JP7660899B2 - Method for inducing trophectoderm from naive pluripotent stem cells - Google Patents
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Description
本発明はナイーブ型多能性幹細胞からの栄養外胚葉誘導方法に関する。本発明はまた、ナイーブ型多能性幹細胞から栄養外胚葉を誘導するために使用される培地に関する。本発明はまた、栄養外胚葉を効率よく検出または分離するための分子マーカーに関する。本発明はまた、細胞性栄養膜細胞を効率よく検出または分離するための分子マーカーに関する。本発明はまた、羊膜細胞を効率よく検出または分離するための分子マーカーに関する。本発明はさらに、栄養外胚葉から細胞性栄養膜細胞、細胞性栄養膜幹細胞、合胞体栄養膜細胞、および、絨毛外栄養膜細胞を誘導する方法に関する。The present invention relates to a method for inducing trophectoderm from naive pluripotent stem cells. The present invention also relates to a culture medium used for inducing trophectoderm from naive pluripotent stem cells. The present invention also relates to a molecular marker for efficiently detecting or isolating trophectoderm. The present invention also relates to a molecular marker for efficiently detecting or isolating cytotrophoblast cells. The present invention also relates to a molecular marker for efficiently detecting or isolating amniotic cells. The present invention further relates to a method for inducing cytotrophoblast cells, cytotrophoblast stem cells, syncytiotrophoblast cells, and extravillous trophoblast cells from trophectoderm.
受精卵は胎児成分と、胎児の成長を支える胚体外成分の大きく2つ成分に分かれて発生する。胚盤胞の段階で、胎児組織へ発生する胚盤葉上層と、胚体外組織となる胚盤葉下層・栄養外胚葉に分けることができる。胚盤葉下層は卵黄嚢へ、栄養外胚葉は胎盤へ発生する。
これらの発生プロセスを胚性幹(ES)細胞や人工多能性幹(iPS)細胞などの多能性幹細胞により再現することは、発生メカニズムの解析、発生段階での疾患のメカニズム解明・治療等に有用である。しかしながら、ヒトのES細胞やiPS細胞に代表される多能性幹細胞はマウスの多能性幹細胞に比べ、発生が進んだプライム型に分類され、胚盤葉下層や栄養外胚葉への分化は困難であった。
The fertilized egg develops by dividing into two major components: the fetal component and the extraembryonic component that supports the growth of the fetus. At the blastocyst stage, it can be divided into the epiblast, which develops into fetal tissue, and the hypoblast and trophectoderm, which become extraembryonic tissues. The hypoblast develops into the yolk sac, and the trophectoderm develops into the placenta.
Reproducing these developmental processes using pluripotent stem cells such as embryonic stem (ES) cells and induced pluripotent stem (iPS) cells is useful for analyzing developmental mechanisms and elucidating and treating diseases at the developmental stage. However, compared to mouse pluripotent stem cells, human pluripotent stem cells such as ES cells and iPS cells are classified as prime types that are more advanced in development, and it has been difficult to differentiate them into hypoblast or trophectoderm.
そこで、本発明者の一人である高島は、ヒトES細胞およびiPS細胞にNANOGとKLF2の2つの遺伝子を強制発現させることで、着床前の胚盤葉上層の段階にまでヒト多能性幹細胞をリセットした、ナイーブ型多能性幹細胞を得ることに成功した(非特許文献1)。胎児の初期発生に関しては、プライム型多能性幹細胞により分化制御メカニズムが明らかにされつつある。一方で、ヒト胚体外組織、特に胎盤の初期発生の分化制御メカニズムは解明されていない。胎児に栄養や酸素を供給する胎盤は栄養膜細胞(トロホブラスト)が主要な成分で、細胞性栄養膜細胞、合胞体栄養膜細胞、絨毛外栄養膜細胞の3つに大まかに分類される。生体における栄養膜細胞の発生は、受精卵表面の栄養外胚葉から始まる。栄養外胚葉は子宮内膜へ着床し、細胞性栄養膜細胞を経て、合胞体栄養膜細胞、絨毛外栄養膜細胞へ終末分化する。全妊娠の25%は流産、胎児発育不全、妊娠高血圧症候群と呼ばれる妊娠合併症を発症し、これらの合併症の主要な原因は栄養膜細胞の機能不全、分化異常と考えられている。栄養外胚葉からこれらの栄養膜細胞への分化制御機構を明らかにし、分子生物学・細胞生物学的なアプローチで胎盤機能不全の原因に迫ることが注目されている。また、栄養外胚葉は固定、接着、浸潤という着床過程の全ての段階で非常に重要な役割を果たすが、着床前胚を用いた検討は使用可能な着床前胚の数に限りがあるだけではなく、倫理的にも制限されている。したがって、インビトロの栄養外胚葉への分化誘導は、これらの課題をクリアし、着床メカニズムの解明を明らかにし、生殖医療に福音をもたらすことが期待される。 Takashima, one of the inventors of this study, succeeded in obtaining naive pluripotent stem cells by resetting human pluripotent stem cells to the pre-implantation epiblast stage by forcibly expressing two genes, NANOG and KLF2, in human ES cells and iPS cells (Non-Patent Document 1). Regarding early fetal development, the differentiation control mechanism is being elucidated by primed pluripotent stem cells. On the other hand, the differentiation control mechanism of early development of human extraembryonic tissues, especially the placenta, has not been elucidated. The placenta, which supplies nutrients and oxygen to the fetus, is mainly composed of trophoblast cells, which are roughly classified into three types: cytotrophoblast cells, syncytiotrophoblast cells, and extravillous trophoblast cells. The development of trophoblast cells in the body begins from the trophectoderm on the surface of the fertilized egg. The trophectoderm implants in the endometrium, and terminally differentiates into cytotrophoblast cells, syncytiotrophoblast cells, and extravillous trophoblast cells. 25% of all pregnancies develop pregnancy complications such as miscarriage, fetal growth restriction, and pregnancy-induced hypertension. The main causes of these complications are thought to be dysfunction and abnormal differentiation of trophoblast cells. Attention is being paid to elucidating the mechanism of differentiation control from trophectoderm to these trophoblast cells and to approaching the cause of placental dysfunction by molecular and cell biological approaches. In addition, the trophectoderm plays a very important role in all stages of the implantation process, including fixation, adhesion, and invasion, but studies using preimplantation embryos are not only limited by the number of preimplantation embryos that can be used, but are also ethically restricted. Therefore, induction of differentiation into trophectoderm in vitro is expected to overcome these challenges, elucidate the mechanism of implantation, and bring good news to reproductive medicine.
インビトロで多能性幹細胞から栄養外胚葉や栄養膜細胞を分化誘導することが試みられている。例えば、プライム型ES細胞をBMP4で分化誘導することにより栄養膜細胞に分化させたという報告がある(非特許文献2,3)。しかしこれらの方法で得られる栄養膜細胞は生体内の栄養膜細胞とは全く異なるものであった。
また、非特許文献4では、expanded potential stem cells(EPSC)から栄養外胚葉を分化誘導したことが報告されているが、これも得られた栄養外胚葉は生体内栄養外胚葉とは全く異なるものであった。一方、非特許文献5では、ヒト胎盤およびヒト胚栄養外胚葉から栄養膜細胞(トロホブラスト)を誘導している。しかし、このような細胞はアクセスが制限され、実用的ではない。
Attempts have been made to induce differentiation of pluripotent stem cells into trophectoderm or trophoblast cells in vitro. For example, it has been reported that primed ES cells were differentiated into trophoblast cells by inducing differentiation with BMP4 (Non-Patent Documents 2 and 3). However, the trophoblast cells obtained by these methods were completely different from trophoblast cells in vivo.
In addition, Non-Patent Document 4 reports that trophectoderm was induced to differentiate from expanded potential stem cells (EPSCs), but the trophectoderm obtained was completely different from the trophectoderm in vivo. On the other hand, Non-Patent Document 5 reports that trophoblast cells (trophoblasts) were induced from human placenta and human embryonic trophectoderm. However, access to such cells is limited and not practical.
本発明は多能性幹細胞から栄養外胚葉を効率よく簡便な方法で誘導するための方法を提供することを課題とする。本発明はさらに、栄養外胚葉から細胞性栄養膜細胞、細胞性栄養膜幹細胞、合胞体栄養膜細胞、絨毛外栄養膜細胞への分化を誘導し、栄養膜細胞の細胞系譜を明らかにすることを課題とする。 The present invention aims to provide a method for efficiently and simply inducing trophectoderm from pluripotent stem cells. A further objective of the present invention is to induce differentiation of trophectoderm into cytotrophoblast cells, cytotrophoblast stem cells, syncytiotrophoblast cells, and extravillous trophoblast cells, and to clarify the cell lineage of trophoblast cells.
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、ナイーブ型多能性幹細胞を用い、これを、TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から選択される2種以上の因子を含む培地で培養することにより栄養外胚葉を効率よく誘導できることを見出した。また、TACSTD2(Tumor Associated Calcium Signal Transducer 2)、ENPEP(Glutamyl Aminopeptidase)が栄養外胚葉および細胞性栄養膜細胞、SIGLEC6(Sialic Acid Binding Ig Like Lectin 6)が細胞性栄養膜細胞の特異的マーカーとして栄養外胚葉および細胞性栄養膜細胞、細胞性栄養膜幹細胞の選別や検出に効率よく使用できることを見出した。また、栄養外胚葉、細胞性栄養膜細胞および細胞性栄養膜幹細胞のマーカーとしてITGA6(Integrin Subunit Alpha 6)、栄養外胚葉および細胞性栄養膜幹細胞のマーカーとしてHAVCR1(Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1)が、細胞性栄養膜細胞および細胞性栄養膜幹細胞のマーカーとしてITGB4(Integrin Subunit Beta 4)が、細胞性栄養膜幹細胞のマーカーとしてITGA2(Integrin Subunit Alpha 2)が使用できることを見出した。また、羊膜細胞のマーカーとして、TNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIMおよび/またはHEY1が使用できることを見出した。さらには、得られた栄養外胚葉をさらに分化誘導することにより細胞性栄養膜細胞、細胞性栄養膜幹細胞、さらには合胞体栄養膜細胞や絨毛外栄養膜細胞まで分化誘導できることを見出し、本発明を完成させた。The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems. As a result, they have found that trophectoderm can be efficiently induced by using naive pluripotent stem cells and culturing them in a medium containing two or more factors selected from a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, a BMP and a JAK inhibitor. They have also found that TACSTD2 (Tumor Associated Calcium Signal Transducer 2) and ENPEP (Glutamyl Aminopeptidase) can be used efficiently as trophectoderm and cytotrophoblast cells, and SIGLEC6 (Sialic Acid Binding Ig Like Lectin 6) can be used efficiently as a specific marker for cytotrophoblast cells to select and detect trophectoderm, cytotrophoblast cells and cytotrophoblast stem cells. In addition, it was found that ITGA6 (Integrin Subunit Alpha 6) can be used as a marker for trophectoderm, cytotrophoblast cells, and cytotrophoblast stem cells, HAVCR1 (Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1) can be used as a marker for trophectoderm and cytotrophoblast stem cells, ITGB4 (Integrin Subunit Beta 4) can be used as a marker for cytotrophoblast cells and cytotrophoblast stem cells, and ITGA2 (Integrin Subunit Alpha 2) can be used as a marker for cytotrophoblast stem cells. In addition, it was found that TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM, and/or HEY1 can be used as a marker for amniotic cells. Furthermore, it was found that the obtained trophectoderm can be further induced to differentiate into cytotrophoblast cells, cytotrophoblast stem cells, and even syncytiotrophoblast cells and extravillous trophoblast cells, thereby completing the present invention.
本発明は以下を提供する。
[1]栄養外胚葉細胞をインビトロで製造する方法であって、
ナイーブ型多能性幹細胞を、TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から選択される2種以上の因子を含む培地で培養して栄養外胚葉細胞へ分化誘導する工程を含む方法。
[2]前記培地はTGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から選択される3種以上の因子を含む、[1]に記載の栄養外胚葉細胞の製造方法。
[3]TGFβ阻害剤がA83-01であり、MEK阻害剤がPD0325901、BMPがBMP4、BMP2またはBMP6であり、JAK阻害剤がJAK inhibitor Iである、[1]または[2]に記載の栄養外胚葉細胞の製造方法。
[4]さらに、栄養外胚葉細胞をTACSTD2(Tumor Associated Calcium Signal Transducer 2)、ENPEP(Glutamyl Aminopeptidase)、ITGA6(Integrin Subunit Alpha 6)および/またはHAVCR1(Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1)の発現を指標として純化する工程を含む、[1]~[3]のいずれかに記載の栄養外胚葉細胞の製造方法。
[5]多能性幹細胞が人工多能性幹細胞である、[1]~[4]のいずれかに記載の栄養外胚葉細胞の製造方法。
[6]多能性幹細胞がヒト多能性幹細胞である、[1]~[5]のいずれかに記載の栄養外胚葉細胞の製造方法。
[7][1]~[6]のいずれかに記載の方法で栄養外胚葉細胞を製造する工程、および、得られた栄養外胚葉細胞をTGFβ阻害剤、上皮成長因子(EGF)およびWntシグナル活性化剤を含む培地で培養して細胞性栄養膜細胞に分化誘導する工程を含む、細胞性栄養膜細胞の製造方法。
[8]さらに、細胞性栄養膜細胞をTACSTD2、ENPEP、SIGLEC6(Sialic Acid Binding Ig Like Lectin 6)、Ki67(MKI67(Marker Of Proliferation Ki-67))、ITGA2(Integrin Subunit Alpha 2)、ITGB4(Integrin Subunit Beta 4)、PTGES(Prostaglandin E Synthase)、HSD3B(Hydroxy-Delta-5-Steroid Dehydrogenase, 3 Beta-And Steroid Delta-Isomerase)、S100P(S100 Calcium Binding Protein P)、ITGA6(Integrin Subunit Alpha 6)および/またはHAVCR1の発現を指標として純化する工程を含む、[7]の細胞性栄養膜細胞の製造方法。
[9][7]または[8]に記載の方法で細胞性栄養膜細胞を調製する工程、および、得られた細胞性栄養膜細胞を培養して合胞体栄養膜細胞および/または絨毛外栄養膜細胞に分化誘導する工程を含む、合胞体栄養膜細胞および/または絨毛外栄養膜細胞の製造方法。
[10]栄養外胚葉を提供する工程、および、当該栄養外胚葉を細胞性栄養膜細胞に分化誘導する工程を含む、細胞性栄養膜細胞の製造方法。
[11]栄養外胚葉を細胞性栄養膜細胞に分化誘導する工程は、栄養外胚葉を、TGFβ阻害剤、上皮成長因子(EGF)およびWntシグナル活性化剤を含む培地で培養することにより、細胞性栄養膜細胞に分化誘導する工程である、[10]に記載の細胞性栄養膜細胞の製造方法。
[12][1]~[6]のいずれかに記載の方法で調製された栄養外胚葉細胞。
[13]栄養外胚葉細胞を含む細胞集団から栄養外胚葉細胞を分離する方法であって、TACSTD2、ENPEP、ITGA6および/またはHAVCR1の発現を指標として栄養外胚葉細胞を選別する工程を含む、方法。
[14]栄養外胚葉細胞を含む細胞集団において栄養外胚葉細胞を検出する方法であって、TACSTD2、ENPEP、ITGA6および/またはHAVCR1の発現を指標として栄養外胚葉細胞を検出する工程を含む、方法。
[15]TACSTD2に特異的に結合する分子、ENPEPに特異的に結合する分子、ITGA6に特異的に結合する分子および/またはHAVCR1に特異的に結合する分子を含む、栄養外胚葉細胞の検出または選別用試薬。
[16]TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から選択される2種以上の因子を含む、栄養外胚葉細胞分化誘導用ナイーブ型多能性幹細胞培地。
[17]TGFβ阻害剤がA83-01であり、MEK阻害剤がPD0325901、BMPがBMP4、BMP2またはBMP6であり、JAK阻害剤がJAK inhibitor Iである、[16]に記載のナイーブ型多能性幹細胞用培地。
[18]細胞性栄養膜細胞を含む細胞集団から細胞性栄養膜細胞を分離する方法であって、TACSTD2、ENPEP、SIGLEC6、ITGA2、ITGB4、PTGES、HSD3B、S100P、ITGA6および/またはHAVCR1の発現を指標として細胞性栄養膜細胞を選別する工程を含む、方法。
[19]細胞性栄養膜細胞を含む細胞集団から細胞性栄養膜細胞を検出する方法であって、TACSTD2、ENPEP、SIGLEC6、ITGA2、ITGB4、PTGES、HSD3B、S100P、ITGA6および/またはHAVCR1の発現を指標として細胞性栄養膜細胞を検出する工程を含む、方法。
[20]TACSTD2に特異的に結合する分子、ENPEPに特異的に結合する分子、SIGLEC6に特異的に結合する分子、ITGA2に特異的に結合する分子、ITGB4に特異的に結合する分子、PTGESに特異的に結合する分子、HSD3Bに特異的に結合する分子、S100Pに特異的に結合する分子、ITGA6に特異的に結合する分子および/またはHAVCR1に特異的に結合する分子を含む、細胞性栄養膜細胞の検出または選別用試薬。
[21]羊膜細胞を含む細胞集団から羊膜細胞を分離する方法であって、TNC(Tenascin C)、CDH10(Cadherin 10)、PKDCC(Protein Kinase Domain Containing, Cytoplasmic)、GABRP(Gamma-Aminobutyric Acid Type A Receptor Subunit Pi)、IGFBP5(Insulin Like Growth Factor Binding Protein 5)、POSTN(Periostin)、VTCN1(V-Set Domain Containing T Cell Activation Inhibitor 1)、VIM(Vimentin)および/またはHEY1(Hes Related Family BHLH Transcription Factor With YRPW Motif 1)の発現を指標として細胞性栄養膜細胞を選別する工程を含む、方法。
[22]羊膜細胞を含む細胞集団から羊膜細胞を検出する方法であって、TNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIMおよび/またはHEY1の発現を指標として細胞性栄養膜細胞を検出する工程を含む、方法。
[23]TNCに特異的に結合する分子、CDH10に特異的に結合する分子、PKDCCに特異的に結合する分子、GABRPに特異的に結合する分子、IGFBP5に特異的に結合する分子、POSTNに特異的に結合する分子、VTCN1に特異的に結合する分子、VIMに特異的に結合する分子および/またはHEY1に特異的に結合する分子を含む、羊膜細胞検出または選別用試薬。
The present invention provides the following:
[1] A method for producing trophectoderm cells in vitro, comprising:
A method comprising the step of inducing differentiation of naive pluripotent stem cells into trophectoderm cells by culturing them in a medium containing two or more factors selected from a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, a BMP inhibitor and a JAK inhibitor.
[2] The method for producing trophectoderm cells described in [1], wherein the medium contains three or more factors selected from a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, a BMP and a JAK inhibitor.
[3] The method for producing trophectoderm cells according to [1] or [2], wherein the TGFβ inhibitor is A83-01, the MEK inhibitor is PD0325901, the BMP is BMP4, BMP2 or BMP6, and the JAK inhibitor is JAK inhibitor I.
[4] A method for producing trophectoderm cells according to any one of [1] to [3], further comprising a step of purifying the trophectoderm cells using the expression of TACSTD2 (Tumor Associated Calcium Signal Transducer 2), ENPEP (Glutamyl Aminopeptidase), ITGA6 (Integrin Subunit Alpha 6) and/or HAVCR1 (Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1) as an indicator.
[5] The method for producing trophectoderm cells described in any one of [1] to [4], wherein the pluripotent stem cells are induced pluripotent stem cells.
[6] The method for producing trophectoderm cells described in any one of [1] to [5], wherein the pluripotent stem cells are human pluripotent stem cells.
[7] A method for producing cytotrophoblast cells, comprising the steps of producing trophectodermal cells by the method according to any one of [1] to [6], and culturing the obtained trophectodermal cells in a medium containing a TGFβ inhibitor, epidermal growth factor (EGF) and a Wnt signal activator to induce differentiation into cytotrophoblast cells.
[8] The method for producing cellular trophoblast cells according to [7], further comprising a step of purifying the cellular trophoblast cells using as an indicator the expression of TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6 (Sialic Acid Binding Ig Like Lectin 6), Ki67 (MKI67 (Marker Of Proliferation Ki-67)), ITGA2 (Integrin Subunit Alpha 2), ITGB4 (Integrin Subunit Beta 4), PTGES (Prostaglandin E Synthase), HSD3B (Hydroxy-Delta-5-Steroid Dehydrogenase, 3 Beta-And Steroid Delta-Isomerase), S100P (S100 Calcium Binding Protein P), ITGA6 (Integrin Subunit Alpha 6) and/or HAVCR1.
[9] A method for producing syncytiotrophoblast cells and/or extravillous trophoblast cells, comprising the steps of preparing cytotrophoblast cells by the method described in [7] or [8], and culturing the obtained cytotrophoblast cells to induce differentiation into syncytiotrophoblast cells and/or extravillous trophoblast cells.
[10] A method for producing cytotrophoblast cells, comprising the steps of providing trophectoderm and inducing differentiation of the trophectoderm into cytotrophoblast cells.
[11] The method for producing cellular trophoblast cells described in [10], wherein the step of inducing differentiation of the trophectoderm into cellular trophoblast cells is a step of inducing differentiation of the trophectoderm into cellular trophoblast cells by culturing the trophectoderm in a medium containing a TGFβ inhibitor, epidermal growth factor (EGF) and a Wnt signal activator.
[12] A trophectoderm cell prepared by the method according to any one of [1] to [6].
[13] A method for separating trophectoderm cells from a cell population containing trophectoderm cells, the method comprising a step of selecting trophectoderm cells using the expression of TACSTD2, ENPEP, ITGA6 and/or HAVCR1 as an indicator.
[14] A method for detecting trophectoderm cells in a cell population containing trophectoderm cells, the method comprising a step of detecting trophectoderm cells using the expression of TACSTD2, ENPEP, ITGA6 and/or HAVCR1 as an indicator.
[15] A reagent for detecting or selecting trophectoderm cells, comprising a molecule that specifically binds to TACSTD2, a molecule that specifically binds to ENPEP, a molecule that specifically binds to ITGA6, and/or a molecule that specifically binds to HAVCR1.
[16] A naive pluripotent stem cell culture medium for inducing trophectoderm cell differentiation, comprising two or more factors selected from a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, a BMP inhibitor, and a JAK inhibitor.
[17] The medium for naive pluripotent stem cells according to [16], wherein the TGFβ inhibitor is A83-01, the MEK inhibitor is PD0325901, the BMP is BMP4, BMP2 or BMP6, and the JAK inhibitor is JAK inhibitor I.
[18] A method for separating cytotrophoblast cells from a cell population containing cytotrophoblast cells, the method comprising a step of selecting cytotrophoblast cells using the expression of TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6, ITGA2, ITGB4, PTGES, HSD3B, S100P, ITGA6 and/or HAVCR1 as an indicator.
[19] A method for detecting cellular trophoblast cells from a cell population containing cellular trophoblast cells, the method comprising a step of detecting cellular trophoblast cells using the expression of TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6, ITGA2, ITGB4, PTGES, HSD3B, S100P, ITGA6 and/or HAVCR1 as an indicator.
[20] A reagent for detecting or selecting cytotrophoblast cells, comprising a molecule that specifically binds to TACSTD2, a molecule that specifically binds to ENPEP, a molecule that specifically binds to SIGLEC6, a molecule that specifically binds to ITGA2, a molecule that specifically binds to ITGB4, a molecule that specifically binds to PTGES, a molecule that specifically binds to HSD3B, a molecule that specifically binds to S100P, a molecule that specifically binds to ITGA6 and/or a molecule that specifically binds to HAVCR1.
[21] A method for separating amniotic cells from a cell population containing amniotic cells, comprising a step of selecting cellular trophoblast cells using the expression of TNC (Tenascin C), CDH10 (Cadherin 10), PKDCC (Protein Kinase Domain Containing, Cytoplasmic), GABRP (Gamma-Aminobutyric Acid Type A Receptor Subunit Pi), IGFBP5 (Insulin Like Growth Factor Binding Protein 5), POSTN (Periostin), VTCN1 (V-Set Domain Containing T Cell Activation Inhibitor 1), VIM (Vimentin), and/or HEY1 (Hes Related Family BHLH Transcription Factor With YRPW Motif 1) as an indicator.
[22] A method for detecting amniotic cells from a cell population containing amniotic cells, comprising a step of detecting cellular trophoblast cells using the expression of TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM and/or HEY1 as an indicator.
[23] A reagent for detecting or selecting amniotic cells, comprising a molecule that specifically binds to TNC, a molecule that specifically binds to CDH10, a molecule that specifically binds to PKDCC, a molecule that specifically binds to GABRP, a molecule that specifically binds to IGFBP5, a molecule that specifically binds to POSTN, a molecule that specifically binds to VTCN1, a molecule that specifically binds to VIM, and/or a molecule that specifically binds to HEY1.
本発明によれば、遺伝子の強制発現を伴うことなく、培養操作のみで簡便に多能性幹細胞から栄養外胚葉を誘導することができる。さらには、栄養外胚葉を細胞性栄養膜細胞に分化誘導することができ、自己複製能と分化能を有した細胞性栄養膜幹細胞を維持培養することができる。さらには栄養膜細胞の終末分化段階とされる合胞体栄養膜細胞と絨毛外栄養膜細胞にまで分化誘導することができる。本発明の方法は従来のプライム型多能性幹細胞では困難であった胚体外細胞である栄養外胚葉への分化誘導を簡便な手順で実現したものであり、多能性幹細胞を用いて機能的な成熟した細胞や組織を誘導するための基盤技術となりうる画期的な方法である。本発明の方法は発生メカニズムの解明、再生医療、発生段階での疾患のメカニズム解明・治療などに有用である。また、本発明の分子マーカーを用いた栄養外胚葉の選別・検出方法は、栄養外胚葉細胞を選択的に選別・検出できるため、有用である。また、本発明の分子マーカーを用いた細胞性栄養膜細胞の選別・検出方法は、細胞性栄養膜細胞を選択的に選別・検出できるため、有用である。また、本発明の分子マーカーを用いた羊膜細胞の選別・検出方法は、羊膜細胞を選択的に選別・検出できるため、有用である。According to the present invention, trophectoderm can be easily induced from pluripotent stem cells by culture alone, without forced expression of genes. Furthermore, trophectoderm can be induced to differentiate into cytotrophoblast cells, and cytotrophoblast stem cells having self-renewal and differentiation capabilities can be maintained and cultured. Furthermore, differentiation can be induced into syncytiotrophoblast cells and extravillous trophoblast cells, which are considered to be the terminal differentiation stage of trophoblast cells. The method of the present invention realizes the induction of differentiation into trophectoderm, which is an extraembryonic cell, which was difficult to achieve with conventional primed pluripotent stem cells, in a simple procedure, and is a groundbreaking method that can become a fundamental technology for inducing functional mature cells and tissues using pluripotent stem cells. The method of the present invention is useful for elucidating developmental mechanisms, regenerative medicine, elucidating mechanisms and treating diseases at the developmental stage, etc. In addition, the method of selecting and detecting trophectoderm using the molecular marker of the present invention is useful because it can selectively select and detect trophectoderm cells. In addition, the method of selecting and detecting cytotrophoblast cells using the molecular marker of the present invention is useful because it can selectively select and detect cytotrophoblast cells. Furthermore, the method for selecting and detecting amniotic cells using the molecular markers of the present invention is useful because it enables selective selection and detection of amniotic cells.
<栄養外胚葉細胞の製造方法>
本発明の栄養外胚葉細胞をインビトロで製造する方法は、
ナイーブ型多能性幹細胞を、TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から選択される2種以上(好ましくは3種、より好ましくは4種)の因子を含む培地で培養して栄養外胚葉細胞へ分化誘導する工程、を含む。
TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から2種選択する場合、これらの組み合わせのうち任意の2種でよいが、TGFβ阻害剤とMEK阻害剤であることが好ましい。
TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から3種選択する場合、これらの組み合わせのうち任意の3種でよいが、TGFβ阻害剤とMEK阻害剤とBMPであることが好ましい。
<Method of producing trophectoderm cells>
The method for producing trophectoderm cells in vitro of the present invention comprises:
The method includes a step of inducing differentiation of naive pluripotent stem cells into trophectoderm cells by culturing them in a medium containing two or more (preferably three, more preferably four) factors selected from a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, a BMP and a JAK inhibitor.
When two are selected from a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, and a BMP and JAK inhibitor, any two of these combinations may be used, but a TGFβ inhibitor and a MEK inhibitor are preferred.
When three types are selected from a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, a BMP and a JAK inhibitor, any combination of these three types may be used, but a combination of a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor and a BMP is preferable.
<多能性幹細胞>
本発明において多能性幹細胞とは、生体に存在する多くの細胞に分化可能である多能性を有し、かつ、増殖能をも併せもつ幹細胞であり、栄養外胚葉に誘導される任意の細胞が包含される。多能性幹細胞には、特に限定されないが、例えば、胚性幹(ES)細胞、人工多能性幹(iPS)細胞、核移植により得られるクローン胚由来の胚性幹(ntES)細胞、精子幹細胞(「GS細胞」)、胚性生殖細胞(「EG細胞」)、培養線維芽細胞や骨髄幹細胞由来の多能性細胞(Muse細胞)などが含まれる。好ましい多能性幹細胞は、iPS細胞およびES細胞である。多能性幹細胞の由来は哺乳動物由来であることが好ましく、霊長類由来であることがより好ましく、ヒト由来であることがさらに好ましい。
<Pluripotent stem cells>
In the present invention, pluripotent stem cells are stem cells that have pluripotency and can differentiate into many cells present in the living body, and also have the ability to proliferate, and include any cell induced into trophectoderm. Pluripotent stem cells are not particularly limited, but include, for example, embryonic stem (ES) cells, induced pluripotent stem (iPS) cells, embryonic stem cells derived from cloned embryos obtained by nuclear transfer (ntES) cells, spermatogonial stem cells ("GS cells"), embryonic germ cells ("EG cells"), pluripotent cells derived from cultured fibroblasts or bone marrow stem cells (Muse cells), and the like. Preferred pluripotent stem cells are iPS cells and ES cells. The origin of pluripotent stem cells is preferably mammalian, more preferably primate, and even more preferably human.
iPS細胞の製造方法は当該分野で公知であり、任意の体細胞へ初期化因子を導入することなどによって製造され得る。ここで、初期化因子とは、例えば、Oct3/4、Sox2、Sox1、Sox3、Sox15、Sox17、Klf4、Klf2、c-Myc、N-Myc、L-Myc、Nanog、Lin28、Fbx15、ERas、ECAT15-2、Tcl1、beta-catenin、Lin28b、Sall1、Sall4、Esrrb、Nr5A2、Tbx3またはGlis1等の遺伝子または遺伝子産物が例示され、これらの初期化因子は、単独で用いても良く、組み合わせて用いても良い。初期化因子の組み合わせとしては、WO2007/069666、WO2008/118820、WO2009/007852、WO2009/032194、WO2009/058413、WO2009/057831、WO2009/075119、WO2009/079007、WO2009/091659、WO2009/101084、WO2009/101407、WO2009/102983、WO2009/114949、WO2009/117439、WO2009/126250、WO2009/126251、WO2009/126655、WO2009/157593、WO2010/009015、WO2010/033906、WO2010/033920、WO2010/042800、WO2010/050626、WO2010/056831、WO2010/068955、WO2010/098419、WO2010/102267、WO2010/111409、WO2010/111422、WO2010/115050、WO2010/124290、WO2010/147395、WO2010/147612、 Huangfu D,et al.(2008),Nat.Biotechnol.,26:795-797、Shi Y,et al.(2008),Cell Stem Cell,2:525-528、Eminli S,et al.(2008),Stem Cells.26:2467-2474、Huangfu D, et al.(2008),Nat.Biotechnol.26:1269-1275、Shi Y,et al.(2008),Cell Stem Cell,3, 568-574、Zhao Y,et al.(2008),Cell Stem Cell,3:475-479、Marson A,(2008),Cell Stem Cell,3,132-135、Feng B,et al.(2009),Nat.Cell Biol.11:197-203、R.L.Judson et al.,(2009),Nat.Biotechnol.,27:459-461、Lyssiotis CA,et al.(2009),Proc Natl Acad Sci U S A.106:8912-8917、Kim JB,et al.(2009),Nature.461:649-643、Ichida JK,et al.(2009),Cell Stem Cell.5:491-503、Heng JC,et al.(2010),Cell Stem Cell.6:167-74、Han J, et al.(2010),Nature.463:1096-100、Mali P,et al.(2010),Stem Cells.28:713-720、Maekawa M,et al.(2011),Nature.474:225-9.に記載の組み合わせが例示される。Methods for producing iPS cells are known in the art, and iPS cells can be produced by introducing reprogramming factors into any somatic cell. Examples of reprogramming factors include genes or gene products such as Oct3/4, Sox2, Sox1, Sox3, Sox15, Sox17, Klf4, Klf2, c-Myc, N-Myc, L-Myc, Nanog, Lin28, Fbx15, ERas, ECAT15-2, Tcl1, beta-catenin, Lin28b, Sall1, Sall4, Esrrb, Nr5A2, Tbx3, or Glis1. These reprogramming factors may be used alone or in combination. Combinations of reprogramming factors include WO2007/069666, WO2008/118820, WO2009/007852, WO2009/032194, WO2009/058413, WO2009/057831, WO2009/075119, WO2009/079007, WO2009/091659, WO2009/101084, WO2009/101407, WO2009/102983, WO2009/114949, WO2009/117439, WO2009/126250, and WO2009/126251. , WO2009/126655, WO2009/157593, WO2010/009015, WO2010/033906, WO2010/033920, WO2010/042800, WO2010/050626, WO2010/056831, WO2010 /068955, WO2010/098419, WO2010/102267, WO2010/111409, WO2010/111422, WO2010/115050, WO2010/124290, WO2010/147395, WO2010/147612, Huangfu D, et al. (2008), Nat. Biotechnol. , 26:795-797, Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 2:525-528, Eminli S, et al. (2008), Stem Cells. 26:2467-2474, Huangfu D, et al. (2008), Nat. Biotechnol. 26:1269-1275, Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3, 568-574, Zhao Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3:475-479, Marson A, (2008), Cell Stem Cell, 3,132-135, Feng B, et al. (2009), Nat. Cell Biol. 11:197-203, R. L. Judson et al. , (2009), Nat. Biotechnol. , 27:459-461, Lyssiotis CA, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci U S A. 106:8912-8917, Kim JB, et al. (2009), Nature. 461:649-643, Ichida JK, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5:491-503, Heng JC, et al. (2010), Cell Stem Cell. 6:167-74, Han J, et al. (2010), Nature. 463:1096-100, Mali P, et al. (2010), Stem Cells. 28:713-720, Maekawa M, et al. (2011), Nature. 474:225-9. are exemplified.
体細胞には、非限定的に、胎児(仔)の体細胞、新生児(仔)の体細胞、および成熟した健全なもしくは疾患性の体細胞のいずれも包含されるし、また、初代培養細胞、継代細胞、および株化細胞のいずれも包含される。具体的には、体細胞は、例えば(1)神経幹細胞、造血幹細胞、間葉系幹細胞、歯髄幹細胞等の組織幹細胞(体性幹細胞)、(2)組織前駆細胞、(3)血液細胞(末梢血細胞、臍帯血細胞等)、リンパ球、上皮細胞、内皮細胞、筋肉細胞、線維芽細胞(皮膚細胞等)、毛細胞、肝細胞、胃粘膜細胞、腸細胞、脾細胞、膵細胞(膵外分泌細胞等)、脳細胞、肺細胞、腎細胞および脂肪細胞等の分化した細胞などが例示される。Somatic cells include, but are not limited to, fetal (baby) somatic cells, neonatal (baby) somatic cells, and mature healthy or diseased somatic cells, as well as primary culture cells, passaged cells, and established cell lines.Specific examples of somatic cells include (1) tissue stem cells (somatic stem cells) such as neural stem cells, hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells, and dental pulp stem cells, (2) tissue progenitor cells, and (3) differentiated cells such as blood cells (peripheral blood cells, umbilical cord blood cells, etc.), lymphocytes, epithelial cells, endothelial cells, muscle cells, fibroblasts (skin cells, etc.), hair cells, liver cells, gastric mucosa cells, intestinal cells, spleen cells, pancreatic cells (exocrine pancreatic cells, etc.), brain cells, lung cells, kidney cells, and adipocytes.
<ナイーブ型多能性幹細胞>
ナイーブ(naive)型多能性幹細胞は、着床前胚に類似した性質を持つ多能性幹細胞であるが、具体的には、以下のような特徴を有する(Cytometry Research 27(1):19 ~ 24,2017)。
ドーム型のコロニー形態を示し、コロニーの大きさはプライム型より小さい。
マーカーとして、CD75、KLF4、KLF17およびTFCP2L1の1つ以上を発現する。
ゲノムが脱メチル化されている。
<Naive pluripotent stem cells>
Naive pluripotent stem cells are pluripotent stem cells with properties similar to those of preimplantation embryos, and specifically have the following characteristics (Cytometry Research 27 (1): 19-24, 2017).
It exhibits a dome-shaped colony morphology and is smaller in size than the prime type.
As markers, they express one or more of CD75, KLF4, KLF17 and TFCP2L1.
The genome is demethylated.
ナイーブ型多能性幹細胞は、例えば、下記のような方法によって作成することができる。
NANOGとKLF2の過剰発現を用いる方法(Takashima et al., Cell 158 : 1254-1269, 2014)
5i/L/Aコンディションを用いる方法(Theunissen et al., Cell Stem Cell. 2016 Oct 6;19(4):502-515.)
HDAC(ヒストンデアセチラーゼ)阻害剤を用いる方法(Guo, G. et al. (2017). Development 144(15): 2748-2763.)
また、t2iLGo(Ndiff227[Takara Bio, Cat. Y40002]、NaiveCult Induction Kit[STEMCELL Technologies, Cat. ST-05580]や、NaiveCult Expansion Medium [STEMCELL Technologies, Cat. ST-05590]など、市販のナイーブ型多能性幹細胞調製用培地を用いて、プライム型多能性幹細胞を培養することにより得ることもできる。
Naive pluripotent stem cells can be prepared, for example, by the method described below.
A method using overexpression of NANOG and KLF2 (Takashima et al., Cell 158: 1254-1269, 2014)
Method using 5i/L/A condition (Theunissen et al., Cell Stem Cell. 2016 Oct 6;19(4):502-515.)
Method using HDAC (histone deacetylase) inhibitors (Guo, G. et al. (2017). Development 144(15): 2748-2763.)
Alternatively, primed pluripotent stem cells can be cultured using commercially available media for preparing naive pluripotent stem cells, such as t2iLGo (Ndiff227 [Takara Bio, Cat. Y40002], NaiveCult Induction Kit [STEMCELL Technologies, Cat. ST-05580], or NaiveCult Expansion Medium [STEMCELL Technologies, Cat. ST-05590].
<プライム型多能性幹細胞>
プライム(primed)型多能性幹細胞は着床後胚のエピブラストに類似した性質を持つ多能性幹細胞であるが、体細胞に初期化因子を導入して得られる一般的な人工多能性幹細胞やヒトES細胞がこれに該当し、上記のようなナイーブ化処理をされていないものである。
プライム型多能性幹細胞は以下のような特徴を有する。
平坦なコロニー形態を示し、コロニーの大きさはナイーブ型より大きい。
マーカーとして、CD75、KLF4、KLF17、SUSD2およびTFCP2L1は陰性であり、CD57、CD24が陽性である。
ゲノムがメチル化されている。
<Primed pluripotent stem cells>
Primed pluripotent stem cells are pluripotent stem cells with properties similar to the epiblast of post-implantation embryos, but they include common induced pluripotent stem cells and human ES cells obtained by introducing reprogramming factors into somatic cells, and have not been naïvely treated as described above.
Primed pluripotent stem cells have the following characteristics:
The colony exhibits a flat colony morphology and is larger in size than the naive type.
Markers include CD75, KLF4, KLF17, SUSD2, and TFCP2L1, and are negative, while CD57 and CD24 are positive.
The genome is methylated.
<TGFβ阻害剤>
TGFβ阻害剤とは、TGFβの受容体への結合からSMADへと続くシグナル伝達を阻害する物質であり、受容体であるALK(アクチビン受容体様キナーゼ)ファミリーへの結合を阻害する物質、またはALKファミリーによるSMADのリン酸化を阻害する物質が挙げられ、例えば、Lefty-1(NCBI Accession No.として、マウス:NM#010094、ヒト:NM#020997が例示される)、SB431542、SB202190(以上、R.K.Lindemann et al., Mol. Cancer, 2003, 2:20)、SB505124 (GlaxoSmithKline)、SB-525334、GW6604、NPC30345、SD093、SD908、SD208 (Scios)、LY2109761、LY364947、 LY580276 (Lilly Research Laboratories)、A83-01(WO 2009146408) およびこれらの誘導体などが例示される。TGFβ阻害剤は、好ましくは、A83-01である。
培養液に含まれるTGFβ阻害剤の濃度としては、TGFβ阻害剤の種類に応じてTGFβ阻害効果を発揮する濃度を適宜選択することができ、例えば、A83-01を用いる場合、通常0.1~100μMの範囲内であり、好ましくは0.5~20μM、より好ましくは1~5μMである。
<TGFβ inhibitors>
TGFβ inhibitors are substances that inhibit the signal transduction that continues from the binding of TGFβ to the receptor to SMAD, and include substances that inhibit the binding to the receptor ALK (activin receptor-like kinase) family, or substances that inhibit the phosphorylation of SMAD by the ALK family. Examples of such inhibitors include Lefty-1 (NCBI Accession No.: mouse: NM#010094, human: NM#020997), SB431542, SB202190 (RKLindemann et al., Mol. Cancer, 2003, 2:20), SB505124 (GlaxoSmithKline), SB-525334, GW6604, NPC30345, SD093, SD908, SD208 (Scios), LY2109761, LY364947, LY580276 (Lilly Research Laboratories), A83-01 (WO 2009146408) and derivatives thereof. The TGFβ inhibitor is preferably A83-01.
The concentration of the TGFβ inhibitor contained in the culture medium can be appropriately selected so as to exert a TGFβ inhibitory effect depending on the type of TGFβ inhibitor. For example, when A83-01 is used, the concentration is usually within the range of 0.1 to 100 μM, preferably 0.5 to 20 μM, and more preferably 1 to 5 μM.
<MEK阻害剤>
MEK阻害剤は、Raf/MEK/ERKシグナル伝達経路(MAPK経路)に存在するリン酸化酵素MEK(マイトジェン活性化蛋白質(MAP)キナーゼ/細胞外シグナル制御キナーゼ(ERK)キナーゼ)の働きを阻害することで、MAPK経路を遮断することが知られている物質である。
MEK阻害剤としては、例えば、トラメチニブ(Trametinib)、コビメチニブ(cobimetinib)、セルメチニブ(Selumetinib)、レファメティニブ(Refametinib)、ピマセルチブ(Pimasertib)、U0126、MEK162/ARRY-162、AZD8330/ARRY-424704、GDC-0973/RG7420、GDC-0623/RG7421/XL518、CIF/RG7167/RO4987655、CK127/RG7304/RO5126766、E6201、TAK-733、PD0325901、AS703988/MSC2015103B、WX-554、CI-1040/PD184352、AS703026、PD318088、PD98059、SL327、並びにこれらの薬学的に許容される塩及び溶媒和物が挙げられる。MEK阻害剤は好ましくはPD0325901である。
MEK阻害剤の使用濃度は特に制限されず、各阻害剤の種類に応じたMEK阻害濃度を適宜設定できるが、例えば、PD0325901を用いる場合、通常0.1~100μMの範囲内であり、好ましくは0.5~20μM、より好ましくは1~5μMである。
<MEK inhibitors>
MEK inhibitors are substances known to block the MAPK pathway by inhibiting the activity of the phosphorylation enzyme MEK (mitogen-activated protein (MAP) kinase/extracellular signal-regulated kinase (ERK) kinase) present in the Raf/MEK/ERK signaling pathway (MAPK pathway).
Examples of MEK inhibitors include trametinib, cobimetinib, selumetinib, refametinib, pimasertib, U0126, MEK162/ARRY-162, AZD8330/ARRY-424704, GDC-0973/RG7420, and GDC-0623/RG7 421/XL518, CIF/RG7167/RO4987655, CK127/RG7304/RO5126766, E6201, TAK-733, PD0325901, AS703988/MSC2015103B, WX-554, CI-1040/PD184352, AS703026, PD318088, PD98059, SL327, and pharma- ceutically acceptable salts and solvates thereof. The MEK inhibitor is preferably PD0325901.
The concentration of the MEK inhibitor used is not particularly limited, and the MEK inhibitory concentration can be appropriately set depending on the type of inhibitor. For example, when PD0325901 is used, the concentration is usually within the range of 0.1 to 100 μM, preferably 0.5 to 20 μM, and more preferably 1 to 5 μM.
<BMP>
BMPは、BMP2、BMP4およびBMP6から成る群より選択される少なくとも一つのBMPが挙げられるが、好ましくは、BMP4である。BMPは哺乳動物由来であることが好ましく、ヒト由来であることが好ましい。ヒトBMP4としては、例えば、NCBI(National Center for Biotechnology Information)のアクセッション番号:NP#001193のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。BMPは所望の分化誘導活性を有する限りその断片及び機能的改変体が包含される。BMPは市販されているものを使用してもよいし、細胞から精製されたタンパク質や遺伝子組み換えで生産されたタンパク質を使用してもよい。培養液に含まれるBMPの濃度は、0.1ng/ml~1000ng/ml、好ましくは、1ng/ml~200ng/ml、より好ましくは、5ng/ml~50ng/mlである。
<BMP>
The BMP may be at least one BMP selected from the group consisting of BMP2, BMP4, and BMP6, and is preferably BMP4. The BMP is preferably derived from a mammal, and more preferably from a human. An example of human BMP4 is a protein having an amino acid sequence of NCBI (National Center for Biotechnology Information) accession number: NP#001193. BMP includes fragments and functional variants thereof as long as they have the desired differentiation-inducing activity. Commercially available BMPs may be used, or proteins purified from cells or proteins produced by genetic recombination may be used. The concentration of BMP contained in the culture medium is 0.1 ng/ml to 1000 ng/ml, preferably 1 ng/ml to 200 ng/ml, and more preferably 5 ng/ml to 50 ng/ml.
<JAK阻害剤>
JAK阻害剤はJanus kinaseを阻害するものであれば特に制限されないが、例えば、JAK Inhibitor I(CAS-457081-03-7)、トファシチニブ(CP-690550)、ルキソリチニブ、バリシチニブ、INCB039110、オクラシチニブ、AZD1480、フェデラチニブ(SAR302503, TG101348)、AT9283、AG-490、モメロチニブ、WP1066、TG101209、ガンドチニブ(LY2784544)、NVP-BSK805、AZ960、CEP-33779、パクリチニブ(SB1518)、WHI-P154、XL019、S-ルキソリチニブ、ZM39923、デセルノチニブ(VX-509)、セルデュラチニブ(PRT062070, PRT2070)、フィルゴチニブ(GLPG0634)、FLLL32、FM-381、BMS-911543、イタシチニブ(INCB39110)、ペフィシチニブ(ASP015K, JNJ-54781532)、GLPG0634、GLPG0634アナログ、Go6976、クルクモール、ククルビタシン、レスタウルチニブ、ウパダシチニブ(ABT-494)、WHI-P258、PF-06700841、PF-04965842、PF-06651600、FLLL32、WHI-P97、CHZ868、ソルシチニブ(GSK2586184)、NS-018、またはこれらの誘導体が挙げられる。また、JAK阻害剤は米国特許第2002/0019526号に記載されたものを使用することもできる。JAK阻害剤の使用濃度は特に制限されず、各阻害剤の種類に応じたJAK阻害濃度を適宜設定できるが、例えば、JAK Inhibitor Iを用いる場合、通常0.05~50μMの範囲内であり、好ましくは0.1~10μM、より好ましくは0.5~5μMである。
<JAK inhibitors>
The JAK inhibitor is not particularly limited as long as it inhibits Janus kinase. Examples of the JAK inhibitor include JAK Inhibitor I (CAS-457081-03-7), tofacitinib (CP-690550), ruxolitinib, baricitinib, INCB039110, oclacitinib, AZD1480, federatinib (SAR302503, TG101348), AT9283, AG-490, momelotinib, WP1066, TG101209, gandotinib (LY2784544), NVP-BSK805, AZ960, CEP-33779, pacritinib (SB1518), WHI-P154, XL019, S-ruxolitinib, ZM39923, decernotinib (VX-509), cerduratinib (PRT062070, PRT2070), filgotinib (GLPG0634), FLLL32, FM-381, BMS-911543, itacitinib (INCB39110), peficitinib (ASP015K, JNJ-54781532), GLPG0634, GLPG0634 analogs, Go6976, curcumol, cucurbitacin, lestaurtinib, upadacitinib (ABT-494), WHI-P258, PF-06700841, PF-04965842, PF-06651600, FLLL32, WHI-P97, CHZ868, solcitinib (GSK2586184), NS-018, or derivatives thereof. In addition, the JAK inhibitors described in US Patent No. 2002/0019526 can also be used. The concentration of the JAK inhibitor used is not particularly limited, and the JAK inhibitory concentration can be set appropriately depending on the type of inhibitor. For example, when JAK Inhibitor I is used, the concentration is usually within the range of 0.05 to 50 μM, preferably 0.1 to 10 μM, and more preferably 0.5 to 5 μM.
栄養外胚葉誘導工程において用いられる培養液は、特に限定されないが、ナイーブ型多能性幹細胞維持培地に、TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から選択される2種以上(好ましくは3種類以上、さらに好ましくは4種類)を添加して調製することができる。なお、これらの因子は時期をずらして添加してもよい。例えば、JAK阻害剤は誘導開始から24時間後に添加することもできる。また、BMPは誘導開始から24時間までの添加に留めることもできる。
なお、TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から選択される2種以上に加えて、後述のWntシグナル活性化剤(CHIR99021など)を添加することもできる。
The culture medium used in the trophectoderm induction step is not particularly limited, but can be prepared by adding two or more (preferably three or more, more preferably four) selected from a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, a BMP and a JAK inhibitor to a naive pluripotent stem cell maintenance medium. These factors may be added at different times. For example, a JAK inhibitor may be added 24 hours after the start of induction. Also, BMP may be added only up to 24 hours after the start of induction.
In addition to two or more selected from the group consisting of a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, and a BMP and a JAK inhibitor, a Wnt signal activator (such as CHIR99021) described below can also be added.
ナイーブ型多能性幹細胞維持培地としては、例えば、以下のような培地が使用できる。
・t2iLGo
N2B27 + PD0325901(1μM)+CHIR99021(1μM)+LIF(10 ng/ml)+Go6983(2-3μM)
Takashima et al., Cell 158 : 1254-1269, 2014
・5i/L/A
N2B27 +PD0325901(1μM) +CHIR99021(1μM) +SB590885 (0.5μM) +WH-4-023 (1μM) +Y-27632(10μM) +LIF(10 ng/ml)+Activin A(20 ng/ml)
Theunissen, T. W., et al. (2014). Cell Stem Cell 15(4): 471-487.
・tt2iLc +iWNT
N2B27 +PD0325901(1μM) +LIF(10 ng/ml) + Go6983(2μM) +XAV939(2μM)
Guo, G., et al. (2017). Development 144(15): 2748-2763.
As a maintenance medium for naive pluripotent stem cells, for example, the following medium can be used.
・t2iLGo
N2B27 + PD0325901 (1μM) + CHIR99021 (1μM) + LIF (10 ng/ml) + Go6983 (2-3μM)
Takashima et al., Cell 158 : 1254-1269, 2014
・5i/L/A
N2B27 +PD0325901(1μM) +CHIR99021(1μM) +SB590885 (0.5μM) +WH-4-023 (1μM) +Y-27632(10μM) +LIF(10 ng/ml)+Activin A(20 ng/ml)
Theunissen, TW, et al. (2014). Cell Stem Cell 15(4): 471-487.
・tt2iLc +iWNT
N2B27 +PD0325901(1μM) +LIF(10 ng/ml) + Go6983(2μM) +XAV939(2μM)
Guo, G., et al. (2017). Development 144(15): 2748-2763.
培地には、血清が含有されていてもよいし、あるいは無血清を使用してもよいし血清代替物を使用してもよい。必要に応じて、例えば、アルブミン、インスリン、トランスフェリン、セレン、脂肪酸、微量元素、2-メルカプトエタノール、チオールグリセロール、脂質、アミノ酸、L-グルタミン酸、非必須アミノ酸、ビタミン、増殖因子、低分子化合物、抗生物質、抗酸化剤、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類、サイトカインなどの1つ以上の物質も含有し得る。培地はさらに、ROCK阻害剤を含んでいてもよい。ROCK阻害剤は、Rhoキナーゼ(ROCK)の機能を抑制できるものである限り特に限定されないが、例えば、Y-27632が使用され得る。The medium may contain serum, or may be serum-free or may use a serum substitute. If necessary, it may also contain one or more substances such as albumin, insulin, transferrin, selenium, fatty acids, trace elements, 2-mercaptoethanol, thioglycerol, lipids, amino acids, L-glutamic acid, non-essential amino acids, vitamins, growth factors, low molecular weight compounds, antibiotics, antioxidants, pyruvic acid, buffers, inorganic salts, and cytokines. The medium may further contain a ROCK inhibitor. The ROCK inhibitor is not particularly limited as long as it can suppress the function of Rho kinase (ROCK), but for example, Y-27632 may be used.
栄養外胚葉誘導工程において、ナイーブ型多能性幹細胞を接着培養または浮遊培養してもよい。
接着培養の場合、培養容器をコーティングして用いてもよく、またフィーダー細胞等と共培養してもよい。共培養するフィーダー細胞としては、マイトマイシンC処理済のマウス胎仔由来の初代線維芽細胞(MEF)、STO細胞、SNL細胞、OP9細胞またはC3H10T1/2細胞等が挙げられる。
In the trophectoderm induction step, naive pluripotent stem cells may be cultured in an adherent or floating state.
In the case of adhesion culture, the culture vessel may be coated and used, or the cells may be co-cultured with feeder cells, etc. Examples of the feeder cells to be co-cultured include mitomycin C-treated mouse embryo-derived primary fibroblasts (MEF), STO cells, SNL cells, OP9 cells, C3H10T1/2 cells, etc.
栄養外胚葉誘導工程において、接着培養が行われる場合、細胞外基質をコーティング処理された培養容器を用いて培養することによって行うことができる。コーティング処理は、細胞外基質を含有する溶液を培養容器に入れた後、当該溶液を適宜除くことによって行い得る。ここで、細胞外基質とは、細胞の外に存在する超分子構造体であり、天然由来であっても、人工物(組換え体)であってもよい。例えば、ポリリジン、ポリオルニチン、コラーゲン、プロテオグリカン、フィブロネクチン、ヒアルロン酸、テネイシン、エンタクチン、エラスチン、フィブリリン、ラミニンといった物質およびこれらの断片が挙げられる。これらの細胞外基質は、組み合わせて用いられてもよく、例えば、BD Matrigel(商標)などの細胞からの調製物であってもよい。In the trophectoderm induction step, when adhesion culture is performed, it can be performed by culturing using a culture vessel coated with an extracellular matrix. The coating process can be performed by putting a solution containing the extracellular matrix into the culture vessel and then removing the solution as appropriate. Here, the extracellular matrix is a supramolecular structure that exists outside the cells, and may be naturally derived or artificial (recombinant). Examples include substances such as polylysine, polyornithine, collagen, proteoglycan, fibronectin, hyaluronic acid, tenascin, entactin, elastin, fibrillin, and laminin, and fragments thereof. These extracellular matrices may be used in combination, and may be preparations from cells, such as BD Matrigel (trademark).
栄養外胚葉誘導工程において、浮遊培養によって培養が行われる場合、細胞を培養容器へ非接着の状態で凝集体(スフェアとも言う)を形成させて培養することが望ましく、このような培養は、特に限定はされないが、細胞との接着性を向上させる目的で人工的に処理(例えば、細胞外マトリックス等によるコーティング処理)されていない培養容器、若しくは、人工的に接着を抑制する処理(例えば、ポリヒドロキシエチルメタクリル酸(poly-HEMA)、非イオン性の界面活性ポリオール(Pluronic F-127等)またはリン脂質類似構造物(例えば、2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンを構成単位とする水溶性ポリマー(Lipidure)によるコーティング処理した培養容器を使用することによって行うことができる。In the trophectoderm induction step, when the cells are cultured by suspension culture, it is desirable to culture the cells by forming aggregates (also called spheres) in a non-adherent state to the culture vessel. This type of culture can be performed, but is not limited to, by using a culture vessel that has not been artificially treated (e.g., coated with an extracellular matrix or the like) for the purpose of improving adhesion to the cells, or a culture vessel that has been artificially treated to suppress adhesion (e.g., coated with polyhydroxyethyl methacrylate (poly-HEMA), nonionic surface-active polyol (Pluronic F-127, etc.), or a phospholipid-like structure (e.g., a water-soluble polymer (Lipidure) whose constituent unit is 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine).
栄養外胚葉誘導工程における、ナイーブ型多能性幹細胞を培養する際の培養温度条件は、特に限定されないが、例えば、約37℃~約42℃程度、約37℃~約39℃程度が好ましい。栄養外胚葉誘導工程における、ナイーブ型多能性幹細胞を培養する際の培養酸素条件は、特に限定されず通常の酸素濃度でもよいが、例えば、約2%~約8%程度、約4%~約6%程度の低酸素条件が好ましい。また、培養期間については、当業者であれば細胞数などをモニターしながら、適宜決定することが可能である。日数は栄養外胚葉が得られる限り特に限定されないが、例えば、少なくとも1日間以上、好ましくは2~5日である。The culture temperature conditions when culturing naive pluripotent stem cells in the trophectoderm induction step are not particularly limited, but are preferably, for example, about 37°C to about 42°C, and about 37°C to about 39°C. The culture oxygen conditions when culturing naive pluripotent stem cells in the trophectoderm induction step are not particularly limited and may be normal oxygen concentrations, but are preferably, for example, low oxygen conditions of about 2% to about 8%, and about 4% to about 6%. In addition, a person skilled in the art can appropriately determine the culture period while monitoring the cell count, etc. The number of days is not particularly limited as long as trophectoderm is obtained, but is, for example, at least one day or more, and preferably 2 to 5 days.
<栄養外胚葉>
上記のような培養工程を行うことにより栄養外胚葉を得ることができる。栄養外胚葉は、GATA2(GATA Binding Protein 2)、GATA3(GATA Binding Protein 3)、CDX2(Caudal Type Homeobox 2)、DAB2(Disabled Homolog 2)、PTGES(Prostaglandin E Synthase)、TFAP2C(Transcription Factor AP-2 Gamma)、KRT19(Keratin 19)、ABCG2(ATP Binding Cassette Subfamily G Member 2)などの栄養外胚葉マーカーの1種類以上の発現により特徴づけられる。また、これら1種類以上のマーカーに加えて後述のTACSTD2およびENPEPを発現する細胞であることがより好ましい。さらに、ITGA6(Integrin Subunit Alpha 6)およびHAVCR1(Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1) を発現する細胞であることがより好ましい。栄養外胚葉は、通常OCT4(Octamer-Binding Protein 4)、NANOG(Nanog Homeobox)、VIM(Vimentin)、SIGLEC6(Sialic Acid Binding Ig Like Lectin 6)が陰性である。栄養外胚葉細胞はHLA-A、HLA-Bが陰性であることによっても特徴づけられる。栄養外胚葉細胞はまた、JAR、BeWo、JEGなどの絨毛癌細胞株と比較して、19番染色体マイクロRNAクラスターのマイクロRNA発現量が同等、またはそれ以上であるという特徴も有する。加えて、ELF5プロモーターの脱メチル化率が高いという特徴も有する。
<Trophyectoderm>
The trophectoderm can be obtained by carrying out the above-mentioned culture process. The trophectoderm is characterized by the expression of one or more trophectoderm markers such as GATA2 (GATA Binding Protein 2), GATA3 (GATA Binding Protein 3), CDX2 (Caudal Type Homeobox 2), DAB2 (Disabled Homolog 2), PTGES (Prostaglandin E Synthase), TFAP2C (Transcription Factor AP-2 Gamma), KRT19 (Keratin 19), and ABCG2 (ATP Binding Cassette Subfamily G Member 2). In addition to these one or more markers, the cells are more preferably cells that express TACSTD2 and ENPEP, which will be described later. Furthermore, the cells are more preferably cells that express ITGA6 (Integrin Subunit Alpha 6) and HAVCR1 (Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1). Trophectoderm cells are usually negative for OCT4 (Octamer-Binding Protein 4), NANOG (Nanog Homeobox), VIM (Vimentin), and SIGLEC6 (Sialic Acid Binding Ig Like Lectin 6). Trophectoderm cells are also characterized by being negative for HLA-A and HLA-B. Trophectoderm cells are also characterized by the same or higher expression of microRNAs from the chromosome 19 microRNA cluster compared to choriocarcinoma cell lines such as JAR, BeWo, and JEG. In addition, they are characterized by a high demethylation rate of the ELF5 promoter.
栄養外胚葉細胞を濃縮するためには、栄養外胚葉誘導工程を行った後に、栄養外胚葉を選別する工程を行うこともできる。選別は上記のような栄養外胚葉特異的なマーカーの1種類以上の発現を指標として行うことができる。栄養外胚葉マーカーを用いて栄養外胚葉細胞を抽出する際には、各マーカータンパク質が発現していることを指標にしてもよいし、上記各マーカータンパク質をコードする遺伝子が発現(mRNAが発現)していることを指標にしてもよい。In order to enrich for trophectoderm cells, a step of selecting trophectoderm can be performed after the trophectoderm induction step. Selection can be performed using the expression of one or more types of trophectoderm-specific markers as described above as an indicator. When extracting trophectoderm cells using trophectoderm markers, the indicator may be the expression of each marker protein, or the indicator may be the expression of genes (expression of mRNA) encoding each of the marker proteins.
栄養外胚葉細胞を含有する細胞集団より栄養外胚葉細胞の選別(抽出または検出の場合も同様)を行うために使用される試薬としては、上記栄養外胚葉マーカーに特異的に結合する分子であれば何でもよく、抗体、アプタマー、ペプチドまたは特異的に認識する化合物などを用いることができ、好ましくは、抗体もしくはその断片である。また、これらのマーカーの遺伝子発現を調べる場合は、これらのマーカー遺伝子にハイブリダイズするプライマーやプローブを使用することができる。The reagent used to select (or extract or detect) trophectoderm cells from a cell population containing trophectoderm cells may be any molecule that specifically binds to the above-mentioned trophectoderm markers, such as an antibody, an aptamer, a peptide, or a compound that specifically recognizes the trophectoderm marker, and is preferably an antibody or a fragment thereof. When examining the gene expression of these markers, primers or probes that hybridize to these marker genes can be used.
抗体はポリクローナルまたはモノクローナル抗体であってよい。これらの抗体は、当業者に周知の技術を用いて作成することが可能である。具体的には、本発明の抗体がポリクローナル抗体の場合には、常法に従って大腸菌等で発現し精製したマーカータンパク質、あるいは部分アミノ酸配列を有するオリゴペプチドを合成して、家兎等の非ヒト動物に免疫し、該免疫動物の血清から常法に従って得ることが可能である。一方、モノクローナル抗体の場合には、上述の免疫された非ヒト動物から得られた脾臓細胞と骨髄腫細胞とを細胞融合させて調製したハイブリドーマ細胞の中から得ることができる(Current protocols in Molecular Biology edit.Ausubel et al.(1987) Publish.John Wiley and Sons.Section 11.4-11.11)。抗体の断片としては、抗体の一部(例えば、Fab断片)または合成抗体断片(例えば、一本鎖Fv断片「ScFv」)が例示される。FabおよびF(ab)2断片などの抗体の断片もまた、遺伝子工学的に周知の方法によって作製することができる。マーカーが膜タンパク質である場合、細胞外ドメインに対する抗体であることが好ましい。抗体は市販の抗体を用いてもよい。 The antibody may be a polyclonal or monoclonal antibody. These antibodies can be prepared using techniques well known to those skilled in the art. Specifically, when the antibody of the present invention is a polyclonal antibody, a marker protein expressed and purified in E. coli or the like according to a conventional method, or an oligopeptide having a partial amino acid sequence can be synthesized, and a non-human animal such as a rabbit can be immunized with the antibody and obtained from the serum of the immunized animal according to a conventional method. On the other hand, when the antibody is a monoclonal antibody, the antibody can be obtained from hybridoma cells prepared by cell fusion of spleen cells obtained from the immunized non-human animal and myeloma cells (Current protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al. (1987) Publish. John Wiley and Sons. Section 11.4-11.11). Examples of antibody fragments include a part of an antibody (e.g., a Fab fragment) or a synthetic antibody fragment (e.g., a single-chain Fv fragment "ScFv"). Antibody fragments such as Fab and F(ab) 2 fragments can also be prepared by a well-known genetic engineering method. When the marker is a membrane protein, it is preferable to use an antibody against the extracellular domain. The antibody may be a commercially available antibody.
結合した細胞を区別、分離するため、当該親和性を有する抗体等の試薬は、例えば、蛍光標識、放射性標識、化学発光標識、酵素、ビオチン、ストレプトアビジン等の検出可能な物質、またはプロテインA、プロテインG、ビーズ、磁気ビーズ等の単離抽出を可能とさせる物質と結合または接合されていてもよい。In order to distinguish and separate the bound cells, reagents such as antibodies having the relevant affinity may be bound or conjugated to detectable substances such as, for example, fluorescent labels, radioactive labels, chemiluminescent labels, enzymes, biotin, streptavidin, or substances that enable isolation and extraction, such as protein A, protein G, beads, magnetic beads, etc.
栄養外胚葉細胞を選別(抽出または検出の場合も同様)する方法には、例えば、フローサイトメーターを用いる方法が挙げられる。また、担体に結合させた抗体を用いて沈降させる方法、磁気ビーズを用いて磁性により細胞を選別する方法(例えば、MACS)、蛍光標識を用いて細胞ソーターを用いる方法、または抗体等が固定化された担体(例えば、細胞濃縮カラム)を用いる方法等が例示される。Methods for selecting (or extracting or detecting) trophectoderm cells include, for example, a method using a flow cytometer. Other examples include a method of precipitation using an antibody bound to a carrier, a method of magnetically selecting cells using magnetic beads (e.g., MACS), a method using a cell sorter with fluorescent labels, or a method using a carrier to which antibodies or the like are immobilized (e.g., a cell enrichment column).
<TACSTD2および/またはENPEPの発現を指標とした栄養外胚葉細胞の選別または検出方法>
本発明者らによりTACSTD2およびENPEPがナイーブ型多能性幹細胞由来栄養外胚葉のマーカーとして好適に使用できることが見出されたため、本発明は、栄養外胚葉細胞を含む細胞集団から栄養外胚葉細胞を選別(分離)又は検出する方法であって、TACSTD2および/またはENPEPを用いて栄養外胚葉細胞を選別(分離)又は検出する工程を含む、方法を提供する。例えば、上述したように、TACSTD2および/またはENPEPに対する抗体を用いて栄養外胚葉細胞をこれらマーカーの陽性細胞として選別(分離)又は検出することができる。
なお、TACSTD2はWntシグナルを制御して上皮細胞の増殖や幹細胞の自己複製を活性化させるタンパク質であり(参考文献:Stoyanova T et al., Genes Dev. 2012;Vol.26:2271-2285)、例えば、NCBI(National Center for Biotechnology Information)のアクセッション番号:NM#002353のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
ENPEP(アミノペプチダーゼA)はエンドペプチダーゼの一つで、レニン-アンジオテンシン系のアンジオテンシンIIをアンジオテンシンIIIに分解する機能を有するタンパク質であり(参考文献: Holmes RS et al., J Data Mining Genomics Proteomics. 2017; Vol.8:2)、例えば、NCBI(National Center for Biotechnology Information)のアクセッション番号:NM#001977のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
<Method for selecting or detecting trophectoderm cells using expression of TACSTD2 and/or ENPEP as an indicator>
Since the present inventors have found that TACSTD2 and ENPEP can be suitably used as markers for naive pluripotent stem cell-derived trophectoderm, the present invention provides a method for selecting (separating) or detecting trophectoderm cells from a cell population containing trophectoderm cells, the method comprising a step of selecting (separating) or detecting trophectoderm cells using TACSTD2 and/or ENPEP. For example, as described above, trophectoderm cells can be selected (separated) or detected as cells positive for these markers using antibodies against TACSTD2 and/or ENPEP.
TACSTD2 is a protein that controls Wnt signaling to activate the proliferation of epithelial cells and the self-renewal of stem cells (reference: Stoyanova T et al., Genes Dev. 2012;Vol.26:2271-2285), and an example of this is a protein having the amino acid sequence of NCBI (National Center for Biotechnology Information) accession number: NM#002353.
ENPEP (aminopeptidase A) is an endopeptidase that is a protein that has the function of decomposing angiotensin II of the renin-angiotensin system into angiotensin III (reference: Holmes RS et al., J Data Mining Genomics Proteomics. 2017; Vol.8:2). For example, there is a protein having the amino acid sequence of NCBI (National Center for Biotechnology Information) accession number: NM#001977.
本発明において、「栄養外胚葉細胞を含有する細胞集団」とは、栄養外胚葉細胞を含有している細胞の集合体であれば、その由来は特に問わないが、ナイーブ型多能性幹細胞(好ましくはヒトナイーブ型多能性幹細胞)から栄養外胚葉への分化誘導により得られた栄養外胚葉細胞を含有する細胞集団であることが好ましい。In the present invention, a "cell population containing trophectoderm cells" refers to a collection of cells containing trophectoderm cells, regardless of their origin, but is preferably a cell population containing trophectoderm cells obtained by inducing differentiation of naive pluripotent stem cells (preferably human naive pluripotent stem cells) into trophectoderm.
本発明において、「栄養外胚葉細胞の選別(分離)」とは、選別(分離)前と比して栄養外胚葉細胞の割合を多くすることを意味し、好ましくは、栄養外胚葉細胞を50%、60%、70%、80%または90%以上含有するよう濃縮させることである。より好ましくは、100%栄養外胚葉細胞からなる細胞を得ることである。In the present invention, "selection (separation) of trophectoderm cells" means increasing the proportion of trophectoderm cells compared to before selection (separation), and preferably concentrating the cells to contain 50%, 60%, 70%, 80%, or 90% or more of trophectoderm cells. More preferably, it means obtaining cells that are 100% trophectoderm cells.
TACSTD2および/またはENPEPの発現を指標として栄養外胚葉細胞を含有する細胞集団から栄養外胚葉細胞を選別(分離)する場合、上記のGATA2、GATA3、DAB2、CDX2等の栄養外胚葉マーカーと組み合わせて使用してもよい。さらに、ITGA6およびHAVCR1と組み合わせて使用してもよい。これにより、TACSTD2および/またはENPEPを指標として使用する場合と比較して栄養外胚葉の濃縮率は高められる。
なお、ITGA2はコラーゲンやラミニンに結合するタンパク質であり(参考文献: Rubel D et al., Matrix Biol. 2014;Vol.34:13-21)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#002194のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
HAVCR1はT細胞の活性化に関与するとともに、A型肝炎ウィルスやエボラウィルスの受容体として関与する膜タンパク質であり(参考文献: Moller-Tank S et al., J Virol. 2014;Vol.88:6702-6713)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#036338のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
When trophectoderm cells are selected (separated) from a cell population containing trophectoderm cells using the expression of TACSTD2 and/or ENPEP as an indicator, they may be used in combination with the above-mentioned trophectoderm markers such as GATA2, GATA3, DAB2, CDX2, etc. Furthermore, they may be used in combination with ITGA6 and HAVCR1. This increases the enrichment rate of trophectoderm compared to when TACSTD2 and/or ENPEP are used as indicators.
ITGA2 is a protein that binds to collagen and laminin (reference: Rubel D et al., Matrix Biol. 2014; Vol. 34: 13-21), and an example of this is a protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#002194.
HAVCR1 is a membrane protein that is involved in the activation of T cells and acts as a receptor for Hepatitis A virus and Ebola virus (Reference: Moller-Tank S et al., J Virol. 2014;Vol.88:6702-6713). For example, there is a protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#036338.
なお、マーカーが陽性である細胞を選択的に選別(分離)することは、マーカーが陽性である細胞を全て選別(分離)することでもよいが、マーカーの発現量が一定量以上の細胞を選別(分離)することでもよい。例えば、栄養外胚葉を含有する細胞集団において、マーカーの発現量が上位50%以内の細胞、上位40%以内の細胞、上位33%以内の細胞、上位30%以内の細胞、上位20%以内の細胞、または上位10%以内の細胞を選択的に収集することとすることができる。Selectively selecting (separating) cells positive for a marker may mean selecting (separating) all cells positive for the marker, or it may mean selecting (separating) cells expressing a certain amount or more of the marker. For example, in a cell population containing trophectoderm, cells expressing the marker in the top 50%, top 40%, top 33%, top 30%, top 20%, or top 10% can be selectively collected.
<TACSTD2および/またはENPEPの発現を指標とした栄養外胚葉細胞の選別または検出のための試薬>
本発明はまた、TACSTD2に特異的に結合する分子および/またはENPEPに特異的に結合する分子を含む、栄養外胚葉細胞の選別または検出のための試薬を提供する。TACSTD2やENPEPに特異的に結合する分子としては、上記したとおりであり、TACSTD2またはENPEPに対する抗体やTACSTD2遺伝子またはENPEP遺伝子にハイブリダイズするポリヌクレオチドなどが挙げられる。栄養外胚葉細胞の選別または検出のための試薬は、TACSTD2またはENPEPに特異的に結合する分子と共に、当該検出試薬の使用方法を記載した指示書を含むこともできる。栄養外胚葉細胞の選別または検出のための試薬は、ITGA6および/またはHAVCR1に特異的に結合する分子を含んでもよい。
<Reagents for selecting or detecting trophectoderm cells using expression of TACSTD2 and/or ENPEP as an indicator>
The present invention also provides a reagent for selecting or detecting trophectoderm cells, comprising a molecule that specifically binds to TACSTD2 and/or a molecule that specifically binds to ENPEP. The molecule that specifically binds to TACSTD2 or ENPEP is as described above, and includes an antibody against TACSTD2 or ENPEP, and a polynucleotide that hybridizes to the TACSTD2 gene or ENPEP gene. The reagent for selecting or detecting trophectoderm cells may also include an instruction manual that describes how to use the detection reagent, together with the molecule that specifically binds to TACSTD2 or ENPEP. The reagent for selecting or detecting trophectoderm cells may comprise a molecule that specifically binds to ITGA6 and/or HAVCR1.
<栄養外胚葉への分化誘導のための培地>
本発明はまた、TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から選択される2種以上(好ましくは3種類以上、より好ましくは4種類)の因子を含む栄養外胚葉への分化誘導のためのナイーブ型多能性幹細胞用培地を提供する。これらは、各成分が栄養外胚葉への分化誘導のために有効な濃度で含まれるよう予め調製された培地でもよいし、使用直前に各成分を添加することで調製して使用されるものでもよい。なお、これらの因子は時期をずらして添加してもよい。例えば、JAK阻害剤は誘導開始から24時間後に添加することもできる。また、BMPは誘導開始に添加し、誘導24時間までに添加を終了することができる。したがって、いくつかの因子は別に提供されてもよい。培地(キット)には使用法や調製法を記載した取扱説明書が添付されていてもよい。栄養外胚葉への分化誘導のための培地は、ナイーブ型多能性幹細胞の培養に必要な他の成分をさらに含むことができる。
<Culture medium for inducing differentiation into trophectoderm>
The present invention also provides a medium for naive pluripotent stem cells for inducing differentiation into trophectoderm, which contains two or more (preferably three or more, more preferably four) factors selected from a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, a BMP, and a JAK inhibitor. These may be media prepared in advance so that each component is contained at an effective concentration for inducing differentiation into trophectoderm, or may be prepared and used by adding each component immediately before use. These factors may be added at different times. For example, the JAK inhibitor may be added 24 hours after the start of induction. In addition, the BMP may be added at the start of induction and the addition may be completed by 24 hours after induction. Therefore, some factors may be provided separately. The medium (kit) may be accompanied by an instruction manual describing the method of use and the method of preparation. The medium for inducing differentiation into trophectoderm may further contain other components necessary for the culture of naive pluripotent stem cells.
<細胞性栄養膜細胞の調製方法>
本発明はまた、栄養外胚葉をTGFβ阻害剤、上皮成長因子(EGF)およびWntシグナル活性化剤を含む培地で培養して細胞性栄養膜細胞まで分化させる工程を含む、細胞性栄養膜細胞の調製方法を提供する。
栄養外胚葉は上記のような方法で得られたものでもよいし、他の方法により得られるものでもよい。
Method for preparing cytotrophoblast cells
The present invention also provides a method for preparing cytotrophoblast cells, which comprises a step of culturing trophectoderm in a medium containing a TGFβ inhibitor, epidermal growth factor (EGF) and a Wnt signal activator to differentiate into cytotrophoblast cells.
The trophectoderm may be obtained by the method described above or by other methods.
TGFβ阻害剤は栄養外胚葉の製造におけるものと同様のもの(例えば、A83-01)を使用することができ、その好ましい濃度も同様である。 TGFβ inhibitors can be similar to those used in the production of trophectoderm (e.g., A83-01), and the preferred concentrations are also similar.
<Wntシグナル活性化剤>
Wntシグナル活性化剤は特に制限されないが、Wntタンパク質、GSK3β阻害剤などが挙げられる。Wntシグナル活性化剤はWO2007/126077にも開示されている。
GSK3β阻害剤とは、GSK-3βタンパク質のキナーゼ活性(例えば、βカテニンに対するリン酸化能)を阻害する物質として定義され、例えば、インジルビン誘導体であるBIO(別名、GSK-3β阻害剤IX;6-ブロモインジルビン3'-オキシム)、マレイミド誘導体であるSB216763(3-(2,4-ジクロロフェニル)-4-(1-メチル-1H-インドール-3-イル)-1H-ピロール-2,5-ジオン)、フェニルαブロモメチルケトン化合物であるGSK-3β阻害剤VII(4-ジブロモアセトフェノン)、細胞膜透過型のリン酸化ペプチドであるL803-mtsおよびCHIR99021(6-[2-[4-(2,4-Dichlorophenyl)-5-(4-methyl-1H-imidazol-2-yl)pyrimidin-2-ylamino] ethylamino]pyridine-3-carbonitrile)が挙げられる。本発明で使用されるWntシグナル活性化剤としてのGSK-3β阻害剤は、好ましくは、CHIR99021であり得る。
培養液中におけるGSK3β阻害剤の濃度は、例えば、CHIR99021を用いる場合、通常0.05~50μMの範囲内であり、好ましくは0.1~10μM、より好ましくは0.5~5μMである。
<Wnt signal activator>
The Wnt signal activator is not particularly limited, and examples thereof include Wnt proteins, GSK3β inhibitors, etc. Wnt signal activators are also disclosed in WO2007/126077.
GSK-3β inhibitors are defined as substances that inhibit the kinase activity of GSK-3β protein (e.g., the ability to phosphorylate β-catenin), and examples thereof include the indirubin derivative BIO (also known as GSK-3β inhibitor IX; 6-bromo indirubin 3'-oxime), the maleimide derivative SB216763 (3-(2,4-dichlorophenyl)-4-(1-methyl-1H-indol-3-yl)-1H-pyrrole-2,5-dione), the phenyl α bromomethyl ketone compound GSK-3β inhibitor VII (4-dibromoacetophenone), and the cell membrane-permeable phosphorylated peptides L803-mts and CHIR99021 (6-[2-[4-(2,4-Dichlorophenyl)-5-(4-methyl-1H-imidazol-2-yl)pyrimidin-2-ylamino] ethylamino]pyridine-3-carbonitrile). The GSK-3β inhibitor as a Wnt signal activator used in the present invention may preferably be CHIR99021.
The concentration of the GSK3β inhibitor in the culture medium, for example, when CHIR99021 is used, is usually within the range of 0.05 to 50 μM, preferably 0.1 to 10 μM, and more preferably 0.5 to 5 μM.
<EGF>
EGFは哺乳動物由来であることが好ましく、ヒト由来であることが好ましい。ヒトEGFとしては、例えば、NCBI(National Center for Biotechnology Information)のアクセッション番号:NP#001954のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。EGFは所望の分化誘導活性を有する限りその断片及び機能的改変体が包含される。EGFは市販されているものを使用してもよいし、細胞から精製されたタンパク質や遺伝子組み換えで生産されたタンパク質を使用してもよい。培養液に含まれるEGFの濃度は、0.1ng/ml~1000ng/ml、好ましくは、1ng/ml~500ng/ml、より好ましくは、10ng/ml~200ng/mlである。
<EGF>
EGF is preferably derived from a mammal, and more preferably from a human. An example of human EGF is a protein having an amino acid sequence of NCBI (National Center for Biotechnology Information) accession number: NP#001954. EGF includes fragments and functional variants thereof as long as they have the desired differentiation-inducing activity. EGF may be commercially available, or a protein purified from cells or a protein produced by genetic recombination may be used. The concentration of EGF contained in the culture medium is 0.1 ng/ml to 1000 ng/ml, preferably 1 ng/ml to 500 ng/ml, more preferably 10 ng/ml to 200 ng/ml.
細胞性栄養膜細胞の分化誘導に用いる培地は、上述したようなナイーブ型多能性幹細胞維持培地にTGFβ阻害剤、Wntシグナル活性化剤およびEGFを添加し、さらに血清代替物やROCK阻害剤などを添加したものを用いることができる。細胞性栄養膜細胞の分化誘導は接着培養または浮遊培養してもよい。接着培養の場合は、上述の細胞外基質をコーティング処理された培養容器を用いて培養することによって行うことができる。The medium used for inducing differentiation of cytotrophoblast cells can be a naive pluripotent stem cell maintenance medium as described above to which a TGFβ inhibitor, a Wnt signal activator, and EGF have been added, and further to which a serum substitute, a ROCK inhibitor, etc. have been added. Differentiation of cytotrophoblast cells can be induced by adhesion culture or suspension culture. In the case of adhesion culture, the cells can be cultured using a culture vessel coated with the above-mentioned extracellular matrix.
細胞性栄養膜細胞分化誘導工程における、栄養外胚葉細胞を培養する際の培養温度条件は、特に限定されないが、例えば、約37℃~約42℃程度、約37℃~約39℃程度が好ましい。また、培養期間については、当業者であれば細胞数などをモニターしながら、適宜決定することが可能である。日数は細胞性栄養膜細胞が得られる限り特に限定されないが、例えば、少なくとも1日間以上、好ましくは2~12日である。
なお、細胞性栄養膜細胞は継代培養後も未分化の状態が維持されており、自己複製能と分化能を維持した状態で、長期間、例えば、6ヶ月以上維持できる。細胞は2~4日毎にAccutase(Sigma-Aldrich, Cat.A6964)、または、TrypLE Express(ThermoFisher Scientific, Cat.12604021)を用い剥離し継代できる。新たに継代培養する播種細胞数は、培養皿等から前記の方法などで剥離・回収した細胞数に対して、1:2~1:4となるように行うことが望ましい。細胞播種の際は、TGFβ阻害剤、Wntシグナル活性化剤およびEGFを含む細胞性栄養膜細胞の維持培地に10μM Y-27632を加えることが好ましい。
このように、自己複製能と分化能を維持した細胞性栄養膜細胞を細胞性栄養膜幹細胞と呼ぶが、本明細書においては、特に断らない限り、細胞性栄養膜細胞という用語は細胞性栄養膜幹細胞も含む。
The culture temperature conditions for culturing trophectoderm cells in the cytotrophoblast differentiation induction step are not particularly limited, but for example, about 37°C to about 42°C, preferably about 37°C to about 39°C. Furthermore, those skilled in the art can appropriately determine the culture period while monitoring the cell count, etc. The number of days is not particularly limited as long as cytotrophoblast cells can be obtained, but is, for example, at least one day or more, preferably 2 to 12 days.
In addition, the cytotrophoblast cells remain undifferentiated even after subculture, and can be maintained for a long period of time, for example, 6 months or more, while maintaining their self-renewal and differentiation abilities. The cells can be detached and subcultured every 2 to 4 days using Accutase (Sigma-Aldrich, Cat. A6964) or TrypLE Express (ThermoFisher Scientific, Cat. 12604021). It is desirable to seed the cells for new subculture in a ratio of 1:2 to 1:4 to the number of cells detached and recovered from the culture dish or the like by the above-mentioned method. When seeding the cells, it is preferable to add 10 μM Y-27632 to the maintenance medium for cytotrophoblast cells containing a TGFβ inhibitor, a Wnt signal activator, and EGF.
In this way, cytotrophoblast cells that maintain the ability to self-renew and the ability to differentiate are called cytotrophoblast stem cells, and in this specification, unless otherwise specified, the term cytotrophoblast cells also includes cytotrophoblast stem cells.
細胞性栄養膜細胞は、TACSTD2、ENPEP、SIGLEC6、ITGB4、および、ITGA6が陽性、CDX2が陰性、OCT4が陰性、NANOGが陰性であることによって特徴づけられる。増殖能の高い細胞性栄養膜細胞は、加えてITGA2および/またはHAVCR1が陽性である。細胞性栄養膜細胞は、Ki67、PTGES、HSD3B、S100Pのいずれか1種以上が陽性であってもよい。したがって、細胞性栄養膜細胞はTACSTD2、ENPEP、SIGLEC6、Ki67、ITGB4、ITGA6、PTGES、HSD3BおよびS100Pの1つ以上のマーカーの発現を指標にして検出、分離、選別又は抽出することができる。また、細胞性栄養膜幹細胞はTACSTD2、ENPEP、SIGLEC6、Ki67、ITGA2、ITGB4、HAVCR1、ITGA6、PTGES、HSD3BおよびS100Pの1つ以上のマーカーの発現を指標にして検出、分離又は抽出することができる。Cytotrophoblast cells are characterized by being positive for TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6, ITGB4, and ITGA6, negative for CDX2, negative for OCT4, and negative for NANOG. Highly proliferative cytotrophoblast cells are additionally positive for ITGA2 and/or HAVCR1. Cytotrophoblast cells may be positive for one or more of Ki67, PTGES, HSD3B, and S100P. Thus, cytotrophoblast cells can be detected, separated, selected, or extracted using the expression of one or more markers, TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6, Ki67, ITGB4, ITGA6, PTGES, HSD3B, and S100P. In addition, cellular trophoblast stem cells can be detected, separated or extracted using the expression of one or more markers, including TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6, Ki67, ITGA2, ITGB4, HAVCR1, ITGA6, PTGES, HSD3B and S100P.
本発明はまた、TACSTD2、ENPEP、SIGLEC6、ITGA2、ITGB4、PTGES、HSD3B、S100P、ITGA6またはHAVCR1に特異的に結合する分子の1つ以上を含む、細胞性栄養膜細胞の選別または検出のための試薬を提供する。TACSTD2、ENPEP、SIGLEC6、ITGA2、ITGB4、PTGES、HSD3B、S100P、ITGA6またはHAVCR1に特異的に結合する分子としては、TACSTD2、ENPEP、SIGLEC6、ITGA2、ITGB4、PTGES、HSD3B、S100P、ITGA6またはHAVCR1のタンパク質に対する抗体や、TACSTD2、ENPEP、SIGLEC6、ITGA2、ITGB4、PTGES、HSD3B、S100P、ITGA6またはHAVCR1の遺伝子にハイブリダイズするポリヌクレオチドなどが挙げられる。細胞性栄養膜細胞の選別または検出のための試薬は、TACSTD2、ENPEP、SIGLEC6、ITGA2、ITGB4、PTGES、HSD3B、S100P、ITGA6またはHAVCR1に特異的に結合する分子と共に、当該検出試薬の使用方法を記載した指示書を含むこともできる。The present invention also provides a reagent for selecting or detecting cytotrophoblast cells, comprising one or more molecules that specifically bind to TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6, ITGA2, ITGB4, PTGES, HSD3B, S100P, ITGA6, or HAVCR1. Examples of molecules that specifically bind to TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6, ITGA2, ITGB4, PTGES, HSD3B, S100P, ITGA6, or HAVCR1 include antibodies against TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6, ITGA2, ITGB4, PTGES, HSD3B, S100P, ITGA6, or HAVCR1 proteins, and polynucleotides that hybridize to TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6, ITGA2, ITGB4, PTGES, HSD3B, S100P, ITGA6, or HAVCR1 genes. Reagents for selecting or detecting cellular trophoblast cells may also include a molecule that specifically binds to TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6, ITGA2, ITGB4, PTGES, HSD3B, S100P, ITGA6 or HAVCR1, as well as instructions describing how to use the detection reagent.
SIGLEC6はレプチン依存性に細胞増殖や浸潤を調節するタンパク質であり(参考文献:Rumer KK et al., Endocr Relat Cancer. 2012;Vol.19:827-840)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#001236のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
ITGB4は構造接着分子の一つで、ITGA6等とともにヘテロ二量体を形成する。Rho GTPアーゼ、MAPキナーゼ、NK-κBシグナルの活性化に関与するタンパク質であり(参考文献:Han L et al., J Neuroinflammation. 2018;Vol.15:246)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#001005731のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
ITGA6は構造接着分子の一つで、ITGB4等とともにヘテロ二量体を形成する。細胞接着や遊走に関わるタンパク質であり(参考文献:Hu T et al., Sci Rep. 2016;Vol.6:33376)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#001073286のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
Ki67は細胞周期に関連するタンパク質であり、(参考文献:Brown DC et al., Histopathology. 2002;Vol.40:2-11)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#001139438のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
PTGESはプロスタグランジンE合成酵素であり、炎症によって増加するタンパク質である(参考文献:Zhao FQ et al., Cell Stress Chaperones. 2013;Vol.18:773-783)。例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#004869のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
HSD3Bは3beta水酸化ステロイド脱水素酵素と呼ばれ、ステロイド産生に関わるタンパク質であり(参考文献:Majdic G et al., Biol Reprod. 1998;Vol.58:520-525)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#000853のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
S100PはEFハンド型カルシウム結合ドメインを有するタンパク質であり、ErkシグナルやNK-κBシグナルの活性化にて細胞増殖に関わる(参考文献:Arumugam T et al., J Biol Chem. 2004;Vol.279:5059-5065)。例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#005971のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
SIGLEC6 is a protein that regulates cell proliferation and invasion in a leptin-dependent manner (reference: Rumer KK et al., Endocr Relat Cancer. 2012;Vol.19:827-840), and an example of this is a protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#001236.
ITGB4 is a structural adhesion molecule that forms a heterodimer with ITGA6 and other molecules. It is a protein involved in the activation of Rho GTPase, MAP kinase, and NK-κB signaling (reference: Han L et al., J Neuroinflammation. 2018;Vol.15:246), and an example of this is the protein with the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#001005731.
ITGA6 is a structural adhesion molecule that forms a heterodimer with ITGB4 and other molecules. It is a protein involved in cell adhesion and migration (reference: Hu T et al., Sci Rep. 2016;Vol.6:33376), and one example is the protein with the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#001073286.
Ki67 is a protein associated with the cell cycle (Reference: Brown DC et al., Histopathology. 2002; Vol. 40: 2-11), and an example thereof is a protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#001139438.
PTGES is a prostaglandin E synthesis enzyme and is a protein that increases with inflammation (Reference: Zhao FQ et al., Cell Stress Chaperones. 2013;Vol.18:773-783). For example, there is a protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#004869.
HSD3B is called 3beta hydroxysteroid dehydrogenase and is a protein involved in steroid production (reference: Majdic G et al., Biol Reprod. 1998; Vol. 58: 520-525). For example, there is a protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#000853.
S100P is a protein that has an EF-hand type calcium-binding domain and is involved in cell proliferation by activating Erk signaling and NK-κB signaling (reference: Arumugam T et al., J Biol Chem. 2004;Vol.279:5059-5065). For example, there is a protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#005971.
<合胞体栄養膜細胞の調製方法>
上記のようにして得られた細胞性栄養膜細胞を培養することで合胞体栄養膜細胞を得ることができる。
合胞体栄養膜細胞は細胞性栄養膜細胞をForskolinなどのcAMP増強剤を含む培地、好ましくはさらにEGFを含む培地で培養することにより得ることができる。例えば、Forskolinを用いる場合、その濃度は通常0.05~50μMの範囲内であり、好ましくは0.1~10μM、より好ましくは0.5~5μMである。
培地はさらに、ROCK阻害剤と血清代替物を含むことが好ましい。合胞体栄養膜細胞への分化誘導は接着培養または浮遊培養してもよい。接着培養の場合は、上述の細胞外基質をコーティング処理された培養容器を用いて培養することによって行うことができる。
<Method for preparing syncytiotrophoblast cells>
The cytotrophoblast cells obtained as described above can be cultured to obtain syncytiotrophoblast cells.
Syncytiotrophoblast cells can be obtained by culturing cytotrophoblast cells in a medium containing a cAMP enhancer such as forskolin, preferably a medium further containing EGF. For example, when forskolin is used, its concentration is usually within the range of 0.05 to 50 μM, preferably 0.1 to 10 μM, more preferably 0.5 to 5 μM.
The medium preferably further contains a ROCK inhibitor and a serum substitute. Differentiation into syncytiotrophoblast cells may be induced by adhesion culture or suspension culture. In the case of adhesion culture, the cells can be cultured using a culture vessel coated with the above-mentioned extracellular matrix.
合胞体栄養膜細胞分化誘導工程における、細胞性栄養膜細胞を培養する際の培養温度条件は、特に限定されないが、例えば、約37℃~約42℃程度、約37℃~約39℃程度が好ましい。また、培養期間については、当業者であれば細胞数などをモニターしながら、適宜決定することが可能である。日数は合胞体栄養膜細胞が得られる限り特に限定されないが、例えば、少なくとも1日間以上、好ましくは2~10日である。 The culture temperature conditions for culturing the cytotrophoblast cells in the syncytiotrophoblast cell differentiation induction step are not particularly limited, but are, for example, about 37°C to about 42°C, preferably about 37°C to about 39°C. Furthermore, a person skilled in the art can appropriately determine the culture period while monitoring the cell count, etc. The number of days is not particularly limited as long as syncytiotrophoblast cells can be obtained, but is, for example, at least one day or more, preferably 2 to 10 days.
合胞体栄養膜細胞はそのマーカー分子であるCGA(Glycoprotein Hormones, Alpha Polypeptide)、CGB5(Chorionic Gonadotropin Subunit Beta 5)、CSH1(Chorionic Somatomammotropin Hormone 1)、SDC1(Syndecan 1 ; CD138)等の発現により同定されうる。したがって、合胞体栄養膜細胞はこれら1つ以上のマーカーの発現を指標にして検出、分離又は抽出することができる。Syncytiotrophoblast cells can be identified by the expression of their marker molecules, such as CGA (Glycoprotein Hormones, Alpha Polypeptide), CGB5 (Chorionic Gonadotropin Subunit Beta 5), CSH1 (Chorionic Somatomammotropin Hormone 1), and SDC1 (Syndecan 1; CD138). Therefore, syncytiotrophoblast cells can be detected, separated, or extracted using the expression of one or more of these markers as an indicator.
<絨毛外栄養膜細胞の調製方法>
絨毛外栄養膜細胞は上記細胞性栄養膜細胞をTGFβ阻害剤およびNeuregulin 1を含む培地で培養することにより得ることができる。
TGFβ阻害剤は栄養外胚葉の製造におけるものと同様のもの(例えば、A83-01)を使用することができ、濃度は通常0.1~100μMの範囲内であり、好ましくは1~20μM、より好ましくは5~10μMである。
Neuregulin 1は哺乳動物由来であることが好ましく、ヒト由来であることが好ましい。ヒトNeuregulin 1としては、例えば、NCBI(National Center for Biotechnology Information)のアクセッション番号:NP#001153467のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。Neuregulin 1は所望の分化誘導活性を有する限りその断片及び機能的改変体が包含される。Neuregulin 1は市販されているものを使用してもよいし、細胞から精製されたタンパク質や遺伝子組み換えで生産されたタンパク質を使用してもよい。培養液に含まれるNeuregulin 1の濃度は、0.1ng/ml~1000ng/ml、好ましくは、1ng/ml~500ng/ml、より好ましくは、10ng/ml~200ng/mlである。
培地はさらに、ROCK阻害剤と血清代替物、さらにはMatrigelや、Geltrexなどの細胞外基質を含むことが好ましい。添加する細胞外基質としてMatrigelを選択する場合、培養液に対するMatrigelの添加は、0.1%~10%、好ましくは、0.3%~5%、より好ましくは、0.5%~3%である。添加する細胞外基質としてGeltrexを選択する場合、培養液に対するGeltrexの添加は、0.1%~10%、好ましくは、0.3%~5%、より好ましくは、0.5%~3%である。絨毛外栄養膜細胞への分化誘導は、接着培養または浮遊培養してもよい。接着培養の場合は、上述の細胞外基質をコーティング処理された培養容器を用いて培養することによって行うことができる。
<Method for preparing extravillous trophoblast cells>
The extravillous trophoblast cells can be obtained by culturing the above-mentioned cytotrophoblast cells in a medium containing a TGFβ inhibitor and Neuregulin 1.
The TGFβ inhibitor used can be the same as that used in the production of trophectoderm (e.g., A83-01), and the concentration is usually within the range of 0.1 to 100 μM, preferably 1 to 20 μM, and more preferably 5 to 10 μM.
Neuregulin 1 is preferably derived from a mammal, and more preferably from a human. An example of human Neuregulin 1 is a protein having the amino acid sequence of NCBI (National Center for Biotechnology Information) accession number: NP#001153467. Neuregulin 1 includes fragments and functional variants thereof as long as they have the desired differentiation-inducing activity. Neuregulin 1 may be commercially available, or a protein purified from cells or a protein produced by genetic recombination may be used. The concentration of Neuregulin 1 contained in the culture medium is 0.1 ng/ml to 1000 ng/ml, preferably 1 ng/ml to 500 ng/ml, and more preferably 10 ng/ml to 200 ng/ml.
The medium preferably further contains a ROCK inhibitor, a serum substitute, and an extracellular matrix such as Matrigel or Geltrex. When Matrigel is selected as the extracellular matrix to be added, the amount of Matrigel added to the culture medium is 0.1% to 10%, preferably 0.3% to 5%, and more preferably 0.5% to 3%. When Geltrex is selected as the extracellular matrix to be added, the amount of Geltrex added to the culture medium is 0.1% to 10%, preferably 0.3% to 5%, and more preferably 0.5% to 3%. Differentiation into extravillous trophoblast cells may be induced by adhesion culture or suspension culture. In the case of adhesion culture, the above-mentioned extracellular matrix may be coated on a culture vessel to perform the culture.
絨毛外栄養膜細胞分化誘導工程における、細胞性栄養膜細胞を培養する際の培養温度条件は、特に限定されないが、例えば、約37℃~約42℃程度、約37℃~約39℃程度が好ましい。また、培養期間については、当業者であれば細胞数などをモニターしながら、適宜決定することが可能である。日数は絨毛外栄養膜細胞が得られる限り特に限定されないが、例えば、少なくとも1日間以上、好ましくは2~10日である。The culture temperature conditions for culturing the cellular trophoblast cells in the extravillous trophoblast cell differentiation induction step are not particularly limited, but are, for example, about 37°C to about 42°C, preferably about 37°C to about 39°C. Furthermore, those skilled in the art can appropriately determine the culture period while monitoring the cell count, etc. The number of days is not particularly limited as long as extravillous trophoblast cells can be obtained, but is, for example, at least one day or more, preferably 2 to 10 days.
また、絨毛外栄養膜細胞マーカー分子であるHLA-G、MCAM(Melanoma Cell Adhesion Molecule;CD146)等の発現により同定されうる。したがって、絨毛外栄養膜細胞はこれら1つ以上のマーカーの発現を指標にして検出、分離又は抽出することができる。 They can also be identified by the expression of extravillous trophoblast cell marker molecules such as HLA-G and MCAM (Melanoma Cell Adhesion Molecule; CD146). Therefore, extravillous trophoblast cells can be detected, separated, or extracted using the expression of one or more of these markers as an indicator.
<羊膜細胞の選別または検出のための方法および試薬>
羊膜細胞は、TNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIMおよびHEY1の1種以上が陽性であることによって特徴づけられる。したがって、羊膜細胞はTNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIMおよびHEY1の1つ以上のマーカーの発現を指標にして検出、分離、選別又は抽出することができる。また、羊膜細胞はTNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIMおよびHEY1の1つ以上のマーカーの発現を指標にして検出、分離又は抽出することができる。
本発明はまた、TNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIMまたはHEY1に特異的に結合する分子の1種以上を含む、羊膜細胞の選別または検出のための試薬を提供する。TNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIMまたはHEY1に特異的に結合する分子としては、TNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIMまたはHEY1のタンパク質に対する抗体やTNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIMまたはHEY1の遺伝子にハイブリダイズするポリヌクレオチドなどが挙げられる。羊膜細胞の選別または検出のための試薬は、TNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIMまたはHEY1に特異的に結合する分子と共に、当該検出試薬の使用方法を記載した指示書を含むこともできる。
Methods and Reagents for Selecting or Detecting Amniotic Cells
Amniotic cells are characterized by being positive for one or more of TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM, and HEY1. Thus, amniotic cells can be detected, separated, selected, or extracted using the expression of one or more markers, TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM, and HEY1, as an index. Amniotic cells can also be detected, separated, or extracted using the expression of one or more markers, TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM, and HEY1, as an index.
The present invention also provides a reagent for selecting or detecting amniotic cells, comprising one or more molecules that specifically bind to TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM, or HEY1. Examples of molecules that specifically bind to TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM, or HEY1 include antibodies against TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM, or HEY1 proteins, and polynucleotides that hybridize to TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM, or HEY1 genes. Reagents for selecting or detecting amniotic cells may also include a molecule that specifically binds to TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM or HEY1, as well as instructions describing how to use the detection reagent.
TNCは胚発生や形態形成に関与する細胞外マトリックスの巨大な糖タンパク質であり(参考文献:Chiquet-Ehrismann R et al., Cell. 1986;Vol.47:131-139)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#002151のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
CDH10は大脳新皮質における興奮性シナプスと抑制性シナプスのバランスを司るタンパク質であり(参考文献:Smith KR et al., J Neurosci. 2017;Vol.37:11127-11139)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#001304151のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
PKDCCはWntシグナルの制御に関わる蛋白キナーゼであり(参考文献:Vitorino M et al., Plos One. 2015;Vol.10:e0135504)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#612379のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
GABRPはマクロファージ浸潤に関わるタンパク質であり(参考文献:Jiang SH et al., Gut. 2019;Vol.68:1994-2006)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#001278914のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
IGFBP5は細胞増殖と遊走を制御するタンパク質であり(参考文献:Akkiprik M et al., BMC Cancer. 2009;Vol.9:103)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#000590のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
POSTNは細胞増殖と遊走を制御するタンパク質であり(参考文献:Tang Y et al., Cell Prolif. 2017;Vol.50:e12369)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#006466のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
VTCN1は免疫チェックポイント関連タンパク質であり(参考文献:Guo M et al., EMBO Mol Med. 2017;Vol.9:462-481)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#078902のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
VIMは細胞の動的機能調節や遊走に関わるタンパク質であり(参考文献:Battaglia RA et al., F1000Res. 2018;Vol.7:F1000 Faculty Rev-1796)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#003371のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
HEY1はNotchシグナルの下流で細胞分化を制御するタンパク質であり(参考文献:Nakahara Y et al., Genes Cells. 2016;Vol.21:492-504)、例えば、NCBIのアクセッション番号:NP#001035798のアミノ酸配列を有するタンパク質が挙げられる。
TNC is a large glycoprotein of the extracellular matrix involved in embryonic development and morphogenesis (reference: Chiquet-Ehrismann R et al., Cell. 1986; Vol. 47: 131-139), and an example of this is the protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#002151.
CDH10 is a protein that controls the balance between excitatory and inhibitory synapses in the cerebral neocortex (reference: Smith KR et al., J Neurosci. 2017;Vol.37:11127-11139), and an example of this is the protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#001304151.
PKDCC is a protein kinase involved in the control of Wnt signaling (Reference: Vitorino M et al., Plos One. 2015;Vol.10:e0135504), and an example of such a protein is the protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#612379.
GABRP is a protein involved in macrophage infiltration (Reference: Jiang SH et al., Gut. 2019;Vol.68:1994-2006), and an example of this is a protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#001278914.
IGFBP5 is a protein that controls cell proliferation and migration (reference: Akkiprik M et al., BMC Cancer. 2009; Vol. 9: 103), and an example of such a protein is the protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#000590.
POSTN is a protein that controls cell proliferation and migration (Reference: Tang Y et al., Cell Prolif. 2017;Vol.50:e12369), and an example of such a protein is the protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#006466.
VTCN1 is an immune checkpoint-related protein (Reference: Guo M et al., EMBO Mol Med. 2017;Vol.9:462-481), and an example of such a protein is the protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#078902.
VIM is a protein involved in dynamic regulation of cell function and migration (reference: Battaglia RA et al., F1000Res. 2018;Vol.7:F1000 Faculty Rev-1796), and an example of this is the protein with the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#003371.
HEY1 is a protein that controls cell differentiation downstream of the Notch signal (Reference: Nakahara Y et al., Genes Cells. 2016; Vol. 21: 492-504), and an example of HEY1 is a protein having the amino acid sequence of NCBI accession number: NP#001035798.
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施態様には限定されない。The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following embodiments.
Material and method
Cell culture
ヒトプライム型多能性幹細胞(PSC)ライン(H9ES(胚性幹)細胞、409B2細胞、201B7細胞)はConventional condition(F12/KSRと呼ぶ) (Dulbecco's modified Eagle medium [DMEM/F12; ナカライテスク, Cat.08460-95]、20%[v/v] KSR [Thermo Fisher Scientific, Cat. 10828028]、nonessential amino acids [NEAA; Thermo Fisher Scientific, Cat. 11140-050], 4 ng/ml recombinant human bFGF [bFGF; オリエンタル酵母, Cat. NIB 47079000]、 0.1 mM 2-mercaptoethanol [Sigma-Aldrich, Cat.M3148] )を用い、γ線照射したMEF上で維持した。細胞は4~6日毎にDissociation Buffer(DB; 0.025% Trypsin [Thermo Fisher Scientific, Cat. 15090-046]、1mg/ml Collagenase IV [Thermo Fisher Scientific, Cat. 17104-019]、20% KSR、1mM CaCl2)を用い、小さなクランプ様に剥離し継代した。 Material and method
Cell culture
Human primed pluripotent stem cell (PSC) lines (H9ES (embryonic stem) cells, 409B2 cells, and 201B7 cells) were maintained on γ-irradiated MEFs in conventional condition (F12/KSR) (Dulbecco's modified Eagle medium [DMEM/F12; Nacalai Tesque, Cat. 08460-95], 20% [v/v] KSR [Thermo Fisher Scientific, Cat. 10828028], nonessential amino acids [NEAA; Thermo Fisher Scientific, Cat. 11140-050], 4 ng/ml recombinant human bFGF [bFGF; Oriental Yeast, Cat. NIB 47079000], and 0.1 mM 2-mercaptoethanol [Sigma-Aldrich, Cat. M3148]). Cells were passaged every 4 to 6 days by detaching them into small clumps using Dissociation Buffer (DB; 0.025% Trypsin [Thermo Fisher Scientific, Cat. 15090-046], 1 mg/ml Collagenase IV [Thermo Fisher Scientific, Cat. 17104-019], 20 % KSR, 1 mM CaCl ).
ヒトナイーブ型多能性幹細胞ライン(H9ES細胞、409B2細胞、201B7細胞由来)はt2iLGo(Ndiff227[Takara Bio, Cat. Y40002]、1 μM PD0325901 [PD03; Tocris, Cat.4192]、 1μM CHIR99021[CH; Sigma-Aldrich, Cat.SML1046]、10ng/ml Recombinant human LIF [human LIF; Peprotech, Cat.300-05]、 3μM Go6983[Go; Tocris, Cat.2285])を用いMEF上で維持した。細胞は3~5日毎にAccutase(Sigma-Aldrich, Cat.A6964)を用い剥離し継代した。 Human naïve pluripotent stem cell lines (derived from H9ES, 409B2, and 201B7 cells) were maintained on MEFs using t2iLGo (Ndiff227 [Takara Bio, Cat. Y40002], 1 μM PD0325901 [PD03; Tocris, Cat.4192], 1 μM CHIR99021 [CH; Sigma-Aldrich, Cat.SML1046], 10 ng/ml Recombinant human LIF [human LIF; Peprotech, Cat.300-05], 3 μM Go6983 [Go; Tocris, Cat.2285]). Cells were detached and passaged every 3–5 days using Accutase (Sigma-Aldrich, Cat.A6964).
ナイーブ型H9ES細胞およびナイーブ型409B2細胞は、5i/L/Aコンディションを用いる方法で樹立した(Theunissen et al., Cell Stem Cell. 2014 Oct 2;15(4):471-487.)。プライム型H9細胞または/及び409B2細胞をトリプシン/EDTAにより単一な細胞へと剥離し、1×105個/cm2の細胞を10μM Y-27632を加えたF12/KSR培地でMEF上へと播種した。翌日から5i/L/A培地(Ndiff, 1μM PD03, 1μM CH, 1μM WH-4-023[A Chemtek H620061], 0.5μM SB590885[R and D 2650], 10μM Y-27632, 10ng/ml human LIF, 20ng/ml Activin A[R&D, Cat.388-AC])に変更し培養を続けた。大半の細胞がドーム状の形態を示すコロニーを形成した時点で(4-6継代)、t2iLGoへと切り替え維持することで樹立した。 Naïve H9ES cells and naïve 409B2 cells were established using the 5i/L/A condition (Theunissen et al., Cell Stem Cell. 2014 Oct 2;15(4):471-487.). Primed H9 cells and/or 409B2 cells were detached into single cells with trypsin/EDTA, and 1× 105 cells/ cm2 were seeded onto MEFs in F12/KSR medium supplemented with 10 μM Y-27632. The next day, the medium was changed to 5i/L/A (Ndiff, 1μM PD03, 1μM CH, 1μM WH-4-023 [A Chemtek H620061], 0.5μM SB590885 [R and D 2650], 10μM Y-27632, 10ng/ml human LIF, 20ng/ml Activin A [R&D, Cat.388-AC]) and cultured. When most of the cells formed colonies showing a dome-shaped morphology (4-6 passages), the medium was switched to t2iLGo and maintained for establishment.
ナイーブ型201B7細胞の樹立は、NANOGとKLF2の過剰発現を用いた方法で樹立した(Takashima et al., Cell 158 : 1254-1269, 2014)。doxycyclineにより過剰発現を誘導することのできるプラスミドをエレクトロポレーションし、プライム型201B7細胞へと導入した(201B7 NK2)。プラスミドには薬剤耐性マーカーとなる遺伝子(ネオマイシン耐性)を組み込み、細胞への導入後、Geneticin(Thermo Fisher Scientific, Cat.10131035)を用いて薬剤選択を行うことにより、プラスミドの導入された細胞を選抜した。プライム型201B7 NK2をトリプシン/EDTAにより単一な細胞へと剥離し、1×105個/cm2の細胞を10μM Y-27632(Wako, Cat.034-24024)を加えたF12/KSR培地でMEF上へと播種した。翌日(day1)、1μg/ml doxycycline hyclate(Dox; Sigma-Aldrich, Cat.D9891)を加えた。Day2から2iL(1μM PD03,1μM CH, LIF)+Dox培地に切り替え、約1週間培養する。その後、t2iLGoへと切り替え維持することで樹立した。 Naive 201B7 cells were established by overexpressing NANOG and KLF2 (Takashima et al., Cell 158: 1254-1269, 2014). A plasmid capable of inducing overexpression by doxycycline was electroporated and introduced into primed 201B7 cells (201B7 NK2). A drug resistance marker gene (neomycin resistance) was incorporated into the plasmid, and after introduction into the cells, cells with the plasmid were selected by drug selection using Geneticin (Thermo Fisher Scientific, Cat.10131035). Primed 201B7 NK2 were detached into single cells using trypsin/EDTA, and 1× 105 cells/ cm2 were seeded onto MEFs in F12/KSR medium supplemented with 10μM Y-27632 (Wako, Cat.034-24024). The next day (day 1), 1 μg/ml doxycycline hyclate (Dox; Sigma-Aldrich, Cat. D9891) was added. From day 2, the medium was switched to 2iL (1 μM PD03, 1 μM CH, LIF) + Dox medium and cultured for about 1 week. After that, the medium was switched to t2iLGo and maintained for establishment.
栄養外胚葉(TE)誘導
MEF上で培養しているナイーブ型多能性幹細胞をAccutaseにより剥離させ回収した後に、ゼラチンコートディッシュに播種し、10μM Y-27632(ROCK阻害剤)を加えたt2iLGoで37℃、2時間培養しMEFを取り除いた。その後、各々の誘導培地で再懸濁し、播種と同時に誘導を開始する。 Trophectoderm (TE) induction
Naïve pluripotent stem cells cultured on MEFs were detached and collected using Accutase, then seeded on gelatin-coated dishes and cultured in t2iLGo containing 10μM Y-27632 (ROCK inhibitor) at 37℃ for 2 hours to remove the MEFs. The cells were then resuspended in each induction medium, and induction was initiated immediately after seeding.
化合物を用いて誘導する場合には、12ウェルディッシュにiMatrix-511 silk(Nippi, Cat.892021)をコーティングし、1.5×105個/cm2の細胞を播種した。
誘導培地にはNdiff227培地を使用し、各種化合物を表2または3に記載の条件で添加し、培養を行って、栄養外胚葉分化を誘導する化合物をスクリーニングした。
なお、TGFβ阻害剤としてはA83-01を、MEK阻害剤としてはPD0325901を、BMPとしてはBMP4を、JAK阻害剤としてはJAK inhibitor Iを用いた。
When induction was performed using a compound, a 12-well dish was coated with iMatrix-511 silk (Nippi, Cat. 892021) and 1.5 × 10 5 cells/cm 2 of cells were seeded.
Ndiff227 medium was used as the induction medium, and various compounds were added under the conditions described in Table 2 or 3. Culture was performed to screen for compounds that induce trophectoderm differentiation.
The TGFβ inhibitor used was A83-01, the MEK inhibitor used was PD0325901, the BMP inhibitor used was BMP4, and the JAK inhibitor used was JAK inhibitor I.
また、得られた栄養外胚葉細胞の評価および細胞性栄養膜細胞以降への誘導に際しては、以下の条件でナイーブ型iPS細胞を培養して得られた栄養外胚葉細胞を用いた。
誘導培地にはNdiff227培地に2μM A83-01(Tocris, Cat.2939)、2μM PD0325901(Tocris, Cat.4192)、10ng recombinant human BMP-4 (BMP-4; R&D, Cat.314-BP)を加えたものを使用した。誘導開始24時間に生理食塩水でディッシュを洗浄した後、Ndiff227培地に2μM A83-01(Tocris, Cat.2939)、2μM PD0325901、1μM JAK inhibitor(MERCK)を加えたものを誘導開始72時間まで使用した。
In addition, for evaluation of the obtained trophectoderm cells and induction into cytotrophoblast cells and beyond, trophectoderm cells obtained by culturing naive iPS cells under the following conditions were used.
The induction medium used was Ndiff227 medium supplemented with 2 μM A83-01 (Tocris, Cat. 2939), 2 μM PD0325901 (Tocris, Cat. 4192), and 10 ng recombinant human BMP-4 (BMP-4; R&D, Cat. 314-BP). After washing the dishes with saline 24 hours after the start of induction, Ndiff227 medium supplemented with 2 μM A83-01 (Tocris, Cat. 2939), 2 μM PD0325901, and 1 μM JAK inhibitor (MERCK) was used until 72 hours after the start of induction.
FACS analysis / sorting
栄養外胚葉細胞、細胞性栄養膜細胞、細胞性栄養膜幹細胞、ナイーブ型多能性幹細胞はAccutaseにより、単一な細胞へと剥離し回収した。回収した細胞集塊にNdiff227培地を加え、30分37℃でインキュベートした。その後、1%BSA(Sigma-Aldrich, Cat.A2153)を加えたHBSS(Thermo Fisher Scientific, Cat.14185052)を用いブロッキングを氷上にて30分行った。Biotinylated抗TACSTD2抗体(Miltenyi biotec, Cat.130-115-054)、PE-conjugated抗ENPEP抗体(Thermo Fisher Scientific, Cat.12-5891-82)を加え、氷上にて30分間インキュベートした。洗浄後、Streptavidin-APC(Biolegend, Cat.405207)を加え、氷上にて30分間インキュベートした。FACS解析にはBD LSR Fortessa(BD)、sortingにはFACS AriaII(BD)を用いた。また、データ解析にはFlow Jo V10.2 softwareを用いた。 FACS analysis/sorting
Trophectoderm cells, cytotrophoblast cells, cytotrophoblast stem cells, and naive pluripotent stem cells were detached into single cells using Accutase and collected. Ndiff227 medium was added to the collected cell clusters and incubated at 37°C for 30 minutes. Blocking was then performed on ice for 30 minutes using HBSS (Thermo Fisher Scientific, Cat.14185052) containing 1% BSA (Sigma-Aldrich, Cat.A2153). Biotinylated anti-TACSTD2 antibody (Miltenyi biotec, Cat.130-115-054) and PE-conjugated anti-ENPEP antibody (Thermo Fisher Scientific, Cat.12-5891-82) were added and incubated on ice for 30 minutes. After washing, Streptavidin-APC (Biolegend, Cat.405207) was added and incubated on ice for 30 minutes. FACS analysis was performed using a BD LSR Fortessa (BD), sorting was performed using a FACS AriaII (BD), and data analysis was performed using Flow Jo V10.2 software.
栄養外胚葉から細胞性栄養膜細胞(CT)への誘導
栄養外胚葉に誘導し3日目の細胞を抗TACSTD2抗体および抗ENPEP抗体を用いて陽性細胞をフローサイトメトリーで純化した。その後、Ndiff227培地に1μM A83-01、50 ng/ml EGF、2μM CHIR99021を加え、iMatrix511 silk上で培養を継続した。細胞播種時には、10μM Y-27632(ROCK阻害剤)を培地に添加した。12日目にフローサイトメトリーで細胞性栄養膜細胞を純化した。フローサイトメトリーによる純化には、Alexa-Fluor488-conjugated抗TACSTD2抗体(R&D、Cat# FAB650G)、PE-conjugated抗ENPEP抗体、およびBiotinylated抗SIGLEC6抗体(Miltenyi biotec, Cat.130-112-708)を加え、氷上にて30分間インキュベートした。洗浄後、Streptavidin-APC(Biolegend, Cat.405207)を加え、氷上にて30分間インキュベートした。FACS解析にはBD LSR Fortessa(BD)、sortingにはFACS AriaII(BD)を用いた。また、データ解析にはFlow Jo V10.2 softwareを用いた。 Induction of trophectoderm into cytotrophoblast (CT) cells. On the third day after induction into trophectoderm, positive cells were purified by flow cytometry using anti-TACSTD2 and anti-ENPEP antibodies. After that, 1μM A83-01, 50 ng/ml EGF, and 2μM CHIR99021 were added to Ndiff227 medium, and the culture was continued on iMatrix511 silk. At the time of cell seeding, 10μM Y-27632 (ROCK inhibitor) was added to the medium. On the 12th day, cytotrophoblast cells were purified by flow cytometry. For purification by flow cytometry, Alexa-Fluor488-conjugated anti-TACSTD2 antibody (R&D, Cat# FAB650G), PE-conjugated anti-ENPEP antibody, and biotinylated anti-SIGLEC6 antibody (Miltenyi biotec, Cat.130-112-708) were added and incubated on ice for 30 minutes. After washing, Streptavidin-APC (Biolegend, Cat.405207) was added and incubated on ice for 30 minutes. BD LSR Fortessa (BD) was used for FACS analysis, and FACS AriaII (BD) was used for sorting. Data analysis was performed using Flow Jo V10.2 software.
なお、12日目にフローサイトメトリーで純化した細胞性栄養膜細胞をNdiff227培地に1μM A83-01、50 ng/ml EGF、2μM CHIR99021を加え、iMatrix511 silk上で培養を継続した。細胞播種時には、10μM Y-27632(ROCK阻害剤)を培地に添加した。これにより、自己複製能、分化能を有した細胞性栄養膜幹細胞として6ヶ月以上維持培養することが可能であった。On the 12th day, the cytotrophoblast cells were purified by flow cytometry and cultured on iMatrix511 silk in Ndiff227 medium supplemented with 1μM A83-01, 50 ng/ml EGF, and 2μM CHIR99021. When the cells were seeded, 10μM Y-27632 (ROCK inhibitor) was added to the medium. This made it possible to maintain and culture the cells as cytotrophoblast stem cells with self-renewal and differentiation capabilities for more than 6 months.
細胞性栄養膜幹細胞から合胞体栄養膜細胞(ST)への誘導
上記で純化された細胞性栄養膜幹細胞を4% KSR(knockout serum replacement)、2μM Forskolin、2.5μM Y-27632(ROCK阻害剤)を含むメディウム(DMEM/F12)を用いて、iMatrix511 silk上で6日間培養した。 Induction of syncytiotrophoblast cells (ST) from cytotrophoblast stem cells The cytotrophoblast stem cells purified above were cultured on iMatrix511 silk for 6 days using a medium (DMEM/F12) containing 4% KSR (knockout serum replacement), 2 μM forskolin, and 2.5 μM Y-27632 (ROCK inhibitor).
細胞性栄養膜幹細胞から絨毛外栄養膜細胞(EVT)への誘導
上記で純化された細胞性栄養膜幹細胞を4% KSR(knockout serum replacement)、7.5μM A83-01、100 ng/ml Neuregulin1、2.5μM Y-27632(ROCK阻害剤)、Matrigelを含むメディウム(DMEM/F12)を用いて、iMatrix511 silk上で3日間培養した(Day1~Day3)。続いて、4% KSR(knockout serum replacement)、 7.5μM A83-01、 2.5μM Y-27632(ROCK阻害剤)、Matrigel(またはGeltrex)のメディウムに交換し、3日間培養した(Day4~Day6)。さらに、7.5μM A83-01、2.5μM Y-27632(ROCK阻害剤)、 Matrigel(またはGeltrex)のメディウムに交換し、2日間培養した(Day7~Day8)。 Induction of extravillous trophoblast cells (EVT) from cytotrophoblast stem cells The cytotrophoblast stem cells purified above were cultured on iMatrix511 silk for 3 days (Day 1 to Day 3) using a medium (DMEM/F12) containing 4% KSR (knockout serum replacement), 7.5μM A83-01, 100ng/ml Neuregulin1, 2.5μM Y-27632 (ROCK inhibitor), and Matrigel. The medium was then replaced with 4% KSR (knockout serum replacement), 7.5μM A83-01, 2.5μM Y-27632 (ROCK inhibitor), and Matrigel (or Geltrex), and cultured for 3 days (Day 4 to Day 6). Furthermore, the medium was replaced with 7.5 μM A83-01, 2.5 μM Y-27632 (ROCK inhibitor), and Matrigel (or Geltrex), and the cells were cultured for 2 days (Day 7 to Day 8).
Reverse Transcription Quantitive Real-time PCR
total RNAはRNeasy kit(Qiagen, Cat.74106)にて抽出し、1000ngのRNAからcDNAをSuperScriptIV(Thermo Fisher Scientific, Cat.18090050)とoligo-dT プライマーを用い合成した。Real-time PCRにはPowerUP Sybr Green Master Mix(Thermo Fisher Scientific, Cat.A25743)を用い、PCR増幅にはQuantStudio3(Thermo Fisher Scientific)またはQuantStudio12Kを用いた。Real-time RT-PCR反応後の解析はQuantStudio Design&Analysis Software v1.4.1を用いて行った。 Reverse Transcription Quantitative Real-time PCR
Total RNA was extracted using the RNeasy kit (Qiagen, Cat. 74106), and cDNA was synthesized from 1000 ng of RNA using SuperScriptIV (Thermo Fisher Scientific, Cat. 18090050) and oligo-dT primers. Real-time PCR was performed using PowerUP Sybr Green Master Mix (Thermo Fisher Scientific, Cat. A25743), and PCR amplification was performed using QuantStudio3 (Thermo Fisher Scientific) or QuantStudio12K. Analysis of real-time RT-PCR reactions was performed using QuantStudio Design&Analysis Software v1.4.1.
Immunostaining
細胞を室温で10分間4% paraformaldehyde(ナカライテスク, Cat.09154-85)により固定した後に、室温で1時間 PBS+0.5% Triton X-100により透過処理を行った。細胞をPBS+1%BSA+0.05% Tween-20(PBS-BT)にて2時間ブロッキングした。一次抗体はPBS-BTで希釈した後に加え、室温で2時間インキュベートした。洗浄後、二次抗体をPBS-BTで1:2000希釈し、室温で2時間インキュベートした。核はDAPI(Sigma-Aldrich, Cat.D9542)を用い染色した。抗体は以下のものを用いた。 Immunostaining
Cells were fixed with 4% paraformaldehyde (Nacalai Tesque, Cat. 09154-85) for 10 min at room temperature, and then permeabilized with PBS + 0.5% Triton X-100 for 1 h at room temperature. Cells were blocked with PBS + 1% BSA + 0.05% Tween-20 (PBS-BT) for 2 h. Primary antibodies were added after dilution in PBS-BT and incubated for 2 h at room temperature. After washing, secondary antibodies were added at 1:2000 dilution in PBS-BT and incubated for 2 h at room temperature. Nuclei were stained with DAPI (Sigma-Aldrich, Cat. D9542). The following antibodies were used:
結果
<栄養外胚葉(TE)特異的マーカーの選定>
既報(Petropoulos S et al. 2016 Cell, Stirparo GG et al. 2018 Development)のヒト着床前胚のシングルセルRNAシーケンシングデータを再解析した。着床前胚の発生段階は受精直後の受精卵(zygote)、4細胞期(4 cell stage)、8細胞期(8 cell stage)、桑実胚期(morula stage)、胚盤胞期(blastocyst stage)である。胚盤胞期は細胞の種類により細分化でき、将来胎児成分となる胚盤葉上層、将来卵黄嚢を形成する胚盤葉下層、将来胎盤となる栄養外胚葉と3つに分類される。
TACSTD2は胚齢5および胚齢7の栄養外胚葉で転写産物の発現量が高値である一方で、それ以外の着床前胚の発生段階(受精直後の受精卵、4細胞期、8細胞期、桑実胚期、胎齢5胚盤葉上層、胎齢7胚盤葉上層、胎齢5胚盤葉下層、胎齢7胚盤葉下層)では転写産物の発現量は低値であった。
ENPEPは胚齢7の栄養外胚葉で転写産物の発現量が高値である一方で、それ以外の着床前胚の発生段階(受精直後の受精卵、4細胞期、8細胞期、桑実胚期、胎齢5胚盤葉上層、胎齢7胚盤葉上層、胎齢5胚盤葉下層、胎齢7胚盤葉下層、胎齢5栄養外胚葉)では転写産物の発現量は低値であった。
このような着床前胚におけるTACSTD2とENPEPの発現パターンより、我々はTACSTD2とENPEPが栄養外胚葉の表面抗原蛋白として使用できることを見出し、栄養外胚葉分化の指標として選択した。 Results <Selection of trophectoderm (TE) specific markers>
We reanalyzed single-cell RNA sequencing data of human preimplantation embryos previously reported (Petropoulos S et al. 2016 Cell, Stirparo GG et al. 2018 Development). The developmental stages of preimplantation embryos are the zygote immediately after fertilization, the 4 cell stage, the 8 cell stage, the morula stage, and the blastocyst stage. The blastocyst stage can be further subdivided according to cell type into three parts: the epiblast, which will become the components of the fetus, the hypoblast, which will form the yolk sac, and the trophectoderm, which will become the placenta.
TACSTD2 transcript expression was high in the trophectoderm at embryonic ages 5 and 7, whereas transcript expression was low in other preimplantation embryo developmental stages (zygote immediately after fertilization, 4-cell stage, 8-cell stage, morula stage, fetal age 5 epiblast, fetal age 7 epiblast, fetal age 5 hypoblast, fetal age 7 hypoblast).
While ENPEP transcript expression was high in the trophectoderm at embryonic age 7, transcript expression was low in other preimplantation embryo developmental stages (zygote immediately after fertilization, 4-cell stage, 8-cell stage, morula stage, fetal age 5 epiblast, fetal age 7 epiblast, fetal age 5 hypoblast, fetal age 7 hypoblast, and fetal age 5 trophectoderm).
Based on the expression patterns of TACSTD2 and ENPEP in preimplantation embryos, we found that TACSTD2 and ENPEP can be used as surface antigen proteins of the trophectoderm and selected them as indicators of trophectoderm differentiation.
<栄養外胚葉分化>
ナイーブ型iPS細胞を種々の分化誘導因子を含む培地で培養し、TACSTD2, ENPEPの発現を指標にして、トロホブラスト分化誘導因子をスクリーニングした。なお、トロホブラスト分化誘導因子の候補因子はトロホブラストにおけるレセプター発現パターンから予測し、スクリーニングに使用した。
スクリーニングの結果、4因子(TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMP4、JAK阻害剤)を同定した。表2にこれらを組み合わせて用いた各培養条件を、図1に各条件で培養したときのTACSTD2、ENPEP両陽性細胞の割合を示す。また、図2には、そのなかの代表的なフローサイトメトリーの結果を示し、図3には得られたTACSTD2、ENPEP両陽性細胞の形態を示す。
<Trophyectoderm differentiation>
Naive iPS cells were cultured in a medium containing various differentiation-inducing factors, and the expression of TACSTD2 and ENPEP was used to screen for trophoblast differentiation-inducing factors. Candidate factors for trophoblast differentiation-inducing factors were predicted from the receptor expression patterns in trophoblasts and used for screening.
As a result of the screening, four factors (TGFβ inhibitor, MEK inhibitor, BMP4, JAK inhibitor) were identified. Table 2 shows the culture conditions in which these factors were combined, and Figure 1 shows the percentage of TACSTD2- and ENPEP-positive cells cultured under each condition. Figure 2 also shows the representative flow cytometry results, and Figure 3 shows the morphology of the obtained TACSTD2- and ENPEP-positive cells.
その結果、C1の条件が最も効率よく分化できたが、TGFβ阻害剤(A83-01)、MEK阻害剤(PD0325901)、BMP4、JAK阻害剤のうち2種以上を用いた場合にはいずれもTACSTD2、ENPEP両陽性細胞を得ることができた。なお、A83-01の代わりにアクチビン(TGFβシグナル活性化剤)を加えたC7の条件ではTACSTD2、ENPEP両陽性細胞を得ることができなかった。As a result, differentiation was most efficient under the C1 condition, but when two or more of the following were used: TGFβ inhibitor (A83-01), MEK inhibitor (PD0325901), BMP4, or JAK inhibitor, both TACSTD2- and ENPEP-positive cells were obtained. However, under the C7 condition, in which activin (a TGFβ signal activator) was added instead of A83-01, neither TACSTD2- nor ENPEP-positive cells were obtained.
さらに、TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMP4、JAK阻害剤の好ましい組み合わせを検討した。表3に培養条件を、図4に各条件で培養したときのTACSTD2、ENPEP両陽性細胞の割合を示す。
その結果、TGFβ阻害剤とMEK阻害剤は分化誘導工程の全体にわたって存在することが好ましいが、BMP4は少なくとも分化誘導工程の前半(例えば、分化誘導開始から24時間までの間)には存在することが好ましく、JAK阻害剤は少なくとも分化誘導工程の後半(例えば、分化誘導開始24時間以降)には存在することが好ましいことが分かった。
Furthermore, we investigated the preferable combination of TGFβ inhibitor, MEK inhibitor, BMP4, and JAK inhibitor. Table 3 shows the culture conditions, and Figure 4 shows the ratio of TACSTD2- and ENPEP-positive cells when cultured under each condition.
As a result, it was found that it is preferable for TGFβ inhibitors and MEK inhibitors to be present throughout the entire differentiation induction process, while it is preferable for BMP4 to be present at least during the first half of the differentiation induction process (e.g., between the start of differentiation induction and 24 hours), and it is preferable for JAK inhibitors to be present at least during the second half of the differentiation induction process (e.g., more than 24 hours after the start of differentiation induction).
以上より、TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMP4、JAK阻害剤を組み合わせて使用することにより、ナイーブ型iPS細胞からTACSTD2、ENPEP両陽性細胞を得ることができた。このTACSTD2、ENPEP両陽性細胞を栄養外胚葉(TE)様細胞として、以下、評価を行った。 As a result, by using a combination of a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, and a BMP4 and JAK inhibitor, we were able to obtain TACSTD2- and ENPEP-positive cells from naive iPS cells. These TACSTD2- and ENPEP-positive cells were evaluated as trophectoderm (TE)-like cells as follows.
<TE様細胞の評価1>
分化誘導により得られたTE様細胞の性質を解析するため、TE様細胞の遺伝子発現パターンを、インビボTEにおける遺伝子発現パターンおよびインビボエピブラスト細胞(EPI:胚盤葉上層)における遺伝子発現パターンと比較した。
なお、解析対象遺伝子は、インビボTEおよびインビボエピブラスト細胞における発現変動遺伝子(DEG:differential expression gene)を用いた。具体的には、DEG01はStirparo(2018)Development#Integrated analysis of single-cell embryo data yields a unified transcriptome signature for the human pre-implantation epiblastのTableS1で示されたEpiblastとTrophectodermを区別できるp値が0.001未満の遺伝子201個で検討した。
同様の比較は、プライム型iPS細胞を同様の条件で培養して得られた細胞および非特許文献4のEPSCについても行った。いずれも2回ずつ実験を行い、Day0(分化誘導開始前)またはDay3(分化誘導開始3日後、EPSCは4日後)の遺伝子発現パターンを見た。
<Evaluation of TE-like cells 1>
To analyze the properties of TE-like cells obtained by differentiation induction, the gene expression patterns of TE-like cells were compared with those of in vivo TE cells and in vivo epiblast cells (EPI: epiblast).
The genes analyzed were differential expression genes (DEGs) in in vivo TE and in vivo epiblast cells. Specifically, DEG01 was examined using 201 genes with a p-value of less than 0.001 that could distinguish epiblast from trophectoderm, as shown in Table S1 of Stirparo (2018) Development#Integrated analysis of single-cell embryo data yields a unified transcriptome signature for the human pre-implantation epiblast.
A similar comparison was also performed for cells obtained by culturing primed iPS cells under similar conditions and for EPSCs from Non-Patent Document 4. Each experiment was performed twice, and gene expression patterns were observed on Day 0 (before the start of differentiation induction) or Day 3 (3 days after the start of differentiation induction, EPSCs 4 days later).
結果を表4に示す(N#D3、P#D3はそれぞれナイーブ型iPSCまたはプライム型iPSCのDay3を示す)。ここでは、値が1に近ければ、相関が高いことを示している。
DEG(EPIvsTE)を用いて、インビボの栄養外胚葉(trophectoderm; TE)とインビトロの分化誘導細胞の相関を検討したところ、Naive由来の分化3日目(trophectoderm-like cell)がEPSC Day4や Primed Day3(非特許文献3の"trophoblast-like cell")よりも、高い相関係数を示した。(N#D3がP#D3とEPSC#Day4と比べて、TEに近かった。)
このように、分化TE様細胞はインビボTEと似た遺伝子発現パターンを示した。一方、先行技術文献に記載のプライム型多能性幹細胞やEPSCではインビボTEと似たパターンは示さなかった。
The results are shown in Table 4 (N#D3 and P#D3 indicate Day 3 of naive iPSCs and primed iPSCs, respectively). Here, a value closer to 1 indicates a high correlation.
When the correlation between in vivo trophectoderm (TE) and in vitro differentiation-induced cells was examined using DEG (EPI vs TE), naive-derived differentiation day 3 (trophectoderm-like cells) showed a higher correlation coefficient than EPSC Day 4 and Primed Day 3 ("trophoblast-like cells" in Non-Patent Document 3). (N#D3 was closer to TE than P#D3 and EPSC#Day 4.)
Thus, differentiated TE-like cells showed gene expression patterns similar to those of in vivo TEs, whereas prior art primed pluripotent stem cells and EPSCs did not.
次に、TE様細胞について、TE特異的マーカーの発現をマーカー特異的抗体を用いた免疫組織染色で調べた。結果を図5に示す。その結果、TEができていることをタンパクマーカー発現でも確認できた。Next, the expression of TE-specific markers in TE-like cells was examined by immunohistochemical staining using marker-specific antibodies. The results are shown in Figure 5. As a result, the formation of TE was also confirmed by the expression of protein markers.
<CT様細胞の評価>
妊娠初期栄養膜細胞のクライテリアとして、1)HLA-AおよびHLA-Bは発現しない、2)GATA3、TFAP2C、KRT7が発現する、3)第19番染色体マイクロRNAが発現する、および4)ELF5プロモーターが脱メチル化されている、がある。
本発明の方法で得られたCT様細胞は上記4つのクライテリアを満たすかを調べた。
<Evaluation of CT-like cells>
The criteria for early pregnancy trophoblast cells are: 1) no expression of HLA-A and HLA-B, 2) expression of GATA3, TFAP2C, and KRT7, 3) expression of chromosome 19 microRNA, and 4) demethylation of the ELF5 promoter.
We investigated whether the CT-like cells obtained by the method of the present invention fulfilled the above four criteria.
まず、HLA-A、HLA-Bの発現量を評価した。その結果、図6に示すように、本発明の方法で得られたCT様細胞は、胎盤におけるインビボCTと同様、HLA-AおよびHLA-Bをほとんど発現しないことが分かった。一方、プライム型ES細胞はBMP処理してもHLA-A、HLA-B陽性であった。First, the expression levels of HLA-A and HLA-B were evaluated. As a result, as shown in Figure 6, it was found that the CT-like cells obtained by the method of the present invention barely expressed HLA-A or HLA-B, similar to in vivo CT in the placenta. On the other hand, primed ES cells were positive for HLA-A and HLA-B even after BMP treatment.
次に、栄養膜細胞のマーカーであるGATA3、TFAP2C、KRT7の発現量を評価した。その結果、図7に示すように、本発明の方法で得られたCT様細胞は、これらのマーカーを発現していることが分かった。Next, we evaluated the expression levels of trophoblast cell markers GATA3, TFAP2C, and KRT7. As a result, as shown in Figure 7, it was found that the CT-like cells obtained by the method of the present invention expressed these markers.
次に、第19番染色体マイクロRNA(miR518c-5p、miR520c-3p)の発現量を評価した。その結果、図8に示すように、本発明の方法で得られたTE様細胞およびCT様細胞は、第19番染色体マイクロRNAの発現量が多いことが分かった。Next, the expression levels of chromosome 19 microRNAs (miR518c-5p, miR520c-3p) were evaluated. As a result, as shown in Figure 8, it was found that the TE-like cells and CT-like cells obtained by the method of the present invention had high expression levels of chromosome 19 microRNAs.
次に、ELF5プロモーターのメチル化状態を評価した。結果を図9に示す。trophectoderm-like cells(栄養外胚葉様細胞)、cytotrophoblast-like cells(細胞性栄養膜細胞様細胞)、ナイーブ型ES細胞、プライム型ES細胞およびBMP-treated cells(プライム型ES細胞にBMP4を添加し3日間培養した細胞)のメチル化率はそれぞれ10.0%、0.5%、29.3%、85.2%、22.7%であり、trophectoderm-like cellsおよびcytotrophoblast-like cellsは強い脱メチル化を認めた。このように、本発明の方法で得られたTE様細胞およびCT様細胞は、ELF5プロモーターの脱メチル化率が高いことが分かった。
以上のように、ナイーブ型ES細胞から分化誘導して得られたCT様細胞は、インビボのCTの性質を忠実に再現していることが分かった。
Next, the methylation state of the ELF5 promoter was evaluated. The results are shown in Figure 9. The methylation rates of trophectoderm-like cells, cytotrophoblast-like cells, naive ES cells, primed ES cells, and BMP-treated cells (primed ES cells cultured for 3 days with BMP4 added) were 10.0%, 0.5%, 29.3%, 85.2%, and 22.7%, respectively, and strong demethylation was observed in the trophectoderm-like cells and cytotrophoblast-like cells. Thus, it was found that the TE-like cells and CT-like cells obtained by the method of the present invention had a high demethylation rate of the ELF5 promoter.
As described above, it was demonstrated that CT-like cells obtained by inducing differentiation from naive ES cells faithfully reproduce the properties of in vivo CT.
<TEから細胞性栄養膜(CT)への分化>
ヒト着床前胚single-cell RNAseqでSIGLEC6は全く発現していない。一方、妊娠初期絨毛のRNA sequence dataからCTではTACSTD2, ENPEP, SIGLEC6が発現していることが予想された。そこで妊娠9週、11週の臨床サンプルを用いてFACSで蛋白発現を確認したところ、TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6はいずれも発現していることが確認できた。すなわち、TEではSIGLEC6が発現しないが、CTではSIGLEC6が発現する。この知見に基づき、SIGLEC6の発現の有無に基づき、CTへの分化を調べた。
また、CTではKi67が発現していることが知られている(Chang and Parast, 2017; Muhlhauser et al., 1993)。実際に、妊娠5週のヒト絨毛膜絨毛を用いて免疫染色を行ったところ、図10に示すように、CTはKi67を発現していることが確認できた。一方、妊娠11週の絨毛膜絨毛では、Ki67を発現している細胞が消滅した。これは、Ki67がCTの初期段階に発現するマーカーであることを示している。
<Differentiation of TE into cytotrophoblast (CT)>
Single-cell RNAseq of human preimplantation embryos showed no expression of SIGLEC6. On the other hand, RNA sequence data of early pregnancy chorionic villi predicted that TACSTD2, ENPEP, and SIGLEC6 were expressed in CT. We confirmed protein expression by FACS using clinical samples from 9 and 11 weeks of pregnancy, and found that all of TACSTD2, ENPEP, and SIGLEC6 were expressed. In other words, SIGLEC6 is not expressed in TE, but is expressed in CT. Based on this finding, we investigated differentiation into CT based on the presence or absence of SIGLEC6 expression.
It is also known that Ki67 is expressed in CT (Chang and Parast, 2017; Muhlhauser et al., 1993). In fact, when immunostaining was performed using human chorionic villi from 5 weeks of pregnancy, it was confirmed that CT expressed Ki67, as shown in Figure 10. On the other hand, in chorionic villi from 11 weeks of pregnancy, cells expressing Ki67 disappeared. This indicates that Ki67 is a marker expressed in the early stage of CT.
本発明の方法で得られたTE様細胞をTGFβ阻害剤、上皮成長因子(EGF)およびWntシグナル活性化剤を含む培地で培養して得られた細胞におけるマーカーの発現を調べた結果を図11及び12に示す。その結果、TE様細胞はSIGLEC6陰性であったが、得られた細胞はSIGLEC6の発現が確認できた。さらに、得られた細胞はKi67を発現した。これらのことから、TEからCTへの分化誘導が可能であり、分化誘導されたCTは増殖能が高く、CTの初期段階にあることが分かった。 Figures 11 and 12 show the results of examining the expression of markers in the cells obtained by culturing the TE-like cells obtained by the method of the present invention in a medium containing a TGFβ inhibitor, epidermal growth factor (EGF) and a Wnt signal activator. As a result, the TE-like cells were SIGLEC6 negative, but the expression of SIGLEC6 was confirmed in the obtained cells. Furthermore, the obtained cells expressed Ki67. These results indicate that it is possible to induce differentiation of TE into CT, and that the differentiated CT has high proliferation ability and is in the early stage of CT.
<CTから合胞体栄養膜細胞(ST)への分化>
本発明の方法で得られたCTをForskolin等を含む培地でさらに培養して得られた細胞におけるマーカーの発現を調べた結果を図13に示す。その結果、得られた細胞は細胞が癒合して核が複数見え、かつ、CGAおよびCGBの発現が確認できた。このことから、CTからSTへの分化誘導が可能であることが分かった。
<Differentiation of CT into syncytiotrophoblast cells (ST)>
The CT obtained by the method of the present invention was further cultured in a medium containing Forskolin, etc., and the results of examining the expression of markers in the cells obtained are shown in Figure 13. As a result, the obtained cells were fused and multiple nuclei were visible, and the expression of CGA and CGB was confirmed. This shows that it is possible to induce differentiation from CT to ST.
<CTから絨毛外栄養膜細胞(EVT)への分化>
本発明の方法で得られたCTをTGFβ阻害剤およびNeuregulin1等を含む培地でさらに培養して得られた細胞におけるマーカーの発現を調べた結果を図14に示す。その結果、得られた細胞はHLA-GとLVRN(Laeverin)の発現が確認できた。このことから、CTからEVTへの分化誘導が可能であることが分かった。
<Differentiation of CT into extravillous trophoblast cells (EVT)>
The CT obtained by the method of the present invention was further cultured in a medium containing a TGFβ inhibitor and Neuregulin 1, and the results of examining the expression of markers in the cells obtained are shown in Figure 14. As a result, the expression of HLA-G and LVRN (Laeverin) was confirmed in the obtained cells. This indicates that it is possible to induce differentiation from CT to EVT.
<TE様細胞と細胞性栄養膜(CT)幹細胞におけるマーカー発現>
上記で得られたTE様細胞と細胞性栄養膜(CT)幹細胞におけるマーカー発現を各マーカーの抗体を用いたフローサイトメトリーで調べた結果、図15、16に示すように、TE様細胞では、TACSTD2、ENPEPのほかに、ITGA6(Integrin Subunit Alpha 6)とHAVCR1 (Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1)が陽性であることが分かった。一方、CT幹細胞では、TACSTD2、ENPEP、SIGLEC6のほかに、ITGA2(Integrin Subunit Alpha 2)とITGB4(Integrin Subunit Beta 4)とITGA6(Integrin Subunit Alpha 6)とHAVCR1(Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1)が陽性であることが分かった。
さらに、免疫染色で調べた結果、CT幹細胞では、図17に示すように、PTGESとHSD3Bが発現していることが分かった。
また、HAVCR1、S100P、ITGA6、ITGA2及びSIGLEC6の遺伝子発現を定量RT-PCRによって調べた結果、HAVCR1、S100P、ITGA6はCT及びTEで発現し、ITGA2及びSIGLEC6はCTで発現することが分かった(図18)。
また、妊娠5週のヒト絨毛膜絨毛では、図19に示す免疫染色の結果から、GATA3及びKRT7の他に、HAVCR1、ITGA6、ITGA2、S100P、HSD3B及びPTGESが発現していることが分かった。
以上より、ITGA2、ITGB4、PTGES、HSD3B及びSIGLEC6はCTマーカーと、ITGA6、HAVCR1、及びS100PはCT又はTEマーカーとなり得る。
Marker expression in TE-like cells and cytotrophoblast (CT) stem cells
The marker expression in the TE-like cells and cytotrophoblast (CT) stem cells obtained above was examined by flow cytometry using antibodies against each marker. As shown in Figures 15 and 16, in addition to TACSTD2 and ENPEP, ITGA6 (Integrin Subunit Alpha 6) and HAVCR1 (Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1) were found to be positive in the TE-like cells. On the other hand, in addition to TACSTD2, ENPEP, and SIGLEC6, ITGA2 (Integrin Subunit Alpha 2), ITGB4 (Integrin Subunit Beta 4), ITGA6 (Integrin Subunit Alpha 6), and HAVCR1 (Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1) were found to be positive in the CT stem cells.
Furthermore, immunostaining revealed that PTGES and HSD3B were expressed in CT stem cells, as shown in FIG. 17.
In addition, gene expression of HAVCR1, S100P, ITGA6, ITGA2 and SIGLEC6 was examined by quantitative RT-PCR. As a result, it was found that HAVCR1, S100P, and ITGA6 were expressed in CT and TE, and ITGA2 and SIGLEC6 were expressed in CT (FIG. 18).
Furthermore, in human chorionic villi at 5 weeks of gestation, the results of immunostaining shown in FIG. 19 revealed that in addition to GATA3 and KRT7, HAVCR1, ITGA6, ITGA2, S100P, HSD3B and PTGES were expressed.
From the above, ITGA2, ITGB4, PTGES, HSD3B, and SIGLEC6 can be CT markers, and ITGA6, HAVCR1, and S100P can be CT or TE markers.
<プライム型多能性幹細胞由来の細胞>
プライム型iPSCを用いた、CTへの分化誘導法とされる既知の手法(Proc Natl Acad Sci U S A 110, E1212-1221.2013; Proc Natl Acad Sci U S A 112, E2337-2346. 2015)で作製した細胞を、pBAPとした。pBAPをフローサイトメトリー及び免疫染色で調べたところ、図17及び図20で示すように、ITGA2、ITGB4、SIGLEC6、ITGA6、HAVCR1、PTGES及びHSD3Bといった、CTマーカー及び/又はTEマーカーが発現していないことが分かった。
さらに、本発明の方法で得られたTE及びCTと、pBAPについて、カニクイザル羊膜における発現変動遺伝子の発現量を、RNAシーケンシングの結果から解析し、スキャッタープロットを図21に示す。
その結果、GATA2、GATA3、TFAP2C、TACSTD2、ENPEP、及びDAB2といった、栄養膜細胞で発現する遺伝子は、TE、CT及びpBAPにおいて共通して発現が見られた。一方、pBAPは、200個以上の羊膜に特徴的な遺伝子において、TE及びCTと比較して、有意に高い発現量が見られた。
以上より、pBAPは、CTへの分化誘導法とされる既知の手法で作製されたものの、CTではなく、むしろ羊膜様細胞であることが分かった。
<Cells derived from primed pluripotent stem cells>
The cells were generated by a known method of inducing differentiation into CT using primed iPSCs (Proc Natl Acad Sci USA 110, E1212-1221.2013; Proc Natl Acad Sci USA 112, E2337-2346. 2015), and designated as pBAP. When pBAP was examined by flow cytometry and immunostaining, it was found that CT markers and/or TE markers such as ITGA2, ITGB4, SIGLEC6, ITGA6, HAVCR1, PTGES, and HSD3B were not expressed, as shown in Figures 17 and 20.
Furthermore, the expression levels of differentially expressed genes in cynomolgus monkey amniotic membrane for TE and CT obtained by the method of the present invention, and pBAP, were analyzed from the results of RNA sequencing, and the scatter plots are shown in FIG.
As a result, genes expressed in trophoblast cells, such as GATA2, GATA3, TFAP2C, TACSTD2, ENPEP, and DAB2, were commonly expressed in TE, CT, and pBAP, whereas pBAP showed significantly higher expression levels of over 200 amnion-specific genes compared to TE and CT.
From the above, it was found that pBAP were not CTs but rather amniotic-like cells, although they were generated by a known method that is believed to induce differentiation into CTs.
<羊膜細胞マーカー遺伝子>
さらに、ヒトの羊膜で顕著に発現する遺伝子について、本発明の方法で得られたTE及びCTにおける発現量と、pBAPにおける発現量をヒートマップで比較した結果を、図22に示す。その結果、TE及びCTではほとんど発現せず、pBAPで顕著に発現する遺伝子として、TNC、CDH10、PKDCC、GABRP、IGFBP5、POSTN、VTCN1、VIM及びHEY1が特定された。これらの遺伝子が、pBAPにおいて、TE及びCTよりも強く発現していることは、定量RT-PCRによっても確認できた(図23)。
また、細胞表面抗原であるVTCN1は、フローサイトメトリーで調べたところ、図24に示すように、pBAPで発現が見られる一方で、CTでは発現が見られないことが確認された。以上より、上記9つの遺伝子は、羊膜細胞を選択及び/又は検出するマーカーとなり得る。
<Amniotic cell marker genes>
Furthermore, the expression levels of genes significantly expressed in human amnion in TE and CT obtained by the method of the present invention were compared with those in pBAP using a heat map, as shown in Figure 22. As a result, TNC, CDH10, PKDCC, GABRP, IGFBP5, POSTN, VTCN1, VIM, and HEY1 were identified as genes that were hardly expressed in TE and CT but significantly expressed in pBAP. It was also confirmed by quantitative RT-PCR that these genes were more strongly expressed in pBAP than in TE and CT (Figure 23).
In addition, when the cell surface antigen VTCN1 was examined by flow cytometry, it was confirmed that it was expressed in pBAP but not in CT, as shown in Figure 24. Based on the above, the above nine genes can be used as markers for selecting and/or detecting amniotic cells.
<栄養外胚葉(TE)、細胞性栄養膜(CT)、合胞体栄養膜細胞(ST)、絨毛外栄養膜細胞(EVT)の遺伝子発現パターン>
Xiangらの報告(Nature 577, 537-542.2020)には、ヒト胚における、着床前のTE(PreTE)、着床後のCT(PostCT)、EVT初期段階(EarlyEVT)、EVT、ST初期段階(EarlyST)、またはSTの各ステージに特異的な遺伝子が報告されている。
そこで、本発明の方法で得られたTE、CT、ST及びEVTについて、上記のそれぞれに特異的な遺伝子の発現量を図25に示す。
その結果、本発明の方法で得られたTE、CT、ST、EVTは、それぞれに対応する細胞に特異的な遺伝子の発現量が高い遺伝子発現パターンを示した。
<Gene expression patterns of trophectoderm (TE), cytotrophoblast (CT), syncytiotrophoblast (ST), and extravillous trophoblast (EVT)>
Xiang et al. (Nature 577, 537-542.2020) report genes specific to the preimplantation TE (PreTE), postimplantation CT (PostCT), early EVT (EarlyEVT), EVT, early ST (EarlyST), or ST stages in human embryos.
Therefore, for TE, CT, ST and EVT obtained by the method of the present invention, the expression levels of genes specific to each of the above are shown in FIG.
As a result, the TE, CT, ST, and EVT obtained by the method of the present invention showed gene expression patterns in which the expression levels of genes specific to the corresponding cells were high.
<細胞性栄養膜(CT)の維持>
本発明の方法で得られたCTは、2~3日毎に、TrypLEで剥離し、1/2~1/4の密度で再播種して継代した。CTは、図26に示すように、35回以上の継代及び70日以上の維持培養が可能であった。
さらに、30回以上(90日以上)の継代を経て維持培養したCTを、本発明の方法によりST及びEVTへ分化させたところ、図27に示す定量RT-PCRの結果から、それぞれのマーカーが発現していることが確認できた。すなわち、本発明の方法で得られたCTは、30回以上の継代及び90日以上の維持培養を経ても、ST及びEVTへの分化能を維持していた。
<Maintenance of cytotrophoblast (CT)>
The CT obtained by the method of the present invention was passaged every 2 to 3 days by detaching the cells with TrypLE and reseeding at a density of 1/2 to 1/4. As shown in Figure 26, the CT could be passaged 35 times or more and maintained in culture for 70 days or more.
Furthermore, when CTs that had been passaged 30 times or more (90 days or more) and maintained in culture were differentiated into STs and EVTs by the method of the present invention, the expression of the respective markers was confirmed from the results of quantitative RT-PCR shown in Figure 27. That is, the CTs obtained by the method of the present invention maintained the differentiation ability into STs and EVTs even after passaged 30 times or more and maintained in culture for 90 days or more.
<オルガノイドの形成>
本発明の方法で得られたCTを用いて、Turcoらの手法(Nature 564, 263-267. 2018)に従い、オルガノイドを形成させた。この手法で得られたCT由来のオルガノイドは、図28に示すように、胎盤から得られる栄養膜細胞由来のオルガノイドと非常によく似た形態をしていた。このCT由来のオルガノイドは、10回以上の継代及び2か月以上の維持培養が可能であった。
定量RT-PCRによる解析によって、上記CT由来のオルガノイドは、図29に示すように、CTのマーカーとSTのマーカー双方の発現が見られた。これは、Haiderらの報告(Stem Cell Reports 11, 537-551.2018)およびTurcoら報告(Nature 564, 263-267. 2018)の報告と一致する。
また、上記CT由来のオルガノイドを免疫染色した結果を、図30に示す。その結果、KRT7、GATA3及びTFAP2Aを含む、栄養膜細胞のマーカーを発現していることが分かった。さらに、Haiderらの報告(Stem Cell Reports 11, 537-551.2018)およびTurcoら報告(Nature 564, 263-267. 2018)では、栄養膜細胞オルガノイドの外層がCT様細胞で構成されていると報告されており、上記CT由来のオルガノイドは、図30に示す通り、表層においてCTマーカーであるITGA6を発現していた。
以上より、上記CT由来のオルガノイドは、胎盤から得られる栄養膜細胞由来のオルガノイドに似た、3次元オルガノイドであったと考えられる。そのため、本発明の方法で得られたCTは、3次元オルガノイドを形成可能であった。
<Organoid formation>
Using the CT obtained by the method of the present invention, organoids were formed according to the method of Turco et al. (Nature 564, 263-267. 2018). The CT-derived organoids obtained by this method had a morphology very similar to that of trophoblast-derived organoids obtained from the placenta, as shown in Figure 28. The CT-derived organoids could be passaged more than 10 times and maintained in culture for more than 2 months.
Analysis by quantitative RT-PCR showed that the above CT-derived organoids expressed both CT and ST markers, as shown in Figure 29. This is consistent with the reports by Haider et al. (Stem Cell Reports 11, 537-551.2018) and Turco et al. (Nature 564, 263-267. 2018).
The results of immunostaining the CT-derived organoids are shown in FIG. 30. As a result, it was found that trophoblast cell markers, including KRT7, GATA3, and TFAP2A, were expressed. Furthermore, in the report by Haider et al. (Stem Cell Reports 11, 537-551.2018) and the report by Turco et al. (Nature 564, 263-267. 2018), it was reported that the outer layer of the trophoblast cell organoid was composed of CT-like cells, and the CT-derived organoids expressed ITGA6, a CT marker, in the surface layer, as shown in FIG. 30.
From the above, it is considered that the organoids derived from the CT were three-dimensional organoids similar to organoids derived from trophoblast cells obtained from the placenta. Therefore, the CT obtained by the method of the present invention was capable of forming three-dimensional organoids.
Claims (10)
ナイーブ型多能性幹細胞を、TGFβ阻害剤、MEK阻害剤、BMPおよびJAK阻害剤から選択される3種以上の因子を含む培地で培養して栄養外胚葉細胞へ分化誘導する工程を含む方法。 1. A method for producing trophectoderm cells in vitro, comprising:
A method comprising the step of inducing differentiation of naive pluripotent stem cells into trophectoderm cells by culturing them in a medium containing three or more factors selected from a TGFβ inhibitor, a MEK inhibitor, a BMP and a JAK inhibitor.
、ENPEP(Glutamyl Aminopeptidase)、ITGA6(Integrin Subunit Alpha 6)および/また
はHAVCR1(Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1)の発現を指標として純化する工程を
含む、請求項1または2に記載の栄養外胚葉細胞の製造方法。 Furthermore, trophectoderm cells were transduced with TACSTD2 (Tumor Associated Calcium Signal Transducer 2)
The method for producing trophectoderm cells according to claim 1 or 2 , comprising a purification step using the expression of ENPEP (Glutamyl Aminopeptidase), ITGA6 (Integrin Subunit Alpha 6) and/or HAVCR1 (Hepatitis A Virus Cellular Receptor 1) as an indicator.
含む培地で培養して細胞性栄養膜細胞に分化誘導する工程を含む、細胞性栄養膜細胞の製造方法。 A method for producing cytotrophoblast cells, comprising: a step of producing trophectodermal cells by the method according to any one of claims 1 to 5 ; and a step of inducing differentiation of the obtained trophectodermal cells into cytotrophoblast cells by culturing the cells in a medium containing a TGFβ inhibitor, an epidermal growth factor (EGF) and a Wnt signal activator.
性栄養膜細胞の製造方法。 The method for producing cytotrophoblast cells according to claim 6, further comprising a step of purifying the cytotrophoblast cells using the expression of TACSTD2, ENPEP, SIGLEC6 (Sialic Acid Binding Ig Like Lectin 6), Ki67 (MKI67 (Marker Of Proliferation Ki-67)), ITGA2 (Integrin Subunit Alpha 2), ITGB4 (Integrin Subunit Beta 4), PTGES (Prostaglandin E Synthase), HSD3B (3 beta-hydroxysteroid dehydrogenase), S100P, ITGA6 (Integrin Subunit Alpha 6 ) and/or HAVCR1 as indicators.
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