WO2012115120A1 - 5-ht神経細胞の製造方法 - Google Patents

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WO2012115120A1
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receptor
tgf
nerve
kinase inhibitor
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橋本 均
明道 馬場
淳史 山▲崎▼
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国立大学法人 大阪大学
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    • C12N2501/80Neurotransmitters; Neurohormones
    • C12N2501/825Serotonine (5-HT); Melatonine

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing 5-HT nerve cells.
  • Serotonin (5-HT) nervous system in the brain uses the raphe nucleus of the brainstem as the nucleus of origin, and has a wide range of central nervous systems such as the limbic cortex, basal ganglia, hypothalamus, lower brainstem and spinal cord Projecting. It is functionally diverse, such as controlling aggression, feeding behavior, and memory learning, and some psychiatric treatments regulate the function of the 5-HT nervous system. Is considered to be closely related.
  • the 5-HT nervous system is recognized from the early stage of the embryonic period and has been shown to regulate cell division / differentiation, migration of neural cells, synapse formation, and the like. Moreover, it has been shown that abnormal development of the brain occurs along with abnormalities in the 5-HT nervous system during development.
  • Non-patent Documents 1 and 2 disclose the neurotransmitter 5-HT itself has a function of promoting differentiation of 5-HT nerves.
  • Many subtypes are known to exist in 5-HT receptors, but their role in 5-HT neuronal differentiation is unknown.
  • the 5-HT 7 receptor has been pointed out to be possibly involved in depression, anxiety, pain, schizophrenia and the like.
  • Non-patent Documents 3-5 As a useful tool for studying the developmental stage of nerve cells, attention has been focused on a nerve induction system from embryonic stem cells (ES cells) (Non-patent Documents 3-5).
  • the present inventors have found that neuronal cells are induced by culturing ES cells on Matrigel, which is a basement membrane preparation (Matrigel method), and further directly binds to BMP (bone morphogenic protein).
  • BMP bone morphogenic protein
  • An object of the present invention is to provide a 5-HT nerve cell production method using the novel 5-HT nerve cell induction factor obtained by a 5-HT nerve differentiation induction system from ES cells and the production kit.
  • the differentiation induction mechanism was examined using the Matrigel-Noggin method. As a result, it was found that the action of Noggin is caused by blocking of the BMP signal, although it is not caused by other BMP antagonists. In addition, the inventors have succeeded in clarifying that differentiation from ES cells into 5-HT nerves can be promoted by the action via 5-HT 7 receptor. Furthermore, in the present invention, an inhibitor of BMP receptor kinase can promote differentiation into 5-HT nerves, and Noggin's 5-HT neuronal differentiation-inducing action is inhibited by type I TGF- ⁇ receptor kinase inhibitors. It was found that type I TGF- ⁇ receptor signal is involved in differentiation into 5-HT nerves. As a result of further studies based on these findings, the present inventors have completed the present invention.
  • the present invention [1] A 5-HT neuron culturing a stem cell on a polymerized extracellular matrix protein in the presence of a BMP receptor kinase inhibitor, a 5-HT 7 receptor agonist, or a type I TGF- ⁇ receptor ligand Production method; [2]
  • the BMP receptor kinase inhibitor is 4- (6- (4- (piperazin-1-yl) phenyl) pyrazolo [1,5-a] pyrimidin-3-yl) quinoline or 4- [6-- 4- (1-Methylethoxy) phenyl] pyrazolo [1,5-a] pyrimidin-3-yl] -quinoline, the production method according to [1], [3]
  • the BMP receptor kinase inhibitor is 4- (6- (4- (piperazin-1-yl) phenyl) pyrazolo [1,5-a] pyrimidin-3-yl) quinoline, [2] Manufacturing method of [4] A 5-HT 7
  • the 5-HT nerve cell production kit [14] The 5-HT neuron according to [9], wherein the type I TGF- ⁇ receptor ligand is selected from at least one of TGF- ⁇ , Activin, Nodal, GDF-1, GDF-8, or GDF-11 Production kit; [15] The 5-HT nerve cell production kit according to any one of [9] to [14], further comprising noggin; [16] The 5-HT neuronal cell production kit according to any one of [9] to [15], wherein the stem cells are ES cells or iPS cells; [17] A 5-HT nerve cell regenerative agent comprising a BMP receptor kinase inhibitor, a 5-HT 7 receptor agonist, or a type I TGF- ⁇ receptor ligand; [18] A 5-HT nerve cell regeneration method comprising administering to a patient an effective amount of a BMP receptor kinase inhibitor, a 5-HT 7 receptor agonist, or a type I TGF- ⁇ receptor ligand; [19] BMP receptor kinase inhibitor
  • a BMP receptor kinase inhibitor, a 5-HT 7 receptor agonist, or a type I TGF- ⁇ receptor ligand newly found as a 5-HT nerve cell inducer Can be used to efficiently differentiate stem cells into 5-HT neurons.
  • FIG. 1 shows the results of culturing ES cells on Matrigel for 14 days in the presence of various concentrations of LDN-193189.
  • Luminescence intensity is the activity of the enhancer region of ETS (Pet1), which is an index of 5-HT neuronal differentiation, and is shown as 100% when no drug is added. Data were expressed as mean ⁇ standard error of the mean. * P ⁇ 0.05 by Dunnett test.
  • FIG. 2 shows the results of culturing ES cells on Matrigel for 14 days in the presence of various concentrations of 5-HT agonist, antagonist or SSRI. Data were expressed as mean ⁇ standard error of the mean. * P ⁇ 0.05 by Dunnett test.
  • FIG. 1 shows the results of culturing ES cells on Matrigel for 14 days in the presence of various concentrations of 5-HT agonist, antagonist or SSRI. Data were expressed as mean ⁇ standard error of the mean. * P ⁇ 0.05 by Dunnett test.
  • FIG. 3A shows the results of culturing ES cells for 14 days on Matrigel when Noggin was added in the presence of various concentrations of 5-HT 7 agonists or antagonists. Data were expressed as mean ⁇ standard error of the mean.
  • FIG. 3B shows nuclei by Hoechst 33258 and 5-HT by anti-5-HT polyclonal antibody in cells cultured on Matrigel for 14 days in the presence of Noggin (left) and Noggin + 5-HT 7 antagonist SB269970 10 ⁇ M (right); It is a figure which shows a co-stained image. Scale bar; 200 ⁇ m FIG.
  • FIG. 4 shows the results of measuring dopamine (DA) and serotonin (5-HT) concentrations when ES cells were cultured on Matrigel for 18 days in the presence or absence of a 5-HT 7 agonist (AS-19). Indicates. Data were expressed as mean ⁇ standard error of the mean.
  • FIG. 5 shows the result of measuring the mRNA expression level of 5-HT 1A receptor when ES cells were cultured on Matrigel in the presence or absence of Noggin. Data were expressed as mean ⁇ standard error of the mean. ** p ⁇ 0.01 by two-way repeated ANOVA. , #P ⁇ 0.05, ## p ⁇ 0.01 by Turkey-Kramer test.
  • FIG. 6 shows the results of measuring the mRNA expression level of 5-HT 7 receptor when ES cells were cultured on Matrigel in the presence or absence of Noggin. Data were expressed as mean ⁇ standard error of the mean. ** p ⁇ 0.01 by two-way repeated ANOVA. , #P ⁇ 0.05, ## p ⁇ 0.01 by Turkey-Kramer test.
  • FIG. 7 shows the results when ES cells were cultured for 14 days on Matrigel when Noggin was added in the presence of various concentrations of SB431542. Luminescence intensity is the activity of the enhancer region of ETS (Pet1), which is an index of 5-HT neuronal differentiation, and is shown as 100% when no drug is added. Data were expressed as mean ⁇ standard error of the mean.
  • FIG. 8 shows the ratio of 5-HT cells to total neurons when ES cells were cultured for 14 days on Matrigel when Noggin was added in the presence of various concentrations of SB431542. Data were expressed as mean ⁇ standard error of the mean.
  • the left figure shows the ratio of 5-HT cells to neurons by anti-Tuj1 monoclonal antibody which is a neuronal differentiation marker and anti-5-HT polyclonal antibody in the presence of Noggin and Noggin + type I TGF- ⁇ receptor antagonist SB431542 .
  • FIG. 9 shows the results of measuring the mRNA expression level of each downstream gene of BMP receptor and type I TGF- ⁇ receptor when ES cells were cultured on Matrigel in the presence or absence of Noggin. Data were expressed as mean ⁇ standard error of the mean. ** p ⁇ 0.01 by Student's test.
  • the present invention comprises culturing stem cells on polymerized extracellular matrix protein in the presence of a BMP receptor kinase inhibitor, a 5-HT 7 receptor agonist, or a type I TGF- ⁇ receptor ligand.
  • a BMP receptor kinase inhibitor for producing HT neurons.
  • 5-HT neurons produced by the method of the present invention is not particularly limited, and model cells used for all tests and research on 5-HT neurons, schizophrenia, depression, autism,
  • the present invention provides a use as a cell for transplantation used for treatment / amelioration of mental disorders such as eating disorders and sleep disorders, motor dysfunction after spinal cord injury, and symptoms accompanied by pain.
  • the stem cell used in the 5-HT nerve cell production method of the present invention refers to a cell that can be cultured in vitro and can differentiate into a plurality of cells constituting a living body.
  • ES cells fetal primordial germ cell-derived pluripotent stem cells (EG cells: Proc Natl Acad Sci US A. 1998, 95: 13726-31), testis-derived pluripotent stem cells (GS cells: Nature, 2008, 456: 344-9), somatic cell-derived induced pluripotent stem cells (iPS cells), human somatic stem cells (tissue stem cells), preferably iPS cells, ES cells It is.
  • ES cells ES cells derived from any warm-blooded animal, preferably a mammal, can be used.
  • mammals include mice, rats, guinea pigs, hamsters, rabbits, cats, dogs, sheep, pigs, cows, horses, goats, monkeys, and humans.
  • Preferable examples of ES cells include ES cells derived from humans or mice.
  • ES cells such as mammals established by culturing early embryos before implantation, ES established by culturing early embryos produced by nuclear transfer of somatic cell nuclei, etc.
  • ES cells obtained by modifying cells and genes on the chromosomes of these ES cells using genetic engineering techniques.
  • Each ES cell can be prepared according to a method commonly practiced in the art or a known literature.
  • Mouse ES cells were obtained in 1981 from Evans et al. (1981, Nature 292: 154-6) and Martin et al. (Martin GR. Et al., 1981, Proc Natl Acad Sci 78: 7634-8). And can be purchased from, for example, Dainippon Sumitomo Pharma Co., Ltd. (Osaka, Japan).
  • Human ES cells were established in 1998 by Thomson et al. (Science, 1998, 282: 1145-7) and are available from the WiCell Research Institute (WiCell Research Institute, website: http: // www. available from Wisell.org/, Madison, Wisconsin, USA, National Institute of Health, Kyoto University, etc., for example, Cellaritis (website: http://www.cellaritis.com). /, Sweden).
  • an iPS cell an iPS cell derived from any warm-blooded animal, preferably a mammal can be used.
  • the mammal include mouse, rat, guinea pig, hamster, rabbit, cat, dog, sheep, pig, cow, horse, goat, monkey and human.
  • Preferable examples of iPS cells include iPS cells derived from humans or mice.
  • Specific examples of iPS cells include cells obtained by introducing a plurality of genes into somatic cells such as skin cells and having acquired multipotency similar to ES cells.
  • Oct3 / 4 gene, Klf4 gene, C- Examples include iPS cells obtained by introducing Myc gene and Sox2 gene, iPS cells obtained by introducing Oct3 / 4 gene, Klf4 gene and Sox2 gene (Nat Biotechnol 2008; 26: 101-106).
  • a method in which a transgene is further reduced (Nature. 2008 Jul 31; 454 (7204): 646-50), a method using a low molecular weight compound (Cell Stem Cell. 2009 Jan 9; 4 (1): 16 -9, Cell Stem Cell. 2009 Nov 6; 5 (5): 491-503), a method using a transcription factor protein instead of a gene (Cell Stem Cell.
  • iPS cell lines include the 253G1 strain (iPS cell line prepared by expressing OCT4 / SOX2 / KLF4 in skin fibroblasts of a 36-year-old female), 201B7 strain (skin fiber of a 36-year-old female).
  • IPS cell line prepared by expressing OCT4 / SOX2 / KLF4 / c-MYC in blast cells
  • 1503-iPS (297A1) (skinned fibroblasts of a 73 year old female with OCT4 / SOX2 / KLF4 / c-MYC IPS cell line prepared by expression)
  • 1392-iPS iPS cell line prepared by expressing OCT4 / SOX2 / KLF4 / c-MYC in 56-year-old male skin fibroblasts
  • NHDF- iPS (297L1) i created by expressing OCT4 / SOX2 / KLF4 / c-MYC in newborn male skin fibroblasts S cell line
  • the stem cells are cultured on a polymerized extracellular matrix protein.
  • an extracellular matrix protein is a protein that constitutes a space outside a cell and has a cell adhesion action, and the cells cultured therein perform normal cell function maintenance, self-proliferation and differentiation.
  • the type is not particularly limited, but an extracellular matrix protein constituting the basement membrane is preferable.
  • extracellular matrix proteins include laminin, collagen, entactin, proteoglycan, glycosaminoglycan, nidogen, fibronectin, gelatin, vitronectin, elastin, and tenascin.
  • extracellular matrix proteins constituting the basement membrane.
  • extracellular matrix proteins can be used.
  • Matrigel composed of basement membrane components extracted from Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) mouse sarcoma It can be preferably used in the invention.
  • EHS Engelbreth-Holm-Swarm
  • the extracellular matrix protein is polymerized in advance on a cell culture vessel when used in the method for producing 5-HT nerve cells of the present invention.
  • Polymerization can be easily carried out by dissolving the extracellular matrix protein in advance at a low temperature and incubating at 22 to 35 ° C.
  • the cell culture vessel coated with the extracellular matrix protein to be polymerized include, for example, a flask, a flask for tissue culture, a dish, a petri dish, a tissue culture dish, a multi-dish, a microplate, a microwell plate, a multiplate, Examples include multi-well plates, chamber slides, petri dishes, tubes, trays, culture bags, and roller bottles. Preferred are a dish, a petri dish, a tissue culture dish, a multi-dish, a microplate, a microwell plate, a multiplate, a multiwell plate, and the like.
  • the stem cells may be seeded at a density of 1.0 ⁇ 10 3 on the polymerized extracellular matrix protein by suspending the cells suspended as monocells in a medium.
  • the culture is usually carried out in an incubator at 5% CO 2 /95% air at 37 ° C. for 7 to 20 days, preferably 12 to 20 days to differentiate stem cells into nervous system cells.
  • the medium to be used may be a medium usually used for culturing stem cells (hereinafter referred to as a basal medium).
  • the medium used in the 5-HT nerve cell production method of the present invention may be a serum-containing medium, but is preferably a serum-free medium.
  • the serum-free medium means a basal medium that does not contain unconditioned or unpurified serum, and there is no medium in which purified blood-derived components or animal tissue-derived components (for example, growth factors) are mixed. It shall correspond to serum medium.
  • the medium used in the 5-HT nerve cell production method of the present invention may also contain a serum replacement.
  • Serum substitutes include, for example, albumin (eg, lipid-rich albumin), transferrin, fatty acid, collagen precursor, trace elements (eg, zinc, selenium), B-27 supplement, N2 supplement, knockout sealum replacement, 2-mercapto Ethanol, 3 ′ thiol glycerol, or the equivalent thereof.
  • concentration in these media is, for example, usually 0.01 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight.
  • Knockout sealum replacements can be purchased from Life Technologies.
  • Other serum substitutes can be purchased from Life Technologies, SIGMA, Wako Pure Chemical Industries, Dainippon Sumitomo Pharma Co., Ltd., etc. Regardless.
  • the medium used in the 5-HT nerve cell production method of the present invention also includes lipids, amino acids (eg, non-essential amino acids), vitamins, growth factors, cytokines, antioxidants, 2-mercaptoethanol, pyruvic acid, buffers, Inorganic salts, antibiotics (for example, penicillin and streptomycin), antibacterial agents (for example, amphotericin B), and the like may be contained.
  • concentrations in these media are the same as those in the serum replacement medium described above.
  • stem cell culture is carried out using a BMP receptor kinase inhibitor, a 5-HT 7 receptor agonist, or a type I TGF- ⁇ receptor ligand as a 5-HT nerve cell inducer. It is performed by adding to the medium.
  • BMP receptors are receptor-type serine / threonine kinases of BMP (Bone Morphogenic Protein), a protein secreted extracellularly, and are roughly classified into type I receptors and type II receptors.
  • ALK Activate like kinase is known as a BMP receptor.
  • BMP receptor kinase inhibitors include 4- (6- (4- (piperazin-1-yl) phenyl) pyrazolo [1,5-a] pyrimidin-3-yl) quinoline (LDN-193189), 4- [ 6- [4- (1-Methylethoxy) phenyl] pyrazolo [1,5-a] pyrimidin-3-yl] -quinoline (DMH-1) and the like.
  • 4- (6- (4- (piperazin-1-yl) phenyl) pyrazolo [1,5-a] pyrimidin-3-yl) quinoline is preferably used.
  • 5-HT 7 receptor is one of serotonin receptor subtypes with serotonin synthesized from tryptophan as a ligand, and is a G protein-coupled receptor.
  • 5-HT 7 receptor agonists (2S)-(+)-5- (1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl) -2- (dimethylamino) tetralin (AS-19), 4- (2 -Diphenyl) -N- (1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-1-yl) -1-piperazine hexanamide hydrochloride (LP12), 4- [2- (Methylthio) phenyl] -N- (1,2,3,3) 4-tetrahydro-1-naphthalenyl) -1-piperazine hexaneamide hydrochloride (LP44) and the like.
  • the TGF- ⁇ receptor is a receptor type serine / threonine kinase of TGF- ⁇ that forms a family with BMP, and, like the BMP receptor, is roughly divided into a type I receptor and a type II receptor.
  • Examples of the type I TGF- ⁇ receptor ligand include TGF- ⁇ , Activin, Nodal, GDF-1, GDF-8, and GDF-11.
  • TGF- ⁇ , Activin, Nodal, GDF-1, GDF-8 or GDF-11 can be purchased, for example, from R & D Systems, Inc.
  • the ligand is an accession number (GenBank), for example, NC in the case of TGF- ⁇ 1. 0000199.9 (NP 000651.3) (human), NC 000073.5 (NP 03577.1) (mouse), in the case of TGF- ⁇ 2, NC 00000.10 (NP 001129071.1) (human), NC 000067.5 (NP 03393.2) (mouse), in the case of TGF- ⁇ 3, NC 000001.8 (NP003230.1) (human), NC 0000785.5 (NP 03394.2) (mouse), Activin is NC 000007.13 (NP 002183.1) (human), NC 000001.5 (NP 03406.1) (mouse), Nodal is NC 000010.10 (NP 060525.3) (human), NC 000076.5 (NP 03839.3) (mouse), GDF-1 is 0000199.9 (NP 001483.3) (human), NC 000074.5 (NP 001156754.1) (mouse), GDF-8 is NC 000002.11 (NP 00 00
  • the BMP receptor kinase inhibitor, 5-HT 7 receptor agonist, or type I TGF- ⁇ receptor ligand may be added at any point in the stem cell culture, but for BMP receptor kinase inhibitors, It is preferable to add to the medium from 0 to 5 days after the start of the culture, and the 5-HT 7 receptor agonist is preferably added 6 to 14 days after the start of the culture. In the production method of the present invention, Since mature neurons are induced after the 8th day of culture, in the case of AS-19 among 5-HT 7 receptor agonists, it is preferable to add them after the 6th to 7th days after the start of the culture.
  • the type I TGF- ⁇ receptor ligand is preferably added 0 to 5 days after the start of culture.
  • the BMP receptor kinase inhibitor, 5-HT 7 receptor agonist, or type I TGF- ⁇ receptor ligand may be added alone or at the same time. Furthermore, two or more agents and ligands may be added simultaneously to the BMP receptor kinase inhibitor, 5-HT 7 receptor agonist, or type I TGF- ⁇ receptor ligand, respectively.
  • the amount of the BMP receptor kinase inhibitor, 5-HT 7 receptor agonist, or type I TGF- ⁇ receptor ligand added to the medium can be appropriately determined by those skilled in the art.
  • 4- (6- (4- (piperazin-1-yl) phenyl) pyrazo [1,5-a] pyrimidin-3-yl) quinoline is 1 nM to 1000 nM, preferably 10 nM to 300 nM. Is added. If (2S)-(+)-5- (1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl) -2- (dimethylamino) tetralin is added, 0.1 ⁇ M to 100 ⁇ M, preferably 1 ⁇ M to 10 ⁇ M is added. Is exemplified. Those skilled in the art can also use the above-mentioned ranges by changing them.
  • noggin may further coexist.
  • Noggin can be purchased from, for example, R & D Systems, Inc., like the type I TGF- ⁇ receptor ligand.
  • noggin can easily obtain the amino acid sequence and base sequence of a protein as an accession number (GenBank), for example, Np_032737 (mouse) or AAH34027 (human), those skilled in the art can use well-known recombinant proteins.
  • GenBank for example, Np_032737 (mouse) or AAH34027 (human)
  • those skilled in the art can use well-known recombinant proteins.
  • Noggin can be easily produced using technology.
  • 5-HT nerve cells induced to differentiate from stem cells are confirmed as a result of the culture. Confirmation that differentiation was induced in the 5-HT neuron, This can be confirmed by measuring at least one of (1) measuring the amount of 5-HT and (2) immunostaining a marker of 5-HT neuronal cells, but it is limited to these methods. First, it is only necessary to verify that 5-HT neurons are present.
  • Measurement of the 5-HT amount is not limited to this, but can be performed using an existing method for measuring the amount of biogenic amine (Matsuda et al., European Journal of Pharmacology 1989, 170: 75-82). That is, it can be carried out by adding a solution containing K + at a high concentration (for example, 56 mM) to the cultured ES cells and incubating, and measuring the solution by HPLC / ECD or the like.
  • a buffer salt solution such as Hanks solution can be used as the solution containing K + , but is not limited thereto.
  • 5-HT or 5-HT synthase can be used as a marker for 5-HT neurons, but is not limited thereto.
  • a known marker that is specifically expressed in the serotonin nerve may be used.
  • 5-HT and 5-HT synthase are not expressed on the cell surface, so the cells to be stained are immobilized by a well-known method. After that, it is preferable to allow the antibody molecule to reach the inside of the cell by increasing the permeability of the cell membrane with a surfactant or the like.
  • 5-HT neuronal cells since there is no appropriate marker expressed on the cell surface of 5-HT neuronal cells, for example, when concentrated using FACS, GFP (green fluorescent protein) or the like is expressed specifically in 5-HT neurons. It is necessary to use a method for transformation in advance. However, if a 5-HT neuronal cell preparation prepared using the method according to the present invention is used, there is a possibility that an appropriate cell surface marker can be found.
  • the present invention also provides a kit for producing 5-HT neuron as an extracellular matrix protein, a stem cell, a BMP receptor kinase inhibitor as a 5-HT neuron inducer, a 5-HT 7 receptor agonist, or type I
  • a kit for producing a 5-HT neuron cell comprising a TGF- ⁇ receptor ligand is provided.
  • the 5-HT nerve cell production kit of the present invention is not particularly limited as long as it contains reagents, instruments, devices and the like. Extracellular matrix proteins, BMP receptor kinase inhibitors as 5-HT neuron inducers, 5-HT 7 receptor agonists, or type I TGF- ⁇ receptor ligands are described in the method for producing 5-HT neurons.
  • the 5-HT nerve cell inducer may further contain noggin as in the 5-HT nerve cell production method. Moreover, they may be provided in a dry state or a solution state. By using the kit and carrying out the method for producing 5-HT neurons, 5-HT neurons can be prepared.
  • BMP receptor kinase inhibitors include 4- (6- (4- (piperazin-1-yl) phenyl) pyrazolo [1,5-a] pyrimidin-3-yl) quinoline, 4- [6-- 4- (1-Methylethoxy) phenyl] pyrazolo [1,5-a] pyrimidin-3-yl] -quinoline and the like may be preferably included, and among them 4- (6- (4- (piperazin-1-yl) ) Phenyl) pyrazolo [1,5-a] pyrimidin-3-yl) quinoline is more preferred.
  • the 5-HT 7 receptor agonists include (2S)-(+)-5- (1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl) -2- (dimethylamino) tetralin, 4- (2-Diphenyl) -N -(1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-1-yl) -1-piperazynehexanamide hydrochloride, 4- [2- (Methylthio) phenyl] -N- (1,2,3,4-tetrahydr-1-yl) -1-piperazine hexanamide hydrochloride and the like may be preferably included, among which (2S)-(+)-5- (1,3,5-Trimethylpyrazole-4-yl) 2- (dimethylamino) tetralin is more preferable.
  • the type I TGF- ⁇ receptor ligand preferably includes TGF- ⁇ , Activin, Nodal, GDF-1, GDF-8, GDF-11, and the like. Two or more BMP receptor kinase inhibitors, 5-HT 7 receptor agonists, or type I TGF- ⁇ receptor ligands may be included. Furthermore, the present kit can use the same stem cells as those described in the above-mentioned 5-HT neuron production method, and may preferably be included as ES cells or iPS cells.
  • 5-HT nerve dysfunction is known to contribute to increased aggression and impulsivity, eating disorders, and other mental disorders (eg, schizophrenia, depression, autism) Disease, eating disorder, sleep disorder, etc.), motor dysfunction after spinal cord injury, and pain.
  • BMP receptor signaling the 5-HT 7 receptor signaling or type I TGF-beta receptor signaling
  • the present invention provides a 5-HT nerve cell regenerative agent comprising a BMP receptor kinase inhibitor, a 5-HT 7 receptor agonist, or a type I TGF- ⁇ receptor ligand.
  • the administration form and dosage form of the 5-HT nerve cell regenerative agent of the present invention may be either oral or parenteral administration.
  • oral administration agent include solids such as powders, granules, capsules, tablets and chewable agents.
  • Liquids such as pills, solutions, syrups, and parenteral agents include injections, ointments, sprays, and the like.
  • parenteral administration more preferably an injection.
  • the component added as necessary in the preparation of the 5-HT nerve cell regenerating agent of the present invention includes an appropriate pharmaceutically acceptable carrier such as an excipient, a binder, a lubricant, a solvent, Disintegrants, solubilizers, suspending agents, emulsifiers, tonicity agents, stabilizers, soothing agents, preservatives, antioxidants, flavoring agents, coloring agents and the like can be mentioned.
  • excipients include sugars such as lactose, glucose, D-mannitol, organic excipients such as starches and celluloses such as crystalline cellulose, and inorganic excipients such as calcium carbonate and kaolin.
  • pregelatinized starch gelatin, gum arabic, methylcellulose, carboxymethylcellulose, sodium carboxymethylcellulose, crystalline cellulose, D-mannitol, trehalose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, etc.
  • Is stearic acid, fatty acid salts such as stearate, talc, silicates, etc., solvent is purified water, physiological saline, etc.
  • disintegrator is low substituted hydroxypropyl cellulose, chemically modified Cellulose, starch, etc., as solubilizers, polyethylene glycol, propylene glycol, trehalose, benzyl benzoate, ethanol, sodium carbonate, sodium citrate, sodium salicylate, sodium acetate, etc. are used as suspending agents or emulsifiers.
  • isotonic agents examples include sodium lauryl sulfate, gum arabic, gelatin, lecithin, glyceryl monostearate, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, sodium carboxymethyl cellulose, polysorbates, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, etc.
  • Sodium chloride, potassium chloride, saccharides, glycerin, urea, etc., stabilizers include polyethylene glycol, sodium dextran sulfate, and other amino acids
  • a soothing agent glucose, calcium gluconate, procaine hydrochloride, etc.
  • preservatives paraoxybenzoates, chlorobutanol, benzyl alcohol, phenethyl alcohol, dehydroacetic acid, sorbic acid, etc. are antioxidants.
  • As sulfites, ascorbic acid and the like, as flavoring agents, sweeteners and fragrances commonly used in the pharmaceutical field, and as coloring agents, colorants commonly used in the pharmaceutical field are mentioned. .
  • aqueous and non-aqueous isotonic sterile injection solutions may contain antioxidants, buffers, antibacterial agents, isotonic agents and the like.
  • aqueous and non-aqueous sterile suspensions can be mentioned, which may contain suspending agents, solubilizers, thickeners, stabilizers, preservatives and the like.
  • Antioxidants, isotonic agents, suspending agents, stabilizers, solubilizers and preservatives include those described above.
  • TE buffer solution 10 mM Tris, 1 mM EDTA [pH 8.0]
  • PBS phosphate buffer solution
  • a buffer solution having a pH of 6 to 9 is preferable.
  • Antibacterial agents include oxophosphate, olmetoprim, trimethoprim, sulfa, fosfomycin, penicillin antibacterial, cephalosporin antibacterial, vancomycin, tetracycline antibacterial, rifampicin, fluoroquinone antibacterial, etc.
  • the agent include gum arabic, lipiodol, sodium polyacrylate, sodium hyaluronate, sodium carboxymethyl cellulose and the like.
  • the 5-HT nerve cell regenerative agent of the present invention can be enclosed in a container in unit doses or multiple doses like ampoules and vials.
  • the active ingredient and a pharmaceutically acceptable carrier can be lyophilized and stored in a state that may be dissolved or suspended in a suitable sterile vehicle immediately before use.
  • the dose and frequency of administration of the 5-HT nerve cell regenerative agent of the present invention vary depending on the age, body weight, disease state, administration method and the like of the administration subject, but usually, for example, a BMP receptor kinase inhibitor per dosage unit dosage form
  • the 5-HT 7 receptor agonist or type I TGF- ⁇ receptor ligand is usually contained in an amount of usually 5 to 500 mg, particularly 5 to 100 mg for injections and 10 to 250 mg for other dosage forms. Administration may be a single dose or multiple doses.
  • the 5-HT nerve cell regenerating agent of the present invention may be directly administered into the brain.
  • the 5-HT nerve cell regenerating agent of the present invention suspended in an appropriate buffer for example, phosphate buffered saline (PBS) or the like
  • PBS phosphate buffered saline
  • the present invention is also obtained by culturing stem cells on polymerized extracellular matrix protein in the presence of a BMP receptor kinase inhibitor, a 5-HT 7 receptor agonist, or a type I TGF- ⁇ receptor ligand.
  • Transplant compositions for the treatment of mental disorders eg, schizophrenia, depression, autism, eating disorders, sleep disorders, etc.
  • motor dysfunction after spinal cord injury including 5-HT neurons Offer things. It is effective when in vivo differentiation induction of neural stem cells cannot be achieved by the regenerative agent by transplanting and establishing 5-HT nerve cells themselves.
  • the composition for transplantation containing 5-HT nerve cells of the present invention has low toxicity.
  • the method for producing 5-HT nerve cells of the present invention does not require the use of feeder cells or serum. This is preferable in that there is no concern of introducing an exogenous factor to the ent.
  • iPS cells derived from the patient itself are used as stem cells, there is no problem of HLA mismatch and rejection due to immune response can be avoided. Therefore, the 5-HT nerve cells obtained by the production method of the present invention may be transplanted as they are, or may be frozen and stored and thawed before use. Examples of patients (subjects) to be transplanted include humans or other mammals (eg, mice, rats, rabbits, sheep, pigs, cows, cats, dogs, monkeys, etc.).
  • the transplant composition containing 5-HT nerve cells of the present invention can be prepared by suspending in a sterile aqueous solution suitable for transplantation in addition to 5-HT neurons.
  • a sterile aqueous liquid suitable for transplantation in addition to 5-HT neurons.
  • examples of the sterile aqueous liquid include isotonic solutions containing physiological saline, glucose and other adjuvants.
  • the number of cells contained in the transplant composition containing 5-HT nerve cells of the present invention varies depending on the transplant subject, transplant range, target disease, severity thereof, etc., for example, in the case of an adult psychiatric patient,
  • the transplant composition containing 5-HT nerve cells of the present invention can be transplanted in a number of about 10 to 100,000 cells, preferably about 100 to 10,000 cells, as a single transplant.
  • transplantation may be performed multiple times over a number of days in view of the degree of establishment.
  • ES cells Mouse ES cells (E14 strain) were cultured in 10 cm tissue culture dish coated with 0.1% gelatin in the presence of 1000 U / mL LIF (Leukemia Inhibitory Factor), 10% fetal bovine serum, Seed using ESM [GMEM (Glasgow) containing 0.1 mM NEAA (non-essential amino acid; Sigma), 1 mM sodium pyruvate (Sigma), 0.1 mM 2-mercaptoethanol (Sigma)], 5% CO 2 / 95% air at 37 ° C. incubator. Passaging was performed every other day using trypsin-EDTA (0.25% trypsin, 1 mM EDTA ⁇ 4Na) (GIBCO BRL).
  • Noggin prepared by the inventors
  • BMP receptor kinase inhibitor LDN-193189 SEMGENT
  • 5-HT agonist as serotonin hydrochloride Sigma-Aldrich
  • GR 127935 Hydrochloride hydrate Sigma-Aldrich
  • cisapride monohydrate Sigma-Aldrich
  • AS 19 Tocris
  • SB 269970 hydrochloride Tocris
  • fluoxetine hydrochloride (LKT laboratories)
  • type I TGF- ⁇ receptor SB431542 was used as a kinase inhibitor.
  • the cells were washed twice with PBS and then fixed with 4% paraformaldehyde at 4 ° C. for 10 minutes. This was washed once with PBS and subjected to blocking treatment with PBST (0.1 mM PBS with 0.3% Triton) / 10% FBS.
  • Mouse anti-GFP monoclonal antibody 500-fold dilution, Clontech
  • rabbit anti-serotonin polyclonal antibody 1000-fold dilution, DiaSorin
  • mouse anti-Tuj1 monoclonal antibody 500-fold dilution, Covance
  • rabbit anti-Map2 antibody 500-fold dilution
  • the plate was washed twice with PBST at 37 ° C. for 10 minutes. Then, as secondary antibodies, Alexa594-conjugated anti-mouse IgG (1000-fold diluted, Molecular Probes), Alexa488-conjugated anti-rabbit IgG (1000-fold diluted, Jackson ImmunoResearch Laboratories), Hoechst 33258 (1000-fold diluted with BIOCH33EM, Block-L diluted with BIOCH33EM) And reacted at 37 ° C. for 1 hour. Thereafter, the plate was washed 3 times with PBST at 37 ° C. for 10 minutes, mounted on a slide glass, and observed using a fluorescence microscope.
  • ES cells were cultured with addition of AS-19 from the 10th day of culturing on matrigel, washed twice with HBSS (Hanks balanced salt solution), and HBSS containing 56 mM K +. Was added at 500 ⁇ l / well, incubated at 37 ° C. for 15 minutes, and collected as a sample on the 18th day of culture. For the measurement, 10 ⁇ l of a sample was manually injected into a high performance liquid chromatography / electrochemical detector (HPLC / ECD) system to simultaneously detect dopamine and serotonin.
  • HPLC / ECD high performance liquid chromatography / electrochemical detector
  • Eicompak CA-50DS (2.1 mm id ⁇ 150 mm, Eicom) was used for the column, and 500 mg / l sodium decanesulfonate, 134 ⁇ M EDTA, 20% (v / v) was used for the mobile phase of HPLC.
  • Real-Time PCR RNA extraction was performed by the guanidine thiocyanate acidic phenol method.
  • reverse transcription was performed using reverse transcriptase M-MLV (GIBCO BRL) using 1.0 ⁇ g of total RNA extracted from ES cells or differentiation-induced cells as a template to prepare a cDNA pool.
  • a cDNA pool diluted 20-fold as a template, using primers specific to each gene, GoTaq (registered trademark) qPCR Master Mix (Promega), CFX 96 Real time System (BIO-RAD) Time PCR was performed.
  • Rat ⁇ -actin was used as an internal standard.
  • the reaction conditions were 95 ° C. for 15 seconds and 58 to 66 ° C. for 60 seconds for 40 cycles.
  • the sequences of the specific primers used and the annealing temperatures thereof are as follows.
  • ⁇ -actin 60 ° C 5′-ACCCACACTGTGCCCCATCTA-3 ′ (SEQ ID NO: 1) 5'-GCCACAGGATTCCATACCCA-3 '(SEQ ID NO: 2)
  • 5-HT 7 receptor 66 ° C 5′-TCCAGGTCAGTACCGGAATACAAAC-3 ′ (SEQ ID NO: 3) 5′-TACTCTTTCTCCCAGGGTTCCGCCTCT-3 ′ (SEQ ID NO: 4)
  • 5-HT 1A receptor 60 ° C.
  • Example 1 Induction of 5-HT Neuronal Differentiation by BMP Receptor Kinase Inhibitors
  • BMP Receptor Kinase Inhibitors Similar applied other major BMP antagonists, Chordin and Follistatin. It was clarified that no significant effect was observed. Therefore, in this example, a 5-HT neuronal differentiation-inducing action was examined using LDN-193189, which is a selective inhibitor of BMP receptor kinase, which causes BMP signal blockade from an action point different from that of the BMP antagonist.
  • LDN-193189 (STEMGENT) was added to the culture solution on the 0th to 5th days of culture, and ES cells were cultured on Matrigel.
  • the ES cells and culture method used were as described above, and 5-HT neuronal differentiation on the 14th day of culture was evaluated. As a result, it was revealed that LDN-193189 (3 to 100 nM) has an action of inducing differentiation of 5-HT nerve (FIG. 1).
  • Example 2 Effect of 5-HT on 5-HT nerve differentiation Reported by studies using primary cultured cells of rodent fetal brain that 5-HT can influence 5-HT nerve differentiation
  • 5-HT can influence 5-HT nerve differentiation
  • pluripotent undifferentiated stem cells such as ES cells and iPS cells
  • 5-HT receptor agonists and antagonists on 5-HT neuronal differentiation was examined.
  • the HT 7 receptor antagonist SB 269970 strongly inhibited the action by Noggin (FIG. 3A). Further, at this time, it was confirmed by immunostaining using an anti-5-HT antibody that SB 269970 decreased the number of 5-HT neurons in colonies containing 5-HT nerves induced by Noggin (Fig. 3B).
  • Example 3 Induction of 5-HT Neuronal Differentiation with 5-HT 7 Receptor Agonist (AS-19) ES cells were cultured on Matrigel for 18 days in the presence or absence of 5-HT 7 receptor agonist AS-19 Cultured and 5-HT neuronal differentiation was assessed by measuring dopamine and serotonin concentrations. AS-19 was added at 10 ⁇ M from the 10th day of Matrigel culture. As a result, it was clarified that the serotonin concentration was significantly higher when AS-19 was added than when AS-19 was not added (control) (FIG. 4).
  • Example 4 Induction of 5-HT neuronal differentiation by Noggin ES cells were cultured on Matrigel in the presence or absence of Noggin, and 5-HT neuronal differentiation was induced by mRNA of 5-HT 1A receptor and 5-HT 7 receptor. The expression level was evaluated by measuring. Noggin started to be added at an amount equivalent to 200 ng / mL from the start of Matrigel culture to the 5th day, and cells were collected on the 8th, 10th, 12th, and 14th days after the culture, and Real-Time was obtained using mRNA extracted from the cells as a template. PCR was performed. As a result, it was revealed that the mRNA expression levels of 5-HT 1A receptor and 5-HT 7 receptor were significantly higher when Noggin was added than when Noggin was not added (control). (FIGS. 5 and 6).
  • 5-HT 7 receptor agonist is influenced 5-HT 7 receptor agonists applied to the 5-HT neuronal differentiation, differentiation of ES cells into efficient 5-HT neurons AS-19 is on matrigel Induced and antagonists suppressed Noggin's effect of inducing 5-HT neurons, suggesting that 5-HT 7 receptors are involved in differentiation into 5-HT neurons. Therefore, it is examined whether ES cells can be efficiently differentiated into 5-HT neurons on Matrigel using various 5-HT 7 receptor agonists.
  • 5-HT 7 receptor agonists include 4- (2-Diphenyl) -N- (1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-1-yl) -1-piperazine hexaneamide hydrochloride (LP12) , 4- [2- (Methylthio) phenyl] -N- (1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalenyl) -1-piperazine hexaneamide (LP44) or the like is used.
  • 5-HT neuronal differentiation is significantly promoted in the presence of the 5-HT 7 receptor agonist as compared to untreated cells, it can be selected as a 5-HT neuronal inducer.
  • a 5-HT 7 receptor agonist may be selected as a 5-HT nerve cell inducer by adding Noggin and further enhancing its 5-HT nerve cell induction effect. Such evaluation can also be performed by immunostaining for 5-HT or measuring the amount of 5-HT.
  • Example 6 Effect of SB431542 on serotonin neuronal differentiation (luciferase assay) It has been reported that the inhibitor of TGF- ⁇ signal SB431542 promotes differentiation from human ES cells to nerve cells alone or in combination with the BMP antagonist Noggin. Therefore, it was decided to examine what effect SB431542 would have on 5-HT neuronal differentiation. Noggin and SB431542 were added at 48 well plate from the beginning of the culture until the fifth day, Noggin was added in an amount equivalent to 200 ng / mL, and SB431542 was added at 0.1 to 10 ⁇ M. On the 14th day of culture, each culture solution was collected and luciferase assay was performed.
  • Example 7 Effect of SB431542 on serotonin neuronal differentiation (immunostaining)
  • Noggin was equivalent to 200 ng / mL
  • SB431542 was added at 1 to 10 ⁇ M from the start of the culture to the fifth day, and cultured for 14 days.
  • 2 units / mL Dispase (Gibco) was added at 400 ⁇ L / well, allowed to stand in an incubator at 5% CO 2 /95% air, 37 ° C. for 2 hours, and then 1.5 mL of detached colonies were obtained. It was collected in a tube and centrifuged (5000 rpm, 5 minutes), and the supernatant was removed.
  • Trypsin-EDTA (0.25% Trypsin, 1 mM EDTA ⁇ 4Na) was added at 100 ⁇ L / tube and pipetting was performed well. Three minutes later, 500 ⁇ L of ESM / 10% FBS was added to stop the reaction, and the mixture was centrifuged again (5000 rpm, 5 minutes), and the supernatant was removed. Then, suspension is performed with ESM / 10% knockout sealant replacement to 4 ⁇ 10 6 cells / mL, and 500 ⁇ L is placed on a 24-well plate with a cover glass coated with 0.075% poly-L-lysine. / Well.
  • Example 8 Effect of Noggin on downstream gene expression of TGF- ⁇ and BMP signal ES cell culture on Matrigel in the presence or absence of Noggin and the effect of TGF- ⁇ and BMP signal on downstream gene expression Were assessed by measuring mRNA expression levels.
  • Noggin was added in an amount equivalent to 200 ng / mL from the start of Matrigel culture to the second day, cells were collected on the second day after the culture, and Real-Time PCR was performed using mRNA extracted from the cells as a template.
  • the expression of the Id gene known as the downstream gene of the BMP signal was reduced by the addition of Noggin, and the expression of Lefty known as the downstream gene of TGF- ⁇ was increased.
  • 5-HT 7 receptor was first found to be involved in 5-HT neuronal differentiation, and 5-HT neuron was used in schizophrenia, depression, autism, eating disorders, sleep disorders. It is suspected that it may be involved in mental illness such as psychiatric disorders or dysfunction after spinal injury, pain-related symptoms, etc., so that BMP receptor, 5-HT 7 receptor, type I TGF- ⁇ receptor Elucidation of the relationship between the disease and symptoms can be used for the development of a therapeutic agent for the disease in the future.
  • This application is based on Japanese Patent Application No. 2011-035192 (filing date: February 21, 2011) filed in Japan, the contents of which are incorporated in full herein.

Abstract

 本発明は、BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドの存在下、重合化した細胞外マトリクスタンパク質上において幹細胞を培養する、5-HT神経細胞製造方法などを提供する。

Description

5-HT神経細胞の製造方法
 本発明は、5-HT神経細胞の製造方法などに関する。
 脳内のセロトニン(5-hydroxytryptamine;5-HT)神経系は脳幹の縫線核を起始核とし、大脳皮質辺縁系、基底核、視床下部、下位脳幹や脊髄など広範囲の中枢神経系に投射している。機能的にも、攻撃性、摂食行動、記憶学習を制御するなど様々であり、いくつかの精神疾患の治療薬が、5-HT神経系の機能を調節することなどから、精神疾患の病態との関連性が深いと考えられている。
 5-HT神経系は、胎生期の早期から認められ、細胞の***・分化、神経系細胞の遊走、シナプス形成などを調節することが示されている。また、発達期の5-HT神経系の異常に伴い、脳の発達異常が起こることが示されている。さらに、神経伝達物質5-HTそのものが、5-HT神経の分化を促進する働きを有することが知られている(非特許文献1、2)。5-HT受容体には多くのサブタイプの存在が知られているが、これらの5-HT神経分化での役割については分かっていない。これら5-HT受容体のうち、5-HT受容体は、うつ病、不安、疼痛、統合失調症などに関わる可能性が指摘されている。
 神経細胞の発生段階を研究する上で有用なツールとして、胚性幹細胞(embryonic stem cells;ES細胞)からの神経誘導系が注目されている(非特許文献3-5)。本発明者らは、基底膜調製品であるマトリゲル上でES細胞を培養することによって、神経細胞が誘導されることを見出しており(マトリゲル法)、さらにはBMP(bone morphogenetic protein)に直接結合してその作用を遮断するBMPアンタゴニストであるNogginをその培養系に添加することで、ES細胞からの5-HT神経分化誘導系(マトリゲル-Noggin法)を確立することに成功している(特許文献1)。この誘導系は、フィーダー細胞や血清を用いないシンプルな系であるため、分子基盤解析を行いやすく、また生体の発達過程と類似の機構で5-HT神経分化が進行することから、この誘導系のメカニズムの解析は、生体の5-HT神経分化メカニズムの解明に結び付くものであると考えられる。しかし、ES細胞からの5-HT神経分化における、5-HT受容体に作用する薬物あるいはBMP受容体シグナルに作用する薬物の作用については知られていない。
特開2008-125448号
De Vitry F et al., Proc Natl Acad Sci USA., Vol. 83, 8629-8633, 1986 Parga J et al., Dev Neurobiol., Vol. 67, 10-22, 2007 Lee SH et al., Nat Biotechnol., Vol. 18, 675-679, 2000 Perrier AL et al., Proc Natl Acad Sci USA., Vol. 101, 12543-12548, 2004 Zhang SC., Brain Pathol., Vol. 16, 132-142, 2006
 本発明の目的は、ES細胞からの5-HT神経分化誘導系によって得られた新規5-HT神経細胞誘導因子を用いた5-HT神経細胞製造方法および該製造キットを提供することである。
 本発明では、5-HT神経分化メカニズムの解明を目指し、マトリゲル-Noggin法を用いて分化誘導機構の検討を行った。その結果、Nogginの作用は他のBMPアンタゴニストでは引き起こされない作用ではあるが、BMPシグナルの遮断を介して引き起こされることを見出した。また、5-HT受容体を介した作用により、ES細胞からの5-HT神経への分化を促進できることを明らかにすることに成功した。さらに、本発明では、BMP受容体キナーゼの阻害剤が5-HT神経への分化を促進できること、ならびにNogginの5-HT神経分化誘導作用が、I型TGF-β受容体キナーゼ阻害剤によって阻害されることを見出し、I型TGF-β受容体シグナルが5-HT神経への分化に関与していることを見出した。
 本発明者らは、これらの知見に基づいてさらに研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明は、
[1]BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドの存在下、重合化した細胞外マトリクスタンパク質上において幹細胞を培養する、5-HT神経細胞製造方法;
[2]BMP受容体キナーゼ阻害剤が、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineまたは4-[6-[4-(1-Methylethoxy)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]-quinolineから少なくとも1つ選択される、[1]記載の製造方法;
[3]BMP受容体キナーゼ阻害剤が、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineである、[2]記載の製造方法;
[4]5-HT受容体アゴニストが、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralin、4-(2-Diphenyl)-N-(1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-1-yl)-1-piperazinehexanamide hydrochloride、4-[2-(Methylthio)phenyl]-N-(1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalenyl)-1-piperazinehexanamide hydrochlorideから少なくとも1つ選択される、[1]記載の製造方法;
[5]5-HT受容体アゴニストが、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralinである、[4]記載の製造方法;
[6]I型TGF-β受容体リガンドが、TGF-β、Activin、Nodal、GDF-1、GDF-8またはGDF-11から少なくとも1つ選択される、[1]記載の製造方法;
[7]nogginの共存在下において培養する、[1]-[6]のいずれか1つに記載の製造方法;
[8]幹細胞がES細胞またはiPS細胞である、[1]-[7]のいずれか1つに記載の製造方法;
[9]細胞外マトリクスタンパク質、幹細胞、5-HT神経細胞誘導剤としてのBMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドを含む、5-HT神経細胞製造キット;
[10]BMP受容体キナーゼ阻害剤が、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineまたは4-[6-[4-(1-Methylethoxy)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]-quinolineから少なくとも1つ選択される、[9]記載の5-HT神経細胞製造キット;
[11]BMP受容体キナーゼ阻害剤が、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineである、[10]記載の5-HT神経細胞製造キット;
[12]5-HT受容体アゴニストが、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralin、4-(2-Diphenyl)-N-(1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-1-yl)-1-piperazinehexanamide hydrochloride、4-[2-(Methylthio)phenyl]-N-(1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalenyl)-1-piperazinehexanamide hydrochlorideから少なくとも1つ選択される、[9]記載の5-HT神経細胞製造キット;
[13]5-HT受容体アゴニストが、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralinである、[12]記載の5-HT神経細胞製造キット;
[14]I型TGF-β受容体リガンドが、TGF-β、Activin、Nodal、GDF-1、GDF-8またはGDF-11から少なくとも1つ選択される、[9]記載の5-HT神経細胞製造キット;
[15]nogginをさらに含む、[9]-[14]のいずれか1つに記載の5-HT神経細胞製造キット;
[16]幹細胞がES細胞またはiPS細胞である、[9]-[15]のいずれか1つに記載の5-HT神経細胞製造キット;
[17]BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドを含む、5-HT神経細胞再生剤;
[18]BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドを患者に有効量投与することを含む、5-HT神経細胞再生方法;
[19]5-HT神経細胞再生剤として使用するための、BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンド;
[20][1]-[8]のいずれか1つに記載の製造方法によって製造される5-HT神経細胞を含む、精神疾患または脊椎損傷後の運動機能障害、疼痛の治療のための移植用組成物;
[21][1]-[8]のいずれか1つに記載の製造方法によって製造される5-HT神経細胞を患者に有効量移植することを含む、精神疾患または脊椎損傷後の運動機能障害、疼痛の治療方法;
[22]精神疾患または脊椎損傷後の運動機能障害、疼痛の治療のための移植用組成物として使用するための、[1]-[8]のいずれか1つに記載の製造方法によって製造される5-HT神経細胞;
を提供する。
 本発明の5-HT神経細胞製造方法によれば、5-HT神経細胞誘導剤として新たに見出したBMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドを用いることで、幹細胞を効率的に5-HT神経細胞へ分化させることができる。
図1は、各種濃度のLDN-193189の存在下、マトリゲル上でES細胞を14日間培養した際の結果を示す。Luminescence intensityは、5-HT神経分化の指標となる、ETS(Pet1)のエンハンサー領域の活性であり、薬物非添加時を100%として示している。データを平均値±平均値標準誤差として表した。*p<0.05 by Dunnett test. 図2は、各種濃度の5-HTアゴニスト、アンタゴニストまたはSSRIの存在下、マトリゲル上でES細胞を14日間培養した際の結果を示す。データを平均値±平均値標準誤差として表した。*p<0.05 by Dunnett test. 図3Aは、各種濃度の5-HTアゴニストまたはアンタゴニストの存在下、Nogginの添加時のマトリゲル上でES細胞を14日間培養した際の結果を示す。データを平均値±平均値標準誤差として表した。;図3Bは、Noggin(左)およびNoggin+5-HTアンタゴニストSB269970 10μM(右)の存在下、マトリゲル上で14日間培養した細胞における、Hoechst33258による核と、抗5-HTポリクローナル抗体による5-HTの共染色像を示す図である。スケールバー;200μm 図4は、5-HTアゴニスト(AS-19)の存在下または非存在下、ES細胞をマトリゲル上で18日間培養した際のドパミン(DA)およびセロトニン(5-HT)濃度を測定した結果を示す。データを平均値±平均値標準誤差として表した。 図5は、Nogginの存在下または非存在下、ES細胞をマトリゲル上で培養した際の5-HT1A受容体のmRNA発現レベルを測定した結果を示す。データを平均値±平均値標準誤差として表した。**p<0.01 by two-way repeated ANOVA., #p<0.05, ##p<0.01 by Turkey-Kramer test. 図6は、Nogginの存在下または非存在下、ES細胞をマトリゲル上で培養した際の5-HT受容体のmRNA発現レベルを測定した結果を示す。データを平均値±平均値標準誤差として表した。**p<0.01 by two-way repeated ANOVA., #p<0.05, ##p<0.01 by Turkey-Kramer test. 図7は、各種濃度のSB431542の存在下、Nogginの添加時のマトリゲル上でES細胞を14日間培養した際の結果を示す。Luminescence intensityは、5-HT神経分化の指標となる、ETS(Pet1)のエンハンサー領域の活性であり、薬物非添加時を100%として示している。データを平均値±平均値標準誤差として表した。**p<0.01, ##p<0.01 by Dunnett test. 図8は、各種濃度のSB431542の存在下、Nogginの添加時のマトリゲル上でES細胞を14日間培養した際の全神経細胞に対する5-HT細胞の割合を示す。データを平均値±平均値標準誤差として表した。;左図は、NogginおよびNoggin+I型TGF-β受容体アンタゴニストSB431542の存在下、神経分化マーカーである抗Tuj1モノクローナル抗体と、抗5-HTポリクローナル抗体による、神経細胞に対する5-HT細胞の割合を示す。右図は、NogginおよびNoggin+SB431542の存在下、Hoechst33258、神経分化マーカーである抗Tuj1モノクローナル抗体および抗Map2抗体染色による全細胞に対する神経細胞の割合を示す。**p<0.01 by Dunnett test. 図9は、Nogginの存在下または非存在下、ES細胞をマトリゲル上で培養した際のBMP受容体およびI型TGF-β受容体のそれぞれの下流遺伝子のmRNA発現レベルを測定した結果を示す。データを平均値±平均値標準誤差として表した。**p<0.01 by Student’s test.
 本発明は、BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドの存在下、重合化した細胞外マトリクスタンパク質上において幹細胞を培養することを含む、5-HT神経細胞製造方法を提供する。また、本発明の方法により製造された5-HT神経細胞の用途は特に限定されず、5-HT神経細胞に関するあらゆる試験・研究に用いるモデル細胞、または統合失調症、うつ病、自閉症、摂食障害、睡眠障害などの精神疾患もしくは脊椎損傷後の運動機能障害、疼痛などを伴う症状の治療・改善に用いる移植用細胞としての用途が提供される。
 本発明の5-HT神経細胞製造方法において用いられる幹細胞とは、インビトロにおいて培養することが可能で、かつ、生体を構成する複数系列の細胞に分化しうる細胞をいう。具体的にはES細胞、胎児の始原生殖細胞由来の多能性幹細胞(EG細胞:Proc Natl Acad Sci U S A.1998,95:13726-31)、精巣由来の多能性幹細胞(GS細胞:Nature.2008,456:344-9)、体細胞由来人工多能性幹細胞(induced pluripotent stem cells;iPS細胞)、ヒトの体性幹細胞(組織幹細胞)が挙げられ、好ましくは、iPS細胞、ES細胞である。
 ES細胞としては、任意の温血動物、好ましくは哺乳動物に由来するES細胞を使用できる。哺乳動物としては、例えば、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ウサギ、ネコ、イヌ、ヒツジ、ブタ、ウシ、ウマ、ヤギ、サル、ヒトが挙げられる。ES細胞の好ましい例としては、ヒトまたはマウスに由来するES細胞が挙げられる。
 ES細胞の具体例として、着床以前の初期胚を培養することによって樹立した哺乳動物等のES細胞、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ES細胞、及びこれらのES細胞の染色体上の遺伝子を遺伝子工学の手法を用いて改変したES細胞が挙げられる。
 各ES細胞は当該分野で通常実施されている方法や、公知文献に従って調製することができる。
 マウスのES細胞は、1981年にエバンスら(Evans et al.,1981,Nature 292:154-6)や、マーチンら(Martin GR.et al.,1981,Proc Natl Acad Sci 78:7634-8)によって樹立されており、例えば大日本住友製薬株式会社(大阪、日本)などから購入可能である。
 ヒトのES細胞は、1998年にトムソンら(Thomson et al.,Science,1998,282:1145-7)によって樹立されており、WiCell研究施設(WiCell Research Institute、ウェブサイト:http://www.wicell.org/、マジソン、ウイスコンシン州、米国)、米国国立衛生研究所(National Institute of Health)、京都大学などから入手可能であり、例えばCellartis社(ウェブサイト:http://www.cellartis.com/、スウェーデン)などから購入可能である。
 iPS細胞としては、任意の温血動物、好ましくは哺乳動物に由来するiPS細胞を使用できる。該哺乳動物としては、例えば、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ウサギ、ネコ、イヌ、ヒツジ、ブタ、ウシ、ウマ、ヤギ、サル、ヒトが挙げられる。iPS細胞の好ましい例としては、ヒトまたはマウスに由来するiPS細胞が挙げられる。
 iPS細胞の具体例として、皮膚細胞等の体細胞に複数の遺伝子を導入して得られる、ES細胞同様の多分化能を獲得した細胞が挙げられ、例えばOct3/4遺伝子、Klf4遺伝子、C-Myc遺伝子及びSox2遺伝子を導入することによって得られるiPS細胞、Oct3/4遺伝子、Klf4遺伝子及びSox2遺伝子を導入することによって得られるiPS細胞(Nat Biotechnol 2008;26:101-106)が挙げられる。他にも、導入遺伝子をさらに減らした方法(Nature.2008 Jul 31;454(7204):646-50)、低分子化合物を利用した方法(Cell Stem Cell.2009 Jan 9;4(1):16-9、Cell Stem Cell.2009 Nov 6;5(5):491-503)、遺伝子の代わりに転写因子タンパク質を利用した方法(Cell Stem Cell.2009 May 8;4(5):381-4)などが挙げられる。
 作成されたiPS細胞は、その作出方法によらずいずれも本発明に用いられうる。
 ヒトiPS細胞株としては、具体的には、253G1株(36歳女性の皮膚線維芽細胞にOCT4/SOX2/KLF4を発現させて作成されたiPS細胞株)、201B7株(36歳女性の皮膚線維芽細胞にOCT4/SOX2/KLF4/c-MYCを発現させて作成されたiPS細胞株)、1503-iPS(297A1)(73歳女性の皮膚線維芽細胞にOCT4/SOX2/KLF4/c-MYCを発現させて作成されたiPS細胞株)、1392-iPS(297F1)(56歳男性の皮膚線維芽細胞にOCT4/SOX2/KLF4/c-MYCを発現させて作成されたiPS細胞株)、NHDF-iPS(297L1)(新生児男性の皮膚線維芽細胞にOCT4/SOX2/KLF4/c-MYCを発現させて作成されたiPS細胞株)等が挙げられる。
 本発明の5-HT神経細胞製造方法では、前記幹細胞を重合化した細胞外マトリクスタンパク質上において培養する。
 本発明において、細胞外マトリクスタンパク質は、細胞の外側の空間を構成するタンパク質であって、細胞接着作用を有し、そこで培養される細胞が正常な細胞の機能維持、自己増殖及び分化を行うことができるものであれば、その種類は特に制限されないが、基底膜を構成する細胞外マトリクスタンパク質が好ましい。そのような細胞外マトリクスタンパク質としては、例えば、ラミニン、コラーゲン、エンタクチン、プロテオグリカン、グリコサミノグリカン、ナイドジェン、フィブロネクチン、ゼラチン、ビトロネクチン、エラスチンおよびテネイシンなどが挙げられ、そのうち、コラーゲン中でもIV型コラーゲン、プロテオグリカンの中でもヘパラン硫酸プロテオグリカン、ラミニン、ナイドジェン、エンタクチンおよびフィブロネクチンは基底膜を構成する細胞外マトリクスタンパク質として好ましい。また、細胞外マトリクスタンパク質としては市販されているものも用いることができ、例えば、Engelbreth-Holm-Swarm(EHS)マウス肉腫から抽出された基底膜成分で構成されるマトリゲル(BD Biosciences)は、本発明において好ましく用いることができる。
 前記細胞外マトリクスタンパク質は、本発明の5-HT神経細胞製造方法に用いる際に、予め細胞培養器上で重合化される。重合化は、前記細胞外マトリクスタンパク質を、予め低温で溶解させておき、22~35℃でインキュベートすることによって、容易に重合化させることができる。重合化される細胞外マトリクスタンパク質でコートされる細胞培養器としては、例えば、フラスコ、組織培養用フラスコ、デッシュ、ペトリデッシュ、組織培養用デッシュ、マルチデッシュ、マイクロプレート、マイクロウエルプレート、マルチプレート、マルチウエルプレート、チャンバースライド、シャーレ、チューブ、トレイ、培養バック、ローラーボトルが挙げられる。好ましくは、デッシュ、ペトリデッシュ、組織培養用デッシュ、マルチデッシュ、マイクロプレート、マイクロウエルプレート、マルチプレート、マルチウエルプレート等である。
 幹細胞は、モノセルとして懸濁した該細胞を、培地中に懸濁し、前記の重合化された細胞外マトリクスタンパク質上に1.0×10の密度で播種すればよい。培養は、通常、5%CO/95% air、37℃のインキュベーター内で7~20日間、好ましくは12~20日間培養し、幹細胞を神経系細胞へと分化させることができる。
 用いられる培地としては、通常、幹細胞を培養するのに用いられる培地(以下、基礎培地)であってよく、BME培地、BGJb培地、CMRL 1066培地、Glasgow MEM培地、Improved MEM ZincOption培地、IMDM培地、Medium 199培地、Eagle MEM培地、αMEM培地、DMEM培地、ハム培地、RPMI 1640培地、Fischer’s培地及びこれらの混合培地等、動物細胞の培養に用いることのできる培地であれば特に限定されない。これらの培地は、Life Technologies社、SIGMA社、和光純薬工業社、大日本住友製薬社などから購入可能であり、同一名称あるいは同一商品名の培地であれば培地の組成は製造元によらず同等である。
 本発明の5-HT神経細胞製造方法で用いられる培地は、血清含有培地であってもよいが、無血清培地であることが好ましい。ここで、無血清培地とは、無調整又は未精製の血清を含まない基礎培地を意味し、精製された血液由来成分や動物組織由来成分(例えば、増殖因子)が混入している培地は無血清培地に該当するものとする。
 本発明の5-HT神経細胞製造方法で用いられる培地はまた、血清代替物を含んでいてもよい。血清代替物としては、例えば、アルブミン(例えば、脂質リッチアルブミン)、トランスフェリン、脂肪酸、コラーゲン前駆体、微量元素(例えば亜鉛、セレン)、B-27サプリメント、N2サプリメント、ノックアウトシーラムリプレースメント、2-メルカプトエタノール、3’チオールグリセロール、又はこれらの均等物が挙げられる。これらの培地中の濃度は、例えば、通常0.01~20重量%、好ましくは0.1~10重量%である。
 ノックアウトシーラムリプレースメントはLife Technologies社から購入可能である。その他の血清代替物については、Life Technologies社、SIGMA社、和光純薬工業社、大日本住友製薬社などから購入可能であり、同一名称あるいは同一商品名の試薬あるいは添加物であれば組成は製造元によらず同等である。
 本発明の5-HT神経細胞製造方法で用いられる培地はまた、脂質、アミノ酸(例えば、非必須アミノ酸)、ビタミン、増殖因子、サイトカイン、抗酸化剤、2-メルカプトエタノール、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類、抗生物質(例えばペニシリンやストレプトマイシン)又は抗菌剤(例えばアンホテリシンB)等を含有してもよい。これらの培地中の濃度は、前記した血清代替物の培地中の濃度と同様である。
 本発明の5-HT神経細胞製造方法においては、幹細胞の培養は5-HT神経細胞誘導剤としてBMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドを培地中に添加して行われる。
 BMP受容体は、細胞外に分泌されるタンパク質であるBMP(骨形成タンパク質:Bone Morphogenetic Protein)の受容体型セリン/スレオニンキナーゼであり、I型受容体およびII型受容体に大別される。BMP受容体としてALK(Activin like kinase)が知られている。BMP受容体キナーゼ阻害剤としては、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinoline(LDN-193189)、4-[6-[4-(1-Methylethoxy)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]-quinoline(DMH-1)などが挙げられる。その中でも、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineが好ましく用いられる。
 5-HT受容体は、トリプトファンから合成されるセロトニンをリガンドとしたセロトニン受容体サブタイプの1つであり、Gタンパク質結合型受容体である。5-HT受容体アゴニストとしては、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralin(AS-19)、4-(2-Diphenyl)-N-(1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-1-yl)-1-piperazinehexanamide hydrochloride(LP12)、4-[2-(Methylthio)phenyl]-N-(1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalenyl)-1-piperazinehexanamide hydrochloride(LP44)などが挙げられる。その中でも、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralinが好ましく用いられる。
 TGF-β受容体は、BMPとファミリーを形成するTGF-βの受容体型セリン/スレオニンキナーゼであり、BMP受容体と同様、I型受容体およびII型受容体に大別される。I型TGF-β受容体リガンドとしては、例えば、TGF-β、Activin、Nodal、GDF-1、GDF-8またはGDF-11が挙げられる。TGF-β、Activin、Nodal、GDF-1、GDF-8またはGDF-11は、例えばR&DSystems,Incから購入することができる。また、上記リガンドはアクセッション番号(GenBank)として、例えば、TGF-β1の場合、NC 000019.9(NP 000651.3)(ヒト)、NC 000073.5(NP 035707.1)(マウス)として、TGF-β2の場合、NC 000001.10(NP 001129071.1)(ヒト)、NC 000067.5(NP 033393.2)(マウス)として、TGF-β3の場合、NC 000014.8(NP003230.1)(ヒト)、NC 000078.5(NP 033394.2)(マウス)として、Activinは、NC 000007.13(NP 002183.1)(ヒト)、NC 000079.5(NP 032406.1)(マウス)として、Nodalは、NC 000010.10(NP 060525.3)(ヒト)、NC 000076.5(NP 038639.2)(マウス)として、GDF-1は、NC 000019.9(NP 001483.3)(ヒト)、NC 000074.5(NP 001156754.1)(マウス)として、GDF-8は、NC 000002.11(NP 005250.1)(ヒト)、NC 000067.5(NP 034964.1)(マウス)として、GDF-11は、NC 000012.11(NP 005802.1)(ヒト)、NC 000076.5(NP 034402.1)(マウス)として、タンパク質の塩基配列(アミノ酸配列)を容易に入手することができるので、当業者は周知の組換えタンパク質技術を用いて各種リガンドを容易に作製することができる。
 前記BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドは、幹細胞培養中のいかなる時点において添加してもよいが、BMP受容体キナーゼ阻害剤については、培養開始後0~5日目までに培地に添加することが好ましく、5-HT受容体アゴニストについては、培養開始後6~14日に添加することが好ましいが、本発明の製造方法においては、成熟神経細胞は培養8日目以降に誘導されるため、5-HT受容体アゴニストのうちAS-19の場合は、培養開始後6~7日目以降に添加することが好ましい。また、I型TGF-β受容体リガンドについては、培養開始後0~5日に添加することが好ましい。
 BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドは、それぞれ単独で添加されてもよいし、同時に添加されてもよい。さらに、BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドはそれぞれ2種類以上の剤、リガンドが同時に添加されてもよい。
 前記BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドの培地中への添加量は、当業者が適宜決定することができる。しかし、例えば、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineであれば、1nM~1000nM、好ましくは、10nM~300nMで添加することが例示される。また、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralinであれば、0.1μM~100μM、好ましくは、1μM~10μMで添加することが例示される。当業者は前記の範囲を変更して用いることもできる。
 また、前記5-HT神経細胞誘導剤としては、さらにnogginを共存させていてもよい。nogginは、前記I型TGF-β受容体リガンドと同様、例えばR&DSystems,Incから購入することができる。また、nogginはアクセッション番号(GenBank)として、例えば、Np_032737(マウス)、AAH34027(ヒト)として、タンパク質のアミノ酸配列および塩基配列を容易に入手することができるので、当業者は周知の組換えタンパク質技術を用いてnogginを容易に作製することができる。
 本発明の5-HT神経細胞製造方法においては、前記の培養の結果、幹細胞から分化誘導された5-HT神経細胞の確認を行う。
 上記5-HT神経細胞に分化誘導されたことの確認は、
(1)5-HT量を計測すること、又は
(2)5-HT神経細胞のマーカーを免疫染色すること
の少なくともいずれか一方を行うことで確認することができるが、これらの方法に限定されず、5-HT神経細胞が存在することを検証できればよい。
 5-HT量の計測は、これに限るものではないが、既存の生体アミン量の測定方法(Matsuda et al.,European Journal of Pharmacology 1989,170:75-82)を用いて行うことができる。すなわち、培養したES細胞に対し、高濃度(例えば56mM)のKを含む溶液を加えてインキュベートし、該溶液をHPLC/ECD等により測定することで行うことができる。Kを含む溶液としてはHanks液等の緩衝塩類溶液を用いることができるが、これに限られない。
 また、5-HT神経細胞のマーカーとしては、5-HTまたは5-HT合成酵素を用いることができるがこれに限られない。セロトニン神経に特異的に発現している公知のマーカーを用いればよい。
 5-HT及び5-HT合成酵素に対する抗体を用いて免疫染色する場合、5-HT及び5-HT合成酵素は細胞表面には発現していないため、染色すべき細胞を周知の方法により固定化した後、界面活性剤等により細胞膜の透過性を増大させることにより抗体分子を細胞内に到達できるようにすることが好ましい。
 なお、5-HT神経細胞の細胞表面に発現している適切なマーカーが存在しないため、例えばFACSを用いて濃縮する場合、5-HT神経特異的にGFP(緑色蛍光タンパク質)等を発現するように予め形質転換する方法等を用いる必要がある。ただし、本発明に係る方法を用いて作製した5-HT神経細胞標品を用いれば、適当な細胞表面マーカーを見出すことができる可能性がある。
 本発明はまた、5-HT神経細胞を製造するキットとして、細胞外マトリクスタンパク質、幹細胞、5-HT神経細胞誘導剤としてのBMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドを含む、5-HT神経細胞製造キットを提供する。
 本発明の5-HT神経細胞製造キットは試薬、器具、装置等が含まれていればよく、特に限定されるものではない。細胞外マトリクスタンパク質、5-HT神経細胞誘導剤としてのBMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドは、前記5-HT神経細胞製造方法において述べたものと同一のものを用いることができ、5-HT神経細胞誘導剤としては、前記5-HT神経細胞製造方法と同様にnogginをさらに含んでいてよい。また、それらは、乾燥状態で提供されても、溶液状態で提供されてもよい。該キットを用いて、前記5-HT神経細胞製造方法を実施することにより、5-HT神経細胞を作製することができる。また、BMP受容体キナーゼ阻害剤としては、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinoline、4-[6-[4-(1-Methylethoxy)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]-quinolineなどが好ましく含まれてよく、その中でも、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineがより好ましい。5-HT受容体アゴニストとしては、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralin、4-(2-Diphenyl)-N-(1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-1-yl)-1-piperazinehexanamide hydrochloride、4-[2-(Methylthio)phenyl]-N-(1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalenyl)-1-piperazinehexanamide hydrochlorideなどが好ましく含まれてよく、その中でも、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralinがより好ましい。I型TGF-β受容体リガンドとしては、TGF-β、Activin、Nodal、GDF-1、GDF-8またはGDF-11などが好ましく含まれる。また、BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドは2種類以上が含まれていてもよい。さらに、本キットは幹細胞として、前記5-HT神経細胞製造方法において述べたものと同一のものを用いることができ、好ましくは、ES細胞またはiPS細胞として含まれてよい。
 5-HT神経の機能不全は、攻撃性及び衝動性の増加や摂食障害等の一因であることが知られており、幾つかの精神疾患(例えば、統合失調症、うつ病、自閉症、摂食障害、睡眠障害など)、脊椎損傷後の運動機能障害、疼痛の原因の一つとして挙げられている。前記疾患、症状を改善・緩和するストラテジーとしては、機能不全に陥った5-HT神経細胞を新たな5-HT神経細胞に代替させることが想定される。本発明では、BMP受容体シグナル、5-HT受容体シグナルまたはI型TGF-β受容体シグナルが、幹細胞からの5-HT神経細胞への分化に関与していることを見出した。従って、本発明は、BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドを含む、5-HT神経細胞再生剤を提供する。
 本発明の5-HT神経細胞再生剤の投与形態・剤型は、経口投与、非経口投与のいずれでもよく、経口投与剤としては、散剤、顆粒剤、カプセル剤、錠剤、チュアブル剤などの固形剤、溶液剤、シロップ剤などの液剤が、また、非経口投与剤としては、注射剤、軟膏、スプレー剤などが挙げられる。好ましくは非経口投与、さらに好ましくは注射剤である。
 本発明の5-HT神経細胞再生剤の製剤上の必要に応じて添加される成分としては、適宜の薬学的に許容される担体、例えば、賦形剤、結合剤、滑沢剤、溶剤、崩壊剤、溶解補助剤、懸濁化剤、乳化剤、等張化剤、安定化剤、無痛化剤、防腐剤、抗酸化剤、矯味矯臭剤、着色剤などが挙げられる。賦形剤としては、乳糖、ブドウ糖、D-マンニトールなどの糖類、でんぷん類、結晶セルロースなどのセルロース類などの有機系賦形剤、炭酸カルシウム、カオリンなどの無機系賦形剤などが、結合剤としては、α化デンプン、ゼラチン、アラビアゴム、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、結晶セルロース、D-マンニトール、トレハロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコールなどが、滑沢剤としては、ステアリン酸、ステアリン酸塩などの脂肪酸塩、タルク、珪酸塩類などが、溶剤としては、精製水、生理的食塩水などが、崩壊剤としては、低置換度ヒドロキシプロピルセルロース、化学修飾されたセルロースやデンプン類などが、溶解補助剤としては、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、トレハロース、安息香酸ベンジル、エタノール、炭酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、サリチル酸ナトリウム、酢酸ナトリウムなどが、懸濁化剤あるいは乳化剤としては、ラウリル硫酸ナトリウム、アラビアゴム、ゼラチン、レシチン、モノステアリン酸グリセリン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロースナトリウムなどのセルロース類、ポリソルベート類、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油などが、等張化剤としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、糖類、グリセリン、尿素などが、安定化剤としては、ポリエチレングリコール、デキストラン硫酸ナトリウム、その他のアミノ酸類などが、無痛化剤としては、ブドウ糖、グルコン酸カルシウム、塩酸プロカインなどが、防腐剤としては、パラオキシ安息香酸エステル類、クロロブタノール、ベンジルアルコール、フェネチルアルコール、デヒドロ酢酸、ソルビン酸などが、抗酸化剤としては、亜硫酸塩、アスコルビン酸などが、矯味矯臭剤としては、医薬分野において通常に使用される甘味料、香料などが、着色剤としては、医薬分野において通常に使用される着色料が挙げられる。
 特に好ましい剤形である水性及び非水性の等張な無菌の注射液剤には抗酸化剤、緩衝液、制菌剤、等張化剤等が含まれていてもよい。また、水性及び非水性の無菌の懸濁液剤が挙げられ、これには懸濁剤、溶解補助剤、増粘剤、安定化剤、防腐剤等が含まれていてもよい。
 抗酸化剤、等張化剤、懸濁剤、安定化剤、溶解補助剤及び防腐剤としては、前記されたものが、それぞれ挙げられる。緩衝液としては、例えば、TE緩衝液(10mMトリス、1mM EDTA[pH8.0])、PBS(リン酸緩衝液)等を適宜選択し使用できるが、pHが6~9の緩衝液が好ましい。制菌剤としては、オキソリン酸、オルメトプリム、トリメトプリム、サルファ剤、ホスホマイシン、ペニシリン系抗菌剤、セファロスポリン系抗菌剤、バンコマイシン、テトラサイクリン系抗菌剤、リファンピシン、フルオロキノン系抗菌剤などが挙げられ、増粘剤としてはアラビアゴム、リピオドール、ポリアクリル酸ナトリウム、ヒアルロン酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロースナトリウムなどが挙げられる。
 注射剤であった場合、本発明の5-HT神経細胞再生剤は、アンプルやバイアルのように単位投与量あるいは複数回投与量ずつ容器に封入することができる。また、有効成分及び医薬上許容可能な担体を凍結乾燥し、使用直前に適当な無菌のビヒクルに溶解又は懸濁すればよい状態で保存することもできる。
 本発明の5-HT神経細胞再生剤の投与量及び投与回数は、投与対象の年齢・体重・病態、投与方法などによっても異なるが、通常、例えば、投薬単位剤形当たりBMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニストまたはI型TGF-β受容体リガンドを通常5~500mg、とりわけ注射剤では5~100mg、その他の剤形では10~250mg含有されていることが好ましい。投与は単回投与でもよく、また複数回投与してもよい。
 また投与の一態様において、本発明の5-HT神経細胞再生剤は、脳内に直接投与されてもよい。投与方法としては、適切な緩衝液(例えばリン酸緩衝生理食塩水(PBS)など)に懸濁した本発明の5-HT神経細胞再生剤を、手術腔へ注射により投与する方法、カテーテルを通じて投与する方法などが挙げられる。
 本発明はまた、BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドの存在下、重合化した細胞外マトリクスタンパク質上において幹細胞を培養することによって得られる5-HT神経細胞を含む、精神疾患(例えば、統合失調症、うつ病、自閉症、摂食障害、睡眠障害など)または脊椎損傷後の運動機能障害、疼痛の治療のための移植用組成物を提供する。5-HT神経細胞自体を移植、定着させることで、前記再生剤によって神経幹細胞のin vivo分化誘導が達成できない場合に、有効である。
 本発明の5-HT神経細胞を含む移植用組成物は低毒性であり、特に、本発明の5-HT神経細胞の製造方法はフィーダー細胞や血清を用いる必要がないため、移植の際にレシピエント側に外来性因子を持ち込む懸念がない点で好適である。また、幹細胞として患者自身に由来するiPS細胞を用いれば、HLAの不一致の問題がなく免疫応答による拒絶反応を回避できる。従って、本発明の製造方法で得られた5-HT神経細胞をそのまま移植してもよいし、または一旦凍結保存し、用時に解凍して用いることもできる。移植される患者(対象)としては、ヒトまたは他の哺乳動物(例、マウス、ラット、ウサギ、ヒツジ、ブタ、ウシ、ネコ、イヌ、サルなど)などが挙げられる。
 本発明の5-HT神経細胞を含む移植用組成物は、5-HT神経細胞のほかに移植上適切な無菌の水性液に懸濁することによって調製できる。無菌の水性液としては、例えば、生理食塩水、ブドウ糖やその他の補助薬を含む等張液等が挙げられる。
 本発明の5-HT神経細胞を含む移植用組成物に含まれる細胞数は、移植対象、移植範囲、対象疾患、その重篤度などによっても異なるが、例えば、成人の精神疾患患者の場合、本発明の5-HT神経細胞を含む移植用組成物を1回移植量として、通常10~100,000細胞数程度、好ましくは100~10,000細胞数程度を移植することができる。また、移植は定着の程度をみて、日数を置いて複数回実施してもよい。
 以下において、実施例および参考例により本発明をより具体的にするが、この発明はこれらに限定されるものではない。
材料および方法
(1)ES細胞の培養
 マウスES細胞(E14株)を、0.1%ゼラチンによりコーティングした10cm tissue culture dishに1000U/mL LIF(Leukemia Inhibitory Factor)存在下、10%牛胎児血清、ESM[0.1mM NEAA(non-essential amino acid;Sigma)、1mM sodium pyruvate(Sigma)、0.1mM 2-メルカプトエタノール(Sigma)を含むGMEM(Glasgow)]を用いて播種し、5%CO/95% air、37℃のインキュベーター内で培養した。継代はtrypsin-EDTA(0.25% trypsin,1mM EDTA・4Na)(GIBCO BRL)を用いて1日おきに行った。
(2)マトリゲルを用いたES細胞培養系
 マトリゲル(Growth Factor Reduced)(BD Biosciences)30μl/wellを48-well plateに入れて広げ、過剰に残るマトリゲル約15μlを除いた後、37℃、30分の静置により重合化させたものを用いて培養を行った。シングルセルに分散し懸濁した未分化ES細胞を、8×10cells/wellの濃度で、ES differentiation medium[ESM/10% Knockout Serum Replacement(GIBCO BRL)]中に懸濁し、150μL/wellを播種した。これを、5%CO/95% air、37℃のインキュベーター内で14日間培養し、ES細胞を神経系細胞に分化させた。培養開始から、毎日培地を交換した。
(3)各種因子の添加
 因子として、Noggin(発明者らが作製)、BMP受容体キナーゼ阻害剤のLDN-193189(STEMGENT)、5-HT作動薬としてセロトニン塩酸塩(Sigma-Aldrich)、GR 127935 塩酸塩水和物(Sigma-Aldrich)、シサプリド一水和物(Sigma-Aldrich)、AS 19(Tocris)、SB 269970 塩酸塩(Tocris)、フルオキセチン塩酸塩(LKT laboratories)、I型TGF-β受容体キナーゼ阻害剤としてSB431542をそれぞれ用いた。Noggin、BMP受容体キナーゼ阻害剤は培養0~5日、5-HT作動性薬は培養6~14日、I型TGF-β受容体キナーゼ阻害剤は培養0~5日に培養液中に添加した。
(4)ルシフェラーゼアッセイ
 5-HT神経分化の指標となる、Pet-1(FEV(ETS oncogene family))遺伝子のエンハンサー領域の配列(マウスPet1 exon 1の5’末端の65bp上流から始まる1,845bp)の下流にGaussiaルシフェラーゼ遺伝子を機能可能に連結した融合遺伝子をトランスフェクションしたES細胞を前記各種因子の存在下または非存在下において培養し、該培養液からルシフェラーゼタンパク質を回収し、BioLux Gaussia Luciferase Flex Assay Kit(NEB)を用いてルシフェラーゼアッセイを行った。まず1サンプルにつき、Buffer 25μl、Stabilizer 4μl、Substrate 0.25μlを混合し、25分間、室温、遮光条件下で静置した。そしてその溶液を、測定するサンプル 5μlを入れておいた96well Microtiter Plate(Thermo)に25μl添加し、10分後にマイクロルミノメーター(Lumi Count Packard)を用いて各サンプルの発光量を計測した。
(5)細胞免疫染色
 24-well plateで分化培養を行い、培養14日目の細胞に対して免疫染色した。まず細胞をPBSで2回洗浄した後、4%パラホルムアルデヒドで4℃、10分間固定化した。これをPBSで1回洗浄後、PBST(0.1mM PBS with 0.3% Triton)/10%FBSでブロッキング処理を行った。一次抗体としてマウス抗GFPモノクローナル抗体(500倍希釈,Clontech)、ラビット抗セロトニンポリクローナル抗体(1000倍希釈,DiaSorin)、マウス抗Tuj1モノクローナル抗体(500倍希釈,Covance)、ラビット抗Map2抗体(500倍希釈,Chemicon)をブロッキング溶液で希釈し、4℃で一晩反応させた。 
 一次抗体反応後は、PBSTで37℃、10分間、2回洗浄した。そして、二次抗体としてAlexa594-conjugated 抗マウスIgG(1000倍希釈、Molecular Probes)、Alexa488-conjugated 抗ラビットIgG(1000倍希釈、Jackson ImmunoResearch Laboratories)、Hoechst33258(1000倍希釈、CALBIOCHEM)をブロッキング溶液で希釈し、37℃、1時間反応させた。その後、PBSTで37℃、10分間、3回洗浄した後、スライドグラス上にマウントし、蛍光顕微鏡を用いて観察した。
(6)ドパミン、セロトニン濃度の測定
 ES細胞をマトリゲル上での培養10日目からAS-19を添加して培養し、HBSS(Hanks balanced salt solution)で2回洗浄し、56mM Kを含むHBSSを500μl/well加え、37℃で15分間インキュベートして、培養18日目にサンプルとして回収した。測定は高速液体クロマトグラフィー/電気化学検出器(HPLC/ECD)システムにサンプル10μlをマニュアルインジェクションし、ドパミンおよびセロトニンを同時検出した。測定条件として、カラムにはEicompak CA-50DS(2.1mm i.d.×150mm,Eicom)を、HPLCの移動相には500mg/lデカンスルホン酸ナトリウム、134μM EDTA、20%(v/v)メタノールを含む100mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.0)を用い、流速0.23ml/min、カラム温度25℃、ECDの加圧電圧は450mVとし、参照電極にはAg/AgCl電極、作用電極にはグラファイト標準電極(Eicom)を用いて測定した。
(7)Real-Time PCR
 RNA抽出はグアニジンチオシアネート酸性フェノール法により行った。また、逆転写反応はES細胞あるいは分化誘導した細胞より抽出したtotal RNA 1.0μgを鋳型として、逆転写酵素M-MLV(GIBCO BRL)を用いて行い、cDNAプールを作製した。得られたcDNAプールを20倍希釈したものを鋳型として、各遺伝子に特異的なプライマー、GoTaq(登録商標)qPCR Master Mix(Promega)、CFX 96 Real time System(BIO-RAD)を用いてreal-time PCRを行った。内部標準としてはラットβ-actinを用いた。反応条件は95℃ 15秒、58~66℃ 60秒を1サイクルとして40サイクル行った。用いた特異的プライマーの配列と、それぞれのアニーリング温度は、下記の通りである。
β-actin:60℃ 
5’-ACCCACACTGTGCCCATCTA-3’ (配列番号1)
5’-GCCACAGGATTCCATACCCA-3’ (配列番号2)
5-HT受容体:66℃
5’-TCCAGTGCCAGTACCGGAATATCAAC-3’ (配列番号3)
5’-TACTTCTTCTCCAGGGTTCCGCTCT-3’ (配列番号4)
5-HT1A受容体:60℃
5’-TCGCTCACTTGGCTCATTGGCTTT-3’ (配列番号5)
5’-TTCCACCTTCTTGACCGTCTTGCG-3’ (配列番号6)
Id-1:64℃ 
5’-GAGTCTGAAGTCGGGACCAC-3’ (配列番号7)
5’-GATCGTCGGCTGGAACAC-3’ (配列番号8)
Id-2:58℃
5’-ACAGAACCAGGCGTCCAG-3’ (配列番号9)
5’-AGCTCAGAAGGGAATTCAGATG-3’ (配列番号10)
Id-3:66℃
5’-CATAGACTACATCCTCGACCTTCA-3’ (配列番号11)
5’-CACAAGTTCCGGAGTGAGC-3’ (配列番号12)
Smad7:66℃ 
5’-GGCCGGATCTCAGGCATTC-3’ (配列番号13)
5’-TTGGGTATCTGGAGTAAGGAGG-3’ (配列番号14)
Pitx2:64℃
5’-CGTGTGGACCAACCTTACG-3’ (配列番号15)
5’-AAGCCATTCTTGCACAGCTC-3’ (配列番号16)
Lefty1:66℃
5’-TCGATCAACCGCCAGTCCTG-3’ (配列番号17)
5’-TGGGGACAGCCTCTTTTGCC-3’ (配列番号18)
Lefty2:64℃
5’-GAACAGGTCCTGAGCAGTCTACTG-3’ (配列番号19)
5’-CCTCTCGAAAATTCTGGCTGAA-3’ (配列番号20)
実施例1:BMP受容体キナーゼ阻害剤による5-HT神経分化誘導
 発明者らはNogginが5-HT神経分化誘導作用をもつことと同時に、他の主なBMPアンタゴニストであるChordinやFollistatinには同様な作用が全く認められないことを明らかにした。
 そこで、本実施例ではBMPアンタゴニストとは異なる作用点からBMPシグナルの遮断を引き起こす、BMP受容体キナーゼ阻害剤の選択的阻害剤LDN-193189を用いて、5-HT神経分化誘導作用を検討した。
 LDN-193189(STEMGENT)を培養0~5日に培養液中に添加し、ES細胞をマトリゲル上で培養した。用いたES細胞および培養方法は前記に従い、培養14日目における5-HT神経分化を評価した。その結果、LDN-193189(3~100nM)が、5-HT神経の分化誘導作用をもつことが明らかになった(図1)。
実施例2:5-HTが5-HT神経分化に与える影響
 5-HTが5-HT神経の分化に影響を与えうることが、げっ歯類の胎児脳の初代培養細胞を用いた研究によって報告されているが、ES細胞やiPS細胞のような多能性の未分化幹細胞からの神経分化系において、5-HTや5-HT受容体に作用する薬物が5-HT神経分化にどのような作用をもつのかについては、全く不明であった。そこで、各種5-HT受容体アゴニスト、アンタゴニストが5-HT神経分化に与える影響を検討した。
5-HTが5-HT神経分化に与える影響
 5-HT、5-HT1B/1D受容体アンタゴニスト、SSRI、5-HT4,7受容体アゴニストを加え、培養14日後の5-HT神経分化を評価した(図2)。5-HT、5-HT1B/1D受容体アンタゴニストであるGR 127935、SSRIであるFluoxetine、5-HT受容体アゴニストであるCisaprideは5-HT神経分化を促進しなかった。これに対して、5-HT受容体アゴニストであるAS-19(1~10μM)は、5-HT神経分化を促進することが明らかになった。次に、5-HT受容体のアゴニスト、アンタゴニストを、Nogginの添加時でも調べたところ、5-HT受容体アゴニストAS-19はNoggin単独の効果をさらに促進する傾向を示し、逆に5-HT受容体アンタゴニストSB 269970は、Nogginによる作用を強く阻害した(図3A)。またこのとき、抗5-HT抗体を用いた免疫染色によって、SB 269970が、Nogginによって誘導された5-HT神経を含むコロニー内の5-HT神経細胞数を減少させることが確認された(図3B)。
実施例3:5-HT受容体アゴニスト(AS-19)による5-HT神経分化誘導
 5-HT受容体アゴニストであるAS-19の存在または非存在下、ES細胞をマトリゲル上で18日培養し、5-HT神経分化をドパミン、セロトニン濃度の測定することによって評価した。AS-19はマトリゲル培養10日目から10μMで添加を開始した。その結果、AS-19を添加した場合は、AS-19を添加しなかった場合(control)に比べて、セロトニン濃度が有意に高いことが明らかとなった(図4)。
実施例4:Nogginによる5-HT神経分化誘導
 Nogginの存在または非存在下、ES細胞をマトリゲル上で培養し、5-HT神経分化を5-HT1A受容体および5-HT受容体のmRNA発現レベルを測定することによって評価した。Nogginはマトリゲル培養開始から5日目まで200ng/mL相当量で添加を開始し、培養後8、10、12、14日目に細胞を回収し、該細胞から抽出したmRNAを鋳型としてReal-Time PCRを実施した。その結果、Nogginを添加した場合は、Nogginを添加しなかった場合(control)に比べて、5-HT1A受容体および5-HT受容体のmRNA発現レベルが有意に高いことが明らかとなった(図5、6)。
実施例5:5-HT受容体アゴニストが5-HT神経分化に与える影響
 5-HT受容体アゴニストである、AS-19がマトリゲル上でES細胞を効率的に5-HT神経細胞に分化誘導し、またアンタゴニストがNogginの5-HT神経細胞誘導効果を抑制したことから、5-HT受容体が5-HT神経細胞への分化に関与することをうかがわせる。
 そこで、各種5-HT受容体アゴニストを用いて、マトリゲル上でES細胞を5-HT神経細胞に効率的に分化させうるか否かの検討を行う。5-HT受容体アゴニストとしては、AS-19以外にも、4-(2-Diphenyl)-N-(1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-1-yl)-1-piperazinehexanamide hydrochloride(LP12)、4-[2-(Methylthio)phenyl]-N-(1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalenyl)-1-piperazinehexanamide hydrochloride(LP44)などを用いる。前記5-HT受容体アゴニストの存在下、未処理細胞に比して、有意に5-HT神経分化が促進されれば、5-HT神経細胞誘導剤として選抜できる。また、Nogginを添加し、その5-HT神経細胞誘導効果をさらに高める5-HT受容体アゴニストを5-HT神経細胞誘導剤として選抜してもよい。また、かかる評価は、5-HTに対する免疫染色や5-HT量の計測によっても評価することができる。
実施例6:SB431542がセロトニン神経分化に与える影響(ルシフェラーゼアッセイ)
 TGF-βシグナルの阻害剤SB431542は単独またはBMPアンタゴニストNogginとの共処置でヒトES細胞から神経細胞への分化を促進することが報告されている。そこで、5-HT神経分化に対してはSB431542がどのような作用を示すのか検討を行うことにした。
 48 well plateでNogginとSB431542は培養開始から5日目まで添加を行い、Nogginは200ng/mL相当量で、SB431542は0.1~10μMで添加した。培養14日目にそれぞれの培養液を回収しルシフェラーゼアッセイを行った。その結果、SB431542の10μMはNogginの5-HT神経分化誘導作用を有意に抑制することが明らかとなった。このことから、TGF-βシグナルを抑制することで5-HT神経への分化が抑制されることが明らかとなった(図7)。
実施例7:SB431542がセロトニン神経分化に与える影響(免疫染色)
 24 well plateでNogginは200ng/mL相当量、SB431542は1~10μMで培養開始から5日目まで添加を行い14日間培養を行った。培養14日目に2units/mLのDispase(Gibco)を400μL/wellで加え、5%CO/95%air,37℃のインキュベーター内で2時間静置させた後、剥離したコロニーを1.5mL tubeに回収して遠心(5000rpm、5分)し、上清を除いた。そしてPBSで洗浄した後、Trypsin-EDTA(0.25%Trypsin,1mM EDTA・4Na)を100μL/tubeで加えよくピペッティングを行った。その3分後、ESM/10%FBSを500μL加え反応を止め、再び遠心(5000rpm、5分)し、上清を除いた。そして、ESM/10%ノックアウトシーラムリプレースメントで4×10cells/mLになるように懸濁を行い、0.075%poly-L-lysineでコーティングしたカバーガラスをのせた24well plateの上に500μL/wellで播種した。そして5%CO/95%air,37℃のインキュベーター内で6時間静置させた後免疫染色を行った。その結果、SB431542を1μM以上の濃度で添加すると有意に神経細胞における5-HT神経細胞の割合が低下した(図8)。しかし、全細胞における神経細胞の割合はいずれの濃度においても変化しなかった。これよりSB431542によりTGF-βシグナルを阻害すると、5-HT神経細胞への分化が特異的に阻害されることが明らかとなった。
実施例8:NogginがTGF-βおよびBMPシグナルの下流遺伝子の発現に与える影響
 Nogginの存在または非存在下、ES細胞をマトリゲル上で培養し、TGF-βおよびBMPシグナルの下流遺伝子の発現に対する影響をmRNA発現レベルを測定することによって評価した。Nogginはマトリゲル培養開始から2日目まで200ng/mL相当量で添加し、培養後2日目に細胞を回収し、該細胞から抽出したmRNAを鋳型としてReal-Time PCRを実施した。その結果、Nogginの添加によりBMPシグナルの下流遺伝子として知られるId遺伝子はいずれも発現が減少しており、逆にTGF-βの下流遺伝子として知られるLeftyの発現が上昇していた。ただし、同じくTGF-βの下流遺伝子として知られているSmad7やPitx2はNogginによる発現変化が認められなかった(図9)。以上より、NogginによりBMPシグナルが抑制されているだけでなく、TGF-βシグナルが少なくとも部分的に活性化していることが明らかになり、また、実施例6,7の通り、TGF-βシグナルの阻害剤SB431542がTGF-βシグナルを阻害すると、5-HT神経分化が特異的に抑制されることから、Nogginの5-HT神経分化促進作用にTGF-βシグナルの活性化が関与している可能性が新たに示唆された。
 本発明において、5-HT受容体の5-HT神経細胞分化への関与が初めて見出され、5-HT神経細胞が、統合失調症、うつ病、自閉症、摂食障害、睡眠障害などの精神疾患または脊椎損傷後の運動機能障害、疼痛などを伴う症状への関与の可能性が疑われることから、BMP受容体、5-HT受容体、I型TGF-β受容体の該疾患、症状との関わりを解明することは将来的な該疾患の治療剤の開発に利用可能である。
 本出願は、日本で出願された特願2011-035192(出願日:平成23年2月21日)を基礎としており、その内容はすべて本明細書に包含されるものとする。

Claims (22)

  1.  BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドの存在下、重合化した細胞外マトリクスタンパク質上において幹細胞を培養する、5-HT神経細胞製造方法。
  2.  BMP受容体キナーゼ阻害剤が、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineまたは4-[6-[4-(1-Methylethoxy)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]-quinolineから少なくとも1つ選択される、請求項1記載の製造方法。
  3.  BMP受容体キナーゼ阻害剤が、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineである、請求項2記載の製造方法。
  4.  5-HT受容体アゴニストが、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralin、4-(2-Diphenyl)-N-(1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-1-yl)-1-piperazinehexanamide hydrochloride、4-[2-(Methylthio)phenyl]-N-(1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalenyl)-1-piperazinehexanamide hydrochlorideから少なくとも1つ選択される、請求項1記載の製造方法。
  5.  5-HT受容体アゴニストが、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralinである、請求項4記載の製造方法。
  6. I型TGF-β受容体リガンドが、TGF-β、Activin、Nodal、GDF-1、GDF-8またはGDF-11から少なくとも1つ選択される、請求項1記載の製造方法。
  7.  nogginの共存在下において培養する、請求項1-6のいずれか1項に記載の製造方法。
  8.  幹細胞がES細胞またはiPS細胞である、請求項1-7のいずれか1項に記載の製造方法。
  9.  細胞外マトリクスタンパク質、幹細胞、5-HT神経細胞誘導剤としてのBMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドを含む、5-HT神経細胞製造キット。
  10.  BMP受容体キナーゼ阻害剤が、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineまたは4-[6-[4-(1-Methylethoxy)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]-quinolineから少なくとも1つ選択される、請求項9記載の5-HT神経細胞製造キット。
  11.  BMP受容体キナーゼ阻害剤が、4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinolineである、請求項10記載の5-HT神経細胞製造キット。
  12.  5-HT受容体アゴニストが、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralin、4-(2-Diphenyl)-N-(1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-1-yl)-1-piperazinehexanamide hydrochloride、4-[2-(Methylthio)phenyl]-N-(1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalenyl)-1-piperazinehexanamide hydrochlorideから少なくとも1つ選択される、請求項9記載の5-HT神経細胞製造キット。
  13.  5-HT受容体アゴニストが、(2S)-(+)-5-(1,3,5-Trimethylpyrazol-4-yl)-2-(dimethylamino)tetralinである、請求項12記載の5-HT神経細胞製造キット。
  14. I型TGF-β受容体リガンドが、TGF-β、Activin、Nodal、GDF-1、GDF-8またはGDF-11から少なくとも1つ選択される、請求項9記載の5-HT神経細胞製造キット。
  15.  nogginをさらに含む、請求項9-14のいずれか1項に記載の5-HT神経細胞製造キット。
  16.  幹細胞がES細胞またはiPS細胞である、請求項9-15のいずれか1項に記載の5-HT神経細胞製造キット。
  17. BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドを含む、5-HT神経細胞再生剤。
  18. BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンドを患者に有効量投与することを含む、5-HT神経細胞再生方法。
  19. 5-HT神経細胞再生剤として使用するための、BMP受容体キナーゼ阻害剤、5-HT受容体アゴニスト、またはI型TGF-β受容体リガンド。
  20. 請求項1-8のいずれか1項に記載の製造方法によって製造される5-HT神経細胞を含む、精神疾患または脊椎損傷後の運動機能障害、疼痛の治療のための移植用組成物。
  21. 請求項1-8のいずれか1項に記載の製造方法によって製造される5-HT神経細胞を患者に有効量移植することを含む、精神疾患または脊椎損傷後の運動機能障害、疼痛の治療方法。
  22. 精神疾患または脊椎損傷後の運動機能障害、疼痛の治療のための移植用組成物として使用するための、請求項1-8のいずれか1項に記載の製造方法によって製造される5-HT神経細胞。
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