WO2019176857A1 - インスリン産生細胞分化誘導促進剤 - Google Patents

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WO2019176857A1
WO2019176857A1 PCT/JP2019/009694 JP2019009694W WO2019176857A1 WO 2019176857 A1 WO2019176857 A1 WO 2019176857A1 JP 2019009694 W JP2019009694 W JP 2019009694W WO 2019176857 A1 WO2019176857 A1 WO 2019176857A1
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insulin
differentiation
lxr
medium
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PCT/JP2019/009694
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小西 敦
英里 原田
元 大貫
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味の素株式会社
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    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602Vertebrate cells
    • C12N5/0676Pancreatic cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2501/00Active agents used in cell culture processes, e.g. differentation
    • C12N2501/30Hormones
    • C12N2501/38Hormones with nuclear receptors
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    • C12N2506/00Differentiation of animal cells from one lineage to another; Differentiation of pluripotent cells
    • C12N2506/45Differentiation of animal cells from one lineage to another; Differentiation of pluripotent cells from artificially induced pluripotent stem cells

Definitions

  • the present invention relates to a differentiation induction promoter, a differentiation induction medium and a differentiation induction method that promote differentiation of pluripotent stem cells into insulin-producing cells.
  • pancreas is an organ that has an endocrine gland (endocrine cell) and an exocrine line (exocrine cell) and plays an important role in both.
  • Exocrine cells mainly secrete digestive enzymes such as pancreatic lipase, trypsin, elastase and pancreatic amylase.
  • Endocrine cells secrete pancreatic hormones and are known to secrete glucagon from pancreatic ⁇ cells, insulin from pancreatic ⁇ cells, somatostatin from pancreatic ⁇ cells, and pancreatic polypeptide (PP) from PP cells.
  • Diabetes mellitus is a disease that develops when insulin is deficient or loses its function, and is difficult to cure once it develops. Diabetes can be broadly classified into two types: type I diabetes (insulin-dependent diabetes) and type II diabetes (non-insulin-dependent diabetes).
  • One of the treatments that have been tried for diabetes is a method of regenerating and transplanting the patient's insulin-producing cells themselves. This method can produce insulin in the patient's own body. In addition, since it is a patient-derived cell, the problem of rejection is solved, which is advantageous in terms of safety.
  • Known methods for obtaining insulin-producing cells include a method of differentiation from pluripotent stem cells such as ES cells and iPS cells, a method of differentiation from tissue stem cells of the patient's pancreas, and the like.
  • pluripotent stem cells such as ES cells and iPS cells
  • tissue stem cells of the patient's pancreas
  • a method of differentiation from tissue stem cells of the patient's pancreas and the like.
  • Kume et al. Reported a method of inducing differentiation of insulin-producing cells from stem cells
  • Arakawa et al Reported a method of inducing differentiation of insulin-producing cells from iPS cells
  • An object of the present invention is to provide a method and means that can induce differentiation into insulin-producing cells more efficiently in a system that induces differentiation of pluripotent stem cells such as iPS cells into insulin-producing cells.
  • the inventors of the present invention treated with a compound having LXR agonist activity when inducing differentiation of insulin-producing cells from pluripotent stem cells, particularly iPS cells. It was found that differentiation into insulin-producing cells was enhanced as compared with the case.
  • iPS cells As a differentiation induction system from iPS cells to insulin-producing cells, iPS cells ⁇ definitive endoderm (DE) cell (stage 1 (S1)) ⁇ primitive gut (PG) cell: stage 2 (S2)) ⁇ pancreatic progenitor (PP) cell: stage 3 (S3)) ⁇ endocrine progenitor (EP) cell: stage 4 (S4)) ⁇ insulin producing cell (stage 5 (S5)) ), which mimics the five-stage development process, is known, and by applying the agent of the present invention to the cells after stage 3, it is possible to improve the efficiency of inducing differentiation into insulin-producing cells. It came to complete. That is, the present invention is as follows.
  • An agent for promoting differentiation induction from pluripotent stem cells to insulin-producing cells comprising a compound having an LXR agonistic action.
  • the compound is 5- (2,6-dichlorophenylsulfonamido) -N- (4-fluorobenzyl) -1H-pyrrole-2-carboxamide, N- (2,2,2-trifluoroethyl)- N- [4- [2,2,2-trifluoro-1-hydroxy-1- (trifluoromethyl) ethyl] phenyl] -benzenesulfonamide and 3- [3- [N- (2-chloro-3-
  • the agent according to the above [1] which is at least one selected from the group consisting of (trifluoromethylbenzyl)-(2,2-diphenylethyl) amino] propyloxy] phenylacetic acid / hydrochloride.
  • the LXR endogenous ligand is at least one selected from the group consisting of 22 (R) -hydroxycholesterol, 24 (S) -hydroxycholesterol, 24 (S), 25-epoxycholesterol and 27-hydroxycholesterol The agent according to [3] above.
  • [6] A method for promoting differentiation induction from pluripotent stem cells to insulin-producing cells, wherein cells in which expression of gastrointestinal tract cell markers is confirmed after initiation of differentiation are treated with a compound having an LXR agonistic action
  • a method comprising: [7] The compound is 5- (2,6-dichlorophenylsulfonamido) -N- (4-fluorobenzyl) -1H-pyrrole-2-carboxamide, N- (2,2,2-trifluoroethyl)- N- [4- [2,2,2-trifluoro-1-hydroxy-1- (trifluoromethyl) ethyl] phenyl] -benzenesulfonamide and 3- [3- [N- (2-chloro-3-
  • the method according to [6] above which is at least one selected from the group consisting of (trifluoromethylbenzyl)-(2,2-diphenylethyl) amino] propyloxy] phenylacetic acid / hydro
  • the compound is an LXR endogenous ligand.
  • the LXR endogenous ligand is at least one selected from the group consisting of 22 (R) -hydroxycholesterol, 24 (S) -hydroxycholesterol, 24 (S), 25-epoxycholesterol and 27-hydroxycholesterol The method described in [8] above.
  • the pluripotent stem cell is an iPS cell.
  • the gastrointestinal tract cell marker is at least one selected from the group consisting of FOXA2, HNF1b and HNF4a.
  • a medium additive for inducing differentiation from pluripotent stem cells into insulin-producing cells comprising a compound having an LXR agonistic action.
  • the compound is 5- (2,6-dichlorophenylsulfonamido) -N- (4-fluorobenzyl) -1H-pyrrole-2-carboxamide, N- (2,2,2-trifluoroethyl)- N- [4- [2,2,2-trifluoro-1-hydroxy-1- (trifluoromethyl) ethyl] phenyl] -benzenesulfonamide and 3- [3- [N- (2-chloro-3-
  • the additive according to [12] above which is at least one selected from the group consisting of (trifluoromethylbenzyl)-(2,2-diphenylethyl) amino] propyloxy] phenylacetic acid / hydrochloride.
  • the LXR endogenous ligand is at least one selected from the group consisting of 22 (R) -hydroxycholesterol, 24 (S) -hydroxycholesterol, 24 (S), 25-epoxycholesterol and 27-hydroxycholesterol An additive according to [14] above.
  • a medium for inducing differentiation into insulin-producing cells comprising the medium additive according to any one of [12] to [16] above.
  • the present invention it is possible to induce differentiation into insulin-producing cells more efficiently in a system that induces differentiation of pluripotent stem cells such as iPS cells into insulin-producing cells. Therefore, a larger number of insulin-producing cells can be easily obtained, and a large amount of the cells can be supplied for use in research, medical treatment, and the like.
  • FIG. 1 is a graph showing the differentiation induction promoting effect of XW4.4 in the induction of differentiation from iPS cells to insulin-producing cells. The degree of differentiation induction into insulin-producing cells was measured using insulin gene expression as an index.
  • FIG. 2 is a graph showing the differentiation induction promoting effect when the addition stage of XW4.4 is changed in the induction of differentiation from iPS cells to insulin producing cells. The degree of differentiation induction into insulin-producing cells was measured using the amount of C-peptide in the culture supernatant as an index.
  • FIG. 3 is a graph showing the differentiation induction promoting effect when the addition stage of XW4.4 is changed in the induction of differentiation from iPS cells to insulin-producing cells.
  • FIG. 4 is a graph showing the differentiation induction promoting effect when the addition concentration of XW4.4 is changed in the induction of differentiation from iPS cells to insulin-producing cells.
  • the degree of differentiation induction into insulin-producing cells was measured using the amount of C-peptide in the culture supernatant as an index.
  • FIG. 5 is a graph showing that the expression of the response factor of the transcription factor LXR is increased in the pancreatic progenitor cells (PP) upon induction of differentiation from iPS cells to insulin-producing cells when XW4.4 is added.
  • PP pancreatic progenitor cells
  • FIG. 6 is a graph showing the differentiation induction promoting effect of an LXR agonist and the differentiation induction suppressing effect of an LXR antagonist in the induction of differentiation from iPS cells to insulin producing cells. The degree of differentiation induction into insulin-producing cells was measured using insulin gene expression as an index.
  • FIG. 7 is a graph showing the differentiation-inducing promotion effect of LXR endogenous ligands (22R-HC, 24S-HC) in the induction of differentiation from iPS cells to insulin-producing cells. The degree of differentiation induction into insulin-producing cells was measured using insulin gene expression as an index.
  • FIG. 6 is a graph showing the differentiation induction promoting effect of an LXR agonist and the differentiation induction suppressing effect of an LXR antagonist in the induction of differentiation from iPS cells to insulin producing cells. The degree of differentiation induction into insulin-producing cells was measured using insulin gene expression as an index.
  • LXR endogenous ligands 22R-HC, 24S-HC
  • FIG. 8 is a graph showing the differentiation-inducing promotion effect of LXR endogenous ligands (24, 25-EC, 27-HC) in the induction of differentiation from iPS cells to insulin-producing cells. The degree of differentiation induction into insulin-producing cells was measured using insulin gene expression as an index.
  • FIG. 9 is a graph showing the differentiation induction promoting effect of XW4.4 in the differentiation induction from iPS cell 1210B2 strain to insulin producing cells. The degree of differentiation induction into insulin-producing cells was measured using insulin gene expression as an index.
  • a pluripotent stem cell means a cell having self-renewal ability and differentiation / proliferation ability and capable of differentiating into all tissues and cells constituting a living body.
  • Pluripotent stem cells include embryonic stem cells (ES cells), embryonic germ cells (EG cells), induced pluripotent stem cells (iPS cells), pluripotent stem cells induced and selected by stress or cell stimulation, etc. I can list them.
  • iPS cells are preferred as pluripotent stem cells. Confirmation of iPS cells can be performed using as an index an undifferentiated marker resulting from the undifferentiated nature of iPS cells.
  • undifferentiated markers examples include alkaline phosphatase, Oct3 / 4, Sox2, Nanog, ERas, Esgl and the like.
  • methods for detecting these undifferentiated markers include methods for detecting mRNA (utilization of primers and probes), immunological detection methods (utilization of antibodies and labels), and the like.
  • Insulin producing cell means a cell having the ability to produce insulin.
  • the insulin-producing cells do not always have to produce insulin, as long as they have the ability to produce insulin. Therefore, the amount of insulin produced is not particularly limited. Normally, insulin-producing cells are synonymous with pancreatic ⁇ cells. Confirmation of an insulin-producing cell can be performed using the insulin-producing ability as an index. Examples of methods for detecting the ability of cells to produce insulin include a method for detecting mRNA (using primers and probes), an immunological detection method (using antibodies and labels), and the like. The ability of cells to produce insulin can also be evaluated by measuring the amount of secreted C-peptide, which is a component of insulin precursor (proinsulin).
  • Liver X Receptor (hereinafter also referred to as LXR) , a differentiation induction promoter from pluripotent stem cells to insulin-producing cells, is one of the nuclear receptors, and the same nuclear receptor, retinoid X receptor ( Retinoid X Receptor (hereinafter also referred to as RXR) is a ligand-dependent transcription factor that forms a heterodimer and is involved in lipid metabolism. They play an important role in cholesterol metabolism and homeostasis.
  • LXR proteins ⁇ and ⁇
  • LXR ⁇ expression is high in organs involved in lipid homeostasis such as intestinal brown and white adipose tissue.
  • the present invention includes a differentiation induction promoter that induces differentiation from pluripotent stem cells to insulin-producing cells (hereinafter also referred to as the differentiation induction promoter of the present invention), including a compound having LXR agonist activity (hereinafter also referred to as an LXR agonist). )I will provide a.
  • the LXR agonist used in the present invention is not particularly limited as long as it has an LXR agonist action, and the action may be direct or indirect.
  • Direct agonist activity is an action that directly activates a receptor, and can be evaluated by a reporter assay or the like.
  • Indirect agonist activity means that agonist activity is exhibited by activating a factor that activates the receptor, although it does not directly act on the receptor.
  • agonist activity is not observed in reporter assay evaluation, it can be said that there is an indirect agonist effect when expression of LXR response genes (eg, ABCA1, SREBF1, SCD, ABCG1, NR1H3 (LXR)) increases. .
  • ABCA1 ATP-binding cassette, sub-family A member 1 SREBF1: Sterol regulatory element-binding transcription factor 1 SCD: Stearoyl-CoA desaturase 1
  • ABCG1 ATP-binding cassette sub-family G member 1 NR1H3 (LXR): Nuclear Receptor Subfamily 1 Group H Member 3
  • LXR Nuclear Receptor Subfamily 1 Group H Member 3
  • Non-steroidal LXR agonists an emerging therapeutic strategy for the treatment of atherosclerosis
  • Liver X receptor modulators a review of recently patented compounds (2007-2009) Xiaolin Li, Vince Yeh & Valentina Molteni Expert Opinion on Therapeutic Patents Volume 20, 2010-Issue 4 Pages 535-562
  • Liver X receptor modulators a review of recently patented compounds (2009-2012) Jon Loren, Zhihong Huang, Bryan A Laffitte & Valentina Molteni Expert Opinion on Therapeutic Patents Volume 23, 2013-Issue 10 Pages 1317-1335
  • the LXR agonist used in the present invention means not only a free form but also a salt form.
  • the salt form include acid addition salts and salts with bases, and are preferably pharmaceutically acceptable salts that do not exhibit cytotoxicity.
  • acids that form such salts include inorganic acids such as hydrogen chloride, hydrogen bromide, sulfuric acid, and phosphoric acid, acetic acid, lactic acid, citric acid, tartaric acid, maleic acid, fumaric acid, mesylic acid, and monomethyl sulfuric acid.
  • bases that form such salts include metal hydroxides or carbonates such as sodium, potassium, and calcium, inorganic bases such as ammonia, ethylenediamine, propylenediamine, Organic bases such as ethanolamine, monoalkylethanolamine, dialkylethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine are listed.
  • the salt may be a hydrate (hydrated salt).
  • LXR agonists are commercially available and can also be prepared according to known literature.
  • Compound A is commercially available as XW4.4 (Sigma, etc.) and has been reported to have an effect of inducing differentiation of insulin-producing cells from mesenchymal stem cells (MSC) (Quyang, et al., Chemico-Biological Interactions 208 (2014) 1-7), but the detailed mechanism has not been elucidated.
  • Compound B N- (2,2,2-trifluoroethyl) -N- [4- [2,2,2-trifluoro-1-hydroxy-1- (trifluoromethyl) ethyl] phenyl] -benzenesulfone Amide
  • Compound B is commercially available as T0901317 (Sigma, Cayman Chemical, etc.).
  • Compound C 3- [3- [N- (2-chloro-3-trifluoromethylbenzyl)-(2,2-diphenylethyl) amino] propyloxy] phenylacetic acid / hydrochloride
  • LXR is composed of 22 (R) -hydroxycholesterol (22R-HC), 24 (S) -hydroxycholesterol (24S-HC), 27-hydroxycholesterol (27-HC) and 24 (S), 25-epoxycholesterol. It is known to be activated by certain naturally occurring oxidized derivatives of cholesterol, such as (24,25-EC). Therefore, these LXR endogenous ligands are also included as LXR agonists used in the present invention.
  • the present invention includes a method for promoting differentiation induction from a pluripotent stem cell to an insulin producing cell, comprising a step of treating the pluripotent stem cell with an LXR agonist (
  • the differentiation induction promoting method of the present invention is also provided.
  • Various reports have been made on the process of differentiation from pluripotent stem cells to insulin-producing cells, but generally, the process consists of several stages of differentiation. Differentiation induction at each stage is not particularly limited as long as desired differentiated cells can be obtained, and can be performed according to a previous report.
  • the differentiation induction system from iPS cells to insulin-producing cells Stage 1 (S1): iPS cell ⁇ definitive endoderm (DE cell) Stage 2 (S2): Definitive endoderm cells ⁇ Primitive gut tube (PG cell) Stage 3 (S3): gastrointestinal tract cells ⁇ pancreatic progenitor cells (PP cells) Stage 4 (S4): pancreatic progenitor cell ⁇ endocrine progenitor cell (EP cell) Stage 5 (S5): endocrine progenitor cells ⁇ insulin producing cells (pancreatic endocrine cells; EC cells) A system that mimics the five-stage generation process is known.
  • the main differentiation inducing methods are WO 2011/081222 A1; WO 2015/020113 ⁇ 1; Russ HA, et al., The EMBO Journal (2015) 34: 1759-1772; Nostro MC, et al., Stem Cell Reports 2015 4: 591-604; Hannan NR, et al., Stem Cell Reports. 2013 1: 293-306; Takeuchi H, et al., SCIENTIFIC REPORTS 2014 4: 4488; Pagliuca FW, et al., Cell. 2014; 159 (2): 428-39 and the like.
  • the differentiation induction promoting method of the present invention will be described using such a differentiation induction system, but the differentiation induction promoting method of the present invention can also be used for other differentiation induction systems.
  • the LXR agonist may be used at any stage as long as the induction of differentiation into insulin-producing cells is promoted, but is preferably between stages 3 to 5, more preferably between stages 3 to 4, particularly preferably. Used at least during stage 3. That is, it is preferable to apply the LXR agonist to cells differentiated into gastrointestinal tract cells through stage 2. Whether or not iPS cells have differentiated into gastrointestinal cells via endoderm cells can be confirmed using the expression of gastrointestinal cell markers as an index.
  • the gastrointestinal tract cell marker is a protein or gene expressed specifically in the gastrointestinal tract cell, and fluctuations in the expression thereof are evaluated at the gene level or protein level.
  • the cell marker include FOXA2, HNF1b, HNF4a and the like.
  • LXR agonists can also be applied to cells that have differentiated into pancreatic progenitor cells via stage 3. Whether or not it has differentiated into pancreatic progenitor cells can be confirmed using the expression of pancreatic progenitor cell markers as an indicator.
  • a pancreatic progenitor cell marker is a protein or gene that is expressed specifically in pancreatic progenitor cells, and changes in their expression are evaluated at the gene level or protein level. Examples of the cell marker include PDX1, HNF6, SOX9 and the like.
  • LXR agonists can also be applied to cells that have differentiated into endocrine precursor cells via stage 4. Whether or not the cells have differentiated into endocrine precursor cells can be confirmed using the expression of the endocrine precursor cell marker as an indicator.
  • Endocrine progenitor cell markers are proteins and genes that are expressed specifically in endocrine precursor cells, and their expression fluctuations are evaluated at the gene level or protein level. Examples of the cell marker include NGN3, PAX4, NEUROD1, and the like.
  • Examples of methods for evaluating the variation in expression of each cell marker at the gene level or protein level include methods for detecting mRNA (using primers and probes), immunological detection methods (using antibodies and labels), and the like.
  • a pluripotent stem cell preferably a cell in a stage of differentiation into gastrointestinal tract cells after initiation of differentiation
  • an LXR agonist is not particularly limited as long as induction of differentiation into insulin-producing cells is promoted, but usually an LXR agonist is added to the medium in which the cells are cultured, or an LXR agonist is contained. This is done by replacing the medium with the medium to be performed. During the treatment period (culture period), an LXR agonist is added as necessary, or the medium is replaced with a medium containing a new LXR agonist.
  • the concentration of the LXR agonist in the medium varies depending on the type of LXR agonist used and is appropriately set, but is usually 0.01 to 100 ⁇ M, preferably 0.1 to 10 ⁇ M, more preferably 1 to 10 ⁇ M. In the case of XW4.4, it is 1 to 10 ⁇ M, preferably about 3 to 10 ⁇ M. In the case of T0901317, it is about 0.1 to 10 ⁇ M, preferably about 0.1 to 5 ⁇ M. In the case of GW3965, 0.1 to 10 ⁇ M, Preferably, it is about 0.1 to 5 ⁇ M. In the case of an endogenous ligand such as 22R-HC, it is about 0.1 to 10 ⁇ M, preferably about 1 to 5 ⁇ M.
  • the medium used in the differentiation induction promoting method of the present invention is not particularly limited except that it contains an LXR agonist as long as differentiation induction from pluripotent stem cells to insulin-producing cells is promoted, but usually the differentiation stage (stage) It depends on. For example, in each stage, a medium in which the following factors are added to the basal medium is used. Each factor (compound) is commercially available and can be obtained, but when it is not available as a commercial product, it can also be prepared according to known literature.
  • S1 an activator receptor-like kinase-4,7 activator (eg, activin, Nodal, Myostatin, preferably activin A) and a GSK3 inhibitor (eg, CHIR99021, SB216673, SB415286, preferably CHIR99021), followed by activin reception Only activators of body-like kinases 4 and 7
  • S2 Hedgehog signaling inhibitor (eg, cyclopamine, jervin, SANT-1, hedgehog pathway blocking antibody, preferably SANT-1) and FGF (eg, FGF-1, FGF-2 (bFGF), FGF-3 FGF-4, FGF-5, FGF-6, FGF-7, FGF-8, FGF-9, FGF-10, FGF-11, FGF-12, FGF-13, FGF-14, FGF-15, FGF -16, FGF-17, FGF-18, FGF-19, FGF-20, FGF-21, FGF-22, FGF-23, preferably FGF-10)
  • S3 Retinoic acid receptor-like
  • the basal medium used in the present invention may be any known per se and is not particularly limited as long as it does not inhibit the proliferation of pluripotent stem cells.
  • the medium used in the present invention may contain additives known per se.
  • the additive is not particularly limited as long as it does not inhibit the proliferation of stem cells.
  • growth factors such as insulin
  • iron sources such as transferrin
  • polyamines such as putrescine
  • minerals such as sodium selenate) Etc.
  • saccharides eg glucose etc.
  • organic acids eg pyruvic acid, lactic acid etc.
  • amino acids eg L-glutamine etc.
  • reducing agents eg 2-mercaptoethanol etc.
  • vitamins eg ascorbic acid, d- Biotin etc.
  • steroids eg ⁇ -estradiol, progesterone etc.
  • antibiotics eg streptomycin, penicillin, gentamicin etc.
  • buffering agents eg HEPES etc.
  • the medium used in the present invention may contain serum.
  • the serum is not particularly limited as long as it is an animal-derived serum, as long as it does not inhibit the proliferation of stem cells, but is preferably a mammal-derived serum (eg, fetal bovine serum, human serum, etc.).
  • the serum concentration may be within a concentration range known per se.
  • serum components are known to contain human ES cell differentiation factors and the like, and the culture results may vary due to differences between serum lots, the serum content is A lower value is preferable, and most preferably no serum is contained.
  • the xenogeneic component does not contain serum since it may become an infection source of a blood-borne pathogen or a heterologous antigen.
  • serum substitute additives for example, Knockout Serum Replacement (KSR) (Invitrogen), Chemically-defined Lipid concentrated (Gibco), Glutamax (Gibco), B-27 supplement, etc.
  • KSR Knockout Serum Replacement
  • Sibco Chemically-defined Lipid concentrated
  • Glutamax Gibco
  • B-27 supplement etc.
  • Pluripotent stem cells preferably cells that are in a stage of differentiation into gastrointestinal tract cells after initiation of differentiation induction, can be efficiently induced to differentiate into insulin-producing cells by culturing in the presence of an LXR agonist.
  • the incubator used for culturing the cells is not particularly limited as long as it can culture pluripotent stem cells and induce differentiation into insulin-producing cells.
  • Flask, tissue culture flask, dish, petri dish, tissue Examples include a culture dish, a multi-dish, a microplate, a microwell plate, a multiplate, a multiwell plate, a microslide, a chamber slide, a petri dish, a tube, a tray, a culture bag, and a roller bottle.
  • the incubator may be cell-adhesive or non-cell-adhesive and is appropriately selected according to the purpose.
  • a cell-adhesive incubator is preferable.
  • the cell-adhesive incubator can be coated with any cell-supporting substrate such as an extracellular matrix (ECM) for the purpose of improving adhesion with cells on the surface of the incubator.
  • ECM extracellular matrix
  • Known proteins serving as scaffolds for pluripotent stem cells include laminin 511-E8, laminin 521, vitronectin, fibronectin, and matrigel.
  • the culture temperature is not particularly limited, but may be about 30-40 ° C., preferably about 37 ° C.
  • the CO 2 concentration can be about 1-10%, preferably about 2-5%.
  • the oxygen partial pressure can be 1-10%.
  • the present invention also provides an insulin-producing cell composition obtained by the differentiation induction promoting method of the present invention.
  • the cell composition of the present invention for example, 10%, preferably 20%, more preferably 30%, and still more preferably 40% of the cell composition is insulin-producing cells.
  • the ratio of insulin-producing cells in the cell composition is higher than that in the case where differentiation is induced in the absence of an LXR agonist.
  • confirmation of an insulin-producing cell can be performed using the insulin-producing ability as an index.
  • the insulin-producing cells obtained by the differentiation induction promoting method of the present invention can be suitably used for medical purposes such as cell medicine.
  • animals that are subject to cell therapy include laboratory animals such as rodents such as mice, rats, hamsters, guinea pigs, and rabbits, domestic animals such as pigs, cows, goats, horses, sheep, minks, dogs, cats, etc. Primates such as pets, humans, monkeys, rhesus monkeys, marmosets, orangutans, chimpanzees, etc., preferably humans.
  • the dose and administration method of the cells in the cell therapy are not particularly limited as long as a desired effect can be obtained, and should be appropriately set according to the disease or symptom to be treated, the animal to be administered, etc. Can do.
  • the present invention is a medium additive for inducing differentiation from pluripotent stem cells to insulin producing cells containing an LXR agonist (hereinafter referred to as the medium additive of the present invention) Also referred to as).
  • the culture medium additive of the present invention is for addition to a culture medium. Differentiation induction promoters can be used.
  • the medium additive of the present invention can be used by adding to the medium in a system for inducing differentiation from pluripotent stem cells to insulin-producing cells.
  • differentiation induction from a pluripotent stem cell to an insulin-producing cell is promoted by preparing a medium for differentiation induction by adding the medium additive of the present invention and exchanging the medium using the medium.
  • the addition of the medium additive of the present invention to the medium varies depending on the type of LXR agonist used and is appropriately set. Usually, however, the final concentration of the LXR agonist in the medium is 0.01 to 100 ⁇ M, preferably 0.8.
  • the reaction is carried out to 1 to 10 ⁇ M, more preferably 1 to 10 ⁇ M.
  • the concentration is about 1 to 10 ⁇ M, preferably about 3 to 10 ⁇ M for XW4.4, about 0.1 to 10 ⁇ M, preferably about 0.1 to 5 ⁇ M for T0901317, and about 0.1 to 5 ⁇ M for GW3965. It is about 1 to 10 ⁇ M, preferably about 0.1 to 5 ⁇ M. In the case of an endogenous ligand such as 22R-HC, it is about 0.1 to 10 ⁇ M, preferably about 1 to 5 ⁇ M.
  • the medium additive of the present invention may or may not contain other components as long as it contains an LXR agonist as an active ingredient. From the viewpoints of ease of handling, storage stability, and the like, various additives may be included in terms of addition to the medium and use.
  • the dosage form of the medium additive of the present invention is not particularly limited, and is in the form of a solution (including dosage forms such as suspension and emulsion), solid (including dosage forms such as powder), and semi-solid (gel form). Etc.).
  • the medium additive of the present invention in the form of a solution is preferable because it can be easily added to a liquid medium.
  • the medium additive of the present invention in a solid or semi-solid form is preferable from the viewpoints of ease of handling, storage stability, and the like.
  • the solid or semi-solid medium additive of the present invention can be added to the medium as it is, or can be used after dissolving before addition to the medium, if necessary.
  • the present invention is a medium for inducing differentiation from pluripotent stem cells to insulin producing cells containing an LXR agonist (hereinafter also referred to as differentiation inducing medium of the present invention) I will provide a.
  • the shape of the culture medium for induction of differentiation of the present invention is not particularly limited, and is in a solution state (including suspension, emulsion, etc.), solid (including powder, etc.), semi-solid (including gel, etc.). possible.
  • the differentiation-inducing medium of the present invention in the form of a solution is a solution-like medium obtained by adding a desired medium component in addition to an LXR agonist, and can be used as it is for cell culture.
  • the differentiation-inducing medium of the present invention in a solid or semi-solid form contains desired medium components (1 to 2 or more, preferably all) in addition to the LXR agonist, dissolves in purified water at the time of use, and is necessary.
  • the pH can be adjusted accordingly and used for cell culture.
  • Either embodiment is a category of the differentiation-inducing medium of the present invention.
  • the differentiation induction medium of the present invention is a medium obtained by adding an LXR agonist to a normal differentiation induction medium. In addition, the above 3.
  • a medium formed by adding a culture medium additive for differentiation induction may be used.
  • “ordinary medium for inducing differentiation” means a medium that can be used for inducing differentiation from pluripotent stem cells to insulin-producing cells, and those usually used in this field can be used.
  • Differentiation induction from pluripotent stem cells to insulin-producing cells consists of several stages, and usually the medium used varies depending on the stage.
  • the differentiation-inducing medium of the present invention can be used at any stage, it is preferably used as a medium for inducing differentiation of cells at a stage where differentiation has been induced to a certain stage.
  • “Stage cells that have been induced to differentiate to a certain stage” include stage 2 in the differentiation-inducing system shown in “2.
  • Method for promoting differentiation induction from pluripotent stem cells to insulin-producing cells examples thereof include cells obtained through the passage, that is, cells in which expression of gastrointestinal tract cell markers (FOXA2, HNF1b, HNF4a, etc.) has been confirmed. The cells are induced to differentiate into insulin-producing cells via stage 3, stage 4 and stage 5.
  • An example of the medium used in stage 3 is a medium in which the differentiation-inducing factor used in S3 of “2.
  • Method for promoting differentiation induction from pluripotent stem cells to insulin-producing cells” is added to the basal medium.
  • An example of the medium used in stage 4 is a medium in which the differentiation-inducing factor used in S4 of “2.
  • Method for promoting differentiation induction from pluripotent stem cells to insulin-producing cells is added to the basal medium.
  • An example of the medium used in stage 5 is a medium in which the differentiation-inducing factor used in S5 of “2. Method for promoting differentiation induction from pluripotent stem cells to insulin-producing cells” is added to the basal medium.
  • the basal medium those exemplified in the above “2. Method for promoting differentiation induction from pluripotent stem cells to insulin-producing cells” can be preferably used.
  • the medium used in each stage is added so that the final concentration of the LXR agonist is 0.01 to 100 ⁇ M, preferably 0.1 to 10 ⁇ M, more preferably 1 to 10 ⁇ M.
  • the concentration is about 1 to 10 ⁇ M, preferably about 3 to 10 ⁇ M for XW4.4, about 0.1 to 10 ⁇ M, preferably about 0.1 to 5 ⁇ M for T0901317, and about 0.1 to 5 ⁇ M for GW3965. It is about 1 to 10 ⁇ M, preferably about 0.1 to 5 ⁇ M.
  • an endogenous ligand such as 22R-HC, it is about 0.1 to 10 ⁇ M, preferably about 1 to 5 ⁇ M.
  • Example 1 Examination of differentiation induction promoting effect by XW4.4 The 1231A3 strain was used as the iPS cell. Culturing was performed under conditions of 37 ° C. and 5% CO 2 . StemFit (registered trademark) AK02N medium (Ajinomoto Co., Inc.) was used for maintenance culture. For the detachment of cells, Accutase (Nacalai Tesque) was used. Cells were seeded at a concentration of 13,000 cells / well in a 6-well plate coated with Laminin-511 E8 (Nippi) and subcultured every 7 days. The method for inducing insulin-producing cells from iPS cells was performed using the protocol of Arakawa et al.
  • each stage (S1-S5) depends on the number of days in parentheses in the following differentiation induction medium. Cell differentiation was induced by culturing in a medium. The frequency of medium exchange was set to be at least once every two days.
  • DMSO DMSO as a vehicle was added to the control group instead of the compound.
  • RNA was extracted from the cells obtained at the end of S5, cDNA was reverse-transcribed from the extracted RNA using SuperScript VILO Master Mix (Thermo Fisher Scientific), and the expression of the insulin gene was evaluated by real-time PCR.
  • TaqMan Gene Expression Assays (Applied Biosystems) were used for real-time PCR. The results are shown in FIG. The expression level of the gene was corrected by the expression level of the GAPDH gene, and the expression level in human islets was expressed as a relative value. When differentiation induction was performed by adding XW4.4 at a final concentration of 5 ⁇ M to the medium, an increase in insulin gene expression was observed.
  • Example 2 Examination of addition timing exerted on differentiation induction promoting effect by XW4.4 Using XW4.4, an addition stage at which the differentiation induction promoting effect was exhibited was examined. IPS cells were seeded at a concentration of 4 ⁇ 10 4 cells / well in a 96-well plate, and cell differentiation was induced by the method of Example 1. XW4.4 was added in different combinations at each stage of S2, S3, S4, and S5, and DMSO was added to the control group (control). The cell culture supernatant obtained at the end of S5 was collected, and the C-peptide in the supernatant was quantified with C-peptide ELISA kit (ALPCO).
  • ALPCO C-peptide ELISA kit
  • FIG. 2 and FIG. 3 show the results of examination of the addition timing. Differentiation induction promoting effects were observed when added to S3, S2 / S3, S2 / S3 / S4, S2 / S3 / S4 / S5, S3 / S4, S3 / S4 / S5. In particular, a strong effect was observed when added to S3, S2 / S3, and S3 / S4, indicating that the addition to S3 is important.
  • Example 3 Examination of concentration range of differentiation induction promoting effect by XW4.4 Using XW4.4, the concentration at which the differentiation induction promoting effect was exhibited was examined. IPS cells were seeded at a concentration of 4 ⁇ 10 4 cells / well in a 96-well plate, and cell differentiation was induced by the method of Example 1. XW4.4 was added to the S3 medium to a final concentration of 0.03 to 10 ⁇ M, and DMSO was added to the control group. The cell culture supernatant obtained at the end of S5 was collected, and the C-peptide in the supernatant was quantified with C-peptide ELISA kit (ALPCO). FIG. 4 shows the results of examination of the concentration range. When 3 to 10 ⁇ M was added, a differentiation induction promoting effect was observed, and XW4.4 was found to show a differentiation induction promoting effect at 3 to 10 ⁇ M.
  • ALPCO C-peptide ELISA kit
  • Example 4 Examination of LXR activation by XW4.4
  • XW4.4 was added, the expression variation of the response gene group of transcription factor LXR was analyzed using RNA-Seq.
  • Cell differentiation was induced by the method of Example 1, XW4.4 was added to the S3 medium to a final concentration of 5 ⁇ M, and pancreatic progenitor cells (PP) were recovered at the end of S3.
  • DMSO was added to the control group.
  • RNA was extracted from the obtained cells (PP), and a library was constructed from the extracted RNA using Neoprep (Illumina).
  • RNA-Seq analysis was performed on NextSeq 500 (Illumina), and FPKM values were calculated.
  • FIG. 5 shows the expression comparison of each gene. When XW4.4 was added, an increase in the expression of the LXR response gene group was observed, and it was considered that LXR was activated.
  • Example 5 Examination of differentiation induction promoting effect by LXR agonist and differentiation induction inhibiting effect by LXR antagonist
  • T0901317 and GW3964 were examined. Differentiation was induced by the method of Example 1, and T0901317 (Sigma) having a final concentration of 0.1 ⁇ M, GW3965 (Sigma) having a final concentration of 0.1 ⁇ M, or XW4.4 having a final concentration of 5 ⁇ M was added to the medium of S3.
  • LSKR antagonist GSK2033 Sigma was added at a final concentration of 5 ⁇ M.
  • GSK2033 final concentration 5 ⁇ M
  • T0901317 final concentration 0.1 ⁇ M
  • GW3964 final concentration 0.1 ⁇ M
  • XW4.4 final concentration 5 ⁇ M
  • Each test compound was added only to the medium of S3 and not to the medium of S4 and S5.
  • the amount of insulin gene expression in the cells obtained at the end of S5 was quantified by real-time PCR. The results are shown in FIG.
  • T0901317, GW3964, and XW4.4 were added, differentiation induction was promoted, and when GSK2033 was added, differentiation suppression was observed. It has been shown that differentiation is promoted by LXR agonists and the effect is canceled by the addition of antagonists.
  • Example 6 Examination of differentiation induction promoting effect by LXR endogenous ligand
  • 22R-hydroxycholesterol 22R-HC, final concentrations 1 ⁇ M and 5 ⁇ M, Sigma
  • 24S-hydroxycholesterol 24S-HC, final concentration 1 ⁇ M
  • BioVision 24 (S)
  • 25-epoxycholesterol 24,25-EC, final concentrations 1 and 5 ⁇ M
  • Abcam 27-hydroxycholesterol
  • 27-HC final concentration 1 ⁇ M, Tocris Bioscience
  • Each test compound was added only to the medium of S3 and not to the medium of S4 and S5.
  • the amount of insulin gene expression in the cells obtained at the end of S5 was quantified by real-time PCR.
  • the results are shown in FIGS.
  • the differentiation induction promoting effect was recognized by the addition of 22R-HC, 24S-HC, 24,25-EC, and 27-HC.
  • Example 7 Examination in another iPS cell line Using the 1210B2 iPS cell line, the effect of promoting differentiation induction of XW4.4 was examined in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. Even when the 1210B2 strain was used, the differentiation induction promoting effect was recognized by adding XW4.4.
  • the present invention it is possible to induce differentiation into insulin-producing cells more efficiently in a system that induces differentiation of pluripotent stem cells such as iPS cells into insulin-producing cells. Therefore, a larger number of insulin-producing cells can be easily obtained, and a large amount of the cells can be supplied for use in research, medical treatment, and the like.

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Abstract

本発明のLXRアゴニスト作用を有する化合物を含む、多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導促進剤によれば、iPS細胞等の多能性幹細胞をインスリン産生細胞に分化誘導する系において、より効率よくインスリン産生細胞へと分化誘導することができる。

Description

インスリン産生細胞分化誘導促進剤
 本発明は、多能性幹細胞のインスリン産生細胞への分化を促進する、分化誘導促進剤、分化誘導用培地および分化誘導方法に関する。
 膵臓は、内分泌腺(内分泌細胞)と外分泌線(外分泌細胞)を有し、両方で重要な役割を担っている器官である。外分泌細胞は主に膵リパーゼ、トリプシン、エラスターゼ、膵アミラーゼなどの消化酵素を分泌する。内分泌細胞は膵ホルモンを分泌し、膵α細胞からグルカゴン、膵β細胞からインスリン、膵δ細胞からソマトスタチン、PP細胞から膵ポリペプチド(PP)が分泌されることが知られている。
 糖尿病は、インスリンが不足したりその働きが失われたりすることによって発症する疾患であり、一度発症すると根治するのが難しい疾患である。糖尿病は、I型糖尿病(インスリン依存性糖尿病)とII型糖尿病(インスリン非依存性糖尿病)の大きく2つのタイプに分類することができる。
 糖尿病(特にI型糖尿病)について試みられている治療法の一つに、患者のインスリン産生細胞自体を再生し移植する方法がある。この方法によれば患者自身の体内でインスリンを作り出すことができる。また、患者由来の細胞であることから拒絶反応の問題が解消される等、安全性の面でも有利である。
 インスリン産生細胞を得る方法としては、ES細胞やiPS細胞等の多能性幹細胞から分化させる方法、患者の膵の組織幹細胞から分化させる方法等が知られている。例えば、Kumeらは幹細胞からインスリン産生細胞を分化誘導する方法(特許文献1)を、ArakawaらはiPS細胞からインスリン産生細胞を分化誘導する方法(非特許文献1)を報告している。しかしながらよりインスリン産生効率が高い、機能的なインスリン産生細胞を得る方法の開発が依然として求められている。
WO2015/178397
Arakawa A., et al., Speciation of Intracellular Zn, Fe and Cu within both iPS Cells and Differentiated Cells Using HPLC Coupled to ICP-MS. Journal of Analytical & Bioanalytical Techniques. 2016;7(1)
 本発明は、iPS細胞等の多能性幹細胞をインスリン産生細胞に分化誘導する系において、より効率よくインスリン産生細胞へと分化誘導し得る方法・手段を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、多能性幹細胞、特にiPS細胞からインスリン産生細胞を分化誘導する際にLXRアゴニスト活性を有する化合物で処理することにより、未処理の場合に比べてインスリン産生細胞への分化が亢進することを見出した。iPS細胞からインスリン産生細胞への分化誘導系としては、iPS細胞→胚体内内胚葉細胞(definitive endoderm (DE) cell:ステージ1(S1))→原腸管細胞(primitive gut (PG) cell:ステージ2(S2))→膵前駆細胞(pancreatic progenitor (PP) cell:ステージ3(S3))→内分泌前駆細胞(endocrine progenitor (EP) cell:ステージ4(S4))→インスリン産生細胞(ステージ5(S5))という5段階の発生過程を模倣した系が知られているが、ステージ3以降の細胞に本発明の剤を適用することでインスリン産生細胞への分化誘導効率を向上することが可能となり本発明を完成するに至った。
 即ち、本発明は以下の通りである。
[1]LXRアゴニスト作用を有する化合物を含む、多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導促進剤。
[2]該化合物が、5-(2,6-ジクロロフェニルスルホンアミド)-N-(4-フルオロベンジル)-1H-ピロール-2-カルボキサミド、N-(2,2,2-トリフルオロエチル)-N-[4-[2,2,2-トリフルオロ-1-ヒドロキシ-1-(トリフルオロメチル)エチル]フェニル]-ベンゼンスルホンアミド及び3-[3-[N-(2-クロロ-3-トリフルオロメチルベンジル)-(2,2-ジフェニルエチル)アミノ]プロピルオキシ]フェニル酢酸・塩酸塩からなる群より選択される少なくとも1種である、上記[1]記載の剤。
[3]該化合物が、LXR内因性リガンドである、上記[1]記載の剤。
[4]LXR内因性リガンドが、22(R)-ヒドロキシコレステロール、24(S)-ヒドロキシコレステロール、24(S),25-エポキシコレステロール及び27-ヒドロキシコレステロールからなる群より選択される少なくとも1種である、上記[3]記載の剤。
[5]多能性幹細胞がiPS細胞である、上記[1]~[4]のいずれかに記載の剤。
[6]多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導を促進するための方法であって、分化誘導開始後、原腸管細胞マーカーの発現が確認された細胞をLXRアゴニスト作用を有する化合物で処理することを含む、方法。
[7]該化合物が、5-(2,6-ジクロロフェニルスルホンアミド)-N-(4-フルオロベンジル)-1H-ピロール-2-カルボキサミド、N-(2,2,2-トリフルオロエチル)-N-[4-[2,2,2-トリフルオロ-1-ヒドロキシ-1-(トリフルオロメチル)エチル]フェニル]-ベンゼンスルホンアミド及び3-[3-[N-(2-クロロ-3-トリフルオロメチルベンジル)-(2,2-ジフェニルエチル)アミノ]プロピルオキシ]フェニル酢酸・塩酸塩からなる群より選択される少なくとも1種である、上記[6]記載の方法。
[8]該化合物が、LXR内因性リガンドである、上記[6]記載の方法。
[9]LXR内因性リガンドが、22(R)-ヒドロキシコレステロール、24(S)-ヒドロキシコレステロール、24(S),25-エポキシコレステロール及び27-ヒドロキシコレステロールからなる群より選択される少なくとも1種である、上記[8]記載の方法。
[10]多能性幹細胞がiPS細胞である、上記[6]~[9]のいずれかに記載の方法。
[11]原腸管細胞マーカーが、FOXA2、HNF1b及びHNF4aからなる群より選択される少なくとも1種である、上記[6]~[10]のいずれかに記載の方法。
[12]LXRアゴニスト作用を有する化合物を含む、多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導用の培地添加剤。
[13]該化合物が、5-(2,6-ジクロロフェニルスルホンアミド)-N-(4-フルオロベンジル)-1H-ピロール-2-カルボキサミド、N-(2,2,2-トリフルオロエチル)-N-[4-[2,2,2-トリフルオロ-1-ヒドロキシ-1-(トリフルオロメチル)エチル]フェニル]-ベンゼンスルホンアミド及び3-[3-[N-(2-クロロ-3-トリフルオロメチルベンジル)-(2,2-ジフェニルエチル)アミノ]プロピルオキシ]フェニル酢酸・塩酸塩からなる群より選択される少なくとも1種である、上記[12]記載の添加剤。
[14]該化合物が、LXR内因性リガンドである、上記[12]記載の添加剤。
[15]LXR内因性リガンドが、22(R)-ヒドロキシコレステロール、24(S)-ヒドロキシコレステロール、24(S),25-エポキシコレステロール及び27-ヒドロキシコレステロールからなる群より選択される少なくとも1種である、上記[14]記載の添加剤。
[16]多能性幹細胞がiPS細胞である、上記[12]~[15]のいずれかに記載の添加剤。
[17]上記[12]~[16]のいずれかに記載の培地添加剤を添加してなる、インスリン産生細胞への分化誘導用の培地。
 本発明によれば、iPS細胞等の多能性幹細胞をインスリン産生細胞に分化誘導する系において、より効率よくインスリン産生細胞へと分化誘導することが可能となる。よって、より多くのインスリン産生細胞を簡便に得ることができ、研究や医療等に用いるために該細胞を大量に供給することが可能となる。
図1は、iPS細胞からインスリン産生細胞への分化誘導における、XW4.4の分化誘導促進効果を示したグラフである。インスリン産生細胞への分化誘導の程度を、インスリン遺伝子発現を指標にして測定した。 図2は、iPS細胞からインスリン産生細胞への分化誘導における、XW4.4の添加ステージを変えた際の分化誘導促進効果を示したグラフである。インスリン産生細胞への分化誘導の程度を、培養上清中のC-ペプチド量を指標にして測定した。 図3は、iPS細胞からインスリン産生細胞への分化誘導における、XW4.4の添加ステージを変えた際の分化誘導促進効果を示したグラフである。インスリン産生細胞への分化誘導の程度を、培養上清中のC-ペプチド量を指標にして測定した。 図4は、iPS細胞からインスリン産生細胞への分化誘導における、XW4.4の添加濃度を変えた際の分化誘導促進効果を示したグラフである。インスリン産生細胞への分化誘導の程度を、培養上清中のC-ペプチド量を指標にして測定した。 図5は、iPS細胞からインスリン産生細胞への分化誘導時の膵前駆細胞(PP)において、XW4.4添加時に転写因子LXRの応答遺伝子の発現が上昇していることを示したグラフである。膵前駆細胞を用いたRNA-Seq解析により各遺伝子の発現量を解析した。 図6は、iPS細胞からインスリン産生細胞への分化誘導におけるLXRアゴニストの分化誘導促進効果およびLXRアンタゴニストの分化誘導抑制効果を示したグラフである。インスリン産生細胞への分化誘導の程度を、インスリン遺伝子発現を指標にして測定した。 図7は、iPS細胞からインスリン産生細胞への分化誘導におけるLXR内因性リガンド(22R-HC、24S-HC)の分化誘導促進効果を示したグラフである。インスリン産生細胞への分化誘導の程度を、インスリン遺伝子発現を指標にして測定した。 図8は、iPS細胞からインスリン産生細胞への分化誘導におけるLXR内因性リガンド(24、25-EC、27-HC)の分化誘導促進効果を示したグラフである。インスリン産生細胞への分化誘導の程度を、インスリン遺伝子発現を指標にして測定した。 図9は、iPS細胞1210B2株からインスリン産生細胞への分化誘導における、XW4.4の分化誘導促進効果を示したグラフである。インスリン産生細胞への分化誘導の程度を、インスリン遺伝子発現を指標にして測定した。
 以下、本発明を説明する。本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味を有する。
 「多能性幹細胞」とは、自己複製能及び分化/増殖能を有し、且つ生体を構成する全ての組織や細胞へ分化し得る能力を有する細胞を意味する。多能性幹細胞としては、胚性幹細胞(ES細胞)、胚性生殖細胞(EG細胞)、人工多能性幹細胞(iPS細胞)、ストレスや細胞刺激によって誘導・選抜される多能性幹細胞等を挙げることが出来る。体細胞の核を核移植することによって作製された初期胚を培養することによって樹立した幹細胞も、多能性幹細胞としてまた好ましい(Nature, 385, 810 (1997); Science, 280, 1256 (1998); Nature Biotechnology, 17, 456 (1999); Nature, 394, 369 (1998); Nature Genetics, 22, 127 (1999); Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 14984 (1999); Nature Genetics, 24, 109 (2000))。本発明において、多能性幹細胞として好ましいのはiPS細胞である。iPS細胞であることの確認は、iPS細胞の未分化な性質に起因する未分化マーカーを指標にして行うことができる。未分化マーカーとしては、アルカリホスファターゼ、Oct3/4、Sox2、Nanog、ERas、Esgl等が挙げられる。これら未分化マーカーを検出する方法としては、mRNAを検出する方法(プライマーやプローブの利用)、免疫学的検出法(抗体や標識の利用)等が挙げられる。
 「インスリン産生細胞」とはインスリンを産生する能力を有する細胞を意味する。該インスリン産生細胞は常にインスリンを産生している必要はなく、インスリンの産生能力を有していればよい。従って産生されるインスリン量は特に限定されない。通常インスリン産生細胞は膵β細胞と同義である。インスリン産生細胞であることの確認は、そのインスリン産生能を指標にして行うことができる。細胞のインスリン産生能を検出する方法として、mRNAを検出する方法(プライマーやプローブの利用)、免疫学的検出法(抗体や標識の利用)等が挙げられる。また、インスリン前駆体(プロインスリン)の構成成分であるC-ペプチドの分泌量を測定することによっても細胞のインスリン産生能を評価することができる。
1.多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導促進剤
 肝臓X受容体(Liver X Receptor、以下LXRとも称する)は核内受容体の一つで、同じ核内受容体であるレチノイドX受容体(Retinoid X Receptor、以下RXRとも称する)とヘテロダイマーを形成し、脂質代謝に関与するリガンド依存性転写因子である。それらは、コレステロール代謝および恒常性において重要な役割を果たす。2つのLXRタンパク質(αおよびβ)は、哺乳動物中に存在することが知られている。LXRα発現は、腸の褐色および白色脂肪組織などの脂質恒常性に関与する器官中で高い。一方、LXRβは、神経および内分泌起源の組織においてより偏在し、富化している。
 本発明はLXRアゴニスト活性を有する化合物(以下、LXRアゴニストとも称する)を含む、多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化を誘導する分化誘導促進剤(以下、本発明の分化誘導促進剤とも称する)を提供する。
 本発明において用いられるLXRアゴニストとしてはLXRアゴニスト作用を有していれば特に限定されず、該作用は直接的であっても間接的であってもよい。直接的なアゴニスト活性とは、直接受容体を活性化する作用であり、レポーターアッセイ等で評価することができる。間接的なアゴニスト活性とは、直接受容体を活性化する作用はないが、該受容体を活性化する因子を活性化することによってアゴニスト活性を示すことを意味する。例えばレポーターアッセイ評価ではアゴニスト活性は認められないものの、LXR応答遺伝子(例、ABCA1、SREBF1、SCD、ABCG1、NR1H3(LXR))の発現が上昇するような場合に間接的なアゴニスト作用があると言える。
ABCA1: ATP-binding cassette, sub-family A member 1
SREBF1: Sterol regulatory element-binding transcription factor 1
SCD: Stearoyl-CoA desaturase 1
ABCG1: ATP-binding cassette sub-family G member 1
NR1H3(LXR): Nuclear Receptor Subfamily 1 Group H Member 3
 具体的には以下の文献でLXRアゴニストとして開示されている化合物が挙げられる。
(1) Non-steroidal LXR agonists; an emerging therapeutic strategy for the treatment of atherosclerosis Recent Patents on Cardiovascular Drug Discovery (2006), 1(1), 21-46 CODEN: RPCDFC; ISSN: 1574-8901; 
(2) Liver X receptor modulators: a review of recently patented compounds (2007 - 2009) Xiaolin Li, Vince Yeh & Valentina Molteni Expert Opinion on Therapeutic Patents Volume 20, 2010-Issue 4 Pages 535-562 | Published online: 20 Mar 2010
(3) Liver X receptor modulators: a review of recently patented compounds (2009 - 2012) Jon Loren, Zhihong Huang, Bryan A Laffitte & Valentina Molteni Expert Opinion on Therapeutic Patents Volume 23, 2013-Issue 10 Pages 1317-1335 | Published online: 05 Jul 2013
(4) An update on non-steroidal liver X receptor agonists and their potential use in the treatment of atherosclerosis D Jonathan Bennett, Lindsay D Brown, Andrew J Cooke & Andrew S Edwards Expert Opinion on Therapeutic Patents Volume 16, 2006-Issue 12 Pages 1673-1699 | Published online: 22 Nov 2006 
(5) Liver X receptor agonists as a treatment for atherosclerosis D Jonathan Bennett, Andrew J Cooke, Andrew S Edwards, Elizabeth Moir & Peter C Ray Expert Opinion on Therapeutic Patents Volume 14, 2014-Issue 7 Pages 967-982 | Published online: 25 Feb 2005
 本発明において用いられるLXRアゴニストは遊離体のみならず、塩の形態をも意味する。塩の形態には酸付加塩や塩基との塩等を挙げることができ、細胞毒性を示さず、医薬品として許容される塩であることが好ましい。そのような塩を形成する酸としては、例えば、塩化水素、臭化水素、硫酸、リン酸等の無機酸、酢酸、乳酸、クエン酸、酒石酸、マレイン酸、フマル酸、メシル酸又はモノメチル硫酸等の有機酸が挙げられ、また、そのような塩を形成する塩基としては、例えば、ナトリウム、カリウム、カルシウム等の金属の水酸化物あるいは炭酸化物や、アンモニア等の無機塩基、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、エタノールアミン、モノアルキルエタノールアミン、ジアルキルエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機塩基が挙げられる。上記塩は水和物(含水塩)であってもよい。
 LXRアゴニスト(その塩を含む)は商業的に入手可能であり、また、既知文献に従って調製することもできる。
 好ましくは、下記化合物A~Cが用いられる。
化合物A:5-(2,6-ジクロロフェニルスルホンアミド)-N-(4-フルオロベンジル)-1H-ピロール-2-カルボキサミド
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 化合物Aは、XW4.4として商業的に入手可能(Sigma等)であり、間葉系幹細胞(MSC)からのインスリン産生細胞分化誘導作用を有することが報告されている(Quyang, et al., Chemico-Biological Interactions 208(2014)1-7)が、その詳細なメカニズムは解明されていない。
化合物B:N-(2,2,2-トリフルオロエチル)-N-[4-[2,2,2-トリフルオロ-1-ヒドロキシ-1-(トリフルオロメチル)エチル]フェニル]-ベンゼンスルホンアミド
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 化合物Bは、T0901317として商業的に入手可能(Sigma、Cayman Chemical等)である。
化合物C:3-[3-[N-(2-クロロ-3-トリフルオロメチルベンジル)-(2,2-ジフェニルエチル)アミノ]プロピルオキシ]フェニル酢酸・塩酸塩
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 化合物Cは、GW3965として商業的に入手可能(Sigma、Cayman Chemical等)である。
 さらに、LXRは、22(R)-ヒドロキシコレステロール(22R-HC)、24(S)-ヒドロキシコレステロール(24S-HC)、27-ヒドロキシコレステロール(27-HC)および24(S),25-エポキシコレステロール(24,25-EC)などの特定の天然に存在するコレステロールの酸化誘導体により活性化されることが知られている。従って、本発明において用いられるLXRアゴニストとしてはこれらのLXR内因性リガンドも包含される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
2.多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導を促進する方法
 本発明はLXRアゴニストで多能性幹細胞を処理する工程を含む、多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導を促進する方法(以下、本発明の分化誘導促進方法とも称する)を提供する。
 多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化の過程については種々の報告が為されているが、一般的に、幾つかの分化段階(ステージ)で構成される。各ステージにおける分化誘導は、所望される分化細胞が得られる限り特に限定されず、既報に従って行うことができる。例えば、iPS細胞からインスリン産生細胞への分化誘導系としては、実施例にて後述するように、
ステージ1(S1):iPS細胞→胚体内内胚葉細胞(definitive endoderm; DE cell)
ステージ2(S2):胚体内内胚葉細胞→原腸管細胞(primitive gut tube; PG cell)
ステージ3(S3):原腸管細胞→膵前駆細胞(pancreatic progenitor cell; PP cell)
ステージ4(S4):膵前駆細胞→内分泌前駆細胞(endocrine progenitor cell; EP cell)
ステージ5(S5):内分泌前駆細胞→インスリン産生細胞(pancreatic endocrine cell; EC cell)
という5段階の発生過程を模倣した系が知られている。主な分化誘導法としては、WO 2011/081222 A1;WO 2015/020113 Α1;Russ HA, et al., The EMBO Journal (2015) 34: 1759-1772;Nostro MC, et al., Stem Cell Reports 2015, 4: 591-604;Hannan NR, et al., Stem Cell Reports. 2013 1:293-306 ;Takeuchi H, et al., SCIENTIFIC REPORTS 2014 4: 4488;Pagliuca FW, et al., Cell. 2014; 159(2):428-39等に記載される方法も挙げられる。以下、かかる分化誘導系を用いて本発明の分化誘導促進方法を説明するが、他の分化誘導系に対しても本発明の分化誘導促進方法を用いることができる。
 本発明において、LXRアゴニストはインスリン産生細胞への分化誘導が促進される限りどの段階で用いてもよいが、好ましくはステージ3~5の間、より好ましくはステージ3~4の間、特に好ましくは少なくともステージ3の間で用いる。すなわち、ステージ2を経て原腸管細胞へと分化した細胞に対してLXRアゴニストを適用することが好ましい。iPS細胞が内胚葉細胞を経て原腸管細胞へと分化したか否かの確認は、原腸管細胞マーカーの発現を指標にして行うことができる。原腸管細胞マーカーとは、原腸管細胞特異的に発現するタンパク質や遺伝子であり、それらの発現の変動を、遺伝子レベルあるいはタンパク質レベルで評価する。上記細胞マーカーとして、FOXA2、HNF1b、HNF4a等が挙げられる。
 LXRアゴニストはステージ3を経て膵前駆細胞へと分化した細胞に対しても適用することができる。膵前駆細胞へと分化したか否かの確認は、膵前駆細胞マーカーの発現を指標にして行うことができる。膵前駆細胞マーカーとは、膵前駆細胞特異的に発現するタンパク質や遺伝子であり、それらの発現の変動を、遺伝子レベルあるいはタンパク質レベルで評価する。上記細胞マーカーとして、PDX1、HNF6、SOX9等が挙げられる。
 LXRアゴニストはステージ4を経て内分泌前駆細胞へと分化した細胞に対しても適用することができる。内分泌前駆細胞へと分化したか否かの確認は、内分泌前駆細胞マーカーの発現を指標にして行うことができる。内分泌前駆細胞マーカーとは、内分泌前駆細胞特異的に発現するタンパク質や遺伝子であり、それらの発現の変動を遺伝子レベルあるいはタンパク質レベルで評価する。上記細胞マーカーとして、NGN3、PAX4、NEUROD1等が挙げられる。
 各細胞マーカーの発現の変動を遺伝子レベルあるいはタンパク質レベルで評価する方法として、mRNAを検出する方法(プライマーやプローブの利用)、免疫学的検出法(抗体や標識の利用)等が挙げられる。
 本発明では、多能性幹細胞、好ましくは分化誘導開始後、原腸管細胞へと分化した段階にある細胞をLXRアゴニストで処理することを特徴とする。LXRアゴニストで細胞を処理する方法は、インスリン産生細胞への分化誘導が促進される限り特に限定されないが、通常、細胞を培養している培地中にLXRアゴニストを添加するか、あるいはLXRアゴニストを含有する培地に培地交換することによって行われる。処理期間(培養期間)中、必要に応じてLXRアゴニストを追加するか、又は新しいLXRアゴニストを含有する培地に培地交換する。培地中のLXRアゴニストの濃度は、用いるLXRアゴニストの種類によって異なり、適宜設定されるが、通常、0.01~100μM、好ましくは0.1~10μM、より好ましくは1~10μMである。XW4.4の場合、1~10μM、好ましくは3~10μM程度であり、T0901317の場合、0.1~10μM、好ましくは0.1~5μM程度であり、GW3965の場合、0.1~10μM、好ましくは0.1~5μM程度である。22R-HC等の内因性リガンドの場合、0.1~10μM、好ましくは1~5μM程度である。
 本発明の分化誘導促進方法で使用する培地は、多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導が促進される限りLXRアゴニストを含むこと以外は特に限定されないが、通常、その分化段階(ステージ)によって異なる。例えば、各ステージでは、基礎培地に以下の因子が添加された培地が用いられる。各因子(化合物)は市販されており入手可能であるが、市販品として入手できない場合には、既知文献に従って調製することもできる。
S1:アクチビン受容体様キナーゼ-4,7の活性化剤(例、アクチビン、Nodal、Myostatin、好ましくはアクチビンA)及びGSK3阻害剤(例、CHIR99021、SB216763、SB415286、好ましくはCHIR99021)、その後アクチビン受容体様キナーゼ-4,7の活性化剤のみ
S2:ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤(例、シクロパミン、ジェルビン、SANT-1、ヘッジホッグ経路遮断抗体、好ましくはSANT-1)及びFGF(例、FGF-1、FGF-2(bFGF)、FGF-3、FGF-4、FGF-5、FGF-6、FGF-7、FGF-8、FGF-9、FGF-10、FGF-11、FGF-12、FGF-13、FGF-14、FGF-15、FGF-16、FGF-17、FGF-18、FGF-19、FGF-20、FGF-21、FGF-22、FGF-23、好ましくは、FGF-10)
S3:レチノイン酸受容体アゴニスト(例、レチノイン酸、Am80、AM580、TTNPB、AC55649、好ましくはレチノイン酸)、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤(例、S2と同様、好ましくはSANT-1)及びBMPシグナル伝達阻害剤(例、Noggin、Chordin、Follistatin、Cerberus、Gremlin、Dorsomorphin、LDN-193189、好ましくはLDN-193189)(好ましくはさらにTGF-βI型アクチビン受容体様キナーゼ-4,5,7阻害剤(例、SB-431542、SB-505124、SB-525334、A-83-01、GW6604、LY580276、ALK5阻害剤、TGFβRIキナーゼ阻害剤VIII、SD-208、好ましくはSB-431542)を用いる)
S4:TGF-βI型アクチビン受容体様キナーゼ-4,5,7阻害剤(例、S3と同様、好ましくはALK5阻害剤)及びBMPシグナル伝達阻害剤(例、S3と同様、好ましくはLDN-193189)(好ましくはさらにプロテインキナーゼC活性化因子(例、ILV、(2S,5S)-(E,E)-8-(5-(4-(トリフルオロメチル)フェニル)-2,4-ペンタジエノイルアミノ)ベンゾラクタム、ホルボール-12-ミリステート-13-アセテート、ホルボール-12,13-ジブチレート、好ましくはILV)を用いる)
S5:ホスホジエステラーゼ阻害剤(例、IBMX、ジブチルcAMP、好ましくはIBMX)(好ましくはさらに、GLP-1受容体アゴニスト(例、GLP-1、GLP-1MR剤、NN-2211、AC-2993(エキセンジン-4)、BIM-51077、Aib(8,35)hGLP-1(7,37)NH2、CJC-1131、好ましくはエキセンジン-4)、ニコチンアミド及びアデニル酸シクラーゼ活性化因子(例、ファルスコリン)のいずれか1以上、より好ましくは2以上、特に好ましくは全てを用いる)
 本発明において用いる基礎培地には、自体公知のものを用いることができ、多能性幹細胞の増殖を阻害しない限り特に限定されないが、例えばDMEM、DMEMHG、EMEM、IMDM(Iscove's Modified Dulbecco's Medium)、GMEM(Glasgow's MEM)、RPMI-1640、α-MEM、Ham's Medium F-12、Ham's Medium F-10、Ham's Medium F12K、Medium 199、ATCC-CRCM30、DM-160、DM-201、BME、Fischer、McCoy's 5A、Leibovitz's L-15、RITC80-7、MCDB105、MCDB107、MCDB131、MCDB153、MCDB201、NCTC109、NCTC135、Waymouth's MB752/1、CMRL-1066、Williams' medium E、Brinster's BMOC-3 Medium、E8 medium(Nature Methods, 2011, 8, 424-429)、ReproFF2培地(リプロセル社)、StemFit(登録商標) AK培地(味の素)及びこれらの混合培地等が挙げられる。また、多能性幹細胞培養用に改変された培地や、上記基礎培地と他の培地との混合物等を用いてもよい。
 本発明において用いる培地には、自体公知の添加物を含むことができる。添加物としては、幹細胞の増殖を阻害するものでない限り特に限定されないが、例えば成長因子(例えばインスリン等)、鉄源(例えばトランスフェリン等)、ポリアミン類(例えばプトレシン等)、ミネラル(例えばセレン酸ナトリウム等)、糖類(例えばグルコース等)、有機酸(例えばピルビン酸、乳酸等)、アミノ酸(例えばL-グルタミン等)、還元剤(例えば2-メルカプトエタノール等)、ビタミン類(例えばアスコルビン酸、d-ビオチン等)、ステロイド(例えばβ-エストラジオール、プロゲステロン等)、抗生物質(例えばストレプトマイシン、ペニシリン、ゲンタマイシン等)、緩衝剤(例えばHEPES等)等が挙げられる。また、従来から幹細胞の培養に用いられてきた添加物も適宜含むことができる。添加物は、それぞれ自体公知の濃度範囲内で含まれることが好ましい。
 本発明において用いる培地には、血清が含まれていてもよい。血清としては、動物由来の血清であれば、幹細胞の増殖を阻害するものでない限り特に限定されないが、好ましくは哺乳動物由来の血清(例えばウシ胎仔血清、ヒト血清等)である。血清の濃度は、自体公知の濃度範囲内であればよい。ただし、血清成分にはヒトES細胞の分化因子等も含まれていることが知られており、また血清のロット間差により培養結果にばらつきが生じる可能性もあることから、血清の含有量は低いほど好ましく、血清を含まないことが最も好ましい。更に、培養後の幹細胞を医療目的で使用する場合、異種由来成分は血液媒介病原菌の感染源や異種抗原となる可能性があるため、血清を含まないことが好ましい。血清を含まない場合、血清の代替添加物(例えばKnockout Serum Replacement(KSR)(Invitrogen)、Chemically-defined Lipid concentrated(Gibco)、Glutamax(Gibco)、B-27サプリメント等)を用いてもよい。
 多能性幹細胞、好ましくは分化誘導開始後、原腸管細胞へと分化した段階にある細胞をLXRアゴニスト存在下で培養することによりインスリン産生細胞へ効率よく分化誘導することができる。該細胞の培養に用いられる培養器は、多能性幹細胞の培養及びインスリン産生細胞への分化誘導が可能なものであれば特に限定されないが、フラスコ、組織培養用フラスコ、ディッシュ、ペトリデッシュ、組織培養用ディッシュ、マルチディッシュ、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、マイクロスライド、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、及びローラーボトルが挙げられる。
 培養器は、細胞接着性であっても細胞非接着性であってもよく、目的に応じて適宜選ばれる。好ましくは細胞接着性の培養器である。細胞接着性の培養器は、培養器の表面の細胞との接着性を向上させる目的で、細胞外マトリックス(ECM)等の任意の細胞支持用基質でコーティングされたものであり得る。多能性幹細胞の足場となる蛋白質としてラミニン511-E8、ラミニン521、ビトロネクチン、フィブロネクチン、マトリゲル等が知られている。
 その他の培養条件は、適宜設定できる。例えば、培養温度は、特に限定されるものではないが約30~40℃、好ましくは約37℃であり得る。CO濃度は、約1~10%、好ましくは約2~5%であり得る。酸素分圧は、1~10%であり得る。
 本発明は、本発明の分化誘導促進方法により得られるインスリン産生細胞組成物をも提供する。本発明の細胞組成物は、例えば、細胞組成物中の10%、好ましくは20%、より好ましくは30%、さらに好ましくは40%がインスリン産生細胞であることが好ましい。本発明の分化誘導促進方法により得られるインスリン産生細胞組成物は、LXRアゴニスト非存在下で分化誘導した場合に比べて細胞組成物中のインスリン産生細胞が占める割合が高い。インスリン産生細胞であることの確認は、上述の通り、そのインスリン産生能を指標にして行うことができる。
 本発明の分化誘導促進法によって得られたインスリン産生細胞は、細胞医療等の医療用に好適に使用し得る。
 当該細胞医療の対象となる動物としては、例えば、マウス、ラット、ハムスター、モルモット等のげっ歯類やウサギ等の実験動物、ブタ、ウシ、ヤギ、ウマ、ヒツジ、ミンク等の家畜、イヌ、ネコ等のペット、ヒト、サル、アカゲザル、マーモセット、オランウータン、チンパンジーなどの霊長類等が挙げられ、好ましくはヒトである。
 上記細胞医療における細胞の投与量および投与方法は、所望の効果が得られるのであれば特に制限されず、治療対象となる疾患や症状の程度、投与対象となる動物等に応じて適宜設定することができる。
3.多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導用の培地添加剤
 本発明はLXRアゴニストを含む多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導用の培地添加剤(以下、本発明の培地添加剤とも称する)を提供する。本発明の培地添加剤は、培地への添加用であるが、簡便には、上記1.分化誘導促進剤を用いることができる。
 本発明の培地添加剤は、多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導の系において、その培地中に添加して用いることができる。あるいは本発明の培地添加剤を添加してなる分化誘導用の培地を調製し、該培地を用いて培地交換することによって多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導を促進する。
 本発明の培地添加剤の培地中への添加は、用いるLXRアゴニストの種類によっても異なり、適宜設定されるが、通常、培地中のLXRアゴニストの最終濃度が0.01~100μM、好ましくは0.1~10μM、より好ましくは1~10μMとなるように行われる。該濃度は、XW4.4の場合、1~10μM、好ましくは3~10μM程度であり、T0901317の場合、0.1~10μM、好ましくは0.1~5μM程度であり、GW3965の場合、0.1~10μM、好ましくは0.1~5μM程度である。22R-HC等の内因性リガンドの場合、0.1~10μM、好ましくは1~5μM程度である。
 本発明の培地添加剤は、有効成分としてLXRアゴニストを含んでいれば、その他の成分を含んでいても含んでいなくてもよい。取扱いのし易さ、保存安定性等の観点から、加えて培地に添加して用いる点において各種添加剤が含まれていてもよい。各種添加剤としては自体公知のものが用いられるが培地構成成分の1乃至2種以上とともに製剤化することもできる。
 本発明の培地添加剤の剤型は特に限定されず、溶液状(懸濁液、乳液等の剤型を含む)、固形状(粉末状等の剤型を含む)、半固形状(ゲル状等の剤型を含む)であり得る。溶液状の本発明の培地添加剤は、液体培地への添加が容易であり好ましい。固形状、半固形状の本発明の培地添加剤は取扱いのし易さ、保存安定性等の観点から好ましい。固形状、半固形状の本発明の培地添加剤はそのまま培地に添加しても、必要に応じ培地への添加前に溶解してから用いることもできる。
4.多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導用の培地
 本発明はLXRアゴニストを含む多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導用の培地(以下、本発明の分化誘導用培地とも称する)を提供する。
 本発明の分化誘導用培地の形状は特に限定されず、溶液状(懸濁液状、乳液状等を含む)、固形状(粉末状等を含む)、半固形状(ゲル状等を含む)であり得る。溶液状の本発明の分化誘導用培地は、LXRアゴニストに加え、所望される培地構成成分を添加してなる溶液状の培地であり、そのまま細胞の培養に用いることができる。固形状あるいは半固形状の本発明の分化誘導培地は、LXRアゴニストに加え、所望される培地構成成分(1乃至2以上、好ましくは全て)を含み、用時精製水等に溶解し、必要に応じてpH調整を行って細胞の培養に用いることができる。いずれの態様も本発明の分化誘導用培地の範疇である。
 本発明の分化誘導用培地は、通常の分化誘導用培地にLXRアゴニストを添加してなる培地である。また、上記3.分化誘導用培地添加剤を添加してなる培地であってもよい。
 ここで「通常の分化誘導用培地」とは、多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導に使用し得る培地を意味し、当分野で通常用いられるものを利用することができる。多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導は、幾つかのステージからなり、通常、そのステージごとに使用する培地が異なる。本発明の分化誘導用の培地はいずれのステージにおいても使用することができるが、好ましくは一定の段階まで分化誘導されたステージの細胞の分化誘導用の培地として用いる。「一定の段階まで分化誘導されたステージの細胞」としては、上記「2.多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導を促進する方法」で示した分化誘導系であれば、ステージ2を経て得られた細胞、即ち原腸管細胞マーカー(FOXA2、HNF1b、HNF4a等)の発現が確認された細胞が挙げられる。該細胞は、ステージ3、ステージ4及びステージ5を経てインスリン産生細胞へと分化誘導される。
 ステージ3で用いられる培地の一例として、基礎培地に上記「2.多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導を促進する方法」のS3で用いた分化誘導因子を添加した培地が挙げられる。
 ステージ4で用いられる培地の一例として、基礎培地に上記「2.多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導を促進する方法」のS4で用いた分化誘導因子を添加した培地が挙げられる。
 ステージ5で用いられる培地の一例として、基礎培地に上記「2.多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導を促進する方法」のS5で用いた分化誘導因子を添加した培地が挙げられる。
 基礎培地としては、上記「2.多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導を促進する方法」で例示したものを好適に用いることができる。
 各ステージで用いられる培地にLXRアゴニストの最終濃度が0.01~100μM、好ましくは0.1~10μM、より好ましくは1~10μMとなるように添加される。該濃度は、XW4.4の場合、1~10μM、好ましくは3~10μM程度であり、T0901317の場合、0.1~10μM、好ましくは0.1~5μM程度であり、GW3965の場合、0.1~10μM、好ましくは0.1~5μM程度である。22R-HC等の内因性リガンドの場合、0.1~10μM、好ましくは1~5μM程度である。
 以下に実施例を示して、本発明をより詳細に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
実施例1:XW4.4による分化誘導促進効果の検討
 iPS細胞は1231A3株を用いた。培養は37℃、5%CO2条件下で行った。維持培養にはStemFit(登録商標) AK02N培地(味の素(株))を用いた。細胞の剥離にはAccutase(ナカライテスク)を用い、Laminin-511 E8(ニッピ)をコートした6ウェルプレートに13,000細胞/ウェルの濃度で細胞を播種し、7日毎に継代した。
 iPS細胞からのインスリン産生細胞誘導方法は、Arakawaら(Arakawa A, et al., Journal of Analytical & Bioanalytical Techniques. 2016;7(1).)のプロトコルを用いて実施した。Laminin-511 E8でコートした24ウェルプレートに1.5×10細胞/ウェルの濃度で細胞を播種し、翌日から下記の分化誘導培地で括弧内の日数ずつステージ(S1-S5)毎に異なる培地で培養することにより、細胞の分化誘導を行った。培地交換の頻度は2日に1度以上となるようにした。
S1(1日間):RPMI 1640 (Life Technologies), Penicillin/Streptomycin (P/S)(ナカライテスク), 2% B-27 (Thermo Fisher Scientific), 100 ng/mL Activin A (R&D Systems), 3 μM CHIR99021 (Stemgent)
S1(-C)(4日間):RPMI 1640, P/S, 2% B-27, 100 ng/mL Activin A
S2(2日間):RPMI 1640, P/S, 1% B-27, 0.25 μM SANT-1 (Wako), 50 ng/mL FGF10 (R&D Systems)
S3(6日間):DMEM HG (Life Technologies), P/S, 1% B-27, 2 μM Retinoic acid, 0.25 μM SANT-1, 10 μM SB431542 (Stemgent), 0.1 μM LDN193189 (Wako)
S4(2日間):DMEM HG, P/S, 1% B-27, 5 μM ALK5 inhibitor (Calbiochem), 300 nM (-)-indolactam V (Sigma), 0.1 μM LDN193189
S5(8日間):DMEM/F12 (Life Technologies), P/S, 1% B-27, 50 ng/mL exendin-4 (Sigma), 10 mM nicotinamide (Sigma), 100 μM 3-Isobutyl-1-methylxanthine (Wako)
 XW4.4(Sigma)はDMSO(ナカライテスク)に溶解し、S3~5の培地に添加した。対照群(control)には化合物の代わりに媒体であるDMSOを添加した。
 S5終了時に得られた細胞からRNAを抽出し、抽出したRNAからSuperScript VILO Master Mix (Thermo Fisher Scientific)を用いてcDNAを逆転写し、インスリン遺伝子の発現をリアルタイムPCRで評価した。リアルタイムPCRにはTaqMan Gene Expression Assays (Applied Biosystems)を用いた。
 結果を図1に示す。遺伝子の発現量はGAPDH遺伝子の発現量で補正し、ヒト膵島における発現量を1として相対値で表した。
 培地中に終濃度5μMのXW4.4を添加して分化誘導を実施すると、インスリン遺伝子の発現上昇が認められた。
実施例2:XW4.4による分化誘導促進効果に及ぼす添加タイミングの検討
 XW4.4を用いて、分化誘導促進効果が発揮される添加ステージを検討した。96ウェルプレートに4×104細胞/ウェルの濃度でiPS細胞を播種し、実施例1の方法で細胞の分化誘導を行った。XW4.4をS2、S3、S4、S5の各段階において、組み合わせを変えて添加し、対照群(control)にはDMSOを添加した。
 S5終了時に得られた細胞の培養上清を回収し、上清中のC-ペプチドをC-peptide ELISA kit (ALPCO)で定量した。なお、培養上清中のC-ペプチド量はインスリン遺伝子発現と相関することを確認している。
 図2、図3に添加タイミングの検討結果を示す。S3、S2/S3、S2/S3/S4、S2/S3/S4/S5、S3/S4、S3/S4/S5への添加時に分化誘導促進効果が認められた。特にS3、S2/S3、S3/S4への添加時に強い効果が認められ、S3への添加が重要であることが示された。
実施例3:XW4.4による分化誘導促進効果の濃度域の検討
 XW4.4を用いて、分化誘導促進効果が発揮される濃度を検討した。96ウェルプレートに4×104細胞/ウェルの濃度でiPS細胞を播種し、実施例1の方法で細胞の分化誘導を行った。S3の培地にXW4.4を終濃度0.03~10 μMになるように添加し、対照群(control)にはDMSOを添加した。
 S5終了時に得られた細胞の培養上清を回収し、上清中のC-ペプチドをC-peptide ELISA kit (ALPCO)で定量した。
 図4に濃度域の検討結果を示す。3~10μM添加時に分化誘導促進効果が認められ、XW4.4は3~10μMにおいて分化誘導促進効果を示すことが明らかとなった。
実施例4:XW4.4によるLXR活性化の検討
 XW4.4添加時に転写因子LXRの応答遺伝子群の発現変動をRNA-Seqを用いて解析した。実施例1の方法で細胞の分化誘導を実施し、S3の培地にXW4.4を終濃度5μMとなるよう添加し、S3終了時に膵前駆細胞(PP)を回収した。対照群(control)にはDMSOを添加した。得られた細胞(PP)からRNAを抽出し、抽出したRNAからNeoprep (Illumina)を用いてライブラリを構築した。NextSeq 500 (Illumina)にてRNA-Seq解析を実施し、FPKM値を算出した。
 図5に各遺伝子の発現比較を示す。XW4.4添加時にLXR応答遺伝子群の発現上昇が認められ、LXRが活性化されていると考えられた。
実施例5:LXRアゴニストによる分化誘導促進効果およびLXRアンタゴニストによる分化誘導抑制効果の検討
 次に、LXR合成アゴニストであるT0901317とGW3964の分化誘導促進効果を検討した。実施例1の方法で分化誘導を実施し、S3の培地に終濃度0.1μMのT0901317(Sigma)、終濃度 0.1μMのGW3965(Sigma)、あるいは終濃度5μMのXW4.4を添加した。さらにLXRアンタゴニストであるGSK2033(Sigma)を終濃度5 μMで添加した。また、GSK2033(終濃度5 μM)とT0901317(終濃度0.1 μM)、GW3964(終濃度 0.1 μM)、あるいはXW4.4(終濃度5 μM)を同時に添加した(それぞれ順に、T+GSK、G+GSK、XW+GSK)。各試験化合物はS3の培地にのみ添加し、S4の培地及びS5の培地には添加しなかった。S5終了時に得られた細胞におけるインスリン遺伝子発現量をリアルタイムPCRで定量した。
 結果を図6に示す。T0901317、GW3964、XW4.4を添加すると分化誘導促進が認められ、GSK2033を添加すると分化抑制が認められた。LXRアゴニストにより分化が促進され、その効果はアンタゴニストの添加でキャンセルされることが示された。
実施例6:LXR内因性リガンドによる分化誘導促進効果の検討
 次に、LXR内因性リガンドであるヒドロキシコレステロール類の分化誘導促進効果を検討した。実施例1の方法で分化誘導を実施し、S3の培地に22R-ヒドロキシコレステロール(22R-HC,終濃度1 μMおよび5 μM、Sigma)、24S-ヒドロキシコレステロール(24S-HC,終濃度1 μM、BioVision)、24(S),25-エポキシコレステロール(24,25-EC,終濃度1 μMおよび5 μM、Abcam)、27-ヒドロキシコレステロール(27-HC,終濃度1 μM、Tocris Bioscience)を添加した。各試験化合物はS3の培地にのみ添加し、S4の培地及びS5の培地には添加しなかった。S5終了時に得られた細胞におけるインスリン遺伝子発現量をリアルタイムPCRで定量した。
 結果を図7、図8に示す。22R-HC、24S-HC、24,25-EC、27-HCの添加により、分化誘導促進効果が認められた。
実施例7:別のiPS細胞株での検討
 iPS細胞の1210B2株を用い、実施例1と同様の方法で、XW4.4の分化誘導促進効果を検討した。結果を図9に示す。1210B2株を用いた場合もXW4.4添加により、分化誘導促進効果が認められた。
 本発明によれば、iPS細胞等の多能性幹細胞をインスリン産生細胞に分化誘導する系において、より効率よくインスリン産生細胞へと分化誘導することが可能となる。よって、より多くのインスリン産生細胞を簡便に得ることができ、研究や医療等に用いるために該細胞を大量に供給することが可能となる。
 本出願は、日本で出願された特願2018-44208(出願日:2018年3月12日)を基礎としておりその内容は本明細書に全て包含されるものである。

Claims (17)

  1.  LXRアゴニスト作用を有する化合物を含む、多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導促進剤。
  2.  該化合物が、5-(2,6-ジクロロフェニルスルホンアミド)-N-(4-フルオロベンジル)-1H-ピロール-2-カルボキサミド、N-(2,2,2-トリフルオロエチル)-N-[4-[2,2,2-トリフルオロ-1-ヒドロキシ-1-(トリフルオロメチル)エチル]フェニル]-ベンゼンスルホンアミド及び3-[3-[N-(2-クロロ-3-トリフルオロメチルベンジル)-(2,2-ジフェニルエチル)アミノ]プロピルオキシ]フェニル酢酸・塩酸塩からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1記載の剤。
  3.  該化合物が、LXR内因性リガンドである、請求項1記載の剤。
  4.  LXR内因性リガンドが、22(R)-ヒドロキシコレステロール、24(S)-ヒドロキシコレステロール、24(S),25-エポキシコレステロール及び27-ヒドロキシコレステロールからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項3記載の剤。
  5.  多能性幹細胞がiPS細胞である、請求項1~4のいずれか1項に記載の剤。
  6.  多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導を促進するための方法であって、分化誘導開始後、原腸管細胞マーカーの発現が確認された細胞をLXRアゴニスト作用を有する化合物で処理することを含む、方法。
  7.  該化合物が、5-(2,6-ジクロロフェニルスルホンアミド)-N-(4-フルオロベンジル)-1H-ピロール-2-カルボキサミド、N-(2,2,2-トリフルオロエチル)-N-[4-[2,2,2-トリフルオロ-1-ヒドロキシ-1-(トリフルオロメチル)エチル]フェニル]-ベンゼンスルホンアミド及び3-[3-[N-(2-クロロ-3-トリフルオロメチルベンジル)-(2,2-ジフェニルエチル)アミノ]プロピルオキシ]フェニル酢酸・塩酸塩からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項6記載の方法。
  8.  該化合物が、LXR内因性リガンドである、請求項6記載の方法。
  9.  LXR内因性リガンドが、22(R)-ヒドロキシコレステロール、24(S)-ヒドロキシコレステロール、24(S),25-エポキシコレステロール及び27-ヒドロキシコレステロールからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項8記載の方法。
  10.  多能性幹細胞がiPS細胞である、請求項6~9のいずれか1項記載の方法。
  11.  原腸管細胞マーカーが、FOXA2、HNF1b及びHNF4aからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項6~10のいずれか1項に記載の方法。
  12.  LXRアゴニスト作用を有する化合物を含む、多能性幹細胞からインスリン産生細胞への分化誘導用の培地添加剤。
  13.  該化合物が、5-(2,6-ジクロロフェニルスルホンアミド)-N-(4-フルオロベンジル)-1H-ピロール-2-カルボキサミド、N-(2,2,2-トリフルオロエチル)-N-[4-[2,2,2-トリフルオロ-1-ヒドロキシ-1-(トリフルオロメチル)エチル]フェニル]-ベンゼンスルホンアミド及び3-[3-[N-(2-クロロ-3-トリフルオロメチルベンジル)-(2,2-ジフェニルエチル)アミノ]プロピルオキシ]フェニル酢酸・塩酸塩からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項12記載の添加剤。
  14.  該化合物が、LXR内因性リガンドである、請求項12記載の添加剤。
  15.  LXR内因性リガンドが、22(R)-ヒドロキシコレステロール、24(S)-ヒドロキシコレステロール、24(S),25-エポキシコレステロール及び27-ヒドロキシコレステロールからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項14記載の添加剤。
  16.  多能性幹細胞がiPS細胞である、請求項12~15のいずれか1項記載の添加剤。
  17.  請求項12~16のいずれか1項に記載の培地添加剤を添加してなる、インスリン産生細胞への分化誘導用の培地。
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