JP2006254872A - Method for promoting stem cell differentiation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は幹細胞の分化方法に関する。特に、本発明は、Tall/Scl転写因子をコードする核酸を細胞内に導入すること、および分化培地中で形質導入された細胞を培養することによって、胚性幹細胞などの幹細胞の分化を促進する方法に関する。 The present invention relates to a method for differentiating stem cells. In particular, the present invention promotes differentiation of stem cells such as embryonic stem cells by introducing a nucleic acid encoding a Tall / Scl transcription factor into the cells and culturing the transduced cells in a differentiation medium. Regarding the method.
胚性幹細胞(ES細胞)は、哺乳動物の初期胚に由来する多分化能細胞から生じ、in vitroで無限に未分化増殖が可能である(EvansおよびKaufman, Nature 292:154 (1981); Martin, G., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78:7634 (1981))。ES細胞は、in vivoで全系統の細胞へ分化すること(Evansら, Nature 292:154-156 (1981); Bradleyら, Nature 309:255-256 (1984))、およびin vitroで多様な細胞へ分化することが可能である(Doetschmanら, J. Embryol. Exp. Morph., 87:27-45 (1985); Wobusら, Biomed. Biochim. Acta, 47:965-973 (1988); Robbinsら, J. Biol. Chem., 265:11905-11909 (1990))。ヒト以外の霊長類およびヒトの胚性幹細胞株が確立されている(例えばThomsonおよびMarshall, Curr Top Dev Biol 38:133-65 (1998); Thomsonら, Proc Natl Acad Sci USA 92:7844-7848 (1995);ならびにThomsonら Science 282:1145-1147 (1998)参照のこと)。霊長類の胚性幹細胞は、例えば1998年12月1日発行された米国特許第5,843,780に記載されている。サルを起源とする胚性幹細胞は、2003年8月21日に公開された米国特許出願公開第2003/0157710 A1に開示されている。 Embryonic stem cells (ES cells) arise from pluripotent cells derived from mammalian early embryos and are capable of infinitely undifferentiated proliferation in vitro (Evans and Kaufman, Nature 292: 154 (1981); Martin , G., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78: 7634 (1981)). ES cells differentiate into cells of all lineages in vivo (Evans et al., Nature 292: 154-156 (1981); Bradley et al., Nature 309: 255-256 (1984)), and diverse cells in vitro (Doetschman et al., J. Embryol. Exp. Morph., 87: 27-45 (1985); Wobus et al., Biomed. Biochim. Acta, 47: 965-973 (1988); Robbins et al. , J. Biol. Chem., 265: 11905-11909 (1990)). Non-human primate and human embryonic stem cell lines have been established (eg Thomson and Marshall, Curr Top Dev Biol 38: 133-65 (1998); Thomson et al., Proc Natl Acad Sci USA 92: 7844-7848 ( 1995); and Thomson et al. Science 282: 1145-1147 (1998)). Primate embryonic stem cells are described, for example, in US Pat. No. 5,843,780 issued Dec. 1, 1998. Embryonic stem cells originating from monkeys are disclosed in US Patent Application Publication No. 2003/0157710 A1, published on August 21, 2003.
成熟幹細胞(組織幹細胞、体性幹細胞あるいは出生後の幹細胞とも称される)も、非常に多数の成熟組織、臍帯、および他の非胚性源から単離されており、別の組織および細胞タイプへ分化し得ることが示されている。 Mature stem cells (also referred to as tissue stem cells, somatic stem cells or postnatal stem cells) are also isolated from a large number of mature tissues, umbilical cords, and other non-embryonic sources, and are of different tissues and cell types It has been shown that it can differentiate into
in vitroで、様々な細胞タイプ、例えば心臓ミオサイト、造血前駆細胞、卵黄嚢、骨格ミオサイト、平滑筋細胞、脂肪細胞、軟骨細胞、内皮細胞、メラノサイト、ニューロン、グリア、膵島細胞、および初期内胚葉などへの幹細胞、特にES細胞の分化を誘導するために、様々な培養条件が評価されている。血管内皮増殖因子(VEGF)、塩基性繊維芽細胞成長因子(bFGF)および形態形成タンパク質4(BMP4)が、マウスES細胞において初期のまたは最終的な造血発生を促進することが報告されている(JohanssonおよびWiles, Mol. Cell. Biol. 15:141-151 (1995); Faloon ら, Development 127:1931-1941 (2000); ならびにNakayamaら, Blood 95:2275-2283 (2000))。顆粒球コロニー刺激因子(GCSF)、エリスロポエチン(EPO)、インターロイキン3(IL−3)、幹細胞因子(SCF)、トロンボポエチン(TPO)、血管内皮増殖因子(VEGF)、および骨形成タンパク質(BMP)などの、サイトカインおよび/または成長因子の存在下における、ヒト以外の霊長類のES細胞からの造血性分化は、Umedaら(Development 131:1869-1879 (2004))によって試験されている。特に、外因性のVEGF、bFGFおよびEPOがこの研究で有効であることが立証された。 In vitro, various cell types such as cardiac myocytes, hematopoietic progenitor cells, yolk sac, skeletal myocytes, smooth muscle cells, adipocytes, chondrocytes, endothelial cells, melanocytes, neurons, glia, islet cells, and early in Various culture conditions have been evaluated in order to induce differentiation of stem cells, particularly ES cells, into germ layers. Vascular endothelial growth factor (VEGF), basic fibroblast growth factor (bFGF) and morphogenic protein 4 (BMP4) have been reported to promote early or eventual hematopoiesis in mouse ES cells ( Johansson and Wiles, Mol. Cell. Biol. 15: 141-151 (1995); Faloon et al., Development 127: 1931-1941 (2000); and Nakayama et al., Blood 95: 2275-2283 (2000)). Granulocyte colony stimulating factor (GCSF), erythropoietin (EPO), interleukin 3 (IL-3), stem cell factor (SCF), thrombopoietin (TPO), vascular endothelial growth factor (VEGF), and bone morphogenetic protein (BMP) Hematopoietic differentiation from non-human primate ES cells in the presence of cytokines and / or growth factors has been tested by Umeda et al. (Development 131: 1869-1879 (2004)). In particular, exogenous VEGF, bFGF and EPO have proven effective in this study.
1998年にヒト胚性幹(ES)細胞株の確立に成功して以来(Thomsonら, Science 282:1145-1147 (1998))、分化した胚性幹細胞の特定の臓器への移植が、重要な治療可能性を有するとして期待されている。 Since the successful establishment of the human embryonic stem (ES) cell line in 1998 (Thomson et al., Science 282: 1145-1147 (1998)), transplantation of differentiated embryonic stem cells to specific organs has been important Expected to have therapeutic potential.
本発明は、少なくとも部分的に、塩基性へリックス−ループ−へリックス転写因子(basic helix-loop-helix transcription factor)Tall/Scl(急性T細胞性リンパ芽球性白血病/幹細胞性白血病転写因子)をコードする核酸のES細胞への導入が、ES細胞の造血細胞への分化を容易にすることを証明する実験データに基づいている。 The present invention, at least in part, is a basic helix-loop-helix transcription factor, Tall / Scl (acute T cell lymphoblastic leukemia / stem cell leukemia transcription factor). This is based on experimental data demonstrating that introduction of a nucleic acid coding for ES into ES cells facilitates differentiation of ES cells into hematopoietic cells.
一態様において、本発明は、胚性幹細胞の分化を促進する方法であって、Tall/Scl転写因子をコードする核酸を未分化の胚性幹細胞から形成された組織胚様体(EB)に導入すること、TL1/SClをコードする核酸を保有するEBを、分化が確認されるまで分化培地中で培養することを含む、上記方法に関する。 In one aspect, the present invention provides a method for promoting differentiation of embryonic stem cells, wherein a nucleic acid encoding a Tall / Scl transcription factor is introduced into a tissue embryoid body (EB) formed from undifferentiated embryonic stem cells. And culturing an EB carrying a nucleic acid encoding TL1 / SCl in a differentiation medium until differentiation is confirmed.
一実施形態において、前記分化は造血性分化である。 In one embodiment, the differentiation is hematopoietic differentiation.
別の実施形態において、前記核酸はベクター仲介性の遺伝子導入により前記EBに導入される。 In another embodiment, the nucleic acid is introduced into the EB by vector-mediated gene transfer.
さらに別の実施形態において、ベクターは、ウイルスベクター、特にレトロウイルスベクター、好ましくは例えばVSV−Gシュードタイプレンチウイルスベクターなどのレンチウイルスベクターである。レンチウイルスベクターは、当業界で公知の様々なプロモーターの制御下でTall/Scl遺伝子を保有していることができ、該プロモーターには、これに限られるものではないが、EF−1α、CAG、PGKおよびCMVプロモーターが含まれる。 In yet another embodiment, the vector is a viral vector, in particular a retroviral vector, preferably a lentiviral vector such as, for example, a VSV-G pseudotype lentiviral vector. A lentiviral vector can carry a Tall / Scl gene under the control of various promoters known in the art, including, but not limited to, EF-1α, CAG, PGK and CMV promoters are included.
造血性分化は、複数種の血液細胞の存在を確認すること、免疫化学的試験、形態学的解析、細胞種に特異的な少なくとも1つの胚性マーカーの局所的発現を検出すること、あるいはそのような検出方法のあらゆる組合せなど、当業界で公知の方法によって確認することができる。 Hematopoietic differentiation is the confirmation of the presence of multiple blood cells, immunochemical testing, morphological analysis, detection of local expression of at least one embryonic marker specific to the cell type, or Any combination of such detection methods can be confirmed by methods known in the art.
特定の実施形態において、前記胚性マーカーは、ζ(ゼータ)グロビン、ニューロフィラメント68kD、およびαフェトプロテインよりなる群から選択される。ES細胞の分化は、典型的に、例えばIL−3、IL−6、GM−CSF、G−CSF、SCF、および/またはエリスロポエチン(EPO)などのサイトカインおよび/または成長因子の1以上を含む当業界で公知のあらゆる培地中で、あらゆる技術に従って行うことができる。 In certain embodiments, the embryonic marker is selected from the group consisting of ζ (zeta) globin, neurofilament 68 kD, and α-fetoprotein. ES cell differentiation typically involves one or more of cytokines and / or growth factors such as IL-3, IL-6, GM-CSF, G-CSF, SCF, and / or erythropoietin (EPO). It can be carried out according to any technique in any medium known in the industry.
定義
他に定義されていない場合は、本明細書中で用いられる技術的および科学的用語は、本発明の属する技術分野における当業者により共通して理解されているものと同一の意味を有する。Singletonら, Dictionary of Microbiology and Molecular Biology第2版, J. Wiley & Sons (New York, NY 1994)により、当業者に本出願中で使用されている多くの用語が一般的規準とともに提供されている。
Definitions Unless defined otherwise, technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Singleton et al., Dictionary of Microbiology and Molecular Biology 2nd edition, J. Wiley & Sons (New York, NY 1994), provides those skilled in the art with many terms used in this application along with general criteria. .
当業者は、本発明の実施において使用され得る、本明細書に記載されるものと類似のまたは同等の多くの方法または材料を理解するであろう。実際、本発明は記載される方法および材料にいかなる意味でも限定されるものではない。 Those skilled in the art will recognize many methods or materials similar or equivalent to those described herein that can be used in the practice of the present invention. Indeed, the present invention is not limited in any way to the methods and materials described.
「胚性幹細胞」という用語は、広く多様な分化細胞タイプに分化する可能性を有する、胚に由来する原始(未分化)の細胞を称するべく本明細書中で使用されている。 The term “embryonic stem cells” is used herein to refer to primitive (undifferentiated) cells derived from embryos that have the potential to differentiate into a wide variety of differentiated cell types.
「成熟幹細胞」という用語は、分化組織中に見られる未分化の細胞であって、該細胞自身を再生することができ、かつ(特定の制限を伴うが)該細胞の起源である組織のあらゆる分化細胞タイプに分化することが可能な細胞を称するべく本明細書中で使用されている。 The term “mature stem cell” is an undifferentiated cell found in a differentiated tissue that can regenerate itself and (with certain restrictions) any tissue that originates the cell. Used herein to refer to cells capable of differentiating into differentiated cell types.
「造血幹細胞」という用語は、すべての赤血球細胞および白血球細胞の起源となる幹細胞を称するべく使用されている。 The term “hematopoietic stem cell” is used to refer to the stem cell from which all red blood cells and white blood cells originate.
詳細な説明
本発明の実施には、他に示されない限り、当業者の技術範囲内である、分子生物学(組換え技術を含む)、微生物学、細胞生物学、および生化学の慣用技術を採用する。このような技術は「Molecular Cloning: A Laboratory Manual」第2版(Sambrookら, 1989);「Animal Cell Culture」(R.I. Freshney編, 1987);「Gene Transfer Vectors for Mammalian Cells」(J.M. Miller & M.P. Calos編, 1987);「Current Protocols in Molecular Biology」(F.M. Ausubelら編, 1987);および「Embryonic Stem Cells: Methods and Protocols」(Kursad Turksen編, Humana Press, Totowa NJ, 2001)などの文献に十分に説明されている。
DETAILED DESCRIPTION The practice of the present invention, unless otherwise indicated, includes conventional techniques of molecular biology (including recombinant technology), microbiology, cell biology, and biochemistry that are within the skill of the art. adopt. Such techniques are described in “Molecular Cloning: A Laboratory Manual” 2nd edition (Sambrook et al., 1989); “Animal Cell Culture” (RI Freshney, 1987); “Gene Transfer Vectors for Mammalian Cells” (JM Miller & MP Calos 1987); “Current Protocols in Molecular Biology” (FM Ausubel et al., 1987); and “Embryonic Stem Cells: Methods and Protocols” (Kursad Turksen, Humana Press, Totowa NJ, 2001) Explained.
本発明は幹細胞の分化、特にES細胞の分化のための改良法を提供する。細胞培養において幹細胞を維持および分化するためのプロトコルは当業界で公知である。このような技術は、これらに限定されるものではないが、ES細胞の単離、培地の調製、ES細胞の継代技術、ES細胞の凍結保存技術、ES細胞のトランスフェクション技術、ES細胞およびこれらの分化派生体の分析のための技術、ならびに、例えば造血、神経、または心臓細胞を含む、様々な細胞タイプへのES細胞の分化のための技術についてのプロトコルを含む。 The present invention provides improved methods for stem cell differentiation, particularly for ES cell differentiation. Protocols for maintaining and differentiating stem cells in cell culture are known in the art. Such techniques include, but are not limited to, ES cell isolation, media preparation, ES cell passage technology, ES cell cryopreservation technology, ES cell transfection technology, ES cell and Protocols for techniques for the analysis of these differentiation derivatives, as well as techniques for the differentiation of ES cells into various cell types, including, for example, hematopoietic, neural, or cardiac cells, are included.
ヒトおよびヒト以外の霊長類のES細胞は、典型的に、内部細胞塊を培養培地に移すことにより単離される。慣習的に、細胞培養皿の表面は、マウス胎児の皮膚細胞で覆われ、ES細胞の分化を阻止するよう処理されている(通常「支持細胞層」と称される)。支持細胞層は細胞培養中に栄養物を放出する。しかし、このような支持細胞層の不在下でES細胞を培養することも可能である。増殖の許容時間の経過後、ES細胞は複数回継代され、分化することなく凍結および維持され得る、多分化能のES細胞株となる。 Human and non-human primate ES cells are typically isolated by transferring the inner cell mass to the culture medium. Conventionally, the surface of a cell culture dish is covered with mouse fetal skin cells and treated to prevent the differentiation of ES cells (usually referred to as the “supporting cell layer”). The feeder cell layer releases nutrients during cell culture. However, ES cells can be cultured in the absence of such a feeder cell layer. After the passage of permissive time for growth, ES cells are passaged multiple times, resulting in a multipotent ES cell line that can be frozen and maintained without differentiation.
ES細胞の異なる細胞タイプへの分化は、様々な方法、例えば細胞培養培地の組成の変更、特定のストローマ細胞上での培養、あるいは様々な遺伝子の挿入によるES細胞の改変によって誘導および調節することができる。分化培地を含めてES細胞の分化のための基礎的なプロトコルは、例えばNIHの報告書の5〜9章ならびに付属書BおよびC(Stem Cells: Scientific Progress and Future Research Directions, June 2001, http://stemcells.nih.gov/info/scireport)に規定されており、その内容全体を参照により本明細書中に明確に組み入れる。 Differentiation of ES cells into different cell types can be induced and regulated in a variety of ways, such as changing the composition of cell culture media, culturing on specific stromal cells, or modifying ES cells by inserting various genes Can do. Basic protocols for differentiation of ES cells, including differentiation media, are described in, for example, chapters 5-9 of the NIH report and Annexes B and C (Stem Cells: Scientific Progress and Future Research Directions, June 2001, http: //stemcells.nih.gov/info/scireport), the entire contents of which are expressly incorporated herein by reference.
簡潔にいうと、例えばヒトのような霊長類のES細胞を始めとするES細胞は、支持細胞層から除去され、浮遊培養において表面に付着することなく生育させられた後に分化し始める。その結果組織胚様体(EB)が形成され、これは単層培養で分離し再度植え付ける(replate)ことができ、また更なる分化に影響を与える特定の成長因子に暴露することができる。 Briefly, ES cells, such as primate ES cells such as humans, begin to differentiate after being removed from the feeder cell layer and grown without attaching to the surface in suspension culture. The result is the formation of tissue embryoid bodies (EB) that can be separated and replate in monolayer culture and exposed to specific growth factors that affect further differentiation.
いくつかの成長因子は、通常は胚の外胚葉から生じる細胞タイプを誘導する。これらの成長因子には、例えばレチノイン酸、上皮細胞成長因子(EGF)、骨形成タンパク質4(BMP4)、および塩基性繊維芽細胞増殖因子(bFGF)などがある。アクチビンAおよびトランスフォーミング増殖因子β1(TGF−β1)などの別の成長因子は、中胚葉に由来する細胞の分化を誘発する。肝細胞増殖因子(HGF)および神経成長因子(NGF)は、内胚葉を含む3種全ての胚葉への分化を促進する。分化したヒトEB由来の細胞の種類は、これらの形態、成長特性および特定のマーカーについてのメッセンジャーRNA(mRNA)の発現により判定することができる(例えばShamblottら, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:13726-13731 (2001)参照のこと)。 Some growth factors induce cell types that normally arise from the embryonic ectoderm. These growth factors include, for example, retinoic acid, epidermal cell growth factor (EGF), bone morphogenetic protein 4 (BMP4), and basic fibroblast growth factor (bFGF). Other growth factors such as activin A and transforming growth factor β1 (TGF-β1) induce differentiation of cells derived from mesoderm. Hepatocyte growth factor (HGF) and nerve growth factor (NGF) promote differentiation into all three germ layers, including the endoderm. Differentiated human EB-derived cell types can be determined by their morphology, growth characteristics and expression of messenger RNA (mRNA) for specific markers (eg, Shamblott et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA). 95: 13726-13731 (2001)).
ヒトES細胞の造血性前駆細胞への分化は、例えば、ヒトES細胞と(複製を防ぐために放射線を照射した)マウス骨髄間質細胞を、ウシ胎児血清を含むが、成長因子が添加されていない増殖培地中で、共生培養することにより達成することができる。部分的に分化した細胞は、血液細胞前駆体のマーカーであるCD34を発現する。これらの部分的に分化したヒトES細胞を、これらが造血細胞のコロニーを形成することが可能な条件下で再度植え付けると、これらは赤芽細胞、マクロファージ、顆粒球、および巨核細胞に分化する(Odoricoら, Stem Cells 19:193-204 (2001))。 Differentiation of human ES cells into hematopoietic progenitor cells includes, for example, human ES cells and mouse bone marrow stromal cells (irradiated to prevent replication) containing fetal bovine serum but without the addition of growth factors This can be achieved by co-culturing in a growth medium. Partially differentiated cells express CD34, a marker for blood cell precursors. When these partially differentiated human ES cells are replanted under conditions that allow them to form hematopoietic colonies, they differentiate into erythroblasts, macrophages, granulocytes, and megakaryocytes ( Odorico et al., Stem Cells 19: 193-204 (2001)).
ヒトES細胞のコロニーを形成する造血細胞への分化のための培地は、例えば、KaufmanらProc. Natl. Acad. Sci. USA 98:10716-10721 (2001)などの、いくつかの刊行物中に開示されている。霊長類のES細胞のコロニーを形成する造血細胞への分化のための特定の培地は、以下の実施例に記載されている。 Media for differentiation into hematopoietic cells that form colonies of human ES cells have been described in several publications such as, for example, Kaufman et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98: 10716-10721 (2001). It is disclosed. Specific media for differentiation into hematopoietic cells that form colonies of primate ES cells are described in the Examples below.
ヒトを含む霊長類の造血幹細胞の同定に適した細胞マーカーには、CD34+、CD59+、Thy1+、CD38low/-、C-kit-/low、lin-がある。これらのマーカーは、例えば抗体を基礎とする検出技術を用いることによって、造血性分化を確かめるのに使用することができる。 Suitable cell markers for identification of primate hematopoietic stem cells, including humans, include CD34 + , CD59 + , Thy1 + , CD38 low / − , C-kit − / low , and lin − . These markers can be used to confirm hematopoietic differentiation, for example by using antibody-based detection techniques.
本発明によると、ES細胞の分化は、ES細胞、特にES細胞から形成された組織胚様体(EB)へ、Tall/Scl遺伝子を保有するウイルスベクター、好ましくはレンチウイルスベクターを形質導入することによって促進される。 According to the present invention, ES cell differentiation involves transducing a viral vector carrying the Tall / Scl gene, preferably a lentiviral vector, into an ES cell, particularly a tissue embryoid body (EB) formed from the ES cell. Promoted by.
レンチウイルスに由来するベクターは、当業界でよく知られており、効率的な遺伝子送達システムと考えられている。ヒト免疫不全ウイルス(HIV)に由来するレンチウイルスベクター(Kafriら, Nat. Genet. 17:314-317 (1997); Naldiniら, Science 272:163-167 (1996); Pengら, Gene Ther. 8:1456-1463 (2001))、ネコ免疫不全ウイルス(FIV)に由来するレンチウイルスベクター(Johnstonら, J. Viol. 73:4991-5000 (1999); Poeschlaら, Nat. Med. 4:354-357 (1998); Wangら, Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 22:129-138 (1999))および他のレンチウイルスベクターが、in vitroおよびin vivoで遺伝子を体細胞に移入するのに利用されている。レンチウイルスを基礎とするベクターの魅力の一つは、これらが分裂細胞および非分裂細胞のいずれにも形質導入することができ、安定な組み込みおよび長期にわたる導入遺伝子の発現をもたらすことである。本発明の目的のため、水胞性口内炎ウイルスG(VSV−G)によりシュードタイプ化されたレンチウイルスベクターが特に有用であるが、別のレンチウイルスベクターも含まれる。 Vectors derived from lentiviruses are well known in the art and are considered efficient gene delivery systems. Lentiviral vectors derived from human immunodeficiency virus (HIV) (Kafri et al., Nat. Genet. 17: 314-317 (1997); Naldini et al., Science 272: 163-167 (1996); Peng et al., Gene Ther. 8 : 1456-1463 (2001)), lentiviral vectors derived from feline immunodeficiency virus (FIV) (Johnston et al., J. Viol. 73: 4991-5000 (1999); Poeschla et al., Nat. Med. 4: 354- 357 (1998); Wang et al., Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 22: 129-138 (1999)) and other lentiviral vectors transfer genes to somatic cells in vitro and in vivo. It is used for. One of the attractions of lentivirus-based vectors is that they can transduce both dividing and non-dividing cells, resulting in stable integration and long-term transgene expression. For the purposes of the present invention, lentiviral vectors pseudotyped with vesicular stomatitis virus G (VSV-G) are particularly useful, although other lentiviral vectors are also included.
本発明の更なる詳細は、以下の非限定的な実施例によって明らかにされるであろう。 Further details of the invention will be apparent from the following non-limiting examples.
幹細胞分化の促進
ES細胞は、将来の医療のための、最も重要な移植可能細胞源の1つとなると期待される多分化能細胞である。しかし、in vivoにおけるES細胞療法の安全性および有効性を評価するために、ヒト以外の霊長類を含む動物モデルを用いた前臨床研究が不可欠である。コモンマーモセット(CM)などのヒト以外の霊長類が実験動物モデルとして適していることがすでに立証されている。本実施例は、このモデルシステムにおける遺伝子導入を用いた造血幹細胞の誘導に焦点を当てたものである。
Promotion of stem cell differentiation
ES cells are multipotent cells that are expected to be one of the most important transplantable cell sources for future medicine. However, preclinical studies using animal models including non-human primates are essential to assess the safety and efficacy of ES cell therapy in vivo. It has already been proved that non-human primates such as common marmoset (CM) are suitable as experimental animal models. This example focuses on the induction of hematopoietic stem cells using gene transfer in this model system.
CMES中に外来DNAを導入するために、EF1aプロモーターならびにtal1/scl、gata1、gata2、lh2およびhoxB4遺伝子などいくつかの造血遺伝子を含有するVSV−Gシュードタイプヒト免疫不全ウイルス(レンチウイルス)ベクターを構築し、以下のプロトコルを用いてCM ES細胞内に導入にした。 In order to introduce foreign DNA into CMES, VSV-G pseudotype human immunodeficiency virus (lentiviral) vector containing EF1a promoter and several hematopoietic genes such as tal1 / scl, gata1, gata2, lh2 and hoxB4 genes And was introduced into CM ES cells using the following protocol.
コモンマーモセットES細胞を、0.25%トリプシン/1mM EDTAを用いて放射線(40Gy)を照射した胎児繊維芽細胞層から回収し、1〜2×104の細胞を直径9cmのシャーレに再度植え付けて、15%のウシ胎児血清、200μg/mlのトランスフェリン、50μg/mlのアスコルビン酸、10μg/mlのインシュリン、0.45mMのモノチオグリコール、100μg/mlのストレプトマイシンおよび100U/mlのペニシリンを含むIMDM中で組織胚様体(EB)を獲得した。得られたEBに、プロモーターEF−1α下でtall/sclのcDNAを含めて上に列挙した造血遺伝子をコードするcDNAを発現することができるVSV−Gシュードタイプレンチウイルスベクター(Baiら, Gene Ther. 10:1446-1457 (2003))を1〜2日間で形質導入した。 Common marmoset ES cells were collected from the fetal fibroblast layer irradiated with radiation (40 Gy) using 0.25% trypsin / 1 mM EDTA, and 1-2 × 10 4 cells were re-inoculated in a petri dish having a diameter of 9 cm. 15 Tissue embryos in IMDM containing 1% fetal bovine serum, 200 μg / ml transferrin, 50 μg / ml ascorbic acid, 10 μg / ml insulin, 0.45 mM monothioglycol, 100 μg / ml streptomycin and 100 U / ml penicillin Acquired a body (EB). In the obtained EB, a VSV-G pseudotype lentiviral vector (Bai et al., Gene Ther) capable of expressing cDNA encoding the hematopoietic genes listed above including the cDNA of tall / scl under the promoter EF-1α. 10: 1446-1457 (2003)) was transduced in 1-2 days.
cDNAが形質導入された細胞を、サイトカインの不在下でさらに10〜14日間培養した。培地を3〜4日ごとに新しいものと交換した。続いて、CFU(コロニー形成単位)アッセイのために、細胞を、1%のメチルセルロース、30%のウシ胎児血清、1%のウシ血清アルブミン、3U/mlのエリスロポエチン、10−4Mの2−メルカプトエタノール、2mMのL−グルタミン、50ng/mlのSCF(幹細胞因子)、20ng/mlのGM−CSF(顆粒球マクロファージコロニー刺激因子)、20ng/mlのIL(インターロイキン)−3、20ng/mlのIL−6、20ng/mlのG−CSF(顆粒球コロニー刺激因子)(StemCell Technologies)を含むIMDMからなる半固形培地へ植え付けた。各コロニーから得られた細胞を回収し、IMDM培地を用いて洗浄し、ガラススライドへサイトスピンした。標準方法(Umedaら, Development 131(8):1869079 (2004))に従って、細胞をメイ・ギムザ染色溶液、エステラーゼ染色溶液および抗体を用いて染色した。 Cells transduced with cDNA were cultured for an additional 10-14 days in the absence of cytokines. The medium was replaced with fresh one every 3-4 days. Subsequently, for the CFU (colony forming unit) assay, the cells were treated with 1% methylcellulose, 30% fetal calf serum, 1% bovine serum albumin, 3 U / ml erythropoietin, 10 −4 M 2-mercapto. Ethanol, 2 mM L-glutamine, 50 ng / ml SCF (stem cell factor), 20 ng / ml GM-CSF (granulocyte macrophage colony stimulating factor), 20 ng / ml IL (interleukin) -3, 20 ng / ml IL-6, 20 ng / ml G-CSF (granulocyte colony stimulating factor) (StemCell Technologies) was inoculated into a semi-solid medium consisting of IMDM. Cells obtained from each colony were collected, washed with IMDM medium, and cytospun onto glass slides. Cells were stained with Mei Giemsa staining solution, esterase staining solution and antibody according to standard methods (Umeda et al., Development 131 (8): 1869079 (2004)).
cDNA導入を欠く場合、明瞭なCFU細胞は観察されなかった。ごく稀に、各シャーレ中でわずかなCFU−M(単球のコロニー形成単位)が観察された。CFUは、cDNAが導入された細胞中で観察されたが、tall/sclのcDNAを含むHIVベクターが導入された場合のみ、CM ES細胞からの造血誘導が劇的に増加した。このように、有意数のCFUは、tal/sclが導入されたEB細胞を植え付けた各シャーレにおいて観察された。40を超えるCFUコロニー(CFU:20〜30%、CFU−GM:5〜10%、CFU−M:60〜75%)が105のEB細胞から観察された。これらのコロニーは、サイトスピンした細胞をメイ・ギムザ、二重のエステラーゼおよび抗ヘモグロビン抗体で染色した後に、赤血球細胞、骨髄性細胞、単球マクロファージ細胞、および巨核細胞を含むことが顕微鏡で確認された(図1〜3)。このデータは3回再現可能であった。この結果は、tal1/sclのcDNA導入が、マーモセットのES細胞の造血性分化を効果的に促進すること、またヒトを含む他の霊長類のES細胞を分化することに広く有用であることが期待されることを立証している。tall/sclを含むES細胞を免疫不全マウス中に異種移植することにより、これらの長期にわたる造血再構成能力およびtall/scl細胞が導入されたES細胞の安全性を確認することができる。 In the absence of cDNA transfer, no clear CFU cells were observed. Very rarely, few CFU-M (monocyte colony forming units) were observed in each dish. CFU was observed in cells into which cDNA was introduced, but hematopoietic induction from CM ES cells was dramatically increased only when an HIV vector containing tall / scl cDNA was introduced. Thus, a significant number of CFU was observed in each petri dish in which EB cells into which tal / scl had been introduced were planted. More than 40 CFU colonies (CFU: 20-30%, CFU-GM: 5-10%, CFU-M: 60-75%) were observed from 10 5 EB cells. These colonies were microscopically confirmed to contain red blood cells, myeloid cells, monocyte macrophage cells, and megakaryocytes after cytospun cells were stained with May Giemsa, double esterase and anti-hemoglobin antibody. (Figs. 1-3). This data was reproducible 3 times. This result shows that introduction of tal1 / scl cDNA effectively promotes hematopoietic differentiation of marmoset ES cells, and is also useful for differentiating other primate ES cells including humans. It proves what is expected. By xenotransplanting ES cells containing tall / scl into immunodeficient mice, it is possible to confirm their long-term hematopoietic reconstitution ability and the safety of ES cells into which tall / scl cells have been introduced.
この明細書全体にわたって引用された全ての文献は、その全体を参照により本明細書に明確に組み入れる。 All references cited throughout this specification are expressly incorporated herein by reference in their entirety.
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