WO2011007847A1 - Method for induction of differentiation of pluripotent stem cells into nerve cells - Google Patents

Method for induction of differentiation of pluripotent stem cells into nerve cells Download PDF

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龍一郎 影山
妙子 小林
憲夫 中辻
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    • C12N2506/02Differentiation of animal cells from one lineage to another; Differentiation of pluripotent cells from embryonic cells

Definitions

  • the methods of the invention can be applied in any mammal in which any pluripotent stem cell has been established or is capable of being established, for example, human, mouse, rat, monkey, dog, pig, bovine , Cats, goats, sheep, rabbits, guinea pigs, hamsters, etc., preferably humans, mice, rats, monkeys, dogs, etc., more preferably humans or mice.
  • the stringent conditions are, for example, the conditions described in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, 6.3.1-6.3.6, 1999, such as 6 ⁇ SSC (sodium chloride / sodium citrate) / 45 ° C. Hybridization, followed by one or more washes at 0.2 ⁇ SSC / 0.1% SDS / 50 to 65 ° C., but those skilled in the art will know the conditions for hybridization that give the same stringency. It can be selected appropriately.
  • Modified nucleosides and modified nucleotides may also be modified at the sugar moiety, for example, one or more hydroxyl groups are replaced by halogens, aliphatic groups, etc., or functional groups such as ethers, amines, etc. It may have been converted.
  • siRNA can be designed according to the rule proposed by Elbashir et al. (Genes Dev., 15, 188-200 (2001)) based on the cDNA sequence or genomic DNA sequence information of Hes1, for example.
  • Examples of the target sequence of siRNA include, but are not limited to, AA + (N) 19 , AA + (N) 21 or NA + (N) 21 (N is an arbitrary base).
  • the position of the target sequence is not particularly limited.
  • For the selected target sequence candidate group whether or not there is homology in the 16-17 base sequence in the non-target mRNA is determined by BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/ ) And the like, and the specificity of the selected target sequence is confirmed.
  • shRNA is an oligo comprising a nucleotide sequence in which a sense sequence and an antisense strand of a target sequence on mRNA are inserted by interposing a spacer sequence (for example, about 5 to 25 bases) long enough to form an appropriate loop structure. It can be prepared by designing RNA and synthesizing it with an automatic DNA / RNA synthesizer.
  • Vectors expressing shRNA include tandem type and stem loop (hairpin) type. In the former, siRNA sense strand expression cassette and antisense strand expression cassette are linked in tandem, and each strand is expressed and annealed in the cell to form double stranded siRNA (dsRNA). It is.
  • Hes1 inhibitor a substance that inhibits the expression or function of Hes1
  • a pluripotent stem cell and a substance that inhibits the expression or function of Hes1 can be performed using known methods for introducing proteins into cells when the Hes1 inhibitor is a protein factor (eg, a protein Hes1 inhibitor, D / N-Hes1, an antibody to Hes1, etc.) .
  • the neuronal cells that are induced to differentiate from pluripotent stem cells according to the present invention are intended for human clinical application such as treatment of neurodegenerative diseases, it is preferable that the cells be produced without genetic manipulation.
  • ROCK inhibitors include Y-27632 (eg, Mol. Pharmacol. 57, 976-983 (2000); Methods Enzymol. 325,273-284 (2000)), Fasudil / HA1077 (eg, Nature 389: 990- 994 (1997)), H-1152 (eg, Pharmacol. Ther. 93: 225-232 (2002)), Wf-536 (eg, Cancer Chemother Pharmacol. 52 (4): 319-324 (2003)). ) And their derivatives.

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Abstract

Disclosed is a method for producing nerve cells from pluripotent stem cells, which is characterized by inhibiting the expression or function of Hes1 in the pluripotent stem cell. The method comprises the steps of: (a) bringing the pluripotent stem cells into contact with a substance capable of inhibiting the expression or function of Hes1; and (b) culturing the cells under conditions where the differentiation of the cells into nerve cells can be induced. Also disclosed are: a differentiation inducer comprising a substance capable of inhibiting the expression or function of Hes1; a nerve cell derived from a pluripotent stem cell, which is produced by the method; and a therapeutic agent for nerve diseases, which comprises the nerve cell.

Description

多能性幹細胞からの神経細胞の分化誘導方法Method for inducing differentiation of neural cells from pluripotent stem cells
 本発明は、胚性幹細胞(ES細胞)や人工多能性幹細胞(iPS細胞)などの多能性幹細胞から、均一な神経細胞を作製する新規の分化誘導方法に関する。 The present invention relates to a novel differentiation induction method for producing uniform nerve cells from pluripotent stem cells such as embryonic stem cells (ES cells) and induced pluripotent stem cells (iPS cells).
 マウスやヒトなど哺乳類動物の中枢神経系ニューロンは、再生能力に乏しく、一度損傷を受けると自然には回復しにくい。そのためパーキンソン病、アルツハイマー病、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、ハンチントン病などの神経変性疾患や神経損傷に対する従来の治療は、神経細胞死をいかに少なくするかに主眼がおかれてきた。しかし、再生医学の発達により、インビトロ培養でニューロンを作製して損傷部位に補充し神経回路を再構築するという、根本的な治療法が現実味を帯びてきている。そのため再生医学の分野においては、胚性幹細胞(以下「ES細胞」と称する)や人工多能性幹細胞(以下「iPS細胞」と称する)などの多能性幹細胞から、神経細胞を作製する方法の研究が進められている。 The central nervous system neurons of mammals such as mice and humans have poor regenerative ability and are difficult to recover spontaneously once damaged. Therefore, conventional treatments for neurodegenerative diseases and nerve damage such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and Huntington's disease have focused on how to reduce neuronal cell death. However, with the development of regenerative medicine, the fundamental treatment method of creating neurons in in vitro culture, replenishing damaged sites and reconstructing neural circuits has become a reality. Therefore, in the field of regenerative medicine, a method for producing nerve cells from pluripotent stem cells such as embryonic stem cells (hereinafter referred to as “ES cells”) and induced pluripotent stem cells (hereinafter referred to as “iPS cells”). Research is ongoing.
 従来、ES細胞から神経細胞への分化誘導は、主に血清存在下で胚葉体(EB)を形成させ、神経細胞に分化した細胞を含むEBを選択する方法が行われていたが、その効率は非常に低かった(非特許文献1)。近年、ストローマ細胞PA6との共培養(非特許文献2)やヒト羊膜を敷いた培養条件(非特許文献3)で神経分化効率を上げる方法が開発されたが、これらの手法は成分未知の生物材料を用いるため、汚染や倫理面の問題が回避出来ない。
 そこで、成分既知の化学組成の無血清培地(N2B27やKSR)を用いる分化誘導方法が確立されてきた(非特許文献4、5)。特にYingら(非特許文献4)の方法は、化学組成の培地を用いた接着培養を行うため、培養環境の変化に影響されにくく比較的安定した結果が得られる点で優れている。しかし、この方法でも、(1)分化誘導に一週間以上を要する、(2)分化のタイミングが不均一であり、20-40%の細胞は神経系に分化せずに未分化な状態を維持したり、他の方向に分化したりしてしまう、といった問題点が残っている。Yingらの方法に基づく改良法の報告がなされているが、いずれも均一な神経細胞を得るには至っていない。例えば、Notchシグナルを常に活性化するように操作すると、神経前駆細胞への分化がより均一に昂進することが報告されたが(非特許文献6)、この方法では神経前駆細胞から神経細胞への最終分化経路が阻害されてしまっている。また、Hedgehogシグナルが神経分化過程に寄与するとの報告があるが(非特許文献7)、Hedgehogシグナルを失っても細胞の生存や増殖が減少するのみで、分化効率は変化しない。最近、転写因子REST(NRSF)をノックダウンすると、神経細胞マーカーであるtuj-1陽性の神経細胞分化が約2倍上昇するとの報告がなされているが(非特許文献8)、均一かどうかは触れられていない。
Conventionally, differentiation from ES cells to neurons has been performed mainly by the formation of embryoid bodies (EBs) in the presence of serum and selecting EBs containing cells that have differentiated into neurons. Was very low (Non-patent Document 1). In recent years, methods have been developed to increase neuronal differentiation efficiency under co-culture with stromal cells PA6 (Non-patent Document 2) or culture conditions with human amniotic membrane (Non-patent Document 3). Because materials are used, contamination and ethical problems cannot be avoided.
Therefore, a differentiation induction method using a serum-free medium (N2B27 or KSR) having a known chemical composition has been established (Non-Patent Documents 4 and 5). In particular, the method of Ying et al. (Non-Patent Document 4) is superior in that it performs adhesion culture using a medium having a chemical composition, and is relatively unaffected by changes in the culture environment, so that a relatively stable result can be obtained. However, even with this method, (1) it takes more than a week to induce differentiation, (2) the timing of differentiation is uneven, and 20-40% of cells remain undifferentiated without differentiation into the nervous system And the problem of being differentiated in other directions remains. There have been reports of improved methods based on the method of Ying et al., But none have achieved uniform neurons. For example, it has been reported that manipulation to always activate the Notch signal promotes more uniform differentiation into neural progenitor cells (Non-patent Document 6). The terminal differentiation pathway has been inhibited. Although there is a report that the Hedgehog signal contributes to the neuronal differentiation process (Non-patent Document 7), even if the Hedgehog signal is lost, only the survival and proliferation of the cells are reduced, and the differentiation efficiency is not changed. Recently, it has been reported that when the transcription factor REST (NRSF) is knocked down, the neuronal differentiation of a neuronal marker, tuj-1 positive, is increased about twice (Non-patent Document 8). Not touched.
 本発明は、ES細胞またはiPS細胞などの多能性幹細胞から、均一な神経細胞を作製する新規の分化誘導方法を提供することである。 The present invention is to provide a novel differentiation induction method for producing uniform neurons from pluripotent stem cells such as ES cells or iPS cells.
 本願発明者らは、上記課題の解決のために、鋭意検討を重ねた結果、ES細胞において、胚形成期における転写抑制因子であるHes1の遺伝子発現レベルを抑制することにより、化学組成の無血清培地を用いた接着培養法で、1週間以内の短期間でかつ均一に神経細胞を得ることに成功し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present application, as a result of suppressing the gene expression level of Hes1, which is a transcriptional repressor in the embryogenesis stage, in ES cells, has a serum-free composition. The adhesion culture method using a medium succeeded in obtaining nerve cells uniformly within a short period of one week or less, and the present invention was completed.
 すなわち本発明は、以下のとおりである。
[1]多能性幹細胞から神経細胞を製造する方法であって、多能性幹細胞におけるHes1の発現もしくは機能を阻害することを特徴とする方法。
[2]以下の工程を含む、上記[1]記載の方法。
(a)多能性幹細胞にHes1の発現もしくは機能を阻害する物質を接触させる工程
(b)該細胞を神経細胞への分化を誘導する条件下で培養する工程
[3]Hes1の発現もしくは機能を阻害する物質が以下の(a)~(h)のいずれかである、上記[2]記載の方法。
(a)Hes1をコードする核酸に対するアンチセンス核酸
(b)Hes1をコードするRNAに対するsiRNAもしくはmiRNAまたはその前駆体
(c)Hes1をコードするRNAに対するリボザイム核酸
(d)Hes1阻害剤またはそれをコードする核酸
(e)Hes1デコイ核酸
(f)Hes1のドミナントネガティブ変異体またはそれをコードする核酸
(g)Hes1に対する抗体またはそれをコードする核酸
(h)相同組換えによりHes1遺伝子をノックアウトする核酸
[4]前記工程(b)が以下の(a)~(c)から選ばれる1以上の条件下で行われることを特徴とする、上記[2]または[3]記載の方法。
(a)胚葉体形成を誘導しない
(b)限定培地を使用する
(c)フィーダーを使用しない
[5]多能性幹細胞がES細胞またはiPS細胞である、上記[1]~[4]のいずれかに記載の方法。
[6]多能性幹細胞がヒトまたはマウス由来である、上記[1]~[5]のいずれかに記載の方法。
[7]Hes1の発現もしくは機能を阻害する核酸因子が安定に導入された多能性幹細胞。
[8]上記[7]記載の多能性幹細胞から分化誘導された神経細胞。
[9]以下の(a)~(h)のいずれかの物質を含有してなる、多能性幹細胞から神経細胞への分化誘導剤。
(a)Hes1をコードする核酸に対するアンチセンス核酸
(b)Hes1をコードするRNAに対するsiRNAもしくはmiRNAまたはその前駆体
(c)Hes1をコードするRNAに対するリボザイム核酸
(d)Hes1阻害剤またはそれをコードする核酸
(e)Hes1デコイ核酸
(f)Hes1のドミナントネガティブ変異体またはそれをコードする核酸
(g)Hes1に対する抗体またはそれをコードする核酸
(h)相同組換えによりHes1遺伝子をノックアウトする核酸
[10]配列番号1に示されるヌクレオチド配列中ヌクレオチド番号920~940もしくは1229~1249で示される部分ヌクレオチド配列、またはマウス以外のHes1遺伝子における該部分ヌクレオチド配列に対応する配列を標的とする、Hes1をコードするRNAに対するsiRNAまたはその前駆体。
That is, the present invention is as follows.
[1] A method for producing nerve cells from pluripotent stem cells, which comprises inhibiting the expression or function of Hes1 in pluripotent stem cells.
[2] The method according to [1] above, comprising the following steps.
(A) contacting a pluripotent stem cell with a substance that inhibits the expression or function of Hes1 (b) culturing the cell under conditions that induce differentiation into neuronal cells [3] expression or function of Hes1 The method according to [2] above, wherein the inhibiting substance is any of the following (a) to (h).
(A) antisense nucleic acid against nucleic acid encoding Hes1 (b) siRNA or miRNA for RNA encoding Hes1 or precursor thereof (c) ribozyme nucleic acid for RNA encoding Hes1 (d) Hes1 inhibitor or encoding it Nucleic acid (e) Hes1 decoy nucleic acid (f) Dominant negative mutant of Hes1 or nucleic acid encoding it (g) Antibody against Hes1 or nucleic acid encoding it (h) Nucleic acid that knocks out Hes1 gene by homologous recombination [4] The method according to [2] or [3] above, wherein the step (b) is performed under one or more conditions selected from the following (a) to (c):
(A) Does not induce embryoid body formation (b) Uses a limited medium (c) Does not use a feeder [5] Any of the above [1] to [4], wherein the pluripotent stem cells are ES cells or iPS cells The method of crab.
[6] The method according to any one of [1] to [5] above, wherein the pluripotent stem cells are derived from human or mouse.
[7] A pluripotent stem cell into which a nucleic acid factor that inhibits the expression or function of Hes1 is stably introduced.
[8] A neuron derived from the pluripotent stem cell according to [7] above.
[9] An agent for inducing differentiation of pluripotent stem cells into neurons, comprising any of the following substances (a) to (h):
(A) antisense nucleic acid against nucleic acid encoding Hes1 (b) siRNA or miRNA for RNA encoding Hes1 or precursor thereof (c) ribozyme nucleic acid for RNA encoding Hes1 (d) Hes1 inhibitor or encoding it Nucleic acid (e) Hes1 decoy nucleic acid (f) Dominant negative mutant of Hes1 or nucleic acid encoding it (g) Antibody to Hes1 or nucleic acid encoding it (h) Nucleic acid that knocks out the Hes1 gene by homologous recombination [10] RNA encoding Hes1, which targets a partial nucleotide sequence represented by nucleotide numbers 920 to 940 or 1229 to 1249 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, or a sequence corresponding to the partial nucleotide sequence in a Hes1 gene other than mouse SiRNA or precursor thereof.
 本発明によれば、従来の化学組成培地を用いた培養法に比べて非常に高い効率で神経細胞を均一に得ることが出来る。また、成分未知の生物材料を用いず、操作の複雑なEBの形成を必要としないため、ディッシュ上で簡便に分化誘導を行うことができ、大量培養も可能である。 According to the present invention, nerve cells can be uniformly obtained with very high efficiency as compared with a conventional culture method using a chemical composition medium. In addition, since biological materials with unknown components are not used and formation of complex EBs is not required, differentiation induction can be easily performed on a dish, and mass culture is also possible.
(A)NIH3T3、マウス胎児線維芽細胞(MEF)、およびES細胞におけるHes1蛋白質の発現を調べたウエスタンブロットである。(B)種々の培養条件におけるHes1蛋白質の発現を示すウエスタンブロット(上)およびmRNA発現量を示す定量的PCR(下)である。それぞれ、通常のES培地(レーン1)、無LIFES培地(レーン2)、無血清かつ無LIFの化学組成N2B27培地(レーン3)、LIF含有の化学組成N2B27培地(レーン4)、BMP含有の化学組成N2B27培地(レーン5)、LIF含有かつBMP含有の化学組成N2B27培地(レーン6)、並びに、γ-セクレターゼ阻害剤DAPT((10μM)存在下の通常ES培地(レーン7)における結果を示す。(C)Hes1の発現調節を示す模式図である。(A) Western blot showing the expression of Hes1 protein in NIH3T3, mouse embryonic fibroblasts (MEF), and ES cells. (B) Western blot (upper) showing expression of Hes1 protein under various culture conditions and quantitative PCR (lower) showing mRNA expression level. Normal ES medium (lane 1), LIFES medium (lane 2), serum-free and LIF-free chemical composition N2B27 medium (lane 3), LIF-containing chemical composition N2B27 medium (lane 4), BMP-containing chemistry The results are shown in composition N2B27 medium (lane 5), chemical composition N2B27 medium (lane 6) containing LIF and BMP, and normal ES medium (lane 7) in the presence of the γ-secretase inhibitor DAPT ((10 μM). (C) Schematic diagram showing regulation of Hes1 expression. (A)マウスES細胞における抗Hes1抗体および抗Oct3/4抗体による免疫染色を示す図である。核はDAPIで染色した。(B)Hes1プロモーター制御下にあるホタルルシフェラーゼをレポーター遺伝子としてマウスES細胞に導入して、Hes1発現を可視化し、3個のマウスES細胞(A~C)について、細胞内でのHes1発現量の経時変化を観察した結果を示す図である。(C)(B)の各ES細胞におけるルシフェラーゼの発光強度を測定し、経時的にプロットした図である。(A) shows immunostaining with anti-Hes1 antibody and anti-Oct3 / 4 antibody in mouse ES cells. Nuclei were stained with DAPI. (B) Firefly luciferase under the control of the Hes1 promoter is introduced into a mouse ES cell as a reporter gene to visualize Hes1 expression, and the amount of Hes1 expression in the cell is determined for three mouse ES cells (AC). It is a figure which shows the result of having observed the time-dependent change. (C) It is the figure which measured the luminescence intensity of the luciferase in each ES cell of (B), and plotted with time. Hes1蛋白質(A)およびmRNA(B)の半減期を示す図である。(C)Hes1蛋白質およびmRNAの発現、並びにHes1レポーター活性の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the half life of Hes1 protein (A) and mRNA (B). (C) Expression of Hes1 protein and mRNA, and changes over time in Hes1 reporter activity. ES細胞におけるHes1発現のオシレーションが、分裂により2つの娘ES細胞に受け継がれる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the oscillation of Hes1 expression in ES cell is inherited by two daughter ES cells by division. (A)5個のES細胞におけるHes1発現の経時変化およびパワースペクトルを示す図である。(B)個々のES細胞におけるHes1発現の周期を示す図である。(A) It is a figure which shows the time-dependent change of Hes1 expression in 5 ES cells, and a power spectrum. (B) It is a figure which shows the cycle of Hes1 expression in each ES cell. (A)Hes1ノックアウト細胞の作製に用いたターゲッティングコンストラクトの模式図である。(B)Hes1の第2~4エクソンを除去するためのloxP配列の挿入を示す模式図である。(C)および(D)相同組換え体を検出するためのサザンブロット分析を示す図である。(E)Cre-loxPシステムを用いたHes1の第2~4エクソンの切り出しを示す模式図である。(F)Hes1ノックアウト細胞におけるHes1不活性化を確認するウェスタンブロット分析を示す図である。(A) Schematic diagram of the targeting construct used for the production of Hes1 knockout cells. (B) A schematic diagram showing the insertion of a loxP sequence for removing exons 2 to 4 of Hes1. (C) and (D) Southern blot analysis to detect homologous recombinants. (E) Schematic diagram showing excision of the second to fourth exons of Hes1 using the Cre-loxP system. (F) Western blot analysis confirming Hes1 inactivation in Hes1 knockout cells. (A)Hes1構成的発現細胞の作製に用いたターゲッティングコンストラクトの模式図である。(B)導入遺伝子の組込みを確認するサザンブロット分析を示す図である。(C)Cre-loxPシステムを用いたNeo遺伝子の切り出しを示す模式図である。(A) Schematic diagram of the targeting construct used for the production of Hes1 constitutively expressing cells. (B) Southern blot analysis confirming transgene integration. (C) Schematic diagram showing the Neo gene excision using the Cre-loxP system. (A)抗Hes1抗体を用いた、Hes1構成的発現細胞(ROSA)における免疫染色を示す図である。蛍光強度をシュードカラーで可視化し(中パネル)、ヒストグラムにプロットした(右パネル)。WTは野生型ES細胞を示す。(B)Hes1構成的発現細胞(R5およびR6細胞)におけるHes1の構成的発現を示す図である(下パネル)。WT(+/+)は野生型ES細胞を示す(上パネル)。(C)(B)の結果をLAS-3000 mini(富士フィルム)を用いて定量化した図である。各数値は時刻=0を1として標準化した。(A) It is a figure which shows the immunostaining in Hes1 constitutive expression cell (ROSA) using the anti-Hes1 antibody. The fluorescence intensity was visualized in pseudo color (middle panel) and plotted on a histogram (right panel). WT indicates wild type ES cells. (B) Constitutive expression of Hes1 in Hes1 constitutive expression cells (R5 and R6 cells) (lower panel). WT (+ / +) indicates wild type ES cells (upper panel). (C) It is the figure which quantified the result of (B) using LAS-3000 mini (Fuji Film). Each value was standardized with time = 0 as 1. (A)Hes1ノックアウト細胞(レーン2および3)、Hes1構成的発現細胞(レーン5および6)、並びにHes1ノックダウン細胞(レーン8および9)における、抗Hes1抗体によるウエスタンブロット分析を示す図である。(B)Hes1ノックアウト細胞およびHes1構成的発現細胞を用いたマイクロアレイ解析により、Hes1の下流(ターゲット)遺伝子として同定された7遺伝子に関する情報をまとめた図である。(C)ChIP-chip解析により同定されたHes1結合領域の上位に関する情報をまとめた図である。chrは染色体番号、startおよびend、lengthは結合領域の位置、長さを示す。(A) Western blot analysis with anti-Hes1 antibody in Hes1 knockout cells (lanes 2 and 3), Hes1 constitutively expressing cells (lanes 5 and 6), and Hes1 knockdown cells (lanes 8 and 9). . (B) It is the figure which put together the information regarding 7 genes identified as a downstream (target) gene of Hes1 by the microarray analysis using Hes1 knockout cell and Hes1 constitutive expression cell. (C) It is the figure which put together the information regarding the high-order of the Hes1 binding region identified by ChIP-chip analysis. chr is the chromosome number, start and end, and length is the position and length of the binding region. (A)野生型ES細胞(+/+, +/-)、Hes1ノックアウト細胞(K9/K57細胞)、並びにHes1構成的発現細胞(R5/R6細胞)におけるES細胞特異的マーカー(Oct4、Sox2、Nanog、Rex1、Dppa3、およびDppa4)、Hes遺伝子群(Hes3、Hes6、Hey1、およびHey2)、並びにId遺伝子群(Id1、Id2、およびId3)のmRNAの発現量(野生型(+/+)に対する相対量)を示す図である。(B)野生型ES細胞(+/+、+/-)、Hes1ノックアウト細胞(K3/K9細胞)、並びにHes1構成的発現細胞(R5/R6細胞)におけるHes1のターゲット遺伝子のmRNAの発現量(野生型に対する相対量)を示す図である。(A) ES cell-specific markers (Oct4, Sox2) in wild-type ES cells (+ / +, +/-), Hes1 knockout cells (K9 / K57 cells), and Hes1 constitutively expressing cells (R5 / R6 cells) Nanog, Rex1, Dppa3, and Dppa4), Hes gene group (Hes3, Hes6, Hey1, and Hey2) and Id gene group (Id1, Id2, and Id3) mRNA expression levels (for wild type (+ / +)) It is a figure which shows (relative amount). (B) mRNA expression level of Hes1 target gene in wild-type ES cells (+ / +, +/-), Hes1 knockout cells (K3 / K9 cells), and Hes1 constitutive expression cells (R5 / R6 cells) It is a figure which shows the relative amount with respect to a wild type. (A)Hes1ターゲット遺伝子(Dll1、Gadd45g)プロモーター制御下にあるホタルルシフェラーゼをレポーター遺伝子としてマウスES細胞に導入して、各遺伝子発現を可視化し、細胞内でのルシフェラーゼ発光強度を測定、経時的にプロットした図である。(B)32個のES細胞で単一細胞定量PCRを行い、各細胞におけるHes1、Dll1、Gadd45g遺伝子等の発現のコピー数をプロットした図である。(C)(B)のES細胞を、Hes1コピー数に応じて3群に分けた場合の、各群ごとのDll1、Gadd45g遺伝子等の発現を比較したグラフである。(A) Firefly luciferase under the control of the Hes1 target gene (Dll1, Gadd45g) promoter is introduced into a mouse ES cell as a reporter gene, the expression of each gene is visualized, and the luminescence intensity of luciferase in the cell is measured over time. FIG. (B) Single cell quantitative PCR was performed on 32 ES cells, and the number of copies of expression of Hes1, Dll1, Gadd45g gene, etc. in each cell was plotted. (C) It is the graph which compared the expression of Dll1, Gadd45g gene, etc. for every group at the time of dividing the ES cell of (B) into 3 groups according to Hes1 copy number. (A)三胚葉への分化条件(LIF(-)、フィーダー細胞(-))下で分化誘導した後の、野生型ES細胞、K9/K57細胞、並びにR5/R6細胞における外胚葉/神経マーカーMash1、中胚葉マーカーbrachyuryおよび内胚葉マーカーGata4のmRNA発現を示す図である。(B)神経分化条件下で分化誘導した後の、野生型ES細胞、K9/K57細胞、並びにR5/R6細胞におけるES細胞マーカーOct4、外胚葉/神経マーカーMash1、神経前駆細胞マーカーNestinおよび神経細胞マーカーTuj-1のmRNA発現を示す図である。(C)Hes1構成的発現細胞(R6)を、神経分化条件下で分化誘導して4日後におけるOct4およびNestinの発現、6日後におけるNestinおよびTuj-1の発現を調べた免疫染色を示す図である。(D)Hes1ノックアウト細胞(K9)を、神経分化条件下で分化誘導して6日後におけるNestinおよびTuj-1の発現を調べた免疫染色を示す図である。(E)野生型(+/-)およびHes1ノックアウト細胞(K9)を、神経分化条件下で分化誘導して6日後におけるNestin陽性およびTuj-1陽性細胞の割合を示す図である。結果は、共焦点像5視野の平均値±標準誤差で示した。(A) Ectodermal / neural markers in wild-type ES cells, K9 / K57 cells, and R5 / R6 cells after differentiation induction under three germ layer differentiation conditions (LIF (-), feeder cells (-)) It is a figure which shows mRNA expression of Mash1, mesoderm marker brachyury, and endoderm marker Gata4. (B) ES cell marker Oct4, ectoderm / neural marker Mash1, neural progenitor cell marker Nestin and neuronal cells in wild-type ES cells, K9 / K57 cells, and R5 / R6 cells after differentiation induction under neural differentiation conditions It is a figure which shows mRNA expression of marker Tuj-1. (C) Immunostaining of Hes1 constitutively expressing cells (R6) induced to differentiate under neural differentiation conditions, and the expression of Oct4 and Nestin after 4 days and the expression of Nestin and Tuj-1 after 6 days are shown. is there. (D) It is a figure which shows the immunostaining which examined the expression of Nestin and Tuj-1 6 days after differentiation induction of the Hes1 knockout cell (K9) on nerve differentiation conditions. (E) Wild type (+/−) and Hes1 knockout cells (K9) are induced to differentiate under neuronal differentiation conditions and show the ratio of Nestin positive and Tuj-1 positive cells 6 days later. The results are shown as an average value ± standard error of 5 fields of confocal images. 野生型ES細胞、K9/K57細胞、並びにR5/R6細胞における、神経分化誘導時のFgf5、brachyury、Lef1の発現動態を示す図である。It is a figure which shows the expression dynamics of Fgf5, brachyury, and Lef1 at the time of nerve differentiation induction in a wild-type ES cell, K9 / K57 cell, and R5 / R6 cell. (A)野生型ES細胞、K9/K57細胞、並びにR5/R6細胞における、神経分化誘導時のHes1ターゲット遺伝子およびNotchシグナルターゲット遺伝子Hes5のmRNA発現を示す図である。(B)神経分化誘導時、Hes1ノックアウト細胞ではNICDおよびp57の発現がアップレギュレートされ、Hes1構成的発現細胞では該遺伝子発現がダウンレギュレートされることを示す図である。(C)Hes1高発現細胞(Notchシグナルオフ)では分化が遅れ、中胚葉への分化が促進されるのに対し、Hes1低発現細胞(Notchシグナルオン)では神経系への分化が促進されるとの仮説を示す模式図である。(A) It is a figure which shows mRNA expression of Hes1 target gene and Notch signal target gene Hes5 at the time of nerve differentiation induction in a wild type ES cell, K9 / K57 cell, and R5 / R6 cell. (B) At the time of neural differentiation induction, the expression of NICD and p57 is up-regulated in Hes1 knockout cells, and the gene expression is down-regulated in Hes1 constitutive expression cells. (C) When Hes1 high-expressing cells (Notch signal off) are delayed in differentiation and differentiation into mesoderm is promoted, while Hes1 low-expressing cells (Notch signal on) are promoted to differentiate into the nervous system. It is a schematic diagram which shows the hypothesis. (A)Hes1に対するshRNAを導入したヒトiPS細胞(KD1、KD2)におけるHes1のノックダウン効率を示す図である。ヒトiPS細胞はIMR90-1、253G1株を用いた。「control」は非特異的shRNAを導入したヒトiPS細胞を示す。結果は、controlでのHes発現量を100としたときのHes1ノックダウン細胞の%発現量(平均値±標準誤差)で示す。(B)および(C)IMR90-1株(B)または253G1株(C)におけるHes1ノックダウンヒトiPS細胞(KD1、KD2)および非特異的shRNAを導入したコントロール細胞(control)における、分化誘導後14日目のSox1およびTuj-1遺伝子(B)または分化7、10および14日目のSox1遺伝子(C)のmRNA発現を示す図である。「+Noggin」はNoggin含有培地、「-Noggin」はNoggin不含培地でそれぞれ分化誘導した場合の結果を示す。結果は、分化誘導開始時(0日目)のコントロール細胞における発現量を1とした相対発現量(平均値±標準誤差)で示す。(A) It is a figure which shows the knockdown efficiency of Hes1 in the human iPS cell (KD1, KD2) which introduce | transduced shRNA with respect to Hes1. As human iPS cells, IMR90-1 and 253G1 strains were used. “Control” indicates human iPS cells into which non-specific shRNA has been introduced. The results are shown as% expression level (average value ± standard error) of Hes1 knockdown cells when the Hes expression level in control is 100. (B) and (C) After induction of differentiation in Hes1 knockdown human iPS cells (KD1, KD2) in IMR90-1 strain (B) or 253G1 strain (C) and control cells (control) into which non-specific shRNA has been introduced It is a figure which shows the mRNA expression of the Sox1 and Tuj-1 gene (B) of the 14th day, or the Sox1 gene (C) of the 7th, 10th, and 14th day of differentiation. “+ Noggin” indicates the results when differentiation is induced in a Noggin-containing medium, and “-Noggin” indicates that the differentiation is induced in a Noggin-free medium. The results are shown as a relative expression level (average value ± standard error) with the expression level in control cells at the start of differentiation induction (day 0) as 1.
 本発明は、多能性幹細胞から、従来よりも均一な神経細胞を製造する方法を提供する。本来、ES細胞などの多能性幹細胞の分化様式は均一ではなく、様々なタイミングで進行することが知られ、コントロールが難しいと考えられてきた。このバラツキを制御するメカニズムは未だ明らかになってはいなかった。本発明者らは、(i) basic-helix-loop-helix型の転写抑制因子であるHes1のES細胞における発現量が、細胞内で周期的に振動しており、該振動は細胞間で同調していないこと、(ii) Hes1により転写制御されている下流遺伝子群の中に、分化促進型の転写因子やNotchシグナルのリガンドが含まれること、(iii) これらの下流遺伝子の発現もES細胞内で振動していることを見出した。これらの知見に基づいて、Hes1の発現もしくは機能を調節、同調させることによって、ES細胞間のバラツキを制御し得ると着想し、ES細胞においてHes1遺伝子の発現を阻害し、該細胞から神経細胞への分化誘導を行い、より均一にかつ短期間で神経細胞に分化させることに成功して、本着想を具体化するに至った。従って、本発明の神経細胞の製造方法は、多能性幹細胞におけるHes1の発現もしくは機能を阻害することを特徴とする。 The present invention provides a method for producing nerve cells that are more uniform than conventional cells from pluripotent stem cells. Originally, the differentiation mode of pluripotent stem cells such as ES cells is not uniform and is known to progress at various timings and has been considered difficult to control. The mechanism for controlling this variation has not yet been clarified. The present inventors have (i) the expression level of Hes1, which is a transcriptional repressor of basic-helix-loop-helix type, in ES cells periodically oscillates in the cells, and the oscillations are synchronized between the cells. (Ii) The downstream genes that are transcriptionally regulated by Hes1 contain differentiation-promoting transcription factors and Notch signal ligands, and (iii) these downstream genes are also expressed in ES cells. I found that it was vibrating inside. Based on these findings, it was conceived that by controlling and synchronizing the expression or function of Hes1, the variation between ES cells could be controlled, and the expression of Hes1 gene was inhibited in ES cells, and from that cell to the neuron We have succeeded in inducing differentiation of neurons into neurons more uniformly and in a short period of time, and have come to embody this idea. Therefore, the method for producing a nerve cell of the present invention is characterized by inhibiting the expression or function of Hes1 in pluripotent stem cells.
 より具体的には、本発明の方法は、以下の工程(a)および(b)を含む。
(a)多能性幹細胞にHes1の発現もしくは機能を阻害する物質を接触させる工程
(b)該細胞を神経細胞への分化を誘導する条件下で培養する工程
以下、各工程について詳述する。
More specifically, the method of the present invention includes the following steps (a) and (b).
(A) A step of contacting a pluripotent stem cell with a substance that inhibits the expression or function of Hes1 (b) A step of culturing the cell under conditions for inducing differentiation into a nerve cell.
(a)多能性幹細胞にHes1の発現もしくは機能を阻害する物質を接触させる工程
(1)多能性幹細胞の調製
 出発材料となる多能性幹細胞は、未分化状態を保持したまま増殖できる「自己複製能」と三胚葉系列すべてに分化できる「分化多能性」とを有する未分化細胞であれば特に制限されず、例えば、ES細胞、iPS細胞、胚性生殖(EG)細胞、胚性癌(EC)細胞などが挙げられるが、好ましくはES細胞またはiPS細胞である。本発明の方法は、いずれかの多能性幹細胞が樹立されているか、樹立可能である、任意の哺乳動物において適用することができ、例えば、ヒト、マウス、ラット、サル、イヌ、ブタ、ウシ、ネコ、ヤギ、ヒツジ、ウサギ、モルモット、ハムスター等が挙げられるが、好ましくはヒト、マウス、ラット、サル、イヌ等、より好ましくはヒトまたはマウスである。
(A) A step of contacting a pluripotent stem cell with a substance that inhibits the expression or function of Hes1
(1) Preparation of pluripotent stem cells The pluripotent stem cells used as starting materials have “self-replicating ability” capable of proliferating while maintaining an undifferentiated state and “differentiating pluripotency” capable of differentiating into all three germ layers. If it is an undifferentiated cell, it will not restrict | limit especially, For example, an ES cell, an iPS cell, an embryonic reproductive (EG) cell, an embryonic cancer (EC) cell etc. are mentioned, Preferably it is an ES cell or an iPS cell. The methods of the invention can be applied in any mammal in which any pluripotent stem cell has been established or is capable of being established, for example, human, mouse, rat, monkey, dog, pig, bovine , Cats, goats, sheep, rabbits, guinea pigs, hamsters, etc., preferably humans, mice, rats, monkeys, dogs, etc., more preferably humans or mice.
 多能性幹細胞はそれぞれ自体公知の方法により取得することができる。例えばES細胞の作製方法としては、例えば、哺乳動物の胚盤胞ステージにおける内部細胞塊を培養する方法(例えば、Manipulating the Mouse Embryo A Laboratory Manual,Second Edition,Cold Spring Harbor Laboratory Press (1994) を参照)、体細胞核移植によって作製された初期胚を培養する方法(Wilmut et al., Nature, 385, 810 (1997); Cibelli et al., Science, 280, 1256 (1998); 入谷明ら, 蛋白質核酸酵素, 44, 892 (1999); Baguisi et al., Nature Biotechnology,17, 456 (1999); Wakayama et al., Nature, 394, 369 (1998); Wakayama et al., Nature Genetics, 22, 127 (1999); Wakayama et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 14984 (1999); RideoutIII et al., Nature Genetics, 24, 109 (2000))などが挙げられるが、これらに限定されない。また、ES細胞は、所定の機関より入手でき、さらには市販品を購入することもできる。例えば、ヒトES細胞であるKhES-1、KhES-2およびKhES-3は、京都大学再生医科学研究所より入手可能である。
 体細胞核移植による場合、体細胞の種類や体細胞を採取するソースは下記iPS細胞の場合に準ずる。
Pluripotent stem cells can be obtained by methods known per se. For example, as an ES cell production method, for example, a method of culturing an inner cell mass in a mammalian blastocyst stage (see, for example, Manipulating the Mouse Embryo A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1994)) ), A method of culturing early embryos produced by somatic cell nuclear transfer (Wilmut et al., Nature, 385, 810 (1997); Cibelli et al., Science, 280, 1256 (1998); Akira Iriya et al., Protein nucleic acid Enzyme, 44, 892 (1999); Baguisi et al., Nature Biotechnology, 17, 456 (1999); Wakayama et al., Nature, 394, 369 (1998); Wakayama et al., Nature Genetics, 22, 127 ( 1999); Wakayama et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 14984 (1999); RideoutIII et al., Nature Genetics, 24, 109 (2000)), etc. . Moreover, ES cells can be obtained from a predetermined institution, and further commercially available products can be purchased. For example, human ES cells KhES-1, KhES-2, and KhES-3 are available from the Institute for Regenerative Medicine, Kyoto University.
In the case of somatic cell nuclear transfer, the type of somatic cell and the source from which the somatic cell is collected are in accordance with the following iPS cells.
 iPS細胞は、体細胞に核初期化物質を導入することにより作製することができる。iPS細胞作製のための出発材料として用いることのできる体細胞は、哺乳動物(例えば、マウスまたはヒト)由来の生殖細胞以外のいかなる細胞であってもよい。細胞の分化の程度に特に制限はなく、未分化な前駆細胞(体性幹細胞も含む)であっても、最終分化した成熟細胞であっても、体細胞の起源として使用することができる。
 体細胞を採取するソースとなる哺乳動物個体は特に制限されないが、得られるiPS細胞がヒトの非遺伝性神経変性疾患の治療用途等に使用される場合には、拒絶反応が起こらないという観点から、患者本人またはHLAの型が同一である他人から体細胞を採取することが好ましい。一方、ハンチントン病や一部のパーキンソン病等の遺伝性神経変性疾患の治療用途に使用される場合は、正常な遺伝子を有し、かつHLAの型が同一である他人から体細胞を採取することが好ましい。また、ヒトに投与(移植)しない場合、例えば、患者の薬剤感受性や副作用の有無を評価するためのスクリーニング用の細胞のソースとしてiPS細胞を使用する場合には、同様に患者本人または薬剤感受性や副作用と相関する遺伝子多型が同一である他人から体細胞を採取することが望ましい。
 核初期化物質としては、これまでに報告されている種々の初期化遺伝子の組合せ(例えば、WO 2007/069666、Nature Biotechnology, 26, 101-106 (2008)、Cell, 126, 663-676 (2006)、Cell, 131, 861-872 (2007)、Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009)、Nature, 451, 141-146 (2008)、Science, 318, 1917-1920 (2007)、Stem Cells, 26, 1998-2005 (2008)、Cell Research (2008) 600-603、Nature 454: 646-650 (2008)、Cell Stem Cell, 2: 525-528(2008)、WO2008/118820、Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009)、Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009)、Science, 324: 797-801 (2009)を参照)が挙げられる。また、上記初期化遺伝子によってコードされる蛋白質を、核初期化物質として体細胞に導入することもできる(Cell Stem Cell, 4: 381-384(2009)、Cell Stem Cell, doi:10.1016/j.stem.2009.05.005 (2009))。とりわけ、得られるiPS細胞を治療用途に用いることを念頭においた場合、Oct3/4, Sox2およびKlf4の3因子の組み合わせが好ましい。一方、iPS細胞を治療用途に用いることを念頭に置かない場合(例えば、創薬スクリーニング等の研究ツールとして用いる場合など)は、Oct3/4, Sox2, Klf4およびc-Mycの4因子のほか、Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2およびLin28の5因子、それにNanogを加えた6因子、さらにSV40 Large Tを加えた7因子が好ましい。
 iPS細胞コロニーの選択は、薬剤耐性とレポーター活性を指標とする方法(Cell, 126, 663-676 (2006)、Nature, 448, 313-317 (2007))や目視による形態観察による方法(Cell, 131, 861-872 (2007))により行うことができる。iPS細胞であることの確認は、各種ES細胞特異的遺伝子の発現やテラトーマ形成を指標として行うことができる。
iPS cells can be prepared by introducing nuclear reprogramming substances into somatic cells. Somatic cells that can be used as a starting material for producing iPS cells may be any cells other than germ cells derived from mammals (eg, mouse or human). There is no particular limitation on the degree of differentiation of cells, and undifferentiated progenitor cells (including somatic stem cells) and terminally differentiated mature cells can be used as the origin of somatic cells.
There are no particular limitations on the mammalian individual from which somatic cells are collected, but from the standpoint that rejection does not occur when the resulting iPS cells are used for the treatment of non-hereditary neurodegenerative diseases in humans. Preferably, somatic cells are collected from the patient himself or others with the same HLA type. On the other hand, when used for the treatment of hereditary neurodegenerative diseases such as Huntington's disease and some Parkinson's disease, collect somatic cells from others who have normal genes and the same HLA type Is preferred. Also, when not being administered (transplanted) to humans, for example, when iPS cells are used as a source of screening cells for evaluating the patient's drug sensitivity and the presence or absence of side effects, It is desirable to collect somatic cells from others who have the same genetic polymorphism that correlates with side effects.
Examples of nuclear reprogramming substances include combinations of various reprogramming genes reported so far (for example, WO 2007/069666, Nature Biotechnology, 26, 101-106 (2008), Cell, 126, 663-676 (2006 ), Cell, 131, 861-872 (2007), Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009), Nature, 451, 141-146 (2008), Science, 318, 1917-1920 (2007), Stem Cells, 26, 1998-2005 (2008), Cell Research (2008) 600-603, Nature 454: 646-650 (2008), Cell Stem Cell, 2: 525-528 (2008), WO2008 / 118820, Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009), Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009), Science, 324: 797-801 (2009)). In addition, a protein encoded by the above reprogramming gene can be introduced into a somatic cell as a nuclear reprogramming substance (Cell Stem Cell, 4: 381-384 (2009), Cell Stem Cell, doi: 10.1016 / j. stem.2009.05.005 (2009)). In particular, a combination of three factors Oct3 / 4, Sox2 and Klf4 is preferred when the obtained iPS cells are used for therapeutic purposes. On the other hand, when iPS cells are not used for therapeutic purposes (for example, as a research tool for drug discovery screening), in addition to the four factors Oct3 / 4, Sox2, Klf4 and c-Myc, Five factors, Oct3 / 4, Klf4, c-Myc, Sox2 and Lin28, 6 factors with Nanog added thereto, and 7 factors with SV40 Large T added thereto are preferred.
iPS cell colonies can be selected using drug resistance and reporter activity as indices (Cell, 126, 663-676 (2006), Nature, 448, 313-317 (2007)) or by visual observation of morphology (Cell, 131, 861-872 (2007)). Confirmation of iPS cells can be performed using various ES cell-specific gene expression and teratoma formation as indicators.
 上記のようにして得られる多能性幹細胞は、自体公知の培地にて未分化状態を維持したまま増殖させることができる。基礎培地としては、例えば、BME培地、BGJb培地、CMRL 1066培地、Glasgow MEM培地、Improved MEM Zinc Option培地、IMDM培地、199培地、Eagle MEM培地、αMEM培地、DMEM培地、Ham’s F12培地、RPMI 1640培地、Fischer’s培地、およびこれらの混合培地など、動物細胞の培養に用いることのできる培地であれば、特に限定されない。該培地は、血清含有培地であっても無血清培地であってもよいが、異種成分の排除による細胞移植の安全性の確保という観点から、無血清培地が好ましい。ここで、無血清培地とは、無調整または未精製の血清を含まない培地を意味し、精製された血液由来成分や動物組織由来成分(例えば、増殖因子)が混入している培地は無血清培地に該当するものとする。かかる無血清培地としては、例えば、市販のKNOCKOUTTMSR(KSR)を適量(例えば、1-20%)添加した無血清培地、インスリンおよびトランスフェリンを添加した無血清培地(例えば、N2B27[50% DMEM/F12、50% Neurobasal medium (Gibco)、25μg/mL インスリン、100μg/mL アポトランスフェリン、6ng/mL プロゲステロン、16μg/mL プトレシン、5.2ng/mL 亜セレン酸ナトリウム、1×B27 (Gibco)、0.1% BSA、2mM グルタミン]、CHO-S-SFM II(GIBCO BRL社製)、Hybridoma-SFM(GIBCO BRL社製)、eRDF Dry Powdered Media(GIBCOBRL社製)、UltraCULTURETM(BioWhittaker社製)、UltraDOMATM(BioWhittaker社製)、UltraCHOTM(BioWhittaker社製)、UltraMDCKTM(BioWhittaker社製)、ITPSG培地(Cytotechnology, 5, S17 (1991))、ITSFn培地(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 457 (1980))、mN3培地(Mech. Dev. 59, 89 (1996) など)などが挙げられる。該培地は、必要に応じて、幹細胞の分化抑制剤(例、LIF、SCF、BMP、Wnt、細胞外マトリクス、TGF-β、フィーダー細胞)やその他の成分、例えば、アミノ酸、ピルビン酸、2-メルカプトエタノール、サイトカイン、増殖因子等を適切な濃度で含有していてもよい。 The pluripotent stem cells obtained as described above can be grown while maintaining an undifferentiated state in a medium known per se. As the basal medium, for example, BME medium, BGJb medium, CMRL 1066 medium, Glasgow MEM medium, Improved MEM Zinc Option medium, IMDM medium, 199 medium, Eagle MEM medium, αMEM medium, DMEM medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium , Fischer's medium, and mixed media thereof are not particularly limited as long as they can be used for animal cell culture. The medium may be a serum-containing medium or a serum-free medium, but a serum-free medium is preferred from the viewpoint of ensuring the safety of cell transplantation by eliminating different components. Here, a serum-free medium means a medium that does not contain unconditioned or unpurified serum, and a medium that contains purified blood-derived components or animal tissue-derived components (for example, growth factors) is serum-free. It shall correspond to the culture medium. Examples of such serum-free medium include serum-free medium supplemented with an appropriate amount (for example, 1-20%) of commercially available KNOCKOUT SR (KSR), serum-free medium supplemented with insulin and transferrin (for example, N2B27 [50% DMEM / F12, 50% Neurobasal medium (Gibco), 25 μg / mL insulin, 100 μg / mL apotransferrin, 6 ng / mL progesterone, 16 μg / mL putrescine, 5.2 ng / mL sodium selenite, 1 × B27 (Gibco), 0.1% BSA, 2 mM glutamine], CHO-S-SFM II (GIBCO BRL), Hybridoma-SFM (GIBCO BRL), eRDF Dry Powdered Media (GIBCOBRL), UltraCULTURE TM (BioWhittaker), UltraDOMA TM ( BioWhittaker), UltraCHO (BioWhittaker), UltraMDCK (BioWhittaker), ITPSG medium (Cytotechnology, 5, S17 (1991)), ITSFn medium (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 457) (1980)), mN3 medium (Mech. Dev. 59, 89 (1996), etc.), etc. If necessary, stem cell differentiation inhibitors (eg, LIF, SCF, BMP, Wnt, extracellular matrix, TGF-β, feeder cells) and other components such as amino acids, pyruvate, 2-mercaptoethanol, Cytokines, growth factors and the like may be contained at appropriate concentrations.
 多能性幹細胞の培養に培養器は、細胞培養用であれば特に限定されないが、例えば、フラスコ、組織培養用フラスコ、デッシュ、ペトリデッシュ、組織培養用デッシュ、マルチデッシュ、マイクロプレート、マイクロウエルプレート、マルチプレート、マルチウエルプレート、チャンバースライド、シャーレ、チューブ、トレイ、培養バック、ローラーボトルが挙げられる。培養器は、細胞非接着性であっても細胞接着性であってもよい。細胞接着性の培養器は、培養器の表面が、細胞(多能性幹細胞またはフィーダー細胞)との接着性を向上させる目的で、細胞支持用基質でコーティングされたものであり、そのような細胞支持用基質としては、例えば、コラーゲン、ゼラチン、マトリゲル、ポリ-L-リジン、ポリ-D-リジン、ラミニン、フィブロネクチンが挙げられる。
 培養は、例えば、CO2インキュベーター中、約1~約10%、好ましくは約2~約5%のCO2濃度の雰囲気下、約30~約40℃、好ましくは約37℃で行うことができる。
The incubator for culturing pluripotent stem cells is not particularly limited as long as it is for cell culture. For example, flask, tissue culture flask, dish, petri dish, tissue culture dish, multi-dish, microplate, microwell plate , Multiplate, multiwell plate, chamber slide, petri dish, tube, tray, culture bag, roller bottle. The incubator may be non-cell-adhesive or cell-adhesive. A cell-adhesive incubator is one in which the surface of the incubator is coated with a cell-supporting substrate for the purpose of improving adhesion to cells (pluripotent stem cells or feeder cells). Examples of the supporting substrate include collagen, gelatin, matrigel, poly-L-lysine, poly-D-lysine, laminin, and fibronectin.
The culture can be performed, for example, in a CO 2 incubator under an atmosphere having a CO 2 concentration of about 1 to about 10%, preferably about 2 to about 5%, at about 30 to about 40 ° C., preferably about 37 ° C. .
(2)Hes1の発現もしくは機能を阻害する物質
 本発明における「Hes1」は、配列番号2で表されるアミノ酸配列と同一もしくは実質的に同一のアミノ酸配列を含む蛋白質である。本明細書において、蛋白質およびペプチドは、ペプチド標記の慣例に従って左端がN末端(アミノ末端)、右端がC末端(カルボキシル末端)で記載される。
 Hes1蛋白質は、ヒトや他の哺乳動物(例えば、マウス、ラット、サル、イヌ、ブタ、ウシ、ウサギ、ヒツジ、ヤギなど)の細胞[例えば、神経細胞、グリア細胞、肝細胞、脾細胞、膵β細胞、骨髄細胞、メサンギウム細胞、ランゲルハンス細胞、表皮細胞、上皮細胞、肺細胞、内皮細胞、平滑筋細胞、線維芽細胞、線維細胞、筋細胞、脂肪細胞、免疫細胞(例、マクロファージ、T細胞、B細胞、ナチュラルキラー細胞、肥満細胞、好中球、好塩基球、好酸球、単球)、巨核球、滑膜細胞、軟骨細胞、骨細胞、骨芽細胞、破骨細胞、乳腺細胞もしくは間質細胞、またはこれら細胞の前駆細胞、幹細胞もしくは癌細胞など]もしくはそれらの細胞が存在するあらゆる組織[例えば、脳、脳の各部位(例、嗅球、扁桃核、大脳基底球、海馬、視床、視床下部、大脳皮質、延髄、小脳)、脊髄、下垂体、胃、膵臓、腎臓、肝臓、生殖腺、甲状腺、胆のう、骨髄、副腎、皮膚、筋肉(例、平滑筋、骨格筋)、肺、消化管(例、大腸、小腸)、血管、心臓、胸腺、脾臓、顎下腺、末梢血、前立腺、睾丸、卵巣、胎盤、子宮、骨、関節、脂肪組織(例、白色脂肪組織、褐色脂肪組織)など]等から、自体公知の蛋白質分離精製技術により単離・精製されるものであってよい。
(2) Substance that inhibits the expression or function of Hes1 “Hes1” in the present invention is a protein comprising an amino acid sequence identical or substantially identical to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. In the present specification, proteins and peptides are described with the N-terminus (amino terminus) at the left end and the C-terminus (carboxyl terminus) at the right end according to the convention of peptide designation.
Hes1 protein is a cell of humans and other mammals (eg, mice, rats, monkeys, dogs, pigs, cows, rabbits, sheep, goats, etc.) [eg, neurons, glial cells, hepatocytes, spleen cells, pancreas β cells, bone marrow cells, mesangial cells, Langerhans cells, epidermal cells, epithelial cells, lung cells, endothelial cells, smooth muscle cells, fibroblasts, fibrocytes, muscle cells, adipocytes, immune cells (eg, macrophages, T cells) , B cells, natural killer cells, mast cells, neutrophils, basophils, eosinophils, monocytes), megakaryocytes, synoviocytes, chondrocytes, bone cells, osteoblasts, osteoclasts, mammary cells Or stromal cells, or precursor cells of these cells, stem cells, cancer cells, etc.] or any tissue in which these cells exist [eg, brain, brain regions (eg, olfactory bulb, amygdala, basal sphere, hippocampus, Thalamus, Lower floor, cerebral cortex, medulla, cerebellum), spinal cord, pituitary, stomach, pancreas, kidney, liver, gonad, thyroid, gall bladder, bone marrow, adrenal gland, skin, muscle (eg, smooth muscle, skeletal muscle), lung, digestion Tube (eg, large intestine, small intestine), blood vessel, heart, thymus, spleen, submandibular gland, peripheral blood, prostate, testicle, ovary, placenta, uterus, bone, joint, adipose tissue (eg, white adipose tissue, brown adipose tissue) And the like] may be isolated and purified by a protein separation and purification technique known per se.
 「配列番号2で表されるアミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列」とは、
(a) 配列番号2で表されるアミノ酸配列と約90%以上の相同性を有するアミノ酸配列;
(b) 配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1~20個のアミノ酸が置換および/または欠失および/または挿入および/または付加されたアミノ酸配列;
(c) 配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるマウスHes1の他の哺乳動物におけるオルソログのアミノ酸配列;または
(d) 配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるマウスHes1もしくは上記(c)のオルソログのスプライスバリアント、アレル変異体もしくは多型におけるアミノ酸配列
を意味する。
 ここで「相同性」とは、当該技術分野において公知の数学的アルゴリズムを用いて2つのアミノ酸配列をアラインさせた場合の、最適なアラインメント(好ましくは、該アルゴリズムは最適なアラインメントのために配列の一方もしくは両方へのギャップの導入を考慮し得るものである)における、オーバーラップする全アミノ酸残基に対する同一アミノ酸および類似アミノ酸残基の割合(%)を意味する。「類似アミノ酸」とは物理化学的性質において類似したアミノ酸を意味し、例えば、芳香族アミノ酸(Phe、Trp、Tyr)、脂肪族アミノ酸(Ala、Leu、Ile、Val)、極性アミノ酸(Gln、Asn)、塩基性アミノ酸(Lys、Arg、His)、酸性アミノ酸(Glu、Asp)、水酸基を有するアミノ酸(Ser、Thr)、側鎖の小さいアミノ酸(Gly、Ala、Ser、Thr、Met)などの同じグループに分類されるアミノ酸が挙げられる。このような類似アミノ酸による置換は蛋白質の表現型に変化をもたらさない(即ち、保存的アミノ酸置換である)ことが予測される。保存的アミノ酸置換の具体例は当該技術分野で周知であり、種々の文献に記載されている(例えば、Bowieら,Science, 247:1306-1310 (1990)を参照)。
“Amino acid sequence substantially identical to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2”
(a) an amino acid sequence having about 90% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2;
(b) an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are substituted and / or deleted and / or inserted and / or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2;
(c) the amino acid sequence of an ortholog in another mammal of mouse Hes1 consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2; or
(d) Means the amino acid sequence of mouse Hes1 consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or the orthologue splice variant, allelic variant or polymorphism of (c) above.
As used herein, “homology” refers to an optimal alignment when two amino acid sequences are aligned using a mathematical algorithm known in the art (preferably the algorithm uses a sequence of sequences for optimal alignment). The percentage of identical and similar amino acid residues relative to all overlapping amino acid residues in which one or both of the gaps can be considered). "Similar amino acids" means amino acids that are similar in physicochemical properties, such as aromatic amino acids (Phe, Trp, Tyr), aliphatic amino acids (Ala, Leu, Ile, Val), polar amino acids (Gln, Asn) ), Basic amino acids (Lys, Arg, His), acidic amino acids (Glu, Asp), amino acids with hydroxyl groups (Ser, Thr), amino acids with small side chains (Gly, Ala, Ser, Thr, Met), etc. Examples include amino acids classified into groups. It is expected that substitution with such similar amino acids will not change the phenotype of the protein (ie, is a conservative amino acid substitution). Specific examples of conservative amino acid substitutions are well known in the art and are described in various literature (see, for example, Bowie et al., Science, 247: 1306-1310 (1990)).
 本明細書におけるアミノ酸配列の相同性は、相同性計算アルゴリズムNCBI BLAST(National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool)を用い、以下の条件(期待値=10;ギャップを許す;マトリクス=BLOSUM62;フィルタリング=OFF)にて計算することができる。アミノ酸配列の相同性を決定するための他のアルゴリズムとしては、例えば、Karlinら, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5873-5877 (1993)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはNBLASTおよびXBLASTプログラム(version 2.0)に組み込まれている(Altschulら, Nucleic Acids Res., 25: 3389-3402 (1997))]、Needlemanら, J. Mol. Biol., 48: 444-453 (1970)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはGCGソフトウェアパッケージ中のGAPプログラムに組み込まれている]、MyersおよびMiller, CABIOS, 4: 11-17 (1988)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはCGC配列アラインメントソフトウェアパッケージの一部であるALIGNプログラム(version 2.0)に組み込まれている]、Pearsonら, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85: 2444-2448 (1988)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはGCGソフトウェアパッケージ中のFASTAプログラムに組み込まれている]等が挙げられ、それらも同様に好ましく用いられ得る。 The homology of the amino acid sequences in this specification is determined using the homology calculation algorithm NCBI BLAST (National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool) and the following conditions (expected value = 10; allow gap; matrix = BLOSUM62; filtering) = OFF). Other algorithms for determining amino acid sequence homology include, for example, the algorithm described in Karlin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. Embedded in the program (version 2.0) (Altschul et al., Nucleic Acids Res., 25: 3389-3402 1997 (1997))], Needleman et al., J. Mol. Biol., 48: 444-453 (1970) [The algorithm is incorporated into the GAP program in the GCG software package], Myers and Miller, CABIOS, 4: 11-17 (1988) [The algorithm is part of the CGC sequence alignment software package Embedded in the ALIGN program (version 2.0)], Pearson et al., C Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85: 2444-2448 1988 (1988) [the algorithm is a GCG software package. Embedded in the FASTA program in the cage] and the like, and these can be preferably used as well.
 上記(a)において、より好ましくは、「配列番号2で表されるアミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列」とは、配列番号2で表されるアミノ酸配列と、約90%以上、好ましくは約95%以上、より好ましくは約97%以上、特に好ましくは約98%以上の同一性を有するアミノ酸配列である。 In the above (a), more preferably, the “amino acid sequence substantially identical to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2” means about 90% or more, preferably about the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. It is an amino acid sequence having about 95% or more, more preferably about 97% or more, particularly preferably about 98% or more.
 「配列番号2で表されるアミノ酸配列と同一もしくは実質的に同一のアミノ酸配列を含む蛋白質」は、配列番号2で表されるアミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列を含み、かつ配列番号2で表されるアミノ酸配列からなる蛋白質と実質的に同質の活性を有する蛋白質である。
 ここで「活性」とは、Dll1やGadd45g等の下流遺伝子の転写制御活性をいう。また、「実質的に同質」とは、例えば生理学的に、あるいは薬理学的にみて、その性質が定性的に同じであることを意味する。したがって、転写制御活性が同等であることが好ましいが、活性の程度(例、約0.1~約10倍、好ましくは約0.5~約2倍)や、蛋白質の分子量などの量的要素は異なっていてもよい。
 Hes1活性の測定は、例えば、Hes1を発現する細胞と発現しない細胞とにおいて下流遺伝子の転写産物の量を測定し、比較すること、Hes1結合配列を含むプロモーターにより制御されるレポーター遺伝子(ルシフェラーゼなど)の発現抑制を調べること、あるいはHes1結合配列を含む核酸への結合能を調べること等により行うことができる。
“A protein comprising the same or substantially the same amino acid sequence as the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2” comprises the amino acid sequence substantially the same as the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 2 A protein having substantially the same activity as a protein comprising the amino acid sequence represented by
Here, “activity” refers to transcriptional control activity of downstream genes such as Dll1 and Gadd45g. Further, “substantially the same quality” means that the properties are qualitatively the same, for example, physiologically or pharmacologically. Therefore, it is preferable that the transcriptional control activity is equivalent, but quantitative factors such as the degree of activity (eg, about 0.1 to about 10 times, preferably about 0.5 to about 2 times) and the molecular weight of the protein are different. Also good.
Hes1 activity can be measured by, for example, measuring and comparing the amount of transcripts of downstream genes in cells that express Hes1 and cells that do not express, reporter genes (such as luciferase) controlled by a promoter containing the Hes1 binding sequence. It can be carried out by examining the suppression of the expression of or the ability to bind to a nucleic acid containing a Hes1-binding sequence.
 また、本発明におけるHes1として、上記(b)に示すとおり、例えば、(i)配列番号2で表されるアミノ酸配列中の1~20個、好ましくは1~10個、より好ましくは1~数(5、4、3もしくは2)個のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列、(ii)配列番号2で表されるアミノ酸配列に1~20個、好ましくは1~10個、より好ましくは1~数(5、4、3もしくは2)個のアミノ酸が付加したアミノ酸配列、(iii)配列番号2で表されるアミノ酸配列に1~20個、好ましくは1~10個、より好ましくは1~数(5、4、3もしくは2)個のアミノ酸が挿入されたアミノ酸配列、(iv)配列番号2で表されるアミノ酸配列中の1~20個、好ましくは1~10個、より好ましくは1~数(5、4、3もしくは2)個のアミノ酸が他のアミノ酸で置換されたアミノ酸配列、または(v)それらを組み合わせたアミノ酸配列を含有する蛋白質なども含まれる。
 上記のようにアミノ酸配列が挿入、欠失または置換されている場合、その挿入、欠失または置換の位置は、転写制御活性が保持される限り、特に限定されない。
Further, as Hes1 in the present invention, as shown in the above (b), for example, (i) 1 to 20, preferably 1 to 10, more preferably 1 to several in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 (5, 4, 3, or 2) amino acid sequence in which amino acids are deleted, (ii) 1 to 20, preferably 1 to 10, more preferably 1 to several in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 An amino acid sequence to which (5, 4, 3 or 2) amino acids have been added; (iii) 1 to 20, preferably 1 to 10, more preferably 1 to a number in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 ( 5, 4, 3 or 2) amino acid sequence in which amino acids are inserted; (iv) 1 to 20, preferably 1 to 10, more preferably 1 to number in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 An amino acid sequence in which (5, 4, 3 or 2) amino acids are replaced with other amino acids, or (v) a combination thereof Such protein containing the amino acid sequence are also included.
When the amino acid sequence is inserted, deleted or substituted as described above, the position of the insertion, deletion or substitution is not particularly limited as long as the transcriptional control activity is maintained.
 Hes1蛋白質の好ましい例としては、例えば、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるマウス蛋白質(RefSeq No. NP_032261)、あるいは他の哺乳動物におけるそれらのオルソログ(例えば、ヒト(配列番号4;RefSeq No. NP_005515)、チンパンジー(RefSeq No. XP_516956)、ウシ(RefSeq No. NP_001029850)、ラット(RefSeq No. NP_077336)等)、さらにはそれらのスプライスバリアント、アレル変異体、多型(例えば、refSNP No. rs11541816 (61位のLeuがTrpに置換)等)などがあげられる。 Preferred examples of the Hes1 protein include, for example, a mouse protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 (RefSeq No. NP_032261), or an ortholog thereof (eg, human (SEQ ID NO: 4; RefSeq No) in other mammals. NP_005515), chimpanzee (RefSeq No. XP_516956), cattle (RefSeq No. NP_001029850), rat (RefSeq No. NP_077336), etc., and their splice variants, allele variants, polymorphisms (eg refSNP No. rs11541816 (Leu at position 61 is replaced with Trp)).
 本発明において「Hes1の発現を阻害する物質」とは、Hes1遺伝子のレベル、Hes1遺伝子の転写レベル、転写後調節のレベル、蛋白質への翻訳レベル、翻訳後修飾のレベル等のいかなる段階で作用するものであってもよい。従って、Hes1の発現を阻害する物質としては、例えば、Hes1遺伝子を欠損させる物質、Hes1遺伝子の転写を阻害する物質(例、アンチジーン、ヘアピンポリアミド)、初期転写産物からmRNAへのプロセッシングを阻害する物質、mRNAの細胞質への輸送を阻害する物質、mRNAから蛋白質への翻訳を阻害するか(例、アンチセンス核酸、miRNA)あるいはmRNAを分解する(例、siRNA、リボザイム、miRNA)物質、初期翻訳産物の翻訳後修飾を阻害する物質などが含まれる。いずれの段階で作用するものであっても好ましく用いることができるが、mRNAに相補的に結合して蛋白質への翻訳を阻害するかあるいはmRNAを分解する物質が好ましい。細胞を研究用ツールとして使用する場合には、Hes1遺伝子を欠損させる物質を用いることも好ましい。 In the present invention, the “substance inhibiting Hes1 expression” acts at any stage such as the level of Hes1 gene, the transcription level of Hes1 gene, the level of post-transcriptional regulation, the level of translation into protein, the level of post-translational modification, etc. It may be a thing. Therefore, substances that inhibit Hes1 expression include, for example, substances that deficient in the Hes1 gene, substances that inhibit the transcription of the Hes1 gene (eg, antigenes, hairpin polyamides), and processing from the initial transcript to mRNA. Substances, substances that inhibit the transport of mRNA into the cytoplasm, substances that inhibit the translation of mRNA into protein (eg, antisense nucleic acids, miRNA) or substances that degrade mRNA (eg, siRNA, ribozyme, miRNA), initial translation Examples include substances that inhibit post-translational modifications of the product. Any substance that acts at any stage can be preferably used, but a substance that complementarily binds to mRNA and inhibits translation into a protein or decomposes mRNA is preferable. When cells are used as research tools, it is also preferable to use a substance that deletes the Hes1 gene.
 Hes1のmRNAから蛋白質への翻訳を特異的に阻害する(あるいはmRNAを分解する)物質として、好ましくは、Hes1 mRNAのヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸が挙げられる。
 Hes1 mRNAのヌクレオチド配列と実質的に相補的なヌクレオチド配列とは、多能性幹細胞の生理的条件下において、該mRNAの標的配列に結合してその翻訳を阻害し得る(あるいは該標的配列を切断する)程度の相補性を有するヌクレオチド配列を意味し、具体的には、例えば、該mRNAのヌクレオチド配列と完全相補的なヌクレオチド配列(すなわち、mRNAの相補鎖のヌクレオチド配列)と、オーバーラップする領域に関して、約90%以上、好ましくは約95%以上、より好ましくは約97%以上、特に好ましくは約98%以上の相同性を有するヌクレオチド配列である。
 本発明における「ヌクレオチド配列の相同性」は、相同性計算アルゴリズムNCBI BLAST(National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool)を用い、以下の条件(期待値=10;ギャップを許す;フィルタリング=ON;マッチスコア=1;ミスマッチスコア=-3)にて計算することができる。
As a substance that specifically inhibits the translation of Hes1 mRNA to protein (or degrades mRNA), preferably contains a nucleotide sequence complementary to or substantially complementary to the nucleotide sequence of Hes1 mRNA or a part thereof. A nucleic acid is mentioned.
A nucleotide sequence substantially complementary to the nucleotide sequence of Hes1 mRNA can bind to the target sequence of mRNA and inhibit its translation under physiological conditions of pluripotent stem cells (or cleave the target sequence). Specifically, for example, a region that overlaps with a nucleotide sequence that is completely complementary to the nucleotide sequence of the mRNA (that is, the nucleotide sequence of the complementary strand of the mRNA). About 90% or more, preferably about 95% or more, more preferably about 97% or more, particularly preferably about 98% or more of a nucleotide sequence.
The “nucleotide sequence homology” in the present invention uses the homology calculation algorithm NCBI BLAST (National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool) and the following conditions (expectation value = 10; allow gaps; filtering = ON; It can be calculated by match score = 1; mismatch score = -3).
 より具体的には、Hes1 mRNAのヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列としては、(a)配列番号1で表されるヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列、または(b)「配列番号1で表されるヌクレオチド配列の相補鎖とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするヌクレオチド配列であって、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなる蛋白質と実質的に同質の活性を有する蛋白質をコードする配列」と、相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列が挙げられる。ここで「実質的に同質の活性」とは前記と同義である。
 ストリンジェントな条件とは、例えば、Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons,6.3.1-6.3.6, 1999に記載される条件、例えば、6×SSC(sodium chloride/sodium citrate)/45℃でのハイブリダイゼーション、次いで0.2×SSC/0.1% SDS/50~65℃での一回以上の洗浄等が挙げられるが、当業者であれば、これと同等のストリンジェンシーを与えるハイブリダイゼーションの条件を適宜選択することができる。
More specifically, the nucleotide sequence complementary or substantially complementary to the nucleotide sequence of Hes1 mRNA is (a) a nucleotide sequence complementary or substantially complementary to the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1. Or (b) “a nucleotide sequence that hybridizes under stringent conditions with a complementary strand of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, substantially comprising a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 Examples thereof include a nucleotide sequence that is complementary or substantially complementary to a sequence encoding a protein having the same quality of activity. Here, “substantially the same quality of activity” has the same meaning as described above.
The stringent conditions are, for example, the conditions described in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, 6.3.1-6.3.6, 1999, such as 6 × SSC (sodium chloride / sodium citrate) / 45 ° C. Hybridization, followed by one or more washes at 0.2 × SSC / 0.1% SDS / 50 to 65 ° C., but those skilled in the art will know the conditions for hybridization that give the same stringency. It can be selected appropriately.
 Hes1のmRNAの好ましい例としては、配列番号1で表されるヌクレオチド配列を含むマウスHes1(RefSeq Accession No. NM_008235)、あるいは他の哺乳動物におけるそれらのオルソログ(例えば、ヒト(配列番号3;RefSeq No. NM_005524)、チンパンジー(RefSeq No. XM_516956)、ウシ(RefSeq No. NM_001034678)、ラット(RefSeq No. NM_024360)等)、さらにはそれらのスプライスバリアント、アレル変異体、多型(例えば、refSNP Nos. rs11541816、rs11541817、rs35578304、rs7629144、rs17853878等)などのmRNAがあげられる。 Preferred examples of Hes1 mRNA include mouse Hes1 (RefSeq Accession No. NM_008235) containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, or their orthologs in other mammals (eg, human (SEQ ID NO: 3; RefSeq No) NM_005524), chimpanzee (RefSeq No. XM_516956), cattle (RefSeq No. NM_001034678), rat (RefSeq No. NM_024360), etc.), as well as their splice variants, allele variants, polymorphisms (eg refSNP Nos. Rs11541816 , Rs11541817, rs35578304, rs7629144, rs17853878, etc.).
 「Hes1 mRNAのヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列の一部」とは、Hes1 mRNAに特異的に結合することができ、且つ該mRNAからの蛋白質の翻訳を阻害(あるいは該mRNAを分解)し得るものであれば、その長さや位置に特に制限はないが、配列特異性の面から、標的配列に相補的もしくは実質的に相補的な部分を少なくとも10塩基以上、好ましくは約15塩基以上、より好ましくは約20塩基以上含むものである。 “A part of a nucleotide sequence complementary to or substantially complementary to the nucleotide sequence of Hes1 mRNA” means that it can specifically bind to Hes1 mRNA and inhibits the translation of a protein from the mRNA (or the As long as it can degrade mRNA, its length and position are not particularly limited, but from the viewpoint of sequence specificity, at least 10 bases, preferably at least a portion complementary to or substantially complementary to the target sequence, preferably It contains about 15 bases or more, more preferably about 20 bases or more.
 具体的には、Hes1 mRNAのヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸として、以下の(a)~(c)のいずれかのものが好ましく例示される。
(a) Hes1 mRNAに対するアンチセンス核酸
(b) Hes1 mRNAに対するsiRNAもしくはmiRNAまたはその前駆体
(c) Hes1 mRNAに対するリボザイム核酸
Specifically, preferred examples of the nucleic acid comprising a nucleotide sequence complementary to or substantially complementary to the nucleotide sequence of Hes1 mRNA, or a part thereof, include any of the following (a) to (c): .
(a) Antisense nucleic acid against Hes1 mRNA
(b) siRNA or miRNA for Hes1 mRNA or a precursor thereof
(c) Ribozyme nucleic acid against Hes1 mRNA
(a) Hes1 mRNAに対するアンチセンス核酸
 本発明における「Hes1 mRNAに対するアンチセンス核酸」とは、該mRNAのヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸であって、標的mRNAと特異的かつ安定した二重鎖を形成して結合することにより、蛋白質合成を抑制する機能を有するものである。
 アンチセンス核酸は、2-デオキシ-D-リボースを含有しているポリデオキシリボヌクレオチド、D-リボースを含有しているポリリボヌクレオチド、プリンまたはピリミジン塩基のN-グリコシドであるその他のタイプのポリヌクレオチド、非ヌクレオチド骨格を有するその他のポリマー(例えば、市販の蛋白質核酸および合成配列特異的な核酸ポリマー)または特殊な結合を含有するその他のポリマー(但し、該ポリマーはDNAやRNA中に見出されるような塩基のペアリングや塩基の付着を許容する配置をもつヌクレオチドを含有する)などが挙げられる。それらは、二本鎖DNA、一本鎖DNA、二本鎖RNA、一本鎖RNA、DNA:RNAハイブリッドであってもよく、さらに非修飾ポリヌクレオチド(または非修飾オリゴヌクレオチド)、公知の修飾の付加されたもの、例えば当該分野で知られた標識のあるもの、キャップの付いたもの、メチル化されたもの、1個以上の天然のヌクレオチドを類縁物で置換したもの、分子内ヌクレオチド修飾のされたもの、例えば非荷電結合(例えば、メチルホスホネート、ホスホトリエステル、ホスホルアミデート、カルバメートなど)を持つもの、電荷を有する結合または硫黄含有結合(例、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエートなど)を持つもの、例えば蛋白質(例、ヌクレアーゼ、ヌクレアーゼ・インヒビター、トキシン、抗体、シグナルペプチド、ポリ-L-リジンなど)や糖(例、モノサッカライドなど)などの側鎖基を有しているもの、インターカレント化合物(例、アクリジン、ソラレンなど)を持つもの、キレート化合物(例えば、金属、放射活性をもつ金属、ホウ素、酸化性の金属など)を含有するもの、アルキル化剤を含有するもの、修飾された結合を持つもの(例えば、αアノマー型の核酸など)であってもよい。ここで「ヌクレオシド」、「ヌクレオチド」および「核酸」とは、プリンおよびピリミジン塩基を含有するのみでなく、修飾されたその他の複素環型塩基をもつようなものを含んでいて良い。このような修飾物は、メチル化されたプリンおよびピリミジン、アシル化されたプリンおよびピリミジン、あるいはその他の複素環を含むものであってよい。修飾されたヌクレオシドおよび修飾されたヌクレオチドはまた糖部分が修飾されていてよく、例えば、1個以上の水酸基がハロゲンとか、脂肪族基などで置換されていたり、またはエーテル、アミンなどの官能基に変換されていてよい。
(a) Antisense nucleic acid against Hes1 mRNA The “antisense nucleic acid against Hes1 mRNA” in the present invention is a nucleic acid comprising a nucleotide sequence complementary to or substantially complementary to the nucleotide sequence of the mRNA, or a part thereof. It has a function of suppressing protein synthesis by forming a specific and stable double strand with the target mRNA and binding.
Antisense nucleic acids are polydeoxyribonucleotides containing 2-deoxy-D-ribose, polyribonucleotides containing D-ribose, other types of polynucleotides that are N-glycosides of purine or pyrimidine bases, Other polymers with non-nucleotide backbones (eg, commercially available protein nucleic acids and synthetic sequence specific nucleic acid polymers) or other polymers containing special linkages (provided that the polymer is a base such as found in DNA or RNA) And a nucleotide having a configuration that allows attachment of a base). They may be double-stranded DNA, single-stranded DNA, double-stranded RNA, single-stranded RNA, DNA: RNA hybrids, unmodified polynucleotides (or unmodified oligonucleotides), known modifications Additions, such as those with labels known in the art, capped, methylated, one or more natural nucleotides replaced with analogs, intramolecular nucleotide modifications Such as those having uncharged bonds (eg methylphosphonates, phosphotriesters, phosphoramidates, carbamates, etc.), charged bonds or sulfur-containing bonds (eg phosphorothioates, phosphorodithioates, etc.) Such as proteins (eg, nucleases, nuclease inhibitors, toxins, antibodies, signal peptides, poly-L-lysine etc. ), Sugars (eg, monosaccharides), etc., side chain groups, intercurrent compounds (eg, acridine, psoralen, etc.), chelate compounds (eg, metals, radioactive metals) , Boron, an oxidizing metal, etc.), an alkylating agent, and a modified bond (for example, α-anomeric nucleic acid). Here, the “nucleoside”, “nucleotide” and “nucleic acid” may include not only purine and pyrimidine bases but also those having other modified heterocyclic bases. Such modifications may include methylated purines and pyrimidines, acylated purines and pyrimidines, or other heterocycles. Modified nucleosides and modified nucleotides may also be modified at the sugar moiety, for example, one or more hydroxyl groups are replaced by halogens, aliphatic groups, etc., or functional groups such as ethers, amines, etc. It may have been converted.
 上記の通り、アンチセンス核酸はDNAであってもRNAであってもよく、あるいはDNA/RNAキメラであってもよい。アンチセンス核酸がDNAの場合、標的RNAとアンチセンスDNAとによって形成されるRNA:DNAハイブリッドは、内在性RNase Hに認識されて標的RNAの選択的な分解を引き起こすことができる。したがって、RNase Hによる分解を指向するアンチセンスDNAの場合、標的配列は、mRNA中の配列だけでなく、Hes1の初期翻訳産物におけるイントロン領域の配列であってもよい。イントロン配列は、ゲノム配列と、Hes1 cDNAヌクレオチド配列(例、配列番号1、3)とをBLAST、FASTA等のホモロジー検索プログラムを用いて比較することにより、決定することができる。 As described above, the antisense nucleic acid may be DNA or RNA, or may be a DNA / RNA chimera. When the antisense nucleic acid is DNA, the RNA: DNA hybrid formed by the target RNA and the antisense DNA can be recognized by endogenous RNase H and cause selective degradation of the target RNA. Therefore, in the case of antisense DNA directed to degradation by RNase H, the target sequence may be not only the sequence in mRNA but also the sequence of the intron region in the initial translation product of Hes1. An intron sequence can be determined by comparing a genomic sequence with a Hes1 cDNA nucleotide sequence (eg, SEQ ID NOs: 1 and 3) using a homology search program such as BLAST or FASTA.
 アンチセンス核酸の標的領域は、該アンチセンス核酸がハイブリダイズすることにより、結果として蛋白質への翻訳が阻害されるものであればその長さに特に制限はなく、Hes1をコードするmRNAの全配列であっても部分配列であってもよく、短いもので約10塩基程度、長いものでmRNAもしくは初期転写産物の全配列が挙げられる。合成の容易さや抗原性、細胞内移行性の問題等を考慮すれば、約10~約40塩基、特に約15~約30塩基からなるオリゴヌクレオチドが好ましいが、それに限定されない。具体的には、Hes1の5’端ヘアピンループ、5’端6bpリピート、5’端非翻訳領域、翻訳開始コドン、蛋白質コード領域、ORF翻訳終止コドン、3’端非翻訳領域、3’端パリンドローム領域または3’端ヘアピンループなどが、アンチセンス核酸の好ましい標的領域として選択しうるが、それらに限定されない。 The target region of the antisense nucleic acid is not particularly limited in length as long as the antisense nucleic acid hybridizes, and as a result, the translation into the protein is inhibited. The entire sequence of mRNA encoding Hes1 The short sequence may be about 10 bases, and the long sequence may be the entire mRNA or initial transcription product sequence. In view of easiness of synthesis, antigenicity, intracellular migration, etc., an oligonucleotide consisting of about 10 to about 40 bases, particularly about 15 to about 30 bases is preferred, but is not limited thereto. Specifically, Hes1 5 ′ end hairpin loop, 5 ′ end 6 bp repeat, 5 ′ end untranslated region, translation initiation codon, protein coding region, ORF translation stop codon, 3 ′ end untranslated region, 3 ′ end Paris A nucleotide region or a 3 ′ end hairpin loop or the like may be selected as a preferred target region of an antisense nucleic acid, but is not limited thereto.
 さらに、アンチセンス核酸は、Hes1のmRNAや初期転写産物とハイブリダイズして蛋白質への翻訳を阻害するだけでなく、二本鎖DNAであるHes1遺伝子と結合して三重鎖(トリプレックス)を形成し、RNAへの転写を阻害し得るもの(アンチジーン)であってもよい。
 Hes1遺伝子の転写を阻害する別の手法としてピロール-イミダゾール(PI)ポリアミドを用いる方法が挙げられる。PIポリアミドは、ピロール(Py)/イミダゾール(Im)ペアがCG、Py/PyペアはATまたはTA、Im/PyペアはGCを認識し、これにより様々な任意の二本鎖DNAに塩基特異的に結合し、ターゲット遺伝子の発現を抑制することができる。AT塩基対のAとTを判別するために、ヒドロキシピロール(Hp)を用いることもでき、この場合、Py/HpペアはAT、Hp/PyペアはTAにそれぞれ特異的に結合する。また、PIポリアミド対と塩基対との間には微妙なピッチのずれがあるため、これを解消すべく3、4塩基対ごとにAT塩基対に対して柔軟なβ-アラニン/β-アラニンペアを導入することができる。さらに、相補的なDNA鎖にそれぞれ結合するPIポリアミド鎖同士をγ-アミノ酪酸(GABA)を介して連結すると、ヘアピン型に分子が折れ曲がりγ-ターン部分は強いAT塩基対選択性がある。PIポリアミドはDNAのマイナーグルーブに入り込んで結合し、それによって転写因子の結合を阻害するので、Hes1プロモーター中の転写因子結合領域に特異的に結合するPIポリアミド、好ましくはヘアピン型ポリアミドを設計することにより、Hes1遺伝子からのRNA転写を阻害することで、Hes1の発現を抑制することができる。Hes1遺伝子の転写を阻害する具体的なプロモーター中の標的領域としては、例えば(1) 転写開始点[配列番号11で表される、マウスHes1の開始ATGコドンの直前から上流500塩基までの塩基配列(塩基番号1が-500位、塩基番号500が-1位(開始ATGの「A」を+1とする)に相当する)中、塩基番号254(もしくは251)で示される塩基]およびTATA-box(配列番号11で表される塩基配列中、塩基番号223-229で示される塩基配列)とその周辺領域、(2) RBP-Jκの結合部位(配列番号11で表される塩基配列中、塩基番号166-176および191-199)とその周辺領域、(3) Nanog結合部位(配列番号11で表される塩基配列中、塩基番号74-80および151-157)とその周辺領域等が挙げられる。上記(1)~(3)の領域が含まれるHes1プロモーター領域の配列は、ヒト-マウス間で極めてよく保存されている。
In addition, antisense nucleic acids not only hybridize with Hes1 mRNA and early transcription products to inhibit translation into proteins, but also bind to the Hes1 gene, a double-stranded DNA, to form a triplex. In addition, it may be one that can inhibit transcription to RNA (antigene).
Another method for inhibiting the transcription of the Hes1 gene is to use pyrrole-imidazole (PI) polyamide. PI polyamide recognizes the pyrrole (Py) / imidazole (Im) pair as CG, Py / Py pair as AT or TA, and Im / Py pair as GC, which makes it base-specific for various arbitrary double-stranded DNAs And the expression of the target gene can be suppressed. Hydroxypyrrole (Hp) can also be used to discriminate between A and T of the AT base pair. In this case, the Py / Hp pair specifically binds to AT and the Hp / Py pair specifically binds to TA. In addition, there is a slight pitch shift between the PI polyamide pair and the base pair. To eliminate this, a flexible β-alanine / β-alanine pair for AT base pairs every 3 or 4 base pairs. Can be introduced. Furthermore, when PI polyamide chains that bind to complementary DNA strands are linked via γ-aminobutyric acid (GABA), the molecule is bent into a hairpin type and the γ-turn portion has strong AT base pair selectivity. Design PI polyamides, preferably hairpin polyamides, that specifically bind to the transcription factor binding region in the Hes1 promoter, as PI polyamides penetrate and bind to DNA minor grooves, thereby inhibiting transcription factor binding. Thus, the expression of Hes1 can be suppressed by inhibiting RNA transcription from the Hes1 gene. As a specific target region in a promoter that inhibits transcription of the Hes1 gene, for example, (1) a transcription start point [base sequence from immediately before the start ATG codon of mouse Hes1 to 500 bases upstream represented by SEQ ID NO: 11 (Base number 1 is -500 position, base number 500 is equivalent to position -1 (the "A" of the starting ATG is +1)), the base represented by base number 254 (or 251)] and TATA- box (in the base sequence represented by SEQ ID NO: 11, the base sequence represented by base numbers 223-229) and its peripheral region, (2) the binding site of RBP-Jκ (in the base sequence represented by SEQ ID NO: 11, Base numbers 166-176 and 191-199) and their peripheral regions, (3) Nanog binding sites (base numbers 74-80 and 151-157 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 11) and their peripheral regions, etc. It is done. The sequence of the Hes1 promoter region including the regions (1) to (3) is very well conserved between human and mouse.
 アンチセンス核酸を構成するヌクレオチド分子は、天然型のDNAもしくはRNAでもよいが、安定性(化学的および/または対酵素)や比活性(RNAとの親和性)を向上させるために、種々の化学修飾を含むことができる。例えば、ヌクレアーゼなどの加水分解酵素による分解を防ぐために、アンチセンス核酸を構成する各ヌクレオチドのリン酸残基(ホスフェート)を、例えば、ホスホロチオエート(PS)、メチルホスホネート、ホスホロジチオネートなどの化学修飾リン酸残基に置換することができる。また、各ヌクレオチドの糖(リボース)の2’位の水酸基を、-OR(R=CH3(2’-O-Me)、CH2CH2OCH3(2’-O-MOE)、CH2CH2NHC(NH)NH2、CH2CONHCH3、CH2CH2CN等)に置換してもよい。さらに、塩基部分(ピリミジン、プリン)に化学修飾を施してもよく、例えば、ピリミジン塩基の5位へのメチル基やカチオン性官能基の導入、あるいは2位のカルボニル基のチオカルボニルへの置換などが挙げられる。 The nucleotide molecule constituting the antisense nucleic acid may be natural DNA or RNA, but various chemicals may be used to improve stability (chemical and / or enzyme) and specific activity (affinity with RNA). Modifications can be included. For example, in order to prevent degradation by a hydrolase such as nuclease, the phosphate residue (phosphate) of each nucleotide constituting the antisense nucleic acid is chemically modified, for example, phosphorothioate (PS), methylphosphonate, phosphorodithionate, etc. It can be substituted with a phosphate residue. In addition, the 2′-position hydroxyl group of the sugar (ribose) of each nucleotide is represented by —OR (R═CH 3 (2′-O-Me), CH 2 CH 2 OCH 3 (2′-O-MOE), CH 2 CH 2 NHC (NH) NH 2 , CH 2 CONHCH 3 , CH 2 CH 2 CN, etc.) may be substituted. Furthermore, the base moiety (pyrimidine, purine) may be chemically modified, for example, introduction of a methyl group or a cationic functional group at the 5-position of the pyrimidine base, or substitution of the carbonyl group at the 2-position with thiocarbonyl. Is mentioned.
 RNAの糖部のコンフォーメーションはC2’-endo(S型)とC3’-endo(N型)の2つが支配的であり、一本鎖RNAではこの両者の平衡として存在するが、二本鎖を形成するとN型に固定される。したがって、標的RNAに対して強い結合能を付与するために、2’酸素と4’炭素を架橋することにより、糖部のコンフォーメーションをN型に固定したRNA誘導体であるBNA(LNA)(Imanishi, T. et al., Chem. Commun., 1653-9, 2002; Jepsen, J.S. et al., Oligonucleotides, 14, 130-46, 2004)やENA(Morita, K. et al., Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids, 22, 1619-21, 2003)もまた、好ましく用いられ得る。 The conformation of the sugar part of RNA is dominated by C2'-endo (S type) and C3'-endo (N type). In single-stranded RNA, it exists as an equilibrium between the two, but double-stranded Is fixed to the N type. Therefore, in order to give strong binding ability to the target RNA, BNA (LNA) (Imanishi) is an RNA derivative in which the conformation of the sugar moiety is fixed to N-type by cross-linking 2 'oxygen and 4' carbon. , T. et al., Chem. Commun., 1653-9, 2002; Jepsen, JS et al., Oligonucleotides, 14, 130-46, 2004) and ENA (Morita, K. et al., Nucleosides Nucleotides Nucleicides Nucleicides Nucleicides , 22, 1619-21, 2003) can also be preferably used.
 本発明のアンチセンスオリゴヌクレオチドは、Hes1のcDNA配列もしくはゲノミックDNA配列に基づいてmRNAもしくは初期転写産物の標的配列を決定し、市販のDNA/RNA自動合成機(アプライド・バイオシステムズ社、ベックマン社等)を用いて、これに相補的な配列を合成することにより調製することができる。また、上記した各種修飾を含むアンチセンス核酸も、いずれも自体公知の手法により、化学的に合成することができる。 The antisense oligonucleotide of the present invention determines the target sequence of mRNA or initial transcription product based on the cDNA sequence or genomic DNA sequence of Hes1, and commercially available DNA / RNA automatic synthesizers (Applied Biosystems, Beckman, etc.) ) To synthesize a sequence complementary thereto. In addition, any of the above-described antisense nucleic acids containing various modifications can be chemically synthesized by a method known per se.
(b) Hes1 mRNAに対するsiRNAまたはmiRNA
 本明細書においては、Hes1のmRNAや初期転写産物に相補的なオリゴRNAとその相補鎖とからなる二本鎖RNA、いわゆるsiRNAやmiRNAもまた、Hes1 mRNAのヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸に包含されるものとして定義される。短い二本鎖RNAを細胞内に導入するとそのRNAに相補的なmRNAが分解される、いわゆるRNA干渉(RNAi)と呼ばれる現象は、以前から線虫、昆虫、植物等で知られていたが、この現象が動物細胞でも広く起こることが確認されて以来[Nature, 411(6836): 494-498 (2001)]、リボザイムの代替技術として汎用されている。
(b) siRNA or miRNA against Hes1 mRNA
In the present specification, double-stranded RNA consisting of oligo RNA complementary to Hes1 mRNA and initial transcript and its complementary strand, so-called siRNA and miRNA, is also complementary or substantially complementary to the nucleotide sequence of Hes1 mRNA. Defined as encompassed by a nucleic acid comprising a complementary nucleotide sequence or a portion thereof. When a short double-stranded RNA is introduced into a cell, the mRNA complementary to the RNA is degraded. So-called RNA interference (RNAi) has long been known in nematodes, insects, plants, etc. Since this phenomenon was confirmed to occur widely in animal cells [Nature, 411 (6836): 494-498 (2001)], it has been widely used as an alternative to ribozyme.
 siRNAは、Hes1のcDNA配列もしくはゲノムDNA配列情報に基づいて、例えば、Elbashirら(Genes Dev., 15, 188-200 (2001))の提唱する規則に従って設計することができる。siRNAの標的配列としては、例えばAA+(N)19、AA+(N)21もしくはNA+(N)21(Nは任意の塩基)等が挙げられるが、それらに限定されない。標的配列の位置も特に制限されるわけではない。選択された標的配列の候補群について、標的以外のmRNAにおいて16-17塩基の連続した配列に相同性がないかどうかを、BLAST(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)等のホモロジー検索ソフトを用いて調べ、選択した標的配列の特異性を確認する。例えば、AA+(N)19、AA+(N)21もしくはNA+(N)21(Nは任意の塩基)を標的配列とする場合、特異性の確認された標的配列について、AA(もしくはNA)以降の19-21塩基にTTもしくはUUの3’末端オーバーハングを有するセンス鎖と、該19-21塩基に相補的な配列およびTTもしくはUUの3’末端オーバーハングを有するアンチセンス鎖とからなる2本鎖RNAをsiRNAとして設計してもよい。また、siRNAの前駆体であるショートヘアピンRNA(shRNA)は、ループ構造を形成しうる任意のリンカー配列(例えば、5-25塩基程度)を適宜選択し、上記センス鎖とアンチセンス鎖とを該リンカー配列を介して連結することにより設計することができる。 siRNA can be designed according to the rule proposed by Elbashir et al. (Genes Dev., 15, 188-200 (2001)) based on the cDNA sequence or genomic DNA sequence information of Hes1, for example. Examples of the target sequence of siRNA include, but are not limited to, AA + (N) 19 , AA + (N) 21 or NA + (N) 21 (N is an arbitrary base). The position of the target sequence is not particularly limited. For the selected target sequence candidate group, whether or not there is homology in the 16-17 base sequence in the non-target mRNA is determined by BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/ ) And the like, and the specificity of the selected target sequence is confirmed. For example, when AA + (N) 19 , AA + (N) 21 or NA + (N) 21 (N is an arbitrary base) is used as a target sequence, the target sequence whose specificity has been confirmed is AA (or NA) or later. Two strands consisting of a sense strand having a TT or UU 3 'end overhang at 19-21 bases and an antisense strand having a sequence complementary to the 19-21 base and a TT or UU 3' end overhang Strand RNA may be designed as siRNA. In addition, for short hairpin RNA (shRNA) which is a precursor of siRNA, an arbitrary linker sequence (for example, about 5-25 bases) capable of forming a loop structure is appropriately selected, and the sense strand and the antisense strand are combined with each other. It can be designed by linking via a linker sequence.
 siRNAおよび/またはshRNAの配列は、種々のwebサイト上に無料で提供される検索ソフトを用いて検索が可能である。このようなサイトとしては、例えば、Ambionが提供するsiRNA Target Finder(http://www.ambion.com/jp/techlib/misc/siRNA_finder.html)およびpSilencerTM Expression Vector用インサートデザインツール(http://www.ambion.com/jp/techlib/misc/psilencer_converter.html)、RNAi Codexが提供するGeneSeer(http://codex.cshl.edu/scripts/newsearchhairpin.cgi)がこれらに限定されない。また、Hes1 mRNAに対するsiRNAやshRNAは例えばInvitrogen社などから市販されている。 The sequence of siRNA and / or shRNA can be searched using search software provided free of charge on various websites. Examples of such sites include siRNA Target Finder (http://www.ambion.com/jp/techlib/misc/siRNA_finder.html) and pSilencer Expression Vector insert design tool (http: / /www.ambion.com/techlib/misc/psilencer_converter.html) and GeneSeer (http://codex.cshl.edu/scripts/newsearchhairpin.cgi) provided by RNAi Codex are not limited to these. Moreover, siRNA and shRNA against Hes1 mRNA are commercially available from, for example, Invitrogen.
 特に好ましい本発明のsiRNAの例として、配列番号1で表されるヌクレオチド配列中ヌクレオチド番号920~940(配列番号7)もしくは1229~1249(配列番号8)で示される部分ヌクレオチド配列、並びにマウス以外のHes1遺伝子における該部分ヌクレオチド配列に対応する配列を標的とするsiRNAが挙げられる。例えば、ヒトHes1遺伝子の場合、上記部分ヌクレオチド配列に対応する標的配列は、配列番号3で表されるヌクレオチド配列中ヌクレオチド番号916~936もしくは1230~1252で示される部分ヌクレオチド配列である。あるいは、ヒトHes1 mRNAに対する別の好ましいsiRNAとして、配列番号3で表されるヌクレオチド配列中ヌクレオチド番号1255~1275(配列番号9)もしくは327~347(配列番号10)で示される部分ヌクレオチド配列を標的とするsiRNAが挙げられる。これらの部分ヌクレオチド配列を標的とするsiRNAは、従来より市販されているsiRNAよりも、Hes1のノックダウン活性が顕著に高い。 Examples of particularly preferred siRNAs of the present invention include partial nucleotide sequences represented by nucleotide numbers 920 to 940 (SEQ ID NO: 7) or 1229 to 1249 (SEQ ID NO: 8) in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, and other than mouse Examples include siRNA targeting a sequence corresponding to the partial nucleotide sequence in the Hes1 gene. For example, in the case of the human Hes1 gene, the target sequence corresponding to the partial nucleotide sequence is a partial nucleotide sequence represented by nucleotide numbers 916 to 936 or 1230 to 1252 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 3. Alternatively, as another preferable siRNA for human Hes1 mRNA, a partial nucleotide sequence represented by nucleotide numbers 1255-1275 (SEQ ID NO: 9) or 327-347 (SEQ ID NO: 10) in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 3 is targeted. SiRNA to be used. SiRNAs targeting these partial nucleotide sequences have significantly higher Hes1 knockdown activity than conventionally commercially available siRNAs.
 マイクロRNA(miRNA)は、標的mRNAの特定領域に相補的に結合してその蛋白質への翻訳を制御する、18~25塩基からなる天然の2本鎖RNA小分子である。Hes1 mRNAを標的とし、その蛋白質への翻訳を阻害するmiRNAとしては、例えばmiR-9が挙げられる。 MicroRNA (miRNA) is a natural double-stranded RNA small molecule consisting of 18 to 25 bases that binds complementarily to a specific region of a target mRNA and controls translation into the protein. Examples of miRNA that targets Hes1 mRNA and inhibits its translation into protein include miR-9.
 siRNAやmiRNAを構成するリボヌクレオシド分子もまた、安定性、比活性などを向上させるために、上記のアンチセンス核酸の場合と同様の修飾を受けていてもよい。 The ribonucleoside molecules constituting siRNA and miRNA may also be modified in the same manner as in the above-described antisense nucleic acid in order to improve stability, specific activity and the like.
 siRNAやmiRNAは、mRNA上の標的配列のセンス鎖およびアンチセンス鎖をDNA/RNA自動合成機でそれぞれ合成し、適当なアニーリング緩衝液中、約90~約95℃で約1分程度変性させた後、約30~約70℃で約1~約8時間アニーリングさせることにより調製することができる。また、siRNAやmiRNAの前駆体となるシングルヘアピンRNA(shRNA)やpre-miRNAを合成し、これをダイサー(dicer)を用いて切断することにより調製することもできる。 For siRNA and miRNA, the sense strand and antisense strand of the target sequence on mRNA were synthesized with a DNA / RNA automatic synthesizer and denatured at about 90 to about 95 ° C for about 1 minute in an appropriate annealing buffer. Thereafter, it can be prepared by annealing at about 30 to about 70 ° C. for about 1 to about 8 hours. It can also be prepared by synthesizing a single hairpin RNA (shRNA) or pre-miRNA that is a precursor of siRNA or miRNA, and cleaving it with a dicer.
 本明細書においては、生体内でHes1 mRNAに対するsiRNAもしくはmiRNAを生成し得るようにデザインされた核酸もまた、Hes1 mRNAのヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸に包含されるものとして定義される。そのような核酸としては、上記したshRNAやpre-miRNAもしくはpri-miRNA、あるいはsiRNA(shRNA)やmiRNA(pre-miRNA、pri-miRNA)を発現するように構築された発現ベクターなどが挙げられる。shRNAは、mRNA上の標的配列のセンス鎖およびアンチセンス鎖を適当なループ構造を形成しうる長さ(例えば5~25塩基程度)のスペーサー配列を間に挿入して連結したヌクレオチド配列を含むオリゴRNAをデザインし、これをDNA/RNA自動合成機で合成することにより調製することができる。shRNAを発現するベクターには、タンデムタイプとステムループ(ヘアピン)タイプとがある。前者はsiRNAのセンス鎖の発現カセットとアンチセンス鎖の発現カセットをタンデムに連結したもので、細胞内で各鎖が発現してアニーリングすることにより2本鎖のsiRNA(dsRNA)を形成するというものである。一方、後者はshRNAの発現カセットをベクターに挿入したもので、細胞内でshRNAが発現しdicerによるプロセシングを受けてdsRNAを形成するというものである。プロモーターとしては、polII系プロモーター(例えば、CMV前初期プロモーター)を使用することもできるが、短いRNAの転写を正確に行わせるために、polIII系プロモーターを使用するのが一般的である。polIII系プロモーターとしては、マウスおよびヒトのU6-snRNAプロモーター、ヒトH1-RNase P RNAプロモーター、ヒトバリン-tRNAプロモーターなどが挙げられる。また、転写終結シグナルとして4個以上Tが連続した配列が用いられる。miRNAもしくはその前駆体の発現カセットも同様にして構築することができる。
 このようにして構築したsiRNA(shRNA)またはmiRNA(pre-miRNA、pri-miRNA)発現カセットを、次いでプラスミドベクターやウイルスベクターに挿入する。このようなベクターとしては、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、センダイウイルスなどのウイルスベクターや、動物細胞発現プラスミド、動物細胞内で自律複製可能なエピゾーマルベクターなどが用いられる。
As used herein, a nucleic acid designed to generate siRNA or miRNA against Hes1 mRNA in vivo also includes a nucleotide sequence complementary to or substantially complementary to the nucleotide sequence of Hes1 mRNA, or a part thereof. It is defined as encompassed by the containing nucleic acid. Examples of such a nucleic acid include the above-mentioned shRNA, pre-miRNA or pri-miRNA, or an expression vector constructed so as to express siRNA (shRNA) or miRNA (pre-miRNA, pri-miRNA). shRNA is an oligo comprising a nucleotide sequence in which a sense sequence and an antisense strand of a target sequence on mRNA are inserted by interposing a spacer sequence (for example, about 5 to 25 bases) long enough to form an appropriate loop structure. It can be prepared by designing RNA and synthesizing it with an automatic DNA / RNA synthesizer. Vectors expressing shRNA include tandem type and stem loop (hairpin) type. In the former, siRNA sense strand expression cassette and antisense strand expression cassette are linked in tandem, and each strand is expressed and annealed in the cell to form double stranded siRNA (dsRNA). It is. On the other hand, the latter is one in which an shRNA expression cassette is inserted into a vector, in which shRNA is expressed in cells and processed by dicer to form dsRNA. As the promoter, a pol II promoter (for example, a CMV immediate early promoter) can be used, but in order to accurately transcribe a short RNA, a pol III promoter is generally used. Examples of polIII promoters include mouse and human U6-snRNA promoters, human H1-RNase P RNA promoter, and human valine-tRNA promoter. Further, a sequence in which 4 or more Ts are continuous is used as a transcription termination signal. An expression cassette for miRNA or a precursor thereof can be constructed in the same manner.
The siRNA (shRNA) or miRNA (pre-miRNA, pri-miRNA) expression cassette thus constructed is then inserted into a plasmid vector or viral vector. As such vectors, viral vectors such as retroviruses, lentiviruses, adenoviruses, adeno-associated viruses, Sendai viruses, animal cell expression plasmids, episomal vectors capable of autonomous replication in animal cells, and the like are used.
(c) Hes1 mRNAに対するリボザイム核酸
 Hes1のmRNAや初期転写産物のヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸の他の好ましい例としては、該RNAを特異的に切断し得るリボザイム核酸が挙げられる。「リボザイム」とは、狭義には、核酸を切断する酵素活性を有するRNAをいうが、本明細書では配列特異的な核酸切断活性を有する限りDNAをも包含する概念として用いるものとする。リボザイム核酸として最も汎用性の高いものとしては、ウイロイドやウイルソイド等の感染性RNAに見られるセルフスプライシングRNAがあり、ハンマーヘッド型やヘアピン型等が知られている。ハンマーヘッド型は約40塩基程度で酵素活性を発揮し、ハンマーヘッド構造をとる部分に隣接する両端の数塩基ずつ(合わせて約10塩基程度)をmRNAの所望の切断部位と相補的な配列にすることにより、標的mRNAのみを特異的に切断することが可能である。このタイプのリボザイム核酸は、RNAのみを基質とするので、ゲノムDNAを攻撃することがないというさらなる利点を有する。Hes1 mRNAが自身で二本鎖構造をとる場合には、RNAヘリカーゼと特異的に結合し得るウイルス核酸由来のRNAモチーフを連結したハイブリッドリボザイムを用いることにより、標的配列を一本鎖にすることができる[Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98(10): 5572-5577 (2001)]。さらに、リボザイムを、それをコードするDNAを含む発現ベクターの形態で使用する場合には、転写産物の細胞質への移行を促進するために、tRNAを改変した配列をさらに連結したハイブリッドリボザイムとすることもできる[Nucleic Acids Res., 29(13): 2780-2788 (2001)]。
(c) Ribozyme nucleic acid against Hes1 mRNA As another preferred example of a nucleic acid containing a nucleotide sequence complementary to or substantially complementary to the nucleotide sequence of Hes1 mRNA or the nucleotide sequence of the initial transcript or a part thereof, the RNA is specific. And ribozyme nucleic acids that can be cleaved. “Ribozyme” refers to RNA having an enzyme activity that cleaves nucleic acids in a narrow sense, but in this specification, it is used as a concept including DNA as long as it has sequence-specific nucleic acid cleavage activity. The most versatile ribozyme nucleic acids include self-splicing RNAs found in infectious RNAs such as viroids and virusoids, and hammerhead and hairpin types are known. The hammerhead type exhibits enzyme activity at about 40 bases, and several bases at both ends (about 10 bases in total) adjacent to the part having the hammerhead structure are made complementary to the desired cleavage site of mRNA. By doing so, it is possible to specifically cleave only the target mRNA. This type of ribozyme nucleic acid has the additional advantage of not attacking genomic DNA because it uses only RNA as a substrate. When Hes1 mRNA has a double-stranded structure by itself, the target sequence can be made single-stranded by using a hybrid ribozyme linked to an RNA motif derived from a viral nucleic acid that can specifically bind to an RNA helicase. [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98 (10): 5572-5577 (2001)]. Furthermore, when ribozymes are used in the form of expression vectors containing the DNA that encodes them, they should be hybrid ribozymes in which tRNA-modified sequences are further linked in order to promote the transfer of transcripts to the cytoplasm. [Nucleic Acids Res., 29 (13): 2780-2788 (2001)].
 Hes1 mRNAのヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸は、リポソーム、ミクロスフェアのような特殊な形態で提供されたり、他の分子が付加された形態で提供され得る。付加形態で用いられるものとしては、リン酸基骨格の電荷を中和するように働くポリリジンのようなポリカチオン体、細胞膜との相互作用を高めたり、核酸の取込みを増大せしめるような脂質(例、ホスホリピド、コレステロールなど)などの疎水性のものが挙げられる。付加するに好ましい脂質としては、コレステロールやその誘導体(例、コレステリルクロロホルメート、コール酸など)が挙げられる。これらの分子は、核酸の3’端または5’端に付加することができ、塩基、糖、分子内ヌクレオシド結合を介して付加することができる。その他の修飾基としては、核酸の3’端または5’端に特異的に配置されたキャップ用の基で、エキソヌクレアーゼ、RNaseなどのヌクレアーゼによる分解を阻止するためのもの等が挙げられる。こうしたキャップ用の基としては、ポリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなどのグリコールをはじめとした当該分野で知られた水酸基の保護基が挙げられるが、それらに限定されない。 Nucleic acids containing a nucleotide sequence complementary to or substantially complementary to the nucleotide sequence of Hes1 mRNA or a part thereof are provided in a special form such as a liposome or microsphere, or in a form to which other molecules are added. Can be provided. Additional forms used include polycationic substances such as polylysine that act to neutralize the charge of the phosphate group skeleton, lipids that enhance interaction with cell membranes and increase nucleic acid uptake (eg , Phospholipids, cholesterol, etc.). Preferred lipids for addition include cholesterol and derivatives thereof (eg, cholesteryl chloroformate, cholic acid, etc.). These molecules can be added to the 3 'or 5' end of nucleic acids and can be added via bases, sugars, intramolecular nucleoside linkages. Examples of other modifying groups include capping groups that are specifically arranged at the 3 'end or 5' end of nucleic acids to prevent degradation by nucleases such as exonuclease and RNase. Such capping groups include, but are not limited to, hydroxyl protecting groups known in the art, including glycols such as polyethylene glycol and tetraethylene glycol.
 本発明におけるHes1の発現を阻害する物質は、上記のようなHes1 mRNA(場合によっては、初期転写産物もしくはゲノムDNAを含む)のヌクレオチド配列と相補的もしくは実質的に相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸に限定されず、Hes1蛋白質の産生を直接的または間接的に阻害する限り、低分子化合物などの他の物質であってもよい。そのような物質としては、例えば、非ステロイド抗炎症薬(NSAIDs)などのγ-セクレターゼモジュレーターなどが挙げられる。 The substance that inhibits the expression of Hes1 in the present invention is a nucleotide sequence complementary to or substantially complementary to the nucleotide sequence of Hes1 mRNA (including an initial transcript or genomic DNA in some cases) as described above or one of them. The substance is not limited to a nucleic acid containing a portion, and may be another substance such as a low molecular weight compound as long as it directly or indirectly inhibits the production of Hes1 protein. Examples of such substances include γ-secretase modulators such as non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs).
 本明細書においては、Hes1遺伝子を欠損させる(例:挿入変異、欠失変異)物質もまた、本発明における「Hes1の発現を阻害する物質」に包含される。Hes1遺伝子を欠損させる物質として、相同組換えによりHes1遺伝子をノックアウトする核酸が挙げられる。 In the present specification, substances that delete the Hes1 gene (eg, insertion mutation, deletion mutation) are also included in the “substances that inhibit the expression of Hes1” in the present invention. Examples of the substance that deletes the Hes1 gene include a nucleic acid that knocks out the Hes1 gene by homologous recombination.
 本発明において「Hes1の機能を阻害する物質」とは、いったん機能的に産生されたHes1蛋白質が、下流遺伝子群の転写を制御するのを阻害する限りいかなるものでもよく、例えば、Hes1蛋白質に結合して下流遺伝子への結合を阻害する物質、Hes1蛋白質と競合的に下流遺伝子に結合し該遺伝子の転写を制御しない物質等が挙げられる。 In the present invention, the “substance that inhibits the function of Hes1” may be any substance as long as the functionally produced Hes1 protein inhibits the control of transcription of the downstream gene group. For example, it binds to the Hes1 protein. And substances that inhibit the binding to the downstream gene, substances that bind to the downstream gene competitively with the Hes1 protein, and do not control the transcription of the gene.
 具体的には、Hes1の機能を阻害する物質として、
(d) Hes1阻害剤またはそれをコードする核酸
(e) Hes1デコイ核酸
(f) Hes1のドミナントネガティブ変異体またはそれをコードする核酸
(g) Hes1に対する抗体またはそれをコードする核酸
等が挙げられる。
Specifically, as a substance that inhibits the function of Hes1,
(d) Hes1 inhibitor or nucleic acid encoding it
(e) Hes1 decoy nucleic acid
(f) Dominant negative mutant of Hes1 or nucleic acid encoding it
(g) An antibody against Hes1 or a nucleic acid encoding it.
(d) Hes1阻害剤またはそれをコードする核酸
 Hes1阻害剤として、例えば、蛋白性因子としてHes6が、非蛋白性化合物としてQLT0267、LY294002などが挙げられる。Hes1はホモダイマーを形成して下流遺伝子の調節領域に存在するコンセンサス配列(N-box:CACNAGまたはE-box:CANNTG)に結合するが、Hes6はHes1に結合してHes1の下流遺伝子への結合を阻害する。Hes6蛋白質は、それを産生する細胞から公知の蛋白質分離精製技術を用いて精製することができ、あるいは、公知のアミノ酸配列情報(例えば、ヒトHes6のRefseq No. NP_061115)に基づいて公知のペプチド合成法に従って化学的に合成するか、公知のヌクレオチド配列情報(例えば、ヒトHes6のRefseq No. NP_018645)に基づいてHes6 cDNAをクローニングし、組換え蛋白質を製造することにより調製することができる。また、組換えHes6蛋白質は、例えばAbnova社などから市販されている。Hes1阻害剤がHes6などの蛋白性因子である場合、該蛋白質をコードする核酸を用いることもできる。例えば、Hes6の場合、上記のようにして得られるHes6 cDNAを使用することができる。
(d) Hes1 inhibitor or nucleic acid encoding it Hes1 inhibitor includes, for example, Hes6 as a protein factor and QLT0267, LY294002, etc. as non-protein compounds. Hes1 forms a homodimer and binds to a consensus sequence (N-box: CACNAG or E-box: CANNTG) present in the regulatory region of the downstream gene, while Hes6 binds to Hes1 and binds to the downstream gene of Hes1. Inhibit. Hes6 protein can be purified from cells that produce it using known protein separation and purification techniques, or known peptide synthesis based on known amino acid sequence information (for example, Refseq No. NP_061115 of human Hes6). It can be prepared by chemically synthesizing according to the method or by cloning Hes6 cDNA based on known nucleotide sequence information (for example, Refseq No. NP_018645 of human Hes6) to produce a recombinant protein. Recombinant Hes6 protein is commercially available from, for example, Abnova. When the Hes1 inhibitor is a protein factor such as Hes6, a nucleic acid encoding the protein can also be used. For example, in the case of Hes6, the Hes6 cDNA obtained as described above can be used.
(e) Hes1デコイ核酸
 上述のように、Hes1は下流遺伝子の調節領域に存在するコンセンサス配列(N-box:CACNAGまたはE-box:CANNTG)に結合する。したがって、該コンセンサス配列を含むオリゴ核酸(例、2本鎖DNA、2本鎖RNA、DNA/RNAハイブリッド)は、Hes1の標的遺伝子への結合を阻害することにより、その機能を抑制することができる。Hes1デコイ核酸は、前記Hes1に対するsiRNAなどと同様の方法により調製することができる。
(e) Hes1 decoy nucleic acid As described above, Hes1 binds to a consensus sequence (N-box: CACNAG or E-box: CANNTG) present in the regulatory region of the downstream gene. Therefore, oligonucleic acid (eg, double-stranded DNA, double-stranded RNA, DNA / RNA hybrid) containing the consensus sequence can suppress its function by inhibiting the binding of Hes1 to the target gene. . The Hes1 decoy nucleic acid can be prepared by the same method as the siRNA for Hes1.
(f) Hes1のドミナントネガティブ変異体またはそれをコードする核酸
 Hes1のドミナントネガティブ変異体(以下、D/N-Hes1という)は、野生型Hes1と二量体を形成するが、下流遺伝子の調節領域に結合できないので、Hes1の機能を阻害することができる。D/N-Hes1としては、例えば、塩基性領域中の1以上の極性アミノ酸を非極性アミノ酸(例、Ala、Val、Leu、Ile等)に置換したもの(例、43位のGlu、44位のLysおよび47位のArgをAlaで置換した変異体(E43A/K44A/R47A))が挙げられる。D/N-Hes1は、例えば、以下の手法により得ることができる。まず、配列番号1または3に示されるマウスまたはヒトのHes1 cDNA配列情報に基づいて適当なオリゴヌクレオチドをプローブもしくはプライマーとして合成し、マウスまたはヒトの細胞・組織由来のmRNA、cDNAもしくはcDNAライブラリーから、ハイブリダイゼーション法や(RT-)PCR法を用いてマウスまたはヒトHes1 cDNAをクローニングし、適当なプラスミドにサブクローニングする。変異を導入しようとする部位のコドン(例えば、上記E43A/K44A/R47Aの場合、配列番号1に示されるヌクレオチド配列中ヌクレオチド番号361-375で示されるgag aag agg cga agg (配列番号5))を所望の他のアミノ酸をコードするコドン(例えば、E43A/K44A/R47Aの場合、gcgcg agg cga gcg (配列番号6))に置換した形で、当該部位を含むプライマーを合成し、これを用いてHes1 cDNAを挿入したプラスミドを鋳型とするインバースPCRを行うことにより、目的のドミナントネガティブ変異体をコードする核酸を取得する。D/N-Hes1を蛋白質の形態でHes1阻害に使用する場合、該核酸を適当な発現ベクターに挿入して宿主細胞に導入し、該細胞を培養することにより、D/N-Hes1蛋白質を得ることができる。あるいは、DNA結合に必須の塩基性領域を欠失させることによっても、同様にドミナントネガティブ変異体を作製することができる。
(f) The dominant negative mutant of Hes1 or the nucleic acid that encodes it The dominant negative mutant of Hes1 (hereinafter referred to as D / N-Hes1) forms a dimer with wild-type Hes1, but the regulatory region of the downstream gene Can not bind to Hes1, so the function of Hes1 can be inhibited. As D / N-Hes1, for example, one or more polar amino acids in the basic region are replaced with non-polar amino acids (eg, Ala, Val, Leu, Ile, etc.) (eg, Glu at position 43, position 44) And a mutant in which Arg at position 47 is substituted with Ala (E43A / K44A / R47A)). D / N-Hes1 can be obtained by the following method, for example. First, an appropriate oligonucleotide is synthesized as a probe or primer based on the mouse or human Hes1 cDNA sequence information shown in SEQ ID NO: 1 or 3, and the mouse, human cell or tissue-derived mRNA, cDNA or cDNA library is used. The mouse or human Hes1 cDNA is cloned using a hybridization method or (RT-) PCR method and subcloned into an appropriate plasmid. The codon of the site to introduce the mutation (for example, in the case of E43A / K44A / R47A, gag aag agg cga agg (SEQ ID NO: 5) represented by nucleotide numbers 361 to 375 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1) Synthesizing a primer containing the site in a form substituted with a codon encoding a desired other amino acid (for example, in the case of E43A / K44A / R47A, g c g gc g agg cga gc g (SEQ ID NO: 6)); By using this, inverse PCR using a plasmid inserted with Hes1 cDNA as a template, a nucleic acid encoding the target dominant negative mutant is obtained. When D / N-Hes1 is used in the form of protein for Hes1 inhibition, the nucleic acid is inserted into an appropriate expression vector, introduced into a host cell, and the cell is cultured to obtain D / N-Hes1 protein. be able to. Alternatively, a dominant negative mutant can be similarly produced by deleting a basic region essential for DNA binding.
(g) Hes1に対する抗体またはそれをコードする核酸
 Hes1の機能を阻害する別の物質として、例えば、Hes1に対する抗体が挙げられる。該抗体はポリクローナル抗体、モノクローナル抗体の何れであってもよい。これらの抗体は、自体公知の抗体または抗血清の製造法に従って製造することができる。抗体のアイソタイプは特に限定されないが、好ましくはIgG、IgMまたはIgA、特に好ましくはIgGが挙げられる。また、該抗体は、標的抗原を特異的に認識し結合するための相補性決定領域(CDR)を少なくとも有するものであれば特に制限はなく、完全抗体分子の他、例えばFab、Fab'、F(ab’)2等のフラグメント、scFv、scFv-Fc、ミニボディー、ダイアボディー等の遺伝子工学的に作製されたコンジュゲート分子、あるいはポリエチレングリコール(PEG)等の蛋白質安定化作用を有する分子等で修飾されたそれらの誘導体などであってもよい。Hes1が転写抑制因子であり核局在性であることを考慮すれば、低分子化された抗体分子を用いることが望ましい。
(g) An antibody against Hes1 or another substance that inhibits the function of nucleic acid Hes1 encoding it, for example, an antibody against Hes1. The antibody may be a polyclonal antibody or a monoclonal antibody. These antibodies can be produced according to per se known antibody or antiserum production methods. The isotype of the antibody is not particularly limited, but preferably IgG, IgM or IgA, particularly preferably IgG. The antibody is not particularly limited as long as it has at least a complementarity determining region (CDR) for specifically recognizing and binding a target antigen. In addition to a complete antibody molecule, for example, Fab, Fab ′, F (ab ') 2 such as fragments, scFv, scFv-Fc, conjugation molecules prepared by genetic engineering such as minibodies and diabodies, or molecules having protein stabilizing action such as polyethylene glycol (PEG) They may be modified derivatives thereof. Considering that Hes1 is a transcriptional repressor and has nuclear localization, it is desirable to use a low molecular weight antibody molecule.
(3)多能性幹細胞とHes1の発現もしくは機能を阻害する物質との接触
 多能性幹細胞とHes1の発現もしくは機能を阻害する物質(以下、「Hes1抑制薬」という場合がある)との接触は、Hes1抑制薬が蛋白性因子である場合(例、蛋白性Hes1阻害剤、D/N-Hes1、Hes1に対する抗体など)、自体公知の細胞への蛋白質導入方法を用いて実施することができる。本発明により多能性幹細胞から分化誘導される神経細胞が、神経変性疾患の治療等のヒトへの臨床応用を念頭におく場合、遺伝子操作を経ずに作製されたものであることが好ましい。
(3) Contact between a pluripotent stem cell and a substance that inhibits the expression or function of Hes1 Contact between a pluripotent stem cell and a substance that inhibits the expression or function of Hes1 (hereinafter sometimes referred to as a “Hes1 inhibitor”) Can be performed using known methods for introducing proteins into cells when the Hes1 inhibitor is a protein factor (eg, a protein Hes1 inhibitor, D / N-Hes1, an antibody to Hes1, etc.) . When the neuronal cells that are induced to differentiate from pluripotent stem cells according to the present invention are intended for human clinical application such as treatment of neurodegenerative diseases, it is preferable that the cells be produced without genetic manipulation.
 そのような方法としては、例えば、蛋白質導入試薬を用いる方法、蛋白質導入ドメイン(PTD)もしくは細胞透過性ペプチド(CPP)融合蛋白質を用いる方法、マイクロインジェクション法などが挙げられる。蛋白質導入試薬としては、カチオン性脂質をベースとしたBioPOTER Protein Delivery Reagent(Gene Therapy Systmes)、Pro-JectTM Protein Transfection Reagent(PIERCE)及びProVectin(IMGENEX)、脂質をベースとしたProfect-1(Targeting Systems)、膜透過性ペプチドをベースとしたPenetrain Peptide(Q biogene)及びChariot Kit(Active Motif)、HVJエンベロープ(不活化センダイウイルス)を利用したGenomONE(石原産業)等が市販されている。導入はこれらの試薬に添付のプロトコルに従って行うことができるが、一般的な手順は以下の通りである。Hes1抑制薬を適当な溶媒(例えば、PBS、HEPES等の緩衝液)に希釈し、導入試薬を加えて室温で5-15分程度インキュベートして複合体を形成させ、これを無血清培地に交換した細胞に添加して37℃で1ないし数時間インキュベートする。 Examples of such a method include a method using a protein introduction reagent, a method using a protein introduction domain (PTD) or a cell-penetrating peptide (CPP) fusion protein, and a microinjection method. Protein introduction reagents include cationic lipid-based BioPOTER Protein Delivery Reagent (Gene Therapy Systmes), Pro-Ject Protein Transfection Reagent (PIERCE) and ProVectin (IMGENEX), and lipid-based Profect-1 (Targeting Systems) ), Penetrain Peptide (Q biogene) and Chariot Kit (Active Motif) based on a membrane-permeable peptide, GenomONE (Ishihara Sangyo) using HVJ envelope (inactivated Sendai virus), and the like are commercially available. The introduction can be carried out according to the protocol attached to these reagents, but the general procedure is as follows. Dilute the Hes1 inhibitor in an appropriate solvent (for example, buffer solution such as PBS, HEPES, etc.), add the introduction reagent, incubate at room temperature for about 5-15 minutes to form a complex, and replace it with serum-free medium. And incubate at 37 ° C. for 1 to several hours.
 PTDとしては、ショウジョウバエ由来のAntP、HIV由来のTAT (Frankel, A. et al, Cell 55, 1189-93 (1988); Green, M. & Loewenstein, P.M. Cell 55, 1179-88 (1988))、Penetratin (Derossi, D. et al, J. Biol. Chem. 269, 10444-50 (1994))、Buforin II (Park, C. B. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 97, 8245-50 (2000))、Transportan (Pooga, M. et al. FASEB J. 12, 67-77 (1998))、MAP (model amphipathic peptide) (Oehlke, J. et al. Biochim. Biophys. Acta. 1414, 127-39 (1998))、K-FGF (Lin, Y. Z. et al. J. Biol. Chem. 270, 14255-14258 (1995))、Ku70 (Sawada, M. et al. Nature Cell Biol. 5, 352-7 (2003))、Prion (Lundberg, P. et al. Biochem. Biophys. Res. Commun. 299, 85-90 (2002))、pVEC (Elmquist, A. et al. Exp. Cell Res. 269, 237-44 (2001))、Pep-1 (Morris, M. C. et al. Nature Biotechnol. 19, 1173-6 (2001))、Pep-7 (Gao, C. et al. Bioorg. Med. Chem. 10, 4057-65 (2002))、SynBl (Rousselle, C. et al. MoI. Pharmacol. 57, 679-86 (2000))、HN-I (Hong, F. D. & Clayman, G L. Cancer Res. 60, 6551-6 (2000))、HSV由来のVP22等の蛋白質の細胞通過ドメインを用いたものが開発されている。PTD由来のCPPとしては、11R (Cell Stem Cell, 4:381-384(2009)) や9R (Cell Stem Cell, 4:472-476(2009))等のポリアルギニンが挙げられる。
 Hes1抑制薬のcDNAとPTDもしくはCPP配列とを組み込んだ融合蛋白質発現ベクターを作製して組換え発現させ、融合蛋白質を回収して導入に用いる。導入は、蛋白質導入試薬を添加しない以外は上記と同様にして行うことができる。
As PTD, Drosophila-derived AntP, HIV-derived TAT (Frankel, A. et al, Cell 55, 1189-93 (1988); Green, M. & Loewenstein, PM Cell 55, 1179-88 (1988)), Penetratin (Derossi, D. et al, J. Biol. Chem. 269, 10444-50 (1994)), Buforin II (Park, CB et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 97, 8245-50 (2000) ), Transportan (Pooga, M. et al. FASEB J. 12, 67-77 (1998)), MAP (model amphipathic peptide) (Oehlke, J. et al. Biochim. Biophys. Acta. 1414, 127-39 ( 1998)), K-FGF (Lin, YZ et al. J. Biol. Chem. 270, 14255-14258 (1995)), Ku70 (Sawada, M. et al. Nature Cell Biol. 5, 352-7 (2003) )), Prion (Lundberg, P. et al. Biochem. Biophys. Res. Commun. 299, 85-90 (2002)), pVEC (Elmquist, A. et al. Exp. Cell Res. 269, 237-44 ( 2001)), Pep-1 (Morris, MC et al. Nature Biotechnol. 19, 1173-6 (2001)), Pep-7 (Gao, C. et al. Bioorg. Med. Chem. 10, 4057-65 ( 2002)), SynBl (Rousselle, C. et al. MoI. Pharmacol. 57, 679-86 (2000)), HN-I (Hong, FD & Clayman, GL. Cancer Res. 60, 6551 -6 (2000)), HSV-derived proteins such as VP22 have been developed using the cell translocation domain. Examples of CPP derived from PTD include polyarginine such as 11R (Cell Stem Cell, 4: 381-384 (2009)) and 9R (Cell Stem Cell, 4: 472-476 (2009)).
A fusion protein expression vector incorporating a Hes1 inhibitor cDNA and a PTD or CPP sequence is prepared and recombinantly expressed, and the fusion protein is recovered and used for introduction. The introduction can be performed in the same manner as described above except that no protein introduction reagent is added.
 マイクロインジェクションは、先端径1μm程度のガラス針に蛋白質溶液を入れ、細胞に穿刺導入する方法であり、確実に細胞内に蛋白質を導入することができる。 Microinjection is a method in which a protein solution is put into a glass needle having a tip diameter of about 1 μm and puncture is introduced into a cell, and the protein can be reliably introduced into the cell.
 しかしながら、Hes1の発現もしくは機能の阻害効率を重視するのであれば、Hes1抑制薬は、蛋白性因子自体としてではなく、それをコードする核酸の形態で用いることが好ましい。該核酸はDNAであってもRNAであってもよく、あるいはDNA/RNAキメラであってもよい。また、該核酸は二本鎖であっても、一本鎖であってもよい。好ましくは、該核酸は二本鎖DNA、特にcDNAである。 However, if importance is placed on the inhibition efficiency of Hes1 expression or function, the Hes1 inhibitor is preferably used in the form of a nucleic acid that encodes it rather than as a protein factor itself. The nucleic acid may be DNA or RNA, or may be a DNA / RNA chimera. The nucleic acid may be double-stranded or single-stranded. Preferably, the nucleic acid is double stranded DNA, in particular cDNA.
 Hes1抑制薬(例、蛋白性Hes1阻害剤、D/N-Hes1、Hes1に対する抗体など)をコードするDNAは、宿主となる多能性幹細胞で機能し得るプロモーターを含む適当な発現ベクターに挿入される。発現ベクターとしては、例えば、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、ヘルペスウイルス、センダイウイルスなどのウイルスベクター、動物細胞発現プラスミド(例、pA1-11,pXT1,pRc/CMV,pRc/RSV,pcDNAI/Neo)などが用いられ得る。 DNA encoding a Hes1 inhibitor (eg, protein Hes1 inhibitor, D / N-Hes1, antibody against Hes1, etc.) is inserted into an appropriate expression vector containing a promoter that can function in the host pluripotent stem cell. The Examples of expression vectors include retroviruses, lentiviruses, adenoviruses, adeno-associated viruses, herpes viruses, Sendai virus and other viral vectors, animal cell expression plasmids (eg, pA1-11, pXT1, pRc / CMV, pRc / RSV). , PcDNAI / Neo) or the like.
 用いるベクターの種類は、該多能性幹細胞を分化誘導して得られる神経細胞の用途に応じて適宜選択することができる。例えば、アデノウイルスベクター、プラスミドベクター、アデノ随伴ウイルスベクター、レトロウイルスベクター、レンチウイルスベクター、センダイウイルスベクター、エピゾーマルベクターなどが使用され得る。 The type of vector to be used can be appropriately selected according to the use of the nerve cell obtained by inducing differentiation of the pluripotent stem cell. For example, adenovirus vectors, plasmid vectors, adeno-associated virus vectors, retrovirus vectors, lentivirus vectors, Sendai virus vectors, episomal vectors and the like can be used.
 発現ベクターにおいて使用されるプロモーターとしては、例えばEF1αプロモーター、CAGプロモーター、SRαプロモーター、SV40プロモーター、LTRプロモーター、CMV(サイトメガロウイルス)プロモーター、RSV(ラウス肉腫ウイルス)プロモーター、MoMuLV(モロニーマウス白血病ウイルス)LTR、HSV-TK(単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ)プロモーターなどが用いられる。なかでも、EF1αプロモーター、CAGプロモーター、MoMuLV LTR、CMVプロモーター、SRαプロモーターなどが好ましい。 Examples of the promoter used in the expression vector include EF1α promoter, CAG promoter, SRα promoter, SV40 promoter, LTR promoter, CMV (cytomegalovirus) promoter, RSV (rous sarcoma virus) promoter, MoMuLV (Molone murine leukemia virus) LTR. HSV-TK (herpes simplex virus thymidine kinase) promoter and the like are used. Of these, EF1α promoter, CAG promoter, MoMuLV LTR, CMV promoter, SRα promoter and the like are preferable.
 発現ベクターは、プロモーターの他に、所望によりエンハンサー、ポリA付加シグナル、選択マーカー遺伝子、SV40複製起点などを含有していてもよい。選択マーカー遺伝子としては、例えば、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、ピューロマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。 In addition to the promoter, the expression vector may contain an enhancer, a poly A addition signal, a selection marker gene, an SV40 replication origin, and the like as desired. Examples of the selection marker gene include a dihydrofolate reductase gene, a neomycin resistance gene, a puromycin resistance gene, and the like.
 Hes1抑制薬をコードする核酸を含む発現ベクターは、ベクターの種類に応じて、自体公知の手法により細胞に導入することができる。例えば、ウイルスベクターの場合、該核酸を含むプラスミドを適当なパッケージング細胞(例、Plat-E細胞)や相補細胞株(例、293細胞)に導入して、培養上清中に産生されるウイルスベクターを回収し、各ウイルスベクターに応じた適切な方法により、該ベクターを細胞に感染させる。該多能性幹細胞を再生医療のための細胞ソースとして利用する場合、Hes1抑制薬の発現(再活性化)は、多能性幹細胞由来の神経細胞から再生された神経組織における発癌リスクを高める可能性があるので、Hes1抑制薬をコードする核酸は細胞の染色体に組み込まれず、一過的に発現することが好ましい。かかる観点からは、染色体への組込みが稀なアデノウイルスベクターの使用が好ましい。また、アデノ随伴ウイルスも染色体への組込み頻度が低く、アデノウイルスベクターと比べて細胞毒性や炎症惹起作用が低いので、別の好ましいベクターとして挙げられる。センダイウイルスベクターは染色体外で安定に存在することができ、必要に応じてsiRNAにより分解除去することができるので、同様に好ましく利用され得る。センダイウイルスベクターについては、J. Biol. Chem., 282, 27383-27391 (2007) に記載のものを用いることができる。 An expression vector containing a nucleic acid encoding a Hes1 inhibitor can be introduced into cells by a method known per se, depending on the type of vector. For example, in the case of a viral vector, a virus produced in the culture supernatant by introducing a plasmid containing the nucleic acid into an appropriate packaging cell (eg, Plat-E cell) or a complementary cell line (eg, 293 cell) The vector is collected and cells are infected with the vector by an appropriate method according to each viral vector. When using the pluripotent stem cells as a cell source for regenerative medicine, the expression (reactivation) of Hes1 inhibitor may increase the risk of carcinogenesis in neural tissue regenerated from pluripotent stem cell-derived neurons Therefore, it is preferable that the nucleic acid encoding the Hes1 inhibitor is transiently expressed without being integrated into the cell chromosome. From this point of view, it is preferable to use an adenovirus vector that rarely integrates into the chromosome. In addition, adeno-associated virus also has a low frequency of integration into chromosomes, and has lower cytotoxicity and inflammation-inducing action than adenovirus vectors, and thus can be mentioned as another preferred vector. The Sendai virus vector can exist stably outside the chromosome, and can be preferably used in the same manner because it can be decomposed and removed by siRNA as necessary. As the Sendai virus vector, those described in J. Biol. Chem., 282, 27273-27391 (2007) can be used.
 レトロウイルスベクターやレンチウイルスベクターを用いる場合は、いったん導入遺伝子のサイレンシングが起こったとしても、後に再活性化される可能性があるので、例えば、Cre/loxPシステムを用いて、不要となった時点でHes1抑制薬をコードする核酸を切り出す方法が好ましく用いられ得る。即ち、該核酸の両端にloxP配列を配置しておき、神経細胞に分化誘導された後で、プラスミドベクターもしくはアデノウイルスベクターを用いて細胞にCreリコンビナーゼを作用させ、loxP配列に挟まれた領域を切り出すことができる。また、LTR U3領域のエンハンサー-プロモーター配列は、挿入突然変異によって近傍の宿主遺伝子を上方制御する可能性があるので、当該配列を欠失、もしくはSV40などのポリアデニル化配列で置換した3’-自己不活性化(SIN)LTRを使用して、切り出されずゲノム中に残存するloxP配列より外側のLTRによる内因性遺伝子の発現制御を回避することがより好ましい。 When using a retrovirus vector or lentivirus vector, even if silencing of the transgene occurs, it may be reactivated later, so it became unnecessary, for example, using the Cre / loxP system A method of excising a nucleic acid encoding a Hes1 inhibitor at the time can be preferably used. That is, loxP sequences are arranged at both ends of the nucleic acid, and after induction of differentiation into neurons, Cre recombinase is allowed to act on the cells using a plasmid vector or an adenovirus vector, so that the region sandwiched between the loxP sequences Can be cut out. In addition, the enhancer-promoter sequence in the LTR 領域 U3 region may up-regulate nearby host genes by insertion mutation, so the 3′-self is deleted or replaced with a polyadenylation sequence such as SV40. More preferably, an inactivated (SIN) LTR is used to avoid expression control of the endogenous gene by an LTR outside the loxP sequence that is not excised and remains in the genome.
 一方、非ウイルスベクターであるプラスミドベクターの場合には、リポフェクション法、リポソーム法、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム共沈殿法、DEAEデキストラン法、マイクロインジェクション法、遺伝子銃法などを用いて該ベクターを細胞に導入することができる。 On the other hand, in the case of a plasmid vector which is a non-viral vector, the vector is transferred to cells using lipofection method, liposome method, electroporation method, calcium phosphate coprecipitation method, DEAE dextran method, microinjection method, gene gun method, etc. Can be introduced.
 プラスミドベクターやアデノウイルスベクター等を用いる場合、遺伝子導入は1回以上の任意の回数(例えば、1回以上10回以下、又は1回以上5回以下など)行うことができる。 When a plasmid vector, adenovirus vector, or the like is used, gene transfer can be performed any number of times of 1 or more (for example, 1 to 10 times, or 1 to 5 times).
 尚、アデノウイルスやプラスミドを用いる場合でも、導入遺伝子が染色体に組み込まれることがあるので、上記Cre-loxPシステムのように、いったん染色体に導入遺伝子を組み込んだ後に、該遺伝子を除去する手段を用いることは好都合であり得る。別の好ましい一実施態様においては、トランスポゾンを用いて染色体に導入遺伝子を組み込んだ後に、プラスミドベクターもしくはアデノウイルスベクターを用いて細胞に転移酵素を作用させ、導入遺伝子を完全に染色体から除去する方法が用いられ得る。好ましいトランスポゾンとしては、例えば、鱗翅目昆虫由来のトランスポゾンであるpiggyBac等が挙げられる。 Even when an adenovirus or plasmid is used, since the transgene may be integrated into the chromosome, use a means for removing the gene once the transgene has been integrated into the chromosome, as in the Cre-loxP system. It can be convenient. In another preferred embodiment, there is a method for completely removing a transgene from a chromosome by incorporating a transgene into a chromosome using a transposon and then allowing a transferase to act on the cell using a plasmid vector or an adenovirus vector. Can be used. Preferred transposons include, for example, piggyBac, which is a transposon derived from a lepidopteran insect.
 別の好ましい非組込み型ベクターとして、染色体外で自律複製可能なエピゾーマルベクターが挙げられる。エピゾーマルベクターとしては、例えばエプスタイン・バーウイルス(EBV)の複製起点oriPと、複製開始点に結合して複製を制御する蛋白質EBNA-1をコードする核酸を含むプラスミドなどが挙げられる。 Another preferred non-integrated vector is an episomal vector capable of autonomous replication outside the chromosome. Examples of the episomal vector include a plasmid containing a nucleic acid encoding Epstein-Barr virus (EBV) origin of replication oriP and a protein EBNA-1 which binds to the replication origin and controls replication.
 Hes1抑制薬が短鎖核酸分子(例、Hes1をコードする核酸に対するアンチセンス核酸、Hes1をコードするRNAに対するsiRNAもしくはmiRNAまたはその前駆体、Hes1をコードするRNAに対するリボザイム核酸、Hes1デコイ核酸など)である場合、多能性幹細胞とHes1抑制薬との接触は、プラスミドDNAの場合と同様に、リポソーム法、ポリアミン法、エレクトロポレーション法、ビーズ法等を用いて、Hes1抑制薬を細胞内へ導入することにより実施することができる。カチオニックリポソームを用いた方法が最も一般的で、導入効率も高い。Lipofectamine2000やOligofectamine(Invitrogen)などの一般的な遺伝子導入試薬の他、例えば、GeneEraserTMsiRNA transfection reagent(Stratagene)等のsiRNA導入に適した導入試薬も市販されている。 Hes1 inhibitor is a short nucleic acid molecule (eg, antisense nucleic acid against Hes1-encoding nucleic acid, siRNA or miRNA or precursor to RNA encoding Hes1, ribozyme nucleic acid against RNA encoding Hes1, Hes1 decoy nucleic acid, etc.) In some cases, as in the case of plasmid DNA, contact between pluripotent stem cells and Hes1 inhibitor is introduced into cells using liposome method, polyamine method, electroporation method, bead method, etc. Can be implemented. The method using cationic liposomes is the most common, and the introduction efficiency is high. In addition to common gene introduction reagents such as Lipofectamine 2000 and Oligofectamine (Invitrogen), introduction reagents suitable for siRNA introduction such as GeneEraser siRNA transfection reagent (Stratagene) are also commercially available.
 Hes1抑制薬が上記短鎖核酸分子を発現するベクターの形態で提供される場合、該ベクターの多能性幹細胞への接触は、上記(2)(b)のようにして調製されるプラスミドベクター、ウイルスベクターもしくはエピゾーマルベクターを、細胞に導入することにより行われる。これらの遺伝子導入は、蛋白性のHes1抑制薬をコードする核酸の導入について上記したと同様の手法で行うことができる。 When the Hes1 inhibitor is provided in the form of a vector that expresses the short nucleic acid molecule, the contact of the vector with the pluripotent stem cell is a plasmid vector prepared as described in (2) (b) above, This is performed by introducing a viral vector or episomal vector into a cell. These gene introductions can be performed in the same manner as described above for introduction of a nucleic acid encoding a proteinous Hes1 inhibitor.
 Hes1抑制薬が低分子化合物である場合、該物質の体細胞への導入は、該物質を適当な濃度で水性もしくは非水性溶媒に溶解し、多能性幹細胞の培養に適した培地(上述)や神経細胞への分化誘導に適した培地(後述)中に、Hes1抑制薬濃度が多能性幹細胞においてHes1の発現もしくは機能を有意に阻害するのに十分で且つ細胞毒性がみられない範囲となるように該抑制薬溶液を添加して、細胞を一定期間培養することにより実施することができる。Hes1抑制薬濃度は用いるHes1抑制薬の種類によって異なるが、約0.1nM~約100nMの範囲で適宜選択される。 When the Hes1 inhibitor is a low molecular weight compound, the substance is introduced into somatic cells by dissolving the substance in an aqueous or non-aqueous solvent at an appropriate concentration, and a medium suitable for culturing pluripotent stem cells (described above) In a medium suitable for inducing differentiation into cells and neurons (described later), the Hes1 inhibitor concentration is sufficient to significantly inhibit the expression or function of Hes1 in pluripotent stem cells and is not cytotoxic. Thus, the inhibitor solution can be added, and the cells can be cultured for a certain period of time. The Hes1 inhibitor concentration varies depending on the type of Hes1 inhibitor used, but is appropriately selected within the range of about 0.1 nM to about 100 nM.
 Hes1抑制薬が相同組換えによりHes1遺伝子をノックアウトする核酸である場合、Hes1遺伝子をノックアウトする具体的な手段としては、多能性幹細胞が由来する動物のゲノムDNAからHes1遺伝子を常法に従って単離し、例えば、(1)そのエクソン部分やプロモーター領域に他のDNA断片(例えば、薬剤耐性遺伝子やレポーター遺伝子等)を挿入することによりエクソンもしくはプロモーターの機能を破壊するか、(2)Cre-loxP系やFlp-frt系を用いてHes1遺伝子の全部または一部を切り出して該遺伝子を欠失させるか、(3)Hes1コード領域内へ終止コドンを挿入して完全なHes1蛋白質の翻訳を不能にするか、あるいは(4)転写領域内部へ遺伝子の転写を終結させるDNA配列(例えば、polyA付加シグナルなど)を挿入して、完全なmRNAの合成を不能にすることによって、結果的にHes1遺伝子を不活性化するように構築したDNA配列を有するDNA鎖(ターゲッティングベクター)を、相同組換えにより多能性幹細胞のHes1遺伝子座に組み込ませる方法などが好ましく用いられ得る。 When the Hes1 inhibitor is a nucleic acid that knocks out the Hes1 gene by homologous recombination, the specific method for knocking out the Hes1 gene is to isolate the Hes1 gene from the genomic DNA of the animal from which the pluripotent stem cells are derived according to conventional methods. For example, (1) the function of the exon or promoter is destroyed by inserting another DNA fragment (for example, drug resistance gene or reporter gene) into the exon part or promoter region, or (2) Cre-loxP system Or the Flp-frt system to excise all or part of the Hes1 gene and delete the gene, or (3) insert a stop codon into the Hes1 coding region to disable complete translation of the Hes1 protein. Or (4) by inserting a DNA sequence (for example, a polyA addition signal) that terminates gene transcription into the transcription region and disabling complete mRNA synthesis. For example, a method of incorporating a DNA strand (targeting vector) having a DNA sequence constructed so as to inactivate the Hes1 gene into the Hes1 locus of pluripotent stem cells by homologous recombination can be preferably used.
 通常、哺乳動物における遺伝子組換えは大部分が非相同的であり、導入されたDNAは染色体の任意の位置にランダムに挿入される。したがって、薬剤耐性やレポーター遺伝子の発現を検出するなどの選択(ポジティブ選択)によっては相同組換えにより標的となるHes1遺伝子にターゲッティングされたクローンのみを効率よく選択することができず、選択されたすべてのクローンについてサザンハイブリダイゼーション法もしくはPCR法による組込み部位の確認が必要となる。そこで、ターゲッティングベクターの標的配列に相同な領域の外側に、例えば、ガンシクロビル感受性を付与する単純ヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(HSV-tk)遺伝子を連結しておけば、該ベクターがランダムに挿入された細胞はHSV-tk遺伝子を有するため、ガンシクロビル含有培地では生育できないが、相同組換えによりHes1遺伝子座にターゲッティングされた細胞はHSV-tk遺伝子を有しないので、ガンシクロビル耐性となり選択される(ネガティブ選択)。あるいは、HSV-tk遺伝子の代わりに、例えばジフテリア毒素遺伝子を連結すれば、該ベクターがランダムに挿入された細胞は自身の産生する該毒素によって死滅するので、薬剤非存在下で相同組換え体を選択することもできる。 Usually, gene recombination in mammals is mostly non-homologous, and the introduced DNA is randomly inserted at any position on the chromosome. Therefore, depending on selection (positive selection) such as detection of drug resistance and reporter gene expression, it is not possible to efficiently select only clones targeted to the target Hes1 gene by homologous recombination. For these clones, it is necessary to confirm the integration site by Southern hybridization or PCR. Therefore, if a herpes simplex virus-derived thymidine kinase (HSV-tk) gene that confers sensitivity to ganciclovir, for example, is linked outside the region homologous to the target sequence of the targeting vector, cells into which the vector is randomly inserted Has an HSV-tk gene and cannot grow in a ganciclovir-containing medium, but cells targeted to the Hes1 locus by homologous recombination do not have the HSV-tk gene and are selected to be resistant to ganciclovir (negative selection). Alternatively, if, for example, a diphtheria toxin gene is linked instead of the HSV-tk gene, cells into which the vector has been randomly inserted will be killed by the toxin produced by the vector, so that homologous recombinants can be removed in the absence of a drug. You can also choose.
 多能性幹細胞へのターゲッティングベクターの導入には、リン酸カルシウム共沈殿法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、レトロウイルス感染法、凝集法、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法、DEAE-デキストラン法などのいずれも用いることができるが、上述のように、哺乳動物における遺伝子組換えは大部分が非相同的であり、相同組換え体が得られる頻度は低いので、簡便に多数の細胞を処理できること等の点からエレクトロポレーション法が一般的に選択される。エレクトロポレーションには通常の動物細胞への遺伝子導入に使用されている条件をそのまま用いればよく、例えば、対数増殖期にある多能性幹細胞をトリプシン処理して単一細胞に分散させた後、106~108細胞/mlとなるように培地に懸濁してキュベットに移し、ターゲッティングベクターを10~100μg添加し、200~600V/cmの電気パルスを印加することにより行なうことができる。 For introduction of targeting vectors into pluripotent stem cells, calcium phosphate coprecipitation method, electroporation method, lipofection method, retrovirus infection method, aggregation method, microinjection method, particle gun method, DEAE-dextran method, etc. As described above, gene recombination in mammals is mostly non-homologous and the frequency with which homologous recombinants are obtained is low, so that a large number of cells can be treated easily. The electroporation method is generally selected. For electroporation, the conditions used for gene transfer into normal animal cells may be used as they are.For example, after pluripotent stem cells in the logarithmic growth phase are treated with trypsin and dispersed into single cells, It can be carried out by suspending in a medium so as to be 10 6 to 10 8 cells / ml, transferring to a cuvette, adding 10 to 100 μg of the targeting vector, and applying an electric pulse of 200 to 600 V / cm.
 ターゲッティングベクターが組み込まれた多能性幹細胞は、単一細胞を培養して得られるコロニーから分離抽出した染色体DNAをサザンハイブリダイゼーションまたはPCR法によりスクリーニングすることによっても検定することができる。 Pluripotent stem cells into which a targeting vector has been incorporated can also be assayed by screening chromosomal DNA isolated and extracted from colonies obtained by culturing single cells by Southern hybridization or PCR.
 上記のようにして得られるHes1遺伝子がノックアウトされた多能性幹細胞は、そのまま本発明の神経細胞への分化誘導に用いることもできるし、あるいは多能性幹細胞が非ヒト哺乳動物由来であれば、常法に従って、キメラ動物を作製、生殖系列キメラを選択し、得られた生殖系列キメラ動物をファウンダーとして交雑を行い、Hes1ノックアウトホモ接合体を樹立・維持しておき、必要に応じて、該ノックアウト動物から常法に従ってES細胞を樹立して、分化誘導に用いてもよい。 The pluripotent stem cell obtained by knocking out the Hes1 gene obtained as described above can be used as it is for inducing differentiation into the nerve cell of the present invention, or if the pluripotent stem cell is derived from a non-human mammal. In accordance with a conventional method, a chimeric animal is prepared, a germline chimera is selected, and the resulting germline chimeric animal is crossed as a founder, and a Hes1 knockout homozygote is established and maintained. ES cells may be established from knockout animals according to conventional methods and used for differentiation induction.
(b)Hes1の発現もしくは機能が阻害された多能性幹細胞の分化誘導工程
 上記工程(a)により得られた、Hes1の発現もしくは機能が阻害された多能性幹細胞(以下、「Hes1不活性化PSC」ともいう)は、任意の方法により神経細胞へと分化誘導され得る。「神経細胞」とは、他の神経細胞あるいは刺激受容細胞からの刺激を受け別の神経細胞、筋あるいは腺細胞に刺激を伝える機能を有する細胞を意味し、産生する神経伝達物質の違いにより、例えば、分泌する神経伝達物質などの違いで分類されている。これらの神経伝達物質で分類される神経細胞としては、例えば、ドパミン分泌神経細胞、アセチルコリン分泌神経細胞、セロトニン分泌神経細胞、ノルアドレナリン分泌神経細胞、アドレナリン分泌神経細胞、グルタミン酸分泌神経細胞などに分類される。本発明においては、成熟した神経細胞だけでなく、外胚葉系細胞のうち、神経系への分化が決定づけられた神経前駆細胞も「神経細胞」に包含されるものとする。具体的には、本発明における「神経細胞」はNestin-1陽性細胞として定義される。好ましくは、神経細胞は、さらにβIII-チューブリン(Tuj-1)陽性である。
(B) Step of inducing differentiation of pluripotent stem cells in which the expression or function of Hes1 is inhibited The pluripotent stem cells in which the expression or function of Hes1 is inhibited (hereinafter referred to as “Hes1 inactivity”) obtained by the above step (a). Can be induced to differentiate into nerve cells by any method. “Nerve cell” means a cell having a function of transmitting a stimulus to another nerve cell, muscle or gland cell upon receiving a stimulus from another nerve cell or a stimulus receptor cell, It is categorized by the difference in secreting neurotransmitters. Neurons classified by these neurotransmitters are classified into, for example, dopamine secreting neurons, acetylcholine secreting neurons, serotonin secreting neurons, noradrenaline secreting neurons, adrenergic secreting neurons, glutamate secreting neurons, and the like. . In the present invention, not only mature nerve cells but also neural progenitor cells determined to differentiate into the nervous system among the ectoderm cells are included in the “nerve cells”. Specifically, “neural cells” in the present invention are defined as Nestin-1 positive cells. Preferably, the nerve cell is further βIII-tubulin (Tuj-1) positive.
 多能性幹細胞から神経細胞を分化誘導する方法としては、例えば、EB形成法(Okabe S et al. Mech. Dev. 59 89-102 (1996); Lee SH et al. Nature Biotech. 18 675-9 (2000))、レチノイン酸法(Bain G et al. Dev. Biol. 168 342-57 (1995))、SDIA(stromal cell-derived inducing activity)法(Kawasaki H et al. Neuron 28 31-40 (2000))、無血清単層接着培養法(Ying QL et al. Nature Biotech. 21 183-186 (2003); Ying QL and Smith AG Methods Enzymol. 365 327-41 (2003))、SFEB(serum-free floating culture of embryonic body-like aggregation)法(Watanabe K et al. Nature Neurosci. 8 288-96 (2005))、AMED(amniotic membrane matrix-based ES cell differentiation)法(Ueno M et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103 9554-9 (2006))、NSS(neural stem sphere)法(Nakayama T et al. Neurosci. Res. 46 241-9 (2003))等が挙げられるが、これらに限定されない。しかしながら、より均一な神経細胞集団に分化誘導させるという本発明の主たる目的に照らせば、三胚葉系列への分化能を有するEB形成を伴わない方法が好ましい。また、ヒト再生医療への適用を考慮すると、病原体の混入や拒絶のリスクを回避するために、他の生物材料(例、ストローマ細胞や羊膜マトリクス等のフィーダー)の非存在下で分化誘導を行うことが好ましい。さらに、成分未知の生物由来成分(例、血清)中には、神経分化やその後の領域特異的な分化誘導に対して後方化活性を有する物質(例、BMP、LIF、Wnt、TGF-β)が存在する可能性があるので、成分既知の化学組成培地(即ち、限定培地)を用いて分化誘導を行うことが好ましい。したがって、本発明の好ましい態様においては、無血清単層接着培養法、SFEB法、NSS法などが用いられる。 As a method for inducing differentiation of neuronal cells from pluripotent stem cells, for example, EB formation method (Okabe S et al. Mech. Dev. 59 89-102 (1996); Lee SH et al. Nature Biotech. 18 675-9 (2000)), retinoic acid method (Bain G et al. Dev. Biol. 168 342-57 (1995)), SDIA (stromal cell-derived inducing activity) method (Kawasaki H et al. Neuron 28 31-40 (2000) )), Serum-free monolayer adherent culture method (Ying QL et al. Nature Biotech. 21 183-186 (2003); Ying QL and Smith AG Methods Enzymol. 365 327-41 (2003)), SFEB (serum-free floating culture of embryonic body-like aggregation) method (Watanabe K et al. Nature Neurosci. 8 288-96 (2005)), AMED (amniotic membrane matrix-based ES cell differentiation) method (Ueno M et al. Proc. Natl. Acad Sci. USA 103 9554-9 (2006)), NSS (neural stem sphere) method (Nakayama T et al. Neurosci. Res. 46 241-9 (2003)), etc. But it is not limited. However, in light of the main purpose of the present invention to induce differentiation into a more uniform neuronal population, a method that does not involve the formation of EBs having the ability to differentiate into the three germ layer lineage is preferred. Also, considering application to human regenerative medicine, differentiation induction is performed in the absence of other biological materials (eg, feeders such as stromal cells and amniotic matrix) in order to avoid the risk of pathogen contamination and rejection. It is preferable. Furthermore, in biologically derived components (eg, serum) whose components are unknown, substances that have posterior activity for neural differentiation and subsequent region-specific differentiation induction (eg, BMP, LIF, Wnt, TGF-β) Therefore, it is preferable to induce differentiation using a chemical composition medium (that is, a limited medium) with a known component. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, a serum-free monolayer adhesion culture method, SFEB method, NSS method or the like is used.
 本分化誘導工程(b)における基礎培地としては、多能性幹細胞の維持増殖用として上記した基礎培地が同様に用いられ得る。好ましくは、無血清培地、例えば、KSRを1-20%の濃度で添加した無血清培地、あるいはインスリンおよびトランスフェリンを添加した無血清培地(例えば、N2B27、CHO-S-SFM II(GIBCO BRL社製)、Hybridoma-SFM(GIBCO BRL社製)、eRDF Dry Powdered Media(GIBCOBRL社製)、UltraCULTURETM(BioWhittaker社製)、UltraDOMATM(BioWhittaker社製)、UltraCHOTM(BioWhittaker社製)、UltraMDCKTM(BioWhittaker社製)、ITPSG培地(Cytotechnology, 5, S17 (1991))、ITSFn培地(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 457 (1980))、mN3培地(Mech. Dev. 59, 89 (1996) など)などが挙げられる。該培地は、必要に応じて他の成分、例えば、アミノ酸、ピルビン酸、2-メルカプトエタノール、サイトカイン、増殖因子等を適切な濃度で含有していてもよい。 As the basal medium in this differentiation-inducing step (b), the basal medium described above for maintenance and proliferation of pluripotent stem cells can be used similarly. Preferably, a serum-free medium, such as a serum-free medium supplemented with KSR at a concentration of 1-20%, or a serum-free medium supplemented with insulin and transferrin (for example, N2B27, CHO-S-SFM II (manufactured by GIBCO BRL) ), Hybridoma-SFM (GIBCO BRL), eRDF Dry Powdered Media (GIBCOBRL), UltraCULTURE TM (BioWhittaker), UltraDOMA TM (BioWhittaker), UltraCHO TM (BioWhittaker), UltraMDCK TM (BioWhittaker) , ITPSG medium (Cytotechnology, 5, S17 (1991)), ITSFn medium (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 457 (1980)), mN3 medium (Mech. Dev. 59, 89 (1996) The medium may contain other components such as amino acids, pyruvic acid, 2-mercaptoethanol, cytokines, growth factors, and the like at appropriate concentrations as necessary.
 多能性幹細胞の維持増殖用培地から分化抑制剤(例、血清、LIF、BMP、Wnt、TGF-β、細胞外マトリクス、フィーダー細胞)を除去して培養するのみでも、ES細胞は容易に神経前駆細胞に分化し得るが、より分化誘導効率を高めて均一な神経細胞を得るために、外胚葉系細胞および/または神経系細胞への分化誘導物質、例えば、Dkk-1等のWnt阻害剤(Nature Biotechnology, 20, 1240-1245 (2002))、Lefty-A等のNodal阻害剤、BMPRIA-Fc、Noggin等のBMP阻害剤(Nature, 376, 333-336 (1995))、NGF(Biochem. Biophys. Res. Commun., 199, 552 (1994))、レチノイン酸(Dev. Biol., 168, 342 (1995); J.Neurosci., 16, 1056 (1996))、FGF(Genes & Development, 15, 3023-8 (2003))、IGF(Genes & Development, 15, 3023-8 (2003))等を培地に添加することもできる。
 また、ヒトES細胞等のヒト多能性幹細胞は、機械的・化学的刺激に対して感受性が高く、例えば、通常のトリプシン処理で単一細胞に解離すると、接着性が著しく低下してアポトーシスを起こす。そのため、ヒト多能性幹細胞は数十個程度の細胞集団として扱わなければ安定に培養できず、そのことが効率的な分化誘導を妨げる原因となっている。このヒト多能性幹細胞の分散によるアポトーシスを抑制する目的で、分散時に多能性幹細胞をROCK阻害剤で処理することが好ましい。ROCK阻害剤としては、例えば、Y-27632(例、Mol. Pharmacol. 57, 976-983 (2000); Methods Enzymol. 325,273-284 (2000)参照)、Fasudil/HA1077(例、Nature 389: 990-994 (1997)参照)、H-1152(例、Pharmacol. Ther. 93: 225-232 (2002)参照)、Wf-536(例、Cancer Chemother Pharmacol. 52(4): 319-324 (2003)参照)及びそれらの誘導体などが挙げられる。
ES cells can be easily expressed by removing differentiation inhibitors (eg, serum, LIF, BMP, Wnt, TGF-β, extracellular matrix, feeder cells) from the culture medium for maintenance and proliferation of pluripotent stem cells. An ectodermal cell and / or a differentiation inducer to a nervous system cell, for example, a Wnt inhibitor such as Dkk-1, in order to obtain a uniform nerve cell with higher differentiation induction efficiency, although it can differentiate into a progenitor cell (Nature Biotechnology, 20, 1240-1245 (2002)), Nodal inhibitors such as Lefty-A, BMP inhibitors such as BMPRIA-Fc and Noggin (Nature, 376, 333-336 (1995)), NGF (Biochem. Biophys. Res. Commun., 199, 552 (1994)), retinoic acid (Dev. Biol., 168, 342 (1995); J. Neurosci., 16, 1056 (1996)), FGF (Genes & Development, 15 , 3023-8 (2003)), IGF (Genes & Development, 15, 3023-8 (2003)) and the like can be added to the medium.
In addition, human pluripotent stem cells such as human ES cells are highly sensitive to mechanical and chemical stimuli.For example, when they are dissociated into single cells by normal trypsin treatment, their adhesion is significantly reduced and apoptosis is caused. Wake up. For this reason, human pluripotent stem cells cannot be stably cultured unless they are treated as a population of about several tens of cells, which prevents efficient differentiation induction. In order to suppress apoptosis due to the dispersion of the human pluripotent stem cells, it is preferable to treat the pluripotent stem cells with a ROCK inhibitor during the dispersion. Examples of ROCK inhibitors include Y-27632 (eg, Mol. Pharmacol. 57, 976-983 (2000); Methods Enzymol. 325,273-284 (2000)), Fasudil / HA1077 (eg, Nature 389: 990- 994 (1997)), H-1152 (eg, Pharmacol. Ther. 93: 225-232 (2002)), Wf-536 (eg, Cancer Chemother Pharmacol. 52 (4): 319-324 (2003)). ) And their derivatives.
 本分化誘導工程(b)における培養器としては、多能性幹細胞の維持増殖用として上記した培養器が同様に用いられ得る。単層接着培養法による場合、該培養器は、例えば、コラーゲン、ゼラチン、マトリゲル、ポリ-L-リジン、ポリ-D-リジン、ラミニン、フィブロネクチン等でプレコーティングされていることが好ましい。 As the incubator in this differentiation induction step (b), the incubator described above for maintenance and proliferation of pluripotent stem cells can be used similarly. In the case of the monolayer adhesion culture method, the incubator is preferably precoated with, for example, collagen, gelatin, matrigel, poly-L-lysine, poly-D-lysine, laminin, fibronectin and the like.
 培養は、上記培養器中に、Hes1不活性化PSCを、例えば約0.5-約5×104細胞/cm2、好ましくは約1-約3×104細胞/cm2の細胞密度となるように播種し、例えば、CO2インキュベーター中、約1~約10%、好ましくは約2~約5%のCO2濃度の雰囲気下、約30~約40℃、好ましくは約37℃で、約2-約14日間、好ましくは約4-約10日間行われる。 In the culture, the Hes1 inactivated PSC has a cell density of, for example, about 0.5 to about 5 × 10 4 cells / cm 2 , preferably about 1 to about 3 × 10 4 cells / cm 2. For example, in an atmosphere of about 1 to about 10%, preferably about 2 to about 5% CO 2 concentration in a CO 2 incubator at about 30 to about 40 ° C., preferably about 37 ° C., about 2 -About 14 days, preferably about 4 to about 10 days.
 このようにして得られた培養細胞が均一な神経細胞に分化しているか否かの確認は、RT-PCR、ノーザンブロット分析、免疫染色、イムノブロット分析、FACS等を用い、神経前駆細胞(例、Nestin-1、Sox1、Mash1など)および/または神経細胞マーカー(例、Tuj-1、GAD、THなど)の発現を指標として行うことができる。 Confirmation of whether or not the cultured cells obtained in this way have differentiated into uniform neurons uses RT-PCR, Northern blot analysis, immunostaining, immunoblot analysis, FACS, etc. , Nestin-1, Sox1, Mash1, etc.) and / or expression of neuronal markers (eg, Tuj-1, GAD, TH, etc.) can be used as indicators.
 上記分化誘導工程(b)により得られる細胞集団は、従来法により得られるものよりも均一な神経細胞を含有するが、当該細胞を、例えば神経系細胞の障害に基づく疾患の治療薬として用いる場合などには、使用に先立って神経細胞の純度を高めておくことが望ましい。
 細胞の純度を高める方法は、公知となっている細胞分離精製の方法であればいずれも用いることができるが、例えば、フローサイトメーターを用いる方法(例えば、Antibodies - A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory (1988)、Monoclonal Antibodies: principles and practice, Third Edition, Acad. Press (1993)、Int. Immunol., 10, 275 (1998)参照)、パニング法(例えば、Monoclonal Antibodies: principles and practice, Third Edition, Acad. Press (1993)、Antibody Engineering, A Practical Approach, IRL Pressat Oxford University Press (1996)、J. Immunol., 141, 2797 (1988)参照)、ショ糖濃度の密度差を利用する細胞分画法(例えば、組織培養の技術(第三版),朝倉書店(1996)参照)が挙げられる。
The cell population obtained by the differentiation inducing step (b) contains more uniform neurons than those obtained by the conventional method, but the cells are used as a therapeutic agent for diseases based on, for example, nervous system cells. For example, it is desirable to increase the purity of nerve cells prior to use.
Any known cell separation and purification method can be used as a method for increasing cell purity. For example, a method using a flow cytometer (for example, Antibodies-A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory). (1988), Monoclonal Antibodies: principles and practice, Third Edition, Acad. Press (1993), Int. Immunol., 10, 275 (1998)), panning methods (eg Monoclonal Antibodies: principles and practice, Third Edition, Acad. Press (1993), Antibody Engineering, A Practical Approach, IRL Pressat Oxford University Press (1996), J. Immunol., 141, 2797 (1988)), Cell fractionation method using density difference of sucrose concentration (For example, see the tissue culture technique (third edition), Asakura Shoten (1996)).
 神経細胞の純度を高める別の方法として、上記分化誘導工程(b)により得られた細胞を、抗癌剤を含む培地中で培養する方法が挙げられる。これにより、未分化な状態の細胞を除去することができ、移植後の腫瘍形成を予防することができる。
 ここで、抗癌剤としては、例えばマイトマイシンC、5-フルオロウラシル、アドリアマイシン、アラCまたはメトトレキセートなどがあげられる。これら抗癌剤は、神経分化した細胞よりも未分化な状態の細胞に、より細胞毒性を示す濃度で用いることが好ましい。例えば、これら抗癌剤を生体に用いる日本薬局方記載の濃度の100分の1~1倍の濃度で含む培地を用い、細胞を数時間、好ましくは2時間培養する方法をあげることができる。
As another method for increasing the purity of nerve cells, there is a method of culturing the cells obtained by the differentiation induction step (b) in a medium containing an anticancer agent. Thereby, cells in an undifferentiated state can be removed, and tumor formation after transplantation can be prevented.
Here, examples of the anticancer agent include mitomycin C, 5-fluorouracil, adriamycin, ara C, and methotrexate. These anticancer agents are preferably used at concentrations that are more cytotoxic to cells that are undifferentiated than those that have undergone neuronal differentiation. For example, there can be mentioned a method of culturing cells for several hours, preferably 2 hours, using a medium containing these anticancer agents in a living body at a concentration of 1/100 times the concentration described in the Japanese Pharmacopoeia.
(c)多能性幹細胞由来の神経細胞の用途
 本発明の方法により得られる神経細胞は、種々の目的で使用することができる。例えば、神経系細胞の障害に基づく疾患(以下、単に「神経疾患」ともいう)の患者本人や、HLAの型が同一もしくは実質的に同一である他人から採取した体細胞を用いて誘導したiPS細胞から分化させた神経細胞を、該患者に移植して神経を再生するという、自家もしくは同種異系移植による幹細胞療法が可能となる。さらに、患者由来のiPS細胞から分化させた神経細胞は、対応する既存の細胞株よりも実際の患者体内での神経細胞の状態をより反映していると考えられるので、神経疾患治療薬の薬効や毒性のin vitro評価系にも好適に用いることができる。さらに原因が未解明の神経疾患の病理学的研究のツールとしても好ましく用いられ得る。
(C) Use of nerve cell derived from pluripotent stem cell The nerve cell obtained by the method of the present invention can be used for various purposes. For example, iPS induced using somatic cells collected from a patient who has a disorder based on a disorder of nervous system cells (hereinafter, also simply referred to as “neurological disorder”) or from another person who has the same or substantially the same type of HLA. Stem cell therapy by autologous or allogeneic transplantation in which nerve cells differentiated from cells are transplanted into the patient to regenerate nerves becomes possible. Furthermore, neuronal cells differentiated from patient-derived iPS cells are more likely to reflect the actual state of the neuronal cells in the patient's body than the corresponding existing cell lines. And in vitro evaluation system for toxicity. Furthermore, it can be preferably used as a tool for pathological research of neurological diseases whose cause has not been elucidated.
 以下に、本発明の多能性幹細胞由来の神経細胞の再生医療における使用について詳述する。該神経細胞により治療し得る疾患の例としては、例えば、パーキンソン病、脊髄小脳変性症、ハンチントン病、アルツハイマー病、虚血性脳疾患(例えば、脳梗塞)、てんかん、脳外傷などの前脳神経細胞の障害または終脳神経細胞の障害による疾患;脊髄小脳変性症、アルコール性小脳変性症、小脳部の外傷などの、小脳神経細胞の障害に基づく疾患;脊髄損傷、運動神経疾患、神経変性疾患、網膜色素変性症、加齢黄斑変性症、内耳性難聴、多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症、神経毒物の障害に起因する疾患などが挙げられるが、これらに限定されない。 Hereinafter, the use of the pluripotent stem cell-derived nerve cell of the present invention in regenerative medicine will be described in detail. Examples of diseases that can be treated by the nerve cells include, for example, Parkinson's disease, spinocerebellar degeneration, Huntington's disease, Alzheimer's disease, ischemic brain disease (for example, cerebral infarction), epilepsy, brain trauma, etc. Disorders or disorders caused by telencephalic neurons; diseases based on cerebellar neurons, such as spinocerebellar degeneration, alcoholic cerebellar degeneration, cerebellar trauma; spinal cord injury, motor neuropathy, neurodegenerative disease, retinal pigment Examples include, but are not limited to, degeneration, age-related macular degeneration, inner ear deafness, multiple sclerosis, amyotrophic lateral sclerosis, and diseases caused by neurotoxin disorders.
 ハンチントン病をはじめとする遺伝性神経疾患の治療用の神経細胞としては、患者とHLAの型が同一もしくは実質的に同一である他人から誘導された多能性幹細胞から分化誘導した神経細胞が好ましく使用される。ここでHLAの型が「実質的に同一」とは、免疫抑制剤などの使用により、該体細胞由来のiPS細胞から分化誘導することにより得られた細胞を患者に移植した場合に移植細胞が生着可能な程度にHLAの型が一致していることをいう。ヒトの再生医療においては、HLAの型が同一もしくは実質的に同一なヒトES細胞を入手することは容易でないため、神経細胞を誘導するための多能性幹細胞としては、ヒトiPS細胞を用いることが好ましい。 As nerve cells for the treatment of hereditary neurological diseases such as Huntington's disease, nerve cells that have been induced to differentiate from pluripotent stem cells derived from others who have the same or substantially the same HLA type as the patient are preferred. used. Here, the type of HLA is “substantially the same” means that the transplanted cells are transplanted when cells obtained by inducing differentiation from iPS cells derived from the somatic cells are transplanted into a patient by using an immunosuppressant or the like. This means that the HLA types match to the extent that they can be engrafted. In human regenerative medicine, it is not easy to obtain human ES cells with the same or substantially the same type of HLA, so human iPS cells should be used as pluripotent stem cells for inducing nerve cells. Is preferred.
 別の一実施態様においては、遺伝性神経疾患治療用の神経細胞として、患者本人の体細胞由来のiPS細胞から分化させた神経細胞を用いることも可能である。この場合、患者の体細胞から誘導したiPS細胞は原因遺伝子に異常を有するので、iPS細胞に正常な遺伝子を導入する。神経細胞への遺伝子導入にはアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターが適しているといわれるが、このベクターは約4.5kbの収容力しかないので、導入すべき遺伝子のサイズによっては、全長遺伝子を導入できない場合がある。しかし、iPS細胞の場合、レトロウイルス/レンチウイルスで最も高い導入効率が得られる他、人工染色体による全長遺伝子の導入も可能であるため、遺伝子治療の選択肢が拡がるという利点がある。あるいは、iPS細胞の内因性DNA修復機構や相同組換えを利用して、原因遺伝子の変異部位を修復することもできる。即ち、変異部位を正常にした配列を有するキメラRNA/DNAオリゴヌクレオチド(chimeraplast)を導入し、標的配列に結合させてミスマッチを形成させ、内因性DNA修復機構を活性化して遺伝子修復を誘導する。あるいは、変異部位に相同な400-800塩基の一本鎖DNAを導入して相同組換えを起こさせることにより遺伝子修復を行なうこともできる。このようにして得られる、疾患原因遺伝子が修復されたiPS細胞を上記工程(a)および(b)を経て神経細胞に分化誘導することにより、患者本人由来の正常な神経細胞を製造することができる。あるいはまた、ハンチントン病などのポリグルタミン病では、RNAi法により異常蛋白質の産生を抑制する遺伝子治療が提唱されており、患者由来のiPS細胞に原因遺伝子に対するsiRNAを発現するベクターを導入することによっても、異常蛋白質の蓄積が抑制された患者由来のiPS細胞を得ることができ、本発明の方法を通じて神経細胞に分化させることができる。 In another embodiment, nerve cells differentiated from iPS cells derived from the patient's own somatic cells can be used as nerve cells for the treatment of hereditary neurological diseases. In this case, since the iPS cells derived from the patient's somatic cells have an abnormality in the causative gene, a normal gene is introduced into the iPS cells. Adeno-associated virus (AAV) vectors are said to be suitable for gene transfer into neurons, but this vector has only a capacity of about 4.5 kb, so the full-length gene cannot be transferred depending on the size of the gene to be transferred. There is a case. However, in the case of iPS cells, retrovirus / lentivirus has the highest transfer efficiency, and since full-length genes can be transferred by artificial chromosomes, there are advantages that gene therapy options are expanded. Alternatively, the mutation site of the causative gene can be repaired using the endogenous DNA repair mechanism or homologous recombination of iPS cells. That is, a chimeric RNA / DNA oligonucleotide (chimeraplast) having a sequence with a normal mutation site is introduced and bound to a target sequence to form a mismatch, and an endogenous DNA repair mechanism is activated to induce gene repair. Alternatively, gene repair can be performed by introducing a single-stranded DNA having 400-800 bases homologous to the mutation site to cause homologous recombination. A normal nerve cell derived from the patient can be produced by inducing differentiation of the iPS cell obtained by repairing the disease-causing gene thus obtained into the nerve cell through the steps (a) and (b). it can. Alternatively, for polyglutamine diseases such as Huntington's disease, gene therapy that suppresses the production of abnormal proteins by the RNAi method has been proposed, and by introducing a vector that expresses siRNA against the causative gene into patient-derived iPS cells. Thus, patient-derived iPS cells in which abnormal protein accumulation is suppressed can be obtained and differentiated into nerve cells through the method of the present invention.
 一方、非遺伝性神経疾患の場合、患者本人の体細胞から誘導したiPS細胞から分化させた神経細胞は、正常な細胞である可能性があるので、そのまま患者への移植に用いることが可能な場合がある。 On the other hand, in the case of non-hereditary neurological diseases, nerve cells differentiated from iPS cells derived from the patient's own somatic cells may be normal cells and can be used for transplantation to patients as they are. There is a case.
 多くの神経疾患では、ある特定の細胞種が特異的に脱落しているため、対象疾患に応じて必要な神経系細胞を誘導した後に、当該細胞を移植することもまた好ましい。例えば、パーキンソン病の場合、ドーパミン産生ニューロンが、筋萎縮性側索硬化症の場合、運動性ニューロンが、ハンチントン病の場合、GABA作動性ニューロンが、小脳変性症の場合、プルキンエ細胞が、脳梗塞、脊髄損傷の場合、大脳神経およびオリゴデンドロサイトが、多発性硬化症の場合、オリゴデンドロサイトが、アルツハイマー病の場合、大脳神経が、網膜色素変性症の場合、網膜神経細胞が、特異的脱落細胞として挙げられる。
 前後軸・背腹側誘導因子を適切なタイミングで作用させることにより、種々のニューロンを誘導することが可能である。例えば、ドーパミン産生ニューロンは、例えばSDIA法および5-ステップ法により(PNAS, 101, 12543-8 (2004))、運動性ニューロンは、例えばSDIA法においてレチノイン酸、ソニックヘッジホッグ(Shh)、GDNF、BDNFおよびアスコルビン酸を作用させる方法により(Stem Cells, 25, 1931-9 (2007))、大脳神経は、例えばSFEB法により(Nature Biotechnol., 25, 681-6 (2007))、オリゴデンドロサイトは、例えばレチノイン酸とEGFを作用させる方法により(J. Neurosci., 25, 4694-705 (2005))、網膜神経細胞は、例えばDkk1、IGF-1、Nogginを作用させる方法により(PNAS, 103, 12769-74 (2006))、それぞれ誘導することができる。
In many neurological diseases, a specific cell type is specifically dropped. Therefore, it is also preferable to induce the necessary nervous system cells according to the target disease and then transplant the cells. For example, in Parkinson's disease, dopaminergic neurons are in amyotrophic lateral sclerosis, motor neurons are in Huntington's disease, GABAergic neurons are in cerebellar degeneration, Purkinje cells are in cerebral infarction Cerebral nerves and oligodendrocytes in the case of spinal cord injury, oligodendrocytes in the case of multiple sclerosis, cerebral nerves in the case of Alzheimer's disease, retinal neuronal cells in the case of retinitis pigmentosa Listed as cells.
It is possible to induce various neurons by causing the anteroposterior axis / dorsal ventral inductive factor to act at appropriate timing. For example, dopaminergic neurons are produced by, for example, the SDIA method and the 5-step method (PNAS, 101, 12543-8 (2004)), and motor neurons are produced by, for example, the SDIA method using retinoic acid, sonic hedgehog (Shh), GDNF, By means of the action of BDNF and ascorbic acid (Stem Cells, 25, 1931-9 (2007)), cerebral nerves, for example, by the SFEB method (Nature Biotechnol., 25, 681-6 (2007)), oligodendrocytes are For example, retinoic acid and EGF are allowed to act (J. Neurosci., 25, 4694-705 (2005)), and retinal neurons are allowed to act, for example, by Dkk1, IGF-1, and Noggin (PNAS, 103, 12769-74 (2006)), each can be guided.
 本発明の神経細胞は、常套手段にしたがって医薬上許容される担体と混合するなどして、非経口製剤、好ましくは、注射剤、懸濁剤、点滴剤等の非経口製剤として製造される。当該非経口製剤に含まれ得る医薬上許容される担体としては、例えば、生理食塩水、ブドウ糖やその他の補助薬を含む等張液(例えば、D-ソルビトール、D-マンニトール、塩化ナトリウムなど)などの注射用の水性液を挙げることができる。本発明の剤は、例えば、緩衝剤(例えば、リン酸塩緩衝液、酢酸ナトリウム緩衝液)、無痛化剤(例えば、塩化ベンザルコニウム、塩酸プロカインなど)、安定剤(例えば、ヒト血清アルブミン、ポリエチレングリコールなど)、保存剤、酸化防止剤などと配合しても良い。
 本発明の剤を水性懸濁液剤として製剤化する場合、上記水性液に約1.0×106-約1.0×107細胞/mLとなるように、神経細胞を懸濁させればよい。
 このようにして得られる製剤は、安定で低毒性であるので、ヒトなどの哺乳動物に対して安全に投与することができる。投与方法は特に限定されないが、好ましくは注射もしくは点滴投与であり、静脈内投与、動脈内投与、患部局所投与などが挙げられる。本発明の剤の投与量は、投与対象、治療標的部位、症状、投与方法などにより差異はあるが、通常、パーキンソン病患者(体重60kgとして)においては、例えば、静脈内注射の場合、1回につき神経細胞量として約1.0×105-約1×107細胞を、約1-約2週間隔で、約4-約8回投与するのが好都合である。
The nerve cell of the present invention is produced as a parenteral preparation, preferably a parenteral preparation such as an injection, suspension, instillation, etc. by mixing with a pharmaceutically acceptable carrier according to a conventional method. Examples of pharmaceutically acceptable carriers that can be included in the parenteral preparation include isotonic solutions (eg, D-sorbitol, D-mannitol, sodium chloride, etc.) containing physiological saline, glucose and other adjuvants. An aqueous liquid for injection can be mentioned. The agent of the present invention includes, for example, a buffer (eg, phosphate buffer, sodium acetate buffer), a soothing agent (eg, benzalkonium chloride, procaine hydrochloride, etc.), a stabilizer (eg, human serum albumin, Polyethylene glycol, etc.), preservatives, antioxidants and the like.
When the agent of the present invention is formulated as an aqueous suspension, nerve cells may be suspended in the aqueous solution so as to be about 1.0 × 10 6 to about 1.0 × 10 7 cells / mL.
Since the thus obtained preparation is stable and has low toxicity, it can be safely administered to mammals such as humans. The administration method is not particularly limited, but is preferably injection or drip administration, and examples include intravenous administration, intraarterial administration, and local administration of the affected area. The dose of the agent of the present invention varies depending on the administration subject, treatment target site, symptom, administration method, etc., but usually in Parkinson's disease patients (weight 60 kg), for example, once in the case of intravenous injection Conveniently, about 1.0 × 10 5 to about 1 × 10 7 cells per dose are administered about 1 to about 2 weeks, about 4 to about 8 times.
 以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[材料および方法]
ES細胞株、培養条件、およびリアルタイムイメージング
 オシレーション発現の定量およびHes1ノックダウンには、マウスES細胞MG1.19細胞株(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 1292 (1995)、Nature 423, 541 (2003))を使用した。遺伝子操作にはTT2細胞株を使用した。
 MG1.19細胞株およびTT2細胞株は、ゼラチンコートしたプレート(MG1.19)またはマウス胎児線維芽細胞(MEF)のフィーダー細胞層(TT2)上にて、10%(MG1.19)または15%(TT2)のFCS、L-グルタミン、非必須アミノ酸、ピルビン酸ナトリウム、2-メルカプトエタノールおよび1,000U/ml LIFを加えたDMEM培地中に維持した。
 分化アッセイおよびマイクロアレイアッセイを行うに先立ち、ゼラチンコートプレート上で、トリプシン処理後に30分間の浮遊培養を2度行い、フィーダー細胞を除去した。神経分化誘導はN2B27培地上で行った(Methods Enzymol. 365, 327 (2003))。
 リアルタイムイメージングは、ガラス皿の上に1mMルシフェリンを加えたES培地でES細胞を培養した。20分または10分露出で蛍光イメージングを行い、SN比を高めるため、8×8若しくは4×4ピクセルでのビニング処理を行った。強い白色のドットは宇宙線由来のものである。Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 1313 (2006)に記載されるようにして、CCDカメラからイメージを収集し、IMAGE-PROで解析した。
[Materials and methods]
ES cell lines, culture conditions, and quantification of real-time imaging oscillation expression and Hes1 knockdown include the mouse ES cell MG1.19 cell line (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 1292 (1995), Nature 423, 541 (2003)). The TT2 cell line was used for genetic manipulation.
MG1.19 and TT2 cell lines are 10% (MG1.19) or 15% on gelatin coated plates (MG1.19) or mouse embryo fibroblast (MEF) feeder cell layer (TT2). (TT2) was maintained in DMEM medium supplemented with FCS, L-glutamine, non-essential amino acids, sodium pyruvate, 2-mercaptoethanol and 1,000 U / ml LIF.
Prior to performing the differentiation assay and the microarray assay, the suspension cells were subjected to suspension culture for 30 minutes after trypsin treatment twice to remove feeder cells. Nerve differentiation induction was performed on N2B27 medium (Methods Enzymol. 365, 327 (2003)).
For real-time imaging, ES cells were cultured in an ES medium supplemented with 1 mM luciferin on a glass dish. Fluorescence imaging was performed at 20 minutes or 10 minutes exposure, and binning processing was performed with 8 × 8 or 4 × 4 pixels in order to increase the SN ratio. Strong white dots are derived from cosmic rays. Images were collected from a CCD camera and analyzed with IMAGE-PRO as described in Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 1313 (2006).
mRNAおよび蛋白質の半減期の測定
 mRNAの半減期の測定には、マウスES細胞MG1.19細胞株に対し、培地を交換した30分後(t=0)にアクチノマイシンD(5μg/ml)を加えた。GAPDHを内部コントロールとして用いて、mRNAの相対レベルをリアルタイムPCRで定量した。
 蛋白質半減期の測定においては、マウスES細胞MG1.19細胞株に対し、培地を交換した2時間後(t=0)に、シクロヘキシミド(20μM)を加えた。t=5分で、Hes1蛋白質の発現のピークが最大になった。相対的な発現レベルを、ウエスタンブロットで決定した。
Measurement of mRNA and protein half-life For the measurement of mRNA half-life, actinomycin D (5 μg / ml) was added to the mouse ES cell MG1.19 cell line 30 minutes after the medium was changed (t = 0). added. Relative mRNA levels were quantified by real-time PCR using GAPDH as an internal control.
For measurement of protein half-life, cycloheximide (20 μM) was added to the mouse ES cell MG1.19 cell line 2 hours after the medium was changed (t = 0). The peak of Hes1 protein expression reached its maximum at t = 5 minutes. Relative expression levels were determined by Western blot.
Hes1レポーター細胞株の構造
 核局在シグナル(NLS)および2つのユビキチンに連結されたluc2遺伝子(Promega)、およびピューロマイシン耐性遺伝子を担持するレポータープラスミド(Ub-Ub-NLS-luc2)を線状化し、MG1.19細胞株にエレクトロポレーションした。当該ルシフェラーゼは、NIH3T3細胞にて約10分の半減期を有する。
 ピューロマイシン(2μg/ml)で細胞を選択後、更に発光を元に当該プラスミド細胞を有する細胞を選択した。選択した192個の細胞株のうち、6個の細胞株を一細胞イメージングに用いた。
Linearize the nuclear localization signal (NLS) of the Hes1 reporter cell line and the luc2 gene linked to two ubiquitins (Promega) and the reporter plasmid carrying the puromycin resistance gene (Ub-Ub-NLS-luc2) Electroporated into the MG1.19 cell line. The luciferase has a half-life of about 10 minutes in NIH3T3 cells.
After selecting cells with puromycin (2 μg / ml), cells having the plasmid cells were further selected based on luminescence. Of the 192 cell lines selected, 6 cell lines were used for single cell imaging.
Hes1ノックアウト細胞の作製
 一方のHes1アレルには、Hes1遺伝子のATGコドンを削除し、Hes1の翻訳開始部位に、Ub-ルシフェラーゼ遺伝子を挿入した(図6A)。他方のHes1アレルには、Hes1遺伝子の第2エクソンから第4エクソンの領域を挟むように該領域の両端にloxP配列を導入した(図6B)。サザンプロット解析により、相同組換え体(121系統および152系統)を選択した(図6C、D)。これらの相同組み換え体にCreレコンビナーゼを作用させてHes1遺伝子の第2~4エクソンを切り出し、Hes1-null細胞株(K3、K9、K57)を作製した(図6E、F)。
Preparation of Hes1 knockout cells In one Hes1 allele, the ATG codon of the Hes1 gene was deleted, and a Ub-luciferase gene was inserted into the translation start site of Hes1 (FIG. 6A). In the other Hes1 allele, a loxP sequence was introduced at both ends of the Hes1 gene so as to sandwich the second exon to the fourth exon of the Hes1 gene (FIG. 6B). Homologous recombinants (121 and 152 lines) were selected by Southern plot analysis (FIGS. 6C and D). A Cre recombinase was allowed to act on these homologous recombinants to excise the second to fourth exons of the Hes1 gene to prepare Hes1-null cell lines (K3, K9, K57) (FIGS. 6E and F).
Hes1構成的発現ES細胞の作製
 図7Aに示すターゲッティングコンストラクトをマウスES細胞のRosa26遺伝子座にノックインし、G418存在下で選択されたコロニーについてサザンブロット解析で組み込みを確認した(図7B)。21系統の細胞にCreリコンビナーゼを作用させて、Neo発現カセットを切り出し、GFP陽性コロニーをピックアップして、Hes1構成的発現細胞株(R5、R6)を得た(図7C)。Hes1の構成的発現は、免疫染色(図8A)およびイムノブロット分析(図8B、C)により確認した。
Preparation of Hes1 Constitutively Expressing ES Cells The targeting construct shown in FIG. 7A was knocked into the Rosa26 locus of mouse ES cells, and the integration of colonies selected in the presence of G418 was confirmed by Southern blot analysis (FIG. 7B). Cre recombinase was allowed to act on 21 lines of cells, the Neo expression cassette was excised, and GFP positive colonies were picked up to obtain Hes1 constitutive expression cell lines (R5, R6) (FIG. 7C). The constitutive expression of Hes1 was confirmed by immunostaining (FIG. 8A) and immunoblot analysis (FIG. 8B, C).
Hes1ノックダウン
(1)ES細胞
 ポリオーマウイルスori(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 1292 (1995))およびピューロマイシン耐性遺伝子を有し、7SKプロモーター(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 11292 (2007))の制御下にあるshRNA配列をコードするプラスミドベクターを作製し、リポフェクションにより、マウスES細胞MG1.19株に導入した。形質移入された細胞を、ピューロマイシン含有培地にて選択した。
 Hes1ノックダウンES細胞KD1およびKD2の作製に使用した標的ヌクレオチド配列は、以下の通りである。
KD1:5'-GCCAATTTGCCTTTCTCATCC-3'(配列番号7)
KD2:5'-GTAGAGAGCTGTATTAAGTGA-3'(配列番号8)
 コントロールとして、ランダム配列を使用した。
(2)iPS細胞
 shRNAとネオマイシン耐性遺伝子をコードするレンチウイルスベクターを作製し、ヒトiPS細胞株(iPS(IMR90)-1; WiCellおよび253G1; RIKEN BRC)に導入し、G418含有培地にて選択を行った。
 Hes1ノックダウンiPS細胞iPS-KD1およびiPS-KD2の作製に使用した標的ヌクレオチド配列は、以下の通りである。
iPS-KD1:5'-GACCATGCACTATATTTGTAT-3'(配列番号9)
iPS-KD2:5'-GCATCTGAGCACAGAAAGTCA-3'(配列番号10)
 コントロールとして、ランダム配列を使用した。
Hes1 knockdown (1) ES cells Polyomavirus ori (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 1292 (1995)) and puromycin resistance gene, 7SK promoter (Proc. Natl. Acad. Sci. USA) 104, 11292 (2007)), a plasmid vector encoding an shRNA sequence was prepared and introduced into mouse ES cell strain MG1.19 by lipofection. Transfected cells were selected on puromycin-containing medium.
The target nucleotide sequences used for the generation of Hes1 knockdown ES cells KD1 and KD2 are as follows.
KD1: 5'-GCCAATTTGCCTTTCTCATCC-3 '(SEQ ID NO: 7)
KD2: 5'-GTAGAGAGCTGTATTAAGTGA-3 '(SEQ ID NO: 8)
A random sequence was used as a control.
(2) iPS cell A lentiviral vector encoding shRNA and neomycin resistance gene is prepared, introduced into human iPS cell lines (iPS (IMR90) -1; WiCell and 253G1; RIKEN BRC), and selected in a medium containing G418. went.
The target nucleotide sequences used for the preparation of Hes1 knockdown iPS cells iPS-KD1 and iPS-KD2 are as follows.
iPS-KD1: 5'-GACCATGCACTATATTTGTAT-3 '(SEQ ID NO: 9)
iPS-KD2: 5'-GCATCTGAGCACAGAAAGTCA-3 '(SEQ ID NO: 10)
A random sequence was used as a control.
iPS細胞からの神経分化誘導
 ヒトiPS細胞株(iPS(IMR90)-1および253G1)から神経系への分化誘導は、Gerrard L et al. (2005) Stem Cells 23: 1234-1241のプロトコルに従って行った。即ち、ヒトiPS細胞株を、マイトマイシンC処理を行ったMEFを播種したプレート上にて、5ng/mL bFGF添加Primate ES culture mdeium(ReproCELL)中で維持した。ほぼコンフルエントに達した細胞を細胞解離液(CTK:0.25% Trypsin, 1mg/ml CollagenaseIV,20% KSR, 1mMCaCl2/PBS)で37℃、3min処理し、細胞解離液を取り除いた後、iPS培地中にピペッティングによりばらばらにした。40μm, 70μmのセルストレイナーを用いて直径40-70μmの細胞塊を回収し、ポリリジン/ラミニンコートした培養皿に 10000 cells/cm2になるように播種し、100ng/mL マウス組換えNoggin含有もしくは不含N2B27培地中で7-14日間培養した。
Induction of neural differentiation from iPS cells Induction of neural differentiation from human iPS cell lines (iPS (IMR90) -1 and 253G1) was performed according to the protocol of Gerrard L et al. (2005) Stem Cells 23: 1234-1241. . That is, the human iPS cell line was maintained in 5 ng / mL bFGF-added Prime ES culture mdeium (ReproCELL) on a plate seeded with mitomycin C-treated MEF. Cells that have reached confluence are treated with a cell dissociation solution (CTK: 0.25% Trypsin, 1mg / ml Collagenase IV, 20% KSR, 1mMCaCl2 / PBS) at 37 ° C for 3 minutes. After removing the cell dissociation solution, Separated by pipetting. 40 [mu] m, using a cell strainer of 70μm were collected cell masses having a diameter of 40-70μm, were seeded such that 10000 cells / cm 2 in culture dishes polylysine / laminin coated, 100 ng / mL mouse recombinant Noggin containing or not The cells were cultured in N2B27 medium containing 7-14 days.
マイクロアレイ解析
 マイクロアレイ解析には、GeneChip Mouse Genome430 2.0Array(Affimetrix)を使用した。フィーダー細胞を取り除いた後、2つのES細胞株より、トータルRNAを回収し、マイクロアレイ解析を行った。データは、GCOS(Affimetrix)にて分析し、Gene Spring(Agilent Technologies)にて、親細胞の値でノーマライズした。当該2つの細胞株の平均を、図9Bおよび表1に示す。
 ChIP-チップ解析には、ネガティブコントロールとして、2種のHes1ノックダウン細胞を混合し、ウサギ抗Hes1抗体を用いてBiochem. Biophys. Res. Commun. 372, 142 (2008) に記載のとおり、クロマチン免疫沈降を行った。次に、Nature 451, 796 (2008)に記載のとおり、ChIP試料を増幅し、マウスプロモーター1.0Rアレイおよびマウスタイリング2.0Rアレイ(Affimetrix)とハイブリダイズさせて分析した。
Microarray analysis GeneChip Mouse Genome430 2.0Array (Affimetrix) was used for microarray analysis. After removing feeder cells, total RNA was recovered from two ES cell lines and microarray analysis was performed. Data were analyzed with GCOS (Affimetrix) and normalized with parent cell values with Gene Spring (Agilent Technologies). The average of the two cell lines is shown in FIG. 9B and Table 1.
In ChIP-chip analysis, as a negative control, two types of Hes1 knockdown cells were mixed, and rabbit anti-Hes1 antibody was used as described in Biochem. Biophys. Res. Commun. 372, 142 (2008). Sedimentation was performed. Next, ChIP samples were amplified, hybridized with mouse promoter 1.0R array and mouse tiling 2.0R array (Affimetrix) and analyzed as described in Nature 451, 796 (2008).
リアルタイムPCR、免疫染色、およびイムノブロット
 リアルタイムPCRおよびウェスタンブロットによる定量は、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 11292 (2007)およびEMBO J. 18, 1192 (1999)の記載にしたがって実施した。リアルタイムPCR解析においては、各プライマー毎に、cDNA混合試料を用いて、標準曲線を作製した。RNAおよび蛋白質の定量値を、GAPDHおよびアクチンのRNAおよび蛋白質の対応する値で標準化した。少なくとも3回定量解析を行い、結果を標準誤差と共に示した。
 免疫組織化学用には、以下に示すように、4% PFAで細胞を固定し、PBS中0.1%トリトン-2%スキムミルクでブロッキングして、以下に示す特異的抗体により染色した。
Real-time PCR, immunostaining, and immunoblotting Quantification by real-time PCR and Western blot was performed as described in Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 11292 (2007) and EMBO J. 18, 1192 (1999). In real-time PCR analysis, a standard curve was prepared using a cDNA mixed sample for each primer. Quantitative values of RNA and protein were normalized with the corresponding values of GAPDH and actin RNA and protein. Quantitative analysis was performed at least three times, and the results were shown with standard errors.
For immunohistochemistry, as shown below, cells were fixed with 4% PFA, blocked with 0.1% Triton-2% skim milk in PBS, and stained with the specific antibodies shown below.
一細胞定量PCR
 野生型のマウスES細胞MG1.19株の一細胞を、ガラスキャピラリーマウスピペットで、ランダムに拾った。cDNAの作製および増幅は、Nature Protocols 2, 739 (2007)に記載の方法を用いて行った。一細胞のcDNAを増幅後、特異的プライマーを用いて定量PCRを行った。
 Nucleic Acids Research 34, e42 (2006)およびDevelopment 135, 3113 (2008)の記載に従って、全てのプライマーペアに対し、プラスミドまたはマウスゲノムを用いて係数AおよびBを測定し、これらの係数を用いて、各遺伝子のコピー数を計算し、スパイクRNAのLys(1細胞当たり1000コピー)を用いて標準化した。
Single cell quantitative PCR
One cell of wild-type mouse ES cell strain MG1.19 was picked randomly with a glass capillary mouse pipette. cDNA was prepared and amplified using the method described in Nature Protocols 2, 739 (2007). After amplifying the cDNA of one cell, quantitative PCR was performed using specific primers.
As described in Nucleic Acids Research 34, e42 (2006) and Development 135, 3113 (2008), for all primer pairs, the coefficients A and B were measured using the plasmid or mouse genome, and using these coefficients, The copy number of each gene was calculated and normalized using spike RNA Lys (1000 copies per cell).
抗体
 ウエスタンブロットには以下の抗体を用いた:ウサギ抗Hes1抗体(須藤博士より譲り受けた)、ヤギ抗Oct3/4抗体(N-19)および抗p57抗体(M-20)(Santa Cruz Biotechnology)、ウサギの抗アクチン抗体(SIGMA、A2066)、並びにウサギの抗cleaved Notch1抗体(NICD)(Cell Signaling Technology)。
 免疫組織化学およびクロマチン免疫沈降には、以下の:ウサギ抗Tuj-1抗体(Covance)、マウス抗Nestin抗体および抗Oct3/4抗体(BD Pharmingen)、並びに、本発明にて作製されたウサギ抗Hes1抗体を使用した。
The following antibodies were used for antibody western blotting: rabbit anti-Hes1 antibody (received from Dr. Sudo), goat anti-Oct3 / 4 antibody (N-19) and anti-p57 antibody (M-20) (Santa Cruz Biotechnology), Rabbit anti-actin antibody (SIGMA, A2066) and rabbit anti-cleaved Notch1 antibody (NICD) (Cell Signaling Technology).
Immunohistochemistry and chromatin immunoprecipitation include the following: rabbit anti-Tuj-1 antibody (Covance), mouse anti-Nestin antibody and anti-Oct3 / 4 antibody (BD Pharmingen), and rabbit anti-Hes1 produced in the present invention. Antibody was used.
ウサギ抗Hes1抗体の作製
 マルトース結合蛋白質(MBP)に融合したHes1蛋白質を精製し、ウサギに注射して、血清からアフィニティ結合により抗MBP-Hes1抗体を精製し、MBP蛋白質が結合したカラムに、抗MBP抗体のみを吸収させた。組換え型MBPおよびMBP-Hes1融合蛋白質は、Biochem. Biophys. Res. Commun. 372,142 (2008)に記載のとおりに精製した。
Preparation of rabbit anti-Hes1 antibody Hes1 protein fused to maltose binding protein (MBP) is purified, injected into rabbits, and anti-MBP-Hes1 antibody is purified from serum by affinity binding. Only MBP antibody was absorbed. Recombinant MBP and MBP-Hes1 fusion proteins were purified as described in Biochem. Biophys. Res. Commun. 372, 142 (2008).
二次抗体
 蛍光ラベリング用の二次抗体は、Alexa488標識の抗ウサギ二次抗体および抗マウス二次抗体、並びにAlexa594標識の抗ウサギ二次抗体および抗マウス二次抗体(Molecular Probes社)を使用した。
Secondary antibodies for secondary antibody fluorescence labeling were Alexa488-labeled anti-rabbit secondary antibody and anti-mouse secondary antibody, and Alexa594-labeled anti-rabbit secondary antibody and anti-mouse secondary antibody (Molecular Probes). .
Dll1レポーターおよびGadd45gレポーターの構築
 Neuron 58, 52 (2008)に記載のpDll1-Ub1-Lucのプロモーター領域を、マウスゲノムからクローニングしたHes1結合領域配列を有する6kb Dll1プロモーターに置き換え、Dll1レポータープラスミドを作製した。またHes1結合部位を有する3-kbのGadd45gプロモーター、並びにGadd45gの5’-UTR配列および3’-UTR配列をマウスゲノムからクローニングし、Ub-NLS-luc2の上流へ当該Gadd45gプロモーターおよび5’-UTRを、下流にGadd45gの3’-UTRをつなげて、Gadd45gレポータープラスミドを作製した。レンチウイルス作成プラスミドpCSII-EF-MCSをAgeIで処理してEFプロモーターを外し、Gadd45gレポーター遺伝子をサブクローニングした。Methods in Molecular Biology 246, 429 (2004)、Methods Enzymol. 420, 64 (2006)およびMethods Enzymol. 420, 49 (2006)に記載の方法に従って、レンチウイルスベクターを作成した。
 Dll1レポータープラスミドはLipofectamine2000(Invitrogen)により、またGadd45gレポーター遺伝子はレンチウイルスにより、MOI=20-50でマウスES細胞MG1.19株に遺伝子導入した(Methods Enzymol. 420, 64 (2006))。
Construction of Dll1 reporter and Gadd45g reporter The promoter region of pDll1-Ub1-Luc described in Neuron 58, 52 (2008) was replaced with a 6 kb Dll1 promoter having a Hes1 binding region sequence cloned from the mouse genome to produce a Dll1 reporter plasmid. . In addition, a 3-kb Gadd45g promoter having a Hes1 binding site, and 5'-UTR and 3'-UTR sequences of Gadd45g were cloned from the mouse genome, and the Gadd45g promoter and 5'-UTR were upstream of Ub-NLS-luc2. The Gadd45g reporter plasmid was constructed by connecting 3′-UTR of Gadd45g downstream. The lentiviral plasmid pCSII-EF-MCS was treated with AgeI to remove the EF promoter, and the Gadd45g reporter gene was subcloned. Lentiviral vectors were constructed according to the methods described in Methods in Molecular Biology 246, 429 (2004), Methods Enzymol. 420, 64 (2006) and Methods Enzymol. 420, 49 (2006).
The Dll1 reporter plasmid was introduced into mouse ES cell strain MG1.19 at MOI = 20-50 by Lipofectamine2000 (Invitrogen) and the Gadd45g reporter gene was introduced by lentivirus (Methods Enzymol. 420, 64 (2006)).
発現時間のスペクトル分析
 Burg(Modern Spectral Analysis (IEEE press, Newyork, 1978))により提唱されている最大エントロピー法(MEM)を用いてスペクトル解析を行い、Hes1オシレーションの周期を見積もった。
Spectral analysis of expression time was performed using the maximum entropy method (MEM) proposed by Burg (Modern Spectral Analysis (IEEE press, Newyork, 1978)) to estimate the period of Hes1 oscillation.
[結果]
参考例1 ES細胞におけるHes1発現の確認
 NIH3T3細胞(レーン1)、MEF(レーン2)およびマウスES細胞(レーン3および4)におけるHes1発現を調べた(図1A)。各細胞抽出物(20μg)を、抗Hes1抗体および抗アクチン抗体を用いたウェスタンブロットに供した。ローディングコントロールとしてアクチンを用いた。その結果、ES細胞においてHes1の発現が認められた。次に、種々の培養条件でのES細胞におけるHes1蛋白質およびmRNA発現を調べた(図1B)。ES細胞にけるHes1の発現は、LIFまたはBMP非存在下で阻害されたが、Notchシグナル阻害剤DAPT存在下で阻害されず、NotchシグナルはES細胞におけるHes1発現を調節していなかった(図1C)。
[result]
Reference Example 1 Confirmation of Hes1 Expression in ES Cells Hes1 expression in NIH3T3 cells (lane 1), MEF (lane 2) and mouse ES cells (lanes 3 and 4) was examined (FIG. 1A). Each cell extract (20 μg) was subjected to Western blot using anti-Hes1 antibody and anti-actin antibody. Actin was used as a loading control. As a result, expression of Hes1 was observed in ES cells. Next, the expression of Hes1 protein and mRNA in ES cells under various culture conditions was examined (FIG. 1B). Expression of Hes1 in ES cells was inhibited in the absence of LIF or BMP, but not in the presence of Notch signal inhibitor DAPT, and Notch signal did not regulate Hes1 expression in ES cells (FIG. 1C). ).
参考例2 免疫染色およびリアルタイムイメージングによるHes1発現のオシレーションの観察
 蛍光標識した抗Hes1抗体および抗Oct3/4抗体を用いてマウスES細胞の免疫染色を行った。結果を図2に示す。DAPI染色では全てのES細胞が一様の蛍光強度に染まったのに対し、抗Hes1抗体による免疫染色では、各ES細胞の免疫染色後の蛍光強度が一様ではなかった(図2A)。次に、Hes1プロモーターの下流にホタルルシフェラーゼを繋いだレポータープラスミドを用いて、個々のES細胞におけるHes1の発現を経時的に観察した。その結果、1つの細胞(A~C)内でもルシフェラーゼの発光が時間経過と共に変動している様子が観察された(図2B)。ルシフェラーゼの発光強度を測定し、各細胞についてプロットしたところ、細胞内でのHes1の発現が振動していること、およびこの振動が細胞間で同調していないことがわかった(図2C)。
Reference Example 2 Observation of Oscillation of Hes1 Expression by Immunostaining and Real-Time Imaging Mouse ES cells were immunostained using fluorescently labeled anti-Hes1 antibody and anti-Oct3 / 4 antibody. The results are shown in FIG. In DAPI staining, all ES cells were stained with uniform fluorescence intensity, whereas in the immunostaining with anti-Hes1 antibody, the fluorescence intensity after immunostaining of each ES cell was not uniform (FIG. 2A). Next, expression of Hes1 in individual ES cells was observed over time using a reporter plasmid in which firefly luciferase was linked downstream of the Hes1 promoter. As a result, it was observed that luminescence of luciferase fluctuated with time even in one cell (A to C) (FIG. 2B). When the luminescence intensity of luciferase was measured and plotted for each cell, it was found that the expression of Hes1 in the cell was oscillating and that this oscillation was not synchronized between cells (FIG. 2C).
参考例3 Hes1蛋白質とmRNAの半減期、Hes1発現の時間的経過
 シクロヘキシミド(CHX)により蛋白質の新規合成を阻害し、ES細胞におけるHes1蛋白質の半減期を決定したところ、半減期は16分であった(図3A)。プロテアソーム阻害剤MG132を加えると、Hes1蛋白質は顕著に安定化された。Hes1 mRNAについても半減期を調べたところ、ES細胞においては約46分であったが、C3H10T1/2線維芽細胞においては、約10分であった(図3B)。ES細胞におけるHes1の発現の経時変化を調べたところ、Hes1のmRNAおよび蛋白質の発現レベルは、培地交換後、上昇した。Hes1レポーターの活性は、Hes1のmRNAおよび蛋白質よりも先に上昇した。ルシフェラーゼによる発光は、Hes1 mRNAが発現する前に現れ、Hes1蛋白質の発現と逆相関した(図3C)。
Reference Example 3 Half-life of Hes1 protein and mRNA, time course of Hes1 expression Cycloheximide (CHX) inhibited new protein synthesis and determined the half-life of Hes1 protein in ES cells. The half-life was 16 minutes. (FIG. 3A). Addition of the proteasome inhibitor MG132 markedly stabilized the Hes1 protein. When the half-life of Hes1 mRNA was also examined, it was about 46 minutes in ES cells, but about 10 minutes in C3H10T1 / 2 fibroblasts (FIG. 3B). When the time course of Hes1 expression in ES cells was examined, the expression levels of Hes1 mRNA and protein increased after medium replacement. Hes1 reporter activity increased prior to Hes1 mRNA and protein. Luminescence by luciferase appeared before Hes1 mRNA was expressed and inversely correlated with the expression of Hes1 protein (FIG. 3C).
参考例4 ES細胞の娘細胞におけるHes1のオシレーション
 ES細胞におけるHes1のオシレーションが、当該ES細胞が分裂後も、各娘細胞に受け継がれるかどうかを、観察した(図4)。ES細胞は、時刻t=400(図中の矢印の地点)において2つの娘細胞に分裂した。3つのピーク点をアステリスクにてそれぞれ示した。ES細胞におけるHes1発現のオシレーションは、分裂後の娘細胞間で同調していた。
Reference Example 4 Oscillation of Hes1 in daughter cells of ES cells It was observed whether the oscillation of Hes1 in ES cells was inherited by each daughter cell even after the ES cells were divided (FIG. 4). The ES cells divided into two daughter cells at time t = 400 (point of arrow in the figure). Three peak points are indicated by asterisks. Oscillation of Hes1 expression in ES cells was synchronized between post-mitotic daughter cells.
参考例5 ES細胞におけるHes1の発現のスペクトル解析
 5個のES細胞におけるHes1の発現をモニターし、チャート上にプロットした(図5A、上パネル)。さらに、得られたデータを最大エントロピー法を用いてフーリエ変換し、パワースペクトル上にプロットした(図5A、下パネル)。パワースペクトルのピーク周波数を求めることにより、オシレーションの周期を得た。各細胞(X軸)における周期(Y軸)をプロットしたところ、3~5時間の群と、2時間未満の群に大別された(図5B)。後者については、周期が不規則であるか、実験上のノイズによるものと思われる。ES細胞における3~5時間という周期は、他の細胞種(2~3時間)より長かった。ES細胞におけるHes1蛋白質の半減期が約16分と線維芽細胞と同等なのに対し、mRNAの半減期は線維芽細胞より約4.5倍長かったことから(図3A、B)、Hes1 mRNAの安定化がES細胞における長い周期性に寄与していると考えられる。
Reference Example 5 Spectral analysis of Hes1 expression in ES cells The expression of Hes1 in 5 ES cells was monitored and plotted on a chart (FIG. 5A, upper panel). Furthermore, the obtained data was Fourier-transformed using the maximum entropy method and plotted on the power spectrum (FIG. 5A, lower panel). The oscillation period was obtained by determining the peak frequency of the power spectrum. When the cycle (Y axis) in each cell (X axis) was plotted, it was roughly divided into a group of 3 to 5 hours and a group of less than 2 hours (FIG. 5B). The latter seems to be due to irregular period or experimental noise. The cycle of 3-5 hours in ES cells was longer than other cell types (2-3 hours). Since the half-life of Hes1 protein in ES cells is about 16 minutes, which is equivalent to that of fibroblasts, the half-life of mRNA is about 4.5 times longer than that of fibroblasts (FIGS. 3A and B). It is thought that it contributes to the long periodicity in ES cells.
実施例1 Hes1不活性化ES細胞の作製とES細胞特性の維持
 上記[材料と方法]に記載したとおり、Hes1ノックアウト細胞(K3、K9、K57)、Hes1構成的発現細胞(R5、R6)およびHes1ノックダウン細胞(KD1、KD2)を作製した。これら細胞の各々(K57を除く)について、抗Hes1抗体によるウエスタンブロッティングを行い、Hes1の発現レベルを検証した。結果を図9Aに示す。Hes1ノックアウト細胞(レーン2、3)およびHes1ノックダウン細胞(レーン8、9)ではHes1に相当するバンドは検出されず、Hes1が完全に不活性化されていることが確認された。一方、Hes1構成的発現細胞(レーン5、6)では、野生型ES細胞よりも高レベルでHes1を発現していた。
 次に、Hes1ノックアウト細胞(K3、K9、K57)およびHes1構成的発現細胞(R5、R6)におけるES細胞マーカー遺伝子の発現を定量的PCRにより調べた。その結果、Nanog、Oct4、Sox2、Rex1については、いずれの細胞も野生型ES細胞と同レベルの発現を示した(図10A)。また、いずれの細胞も三胚葉を形成することができ、多能性を維持していた。即ち、Hes1不活性化によっても、ES細胞の維持および増殖に影響がないことが示された。
Example 1 Preparation of Hes1-inactivated ES cells and maintenance of ES cell properties As described in [Materials and Methods] above, Hes1 knockout cells (K3, K9, K57), Hes1 constitutively expressing cells (R5, R6) and Hes1 knockdown cells (KD1, KD2) were prepared. Each of these cells (excluding K57) was subjected to Western blotting with an anti-Hes1 antibody to verify the expression level of Hes1. The results are shown in FIG. 9A. In Hes1 knockout cells (lanes 2 and 3) and Hes1 knockdown cells (lanes 8 and 9), no band corresponding to Hes1 was detected, confirming that Hes1 was completely inactivated. On the other hand, Hes1 constitutive expression cells (lanes 5 and 6) expressed Hes1 at a higher level than wild-type ES cells.
Next, the expression of ES cell marker gene in Hes1 knockout cells (K3, K9, K57) and Hes1 constitutive expression cells (R5, R6) was examined by quantitative PCR. As a result, for Nanog, Oct4, Sox2, and Rex1, all cells showed the same level of expression as wild-type ES cells (FIG. 10A). Moreover, all the cells were able to form three germ layers and maintained pluripotency. That is, it was shown that inactivation of Hes1 does not affect the maintenance and proliferation of ES cells.
実施例2 Hes1不活性化により発現変動する下流遺伝子群の同定
 マイクロアレイを用いて、Hes1ノックアウト細胞(K3、K9)、Hes1構成的発現細胞(R5、R6)および野生型ES細胞の間でのmRNA発現を網羅的に比較した。その結果、Hes1構成的発現細胞における発現に比べて、Hes1ノックアウト細胞で2倍超の発現を示した36遺伝子を見出した(表1)。これらのうち、図9B、図10Bに示す7遺伝子を、リアルタイムPCRによりHes1のターゲットとして同定した。
Example 2 Identification of downstream genes whose expression is changed by Hes1 inactivation Using a microarray, mRNA between Hes1 knockout cells (K3, K9), Hes1 constitutively expressed cells (R5, R6) and wild type ES cells Expression was comprehensively compared. As a result, we found 36 genes that showed more than twice the expression in Hes1 knockout cells compared to the expression in Hes1 constitutively expressing cells (Table 1). Of these, 7 genes shown in FIGS. 9B and 10B were identified as targets of Hes1 by real-time PCR.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
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 また、抗Hes1抗体を用いたクロマチン免疫沈降を行い、DNA沈降物をオリゴヌクレオチドタイリングアレイ(ChIP-chip)に供し、Hes1のターゲット遺伝子を直接同定した。その結果、506のHes1結合領域が同定された。そのうちシグナル強度の上位50の領域と対応する遺伝子を表2-1および2-2に示す。上記マイクロアレイ解析で同定された7遺伝子のうち、Gadd45g, Dll1, Lef1, Jag1, Crabp2の5遺伝子はChIP-chip解析によっても同定された(図9C)。 In addition, chromatin immunoprecipitation using anti-Hes1 antibody was performed, and the DNA precipitate was subjected to oligonucleotide tiling array (ChIP-chip) to directly identify the target gene of Hes1. As a result, 506 Hes1 binding regions were identified. Among them, genes corresponding to the top 50 regions of signal intensity are shown in Tables 2-1 and 2-2. Among the 7 genes identified by the microarray analysis, 5 genes of Gadd45g, Dll1, Lef1, Jag1, and Crabp2 were also identified by ChIP-chip analysis (FIG. 9C).
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
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実施例3 Hes1の下流遺伝子のオシレーション
 実施例2で同定されたHes1の下流遺伝子のうち、ChIP-chip解析においてシグナル強度が上位であった2遺伝子Dll1とGadd45gについて、ユビキチン融合レポーターを用いたリアルタイムイメージングにより発現動態をさらに解析した。結果を図11に示す。Dll1遺伝子およびGadd45g遺伝子の発現量も、Hes1遺伝子と同じく、ES細胞内で振動していることが分かった(図11A)。Hes1発現とDll1およびGadd45g発現との関係を調べるため、32個のES細胞をランダムにピックアップし、各細胞から採取したcDNAを鋳型に単一細胞定量PCRを行った。これらのES細胞を、Hes1のコピー数(log10)に応じて3群に分類し(図11B)、Dll1およびGadd45gの発現と比較したところ、Hes1低発現細胞群ではこれらの下流遺伝子の発現も低く、Hes1高発現細胞群では下流遺伝子の発現も高く、個々のES細胞においてHes1とDll1およびGadd45gとは同じ位相で振動していることがわかった(図11C)。このことから、Hes1蛋白質レベルが高いときは、Hes1、Dll1およびGadd45gの発現は抑制されており、Hes1蛋白質レベルが低くなると、これらの遺伝子発現が活性化すると考えられた。一方、マイクロアレイ解析によってHes1ノックアウトにより発現が増大したp57遺伝子は、Dll1やGadd45gとは異なる発現パターンを示した(図11C)。また、ES細胞特異的遺伝子のうち、Nanogの発現はHes1と同じ位相で変動していた(図11C)。
Example 3 Oscillation of downstream genes of Hes1 Among the downstream genes of Hes1 identified in Example 2, two genes Dll1 and Gadd45g, which had the highest signal intensity in ChIP-chip analysis, were real-time using a ubiquitin fusion reporter. The expression kinetics were further analyzed by imaging. The results are shown in FIG. The expression levels of the Dll1 gene and the Gadd45g gene were also found to oscillate in the ES cells as in the Hes1 gene (FIG. 11A). In order to examine the relationship between Hes1 expression and Dll1 and Gadd45g expression, 32 ES cells were randomly picked up, and single-cell quantitative PCR was performed using cDNA collected from each cell as a template. These ES cells were classified into 3 groups according to the copy number (log 10 ) of Hes1 (FIG. 11B), and compared with the expression of Dll1 and Gadd45g, the expression of these downstream genes was also observed in the Hes1 low expression cell group. The expression of the downstream gene was low in the low Hes1 highly expressing cell group, and it was found that Hes1, Dll1, and Gadd45g oscillate in the same phase in each ES cell (FIG. 11C). From this, it was considered that the expression of Hes1, Dll1 and Gadd45g was suppressed when the Hes1 protein level was high, and that the expression of these genes was activated when the Hes1 protein level was low. On the other hand, the p57 gene whose expression was increased by Hes1 knockout by microarray analysis showed an expression pattern different from Dll1 and Gadd45g (FIG. 11C). In addition, among the ES cell-specific genes, Nanog expression varied in the same phase as Hes1 (FIG. 11C).
実施例4 Hes1不活性化ES細胞からの神経細胞の分化誘導
 Hes1ノックアウト細胞(K9、K57)、Hes1構成的発現細胞(R5、R6)および野生型ES細胞を、LIF不含培地でフィーダー細胞非存在下に培養し(三胚葉すべてに分化が誘導される条件として知られる)、外胚葉/神経マーカーであるMash1、中胚葉マーカーのbrachyury、内胚葉マーカーのGata4遺伝子の発現を、リアルタイムPCRにより定量した。野生型ES細胞では、LIF除去後4日以内にすべてのマーカー遺伝子が活性化されたが、Hes1構成的発現細胞では、いずれのマーカー遺伝子も有意にアップレギュレートされず、持続的なHes1発現が分化を阻害していることが示唆された(図12A)。対照的に、Hes1ノックアウト細胞では、他の細胞に比べてMash1のアップレギュレーションがより顕著であった(図12A)。Hes1ノックアウト細胞では、別の外胚葉マーカーCxcl12もまた活性化されており、これらの結果は、Hes1の非存在下では外胚葉形成が促進されることを示している。
Example 4 Differentiation Induction of Neurons from Hes1-Inactivated ES Cells Hes1 knockout cells (K9, K57), Hes1 constitutive expression cells (R5, R6) and wild-type ES cells were treated with LIF-free medium without feeder cells. Cultured in the presence (known as the condition that induces differentiation in all three germ layers), quantified by real-time PCR, the expression of ectodermal / neural marker Mash1, mesodermal marker brachyury, and endoderm marker Gata4 gene did. In wild-type ES cells, all marker genes were activated within 4 days after LIF removal, whereas in Hes1 constitutively expressing cells, none of the marker genes was significantly upregulated, indicating sustained Hes1 expression. It was suggested that differentiation was inhibited (FIG. 12A). In contrast, upregulation of Mash1 was more prominent in Hes1 knockout cells than in other cells (FIG. 12A). In Hes1 knockout cells, another ectoderm marker Cxcl12 is also activated, and these results indicate that ectoderm formation is promoted in the absence of Hes1.
実施例5 神経分化条件下でのHes1不活性化ES細胞からの神経細胞の分化誘導
 Hes1ノックアウト細胞(K9、K57)、Hes1構成的発現細胞(R5、R6)および野生型ES細胞を、神経分化条件で培養した。Hes1構成的発現細胞では、Oct4の発現低下が遅延し、分化誘導4日後でも大きなコロニーが維持され、Mash1、神経前駆細胞マーカーであるNestin、神経細胞マーカーであるβIII-チューブリン(Tuj-1)の発現が阻害された(図12B、C)。これらのHes1構成的発現細胞は、ES細胞の初期分化マーカーであるFgf5のアップレギュレーションが遅延し、brachyuryを持続的に発現し(図13)、分化誘導6日後では扁平な形態をとった(図12C)。即ち、Hes1の構成的発現は、分化を遅らせ、神経分化条件下でも中胚葉への分化を優先させることが示された。対照的に、Hes1の不活性化は、Mash1、Nestin、Tuj-1の発現を増強した(図12B、D)。神経分化誘導時の各ES細胞におけるHes1ターゲット遺伝子およびNotchシグナルのターゲット遺伝子Hes5の発現を調べたところ、Hes1ノックアウト細胞では、分化誘導後にHes5遺伝子の発現が顕著に上昇し、Notchの細胞内ドメイン(NICD)の産生が増大したことから、Hes1不活性化によりNotchシグナルが活性化されることが示された(図14)。野生型ES細胞は、神経分化条件下であってもランダムにしか神経細胞に分化しないが、Hes1ノックアウト細胞は、より早いタイミングで神経細胞に均一に分化した(図12D、E)。
Example 5 Neuronal differentiation induction from Hes1-inactivated ES cells under neural differentiation conditions Hes1 knockout cells (K9, K57), Hes1 constitutive expression cells (R5, R6) and wild-type ES cells Cultured under conditions. In Hes1 constitutively expressed cells, the decrease in Oct4 expression was delayed and large colonies were maintained even after 4 days of induction of differentiation. Mash1, neural progenitor marker Nestin, and neuronal cell marker βIII-tubulin (Tuj-1) Expression was inhibited (FIGS. 12B, C). These Hes1 constitutively expressing cells were delayed in the upregulation of Fgf5, which is an early differentiation marker of ES cells, expressed brachyury continuously (FIG. 13), and took a flat form after 6 days of induction of differentiation (FIG. 13). 12C). That is, it was shown that constitutive expression of Hes1 delays differentiation and prioritizes differentiation into mesoderm even under neural differentiation conditions. In contrast, inactivation of Hes1 enhanced expression of Mash1, Nestin, Tuj-1 (FIGS. 12B, D). When we examined the expression of Hes1 target gene and Notch signal target gene Hes5 in each ES cell during neural differentiation induction, Hes1 knockout cells showed a marked increase in Hes5 gene expression after differentiation induction, and the intracellular domain of Notch ( Increased production of (NICD) showed that Notch signal was activated by Hes1 inactivation (FIG. 14). Wild-type ES cells differentiated into neurons only at random even under neuronal differentiation conditions, while Hes1 knockout cells uniformly differentiated into neurons at earlier timing (FIGS. 12D and E).
実施例6 神経分化条件下でのHes1ノックダウンiPS細胞からの神経細胞の分化誘導
 Hes1ノックダウンしたヒトiPS細胞(iPS-KD1、iPS-KD2)およびコントロールiPS細胞(非特異的shRNA導入細胞)を、神経分化条件で培養した。iPS-KD1およびiPS-KD2では、コントロールと比較して60~80%程度Hes1の発現が抑制されていた(図15A)。分化誘導後7, 10, 14日目に、神経幹細胞マーカーであるSox1遺伝子および神経細胞マーカーであるβIII-チューブリン(Tuj-1)遺伝子の発現を、リアルタイムPCRにより定量した。その結果、Hes1ノックダウン細胞では、コントロール細胞に比べてSox1、Tuj-1の発現が顕著に増大することがわかった(図15B, C)。即ち、iPS細胞でも、ES細胞と同様に、Hes1ノックダウンにより神経分化が促進されることが明らかとなった。
Example 6 Induction of Neuronal Differentiation from Hes1 Knockdown iPS Cells under Neural Differentiation Conditions Hes1 knockdown human iPS cells (iPS-KD1, iPS-KD2) and control iPS cells (non-specific shRNA-introduced cells) The cells were cultured under neural differentiation conditions. In iPS-KD1 and iPS-KD2, the expression of Hes1 was suppressed by about 60 to 80% compared to the control (FIG. 15A). On the 7th, 10th, and 14th days after differentiation induction, the expression of the neural stem cell marker Sox1 gene and the neural cell marker βIII-tubulin (Tuj-1) gene was quantified by real-time PCR. As a result, it was found that the expression of Sox1 and Tuj-1 was significantly increased in Hes1 knockdown cells compared to control cells (FIGS. 15B and C). That is, it became clear that iPS cells also promote neuronal differentiation by Hes1 knockdown, similar to ES cells.
 本発明は、ES細胞やiPS細胞などの多能性幹細胞から、均一な神経細胞を短期間で作製できる優れた方法であり、再生医学の分野において、臨床への応用が期待される。パーキンソン病、アルツハイマー病、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、ハンチントン病などの神経変性疾患の患者に対し、本発明の方法により、多能性幹細胞からインビトロ培養により均一に作製されたニューロンは、神経変性疾患の損傷部位に移植し補充する「神経細胞移植」への使用に有用である。 The present invention is an excellent method capable of producing uniform nerve cells in a short period of time from pluripotent stem cells such as ES cells and iPS cells, and is expected to be applied clinically in the field of regenerative medicine. For patients with neurodegenerative diseases such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and Huntington's disease, neurons produced uniformly from pluripotent stem cells by in vitro culture according to the method of the present invention It is useful for use in “neural cell transplantation” in which transplantation is performed at the site of injury of a neurodegenerative disease.
 本発明を好ましい態様を強調して説明してきたが、好ましい態様が変更され得ることは当業者にとって自明であろう。本発明は、本発明が本明細書に詳細に記載された以外の方法で実施され得ることを意図する。したがって、本発明は添付の「請求の範囲」の精神および範囲に包含されるすべての変更を含むものである。 Although the present invention has been described with emphasis on preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that the preferred embodiments can be modified. The present invention contemplates that the present invention may be practiced otherwise than as specifically described herein. Accordingly, this invention includes all modifications encompassed within the spirit and scope of the appended claims.
 ここで述べられた特許および特許出願明細書を含む全ての刊行物に記載された内容は、ここに引用されたことによって、その全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。 The contents of all publications, including the patents and patent application specifications mentioned herein, are hereby incorporated by reference herein to the same extent as if all were expressly cited. .
 本出願は、2009年7月16日出願の日本国特許出願、特願2009-168045を基礎としており、その内容は全て本明細書に包含される。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2009-168045 filed on Jul. 16, 2009, the entire contents of which are included in this specification.

Claims (10)

  1.  多能性幹細胞から神経細胞を製造する方法であって、多能性幹細胞におけるHes1の発現もしくは機能を阻害することを特徴とする方法。 A method for producing nerve cells from pluripotent stem cells, which comprises inhibiting Hes1 expression or function in pluripotent stem cells.
  2.  以下の工程を含む、請求項1記載の方法。
    (a)多能性幹細胞にHes1の発現もしくは機能を阻害する物質を接触させる工程
    (b)該細胞を神経細胞への分化を誘導する条件下で培養する工程
    The method of Claim 1 including the following steps.
    (A) a step of contacting a pluripotent stem cell with a substance that inhibits the expression or function of Hes1 (b) a step of culturing the cell under conditions for inducing differentiation into a neuronal cell
  3.  Hes1の発現を阻害もしくは機能する物質が以下の(a)~(h)のいずれかである、請求項2記載の方法。
    (a)Hes1をコードする核酸に対するアンチセンス核酸
    (b)Hes1をコードするRNAに対するsiRNAもしくはmiRNAまたはその前駆体
    (c)Hes1をコードするRNAに対するリボザイム核酸
    (d)Hes1阻害剤またはそれをコードする核酸
    (e)Hes1デコイ核酸
    (f)Hes1のドミナントネガティブ変異体またはそれをコードする核酸
    (g)Hes1に対する抗体またはそれをコードする核酸
    (h)相同組換えによりHes1遺伝子をノックアウトする核酸
    The method according to claim 2, wherein the substance that inhibits or functions Hes1 expression is any of the following (a) to (h):
    (A) antisense nucleic acid against nucleic acid encoding Hes1 (b) siRNA or miRNA for RNA encoding Hes1 or precursor thereof (c) ribozyme nucleic acid for RNA encoding Hes1 (d) Hes1 inhibitor or encoding it Nucleic acid (e) Hes1 decoy nucleic acid (f) Dominant negative mutant of Hes1 or nucleic acid encoding it (g) Antibody to Hes1 or nucleic acid encoding it (h) Nucleic acid knocking out the Hes1 gene by homologous recombination
  4.  前記工程(b)が以下の(a)~(c)から選ばれる1以上の条件下で行われることを特徴とする、請求項2または3記載の方法。
    (a)胚葉体形成を誘導しない
    (b)限定培地を使用する
    (c)フィーダーを使用しない
    The method according to claim 2 or 3, wherein the step (b) is performed under one or more conditions selected from the following (a) to (c).
    (A) Does not induce embryoid body formation (b) Uses a limited medium (c) Does not use a feeder
  5.  多能性幹細胞がES細胞またはiPS細胞である、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the pluripotent stem cells are ES cells or iPS cells.
  6.  多能性幹細胞がヒトまたはマウス由来である、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the pluripotent stem cell is derived from a human or a mouse.
  7.  Hes1の発現もしくは機能を阻害する核酸因子が安定に導入された多能性幹細胞。 Pluripotent stem cells into which nucleic acid factors that inhibit the expression or function of Hes1 are stably introduced.
  8.  請求項7記載の多能性幹細胞から分化誘導された神経細胞。 A neuronal cell induced to differentiate from the pluripotent stem cell according to claim 7.
  9.  以下の(a)~(h)のいずれかの物質を含有してなる、多能性幹細胞から神経細胞への分化誘導剤。
    (a)Hes1をコードする核酸に対するアンチセンス核酸
    (b)Hes1をコードするRNAに対するsiRNAもしくはmiRNAまたはその前駆体
    (c)Hes1をコードするRNAに対するリボザイム核酸
    (d)Hes1阻害剤またはそれをコードする核酸
    (e)Hes1デコイ核酸
    (f)Hes1のドミナントネガティブ変異体またはそれをコードする核酸
    (g)Hes1に対する抗体またはそれをコードする核酸
    (h)相同組換えによりHes1遺伝子をノックアウトする核酸
    An agent for inducing differentiation of pluripotent stem cells into neurons, comprising any of the following substances (a) to (h):
    (A) antisense nucleic acid against nucleic acid encoding Hes1 (b) siRNA or miRNA for RNA encoding Hes1 or precursor thereof (c) ribozyme nucleic acid for RNA encoding Hes1 (d) Hes1 inhibitor or encoding it Nucleic acid (e) Hes1 decoy nucleic acid (f) Dominant negative mutant of Hes1 or nucleic acid encoding it (g) Antibody to Hes1 or nucleic acid encoding it (h) Nucleic acid knocking out the Hes1 gene by homologous recombination
  10.  配列番号1に示されるヌクレオチド配列中ヌクレオチド番号920~940もしくは1229~1249で示される部分ヌクレオチド配列、またはマウス以外のHes1遺伝子における該部分ヌクレオチド配列に対応する配列を標的とする、Hes1をコードするRNAに対するsiRNAまたはその前駆体。 RNA encoding Hes1, which targets a partial nucleotide sequence represented by nucleotide numbers 920 to 940 or 1229 to 1249 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, or a sequence corresponding to the partial nucleotide sequence in a Hes1 gene other than mouse SiRNA or precursor thereof.
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