JP6329911B2 - 星状膠細胞作製のためのミクロrna - Google Patents

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Description

本願は、2012年2月22日に出願した米国特許仮出願第61/601624号(参照として本明細書中にそれらの全体が援用される)の優先権の利益を主張する。
本発明は、そのいくつかの実施形態において、間葉系幹細胞を、ミクロRNA(miRNA)を使用して星状膠細胞に向かってエクスビボ分化させる方法に関連する。
間葉系幹細胞(MSC)は、骨髄、脂肪、臍帯、胎盤および血管周囲の組織を含むほとんどの結合組織に存在する、多数の種から単離することができる間質細胞の不均一な集団である。MSCはまた、胎盤および臍帯ワルトンゼリーからも単離することができる。
骨髄および脂肪組織を含むすべての組織におけるMSCの濃度は非常に低いが、MSCの数をインビトロで拡大させることができる。典型的には、15回までの継代培養を使用するMSCの拡大では、遺伝的安定性を示す変異が生じていない。MSCは間葉系譜の細胞(例えば、骨、軟骨および脂肪など)に分化することができ、しかし、ある種の条件のもとでは、内胚葉系譜および神経外胚葉系譜の細胞の表現型を獲得することが報告されており、このことは「分化転換」のための何らかの潜在的能力を示唆している。
骨髄区画内において、これらの細胞はしっかりと混じり合い、造血および造血幹細胞の生存を黙従的状態において支援する(7)。加えて、培養における拡大の後において、MSCは、自然免疫および適応免疫を調節するその能力を保持する(8)。さらに、MSCは炎症部位に能動的に遊走し、CNSを含む損傷を受けた組織を保護する。これらは、自己免疫障害を含む炎症性疾患および免疫媒介疾患を処置するための、免疫抑制性の、正確に言えば、免疫調節性または抗炎症性の新しい作用因としてのその使用を裏付けた性質である(9)。MSCのこれらの特徴は、同種骨髄移植の後における命を脅かす移植片対宿主病(GVHD)を抑制するためのその使用、したがって、同種骨髄移植の非常に重篤な合併症の1つを抑制し、これにより、多臓器傷害を伴う移植関連の毒性および死亡を低下させることを助けるに値した(10)。
いくつかの研究では、種々の因子にインビトロでさらされた後のMSCがその表現型を変化させ、ニューロンおよびグリアのマーカーを明らかにすることが示されている[Kopen,G.C.他,Proc Natl Acad USA.96(19):10711−6,1999;Sanchez−Ramos他 Exp Neurol.164(2):247−56.2000;Woodbury,D.,J Neurosci Res.61(4):364−70,2000;Woodbury,D.他,J Neurosci Res.69(6):908−17,2002;Black,I.B.,Woodbury,D.Blood Cells Mol Dis.27(3):632−6,2001;Kohyama,J.他 Differentiation.68(4−5):235−44,2001;Levy,Y.S.J Mol Neurosci.21(2):121−32,2003]。
したがって、MSC(エクスビボ分化MSCおよび非分化の両方)が、多発性硬化症、パーキンソン病、ALS、アルツハイマー病、脊髄傷害および卒中を含む様々な神経学的障害を処置するための細胞置換療法のための候補物として提案されている。
ニューロン細胞置換戦略に代わるものとして、存在する機能的かつ形態学的に正常な細胞の生存を増大させるために、細胞治療は、疾患組織または損傷組織の正常な解剖学(例えば、結合性)および生理学(例えば、適切なシナプス接合ならびに機能する神経伝達物質および神経調節因子)を回復するか、または再建することを目的とする場合がある。
星状膠細胞は、中枢神経系に最も豊富に存在するタイプのグリア細胞であり、大きな役割を脳の発達および正常な生理学的機能において果たしている。成熟型星状膠細胞は、線維性星状膠細胞および原形質性星状膠細胞の2つのタイプに分けられる。線維性星状膠細胞は白質に存在しており、典型的には、中間径フィラメントマーカーのグリア線維酸性タンパク質(GFAP)により染色することができる密集したグリアフィラメントを伴う「星様」外観を有する。原形質性星状膠細胞は灰白質に見出され、より不規則な「モジャモジャ状」突起を有し、典型的にはグリアフィラメントをほとんど有していない。これらの細胞は互いに接触し合い、薄い突起を鞘で覆い、一部は血管と接触する。
星状膠細胞はまた、水分平衡、酸化還元電位、ならびに、イオンおよび神経伝達物質の濃度を調節し、神経栄養因子を分泌し、毒素および残骸を脳脊髄液(CSF)から除き、かつ、血液脳関門を維持する。星状膠細胞はまた、カルシウム流を調節し、d−セリンを放出し、神経ペプチドを産生し、かつ、シナプス伝達を調節することによって細胞−細胞のシグナル伝達に関与する。
星状膠細胞は構造的および生理学的な支援を中枢神経系において提供するので、MSCを星状膠細胞系譜に向かって分化させることが、神経学的障害を処置するために提案されている。
グリア細胞(乏突起膠細胞および星状膠細胞)、神経芽細胞腫細胞株および神経膠芽細胞腫細胞株を含む様々な細胞タイプがGDNFを産生する。20%ウシ胎児血清が補充されるDMEMで培養されるラットBMSCが6回目の継代において、GDNFおよびNGFを発現することが示されている[Garcia R他、Biochem Biophys Res Commun、316(3):753〜4、2004]。
国際特許出願公開WO2006/134602および同WO2009/144718は、神経栄養因子を産生する細胞への間葉系幹細胞の分化を教示する。
国際特許出願公開WO2010/111522は、疾患を処置するためにミクロRNAを分泌し、また送達する間葉系幹細胞を教示する。
国際特許出願公開WO2010/144698は、そのニューロン分化を誘導するための間葉系幹細胞におけるmiRNAの発現を教示する。
国際特許出願番号IL2011/000660は、その乏突起膠細胞分化を誘導するための間葉系幹細胞におけるmiRNAの発現を教示する。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、神経疾患または神経障害を対象において処置するために有用である細胞の集団を作製する方法であって、miR−1293,miR−18,miR−1182,miR−1185,miR−1276,miR−17−5p,miR−141,miR−302b,miR−20b,miR−101,miR−126,miR−146a,miR−146b,miR−3a,miR−29,miR−504,miR−891,miR−874およびmiR−132からなる群から選択される少なくとも1つの外因性miRNAの間葉系幹細胞(MSC)におけるレベルをアップレギュレーションし、それにより、前記神経疾患または神経障害を処置するために有用である前記細胞集団を作製することを含む方法が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、神経疾患または神経障害を対象において処置するために有用である細胞の集団を作製する方法であって、mi−R−193b,mi−R−1238,miR−889,mi−R−370,mi−R−548−d1,mi−R−221,mi−R−135a,mi−R−149,mi−R−222,mi−R−199a,mi−R−302a,miR−302b,mi−R−302c,mi−R−302d,mi−R−369−3p,mi−R−let7a,mi−R−let7b,mi−R−10b,mi−R−23a,mi−R−23b,mi−R−138,mi−R−182,mi−R−487,mi−R−214,mi−R−409,miR−133,miR−145およびmi−R−32からなる群から選択される少なくとも1つのmiRNAの発現をダウンレギュレーションし、それにより、前記神経疾患または神経障害を処置するために有用である前記細胞集団を作製することを含む方法であって、前記ダウンレギュレーションすることが、前記少なくとも1つのmiRNAにハイブリダイゼーションし、かつ、その機能を阻害する少なくとも1つのポリヌクレオチド作用因のレベルをアップレギュレーションすることによって実行される方法が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、神経疾患または神経障害を対象において処置するために有用である細胞の集団を作製する方法であって、外因性miR−9および外因性miR−20bのMSCの集団におけるレベルをアップレギュレーションし、それにより、前記細胞集団を作製することを含む方法が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、神経疾患または神経障害を対象において処置するために有用である細胞の集団を作製する方法であって、外因性miR−9、外因性miR−146および外因性miR−101のMSCの集団におけるレベルをアップレギュレーションし、かつ、miR−10bおよびmiR−302のMSCの前記集団における発現をダウンレギュレーションし、それにより、前記細胞集団を作製することを含む方法が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、神経疾患または神経障害を対象において処置するために有用である細胞の集団を作製する方法であって、外因性miR−101のMSCの集団におけるレベルをアップレギュレーションし、かつ、miR−138のMSCの前記集団における発現をダウンレギュレーションし、それにより、前記細胞集団を作製することを含む方法が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、miR−18,miR−17−5p,miR−141,miR−302b,miR−20b,miR−101,miR−126,miR−146a,miR−146b,miR−9,miR−504,miR−891,miR−874,miR−1182,miR−1185,miR−1276,miR−1293およびmiR−132からなる群から選択される少なくとも1つの外因性miRNAを含み、および/または、mi−R−193b,mi−R−221,mi−R−135a,mi−R−149,mi−R−222,mi−R−199a,mi−R−302a,mi−R−302c,mi−R−302d,mi−R−369−3p,mi−R−370,mi−R−let7a,mi−R−let7b,mi−R−10b,mi−R−23a,mi−R−23b,mi−R−138,mi−R−182,mi−R−487,mi−R−214,mi−R−409,mi−R−548−d1,mi−R−889,mi−R−1238およびmi−R−32からなる群から選択されるmiRNAにハイブリダイゼーションし、かつ、その機能を阻害する少なくとも1つのポリヌクレオチド作用因を含む、細胞の遺伝子改変され単離された集団であって、前記細胞が星状膠細胞の表現型を有する、遺伝子改変され単離された細胞集団が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、神経疾患または神経障害をその必要性のある対象において処置する方法であって、本明細書中に記載される単離された細胞集団の治療効果的な量を前記対象に投与し、それにより、前記神経疾患または神経障害を処置することを含む方法が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、本明細書中に記載される単離された細胞集団と、医薬的に許容される担体とを含む医薬組成物が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、神経疾患または神経障害の処置のために調節され得るmiRNAを選択する方法であって、
(a)MSCの集団を星状膠細胞の表現型に向かって分化させること;および
(b)MSCの集団におけるmiRNAの発現における変化を、前記MSCを星状膠細胞の表現型に向かって分化させる前および分化させた後において分析すること(ただし、所定のレベルを越えるか、または下回るmiRNAの発現の変化により、前記miRNAが前記神経疾患または神経障害の処置のために調節され得ることが示される)
を含む方法が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、神経疾患または神経障害を対象において処置するために有用である細胞の集団を作製する方法であって、表1に示される少なくとも1つの外因性miRNAの間葉系幹細胞(MSC)におけるレベルをアップレギュレーションし、それにより、前記神経疾患または神経障害を処置するために有用である前記細胞集団を作製することを含む方法が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、神経疾患または神経障害を対象において処置するために有用である細胞の集団を作製する方法であって、表2に示される少なくとも1つの外因性miRNAの間葉系幹細胞(MSC)におけるレベルをダウンレギュレーションし、それにより、前記神経疾患または神経障害を処置するために有用である前記細胞集団を作製することを含む方法が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、パーキンソン病をその必要性のある対象において処置する方法であって、外因性miR504を発現するように改変されたMSCの治療効果的な量を前記対象に投与し、それにより、前記パーキンソン病を処置することを含む方法が提供される。
本発明のいくつかの実施形態の1つの局面によれば、miR−18,miR−1293,miR−1182,miR−1185およびmiR−1276からなる群から選択される少なくとも1つの外因性miRNAを含み、および/または、mi−R−193b,mi−R−1238,miR−889,mi−R−370およびmi−R−548−d1からなる群から選択されるmiRNAにハイブリダイゼーションし、かつ、その機能を阻害する少なくとも1つのポリヌクレオチド作用因を含む、細胞の遺伝子改変され単離された集団であって、前記細胞が星状膠細胞の表現型を有する、遺伝子改変され単離された細胞集団が提供される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記少なくとも1つのmiRNAは、miR−18、miR−1293、miR−1182、miR−1185およびmiR−1276からなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記少なくとも1つのmiRNAは、miR−20b、miR−146、miR−101およびmiR−141からなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記少なくとも1つのmiRNAは、miR−32、miR−221、miR−302aおよびmiR−302bからなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記少なくとも1つのmiRNAは、mi−R−193b、mi−R−1238、miR−889、mi−R−370およびmi−R−548−d1からなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記少なくとも1つのmiRNAは、miR−20b、miR−101およびmiR−146aのそれぞれを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記MSCが、骨髄、脂肪組織、胎盤、臍帯血および臍帯からなる群から選択される組織から単離される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記MSCは上記対象に対して自己である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記MSCは上記対象に対して非自己である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記MSCは上記対象に対して半同種である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記アップレギュレーションすることは、上記MSCに上記miRNAを導入することを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記アップレギュレーションすることが、上記MSCを、上記少なくとも1つのmiRNAのプレ−miRNAをコードするポリヌクレオチド配列を含む発現ベクターによりトランスフェクションすることによって実行される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記アップレギュレーションすることが、上記MSCを、上記少なくとも1つのmiRNAをコードするポリヌクレオチド配列を含む発現ベクターによりトランスフェクションすることによって実行される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記方法はさらに、S100,GFAP、グルタミンシンセターゼ、EAAT1およびEAAT2からなる群から選択される少なくとも1つのマーカーの発現を上記作製することの後において分析することを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記方法はインビボで実行される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記方法はエクスビボで実行される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記方法はさらに、上記接触の後、前、または接触と同時に、血小板由来増殖因子(PDGF)、ニューレグリン、FGF−bおよびc−AMP誘導剤からなる群から選択される少なくとも1つの作用因を含む分化培地において上記MSCをインキュベーションすることを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記細胞集団の少なくとも50%が、S100,GFAP、グルタミンシンセターゼ、EAAT1およびEAAT2からなる群から選択される少なくとも1つのマーカーを発現する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記単離された細胞集団は、脳疾患または脳障害を処置することにおいて使用するためのものである。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記脳疾患または脳障害は、神経変性障害である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記神経変性障害は、多発性硬化症、パーキンソン病、てんかん、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、卒中、レット症候群、自己免疫性脳脊髄炎、卒中、アルツハイマー病およびハンチントン病からなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記神経疾患または神経障害は神経変性障害である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記神経変性障害は、多発性硬化症、パーキンソン病、てんかん、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、卒中、レット症候群、自己免疫性脳脊髄炎、卒中、アルツハイマー病およびハンチントン病からなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記方法はさらに、工程(a)の後、工程(b)に先立って、星状膠細胞特異的遺伝子の発現を分析することを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記星状膠細胞特異的遺伝子はGFAPである。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上記神経変性障害は、多発性硬化症、パーキンソン病、てんかん、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、卒中、レット症候群、自己免疫性脳脊髄炎、卒中、アルツハイマー病およびハンチントン病からなる群から選択される。
別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および/または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法および材料と類似または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、例示的な方法および/または材料が下記に記載される。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、材料、方法および実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。
本明細書では本発明のいくつかの実施形態を単に例示し添付の図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の実施形態を例示考察することだけを目的としていることを強調するものである。この点について、図面について行う説明によって、本発明の実施形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。
図1A−1Fは、MSCが星状膠細胞様細胞に分化し得ることを例示する写真である。BM−MSCを分化培地とインキュベーションし、その後、位相差顕微鏡法を使用して細胞形態学について分析し、また、坑GFAP抗体により染色した。類似する結果が、AD−MSCに関して、また、臍帯および胎盤に由来するMSCに関して得られた(データは示されず)。
図2は、分化MSCが星状膠細胞のマーカーを発現することを例示する棒グラフである。対照MSCおよび分化MSCを方法において記載されるように処理した。RNAを抽出し、qRT−PCRを、GFAP、グルタミンシンセターゼおよびS100のためのプライマーを使用して行った。
図3は、分化MSCがグルタミン酸輸送体を発現することを例示する棒グラフである。対照MSCおよび分化MSCを方法において記載されるように処理した。RNAを抽出し、qRT−PCRを、グルタミン酸輸送体のためのプライマーを使用して行った。
図4は、miRNAの幹細胞セットのmiRNAシグナチャーの分析の結果を表す棒グラフである。このセットは、幹細胞シグナチャーおよび自己再生に関連するmiRNAからなる。
図5は、miRNAの神経セットのmiRNAシグナチャーの分析の結果を表す棒グラフである。このセットは、神経の発達に関連するmiRNAからなる。
図6は、miRNAの造血セットのmiRNAシグナチャーの分析の結果を表す棒グラフである。このセットは、造血に関連するmiRNAからなる。
図7は、miRNAの器官セットのmiRNAシグナチャーの分析を表す棒グラフである。このセットは、分化組織特定に関連するmiRNAからなる。
図8は、定量的RT−PCRによってした場合の、MSCの星状膠細胞分化の期間中における例示的miRNAの発現における変化を例示する棒グラフである。
図9A−9Bは、GFAP−GFPレポーターにより形質導入されるBM−MSCの写真である。図9Bでは、MSCをantagomiR−138およびmiR−101の両方によりトランスフェクションした。細胞を10日後に蛍光顕微鏡で観察した。
図10は、miRNA504がαシヌクレインをSH−SY5Y細胞においてダウンレギュレーションすることを例示する、ウエスタンブロット分析の結果の写真である(レーン1=対照;レーン2+3=miRNA504)。
本発明は、そのいくつかの実施形態において、間葉系幹細胞を、ミクロRNA(miRNA)を使用して神経幹細胞および運動ニューロンに向かってエクスビボ分化させる方法に関連する。
本発明の少なくとも1つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、下記の説明に示される細部、または、実施例によって例示される細部に必ずしも限定されないことを理解しなければならない。本発明は他の実施形態が可能であり、あるいは、様々な方法で実施、または、実行される。
星状膠細胞は、中枢神経系における最も豊富に存在するタイプのグリア細胞であり、大きな役割を脳の発達および正常な生理学的機能において果たしている。成熟型星状膠細胞は、線維性星状膠細胞および原形質性星状膠細胞の2つのタイプに分けられる。線維性星状膠細胞は白質に存在しており、典型的には、中間径フィラメントマーカーのグリア線維酸性タンパク質(GFAP)により染色することができる密集したグリアフィラメントを伴う「星様」外観を有する。原形質性星状膠細胞は灰白質に見出され、より不規則な「モジャモジャ状」突起を有し、典型的にはグリアフィラメントをほとんど有していない。これらの細胞は互いに接触し合い、薄い突起を鞘で覆い、一部は血管と接触する。
星状膠細胞はまた、水分平衡、酸化還元電位、ならびに、イオンおよび神経伝達物質の濃度を調節し、神経栄養因子を分泌し、毒素および残骸を脳脊髄液(CSF)から除き、かつ、血液脳関門を維持する。星状膠細胞はまた、カルシウム流を調節し、d−セリンを放出し、神経ペプチドを産生し、かつ、シナプス伝達を調節することによって細胞−細胞のシグナル伝達に関与する。
星状膠細胞は構造的および生理学的な支援を中枢神経系において提供するので、星状膠細胞表現型を有する細胞を作製することが、神経学的障害を処置するために提案されている。
本発明を実施に移している間に、本発明者らは、膨大な数の潜在的なミクロRNA(miRNA)の中から、miR−18,miR−17−5p,miR−141,miR−302b,miR−20b,miR−101,miR−126,miR−146a,miR−146b,miR−3a,miR−26,miR−29,miR−504,miR−891,miR−874,miR−1182,miR−1185,miR−1276,miR−1293およびmiR−132を含む特定のmiRNAのアップレギュレーションのみが、間葉系幹細胞(MSC)の星状膠細胞分化を誘導することを見出しており、そのような分化MSCは、脳の疾患または障害を有する患者を処置するために使用され得ることを提案する。
具体的には、本発明者らは、上記で列挙されるmiRNAの特定の組合せ(例えば、miR−9およびmiR−20bの組合せ、同様にまた、miR−20b、101および146aの組合せ)によるMSCのトランスフェクションが当該細胞の形態学的外観を変化させ、さらには、様々な星状膠細胞マーカーのそれらにおける発現(例えば、GFAP発現)を増大させたことを示している。
加えて、本発明者らは、MSCの星状膠細胞分化にそのダウンレギュレーションが関連するいくつかのmiRNAを特定している。このリストには、mi−R−193b,mi−R−221,mi−R−135a,mi−R−149,mi−R−222,mi−R−199a,mi−R−302a,mi−R−302c,mi−R−302d,mi−R−369−3p,mi−R−370,mi−R−let7a,mi−R−let7b,mi−R−10b,mi−R−23a,mi−R−23b,mi−R−32,miR−133,mi−R−145,mi−R−138,mi−R−182,mi−R−487,mi−R−214,mi−R−409,mi−R−548−d1,mi−R−889およびmi−R−1238が含まれる。さらに、miR−10bおよびmiR−302を阻害し、一方で、同時に、miR−9、146および101を過剰発現させることにより、GFAP発現によって測定すると、星状膠細胞表現型に向かう分化が高められたことが見出された。加えて、miR−138を阻害し、一方で、同時に、miR−101を過剰発現させることにより、GFAP発現によって測定すると、星状膠細胞表現型に向かう分化が高められたことが見出された。
したがって、本発明の1つの局面によれば、神経疾患または神経障害を対象において処置するために有用である細胞の集団を作製する方法であって、miR−18,miR−17−5p,miR−141,miR−302b,miR−20b,miR−101,miR−126,miR−146a,miR−146b,miR−3a,miR−26,miR−29,miR−132,miR−504,miR−891,miR−874,miR−1182,miR−1185,miR−1276およびmiR−1293からなる群から選択される少なくとも1つの外因性miRNAの間葉系幹細胞(MSC)におけるレベルをアップレギュレーションし、それにより、前記神経疾患または神経障害を処置するために有用である前記細胞集団を作製することを含む方法が提供される。
アップレギュレーションのために意図されるさらなるmiRNAが本明細書中下記に提供される。miR−92ap,miR−21,miR−26a,miR−18a,miR−124,miR−99a,miR−30c,miR−301a,miR−145−50,miR−143−3p,miR−373,miR−20b,miR−29c,miR−29b,miR−143,let−7g,let−7a,let−7b,miR−98,miR−30a,miR−17,miR−1,miR−192,miR−155,miR−516−ap,miR−31,miR−181a,miR−181b,miR−181c,miR−34−c,miR−34b,miR−103a,miR−210,miR−16,miR−30a,miR−31,miR−222,miR−17,miR−17,miR−200b,miR−200c,miR−128,miR−503,miR−424,miR−195,miR−1256,miR−203a,miR−199,miR−93,miR−98,miR−125−a,miR−133a,miR−133b,miR−126,miR−194,miR−346,miR−15b,miR−338−3p,miR−373,miR−205,miR−210,miR−125,miR−1226,miR−708,miR−449,miR−422,miR−340,miR−605,miR−522,miR−663,miR−130a,miR−130b,miR−942,miR−572,miR−520,miR−639,miR−654,miR−519,mir−202,mir−767−5p,mir−29a,mir−29b,mir−29c,let−7a,let−7b,let−7c,let−7d,let−7e,let−7f,let−7g,let−7i,mir−4458,mir−4500,mir−98,mir−148a,mir−148b,mir−152,mir−4658,mir−3662,mir−25,mir−32,mir−363,mir−367,mir−92a,mir−92b,mir−520d−5p,mir−524−5p,mir−4724−3p,mir−1294,mir−143,mir−4770,mir−3659,mir−145,mir−3163,mir−181a,mir−181b,mir−181c,mir−181d,mir−4262,mir−4279,mir−144,mir−642b,mir−4742−3p,mir−3177−5p,mir−656,mir−3121−3p,mir−106a,mir−106b,mir−17,mir−20a,mir−20b,mir−519d,mir−93,mir−1297,mir−26a,mir−26b,mir−4465,mir−326,mir−330−5p,mir−3927およびmir−2113。
アップレギュレーションのために意図されるさらなるmiRNAは、mir−372,mir−373,mir−520a−3p,mir−520b,mir−520c−3p,mir−520d−3p,mir−520e,mir−199a−3p,mir−199b−3p,mir−3129−5pを含む。
アップレギュレーションがインビボまたはエクスビボで実行される場合がある。
間葉系幹細胞は、生物活性因子(例えば、サイトカインなど)からの様々な影響に依存して、1種以上の間葉系組織(例えば、脂肪組織、骨組織、軟骨組織、弾性結合組織および繊維性結合組織、筋芽細胞)および胚の中胚葉に起源を有する組織とは異なる組織(例えば、神経系細胞)を生じさせる。そのような細胞は、胚卵黄嚢、胎盤、臍帯、胎児および思春期の皮膚、血液および他の組織から単離することができるにもかかわらず、容易に利用可能な脂肪組織およびBMにおけるそれらの存在量は他の組織におけるそれらの存在量をはるかに超えており、したがって、BMおよび脂肪組織からの単離が現時点では好ましい。
間葉系幹細胞(MSC)を単離し、精製し、拡大する様々な方法が当技術分野では知られており、これらには、例えば、CaplanおよびHaynesworthによって米国特許第5486359号に開示される方法、ならびに、Jones E.A.他、2002、Isolation and characterization of bone marrow multipotential mesenchymal progenitor cells、Arthritis Rheum、46(12):3349〜60に開示される方法が含まれる。
間葉系幹細胞は、骨髄、末梢血、血液、胎盤(例えば絨毛膜および/または羊膜)、臍帯血、臍帯、羊水、および脂肪組織から単離される場合がある。
間葉系幹細胞を末梢血から単離する方法が、Kassis他[Bone Marrow Transplant、2006 May;37(10):967〜76]によって記載される。間葉系幹細胞を胎盤組織から単離する方法が、Zhang他[Chinese Medical Journal、2004、117(6):882〜887]によって記載される。脂肪組織、胎盤および臍帯血の間葉系幹細胞を単離し、培養する方法が、Kern他[Stem Cells、2006;24:1294〜1301]によって記載される。
本発明のこの局面の好ましい実施形態によれば、間葉系幹細胞はヒト由来である。
本発明のこの局面の別の実施形態によれば、間葉系幹細胞はヒトの新生児の胎盤および臍帯から単離される。
骨髄を吸引によって個体の腸骨稜から単離することができる。低密度BM単核細胞(BMMNC)が、FICOL−PAQUE密度勾配によって、またはHetastarch(ヒドロキシエチルデンプン)を使用する赤血球の除去によって分離される場合がある。好ましくは、間葉系幹細胞の培養物が、BM吸引物(通常的には20ml)を等体積のハンクス平衡塩類溶液(HBSS;GIBCO Laboratories、Grand Islanad、NY、米国)により希釈し、希釈された細胞を約10mlのFicollカラム(Ficoll−Paque;Pharmacia、Piscataway、NJ、米国)の上に重層することによって作製される。2500×gでの遠心分離を30分間行った後、単核細胞層が境界から取り出され、HBSSに懸濁される。その後、細胞が1500×gで15分間遠心分離され、完全培地(MEM、デオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチドを含まないα培地;GIBCO)、MSCの迅速成長のために選択されたロットに由来する20%のウシ胎児血清(FCS)(Atlanta Biologicals、Norcross、GA)、100ユニット/mlのペニシリン(GIBCO)、100μg/mlのストレプトマイシン(GIBCO)、および2mMのL−グルタミン(GIBCO)に再懸濁される。再懸濁された細胞が10cmの培養ディッシュ(Corning Glass Works、Corning、NY)において約25mlの培地に置床され、5%の加湿COとともに37℃でインキュベーションされる。培養で24時間の後、非接着性細胞が捨てられ、接着性細胞がリン酸塩緩衝化生理的食塩水(PBS)により2回徹底的に洗浄される。培地が、3日毎または4日毎に約14日間、新鮮な完全培地により取り換えられる。その後、接着性細胞が、0.25%のトリプシンおよび1mMのEDTA(トリプシン/EDTA、GIBCO)を37℃で5分間用いて集められ、6cmのプレートに再置床され、さらに14日間培養される。その後、細胞がトリプシン処理され、細胞計数デバイス、例えば、血球計(Hausser Scientific、Horsham、PA)などを使用して計数される。培養細胞が遠心分離によって回収され、5%DMSOおよび30%FCSとともに、1mlあたり1〜2×10細胞の濃度で再懸濁される。それぞれが約1mlのアリコートが緩速凍結され、液体窒素において貯蔵される。
脂肪組織由来のMSCを脂肪吸引によって得ることができ、また、単核細胞を、脂肪および脂肪細胞を除くことによって手作業で、またはCelution System(Cytori Therapeutics)をMSCの調製のために上記で記載されるのと同じ手順に従って使用して単離することができる。
1つの実施形態によれば、集団が(例えば、フラスコにおいて)ポリスチレンプラスチック表面に置床され、間葉系幹細胞が、非接着性細胞を除くことによって単離される。代替では、間葉系幹細胞が、間葉系幹細胞のマーカーを使用してFACSによって単離される場合がある。
好ましくは、MSCは少なくとも50%精製され、より好ましくは少なくとも75%精製され、一層より好ましくは少なくとも90%精製される。
間葉系幹細胞画分を拡大するために、凍結された細胞が37℃で解凍され、完全培地により希釈され、DMSOを除くために遠心分離によって回収される。細胞が完全培地に再懸濁され、約5000細胞/cmの濃度で置床される。培養で24時間の後、非接着性細胞が除かれ、接着性細胞が、トリプシン/EDTAを使用して集められ、狭くしたパスツールピペットに通すことによって解離させられ、好ましくは、約1.5〜約3.0細胞/cmの密度で再置床される。これらの条件のもとで、MSC培養物は約50回の集団倍加にわたって成長することができ、約2000倍にわたって拡大させることができる[Colter DC他、Rapid expansion of recycling stem cells in cultures of plastic−adherent cells from human bone marrow、Proc Natl Acad Sci USA、97:3213〜3218、2000]。
本発明のいくつかの実施形態によって利用されるMSC培養物には好ましくは、それらの形態学的特徴によって定義される3つの群の細胞、すなわち、小さい無顆粒細胞(これらは本明細書中下記ではRS−1として示される)、小さい顆粒細胞(これらは本明細書中下記ではRS−2として示される)、および大きい適度な顆粒細胞(これらは本明細書中下記では成熟MSCとして示される)が含まれる。培養におけるそのような細胞の存在および濃度を、例えば、免疫蛍光、インサイチューハイブリダイゼーションおよび活性アッセイを使用することにより、様々な細胞表面マーカーの存在の有無を特定することによってアッセイすることができる。
MSCが本発明のいくつかの実施形態の培養条件のもとで培養されるとき、MSCは、造血幹細胞マーカーであるCD34、CD11B、CD43およびCD45については陰性の染色を示す。小さい割合の細胞(10%未満)がCD31および/またはCD38のマーカーについてかすかに陽性である。加えて、成熟MSCは、造血幹細胞マーカーであるCD117(c−Kit)についてかすかに陽性であり、骨形成MSCのマーカーであるStro−1について中程度に陽性であり[Simmons,P.J.&Torok−Storb,B.(1991)、Blood、78、5562]、かつ、胸腺細胞および末梢Tリンパ球のマーカーであるCD90(Thy−1)について陽性である。他方で、RS−1細胞はCD117およびStro1のマーカーについて陰性であり、かつ、CD90のマーカーについてかすかに陽性であり、RS−2細胞はこれらのマーカーのすべてについて陰性である。
本発明の間葉系幹細胞は、本明細書中下記でさらに記載されるように、自己、同系または同種の血縁者の供給源(一致した兄弟姉妹またはハプロタイプ一致の家族の一員)あるいは非血縁者の全く一致していない供給源のものである場合がある。
間葉系幹細胞の培養を、米国特許第6,528,245号およびSanchez−Ramos他(2000);Woodburry他(2000);Woodburry他(J.Neurisci.Res.96:908−917,2001);BlackおよびWoodbury(Blood Cells Mol.Dis.27:632−635,2001);Deng他(2001),Kohyama他(2001),ReyesおよびVerfatile(Ann.N.Y.Acad.Sci.938:231−235,2001)およびJiang他(Nature 418:47−49,2002)に記載されたもののような星状膠細胞に向かう細胞の分化を支援する(または、少なくとも妨げない)任意の培地において行うことができる。
培地は、G5、神経基礎培地、DMEMまたはDMEM/F12、OptiMEM(商標)、あるいは、ニューロンもしくは星状膠細胞の成長を支援する任意の他の培地である場合がある。
特定の実施形態によれば、miRNAは、miR−20b、miR−146、miR−101およびmiR−141の少なくとも1つを含む。
本発明者らによって意図される特定の組合せには、外因性miR−9および外因性miR−20bのMSC集団におけるレベルをアップレギュレーションすることが含まれる。
本発明者らによって意図される別の組合せには、miR−20b、miR−101およびmiR−146aのそれぞれをMSC集団においてアップレギュレーションすることが含まれる。
用語「ミクロRNA」、用語「miRNA」および用語「miR」は同義的であり、遺伝子発現を調節する、長さが約19〜28ヌクレオチドである非コードの一本鎖RNA分子の集まりを示す。様々なmiRNAが広範囲の生物において見出され、発達、恒常性および疾患原因において役割を果たすことが示されている。
下記はmiRNA活性の機構の簡単な記載である。
miRNAをコードする遺伝子が転写され、これにより、プリ−miRNAとして公知のmiRNA前駆体の産生がもたらされる。プリ−miRNAは典型的には、多数のプリ−miRNAを含む多シストロン性RNAの一部である。プリ−miRNAは、ステム/ループを有するヘアピンを形成する場合がある。ステムはミスマッチの塩基を含む場合がある。
プリ−miRNAのヘアピン構造が、RNaseIIIエンドヌクレアーゼであるDroshaによって認識される。Droshaは典型的には、プリ−miRNAにおける末端のループを認識し、およそ2回のらせん状ターンをステムに切断して、プレ−miRNAとして公知の60〜70ntの前駆体を生じさせる。Droshaは、RNaseIIIエンドヌクレアーゼに典型的な互い違いの切れ目を伴ってプリ−miRNAを切断し、これにより、5’ホスファートおよび約2ヌクレオチドの3’突出を有するプレ−miRNAのステム・ループをもたらす。ステムのおよそ1回のらせん状ターン(約10ヌクレオチド)がDrosha切断部位を越えて伸びることが、効率的なプロセシングのために必須であることが推定されている。その後、プレ−miRNAが、Ran−GTPおよび輸出受容体エクスポーチン−5によって核から細胞質に能動輸送される。
その後、プレ−miRNAの二本鎖ステムがDicerによって認識される(Dicerもまた、RNaseIIIエンドヌクレアーゼである)。Dicerはまた、ステム・ループの塩基において5’ホスファートおよび3’突出を認識する場合がある。その場合、Dicerは末端ループをステム・ループの塩基から2回のらせん状ターン離れて切断し、これにより、さらなる5’ホスファートおよび約2ヌクレオチドの3’突出を残す。生じたsiRNA様二重鎖はミスマッチを含む場合があり、成熟miRNAと、miRNAとして公知の類似サイズの断片とを含む。miRNAおよびmiRNAが、プリ−miRNAおよびプレ−miRNAの相対するアームに由来する場合がある。miRNA配列が、典型的にはmiRNAよりも低い頻度ではあるが、クローン化されたmiRNAのライブラリーにおいて見出される場合がある。
最初はmiRNAとの二本鎖の種として存在するにもかかわらず、miRNAは最終的には、RNA誘導サイレンシング複合体(RISC)として公知のリボ核タンパク質複合体の中に一本鎖RNAとして取り込まれる。様々なタンパク質がRISCを形成することができ、このことは、miRNA/miRNA二重鎖に対する特異性、標的遺伝子の結合部位、miRNAの活性(抑制するか、または活性化する)、およびmiRNA/miRNA二重鎖のどの鎖がRISCに入るかにおける変動性をもたらすことができる。
miRNA:miRNA二重鎖のmiRNA鎖がRISCに入るとき、miRNAは除かれ、分解される。RISCに入るmiRNA:miRNA二重鎖の鎖は、5’末端がそれほど強固に対形成しない方の鎖である。miRNA:miRNAの両末端がほぼ同等な5’対形成を有する場合には、miRNAおよびmiRNAの両方が遺伝子サイレンシング活性を有する場合がある。
RISCは、標的核酸を、miRNAとmRNAとの間における大きいレベルの相補性に基づいて、とりわけ、miRNAの2〜7番目のヌクレオチドによる相補性に基づいて特定する。
数多くの研究が、翻訳の効率的な阻害を達成するための、miRNAとそのmRNA標的との間における塩基対形成要件を調べている(これらがBartel(2004、Cell、116−281)によって総説される)。哺乳動物細胞では、miRNAの最初の8ヌクレオチドが重要であり得る(Doench&Sharp、2004、GenesDev、2004−504)。しかしながら、ミクロRNAの他の部分もまた、mRNA結合に関与する場合がある。そのうえ、3’における十分な塩基対形成は5’における不十分な対形成を補うことができる(Brennecke他、2005、PLoS、3−e85)。コンピューター計算研究では、ゲノム全体に対するmiRNA結合が分析された場合、標的結合におけるmiRNAの5’での2〜7番目の塩基に特異的な役割が示唆されており、しかし、通常では「A」であることが見出される最初のヌクレオチドの役割もまた認められた(Lewis他、2005、Cell、120−15)。同様に、1〜7番目のヌクレオチドまたは2〜8番目のヌクレオチドが、Krek他(2005、Nat Genet、37−495)によって、標的を特定し、検証するために使用された。
mRNAにおける標的部位が、5’UTR、3’UTRまたはコード領域に存在する場合がある。興味深いことに、多数のmiRNAが、同じ部位または多数の部位を認識することによって同じmRNA標的を調節する場合がある。多数のmiRNA結合部位がほとんどの遺伝子的に特定された標的に存在することは、多数のRISCの協同作用により、最も効率的な翻訳阻害がもたらされることを示し得る。
miRNAが、RISCに、遺伝子発現を2つの機構、すなわち、mRNA切断または翻訳抑制のどちらかによってダウンレギュレーションさせる場合がある。mRNAが、ある特定の程度の相補性をmiRNAに対して有するならば、miRNAにより、mRNAの切断が規定される場合がある。miRNAが切断を導くとき、切れ目は典型的には、miRNAの10番目および11番目の残基に対するヌクレオチド対形成の間である。代替では、miRNAが、必要な程度の相補性をmiRNAに対して有していないならば、miRNAにより、翻訳が抑制される場合がある。翻訳抑制が動物においてより多く見られる場合がある。これは、動物は、より低い程度の相補性をmiRNAと結合部位との間に有する場合があるからである。
どのmiRNAおよびmiRNAの対の5’末端および3’末端にも、変動性が存在し得ることに留意しなければならない。この変動性は、切断部位に関するDroshaおよびDicerの酵素プロセシングにおける変動性に起因する場合がある。miRNAおよびmiRNAの5’末端および3’末端における変動性はまた、プリ−miRNAおよびプレ−miRNAのステム構造におけるミスマッチに起因する場合がある。ステム鎖のミスマッチにより、異なるヘアピン構造の集団がもたらされる場合がある。ステム構造における変動性はまた、DroshaおよびDicerによる切断の生成物における変動性をもたらす場合がある。
用語「ミクロRNA模倣体」は、RNAi経路に入り、遺伝子発現を調節することができる合成された非コードRNAを示す。miRNA模倣体は内因性ミクロRNA(miRNA)の機能を模倣しており、成熟型二本鎖分子または模倣体前駆体(例えば、またはプレ−miRNA)として設計することができる。miRNA模倣体は、修飾された、または修飾されていないRNA、DNA、RNA−DNAハイブリッドまたは代替となり得る核酸化学(例えば、LNAまたは2’−O,4’−C−エチレン架橋核酸(ENA))から構成され得る。他の修飾体が本明細書中下記に記載される。成熟型二本鎖miRNA模倣体については、二重鎖領域の長さが、13〜33ヌクレオチドの間、1824ヌクレオチドの間、または21〜23ヌクレオチドの間で変化し得る。miRNAはまた、合計で少なくとも5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39または40個のヌクレオチドを含む場合がある。miRNAの配列はプレ−miRNAの最初の13〜33ヌクレオチドである場合がある。miRNAの配列はまた、プレ−miRNAの最後の13ヌクレオチド〜33ヌクレオチドである場合がある。miRNAの配列は本明細書中に記載されたmiRNAの配列のいずれか、またはその変化体を含む場合がある。
間葉系幹細胞を接触することが下記のいくつかの方法で実行される場合があることが、本明細書中に提供される説明から理解されるであろう:
1.間葉系幹細胞を成熟型miRNA(または本明細書中下記で記載されるように改変形態)により一過性にトランスフェクションすること。本発明の教示に従って設計されるmiRNAは、酵素的合成および固相合成の両方を含めて、当技術分野で公知の任意のオリゴヌクレオチド合成法に従って作製することができる。固相合成を実行するための様々な設備および試薬が、例えば、Applied Biosystemsから市販されている。そのような合成のための任意の他の手段もまた用いることができる;オリゴヌクレオチドの実際の合成は十分に当業者の能力の範囲内であり、固相化学(例えば、シアノエチルホスホルアミダイト)、その後、脱保護、脱塩および精製(例えば、自動トリチル・オン法またはHPLCによる精製)を利用して、例えば、下記において詳しく記載されるような確立された方法論により達成することができる:Sambrook,J.およびRussell,D.W.(2001)、“Molecular Cloning:A Laboratory Manual”;Ausubel,R.M.他編(1994、1989)、“Current Protocols in Molecular Biology”、第I巻〜第III巻、John Wiley&Sons、Baltimore、Maryland;Perbal,B.(1988)、“A Practical Guide to Molecular Cloning”、John Wiley&Sons、New York;およびGait,M.J.編(1984)、“Oligonucleotide Synthesis”。
2.間葉系幹細胞を、成熟型miRNAをコードする発現ベクターにより安定的または一過性にトランスフェクションすること。
3.間葉系幹細胞を、プレ−miRNAをコードする発現ベクターにより安定的または一過性にトランスフェクションすること。プレ−miRNA配列は、45〜90ヌクレオチド、60〜80ヌクレオチド、または60〜70ヌクレオチドを含む場合がある。プレ−miRNAの配列は、本明細書中に示されるようなmiRNAおよびmiRNAを含む場合がある。プレ−miRNAの配列はまた、プリ−miRNAの5’末端および3’末端から0〜160個のヌクレオチドを除外するプリ−miRNAの配列である場合がある。プレ−miRNAの配列はmiRNAの配列を含む場合がある。
4.間葉系幹細胞を、プリ−miRNAをコードする発現ベクターにより安定的または一過性にトランスフェクションすること。プリ−miRNA配列は、45〜30000ヌクレオチド、50〜25000ヌクレオチド、100〜20000ヌクレオチド、1000〜1500ヌクレオチド、または80〜100ヌクレオチドを含む場合がある。プリ−miRNAの配列は、本明細書中に示されるようにプレ−miRNA、miRNAおよびmiRNA、ならびに、それらの変化体を含む場合がある。miRNA模倣体の調製を化学的合成法によって、または、組換え法によって行うことができる。
述べられたように、本発明ではまた、間葉系幹細胞を特定のmiRNA(つまり、mi−R−193b,mi−R−221,mi−R−135a,mi−R−149, mi−R−222,mi−R−199a,mi−R−302,mi−R−302c,mi−R−302d,mi−R−369−3p,mi−R−370,mi−R−let7a,mi−R−let7b,mi−R−10b,mi−R−23a,mi−R−23b,mi−R−32,miR−145,miR−133,mi−R−138,mi−R−182,mi−R−487,mi−R−214,mi−R−409,mi−R−548−d1,mi−R−889並びにmi−R−1238)のダウンレギュレーションによって星状膠細胞表現型に向けて分化させることが意図される。
ダウンレギュレーションのために意図されるさらなるmiRNAが下記に示される。
miR−204,miR−224,miR−616,miR−122,miR−299,miR−100,miR−138,miR−140,miR−375,miR−217,miR−302,miR−372,miR−96,miR−127−3p,miR−449,miR−135b,miR−101,miR−326,miR−324,miR−335,miR−14,miR−16。
ダウンレギュレーションのために意図されるさらなるmiRNAが下記に示される。
mir−410,mir−3163,mir−148a,mir−148b,mir−152,mir−3121−3p,mir−495,mir−203,mir−4680−3p。
特定の実施形態によれば、miR−32、miR−221、miR−302a、miR−138およびmiR−302bの少なくとも1つが、本発明の星状膠細胞様細胞を生じさせるためにダウンレギュレーションされる。
miRNAをダウンレギュレーションすることを、当該miRNAに対して生理学的条件下での細胞においてハイブリダイゼーション可能であるポリヌクレオチドを使用して実行させることができる。
特定の実施形態によれば、細胞集団が、miR−9、miR−146およびmiR−101のMSCの集団における発現をアップレギュレーションし、かつ、miR−10bおよびmiR−302のMSCの当該集団における発現をダウンレギュレーションすることによって作製される。
別の実施形態によれば、細胞集団が、miR−101の発現をアップレギュレーションし、かつ、miR−138の発現をダウンレギュレーションすることによって作製される。
本明細書中で使用される場合、用語「ハイブリダイゼーション可能(な)」は、ハイブリダイゼーションすることができること、すなわち、二本鎖分子(例えば、RNA:RNA、RNA:DNAおよび/またはDNA:DNA分子など)を形成できることを示す。「生理学的条件」は、細胞、組織あるいは完全な生物体または細胞体に存在する条件を示す。好ましくは、本発明によって使用される生理学的条件には、34℃〜40℃の間の温度、より好ましくは35℃〜38℃の間の温度、より好ましくは36℃〜37.5℃の間の温度、最も好ましくは37℃〜37.5℃の間の温度;0.8%〜1%の間、より好ましくは約0.9%の塩濃度(例えば、塩化ナトリウムNaCl);および/または、6.5〜8の範囲でのpH値、より好ましくは6.5〜7.5、最も好ましくは7〜7.5の範囲でのpH値が含まれる。
本明細書中上記で述べられたように、上記リストのmiRNAおよび本明細書中に記載されるmiRNAをダウンレギュレーションするポリヌクレオチドが、当技術分野で公知の様々な方法を使用して、修飾ポリヌクレオチドとして提供される場合がある。
例えば、本発明のオリゴヌクレオチド(例えば、miRNA)またはポリヌクレオチドは、3’から5’へのホスホジエステル連結で結合する、プリン塩基およびピリミジン塩基からなる複素環式ヌクレオシドを含む場合がある。
好ましく使用されるオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドは、本明細書中下記で幅広く記載されるように、骨格、ヌクレオシド間連結または塩基のいずれにおいても改変されるものである。
本発明のこの局面に従って有用である好ましいオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドの具体的な例には、修飾された骨格または非天然型のヌクレオシド間連結を含有するオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドが含まれる。修飾された骨格を有するオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドには、米国特許第4,469,863号;米国特許第4,476,301号;米国特許第5,023,243号;米国特許第5,177,196号;米国特許第5,188,897号;米国特許第5,264,423号;米国特許第5,276,019号;米国特許第5,278,302号;米国特許第5,286,717号;米国特許第5,321,131号;米国特許第5,399,676号;米国特許第5,405,939号;米国特許第5,453,496号;米国特許第5,455,233号;米国特許第5,466,677号;米国特許第5,476,925号;米国特許第5,519,126号;米国特許第5,536,821号;米国特許第5,541,306号;米国特許第5,550,111号;米国特許第5,563,253号;米国特許第5,571,799号;米国特許第5,587,361号;および米国特許第5,625,050号に開示されるように、リン原子を骨格に保持するものが含まれる。
好ましい修飾オリゴヌクレオチド骨格または修飾ポリヌクレオチド骨格には、例えば、ホスホロチオアート;キラルなホスホロチオアート;ホスホロジチオアート;ホスホトリエステル;アミノアルキルホスホトリエステル;メチルホスホナートおよび他のアルキルホスホナート(3’−アルキレンホスホナートおよびキラルなホスホナートを含む);ホスフィナート;ホスホルアミダート(3’−アミノホスホルアミダートおよびアミノアルキルホスホルアミダートを含む);チオノホスホルアミダート;チオノアルキルホスホナート;チオノアルキルホスホトリエステル;ならびに、通常の3’−5’連結を有するボラノホスファート、これらの2’−5’連結アナログ、および、逆の極性を有するもの(この場合、ヌクレオシドユニットの隣接する対が、3’−5’から5’−3’に、または、2’−5’から5’−2’に連結される)が含まれる。上記修飾体の様々な塩、混合塩および遊離酸形態もまた使用することができる。
代替において、リン原子を骨格に含まない修飾オリゴヌクレオチド骨格または修飾ポリヌクレオチド骨格は、短鎖アルキルまたはシクロアルキルのヌクレオシド間連結、ヘテロ原子およびアルキルまたはシクロアルキルの混合型ヌクレオシド間連結、あるいは、1つまたは複数の短鎖ヘテロ原子ヌクレオシド間連結または複素環ヌクレオシド間連結によって形成される骨格を有する。これらには、米国特許第5,034,506号;米国特許第5,166,315号;米国特許第5,185,444号;米国特許第5,214,134号;米国特許第5,216,141号;米国特許第5,235,033号;米国特許第5,264,562号;米国特許第5,264,564号;米国特許第5,405,938号;米国特許第5,434,257号;米国特許第5,466,677号;米国特許第5,470,967号;米国特許第5,489,677号;米国特許第5,541,307号;米国特許第5,561,225号;米国特許第5,596,086号;米国特許第5,602,240号;米国特許第5,610,289号;米国特許第5,602,240号;米国特許第5,608,046号;米国特許第5,610,289号;米国特許第5,618,704号;米国特許第5,623,070号;米国特許第5,663,312号;米国特許第5,633,360号;米国特許第5,677,437号;および米国特許第5,677,439号に開示されるように、(部分的にはヌクレオシドの糖部分から形成される)モルホリノ連結;シロキサン骨格;スルフィド骨格、スルホキシド骨格およびスルホン骨格;ホルムアセチル骨格およびチオホルムアセチル骨格;メチレンホルムアセチル骨格およびメチレンチオホルムアセチル骨格;アルケン含有骨格;スルファマート骨格;メチレンイミノ骨格およびメチレンヒドラジノ骨格;スルホナート骨格およびスルホンアミド骨格;アミド骨格を有するもの;ならびに、N、O、SおよびCHの混合成分部分を有する他のものが含まれる。
本発明に従って使用されることがある他のオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドが、糖およびヌクレオシド間連結の両方において修飾されるものであり、すなわち、ヌクレオチドユニットの骨格が新規な基により置き換えられる。塩基ユニットは、適切なポリヌクレオチド標的との相補のために維持される。そのようなオリゴヌクレオチド模倣体の一例には、ペプチド核酸(PNA)が含まれる。PNAオリゴヌクレオチドは、糖−骨格がアミド含有骨格(特に、アミノエチルグリシン骨格)により置き換えられるオリゴヌクレオチドを示す。塩基は保持され、骨格のアミド部分のアザ窒素原子に直接的または間接的に結合する。PNA化合物の調製を教示する米国特許には、米国特許第5539082号、同第5714331号および同第5719262号が含まれるが、これらに限定されない(これらのそれぞれが参照によって本明細書中に組み込まれる)。本発明において使用されることがある他の骨格修飾が米国特許第6303374号に開示される。
本発明のオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドはまた、塩基修飾または塩基置換を含む場合がある。本明細書中で使用される場合、「非修飾」塩基または「天然型」塩基には、プリン塩基のアデニン(A)およびグアニン(G)、ならびに、ピリミジン塩基のチミン(T)、シトシン(C)およびウラシル(U)が含まれる。「修飾(された)」塩基には、他の合成塩基および天然型塩基、例えば、下記の塩基が含まれるが、それらに限定されない:5−メチルシトシン(5−me−C);5−ヒドロキシメチルシトシン;キサンチン;ヒポキサンチン;2−アミノアデニン;アデニンおよびグアニンの6−メチル誘導体および他のアルキル誘導体;アデニンおよびグアニンの2−プロピル誘導体および他のアルキル誘導体;2−チオウラシル、2−チオチミンおよび2−チオシトシン;5−ハロウラシルおよびシトシン;5−プロピニルウラシルおよび5−プロピニルシトシン;6−アゾウラシル、6−アゾシトシンおよび6−アゾチミン;5−ウラシル(プセウドウラシル);4−チオウラシル;8−ハロ、8−アミノ、8−チオール、8−チオアルキル、8−ヒドロキシルおよび他の8−置換されたアデニンおよびグアニン;5−ハロ、特に5−ブロモ、5−トリフルオロメチルおよび他の5−置換されたウラシルおよびシトシン;7−メチルグアニンおよび7−メチルアデニン;8−アザグアニンおよび8−アザアデニン;7−デアザグアニンおよび7−デアザアデニン;ならびに3−デアザグアニンおよび3−デアザアデニン。さらなる修飾塩基には、下記において開示される修飾塩基が含まれる:米国特許第3687808号;Kroschwitz,J.I.他(1990)、“The Concise Encyclopedia Of Polymer Science And Engineering”、858頁〜859頁、John Wiley&Sons;Englisch他(1991)、“Angewandte Chemie”、International Edition、30、613;および、Sanghvi,Y.S.、“Antisense Research and Applications”、第15章、289頁〜302頁、S.T.CrookeおよびB.Lebleu編、CRC Press、1993。そのような修飾塩基は、本発明のオリゴマー化合物の結合親和性を増大させるために特に有用である。これらには、5−置換ピリミジン、6−アザピリミジン類、ならびに、N−2−置換プリン、N−6−置換プリンおよびO−6−置換プリン(2−アミノプロピルアデニン、5−プロピニルウラシルおよび5−プロピニルシトシンを含む)が含まれる。5−メチルシトシン置換体は、核酸二重鎖の安定性を0.6℃〜1.2℃増大させることが示されており(Sanghvi,Y.S.他(1993)、“Antisense Research and Applications”、276頁〜278頁、CRC Press、Boca Raton)、現時点では好ましい塩基置換体であり、一層より具体的には、2’−O−メトキシエチルによる糖修飾と組み合わされるときには好ましい塩基置換体である。
miRNAまたはmiRNAを調節するポリヌクレオチド作用因を間葉系幹細胞において発現させるために、miRNA(またはプレ−miRNA、またはプリ−miRNA、または、miRNAをダウンレギュレーションするポリヌクレオチド)をコードするポリヌクレオチド配列が好ましくは、間葉系幹細胞での発現のために好適である核酸構築物に連結される。そのような核酸構築物は、細胞におけるポリヌクレオチド配列の転写を構成的様式または誘導可能な様式で行わせるためのプロモーター配列を含む。
本発明のいくつかの実施形態の核酸構築物ではまた、所望される活性(例えば、星状膠細胞分化能など)を示すmiRNAホモログが利用され得ることが理解されるであろう。そのようなホモログは、SmithおよびWatermanのアルゴリズムを利用するWisconsin配列分析パッケージのBestFitソフトウエアを使用して求められる場合(ただし、この場合、ギャップ重みが50に等しく、長さ重みが3に等しく、平均マッチが10に等しく、平均ミスマッチが−9に等しい)、例えば、与えられる配列のいずれかに対する同一性が少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%または100%であることが可能である。
加えて、ホモログは、SmithおよびWatermanのアルゴリズムを利用するWisconsin配列分析パッケージのBestFitソフトウエアを使用して求められる場合(ただし、この場合、ギャップ重みが50に等しく、長さ重みが3に等しく、平均マッチが10に等しく、平均ミスマッチが−9に等しい)、例えば、本明細書中で与えられる配列に対する同一性が少なくとも60%、少なくとも61%、少なくとも62%、少なくとも63%、少なくとも64%、少なくとも65%、少なくとも66%、少なくとも67%、少なくとも68%、少なくとも69%、少なくとも70%、少なくとも71%、少なくとも72%、少なくとも73%、少なくとも74%、少なくとも75%、少なくとも76%、少なくとも77%、少なくとも78%、少なくとも79%、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%または100%であることが可能である。
本発明のいくつかの実施形態との使用のために好適である構成的プロモーターが、ほとんどの環境条件およびほとんどのタイプの細胞のもとで活性であるプロモーター配列であり、例えば、サイトメガロウイルス(CMV)およびラウス肉腫ウイルス(RSV)などである。本発明のいくつかの実施形態との使用のために好適である誘導可能なプロモーターには、例えば、テトラサイクリン誘導プロモーター(Zabala M他、Cancer Res、2004、64(8):2799〜804)が含まれる。
真核生物プロモーターは典型的には、2つのタイプの認識配列、すなわち、TATAボックスおよび上流プロモーターエレメントを含有する。TATAボックスは、転写開始部位から25塩基対〜30塩基対上流に位置しており、RNAポリメラーゼにRNA合成を開始させることに関与すると考えられている。もう一方の上流プロモーターエレメントにより、転写が開始される速度が決定される。
好ましくは、本発明のいくつかの実施形態の核酸構築物によって利用されるプロモーターは、形質転換された特定の細胞集団において、すなわち、間葉系幹細胞において活性である。
エンハンサーエレメントは、連結されている同種または異種プロモーターから転写を1000倍にまで刺激することができる。エンハンサーは、転写開始部位の下流側または上流側に置かれたときに活性である。ウイルスに由来する多くのエンハンサーエレメントは幅広い宿主範囲を有しており、様々な組織において活性である。例えば、SV40の初期遺伝子エンハンサーが多くの細胞タイプのために好適である。本発明のいくつかの実施形態のために好適である他のエンハンサー/プロモーター組合せには、ポリオーマウイルス、ヒトまたはマウスのサイトメガロウイルス(CMV)、様々なレトロウイルス(例えば、マウス白血病ウイルス、マウス肉腫ウイルスまたはラウス肉腫ウイルス、およびHIVなど)から得られる長末端反復に由来する組合せが含まれる。Enhancers and Eukaryotic Expression(Cold Spring Harbor Press、Cold Spring Harbor、N.Y.、1983)を参照のこと(これは参照によって本明細書中に組み込まれる)。
発現ベクターの構築において、プロモーターは好ましくは、異種の転写開始部位からの距離がその天然の環境における転写開始部位からの距離とおよそ同じで配置される。しかしながら、当技術分野では公知のように、この距離におけるいくらかの変動が、プロモーター機能を失うことなく受け入れられ得る。
既に記載されたエレメントに加えて、本発明のいくつかの実施形態の発現ベクターは典型的には、クローン化された核酸の発現レベルを増大させるために、または組換えDNAを有する細胞の特定を容易にするために意図される他の特化したエレメントを含有する場合がある。例えば、いくつかの動物ウイルスは、許容細胞タイプにおけるウイルスゲノムの染色体外での複製を促進させるDNA配列を含有する。これらのウイルスレプリコンを有するプラスミドは、適切な因子が、プラスミドで運ばれる遺伝子または宿主細胞のゲノムとともに運ばれる遺伝子のどちらかによって提供される限り、エピソームとして複製される。
ベクターは真核生物レプリコンを含む場合があり、または含まない場合がある。真核生物レプリコンが存在するならば、ベクターは、適切な選択マーカーを使用して真核生物細胞において増幅可能である。ベクターが真核生物レプリコンを含まないならば、エピソーム増幅を行うことができない。代わりに、組換えDNAが、操作された細胞のゲノムに一体化し、この場合、その細胞において、プロモーターにより、所望される核酸の発現が導かれる。
哺乳動物発現ベクターの例には、pcDNA3、pcDNA3.1(+/−)、pGL3、pZeoSV2(+/−)、pSecTag2、pDisplay、pEF/myc/cyto、pCMV/myc/cyto、pCR3.1、pSinRep5、DH26S、DHBB、pNMT1、pNMT41、pNMT81(これらはInvitrogenから入手可能である)、pCI(これはPromegaから入手可能である)、pMbac、pPbac、pBK−RSVおよびpBK−CMV(これらはStrategeneから入手可能である)、pTRES(これはClontechから入手可能である)、ならびに、それらの誘導体が含まれるが、これらに限定されない。
真核生物ウイルス(例えば、レトロウイルスなど)から得られる調節エレメントを含有する発現ベクターもまた使用することができる。SV40系ベクターには、pSVT7およびpMT2が含まれる。ウシパピローマウイルスに由来するベクターには、pBV−1MTHAが含まれ、エプスタイン・バールウイルスに由来するベクターには、pHEBOおよびp2O5が含まれる。他の例示的なベクターには、pMSG、pAV009/A、pMTO10/A、pMAMneo−5、バキュロウイルスpDSVE、および任意の、真核生物細胞における発現のために効果的であることが示されるSV−40初期プロモーター、SV−40後期プロモーター、メタロチオネインプロモーター、マウス乳ガンウイルスプロモーター、ラウス肉腫ウイルスプロモーター、ポリヘドリンプロモーターまたは他のプロモーターの指示のもとでのタンパク質の発現を可能にする他のベクターが含まれる。
上記で記載されるように、ウイルスは、多くの場合には宿主の防御機構を逃れるために進化してきた非常に特殊化された感染性作用因である。典型的には、ウイルスは特定の細胞タイプにおいて感染し、伝播する。ウイルスベクターの標的化特異性では、その天然の特異性が、所定の細胞タイプを特異的に標的とし、かつ、それにより、組換え遺伝子を感染細胞に導入するために利用される。したがって、本発明のいくつかの実施形態によって使用されるベクターのタイプは、形質転換された細胞タイプに依存するであろう。好適なベクターを形質転換された細胞タイプに従って選択できることは、十分に当業者の能力の範囲内であり、そのようなものとして、選択での考慮の一般的記載は本明細書中には提供されない。例えば、骨髄細胞を、ヒトT細胞白血病ウイルスI型(HTLV−I)を使用して標的化することができ、また、腎臓細胞が、Liang CY他(2004)(Arch Virol、149:51〜60)に記載されるようなバキュロウイルスのオートグラファ・カリフォルニカ(Autographa californica)核多角体病ウイルス(AcMNPV)に存在する異種プロモーターを使用して標的化される場合がある。
1つの実施形態によれば、レンチウイルスベクターが、間葉系幹細胞をトランスフェクションするために使用される。
様々な方法を、本発明のいくつかの実施形態の発現ベクターを間葉系幹細胞に導入するために使用することができる。そのような方法が、Sambrook他、Molecular Cloning:A Laboratory Manual、Cold Springs Harbor Laboratory、New York(1989、1992)、Ausubel他、Current Protocols in Molecular Biology、John Wiley and Sons、Baltimore、Md.(1989)、Chang他、Somatic Gene Therapy、CRC Press、Ann Arbor、Mich.(1995)、Vega他、Gene Targeting、CRC Press、Ann Arbor、Mich.(1995)、Vectors:A Survey of Molecular Cloning Vectors and Their Uses、Butterworths、Boston Mass.(1988)、およびGilboa他[Biotechniques、4(6):504〜512、1986]において一般的に記載されており、また、そのような方法には、例えば、組換えウイルスベクターを用いた安定的または一過性のトランスフェクション、リポフェクション、エレクトロポレーションおよび感染が含まれる。加えて、陽性−陰性の選抜方法については米国特許第5464764号および同第5487992号を参照のこと。
ウイルス感染による核酸の導入は、より大きいトランスフェクション効率をウイルスの感染性のために得ることができるので、他の方法(例えば、リポフェクションおよびエレクトロポレーションなど)を上回るいくつかの利点を提供する。
非ウイルス性である他のベクター、例えば、カチオン性脂質、ポリリシンおよびデンドリマーなどを使用することができる。
miRNA、miRNA模倣体およびプレ−miRは、ナノ粒子(例えば、金ナノ粒子など)を使用して、または、酸化第二鉄磁性NPによってもまた、細胞にトランスフェクションすることができる。例えば、Ghosh他、Biomaterials、2013(Jan)、34(3):807〜16;Crew E他、Anal Chem、2012(Jan)、3、84(1):26〜9を参照のこと。本明細書中上記で述べられたように、本明細書中に記載されるmiRNAをダウンレギュレーションするポリヌクレオチドが、当技術分野で公知の様々な方法を使用して、修飾ポリヌクレオチドとして提供される場合がある。
組込みを伴わないトランスフェクションの他の様式には、小環状DNAベクターの使用、またはゲノムから後で除くことができる遺伝子のトランスフェクションを可能にするPiggyBacトランスポゾンの使用が含まれる。
本明細書中上記で述べられたように、様々な原核生物細胞または真核生物細胞を、本発明のいくつかの実施形態のmiRNAまたは当該miRNAをダウンレギュレーションすることができるポリヌクレオチド作用因を発現させるための宿主発現系として使用することができる。これらには、微生物、例えば、コード配列を含有する組換えバクテリオファージDNA発現ベクター、組換えプラスミドDNA発現ベクターまたは組換えコスミドDNA発現ベクターにより形質転換される細菌、コード配列を含有する組換え酵母発現ベクターにより形質転換される酵母;コード配列を含有する組換えウイルス発現ベクター(例えば、カリフラワーモザイクウイルス、CaMV;タバコモザイクウイルス、TMV)が感染させられる植物細胞系、または、コード配列を含有する組換えプラスミド発現ベクター(例えば、Tiプラスミドなど)により形質転換される植物細胞系が含まれるが、これらに限定されない。哺乳動物発現系もまた、本発明のいくつかの実施形態のmiRNAを発現させるために使用することができる。
細菌用構築物の例には、E.coli発現ベクターのpETシリーズが含まれる[Studier他(1990)、Methods in Enzymol、185:60〜89)。
酵母においては、米国特許第5932447号に開示されるように、構成的または誘導可能なプロモーターを含有する数多くのベクターを使用することができる。代替では、外来DNA配列の酵母染色体への組み込みを促進するベクターを使用することができる。
間葉系幹細胞を接触させるために使用される条件が、miRNA(またはその阻害剤)がその分化を誘導することを可能にする期間/細胞濃度/miRNA濃度/細胞とmiRNAとの間の比率について選択される。本発明者らはさらに、星状膠細胞系譜に向かう分化を促進させる分化因子との間葉系幹細胞のインキュベーションを意図する。そのような分化因子とのインキュベーションが、miRNAと接触させることの前に、miRNAと接触させることと同時に、または、miRNAと接触させることの後で実行される場合がある。この実施形態によれば、培地は、SHH(例えば、約250ng/ml)、FGFb(例えば、約50ng/ml)、EGF(例えば、約50ng/ml)、cAMPインデューサ(例えば、IBMXまたはdbcycAMP)、PDGF(例えば、約5ng/ml)、ニューレギュリン(例えば、約50ng/ml)、およびFGFb(例えば、約20ng/ml)のうちの少なくとも1つを補充されることができる。
代替において、または、加えて、間葉系幹細胞は、発現構築物を使用して、例えば、本明細書中上記で記載される発現構築物などを使用して、そのような分化因子を発現するように遺伝子改変される場合がある。
分化工程の期間中またはその後において、間葉系幹細胞はそれらの分化状態についてモニターされる場合がある。細胞分化を、分化を示すことが公知の細胞特異的マーカーまたは組織特異的マーカーを調べたときに明らかにすることができる。例えば、分化細胞が下記のマーカーを発現する場合がある:S100beta、グリア線維酸性タンパク質(GFAP)、グルタミンシンセターゼ、GLT−1、興奮性アミノ酸輸送体1(EAAT1)および興奮性アミノ酸輸送体2(EAAT2)。さらに、分化細胞は神経栄養因子を分泌する場合があり、そのような神経栄養因子には、例えば、グリア由来神経栄養因子(GDNF)、GenBankアクセション番号L19063、同L15306;神経成長因子(NGF)、GenBankアクセション番号CAA37703;脳由来神経栄養因子(BDNF)、GenBankアクセション番号CAA62632;ニューロトロフィン−3(NT−3)、GenBankアクセション番号M37763;ニューロトロフィン−4/5;ニュールツリン(NTN)、GenBankアクセション番号NP_004549;ニューロトロフィン−4、GenBankアクセション番号M86528;パーセフィン、GenBankアクセション番号AAC39640;脳由来神経栄養因子(BDNF)、GenBankアクセション番号CAA42761;アルテミン(ART)、GenBankアクセション番号AAD13110;毛様体神経栄養因子(CNTF)、GenBankアクセション番号NP_000605;インスリン様増殖因子−I(IGF−1)、GenBankアクセション番号NP_000609;および/またはニューブラスチン(Neublastin)、GenBankアクセション番号AAD21075が含まれる。
分化時間が、星状膠細胞の初期始原体またはより成熟した星状膠細胞を得るように選択され得ることが理解されるであろう。特定の初期の星状膠細胞性細胞または成熟した星状膠細胞性細胞について富化することもまた意図される。CD44、A2B5およびS100などのマーカーを発現する細胞について選択することは、始原体タイプの星状膠細胞の富化を可能にし、これに対して、GFAPおよびグルタミンシンターゼなどのマーカーを発現する細胞について選択することは、成熟型星状膠細胞の富化を可能にする。
組織/細胞特異的なマーカーを、当技術分野で周知の免疫学的技術を使用して検出することができる[Thomson JA他(1998)、Science、282:1145〜7]。例には、膜結合マーカーのためのフローサイトメトリー、細胞外および細胞内マーカーのための免疫組織化学、ならびに、分泌された分子マーカーのための酵素免疫アッセイが含まれるが、これらに限定されない。
加えて、細胞分化の後には、GFPまたはRFPによりタグ化され、増大した蛍光を分化時に示す特異的レポーターを伴うことができる。
本明細書中に記載される方法に従って得られる単離された細胞集団は典型的には不均一であり、だが、均一な細胞集団もまた意図される。
特定の実施形態によれば、細胞集団は、miRNAまたは当該miRNAをダウンレギュレーションすることができるポリヌクレオチド作用因を発現するように遺伝子改変される。
用語「単離された」は、本明細書中で使用される場合、その生体内場所(例えば、骨髄、神経組織)から取り出されている細胞の集団を示す。好ましくは、単離された細胞集団は、その生体内場所に存在する他の物質(例えば、他の細胞)を実質的に含んでいない。
細胞集団は、細胞の約50%超が、以下のマーカーの少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つまたは全てを発現するように選択される場合がある:S100beta、グリア線維酸性タンパク質(GFAP)、グルタミンシンセターゼ、GLT−1、GDNF,BDNF,IGF−1およびGLAST。
細胞集団は、細胞の約60%超が、以下のマーカーの少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つまたは全てを発現するように選択される場合がある:S100beta、グリア線維酸性タンパク質(GFAP)、グルタミンシンセターゼ、GLT−1、GDNF,BDNF,IGF−1およびGLAST。
細胞集団は、細胞の約70%超が、以下のマーカーの少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つまたは全てを発現するように選択される場合がある:S100beta、グリア線維酸性タンパク質(GFAP)、グルタミンシンセターゼ、GLT−1、GDNF,BDNF,IGF−1およびGLAST。
細胞集団は、細胞の約80%超が、以下のマーカーの少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つまたは全てを発現するように選択される場合がある:S100beta、グリア線維酸性タンパク質(GFAP)、グルタミンシンセターゼ、GLT−1、GDNF,BDNF,IGF−1およびGLAST。
細胞集団は、細胞の約90%超が、以下のマーカーの少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つまたは全てを発現するように選択される場合がある:S100beta、グリア線維酸性タンパク質(GFAP)、グルタミンシンセターゼ、GLT−1、GDNF,BDNF,IGF−1およびGLAST。
細胞集団は、細胞の約95%超が、以下のマーカーの少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つまたは全てを発現するように選択される場合がある:S100beta、グリア線維酸性タンパク質(GFAP)、グルタミンシンセターゼ、GLT−1、GDNF,BDNF,IGF−1およびGLAST。
細胞の特定の亜集団の単離が、細胞の蛍光活性化細胞分取および/または磁気分離を含む当技術分野で公知の技術を使用して実行される場合がある。
本発明のこの局面の集団の細胞は、細胞サイズ、細胞形状、オルガネラサイズおよびオルガネラ数を含む構造的な星状膠細胞表現型を含む場合がある。したがって、成熟星状膠細胞の構造的な表現型は、丸い核、「星形」の本体、およびCNSの小血管上で血管基底膜として終わる多くの長い突起を含む。
これらの構造的表現型が、顕微鏡技術(例えば、走査型電子顕微鏡法)を使用して分析される場合がある。抗体または色素が、分析を助けるための識別特徴を強調するために使用される場合がある。
本発明者らはさらに、MSCを星状膠細胞表現型に向かって分化させたときにアップレギュレーションされる特定のmiRNA(miRNA504)がα−シヌクレインを標的とすることを示している(図10を参照のこと)。α−シヌクレイン遺伝子内の変異が常染色体優性家族性PDに伴う。
したがって、本発明者らはさらに、miRNA504を脳に輸送するためのカーゴ細胞としてのMSCの使用を提案する。この場合、脳において、このmiRNAがその後、パーキンソン病のための処置としてα−シヌクレインを標的とする。
MSCを星状膠細胞表現型に向かって分化させたときにアップレギュレーションされる別のmiRNA(miRNA152)がハンチントン(HTT)遺伝子を標的とする。この遺伝子内の変異がハンチントン病(HD)に伴う。
したがって、本発明者らはさらに、miRNA152を脳に輸送するためのカーゴ細胞としてのMSCの使用を提案する。この場合、脳において、このmiRNAがその後、ハンチントン病のための処置としてα−シヌクレインを標的とする。
MSCを星状膠細胞表現型に向かって分化させたときにアップレギュレーションされる別のmiRNA(miRNA665)がプリオン遺伝子(PRNP)を標的とする。したがって、本発明者らはさらに、miRNA665を脳に輸送するためのカーゴ細胞としてのMSCの使用を提案する。この場合、脳において、このmiRNAがその後、PRNPを標的とする。
MSCを星状膠細胞表現型に向かって分化させたときにアップレギュレーションされる別のmiRNA(miRNA340)がSOD1遺伝子を標的とする。この遺伝子内の変異がALSに伴う。
したがって、本発明者らはさらに、miRNA340を脳に輸送するためのカーゴ細胞としてのMSCの使用を提案する。この場合、脳において、このmiRNAがその後、ALSのための処置としてSOD1遺伝子を標的とする。
本発明のこの局面によれば、MSCが、miRNA(またはその模倣体)を発現するように操作され、MSCが本明細書中上記で記載されるような星状膠細胞表現型に向かって分化するように培養される場合がある。代替では、MSCが、miRNA(またはその模倣体)を発現するように操作され、星状膠細胞分化を考慮することなく患者(例えば、パーキンソン病患者)に投与される場合がある。
本発明の細胞および細胞集団は様々な治療目的のために有用でありうる。本明細書で記載される細胞で有益に治療しうるCNS疾患またはCNS障害の代表的な例には、疼痛性障害、運動障害、解離性障害、気分障害、情動障害、神経変性疾患または神経変性障害、および痙攣性障害が含まれるが、これらに限定されない。
そのような状態のより具体的な例には、パーキンソン病、ALS、多発性硬化症、ハンチントン病、自己免疫性脳脊髄炎、糖尿病性神経障害、緑内障性(glaucatomus)神経障害、黄斑変性、動作時振戦および遅発性ジスキネジー、パニック、不安、うつ病、アルコール依存症、不眠症、躁病的行動、アルツハイマー病ならびにてんかんが含まれるが、これらに限定されない。
分化MSCの使用はまた、脊髄傷害を含む神経系の外傷性病変を処置するために、また、出血または血栓症または塞栓症によって引き起こされる卒中を処置するためにも適応される場合がある。これは、神経形成を誘導し、かつ、損傷ニューロンに対する傷害を最小限に抑えるための生存因子を提供することが必要であるからである。
本明細書中に記載される方法のどれにおいても、細胞が、自己、半自己または非自己(すなわち、同種または異種)のヒトのドナーまたは胚または臍帯/胎盤から得られる場合がある。例えば、細胞がヒト死体またはドナー対象から単離される場合がある。
半自己の用語は、主要組織適合遺伝子複合体(MHC)のクラスIまたはクラスIIの遺伝子座においてレシピエント細胞に対して部分的に一致していないドナー細胞を示す。
本発明の細胞は、埋め込み部位にその性質が依存する様々な移植取り組みを使用して、処置された個体に投与することができる。
「移植」、「細胞置換」または「移植する」の用語または表現は本明細書中では交換可能に使用され、本発明の細胞を標的組織に導入することを示す。上述のように、細胞はレシピエントに、あるいは、同種ドナー、半同種ドナーまたは異種ドナーに由来することができる。
細胞は全身的には循環に注入するか、クモ膜下腔内に投与するかまたは中枢神経系、脊髄もしくは脳室腔の中に移植するか、あるいは、硬膜下において宿主の脳の表面に移植することができる。成功する移植のための条件には、(i)埋め込み物の生存性、(ii)移植部位における移植片の保持、および(iii)移植部位における最少量の病理学的反応が含まれる。様々な神経組織(例えば、胚性脳組織)を宿主の脳に移植するための様々な方法が、“Neural grafting in the mammalian CNS”、BjorklundおよびStenevi編(1985);Freed他(2001);Olanow他(2003)に記載されている。これらの手順には、実質内移植、すなわち、組織を移植時に脳の実質に注入するか、または置くことによって達成される、(脳外または実質外移植と比較されるような)宿主の脳の内部における実質内移植が含まれる。
実質内移植を、2つの取り組みを使用して行うことができる:(i)細胞を宿主の脳の実質に注入すること、または(ii)宿主の脳の実質を露出させるために外科的手段によって腔を準備し、その後、移植片をこの腔の中に置くこと。両方の方法が、移植片と宿主脳組織との間における実質での設置を移植時にもたらし、また、ともに、移植片と宿主脳組織との間における解剖学的一体化を容易にする。移植片が宿主の脳の不可欠な部分となり、かつ、宿主の生涯にわたって生存することが要求されるならば、このことは重要である。
代替では、移植片が、室(例えば、脳室)に、あるいは、硬膜下に、すなわち、介在する軟膜またはクモ膜および軟膜によって宿主の脳の実質から隔てられる宿主の脳の表面に置かれる場合がある。脳室に移植することが、ドナー細胞の注入によって、または細胞を基体(例えば、3%コラーゲンなど)において成長させて、その後、移植片のずれを防止するために脳室内に埋め込まれることがある充実組織のプラグを形成することによって達成される場合がある。硬膜下移植のために、細胞が、隙間を硬膜に作製した後で脳の表面の周りに注入される場合がある。宿主の脳の選択された領域への注入が、ドリルで穴を開け、硬膜を突き通して、マイクロシリンジの針が挿入されることを可能にすることによって行われる場合がある。マイクロシリンジは好ましくは、定位フレームに取り付けられ、三次元定位座標が、針を脳または脊髄の所望される場所に設置するために選択される。細胞はまた、脳の被殻、基底核、海馬皮質、線条体、黒質または尾状領域に、同様にまた、脊髄に導入される場合がある。
細胞はまた、組織の健康な領域に移植される場合がある。場合により、損傷した組織区域の正確な場所が不明である場合があり、細胞が、健康な領域に気付かずに移植される場合がある。他の場合には、細胞を健康な領域に投与して、それにより、その領域に対する何らかのさらなる損傷を回避することが好ましい場合がある。どのような場合であれ、移植後、細胞は好ましくは、損傷区域に遊走する。
移植のために、細胞懸濁物がシリンジに引き入れられ、麻酔された移植レシピエントに投与される。複数の注入が、この手順を使用して行われる場合がある。
細胞を、脳または脊髄における任意の所定の部位に移植することをこのように可能にする細胞懸濁物手順は、比較的非外傷性であり、複数の移植を、同じ細胞懸濁物を使用していくつかの異なる部位または同じ部位において同時に可能にし、また、異なる解剖学的領域から得られる細胞の混合物を可能にする。複数の移植片が、細胞タイプの混合物、および/または細胞に挿入される導入遺伝子の混合物からなる場合がある。好ましくは、およそ10〜およそ10個の細胞が移植片あたり導入される。細胞は、冒された区域への標的化の機会を最大にするために、異なる場所に同時に投与することができる(例えば、クモ膜下腔内および静脈内の組み合わされた投与など)。
脊髄移植に好ましい場合がある腔内への移植のために、組織が中枢神経系(CNS)の外側表面に近い領域から取り出され、例えば、Stenevi他(Brain Res、114:1〜20、1976)によって記載されるように、脳の上にある骨を除き、出血をゲルフォームなどの材料により止めることによって移植腔を形成する。吸引が、腔を作り出すために使用される場合がある。その後、移植片が腔に置かれる。2つ以上の移植片が、細胞または充実組織埋め込み物の注入を使用して同じ腔に置かれる場合がある。好ましくは、埋め込み部位が、処置されるCNS障害によって決定される。脱髄したMS病変が、MSの効果的な処置が適切な標的部位への細胞の遊走能により依拠し得るように、CNSの至るところ、多数の場所にわたって分布する。
本明細書中に記載される細胞の鼻腔内投与もまた意図される。
MSCは典型的には、MHCクラス2をダウンレギュレーションし、したがって、免疫原性がそれほど大きくない。臍帯血、臍帯ワルトンゼリーまたは胎盤から得られる胚性細胞または新生児細胞は、特にそのような細胞は最初は免疫抑制的かつ免疫調節性であるので、強い免疫原性である可能性がさらにより少なく、したがって、拒絶される可能性がそれほど大きくない。
それにもかかわらず、非自己細胞は、身体に投与されたときには免疫反応を誘導することがあるので、いくつかの取り組みが、非自己細胞の拒絶の可能性を軽減するために開発されている。さらに、多発性硬化症などの疾患は、炎症に基づく疾患であるので、免疫反応の問題が悪化する。これらには、細胞を免疫学的寛容部位に投与すること、あるいは、代替では、最初は自己免疫障害を抑えるために適応されることがある抗炎症性処置を提供して、および/または、非自己/半自己の細胞を移植前に免疫隔離性の半透過性膜でカプセル封入して、レシピエントの免疫系を抑制することのどちらもが含まれる。
本明細書中上記で述べられたように、本発明者らはまた、免疫反応を制限するための新生児間葉系幹細胞の使用を提案する。
下記の実験が、神経学的障害を処置するための、臍帯/胎盤から単離される新生児MSCの潜在的な使用を確認するために行われる場合がある。
1)分化MSC(様々な神経細胞または神経始原体細胞に至るもの)が、同種T細胞との一方向混合リンパ球培養において刺激因子として役立つ場合があり、同じドナーから単離される同種リンパ球に対して応答するT細胞との比較での増殖応答が、低応答性を実証するためにH−チミジン取り込みによって評価される場合がある。
2)分化MSCが、T細胞により媒介される増殖応答に対する免疫抑制影響を確認するために、一方向混合リンパ球培養に対して、また、T細胞マイトジェン(フィトヘマグルチニンおよびコンカナバリンA)との細胞培養に対して添加/共培養される場合がある。
3)Brown Norwayラットから培養される臍帯細胞および胎盤細胞(非改変細胞および分化細胞)がMSCについて富化される場合があり、これらの細胞が、誘導された実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)を有するLewisラットに注入される場合がある。代替では、BALB/cマウスの(BALB/cxC57BL/6)F1から培養される臍帯細胞および胎盤細胞、または、Brown Norwayラットから得られる異種細胞(非改変細胞および分化細胞)がMSCについて富化される場合があり、これらの細胞が、誘導された実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)を有するC57BL/6またはSJL/jレシピエントに注入される場合がある。麻痺に対する臨床効果が、異種のMHC、完全不一致MSCまたはハプロタイプ一致した不一致MSCの治療効果を評価するために調べられる場合がある。そのような実験は、遺伝的障害または遺伝的傾向のある障害を有する患者を家族の一員のハプロタイプ一致したMSCにより処置するための基礎を提供する場合がある。
4)臍帯および胎盤から培養されるBALB/cのMSCが、GFPまたはRFPにより標識されるプレ−miRとともに輸注される場合がある(この場合、GFPまたはRFPは、本発明者らが、誘導されたEAEを有するC57BL/6レシピエントの脳におけるこれらの細胞の遊走および持続を追跡することを可能にするであろう)。標識されたMHC不一致の分化MSCの臨床効果が、疾患、麻痺および組織病理学の兆候をモニターすることによって評価される場合がある。そのような細胞の遊走および局在化もまた、遺伝的に形質導入されたGFP「緑色」ドナーまたはRed2「赤色」ドナーに由来する蛍光性細胞を使用することによってモニターされる場合がある。
述べられたように、本発明ではまた、免疫応答を最小限に抑えるためのカプセル化技術も意図される。
カプセル化技術は一般には、小さい球状ビヒクルを伴うマイクロカプセル化として、また、より大きい平坦シートおよび中空繊維膜を伴うマクロカプセル化として分類される(Uludag,H.他、Technology of mammalian cell encapsulation、Adv Drug Deliv Rev、2000、42:29〜64)。
マイクロカプセルを調製する様々な方法が当技術分野で公知であり、これらには、例えば、下記によって開示される方法が含まれる:Lu M Z他、Cell encapsulation with alginate and alpha−phenoxycinnamylidene−acetylated poly(allylamine)、Biotechnol Bioeng、2000、70:479〜83;Chang T MおよびPrakash S、Procedures for microencapsulation of enzymes,cells and genetically engineered microorganisms、Mol.Biotechnol、2001、17:249〜60、ならびに、Lu M Z他、A novel cell encapsulation method using photosensitive poly(allylamine alpha−cyanocinnamylideneacetate)、J.Microencapsul、2000、17:245〜51。
例えば、マイクロカプセルが、修飾コラーゲンを、メチルアタクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEMA)、メタクリル酸(MAA)およびメタクリル酸メチル(MMA)のターポリマー殻と複合体化することによって調製され、これは2〜5.mu.mのカプセル厚さを生じさせる。そのようなマイクロカプセルはさらに、負荷電の滑らかな表面を与えるために、また、血漿タンパク質の吸収を最小限に抑えるために、さらなる2〜5.mu.mのターポリマー殻によりカプセル化することができる(Chia,S.M.他、Multi−layered microcapsules for cell encapsulation、Biomaterials、2002、23:849〜56)。
他のマイクロカプセルが、海洋多糖であるアルギン酸塩(Sambanis,A.、Encapsulated islets in diabetes treatment、Diabetes Technol Ther、2003、5:665〜8)またはその誘導体に基づく。例えば、マイクロカプセルを、ポリアニオンのアルギン酸ナトリウムおよびセルロース硫酸ナトリウムと、ポリカチオンのポリ(メチレン−co−グアニジン)塩酸塩との間における塩化カルシウム存在下での高分子電解質複合体化によって調製することができる。
細胞のカプセル化が、より小さいカプセルが使用されるときには改善されることが理解されるであろう。したがって、カプセル化された細胞の品質管理、機械的安定性、拡散特性およびインビトロ活性が、カプセルサイズが1mmから400.mu.mに縮小されたときに改善した(Canaple L.他、Improving cell encapsulation through size control、J Biomater Sci Polym Ed、2002、13:783〜96)。そのうえ、7nmもの小さい十分に制御された細孔サイズ、調整された表面化学、および、精密な微細構造様式を有するナノ多孔性バイオカプセルが、細胞のための微小環境を首尾良く免疫隔離することが見出された(Williams D、Small is beautiful:microparticle and nanoparticle technology in medical devices、Med Device Technol、1999、10:6〜9;およびDesai,T.A.、Microfabrication technology for pancreatic cell encapsulation、Expert Opin Biol Ther、2002、2:633〜46)。
免疫抑制剤の例には、メトトレキサート、シクロホスファミド、シクロスポリン、シクロスポリンA、クロロキン、ヒドロキシクロロキン、スルファサラジン(スルファサラゾピリン)、金塩、D−ペニシラミン、レフルノミド、アザチオプリン、アナキンラ、インフリキシマブ(REMICADE(商標))、エタネルセプト、TNFアルファ遮断剤、炎症性サイトカインを標的とする生物学的作用因、および、非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)が含まれるが、これらに限定されない。NSAIDの例には、アセチルサリチル酸、サリチル酸コリンマグネシウム、ジフルニサル、サリチル酸マグネシウム、サルサラート、サリチル酸ナトリウム、ジクロフェナク、エトドラク、フェノプロフェン、フルルビプロフェン、インドメタシン、ケトプロフェン、ケトロラク、メクロフェナマート、ナプロキセン、ナブメトン、フェニルブタゾン、ピロキシカム、スリンダク、トルメチン、アセトアミノフェン、イブプロフェン、Cox−2阻害剤およびトラマドールが含まれるが、これらに限定されない。
本明細書中に記載される方法のどれにおいても、細胞は、それ自体で、または、好ましくは、医薬的に許容される担体をさらに含む医薬組成物の一部としてそのどちらでも投与することができる。
本明細書中で使用される「医薬組成物」は、本明細書中に記載される細胞組成物の1つまたは複数と、他の化学的成分(例えば、医薬的に好適な担体および賦形剤など)との調製物を示す。医薬組成物の目的は、対象に対する細胞の投与を容易にすることである。
本明細書中以降、表現「医薬的に許容される担体」は、対象に対する著しい刺激を生じさせず、かつ、投与された化合物の生物学的な活性および性質を妨げない担体または希釈剤を示す。担体の非限定的な例としては、ポリプロピレングリコール、生理食塩水、乳剤、および有機溶媒と水の混合物が挙げられる。
本明細書中において、用語「賦形剤」は、化合物の投与をさらに容易にするために医薬組成物に添加される不活性な物質を示す。賦形剤の非限定的な例としては、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、様々な糖およびデンプン、セルロース誘導体、ゼラチン、植物油およびポリエチレングリコールが挙げられる。
薬物の配合および投与のための技術が「Remington’s Pharmaceutical Sciences」(Mack Publishing Co.、Easton、PA、最新版)に見出されることができ、これは参考として本明細書中に組み込まれる。
好適な投与経路には、血液循環(静脈または動脈内)内へ、髄液内へ、または関心のある組織もしくは器官内への直接投与を含む。したがって、例えば細胞は脳内へ直接投与されることができる。
本発明の方法において使用されるいかなる調製物についても、投与量または治療有効量は、生体外および細胞培養アッセイから最初に推定されることができる。好ましくは、投与量は、所望の濃度または力価を達成するために動物モデルにおいて決定される。そのような情報は、ヒトにおける有用な投与量をより正確に決定するために使用されることができる。
本明細書中に記載される有効成分の毒性および治療効力は、生体外、細胞培養物、または実験動物における標準的な薬学的手法によって決定されることができる。例えば、脱髄性疾患の動物モデルには、シバラー(shi/shi、MBP欠失)マウス、MDラット(PLP欠損)、Jimpyマウス(PLP変異)、イヌの身震いする子犬(PLP変異)、単収縮体マウス(ガラクトシルセラミダーゼ欠如、ヒトのグラッベ病の場合のように)、振せん体マウス(PMP−22欠損)が含まれる。ウイルス誘導の脱髄モデルは、タイラーウイルスおよびマウス肝炎ウイルスの使用を含む。自己免疫性EAEが多発性硬化症のための可能なモデルである。
これらの生体外、細胞培養アッセイおよび動物研究から得られたデータは、ヒトにおける使用のための投与量範囲を定めるために使用されることができる。投与量は、用いられる投薬形態および利用される投与経路に依存して変化しうる。正確な配合、投与経路および投与量は、患者の状態を考慮して個々の医師によって選択されることができる(例えば、Fingl他、(1975)「The Pharmacological Basis of Therapeutics」,Ch.1 p.1を参照のこと)。例えば、多発性硬化症患者を、処置に対する陽性の応答を示している改善された運動機能について症候的にモニターすることができる。
注射の場合、医薬組成物の有効成分は、水溶液において、好ましくは生理学的に適合しうる緩衝液(例えば、ハンクス溶液、リンゲル溶液、または生理学的な食塩緩衝液など)において配合されることができる。
投薬量および投薬間隔は、脳疾患/障害を効果的に処置するために十分である有効成分のレベルに個々に調節され得る。所望される効果を達成するために必要である投薬量は、個体の特徴および投与経路に依存するであろう。様々な検出アッセイを、血漿中濃度を求めるために使用することができる。
処置される状態の重篤度および応答性に依存して、投薬は、単回または複数回投与で行われることができ、この場合、処置期間は、数日から数週間まで、または疾患状態の軽減が達成されるまで続く。
投与されるための組成物の量は当然のことながら、処置されている個体、病気の重篤度、投与様式、処方医の判断などに依存しているであろう。投与量および投与時期が、個体の変化する状態の注意深い連続したモニターリングに応じて変わるであろう。例えば、処置された多発性硬化症患者には、モニターしている徴候に基づいて、疾患の症状を軽減するために十分である量の細胞が投与されるであろう。
本発明の細胞は、神経変性障害を処置することにおいて有用である治療剤、例えば、ガングリオシド;抗生物質、神経伝達物質、神経ホルモン、トキシン、神経突起促進分子;ならびに、神経伝達物質分子(例えば、L−DOPAなど)の代謝拮抗剤および前駆体などとともに共投与され得る。
本明細書中で使用される用語「約」は、±10%を示す。
本開示を通して、本発明の様々な態様が範囲形式で提示され得る。範囲形式での記載は単に便宜上および簡潔化のためであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない限定として解釈すべきでないことを理解しなければならない。従って、範囲の記載は、具体的に開示された可能なすべての部分範囲、ならびに、その範囲に含まれる個々の数値を有すると見なさなければならない。例えば、1〜6などの範囲の記載は、具体的に開示された部分範囲(例えば、1〜3、1〜4、1〜5、2〜4、2〜6、3〜6など)、ならびに、その範囲に含まれる個々の数値(例えば、1、2、3、4、5および6)を有すると見なさなければならない。このことは、範囲の広さにかかわらず、適用される。
本明細書中で使用される用語「方法(method)」は、所与の課題を達成するための様式、手段、技術および手順を示し、これには、化学、薬理学、生物学、生化学および医学の技術分野の実施者に知られているそのような様式、手段、技術および手順、または、知られている様式、手段、技術および手順から、化学、薬理学、生物学、生化学および医学の技術分野の実施者によって容易に開発されるそのような様式、手段、技術および手順が含まれるが、それらに限定されない。
本明細書で使用される場合、用語「治療する/処置する」には、状態の進行を取り消すこと、実質的に阻害すること、遅くすること、または、逆向きにすること、状態の臨床的症状または審美的症状を実質的に改善すること、あるいは、状態の臨床的症状または審美的症状の出現を実質的に防止することが含まれる。
明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴が、単一の実施形態に組み合わせて提供されることもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで、あるいは本発明の他の記載される実施形態において好適なように提供することもできる。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。
本明細書中上記に描かれるような、および、下記の請求項の節において特許請求されるような本発明の様々な実施形態および態様のそれぞれは、実験的裏付けが下記の実施例において見出される。
本明細書中で使用される用語「約」は、±10%を示す。
用語「含む/備える(comprises、comprising、includes、including)」、「有する(having)」、およびそれらの同根語は、「含むが、それらに限定されない(including but not limited to)」ことを意味する。
用語「からなる(consisting of)」は、「含み、それらに限定される(including and limited to)」ことを意味する。
表現「から本質的になる(consisting essentially of)」は、さらなる成分、工程および/または部分が、主張される組成物、方法または構造の基本的かつ新規な特徴を実質的に変化させない場合にだけ、組成物、方法または構造がさらなる成分、工程および/または部分を含み得ることを意味する。
本明細書中で使用される場合、単数形態(「a」、「an」および「the」)は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数の参照物を包含する。例えば、用語「化合物(a compound)」または用語「少なくとも1つの化合物」は、その混合物を含めて、複数の化合物を包含し得る。
本開示を通して、本発明の様々な態様が範囲形式で提示され得る。範囲形式での記載は単に便宜上および簡潔化のためであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない限定として解釈すべきでないことを理解しなければならない。従って、範囲の記載は、具体的に開示された可能なすべての部分範囲、ならびに、その範囲に含まれる個々の数値を有すると見なさなければならない。例えば、1〜6などの範囲の記載は、具体的に開示された部分範囲(例えば、1〜3、1〜4、1〜5、2〜4、2〜6、3〜6など)、ならびに、その範囲に含まれる個々の数値(例えば、1、2、3、4、5および6)を有すると見なさなければならない。このことは、範囲の広さにかかわらず、適用される。
数値範囲が本明細書中で示される場合には常に、示された範囲に含まれる任意の言及された数字(分数または整数)を含むことが意味される。第1の示された数字および第2の示された数字「の範囲である/の間の範囲」という表現、および、第1の示された数字「から」第2の示された数「まで及ぶ/までの範囲」という表現は、交換可能に使用され、第1の示された数字と、第2の示された数字と、その間のすべての分数および整数とを含むことが意味される。
本明細書中で使用される用語「方法(method)」は、所与の課題を達成するための様式、手段、技術および手順を示し、これには、化学、薬理学、生物学、生化学および医学の技術分野の実施者に知られているそのような様式、手段、技術および手順、または、知られている様式、手段、技術および手順から、化学、薬理学、生物学、生化学および医学の技術分野の実施者によって容易に開発されるそのような様式、手段、技術および手順が含まれるが、それらに限定されない。
本明細書で使用される場合、用語「治療する/処置する」には、状態の進行を取り消すこと、実質的に阻害すること、遅くすること、または、逆向きにすること、状態の臨床的症状または審美的症状を実質的に改善すること、あるいは、状態の臨床的症状または審美的症状の出現を実質的に防止することが含まれる。
明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴が、単一の実施形態に組み合わせて提供されることもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで、あるいは本発明の他の記載される実施形態において好適なように提供することもできる。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。
本明細書で記載される各miRについて対応する配列(成熟およびプレ)が本明細書の部分として見なされるべきである配列表に与えられる。
本明細書中上記に描かれるような、および、下記の請求項の節において特許請求されるような本発明の様々な実施形態および態様のそれぞれは、実験的裏付けが下記の実施例において見出される。
次に下記の実施例が参照されるが、下記の実施例は、上記の説明と一緒に、本発明を非限定様式で例示する。
本願で使用される用語と、本発明で利用される実験方法には、分子生化学、微生物学および組み換えDNAの技法が広く含まれている。これらの技術は文献に詳細に説明されている。例えば以下の諸文献を参照されたい:「Molecular Cloning:A laboratory Manual」Sambrook他、(1989);「Current Protocols in Molecular Biology」I〜III巻、Ausubel,R.M.編(1994);Ausubel他、「Current Protocols in Molecular Biology」、John Wiley and Sons、米国メリーランド州バルチモア(1989);Perbal「A Practical Guide to Molecular Cloning」、John Wiley & Sons、米国ニューヨーク(1988);Watson他、「Recombinant DNA」Scientific American Books、米国ニューヨーク;Birren他編「Genome Analysis:A Laboratory Manual Series」1〜4巻、Cold Spring Harbor Laboratory Press、米国ニューヨーク(1998);米国特許の第4666828号、同第4683202号、同第4801531号、同第5192659号および同第5272057号に記載される方法;「Cell Biology:A Laboratory Handbook」I〜III巻、Cellis,J.E.編(1994);「Culture of Animal Cells−A Manual of Basic Technique」Freshney編,Wiley−Liss,N.Y.(1994),第3版;「Current Protocols in Immunology」I〜III巻、Coligan,J.E.編(1994);Stites他編「Basic and Clinical Immunology」(第8版)、Appleton & Lange、米国コネティカット州ノーウォーク(1994);MishellとShiigi編「Selected Methods in Cellular Immunology」、W.H. Freeman and Co.、米国ニューヨーク(1980);利用可能な免疫アッセイ法は、特許と科学文献に広範囲にわたって記載されており、例えば:米国特許の第3791932号、同第3839153号、同第3850752号、同第3850578号、同第3853987号、同第3867517号、同第3879262号、同第3901654号、同第3935074号、同第3984533号、同第3996345号、同第4034074号、同第4098876号、同第4879219号、同第5011771号および同第5281521号;「Oligonucleotide Synthesis」Gait,M.J.編(1984);「Nucleic Acid Hybridization」Hames,B.D.およびHiggins S.J.編(1985);「Transcription and Translation」Hames,B.D.およびHiggins S.J.編(1984);「Animal Cell Culture」Freshney,R.I.編(1986);「Immobilized Cells and Enzymes」IRL Press(1986);「A Practical Guide to Molecular Cloning」Perbal,B.(1984)および「Methods in Enzymology」1〜317巻、Academic Press;「PCR Protocols:A Guide To Methods And Applications」、Academic Press、米国カリフォルニア州サンディエゴ(1990);Marshak他、「Strategies for Protein Purification and Characterization−A Laboratory Course Manual」CSHL Press(1996);これらの文献の全ては、あたかも本願に完全に記載されているように援用するものである。その他の一般的な文献は、本明細書を通じて提供される。それらの文献に記載の方法は当業技術界で周知であると考えられ、読者の便宜のために提供される。それらの文献に含まれるすべての情報は本願に援用するものである。
実施例1
MSCを星状膠細胞表現型に向かって分化させるための可溶性因子
材料および方法
星状膠細胞表現型を発現する細胞へのMSCの分化:4つの異なる供給源から得られるMSC(骨髄(BM−MSC)、脂肪細胞由来(AD−MSC)、臍帯由来細胞および胎盤由来細胞)をこれらの研究において用いた。細胞を最初、DMEM+10%FCSに1日間置床し、その後、SHH(250ng/ml)、FGFb(50ng/ml)およびEGF(50ng/ml)を含有するNM培地に5日間にわたって移した。細胞を、IBMX(0.5mM)、dbcycAMP(1mM)、PDGF(5ng/ml)、ニューレグリン(50ng/ml)およびFGFb(20ng/ml)とさらに10日間インキュベーションした。最後の段階で、細胞を、同じ因子が補充されるG5培地において5日間インキュベーションした。
分化細胞を下記のマーカーについて分析した:
ネスチン、Olig2、β−IIIチューブリン、GFAP、グルタミンシンターゼ。
結果
上記の分化プロトコルを使用した場合、BM−MSC(図1)およびそれ以外のMSCタイプ(データは示されず)の両方が星状膠細胞性の形態学を示し、星状膠細胞のマーカーであるGFAPについて陽性で染色された(図1)。
本発明者らは分化細胞をさらに分析し、分化細胞が、図2および図3に示されるように、グルタミン酸輸送体と同様に、GFAPおよびS100のmRNAを発現することを見出した。
実施例2
MSCを星状膠細胞に分化させるためのmiRNA
材料および方法
miRNAマイクロアレイ分析:対照MSCおよび分化MSCにおける特異的miRNAの示差的発現を分析するために、幹細胞ミクロRNAのqPCRアレイを、SBI社から得られるquantiMiR(カタログ#RA620A−1)とともに用いた。
このシステムは、2つの別個の実験用RNAサンプルの間における95個の別々のミクロRNAの倍数差を定量化することを可能にする。アレイプレートはまた、U6転写物を正規化シグナルとして含む。アレイのために選ばれる95個すべてのミクロRNAは、幹細胞自己再生、造血、ニューロン発達および分化組織特定における可能性のある役割に関して、公表された意味付けを有する。
総RNAを、サイズが200bp未満であるRNA画分を単離するQiagenから得られるmiRneasy総RNA単離キット(カタログ#217004)を使用して、対照MSCおよび分化MSCの10個〜10個の細胞から単離した。
500ngの総RNAを、“SBI Stem Cell MicroRNA qPCR Array with QuantiMir(商標)”(Cat.# RA620A−1)の使用者プロトコル(その内容は参照によって本明細書中に組み込まれる)に従って処理した。qPCRのために、Applied Biosystems Power SYBRマスターミックス(cat#4367659)を使用した。
妥当性確認のために、目的とする特異的miRNAのsybr−green qPCRを、QIAGEN社のmiScript Systemのハンドブック(cat.#218061&218073)に従って処理される同じRNAサンプルに対して行った。
96個のmiRNAの発現を検出するHu hsa−miRミクロRNAプロファイリングキット(System Biosciences)“SBI Stem Cell MicroRNA qPCR Array with QuantiMir(商標)”(Cat.# RA620A−1)を使用して、星状膠細胞に分化させられるMSCと比較される非改変のBM−MSCにおけるmiRNAのプロファイリングを行った。500ngの総RNAをポリAポリメラーゼによってその3’末端に対してポリ(A)によりタグ化し、QuantiMir RT技術によってオリゴdTアダプターとともに逆転写した。miRNAの発現レベルを、SYBRグリーン試薬およびVIIA7を使用する定量的PCRによって、すなわち、リアルタイムPCRシステム(Applied Biosystems)によって測定した。すべてのmiRNAをmiRNA特異的順方向プライマーおよび万能的逆方向プライマー(SBI)により測定することができた。miRNAの発現レベルを、下記の式により計算されるような相対的定量化のための比較CT法を使用して、U6 snRNAに対して正規化した:2−[(CT星状膠細胞diff miRNA−CT星状膠細胞内因性対照)−(CT DMEM miRNA−CT DMEM内因性対照)]
結果
MSCの星状膠細胞への分化に関与している可能性のあるmiRNAを特定するために、対照の非改変MSCのmiRNAシグナチャーを星状膠細胞に分化させられるMSCに対して比較した。
幹細胞にすべてが関連づけられ、幹細胞とのそれらの公知の関連に基づいてサブグループ(神経関連miRNA、造血miRNAおよび器官関連miRNA)に分けられた96個のmiRNAを含有するqRT−PCRマイクロアレイを分析した。
図4〜図7に示されるように、各グループの特異的miRNAの発現における有意な変化が対照MSCと分化MSCとの間に存在した。
qRT−PCR研究を、対照細胞と分化細胞との間で認められたmiRNA発現における差を検証するために行った。
マイクロアレイのデータに関して得られた結果と類似して、qRT−PCRでは、分化させられたMSCは、miR32,133,221,145,302aおよび302bにおける低下、並びにmiR9,20b,101,141,146aおよび146bにおける増大を示すことが見出された。
上記細胞の星状膠細胞分化における特異的miRNAの役割をさらに調べた。miR−9およびmiR−20bの組合せ、同様にまた、miR−20b、101および146aの組合せもまた、GFAP発現を増大させたことが見出された。同様に、miR−10bおよびmiR−302を阻害し、かつ、miR−9、146および101を発現させることもまた、GFAP発現を増大させたことが見出された(データは示されず)。
実施例3
MSCを星状膠細胞表現型に分化させるためのさらなるmiRNAの特定
材料および方法
骨髄の間葉系幹細胞(BM−MSC)をGFAP−GFPレポーターにより形質導入した。その後、細胞をantagomiR−138およびmiR−101の両方によりトランスフェクションした。細胞を10日後に蛍光顕微鏡で観察した。さらなる遺伝子アレイおよびmiRアレイを使用して、分化細胞を特徴づけた。
結果
図9A〜図9Bに例示されるように、miR−138のサイレンシングをmiR−101の過剰発現と一緒に行うことにより、GFAP陽性細胞へのMSCの分化が引き起こされる。加えて、これらの細胞はまた、高レベルのグルタミン酸輸送体を発現した(データは示されず)。
miRアレイ分析により、分化細胞において増大した下記のmiR、すなわち、miR−504、miR−891およびmiR−874が特定され、また、分化細胞において低下した下記のmiR、すなわち、miR−138、miR−182、miR−487、miR−214およびmiR−409が特定された。分化した星状膠細胞の遺伝子アレイ分析により、骨形成分化、脂肪生成分化および軟骨形成分化に関係づけられる様々な遺伝子における低下、ならびに、神経マーカーの増大した発現が明らかにされた。同様に、分化した星状膠細胞は高レベルのNGF、IGF−1、VEGF、BDNFおよびGDNFを発現したことが見出された。加えて、分化した星状膠細胞は、細胞遊走において役割を果たすCXCR4、ケモカインおよびIL−8の高いレベルを発現した。
さらなるmiRアレイ結果が本明細書中下記の表1および表2に提供される。表1は、非分化MSCと比較した場合、実施例1(材料および方法)に記載されるような、MSCの星状膠細胞への分化のときに(3倍を超えて)アップレギュレーションされるさらなるmiRNAの列挙である。表2は、非分化MSCと比較した場合、実施例1(材料および方法)に記載されるような、MSCの星状膠細胞への分化のときに(3倍を超えて)ダウンレギュレーションされるさらなるmiRNAの列挙である。
実施例4
miRNAを使用するMSCにおけるαシヌクレインのダウンレギュレーション
α−シヌクレインが成体の脳において広範囲に発現される。α−シヌクレイン遺伝子内の変異は常染色体優性家族性PDに伴う。ヒト野生型形態の過剰発現およびα−シヌクレイン変異型形態の発現は、不溶性凝集物を形成し、酸化ストレスに対するニューロンの増大した感受性を生じさせるレビー小体の主要構造を構成するより大きい傾向を示す。
いくつかの標的予測ソフトウエアツールを使用して、miR−504を、推定される候補物として特定し、α−シヌクレインの3’UTR領域における可能性のあるmiR−504結合部位を特定した。ウエスタンブロット分析を使用して、MSCの星状膠細胞への分化を誘導するmiR−504はまた、α−シヌクレインの発現を低下させることが見出された(図10)。
実施例5
配列
本発明はその特定の実施態様によって説明してきたが、多くの別法、変更および変形があることは当業者には明らかであることは明白である。従って、本発明は、本願の請求項の精神と広い範囲の中に入るこのような別法、変更および変形すべてを包含するものである。
本明細書で挙げた刊行物、特許および特許出願はすべて、個々の刊行物、特許および特許出願が各々あたかも具体的にかつ個々に引用提示されているのと同程度に、全体を本明細書に援用するものである。さらに、本願で引用または確認したことは本発明の先行技術として利用できるという自白とみなすべきではない。節の見出しが使用されている程度まで、それらは必ずしも限定であると解釈されるべきではない。

Claims (19)

  1. 神経疾患または神経障害を対象において処置するために有用である星状膠細胞の集団をエクスビボで作製する方法であって、外因性miR−101をMSCの集団において発現させ、かつ、miR−138のMSCの前記集団における発現をダウンレギュレーションし、それにより、前記星状膠細胞の集団を作製することを含む方法。
  2. 前記MSCが、骨髄、脂肪組織、胎盤、臍帯血および臍帯からなる群から選択される組織から単離される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記MSCは前記対象に対して自己である、請求項1に記載の方法。
  4. 前記MSCは前記対象に対して非自己である、請求項1に記載の方法。
  5. 前記MSCは前記対象に対して半同種である、請求項1に記載の方法。
  6. 前記発現することが、前記MSCを、前記miR−101をコードするかまたは記miR−101のプレ−miRNAをコードするポリヌクレオチド配列を含む発現ベクターによりトランスフェクションすることによって実行される、請求項1に記載の方法。
  7. 前記ダウンレギュレーションすることが、前記MSCを、前記miR−138にハイブリダイゼーションし、かつ、その機能を阻害するポリヌクレオチド配列を含む発現ベクターによりトランスフェクションすることによって実行される、請求項1に記載の方法。
  8. 前記miR−138にハイブリダイゼーションし、かつ、その機能を阻害するポリヌクレオチド配列が、miR−138に対するantagomiRである、請求項7に記載の方法。
  9. FAP、EAAT1およびEAAT2からなる群から選択される少なくとも1つのマーカーの増大した発現を前記作製することの後において確認することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  10. 前記発現の後、前、または前記接触と同時に、血小板由来増殖因子(PDGF)、ニューレグリン、FGF−bおよびc−AMP誘導剤からなる群から選択される少なくとも1つの作用因子を含む分化培地において前記MSCをインキュベーションすることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  11. 因性miR−101を含み、およびmiR−138にハイブリダイゼーションし、かつ、その機能を阻害するポリヌクレオチド作用因子を含む、間葉系幹細胞の遺伝子改変され単離された集団であって、前記細胞が星状膠細胞の表現型を有する、遺伝子改変され単離された細胞集団。
  12. 前記細胞集団の細胞の少なくとも50%が、GFAP、EAAT1およびEAAT2からなる群から選択される少なくとも1つのマーカーを発現する、請求項11に記載の単離された細胞集団。
  13. 脳疾患または脳障害を処置するための医薬の製造における、請求項11に記載の単離された細胞集団の使用。
  14. 前記脳疾患または脳障害が神経変性障害である、請求項13に記載の使用。
  15. 前記神経変性障害は、多発性硬化症、パーキンソン病、てんかん、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、レット症候群、自己免疫性脳脊髄炎、卒中、アルツハイマー病、骨髄および脳の傷害、およびハンチントン病からなる群から選択される、請求項14に記載の使用。
  16. 請求項11または12に記載される単離された細胞集団と、医薬的に許容される担体とを含む医薬組成物。
  17. 神経疾患または神経障害の処置において使用するためのものである、請求項16に記載の医薬組成物。
  18. 前記神経疾患または神経障害は神経変性障害である、請求項17に記載の医薬組成物。
  19. 前記神経変性障害は、多発性硬化症、パーキンソン病、てんかん、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、レット症候群、自己免疫性脳脊髄炎、卒中、アルツハイマー病、骨髄および脳の傷害、およびハンチントン病からなる群から選択される、請求項18に記載の医薬組成物。
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