CELL DEV. BIOL. 401-09(1998)). 예로써, 저체중 출산 또는 태아 발생의 다른 측면이 평생 결과를 유발하는 지의 여부(Leese et al., 13 HUM. REPROD. 184-202(1998)), 어린이의 IQ 감소가 임신동안 모체 갑상선기능저하증(maternal hypothyroidism)에 관련되는 지의 여부(Haddow et al., 341 N. ENGL. J. MED. 549-55(1999)), 또는 면역유전(immunogenetics)이 자궁 거부를 유발하는 지의 여부(Gerard et al., 23 NAT. GENET. 199-202(1999); Clark et al., 41 AM. J. REPROD. IMMUNOL. 5-22(1999); Hiby et al., 53 TISSUE ANTIGENS 1-13(1999))를 확인하기 하기 위하여, 일란성 대리모에 순차적으로 착상된 본 발명의 일란성 배아를 이용한 후생적 조사를 수행하였다.

성체 체세포 핵 전이에 의한 동물의 무성번식으로, 양(Wilmut et al., 385 NATURE 810-13(1997)), 소(Kato et al., 282 SCIENCE 2095 98(1998)), 생쥐 (Wakayama et al., 394 NATURE 369-74(1998)), 돼지, 고양이, 토끼, 염소(Baguisi et al., 17 NATURE BIOTECH.456-61(1999))가 산출되었다. 무성번식의 가장 강력한 과학적 근거는 질병 모델의 산출이다. 질병 모델로서 무성번식 동물은 각 클론의 유전적 특질이 불변한다는 점에서 유망하다.

줄기 세포주가 인간과 원숭이 배아로부터 산출되었다(Shamblott et al., 95 PRoc.NATL. ACAD. SCI. USA 13726-31(1999); Thomson et al., 282 SCIENCE 1145-47(1999)). 하지만, 인간 또는 영장류의 완전한 비근교계 개체군으로부터 유래된 줄기 세포가 불변의 유전적 특질을 보유하는 선별된 근교계 생쥐로부터 유래된 줄기 세포의 완전 전능성(totipotency)을 보유하는 지는 알려져 있지 않다. 이는 본 발명에서, 일란성 형제에서 후기에 검사된 한 개체로부터 치료 줄기 세포를 산출하고, 이런 과정에서 줄기 세포가 기형암(teratocarcinomas)과 같은 암을 유발하는 지를 학습함으로써 평가될 수 있다.

이론적으로, 체세포 핵 전이(SCNT)은 무제한의 일란성 자손을 잠재적으로 산출할 수 있다; 하지만, 유전자 키메라 현상(genetic chimerism), 태아와 신생물 사망률(Wilmut et al., 419 NATURE 583-7(2002); Humpherys et al., 99 PROC. NATL. ACAD. SCI.USA 12889-94(2002); Cibelli et al., 20 NAT. BIOTECHNOL. 13-4(2002); Kato et al., 282 SCIENCE 2095-8(1998)), 단축된 텔로미어(Shields et al., 399 NATURE 316-7(1999)), 일관성이 없는 성공률은 이의 즉시 활용을 불가능하게 한다. 짧은꼬리 원숭이에서 SCNT는 할구(blastomere) 핵(Wolf et al., 60 BIOL. REPROD. 199-204(1999))으로는 성공하였지만, 성체, 태아 또는 배아 줄기(ES) 세포로는 성 공하지 못하였다. 하지만, SCNT에 의해 제기된 이런 우려, 모순과 역설은 SCNT에 의한 포유동물 무성번식의 분자 조절에 관한 새로운 연구를 조장하였다.

도 1에서는 조작 과정 및 SCNT동안 활성화된 적출된 난모세포 내에 체세포 핵에서 정점에 달하는 발달 현상을 예시한다. 이들 단계는 적출(enucleation) 또는 중기-Ⅱ 정지된 감수분열 방추 제거, 체세포 선별과 준비, 핵 전이 또는 세포질내 핵 주입(ICNI), 상처 복구 및 방추 제거와 핵 도입으로부터 약물 회복, 난모세포 활성화를 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 하지만, 이들 단계는 한계점을 안고 있다. 가령, 영장류 난모세포(비-인간과 인간 유사)에서 감수분열 방추 제거는 새로운 적출 난모세포에 예측하지 못한 결과를 초래한다. 자가 생쥐 종으로부터 얻은 난모세포와 달리, 중대한 미세소관 운동기(microtubule motor)(가령, 키네신(kinesin))와 중심체 분자(centrosome molecules)(가령, NUMA)가 거의 중기-Ⅱ 방추에서만 집중적으로 농축된다. 방추와 함께 난 DNA의 제거는 이들 운동기와 방추 극체 단백질의 대부분을 제거하기 때문에, SCNT 재구성된 난모세포는 일차 유사분열에서 기능성 양극 유사분열 방추를 형성하는 능력을 상실하게 된다.

이에 더하여, 이들 단계 중에서 일부 단계는 근본적인 과학적 지식이 부재한다. 가령, 체세포 선별과 준비(Wilmut et al., 385 NATURE 810-3(1997); Wilmut et al., 419 NATURE, 583-7(2002); Wakayama et al., 394 NATURE 369-74(1998))는 소수의 종에서만 조사되었고, 전기융합(electrofusion)과 직접 주입(세포질내 핵 주입(ICNI)) 사이의 비교는 완전히 조사되지 않았으며, 미세 주입(microinjection), 세포 융합, 적출이후 상처 복구는 아직 조사되지 않았다.

핵 전이에 의한 SCNT(NT; ‘돌리(Dolly)’ 방식)(Wilmut et al., 419 NATURE 583-7(2002); Polejaeva et al., 407 NATURE 86-90(2000); Campbell et al., 380 NATURE 64-6 2s(1996)) 및 ICNI(Honolulu 방법)(Wakayama et al., 394 NATURE 369-74(1998); Dominko et al., 1 CLONING 143-152(1999)) 모두 일란성 영장류를 번식시키는데 유망하긴 하지만, 영장류에서만 발견되는 이전에 예상하지 못했던 생물학적 장애가 여전히 존재한다. 더 나아가, 인간 배아 줄기 세포 잠재력에 관한 주요 연구가 비-인간 영장류에서 수행되고 있다. 일단의 유전적으로 동일한 영장류 자손은 생물의학 연구와 행동 연구에 매우 귀중하긴 하지만, 아직 태어난 적이 없다. 이런 이유로, 본 발명은 일란성 외래유전자도입 동물, 특히 영장류를 번식시키기 위한 확실하고 효과적인 방법을 제시한다. 더 나아가, 본 발명은 NT와 연관된 유사분열 방추 결함을 교정하는데 이용되는 다양한 방법과 분자 구성요소를 제시한다.

본 발명의 요약

본 발명은 NT를 동물, 특히 영장류에 실용적인 절차로 만드는 다양한 방법에 관한다. 더 나아가, 본 발명에 의해 제시된 방법과 분자 구성요소는 원하는 특성을 보유하는 배아를 산출하기 위한 실용적인 수단을 제공한다. 한 구체예에서, 본 발명의 방법은 한가지이상의 분자 구성요소와 함께 원하는 특성을 보유하는 핵을 난, 예를 들면, 적출된 난에 도입하고, 상기 난을 배양하여 생존 배아를 산출하고, 상기 배아를 암컷의 수란관에 이전하고, 무성번식 동물을 산출하는 단계를 포함한다.

특정 구체예에서, 원하는 특성을 보유하는 핵은 선별 또는 계획에 의해 수득되고, 난, 예를 들면, 적출된 난으로 이전된다. 특정 구체예에서, 정상 발생 핵은 숙주에 대한 유전적 적합성 또는 상보성을 위하여 선별되거나, 또는 원하는 특성을 보유하는 공여자로부터 유래되거나 가공될 수 있다. 본 발명의 다른 구체예에서, 원하는 특성은 특정 질환이나 장애와 연관된다. 특히, 상기 질환이나 장애는 심혈관 질환, 신경 질환, 생식 장애, 암, 안과 질환, 내분비 질환, 폐 질환, 대사 장애, 자가면역 질환, 노화 등이다. 선별된 핵은 정자 중심체에 정상적으로 존재하는 중심체 구성요소를 포함하는 분자 구성요소와 함께 난에 도입된다. 다른 구체예에서, 분자 구성요소는 유사분열 운동기 단백질과 중심체 단백질, 예를 들면, 각각 키네신(가령, HSET)과 NuMA을 포함한다.

특히, 본 발명의 방법은 이중 핵 전이; 유사분열 방추 붕괴, 모계 DNA 제거와 회복; NT 및 수정 또는 인공 활성화이후 전핵 제거; 세포질 전이 또는 난세포질 보충(ooplasm supplementation)을 포함한다.

본 발명의 다른 구체예에서, 동물은 포유동물, 조류, 파충류, 양서류 또는 어류이다. 상기 방법의 다른 측면에서, 동물은 비-인간 영장류, 특히 원숭이다. 상기 방법의 또 다른 측면에서, 동물은 영장류, 특히 인간이다. 본 발명의 특정 구체예에서, 동물은 외래유전자도입된다.

본 발명의 특정 구체예에서, 암컷 대리모의 수란관으로 이전에 앞서, 배아로부터 분리된 할구에서 착상전 유전 진단(preimplantation genetic diagnosis)이 수행된다. 이런 착상전 유전 진단에 이용되는 방법은 중합효소 연쇄 반응(PCR), 형광 in situ 혼성화(FISH), 단일-가닥 형태 다형성(SSCP), 제한 단편 길이 다형성(RFLP), 기폭된 in situ 라벨링(PR1NS), 비교 게놈 혼성화(CGH), 단일 세포 겔 전 기영동(COMET) 분석, 이형이중 DNA 분석, 서던 분석, 변성된 구배 겔 전기영동(DGGE) 분석 등이다.

본 발명의 방법으로 생성된 배아 줄기 세포와 외래유전자도입 배아 줄기 세포의 산출 역시 본 발명에 속한다. 특정 구체예에서, SCNT 배아는 무성번식 자손을 산출하는데 이용되고, 분리된 할구는 배아 줄기 세포주를 산출하는데 이용된다. 다른 구체예에서, SCNT 배아는 외래유전자도입되고, 이들 SCNT 외래유전자도입 배아는 무성번식 외래유전자도입 자손을 산출하는데 이용되고, 분리된 외래유전자도입 할구는 외래유전자도입 배아 줄기 세포주룰 산출하는데 이용된다.

또한, 본 발명은 배아 줄기 세포를 산출하는 방법에 관하는데, 여기서 할구는 배아로부터 분리되고, 이후 배양되어 줄기 세포주를 산출한다. 특정 구체예에서, 본원에 기술된 방법은 영장류 배아 줄기 세포를 산출하는데 이용된다. 본 발명의 다른 측면에서, 본원에 기술된 방법은 외래유전자도입 영장류 배아 줄기 세포를 비롯한 외래유전자도입 배아 줄기 세포를 산출하는데 이용된다.

또한, 본 발명은 본원에 기술된 방법으로 산출된 배아 줄기 세포에 관한다. 특정 구체예에서, 배아 줄기 세포는 영장류 배아 줄기 세포이다. 다른 구체예에서, 배아 줄기 세포는 외래유전자도입 영장류 배아 줄기 세포를 비롯하여 외래유전자도입된다. 또 다른 구체예에서, 외래유전자도입 배아 줄기 세포는 인간 외래유전자도입 배아 줄기 세포이다.

또한, 본 발명은 배아의 착상전 유전 진단 방법에 관한다. 특정 구체예에서, 할구는 배아로부터 분리되고, 단일 할구에서 유전 분석이 수행된다. 본 발명의 다 른 구체예에서, 나머지 할구는 배아 단계로 배양되고, 이후 암컷 대리모에 착상된다. 할구의 유전 분석에 이용되는 방법은 PCR, FISH, SSCP, RFLP, PRINS, CGH, COMET 분석, 이형이중 DNA 분석, 서던 분석, DGGE 분석 등이다.

도 1에서는 조작 과정 및 SCNT 동안 발생하는 현상의 개요도를 도시한다. 이들 단계는 적출(enucleation) 또는 중기-Ⅱ 정지된 감수분열 방추 제거, 체세포 선별과 준비, 핵 전이(NT) 또는 세포질내 핵 주입(ICNI), 상처 복구 및 방추 제거와 핵 도입으로부터 약물 회복, 난모세포 활성화를 포함한다.

도 2A-2G에서는 영장류 NT이후 결함성 유사분열 방추가 이수성(aneuploid) 배아를 유발한다는 것을 예증한다. 도 2A에서는 감수분열에서, 정렬되지 않은 크로모좀 중심체 NuMA를 보유하는 결함성 NT 유사분열 방추를 도시한다. 도 2B에서는 유사분열에서, 정렬되지 않은 크로모좀 중심체 NuMA를 보유하는 결함성 NT 유사분열 방추를 도시한다. 도 2C에서는 정렬되지 않은 크로모좀 중심체 NuMA를 보유하는 결함성 NT 유사분열 방추가 NT 유사분열에서 발생하지 않음을 예증한다. 도 2D에서는 중심체 키네신 HSET 역시 NT이후 상실된다는 것을 예증한다. 도 2E에서는 동원체 Eg5가 NT이후 상실되지 않는 것을 예증한다. 도 2F에서는 양극 유사분열 방추가 수정된 난으로의 NT이후, 정렬된 크로모좀 및 중심체 NuMA와 함께 존재한다는 것을 예증한다. 도 2G에서는 DNA 미세소관, NuMA, 키네신 영상을 도시한다.

도 3A-3R에서는 조작 과정 및 치료 무성번식동안 발생하는 현상의 개요도를 도시한다. 본원에 기술된 이들 단계는 난모세포 수집, 적출, 핵 전이, 활성화, 세 포 분열과 분화, 환자로의 이전을 포함한다.

본 발명은 본원에 기술된 특정 방법, 프로토콜, 반응물에 한정되지 않으며, 가변한다. 또한, 본 발명에 이용된 용어는 특정 구체예의 설명을 목적으로 하며, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 본 명세서에서 단수 형태는 달리 명시하지 않는 경우에, 복수 대상을 포함한다.

달리 정의하지 않는 경우에, 본원에 이용된 모든 기술 용어와 과학 용어는 본 발명이 속하는 분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서는 선호되는 방법, 장치, 물질을 기술하긴 하지만, 이들에 유사하거나 동등한 임의의 방법과 물질이 본 발명의 실행 또는 실험에 이용될 수 있다. 본원에 언급된 모든 참고문헌은 순전히 참조로 한다.

정의

편의를 위하여, 본원에 이용된 특정 용어와 구문의 의미를 아래에 제시한다.

본 명세서에서 “동물”은 포유동물(가령, 설치류, 생쥐, 쥐), 영장류(가령, 원숭이, 유인원, 인간), 양, 개, 토끼, 소, 돼지, 양서류, 파충류, 어류, 조류와 같은 모든 척추동물을 포괄한다. 이는 또한, 배아와 태아 단계를 비롯한 모든 발달 단계의 개별 동물을 포괄한다.

본 명세서에서 “영장류”는 원숭이, 유인원, 인간을 비롯한 일군의 포유동물을 의미한다.

본 명세서에서 “전능세포”는 발달 세포괴(developing cell mass)에서 모든 세포, 예를 들면, 배아, 태아, 동물로 성장하는 세포를 의미한다. 특정 구체예에서, “전능세포”는 한 동물에서 모든 세포로 성장하는 세포를 또한 의미한다. 전능세포는 하나이상의 핵 전이 단계로부터 배아를 산출하기 위한 절차에 이용되는 경우에 발달 세포괴의 모든 세포로 성장할 수 있다. 동물은 예로써, 생산(live-born) 동물로서 존재할 수 있다. 전능세포는 불완전 동물, 예를 들면, 호메오틱 유전자(homeotic gene)의 조작으로 머리 또는 다른 장기의 성장이 제거된 유전자 변형을 보유하는 장기 수확에 유용한 동물을 산출하는 데에도 이용될 수 있다.

본 명세서에서 “전능세포(totipotent)”는 “다능세포(pluripotent)”로부터 구별된다. 후자는 발달 세포괴 내에서 세포 부분집단으로 분화되지만, 발달 세포괴에서 모든 세포로 성장할 수는 없는 세포를 의미한다. 따라서, “다능세포”는 생산 동물에서 모든 세포로 성장할 수는 없는 세포를 의미한다.

본 명세서에서 “전능세포”는 또한, “키메라”로부터 구별된다. 후자는 발달 세포괴에서 다른 세포의 핵 DNA와 현저하게 상이한 뉴클레오티드 염기 서열을 갖는 핵 DNA를 보유하는 세포 소집단을 포함하는 발달 세포괴를 의미한다. 발달 세포괴는 예로써, 배아, 태아 및/또는 동물로서 존재할 수 있다.

본 명세서에서 “배아 줄기 세포”는 예로써 시험관내 세포 배양으로 유지될 수 있는 배아로부터 분리된 다능세포를 포괄한다. 배아 줄기 세포는 영양 세포(feeder cell)와 함께 또는 영양 세포 없이 배양된다. 배아 줄기 세포는 배반포 단계 배아와 배반포이전 단계 배아를 비롯한 임의의 발달 단계에서 배아로부터 분리된 배아 세포로부터 확립될 수 있다. 배아 줄기 세포 및 이들의 용도는 당업자에게 널리 공지되어 있다(참조: U.S. Patent No. 6,011,197과 WO 97/37009, "Cultured Inner Cell Mass Cell-Lines Derived from Ungulate Embryos," Stice and Golueke; Yang & Anderson, 38 THERIOGENOL.315-35(1992).

본 명세서에서 “배아”는 모체 숙주의 자궁막에 착상되지 않은 발달 세포괴를 포괄한다. 이런 이유로, 본 명세서에서 “배아”는 모체 숙주의 자궁막에 착상 이전의 발달 단계에 있는 수정된 난모세포, 세포질체 잡종(cybrid), 배반포이전 단계 발달 세포괴 및/또는 임의의 다른 발달 세포괴를 의미한다. 본 발명의 배아는 생식 융기(genital ridge)를 보이지 않을 수도 있다. 이런 이유로, “배아 세포”는 배아로부터 분리 및/또는 발생된다.

배아는 세포 발달의 복수 단계를 나타낼 수 있다. 가령, 한 세포 배아는 접합자(zygote)로 지칭될 수 있고, 절단된 배아로부터 생성된 고형 구상 세포괴는 상실배(morula)로 지칭될 수 있고, 포배강(blastocoel)을 보유하는 배아는 배반포로 지칭될 수 있다.

본 명세서에서 “태아”는 모체 숙주의 자궁막에 착상된 발달 세포괴를 의미한다. 태아는 생식 융기와 같은 정의적 특징을 보유할 수 있다. 생식 융기는 당업자에 의해 쉽게 확인되는 특징이고, 상당수 동물 종의 태아에서 인식가능한 특징이다. 본 명세서에서 “태아 세포”는 태아로부터 분리 또는 발생되거나, 또는 태아로부터 유래된 임의의 세포를 의미한다. “비-태아 세포”는 태아로부터 유래되거나 분리되지 않은 세포이다.

본 명세서에서 “내부 세포괴(inner cell mass)”는 고유 배아(embryo proper)를 산출하는 세포를 의미한다. 배반포 외부에 정렬된 세포는 배아의 영양막(trophoblast)이라고 한다. 배아로부터 내부 세포괴를 분리하는 방법은 당업자에게 널리 공지되어 있다(참조: Sims & First, 91 PROC. NATL. ACAD. SCT. USA 6143-47(1994); Keefer et al., 38 MOL. REPROD. DEV. 264- 268(1994)).

“배반포이전”은 당분야에 널리 공지되어 있다.

“외래유전자도입 배아”는 하나이상의 세포가 인간 개입으로 도입된 이질성 핵산을 보유하는 배아를 의미한다. 외래유전자는 전구세포의 도입, 계획적인 유전자 조작, 또는 재조합 바이러스에 의한 감염으로 간접적으로 또는 직접적으로 세포에 도입된다. 본원에 기술된 외래유전자도입 배아에서, 외래유전자는 목적하는 구조 유전자를 세포가 발현하도록 한다. 하지만, 외래유전자가 침묵하는 외래유전자도입 배아 역시 포함된다.

“외래유전자도입 세포”는 외래유전자를 보유하는 세포를 의미한다.

“생식 세포계 외래유전자도입 동물”은 유전자 변이 또는 유전 정보가 생식세포계 세포에 도입되어 자손에게 유전 정보를 전달하는 능력을 공여하는 외래유전자도입 동물을 의미한다. 이들 자손이 유전 정보의 일부 또는 전체 변이를 실제로 보유하면, 이들 역시 외래유전자도입 동물이다.

“유전자”는 폴리펩티드 또는 전구물질의 생산에 필요한 대조와 코딩 서열을 포함하는 DNA 서열을 의미한다. 폴리펩티드는 전장 코딩 서열, 또는 원하는 효소 활성이 유지된다는 조건하에 코딩 서열의 일부분에 의해 인코딩될 수 있다.

“외래유전자”는 넓은 의미로, 게놈에 정상적으로 존재하지 않는 서열을 보유하는 유전자 또는 DNA, 임의의 게놈에 존재하지만 정상적으로 전사되고 번역(“발현”)되지 않는 유전자, 또는 게놈으로의 도입이 요구되는 임의의 다른 유전자 또는 DNA를 비롯한 동물의 게놈에 도입되는 임의의 핵산을 의미한다. 여기에는 비-외래유전자도입 게놈에 정상적으로 존재하지만 발현에서 변이가 요구되거나 변이되거나 변형된 형태에 도입이 요구되는 유전자가 포함된다. 외래유전자는 정의된 유전자 좌위로 특이적으로 표적되거나, 크로모좀 내에 무작위로 통합되거나, 또는 크로모좀외부 복제 DNA이다. 외래유전자는 선별된 핵산의 최적 발현에 필요한 하나이상의 전사 조절 서열 및 임의의 다른 핵산, 예를 들면, 인트론을 보유한다. 외래유전자는 코딩 또는 비-코딩 서열, 또는 이의 조합일 수 있다. 외래유전자는 적절한 조건하에 한가지이상의 외래유전자의 발현을 구동할 수 있는 조절 요소를 보유한다.

“목적하는 구조 유전자”는 예로써, 목적하는 생물학적 활성 단백질 또는 안티센스 RNA를 발현하는 구조 유전자를 의미한다. 구조 유전자는 당분야에 공지된 임의의 공급원, 예를 들면, 식물, 진균, 동물, 박테리아 게놈 또는 에피솜, 원핵, 핵 또는 플라스미드 DNA, cDNA, 바이러스 DNA, 또는 화학적으로 합성된 DNA로부터 전체적으로 또는 부분적으로 유래된다. 구조 유전자 서열은 폴리펩티드, 예를 들면, 수용체, 효소, 사이토킨, 호르몬, 성장 인자, 면역글로불린, 세포 주기 단백질, 세포 신호 단백질, 막 단백질, 세포골격 단백질, 또는 리포터 단백질(가령, 녹색 형광 단백질(GFP), β-갈락토시다아제, 루시페라제)을 인코딩한다. 이에 더하여, 구조 유전자는 특정 질환이나 장애, 예를 들면, 심혈관 질환, 신경 질환, 생식 장애, 암, 안과 질환, 내분비 질환, 폐 질환, 대사 장애, 자가면역 질환, 노화와 연관된 유전자일 수 있다.

구조 유전자는 발현 산물의 생물학적 활성이나 화학적 구조, 발현 속도, 또는 발현 조절 방식에 영향을 주는 코딩 또는 비번역 영역에서 한가지이상의 변이를 보유할 수 있다. 이런 변이에는 하나이상 뉴클레오티드의 돌연변이, 삽입, 결실, 치환이 포함된다. 구조 유전자는 중단없는 코딩 서열로 구성되거나, 또는 적절한 절단접합 부위(splice junctions)에 의해 결합된 하나이상의 인트론을 보유할 수 있다. 구조 유전자는 융합 단백질을 인코딩할 수도 있다.

핵과 세포질 구성요소에서 완전히 일치하는 영장류는 예로써 질병의 유전적, 후생적 기초에 관한 전임상 조사에 이상적인 과학 모델이다. 이런 이유로, 본 발명은 SCNT를 이용하여 쌍둥이와 고차 집합과 같은 유전적으로 동일한 영장류의 산출에 관한다. 더 나아가, 본 발명은 인간과 비-인간 영장류에서 기능장애 재현성 잠재력을 교정하는 여러 방법 및 NT 기술의 적용이후 배아로부터 유래된 세포와 조직의 치료 수치를 고려한다. NT가 효과적이려면, 체세포 또는 배아 핵으로부터 도입된 배수 염색체 핵은 일차 유사분열 시점에, 기능성 양극 방추 기구에서 이들의 복제된 크로모좀을 응축하고 정렬할 수 있어야 한다. 이는 일차 분열의 종결 시점에서, 정렬된 크로모좀의 정확한 분리를 동반한다. 이후, 기능성 양극 방추의 조합은 2가지 중요한 현상에 좌우된다: (i) 핵 외피 파괴이후 방추 미세소관을 응집시키는 핵 전이동안 도입된 세포의 미세소관 조직 중심(microtubule organizing center)(즉, 체세포 또는 배아 중심체); (ii) 난 세포에 의해 상당 부분 제공되고, 복제된 크로모좀을 정렬하고 분리하기 위한 양극 방추 기구를 가교시키고 조직하며 구체화하는 일단의 구조 구성요소(즉, 핵 유사분열 기구 단백질(가령, NuMA) 및 분자 운동기 단백질(가령, 키네신 운동기 단백질))의 작용. 이전에, 핵 전이이후 양극 방추 조합에서 중심체 또는 구조/분자 운동기 단백질이 평가된 사례는 없다. 본 발명은 상실되는 NuMA와 HSET 키네신뿐만 아니라 기능장애 중심체가 핵 전이이후, 유사분열 다극 방추, 정렬되지 않은 크로모좀, 이수성 배아를 유발한다는 것을 예증한다.

본 발명의 아래의 구체예는 NT와 연관된 유사분열 방추 결함을 교정하기 위한 다양한 기술에 관한다. 본 발명에 의해 제공되는 방법은 이전에는 효율적인 검출이 힘들었던 일차 유사분열 오류와 관련된 잠재적 핵 전이 실패에 대한 메커니즘을 평가할 수 있다.

복제된 크로모좀을 정확하고 충실하게 분리하는 양극 유사분열 방추를 조합하는 능력 및 생식 간에는 직접적인 상관관계가 존재한다. 일반적으로, 영장류에서, 정자는 기능성 중심체의 조합에 중요한 중심립(centriole)을 제공한다. 중심체 조합이후, 중심체는 일차 유사분열 방추 미세소관의 조합에 참여한다. 대조적으로, 난모세포는 유사분열 방추 미세소관에 합체하는 다양한 운동기 단백질, 예를 들면, 키네신 대과와 디네인(dynein)의 구성원을 제공한다. 다양한 운동기 단백질의 기능은 양극 유사분열 방추의 조합에 참여하고 이를 유지시키는 것이다.

유사분열 방추는 생존 인간과 비-인간 영장류 배아의 생산에 필수적이다. 예상치 않게, 크로모좀의 방추 조직과 정확한 분리는 이들 분자에 의존하는 것으로 밝혀졌다. 이들 구성요소의 필요는 정자 중심체로부터 NT에 의해 산출된 구조 또는 운동 분자가 부재하는 배아의 비-생존능에 의해 뒷받침된다. 이런 이유로, 정자에 존재하는 방추-조직 원리는 NT의 유용한 성공률을 달성하고, 선별된 특성을 가진 세포, 조직 또는 동물을 산출하기 위한 배아의 실용적인 생산을 달성하기 위하여 필요하다.

본 발명에서는 중심체 구성요소의 도입이 NT와 연관된 유사분열 방추 결함을 교정할 수 있을 것으로 기대한다. 더 나아가, 본 발명은 유사분열 방추 결함의 교정에 필요한 핵심 구성요소 중에서 일부를 제시한다. 특히, 이들 구성요소에는 NuMA와 HSET 키네신이 포함된다.

또한, 본 발명은 NT를 동물, 특히, 인간 또는 비-인간 영장류에 실용적인 절차로 만드는 다양한 기술을 고려한다. 특히, 원하는 특성을 보유하는 핵은 선별 또는 계획에 의해 수득되고, 난으로 이전된다. 정상 발생 핵은 숙주에 대한 유전적 적합성 또는 상보성을 위하여 선별되거나, 또는 원하는 특성을 보유하는 공여자로부터 유래되거나 가공될 수 있다. 선별된 핵은 정자 중심체에 정상적으로 존재하는 구성요소와 함께 난으로 도입된다. 중심체 구성요소의 첨가는 생존 배아의 생산에 필요하다. 본 발명에 제시된 이들 방법과 분자의 효용은 원하는 특성을 보유하는 배아를 산출하기 위한 실용적인 수단을 제공한다.

본 발명의 특정 구체예는 SCNT와 수정(ICS/NI-2PN)이후 전핵 제거에 관한다. 도 2A-2G에서는 SCNT와 수정(ICS/NI-2PN)이후 전핵 제거의 실행가능성과 이점을 도시한다. 사전 난모세포 적출없는 ICNI는 수정을 동반한다. 체세포는 제 1 극체(first polar body)로부터 원위 도입되어, 모계 전핵과 배수 염색체 핵 사이의 지리학적 분리를 가능하게 한다. 정자는 미토콘드리아를 예로써, 생체염색염료(vital dye) MitoTracker로 사전표지하거나 통합된 정자 꼬리를 영상처리함으로써 확인된다. 1차 간기에서, 2개의 전핵은 추출되고, 재프로그램되고 개조된 체세포 핵은 정자-활성화된 난모세포에 잔류하고, 난세포질성 단백질의 완전 전량(complement)은 2차 감수분열 완결이후 복구된다. 핵 프로그래밍과 관련하여, Wakayama et al., 5(3) CLONING AND STEM CELLS 181-89(2003); Dinnyes et al., 4(1)CLONING AND STEM CELLS 81-9O(2002); Jaenisch et al., 4(4)CLONING AND STEM CELLS 389-96(2002)를 참조한다.

추가적으로, 본 발명에서는 체세포 핵이 NT 동안 재프로그램되고 개조되도록 2차 NT를 고려한다(이중 NT). 하지만, 핵은 세포질내 정자 주입(ICSI)에 의해 미리 수정된 다른 난으로 익일에 전이될 수도 있다. 접합자의 부계와 모계 전핵(각각, 정자와 난 핵)은 미세조작술(micromanipulation)에 의해 제거될 수 있다. 일차 간기 NT로부터 새로 적출된 접합자로의 2차 핵 전이는 재프로그램된 체세포 배수 염색체 핵을 정자에 의해 활성화되고 감수분열 방추에서 앞서 격리된 모든 난세포질성 성분을 함유하는 간기 세포질로 삽입한다. 정상적으로, 방추-연관된 운동기는 제 2 극체(second polar body) 형성이후 난세포질로 환원되는데, 이중 NT 전략에서 이들은 완전 전량으로 존재한다. 이중 NT는 돼지에서 SCNT동안 성공적인 적용을 비롯한 여러 이점을 제공한다. 하지만, 이는 2배수의 난 및 간기 핵 전이와 결부된 전핵 추출을 비롯한 훨씬 많고 복잡한 절차를 요한다.

본 발명의 다른 구체예에서는 방추 미세소관을 감소 또는 제거하기 위하여 노코다졸(nocodazole) 또는 냉기로 가역적 미세소관 해체(reversible microtubule disassembly)를 이용한 감수분열 방추 붕괴를 고려한다. 동적 DNA 영상처리는 감수분열 크로모좀을 확인하여, 운동기 또는 중심체 분자를 폐기하지 않으면서 이들 크로모좀을 추출할 수 있게 한다. 방추 붕괴는 난모세포 회복이 완전하고 신속한 경우에 특히 효과적인 개선을 약속한다.

게다가, 본 발명의 다른 구체예에서는 소 무성번식과 임상 ART(CT)에 이용되는 난세포(ooplast) 전기융합(SCNT+OF) 또는 미세주입(세포질 전이와 ICNI; CT+ICNI)에 의한 난세포질 보충을 이용하는 것을 고려한다(Barritt et al., 5 MOL. HUM. REPROD. 927-33(1999)). 동일 클러치의 난모세포로부터 추가의 난세포질은 적출동안 상실된 것을 보충한다. 대안적 구체예에서는 예로써 동일 난모세포 내에서 완전 회복이 어려운 경우에, 냉기 또는 노코다졸-회복 난모세포로부터 난세포질을 이용한다. 난세포질 보충은 인간과 소에서 이미 성공을 거두었으며, 임상 ICSI+CT에서처럼 ICNI와 통합(즉, ICNI+CT)되는 경우에 특히 수월하다. ICS/NI-2PN(즉, ICNI, ICSI, 이후 전핵 제거)에서는 이중 NT의 난모세포 절반을 이용한다. 이는 익일 적출을 요하긴 하지만, 자연적인 활성화를 이용하고 사이토찰라신(cytochalasin)과 방추 교란을 회피한다.

본 발명은 생물의약 연구 분야에 여러 가지 중요한 이점을 제공한다. 외래유전자도입과 SCNT 능력이 포함되도록 동물, 특히 영장류 생식을 확대함으로써, 필수적이고 시급한 전임상 시험을 위한 이런 모델의 효용이 상당히 강화될 수 있다. SCNT는 매우 귀중한 영장류 모델을 번식시키기 위한 확실하고 일상적인 방식으로서 개발된다면, 특별한 분야에 적용될 수 있다. 하지만, 다양한 질환에 대한 설치류 모델을 확립하는데 통상적으로 이용되는 기술에도 불구하고, 많은 심각한 인간 장애는 이들 하등 동물에서 적절히 조사되지 못한다. 인간 질환을 위한 임상적으로 가장 유관한 모델로서 외래유전자도입 영장류의 산출은 전체 임상 연구 분야에 중요하다. 더 나아가, 이들 방식의 조합은 연구 모델로서 귀중한 외래유전자도입 영장류를 번식시키기 위한 확실하고 효율적인 적용을 결과한다. 최종적으로, 안전하고 효과적인 유전자 요법 프로토콜의 전망은 외래유전자도입 생쥐와 중증도 환자 사이의 간격을 메울 수 있는 적절한 연구 시스템이 발견될 때까지는 완전히 실현될 수 없다. 결과적으로, 유전적으로 변이된 영장류, 특히 인간과 비-인간 영장류를 산출하는 확실하고 효과적인 방법의 개발이 강하게 요구된다. 따라서, 본 발명은 세포 요법(신경, 뇌, 척추 줄기 세포 적용, 간 줄기 세포 적용, 췌장 줄기 세포 적용, 심장 줄기 세포 적용, 신장 줄기 세포 적용, 혈액 줄기 세포 적용, 망막 줄기 세포 적용, 당뇨병-줄기 세포 적용, 정형-줄기 세포 적용, 연구용 일란성 영장류 모델, 약물 발견, 약물 발견용 배아 줄기 세포), 제약학적 장치와 의학적 장치(약물 발견과 검사, 약리학적 표적 확인, 약물 발견, 약물 효능 검사, 의료 장치의 생체적합성을 위한 동물 질병 모델 포함), 농업, 희귀종과 멸종위기종, 독성 평가를 비롯한 임상 및 연구 분야에 적용된다.

더 나아가, 본 발명은 인간 질환을 치료하기 위하여 배아 줄기 세포와 외래유전자도입 배아 줄기 세포를 이용하는 방법에 관한다. 구체적으로, 본 발명에 기술된 영장류, 특히 인간과 비-인간 영장류의 무성번식 방법은 배아 줄기 세포와 외래유전자도입 배아 줄기 세포를 산출하는 데에도 이용될 수 있다.

배아(즉, 배반포)의 내부 세포괴로부터 세포를 이용하여 배아 줄기 세포주를 유도할 수 있는데, 이들 세포는 조직 배양으로 유지된다(참조: Schuldiner et al., 97 PROC. NATL. ACAD. SCT. USA 11307-12(2000); Amit et al., 15 DEV. BIOL. 271-78(2000); U.S. Patent NO. 5,843,780; U.S. Patent NO. 5,874, 301). 일반적으로, 줄기 세포는 상대적으로 미분화되지만, 분화된 기능성 세포로 성장할 수도 있다. 가령, 조혈 줄기 세포는 적혈구와 백혈구와 같은 최종 분화된 혈액 세포로 성장할 수 있다.

도 3에서는 이런 절차의 기본적인 개요를 도시한다. 구체적으로, 배아 줄기 세포는 환자, 예를 들면, 척추 손상 환자에서 손상을 치료하는 새로운 신경으로 성장할 수 있다(도 3A). 난은 환자의 난소로부터 떼어내고(도 3B) 페트리 접시에 위치시킨다. 난에 붙어있는 세포는 제거한다(도 3C). 난 내부에 핵이 존재하는데(도 3D), 상기 핵은 무성번식 배아를 산출하기 위하여 제거된다. 가령, 미세한 바늘 또는 피펫으로 핵에 구멍을 내고(도 3E), 부드럽게 압착하거나 흡인하여 핵을 배출시키고(도 3F), 핵을 제거한다(도 3G). 미리 난으로부터 떼어낸 세포(도 3C) 중에서 하나의 세포를 난에 주입한다(도 3H). 전류로 난을 활성화시킨다(도 3I). 주입된 세포의 유전 물질은 난을 발달시킨다(도 3J). 세포 분열이 시작된다(도 3K). 구체적으로, 유전 물질은 2개의 새로운 세포 사이에 균등하게 공유되도록 분할된다. 세포는 4세포기(4-cell stage)로 다시 한번 분열한다(도 3L). 줄기 세포를 보유하는 내부 세포괴라고 하는 많은 세포 분열 부위가 관찰된다(도 3M). 줄기 세포는 떼어내고 성장 배지에 위치시키는데(도 30), 이는 반복적으로 분열되고 성장하여 수백만개의 줄기 세포를 산출한다(도 3P). 이들 세포는 영장류 신체, 예를 들면, 근육, 신경, 췌장, 골 세포에서 임의의 조직으로 성장할 수 있다(도 3Q). 분화된 세포는 인간 환자의 상처 또는 질병 부위에 재위치시켜, 새로운 작업 세포가 성장할 수 있도록 한다(도 3R).

본 발명의 방법을 이용하여, 특정 질병과 관련된 유전자를 발현하는 외래유전자도입 영장류 배아 줄기 세포 역시 산출할 수 있다. 가령, 외래유전자도입 영장류 배아 세포는 도파민의 생합성 경로에 관여하는 효소인 티로신 하이드록실라아제(tyrosine hydroxylase)를 발현하도록 조작될 수 있다. 파킨슨병에서, 상기 신경전달물질은 뇌의 기저핵(basal ganglia) 부위에서 고갈된다. 따라서, 티로신 하이드록실라아제를 발현하는 외래유전자도입 영장류 배아 세포는 파킨슨병 환자의 기저핵 부위로 이식하여, 도파민의 신경 수준을 잠재적으로 복구할 수 있다(참조: Bankiewicz et al., 144 EXP. NEUROL. 147-56 Is(1997)). 이런 이유로, 본 발명에 기술된 방법은 다수의 인간 질환과 장애를 치료하는데 이용될 수 있다(참조: Rathjen et al., 10 REPROD. FERTIL. DEV. 31.47(1998); Guan et al., 16 ALTEX 135-41(1999); Rovira et al., 96 BLOOD 4111-117(2000); Muller et al., 14 FASEB I. 2540-48(2000)).

본 발명의 다른 목적, 특징, 이점은 아래의 구체적인 실시예로부터 명백하다. 이들 실시예는 본 발명의 특정 구체예를 지시하긴 하지만, 예증의 목적으로 제시된다. 따라서, 본 발명은 상기한 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백한 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 다양한 개변 역시 포섭한다.

실시예 1: 난모세포 수집과 핵 전이

붉은털 원숭이 난의 초자극(superstimulation), 난모세포 단계결정, 수정을 위한 절차는 Hewitson 등(77 FERTIL. STERIL. 794-801(2002))에 의해 기술되었다. 7.5 ㎍/㎖ 사이토찰라신 D(CCD)와 1 ㎍/㎖ Hoechst 33342 DNA 염료(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO)를 함유하는 TALP-Hepes에 짧게 노출된 성숙된 비수정 난모세포의 적출은 30 ㎛ ID 피펫(Humagen, Charlottsville, VA)으로 수행하여 제 1 극체 및 2차 유사분열 방추를 포함하는 기초 세포질을 흡인하였다(Meng et al., 57 BIOL. REPROD.454-9(1997)). 모계 크로마틴 제거는 Hoechst 영상처리로 확인하였다. 배아 세포 핵 전이(ECNT)를 위하여, 공여자 할구는 0.5% 프로나아제(pronase)(Boehringer Mannheim)로 투명대(zone pellucida) 제거 및 각각 1 mM EDTA와 EGTA를 함유하는 Ca²⁺-와 Mg²⁺-없는 TALP-Hepes에서 배양이후, 4세포 내지 32세포 배아로부터 분리하였다. 단일 할구는 적출된 난모세포의 위란강(perivitelline space)으로 피펫하고, 30-60분 회수이후 0.3 M 솔비톨, 0.1 mM 칼슘-아세테이트, 0.1 mM 아세트산마그네슘, 0.5 ㎎/㎖ FFA-BSA(Sigma)에서 BTX Cell Manipulator 2001(Genentronics, Inc., San Diego, CA)을 이용한 2번의 DC 펄스(1.2 kV/cm, 30 μsec)로 융합시켰다. 2-4시간후, 수용자 세포질체를 위하여 노화 또는 간기 난모세포에서, 할구 융합에 앞선 활성화를 이용하여 ECNT를 수행하였다. SCNT를 위하여, 적출된 난모세포는 단일 공여자 세포를 직접 주입하거나, 또는 투명대 아래에 공여자 세포의 전이이후 융합시켰다. 세포 핵 공여자 공급원은 분리된 과립층 세포(granulosa cell), 붉은털 원숭이 제대혈(umbilical cord)로부터 수집된 내피 세포, 붉은털 원숭이 배반포로부터 유래된 분리되고 배양된 ICM 세포(2-3회 계대배양), 일차 붉은털 원숭이 섬유아세포 세포주 등이다.

활성화 프로토콜. NT 구조체는 세포융합이후 1-4시간 사이에 활성화시켜 120 mM KCl, 20 mM HEPES, 100 μM EGTA, 10 mM 나트륨 글리세롤포스페이트(Wilmut et al., 419 Nature 583-87(2002))에서 준비되고 0.22 ㎛ SpinX 필터(Costar, Cambridge, MA)를 통하여 멸균된 120-240 pg ㎖-1 붉은털 원숭이 정자 추출물의 미세주입, 또는 대략 5 μM 내지 대략 10 μM 이노마이신(ionomycin)(5분, 실온)과 1.9 mM DMAP(4시간)의 순차적 처리(Chan et al., 287 SCIENCE 317-19(2000))에 의한 핵 재프로그래밍을 가능하게 한다. DMAP이후, 난은 폭넓게 세척하고 TALP에 배양하였다. FertClone은 제거된 모계 크로마틴을 포함하는 세포질체와 적출된 난모세포의 융합으로 산출하고, 2-3시간후 ICSI로 수정시킨다. 이들 모두 24시간동안 TALP에 배양하고, 이후 CMRL 배지에 담긴 Buffalo Rat 간세포(BRL) 단층에 배양하였다.

미세주입. 항체 저해 연구는 일차 항체로 전면-적하된 9-㎛ 마이크로피펫(Humagen)을 이용하여 수행하였다. 난 용적(~700 pl)의 4-6%를 2-10 ㎎㎖-1의 항체와 함께 미세주입하였다. 최종 항체의 농도는 난모세포당 70-350 pg 전체 Ig 단 백질이었다. 미세주입된 난모세포와 난을 영상처리하기 위하여, 일차 항체를 제외하였다.

배아 전이. 배아 전이를 위하여, 붉은털 원숭이 암컷 대리모는 혈청 에스트라디올과 프로게스테론 수준에 기초하여 선별하였다. 임신은 24일-30일에 수행된 내분비계 프로필과 태아 초음파로 확인하였다(Wilmut et al., 385 NATURE 810-3(1997)).

영상처리. 난모세포와 NT의 고정과 면역조직화학 방법은 기존 문헌(Mitalipov et al., 66 BIOL. REPROD. 1449-55(2002))에 기술된 바와 같이 수행하였다. 중심체는 g-튜불린 또는 페리센트린(pericentrin) 다클론 토끼 항체(각각, Dr. T. Stearns[Stanford]; S. Doxsey[U. of Mass])로 검출하였다(Thomson et al., 92 PROC. NATE. ACAD. Scat. USA 7844-48(1995); Thomson et al., 282 SCIENCE 1145-47(1998)). NuMA, HSET, Eg5는 기존 문헌(Wilmut et al.(1997); Humpherys et al.(2002))에 기술된 바와 같이 토끼 다클론 항체를 이용하여 검출하였다. 미세소관은 E7 생쥐 단클론 항체로 면역표지하였다(Wilmut et al., 385 NATURE 810-3(1997)). 일차 항체는 공초점 검경에 의한 관찰을 위하여 Alexa 이차 항체(Alexa-546 염소 항-생쥐 IgG; Alexa-488 염소 항-토끼 IgG; Molecular Probes, Eugene, OR)를 이용하여 검출하였다. 각 일차와 이차 항체는 37℃에서 40분간 적용하였다; 헹굼은 PBS + 0.1% Triton으로 수행하였다. DNA는 인접기 린스(penultimate rinse)에 첨가된 5 ㎍/㎖ Hoechst 33342(Sigma)와 1 μM Toto-3(Molecular Probes)로 형광 검출하였다. Vectashield Antifade(Vector Labs, CA)에 커버슬립을 씌웠다. 대 조는 비면역 항체와 이차 항체 단독을 보유하는데, 이들은 방추 미세소관 또는 중심체를 검출하지 못한다. 슬라이드는 통상적인 면역형광 검경과 레이저-주사 공초점 검경으로 검사하였다. 통상적인 형광 검경은 먼저, 고수치 유효구경 대물렌즈가 구비된 Nikon Eclipse E1000 현미경을 이용하여 수행하였다. 데이터는 Metamorph 소프트웨어(Universal Imaging, West Chester, PA)를 이용하여 Cooled CCD 카메라(Hamamatsu Instruments Inc., Japan)를 이용하여 디지털 방식으로 기록하였다. 레이저-주사 공초점 검경은 Alexa-공액된 이차 항체와 Toto-3 DNA 스타틴(statin)의 동시 여기를 위한 Argon and Helium-Neon 레이저가 구비된 Leica SP-2를 이용하여 수행하였다.

면역블랏팅(Immunoblotting). 뮤린 난모세포와 인간 난소 단백질 추출물(Clontech, Inc., Palo Alto, CA)은 Humpherys et al.(2002)에 기술된 바와 같이 선형 구배 SDS-PAGE 겔과 웨스턴 블랏에서 분리하였다.

실시예 2. 배아 줄기 세포의 산출

ES 세포는 아래의 방법으로 배아로부터 확립한다. SCNT이후, 2-4 할구는 마이크로 웰에 배양하는데, 상기 마이크로웰은 생쥐 배아 섬유아세포(MEF), 또는 인간이나 비-인간 영장류 배아 섬유아세포(PEF)로부터 유래된 영양 세포(feeder cell)의 단층을 보유한다(Richards et al., 21(5) Stem Cells 546-56(2003); Richards et al., 20 Nature Biotech. 933-36(2002)). 나머지 배아는 이후, 실시예 1에 기술된 바와 같이 배아 재구성을 위하여 빈 투명대로 이전한다. ES 세포주를 분리하고 배양하기 위한 이런 동시-배양 시스템은 당분야에 널리 공지되어 있다(참 조: Thomson et al., 92 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 7844-48(1995); Ouhibi et al., 40 Mol. Reprod. Dev. 311-24(1995)). 영양 세포는 줄기 세포 분화를 저해하는 성장 인자-유사 백혈병 저해 인자(growth factor-like leukemia inhibiting factor, LIF)를 제공하는 것으로 제안되었다. 마이크로웰은 5-10 ㎕의 배양 배지(기초 배지로서 80% DMEM, 20% FBS, 1mM β-멀캡토에탄올, 1000 unit/㎖ LIE, 비-필수 아미노산, 글루타민)를 보유한다. 이후, 이들 세포는 37℃, 5% C0₂에서 배양하고 미네랄 오일로 덮는다. 새로운 배지로 매일 교체하고, 할구의 생존을 세포 분열로 확인한다. 최초 배양동안, 세포 덩어리는 MEF 단층에 세포 부착 및 콜로니 형성이 관찰될 때까지 물리적으로 분리한다. 그 다음, 콜로니는 4-웰 평판에 계대배양하고, 후속으로 35 ㎜ 접시에 계대배양하여, 안정적인 세포주가 확립될 때까지 배양액을 점진적으로 확대한다. 분리된 할구 배양액 이외에, 재구성된 배아 역시 배반포 단계에 도달할 때까지 배양하였다. 한 배 배반포 또는 투명대-없는 배반포는 상기한 바와 같이 마이크로웰에서 MEF 단층에 배양한다. 할구를 분리하는 대신에, 배반포가 MEF 단층에 부착되도록 한다. 배반포가 MEF에 부착되면, ICM 세포는 물리적으로 분리하고 새로운 배양 웰에 이전한다. 배아 세포는 상기한 바와 같이 배양하고, 세포의 확장은 개별 콜로니가 관찰될 때까지 지속한다. 클론 확장을 위한 개별 콜로니를 선별한다. 이런 클론 선별과 확장 과정은 무성번식 세포주가 확립될 때까지 지속한다.

가형(pseudotype) 레트로바이러스 벡터에 의한 미수정 난모세포의 감염을 이 용하여, 외래유전자도입 비-인간 영장류가 성공적으로 산출되었다. 이들 방법은 동시-계류중인 U.S. 특허 출원 No. 09/736,271과 09/754,276에서 개시한다. 외래유전자의 존재가 외래유전자도입 원숭이의 모든 조직에서 확인되었는데, 이는 아마도 수정 이전에 모계 크로모좀에서 조기 통합 현상이 일어난다는 것을 암시한다. 외래유전자도입 배아 줄기 세포주를 산출하기 위하여, 가형 감염에 의해 산출된 외래유전자도입 배아는 무성번식 배아 산출 과정에서 상기한 바와 같이 분리한다. 이후, 이들 분리된 배아를 이용하여, 외래유전자도입 배아 줄기 세포주를 확립하는데 이용되는 무성번식 자손 또는 이의 배아 대응물을 산출한다. 따라서, 외래유전자도입 자손과 외래유전자도입 배아 줄기 세포주는 난모세포 단계동안 달성된 동일한 유전자 변이를 공유한다.

본 발명의 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않는 본 발명의 상기한 실시예와 시스템의 다양한 개변은 당업자에게 명백하다. 본 발명을 특정 구체예와 연계하여 기술하긴 했지만, 본 발명은 이런 특정 구체예에 부당하게 한정되지 않는다. 실제로, 본 발명을 수행하기 위한 상기한 양식의 다양한 변형은 당업자에게 명백하며, 본 발명에 속한다.

Claims

한가지이상의 분자 구성요소와 함께 핵을 난에 도입하고;

상기 난을 배양하여 생존 배아를 산출하고;

상기 배아를 암컷의 수란관에 이전하고;

무성번식 동물을 산출하는 단계를 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 핵은 원하는 특성을 보유하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항에 있어서, 원하는 특성은 특정 질환이나 장애와 연관하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3항에 있어서, 특정 질환이나 장애는 심혈관 질환, 신경 질환, 생식 장애, 암, 안과 질환, 내분비 질환, 폐 질환, 대사 장애, 자가면역 질환, 노화에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 도입 단계는 SCNT를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5항에 있어서, SCNT이후 전핵 제거를 수행하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5항에 있어서, SCNT이후 2차 핵 전이를 수행하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 도입 단계는 감수분열 방추 붕괴를 수행하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 도입 단계이후 난세포질 보충을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 9항에 있어서, 난세포질 보충은 난세포 전기융합으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 9항에 있어서, 난세포질 보충은 미세주입으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 한가지이상의 구성요소는 정자 중심체에 정상적으로 존재하는 중심체 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 한가지이상의 구성요소는 유사분열 운동기 단백질과 중심체 단백질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13항에 있어서, 유사분열 운동기 단백질은 키네신(kinesin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서, 키네신은 HSET 키네신을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13항에 있어서, 중심체 단백질은 NuMA를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 동물은 영장류인 것을 특징으로 하는 방법.
제 17항에 있어서, 동물은 비-인간 영장류인 것을 특징으로 하는 방법.
제 18항에 있어서, 비-인간 영장류는 원숭이인 것을 특징으로 하는 방법.
제 17항에 있어서, 영장류는 인간인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 생존 배아는 외래유전자도입된 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 생존 배아로부터 배아 줄기 세포를 산출하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22항에 있어서, 배아 줄기 세포는 인간 배아 줄기 세포이고, 생존 배아는 인간 배아인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항의 방법으로 산출된 동물.
제 24항에 있어서, 동물은 영장류인 것을 특징으로 하는 동물.
제 25항에 있어서, 영장류는 비-인간 영장류인 것을 특징으로 하는 동물.
제 25항에 있어서, 영장류는 인간인 것을 특징으로 하는 동물.
한가지이상의 분자 구성요소와 함께 핵을 난에 도입하고;

상기 난을 배양하여 생존 배아를 산출하고;

상기 배아로부터 할구를 분리하고;

상기 할구를 배양하여 줄기 세포를 산출하는 단계를 포함하는 방법.
제 28항에 있어서, 핵은 원하는 특성을 보유하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 29항에 있어서, 원하는 특성은 특정 질환이나 장애와 연관하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 30항에 있어서, 특정 질환이나 장애는 심혈관 질환, 신경 질환, 생식 장애, 암, 안과 질환, 내분비 질환, 폐 질환, 대사 장애, 자가면역 질환, 노화에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 28항에 있어서, 도입 단계는 SCNT를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 32항에 있어서, SCNT이후 전핵 제거를 수행하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 32항에 있어서, SCNT이후 2차 핵 전이를 수행하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 28항에 있어서, 도입 단계는 감수분열 방추 붕괴를 수행하는 과정을 추가 로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 28항에 있어서, 도입 단계이후 난세포질 보충을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 36항에 있어서, 난세포질 보충은 난세포 전기융합으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 36항에 있어서, 난세포질 보충은 미세주입으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 28항에 있어서, 한가지이상의 구성요소는 정자 중심체에 정상적으로 존재하는 중심체 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 28항에 있어서, 한가지이상의 구성요소는 유사분열 운동기 단백질과 중심체 단백질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 40항에 있어서, 유사분열 운동기 단백질은 키네신(kinesin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 41항에 있어서, 키네신은 HSET 키네신을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 40항에 있어서, 중심체 단백질은 NuMA를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 28항에 있어서, 줄기 세포는 영장류 배아 줄기 세포인 것을 특징으로 하는 방법.
제 44항에 있어서, 배아 줄기 세포는 외래유전자도입 영장류 배아 줄기 세포인 것을 특징으로 하는 방법.
제 45항에 있어서, 외래유전자도입 배아 줄기 세포는 외래유전자도입 비-인간 영장류 배아 줄기 세포인 것을 특징으로 하는 방법.
제 28항의 방법으로 산출된 배아 줄기 세포.
제 47항에 있어서, 유전자 요법에 이용되는 것을 특징으로 하는 배아 줄기 세포.
제 47항에 있어서, 인간 질병용 치료제로서 이용되는 것을 특징으로 하는 배아 줄기 세포.
한가지이상의 분자 구성요소와 함께 핵을 난에 도입하고;

상기 난을 배양하여 생존 배아를 산출하고;

상기 배아를 암컷의 수란관에 이전하는 단계를 포함하는 방법.
제 50항에 있어서, 핵은 원하는 특성을 보유하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 51항에 있어서, 원하는 특성은 특정 질환이나 장애와 연관하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 52항에 있어서, 특정 질환이나 장애는 심혈관 질환, 신경 질환, 생식 장애, 암, 안과 질환, 내분비 질환, 폐 질환, 대사 장애, 자가면역 질환, 노화에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 50항에 있어서, 도입 단계는 SCNT를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 54항에 있어서, SCNT이후 전핵 제거를 수행하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 54항에 있어서, SCNT이후 2차 핵 전이를 수행하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 50항에 있어서, 도입 단계는 감수분열 방추 붕괴를 수행하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 50항에 있어서, 도입 단계이후 난세포질 보충을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 58항에 있어서, 난세포질 보충은 난세포 전기융합으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 58항에 있어서, 난세포질 보충은 미세주입으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 50항에 있어서, 분자 구성요소는 정자 중심체에 정상적으로 존재하는 중심체 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 50항에 있어서, 분자 구성요소는 유사분열 운동기 단백질과 중심체 단백질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 62항에 있어서, 유사분열 운동기 단백질은 키네신(kinesin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 63항에 있어서, 키네신은 HSET 키네신을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 62항에 있어서, 중심체 단백질은 NuMA를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 50항에 있어서, 생존 배아는 외래유전자도입된 것을 특징으로 하는 방법.
제 50항에 있어서, 생존 배아로부터 배아 줄기 세포를 산출하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 67항에 있어서, 배아 줄기 세포는 인간 배아 줄기 세포이고, 생존 배아는 인간 배아인 것을 특징으로 하는 방법.
한가지이상의 분자 구성요소와 함께 핵을 난에 도입하고;

상기 난을 배양하여 생존 배아를 산출하고;

상기 배아로부터 할구를 분리하는 단계를 포함하는 방법.
제 69항에 있어서, 핵은 원하는 특성을 보유하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 70항에 있어서, 원하는 특성은 특정 질환이나 장애와 연관하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 71항에 있어서, 특정 질환이나 장애는 심혈관 질환, 신경 질환, 생식 장애, 암, 안과 질환, 내분비 질환, 폐 질환, 대사 장애, 자가면역 질환, 노화에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 69항에 있어서, 도입 단계는 SCNT를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 73항에 있어서, SCNT이후 전핵 제거를 수행하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 73항에 있어서, SCNT이후 2차 핵 전이를 수행하는 과정을 추가로 포함하 는 것을 특징으로 하는 방법.
제 69항에 있어서, 도입 단계에 앞서 감수분열 방추 붕괴를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 69항에 있어서, 도입 단계이후 난세포질 보충을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 77항에 있어서, 난세포질 보충은 난세포 전기융합으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 77항에 있어서, 난세포질 보충은 미세주입으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 69항에 있어서, 분자 구성요소는 정자 중심체에 정상적으로 존재하는 중심체 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 69항에 있어서, 분자 구성요소는 유사분열 운동기 단백질과 중심체 단백질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 81항에 있어서, 유사분열 운동기 단백질은 키네신(kinesin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 82항에 있어서, 키네신은 HSET 키네신을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 81항에 있어서, 중심체 단백질은 NuMA를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.