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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023029376
(43)【公開日】2023-03-03
(54)【発明の名称】カナバン病の治療
(51)【国際特許分類】
   C12N 5/10 20060101AFI20230224BHJP
   A61P 25/00 20060101ALI20230224BHJP
   A61K 35/12 20150101ALI20230224BHJP
   A61L 27/38 20060101ALI20230224BHJP
   A61K 35/33 20150101ALI20230224BHJP
   A61K 35/15 20150101ALI20230224BHJP
   A61K 35/35 20150101ALI20230224BHJP
   A61K 35/36 20150101ALI20230224BHJP
   C12N 5/0797 20100101ALI20230224BHJP
   A61K 35/30 20150101ALN20230224BHJP
   A61K 35/545 20150101ALN20230224BHJP
   C12N 9/80 20060101ALN20230224BHJP
   C12N 15/55 20060101ALN20230224BHJP
   C12N 15/09 20060101ALN20230224BHJP
   C12N 15/63 20060101ALN20230224BHJP
【FI】
C12N5/10 ZNA
A61P25/00
A61K35/12
A61L27/38 300
A61K35/33
A61K35/15
A61K35/35
A61K35/36
C12N5/0797
A61K35/30
A61K35/545
C12N9/80
C12N15/55
C12N15/09 100
C12N15/63
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】OL
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022199966
(22)【出願日】2022-12-15
(62)【分割の表示】P 2018567237の分割
【原出願日】2017-06-22
(31)【優先権主張番号】62/353,515
(32)【優先日】2016-06-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】598004424
【氏名又は名称】シティ・オブ・ホープ
【氏名又は名称原語表記】City of Hope
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100091214
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 進介
(72)【発明者】
【氏名】シ,ヤンホン
(72)【発明者】
【氏名】チャオ,ジャンフェイ
(72)【発明者】
【氏名】リ,ウェンドン
(57)【要約】
【課題】
被験体の脳において外因性の野生型ASPA遺伝子を発現させることにより、被験体のASPA酵素活性を回復させることにより、被験体のカナバン病を治療する方法である。
【解決手段】
外因性の野生型ASPA遺伝子を発現する、NPC、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む、神経前駆細胞を作製する方法、並びに、当該方法によって作製された神経前駆細胞である。
【選択図】 なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アスパルトアシラーゼ(ASPA)神経前駆細胞を製造する方法であって、以下の:
カナバン病に罹患した被験体から分離した体細胞を人工多能性幹細胞(iPSC)にリプログラミング又は変換すること、
前記iPSCに野生型ASPA遺伝子を導入し、野生型ASPAを発現する遺伝的に修正されたiPSCを得ること、
前記遺伝学的に修正されたiPSCを神経前駆細胞に分化させること;及び
CD133の正の選択とSSEA4の負の選択により、前記神経前駆細胞を選別すること、
を含む方法。
【請求項2】
アスパルトアシラーゼ(ASPA)神経前駆細胞を製造する方法であって、以下の:
カナバン病に罹患した被験体から分離した体細胞を人工多能性幹細胞(iPSC)にリプログラミング又は変換すること、
前記iPSCを神経前駆細胞へ分化させること、
前記神経前駆細胞に野生型ASPA遺伝子を導入し、野生型ASPAを発現する遺伝的に修正された神経前駆細胞を得ること;及び
CD133の正の選択及びSSEA4の負の選択により、前記遺伝的に修正された神経前駆細胞を選別すること、
を含む方法。
【請求項3】
リプログラミングは、OCT4、SOX2、KLF4、LIN28及びMYCを含む1つ以上のリプログラミング因子の存在下で行われる、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項4】
リプログラミングは、エピソーマルなリプログラミング又はウイルス導入により行われる、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項5】
リプログラミングされたiPSCのASPA遺伝子は、1つ以上の変異を含む、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項6】
ASPA遺伝子の変異はヘテロ接合性変異である、請求項5記載の方法。
【請求項7】
ASPA遺伝子の変異はホモ接合体変異である、請求項5記載の方法。
【請求項8】
ASPA遺伝子の変異は、527G>A、914C>A、又は854A>Cである、請求項5に記載の方法。
【請求項9】
体細胞は、線維芽細胞、血球、泌尿器細胞(urinary cells)、脂肪細胞、ケラチノサイト、歯髄細胞等の利用できる体細胞である、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項10】
野生型ASPA遺伝子を導入することは、野生型ASPA遺伝子を含むベクターでiPSC又は神経前駆細胞を形質転換するか、又は遺伝子編集技術による、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項11】
ベクターはレンチウイルスである、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
神経前駆細胞は、NPC、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項13】
被験体のカナバン病の治療に用いるための、請求項1~12のいずれか一項により製造された神経前駆細胞であって、前記神経前駆細胞は被験体の脳内に移植され、それにより被験体のASPA酵素活性が回復される、神経前駆細胞。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[優先権の主張]
本出願は、2016年6月22日に出願された発明の名称が「カナバン病の治療」である米国仮特許出願第62/353,515号の優先権を主張し、当該米国仮特許出願は、本明細書において完全に記載されているように、その全体について参照により援用される。
[政府出資の陳述]
本発明は、カリフォルニア再生医療機構(California Institute for RegenerativeMedicine)によって与えられた認可番号TR2-01832及びRB4-06277の下で政府の支援を受けてなされた。
【背景技術】
【0002】
カナバン病(Canavan disease)(CD)は、幼児期に発症して急速に進行する症状を伴う破壊的な神経疾患である。起こり得る症状としては、精神遅滞、獲得された運動能力の喪失、摂食困難、異常な筋緊張、巨頭、麻痺、盲目及び聴力損失があげられる。カナバン病は、脳内のオリゴデンドロサイト(乏突起膠細胞)によって合成される代謝酵素をコードする、アスパルトアシラーゼ(aspartoacylase)(ASPA)遺伝子の遺伝子変異によって発症する(非特許文献15)。ASPAは、脳内に非常に豊富に存在するアミノ酸誘導体である、N-アセチルアスパラギン酸(NAA)を分解する。NAAの産生と分解のサイクルは、ミエリンによって覆われる神経線維からなる脳の白質を維持するために、決定的に重要であると思われる。カナバン病の兆候としては、ASPA活性の欠如、脳内のNAAの蓄積、並びに脳の海綿状変性及び脱髄化があげられる。
【0003】
近年、カナバン病に対する潜在的な治療法の開発に指向したより多くの研究が開始されている。ヒトASPA発現非ウイルスベクター又はAAVベクターを用いたカナバン病に対する遺伝子療法は、カナバン病動物モデル、及びカナバン病患者に対する臨床試験でともに報告されている(非特許文献16~22)。これらの研究は、ASPAベクターが動物とヒトの被験体ともに十分な耐容性を示し、様々な生化学的及び臨床的な改善が観察されていることを実証している(非特許文献16~22)。修飾されたASPAタンパク質は、カナバン病マウスモデルにおいて酵素補充療法としての潜在的な使用について試験されている(非特許文献23)。治療を受けたマウスの脳において、高められたASPA活性及び低下させられたNAAレベルが観察された(非特許文献23)。それが海綿状の変性、脱髄及び運動機能障害を改善することができるかどうかは、なお試験が必要である。リチウムは、カナバン病動物モデル及び患者において評価されており、NAAレベルを低下させ、CD様ラット及びCD患者において正常なミエリン発達に指向する傾向を誘発することが示されている。しかしながら、それではカナバン患者の運動機能は改善されない。食事性のグリセリルトリアセテート及びトリヘプタノインは、カナバン病動物モデルで試験されており、治療されたマウスにおいてミエリン形成及び運動能力の改善が観察されている。しかしながら、NAAレベルの低下は観察されず、病理学的特質の部分的な寛解しか観察されなかった。現在まで、これらの手法のいずれも、疾患表現型の完全な克服を達成していない。この病気に対する治癒法も標準治療もまだない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Takahashi,K.,Tanabe,K.,Ohnuki,M.,Narita,M.,Ichisaka,T.,Tomoda,K.,and Yamanaka,S.Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors.Cell 131,861-872(2007).
【非特許文献2】Yu,J.,Vodyanik,M.A.,Smuga-Otto,K.,Antosiewicz-Bourget,J.,Frane,J.L,Tian,S.,Nie,J.,Jonsdottir,G.A.,Ruotti,V.,Stewart,R.,Slukvin,II,and Thomson,J.A.Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells.Science 318,1917-1920(2007).
【非特許文献3】Lowry,W.E.,Richter,L,Yachechko,R.,Pyle,A.D.,Tchieu,J.,Sridharan,R.,Clark,A.T.,and Plath,K.Generation of human induced pluripotent stem cells from dermal fibroblasts. Proc Natl Acad Sci USA 105,2883-2888(2008).
【非特許文献4】Park,I.H.,Zhao,R.,West,J.A.,Yabuuchi,A.,Huo,H.,Ince,T.A.,Lerou,P.H.,Lensch,M.W.,and Daley,G.Q.Reprogramming of human somatic cells to pluripotency with defined factors.Nature(2008).
【非特許文献5】Raya,A.,Rodriguez-Piza,I.,Guenechea,G.,Vassena,R.,Navarro,S.,Barrero,M.J.,Consiglio,A.,Castella,M.,Rio,P.,Sleep,E.,Gonzalez,F.,Tiscornia,G.,Garreta,E.,Aasen,T.,Veiga,A.,Verma,I.M.,Surralles,J.,Bueren,J.,and Izpisua Belmonte,J.C.Disease-corrected haematopoietic progenitors from Fanconi anaemia induced pluripotent stem cells.Nature 460,53-59(2009).
【非特許文献6】Hacein-Bey-Abina,S.,Garrigue,A.,Wang,G.P.,Soulier,J.,Lim,A.,Morillon,E.,Clappier,E.,Caccavelli,L,Delabesse,E.,Beldjord,K.,Asnafi,V.,Maclntyre,E.,Dal Cortivo,L,Radford,I.,Brousse,N.,Sigaux,F.,Moshous,D.,Hauer,J.,Borkhardt,A.,Belohradsky,B.H.,Wintergerst,U.,Velez,M.C,Leiva,L,Sorensen,R.,Wulffraat,N.,Blanche,S.,Bushman,F.D.,Fischer,A.,and Cavazzana-Calvo,M.Insertional oncogenesis in 4 patients after retrovirus-mediated gene therapy of SCID-X1.J Clin Invest 118,3132-3142(2008).
【非特許文献7】Glaser,T.,Schmandt,T.,and Brustle,O.Generation and potential biomedical applications of embryonic stem cell-derived glial precursors.J Neurol Sci 265,47-58(2008).
【非特許文献8】Brustle,O.,Jones,K.N.,Learish,R.D.,Karram,K.,Choudhary,K.,Wiestler,O.D.,Duncan,I.D.,and McKay,R.D.Embryonic stem cell-derived glial precursors:a source of myelinating transplants. Science285,754-756(1999).
【非特許文献9】Keirstead,H.S.,Nistor,G.,Bernal,G.,Totoiu,M.,Cloutier,F.,Sharp,K.,and Steward,O.Human embryonic stem cell-derived oligodendrocyte progenitor cell transplants remyelinate and restore locomotion after spinal cord injury.J Neurosci 25,4694-4705(2005).
【非特許文献10】Glaser,T.,Perez-Bouza,A.,Klein,K.,and Brustle,O.Generation of purified oligodendrocyte progenitors from embryonic stem cells.Faseb J 19,112-114(2005).
【非特許文献11】Perez-Bouza,A.,Glaser,T.,and Brustle,O.ES cell-derived glial precursors contribute to remyelination in acutely demyelinated spinal cord lesions.Brain Pathol 15,208-216(2005).
【非特許文献12】Wang,S.,Bates,J.,Li,X.,Schanz,S.,Chandler-Militello,D.,Levine,C,Maherali,N.,Studer,L,Hochedlinger, K.,Windrem,M.,and Goldman,S.A.Human iPSC-derived oligodendrocyte progenitor cells can myelinate and rescue a mouse model of congenital hypomyelination.Cell Stem Cell 12,252-264(2013).
【非特許文献13】Piao,J.,Major,T.,Auyeung,G.,Policarpio,E.,Menon,J.,Droms,L,Gutin,P.,Uryu,K.,Tchieu,J.,Soulet,D.,and Tabar,V.Human embryonic stem cell- derived oligodendrocyte progenitors remyelinate the brain and rescue behavioral deficits following radiation Cell Stem Ce//16,198-210(2015).
【非特許文献14】Douvaras,P.,Wang J.,Zimmer,M.,Hanchuk,S.,O’Bara,M.A.,Sadiq,S.,Sim,F.J.,Goldman,J.,and Fossati,V.Efficient generation of myelinating oligodendrocytes from primary progressive multiple sclerosis patients by induced pluripotent stem cells.Stem Cell Reports 3,250-259(2014).
【非特許文献15】Matalon,R.,Michals,K.,Sebesta,D.,Deanching,M.,Gashkoff,P.,and Casanova,J.Aspartoacylase deficiency and N-acetylaspartic aciduria in patients with Canavan disease.Am J Med Genet 29,463-471(1988).
【非特許文献16】Leone,P.,Janson,C.G.,Bilaniuk,L,Wang,Z.,Sorgi,F.,Huang,L,Matalon,R.,Kaul,R.,Zeng,Z.,Freese,A.,McPhee,S.W.,Mee,E.,and During,M.J.Aspartoacylase gene transfer to the mammalian central nervous system with therapeutic implications for Canavan disease.Ann Neurol 48,27-38(2000).
【非特許文献17】Janson,C,McPhee,S.,Bilaniuk,L,Haselgrove,J.,Testaiuti,M.,Freese,A.,Wang,D.J.,Shera,D.,Hurh,P.,Rupin,J.,Saslow,E.,Goldfarb,O.,Goldberg,M.,Larijani,G.,Sharrar,W.,Liouterman,L.,Camp,A.,Kolodny,E.,Samulski,J.,and Leone,P.Clinical protocol.Gene therapy of Canavan disease: AAV-2 vector for neurosurgical delivery of aspartoacylase gene(ASPA) to the human brain.Hum Gene 777er13,1391-1412(2002).
【非特許文献18】Matalon,R.,Surendran,S.,Rady,P.L,Quast,M.J.,Campbell,G.A.,Matalon,K.M.,Tyring,S.K.,Wei,J.,Peden,C.S.,Ezell,E.L,Muzyczka,N.,and Mandel,R.J.Adeno-associated virus-mediated aspartoacylase gene transfer to the brain of knockout mouse for canavan disease.Mol Ther 7,580-587(2003).
【非特許文献19】McPhee,S.W.,Francis,J.,Janson,C.G.,Serikawa,T.,Hyland,K.,Ong,E.O.,Raghavan,S.S.,Freese,A.,and Leone, P. Effects of AAV-2-mediated aspartoacylase gene transfer in the tremor rat model of Canavan disease.Brain Res Mol Brain Res 135,112-121(2005).
【非特許文献20】McPhee,S.W.,Janson,C.G.,Li,C,Samulski,R.J.,Camp,A.S.,Francis,J.,Shera,D.,Lioutermann,L.,Feely,M.,Freese,A.,and Leone,P.Immune responses to AAV in a phase I study for Canavan disease.J Gene Med 8,577-588(2006).
【非特許文献21】Leone,P.,Shera,D.,McPhee,S.W.,Francis,J. S.,Kolodny,E.H.,Bilaniuk,L.T.,Wang,D.J.,Assadi,M.,Goldfarb,O.,Goldman,H.W.,Freese,A.,Young,D.,During,M.J.,Samulski,R.J.,and Janson,C.G.Long-term follow- up after gene therapy for canavan disease. Sci Transl Med 4,165ra163(2012).
【非特許文献22】Ahmed,S.S.,Li,H.,Cao,C,Sikoglu,E.M.,Denninger,A.R.,Su,Q.,Eaton,S.,Liso Navarro,A.A.,Xie,J.,Szucs,S.,Zhang,H.,Moore,C,Kirschner,D.A.,Seyfried,T.N.,Flotte,T.R.,Matalon,R.,and Gao,G.A single intravenous rAAV injection as late as P20 achieves efficacious and sustained CNS Gene therapy in Canavan mice.Mol Tfter 21,2136-2147(2013).
【非特許文献23】Zano,S.,Malik,R.,Szucs,S.,Matalon,R.,and Viola,R.E.Modification of aspartoacylase for potential use in enzyme replacement therapy for the treatment of Canavan disease.Mol Genet Metab 102,176-180(2011).
【非特許文献24】Madhavarao,C.N.,Arun,P.,Anikster,Y.,Mog, S.R.,Staretz-Chacham,O.,Moffett,J.R.,Grunberg,N.E.,Gahl,W.A.,and Namboodiri,A.M.Glyceryl triacetate for Canavan disease: a low-dose trial in infants and evaluation of a higher dose for toxicity in the tremor rat model.J Inherit Metab Dis 32,640-650(2009).
【非特許文献25】Assadi,M.,Janson,C,Wang,D.J.,Goldfarb,O.,Suri,N.,Bilaniuk,L,and Leone,P.Lithium citrate reduces excessive intra-cerebral N-acetyl aspartate in Canavan disease. Eur J Paediatr Neurol 14,354-359(2010).
【非特許文献26】Francis,J.S.,Markov,V.,and Leone,P.Dietary triheptanoin rescues oligodendrocyte loss, dysmyelination and motor function in the nur7 mouse model of Canavan disease.J Inherit Metab Dis 37,369-381(2014).
【非特許文献27】Arun,P.,Madhavarao,C.N.,Moffett,J.R.,Hamilton,K.,Grunberg,N.E.,Ariyannur,P.S.,Gahl,W.A.,Anikster,Y.,Mog,S.,Hallows,W.C,Denu,J.M.,and Namboodiri,A.M.Metabolic acetate therapy improves phenotype in the tremor rat model of Canavan disease.J Inherit Metab Dis 33,195-210(2010).
【非特許文献28】Matalon,R.and Michals-Matalon,K.Recent advances in Canavan disease.Adv Pediatry,493-506(1999).
【非特許文献29】Kaul,R.,Gao,G.P.,Balamurugan,K.,and Matalon,R.Cloning of the human aspartoacylase cDNA and a common missense mutation in Canavan disease.Nat Genet S,118-123(1993).
【非特許文献30】Kaul,R.,Gao,G.P.,Aloya,M.,Balamurugan,K.,Petrosky,A.,Michals,K.,and Matalon,R.Canavan disease:mutations among Jewish and non-Jewish patients.Am J Hum Genet 55,34-41(1994).
【非特許文献31】Okita,K.,Ichisaka,T.,and Yamanaka,S.Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells. Nature 448,313-317(2007).
【非特許文献32】Okita,K.,Matsumura,Y.,Sato,Y.,Okada,A.,Morizane,A.,Okamoto,S.,Hong,H.,Nakagawa,M.,Tanabe,K.,Tezuka,K.,Shibata,T.,Kunisada,T.,Takahashi,M.,Takahashi,J.,Saji,H.,and Yamanaka,S.A more efficient method to generate integration-free human iPS cells.Nat Methods 8,409-412(2011).
【非特許文献33】Liu,G.H.,Qu,J.,Suzuki,K.,Nivet,E.,Li,M.,Montserrat,N.,Yi,F.,Xu,X.,Ruiz,S.,Zhang,W.,Wagner,U.,Kim,A.,Ren,B.,Li,Y.,Goebl,A.,Kim,J.,Soligalla,R.D.,Dubova,I.,Thompson,J.,Yates,J.,3rd,Esteban,C.R.,Sancho-Martinez,I.,and Izpisua Belmonte,J.C.Progressive degeneration of human neural stem cells caused by pathogenic LRRK2.Nature 491,603-607(2012).
【非特許文献34】Traka,M.,Wollmann,R.L,Cerda,S.R.,Dugas,J.,Barres,B.A.,and Popko,B.Nur7 is a nonsense mutation in the mouse aspartoacylase gene that causes spongy degeneration of the CNS.J Neurosci 28,11537-11549(2008).
【非特許文献35】Matalon,R.,Rady,P.L,Piatt,K.A.,Skinner,H.B.,Quast,M.J.,Campbell,G.A.,Matalon,K.,Ceci,J.D.,Tyring,S.K.,Nehls,M.,Surendran,S.,Wei,J.,Ezell,E.L.,and Szucs,S.Knock-out mouse for Canavan disease: a model for gene transfer to the central nervous system.J Gene Med 2,165-175(2000).
【非特許文献36】Mersmann,N.,Tkachev,D.,Jelinek,R.,Roth,P.T.,Mobius,W.,Ruhwedel,T.,Ruhle,S.,Weber-Fahr,W.,Sartorius,A.,and Klugmann,M.Aspartoacylase-lacZ knockin mice:an engineered model of Canavan disease.PLoS One S,e20336(2011).
【非特許文献37】Crawley,J.N.Behavioral phenotyping of transgenic and knockout mice:experimental design and evaluation of general health, sensory functions,motor abilities,and specific behavioral tests.Brain Res 835,18-26(1999).
【非特許文献38】Janson,C.G.,Assadi,M.,Francis,J.,Bilaniuk,L,Shera,D.,and Leone,P.Lithium citrate for Canavan disease.Pediatr Neurol 33,235-243(2005).
【非特許文献39】Baslow,M.H.,Kitada,K.,Suckow,R.F.,Hungund,B.L.,and Serikawa,T.The effects of lithium chloride and other substances on levels of brain N- acetyl-L-aspartic acid in Canavan disease-like rats.Neurochem Res 27,403-406(2002).
【非特許文献40】Solsona,M.D.,Fernandez,L.L.,Boquet,E.M.,and Andres,J.L.Lithium citrate as treatment of Canavan disease.Clin Neuropharmacol 35,150-151(2012).
【非特許文献41】Surendran,S.,Shihabuddin,L.S.,Clarke,J.,Taksir,T.V.,Stewart,G.R.,Parsons,G.,Yang,W.,Tyring,S.K.,Michals-Matalon,K.,and Matalon,R.Mouse neural progenitor cells differentiate into oligodendrocytes in the brain of a knockout mouse model of Canavan disease.Brain Res Dev Brain Res 153,19-27(2004).
【非特許文献42】Uchida,N.,Chen,K.,Dohse,M.,Hansen,K.D.,Dean,J.,Buser,J.R.,Riddle,A.,Beardsley,D.J.,Wan,Y.,Gong,X.,Nguyen,T.,Cummings,B.J.,Anderson,A.J.,Tamaki,S.J.,Tsukamoto,A.,Weissman,I.L.,Matsumoto,S.G.,Sherman,L.S.,Kroenke,C.D.,and Back,S.A.Human neural stem cells induce functional myelination in mice with severe dysmyelination.Sci TransI Med 4,155ra136(2012).
【非特許文献43】Madhavarao,C.N.,Hammer,J.A.,Quarles,R.H.,and Namboodiri,M.A.A radiometric assay for aspartoacylase activity in cultured oligodendrocytes.Anal Biochem 308,314-319(2002).
【非特許文献44】Le Belle,J.E.,Harris,N.G.,Williams,S.R.,and Bhakoo,K.K.A comparison of cell and tissue extraction techniques using high-resolution 1 H-NMR spectroscopy.NMR Βiοηiθa ΛΒ,2>1-AA(2002).
【非特許文献45】West,J.B.,Fu,Z.,Deerinck,T.J.,Mackey,M.R.,Obayashi,J.T.,and Ellisman,M.H.Structure-function studies of blood and air capillaries in chicken lung using 3D electron microscopy. Respir Physiol Neurobiol 170,202-209(2010).
【非特許文献46】Clarner,T.,Wieczorek,N.,Krauspe,B.,Jansen,K.,Beyer,C, and Kipp,M.Astroglial redistribution of aquaporin 4 during spongy degeneration in a Canavan disease mouse model.J Mol Neurosci 53,22-30(2014).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
それゆえに、当業界では、カナバン病に対して効果的な治療法を提供するという課題がある。本明細書で開示される発明は、この課題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一つの態様では、本開示は、被験体のカナバン病を治療する方法に関連する。本方法は、被験体の脳において外因性の野生型ASPA遺伝子を発現させることによって被験体のASPA酵素活性を回復させる。いくつかの実施形態では、ASPA酵素活性は、被験体の脳に、神経前駆細胞(NPCs)、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む、野生型ASPA発現神経前駆細胞を提供することによって回復させる。
【0007】
一つの関連する態様では、本開示は、外因性の野生型ASPA遺伝子を発現する、NPCs、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む、神経前駆細胞であって、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、リプログラム又は転換されたiPSCsに野生型ASPA遺伝子を導入して野生型ASPAを発現する遺伝的に修正されたiPSCsを得る工程、並びに、遺伝的に修正されたiPSCsを、NPCs、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む、神経前駆細胞に分化させる工程、を含むプロセスによって作製された、神経前駆細胞、に関連する。あるいは、外因性の野生型ASPAを発現する、NPCs、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む、神経前駆細胞は、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、リプログラムされたiPSCsを神経前駆細胞に分化させる工程、及び、神経前駆細胞に野生型ASPA遺伝子を導入して野生型ASPAを発現する遺伝的に修正された神経前駆細胞を得る工程、を含むプロセスによって作製される。
【0008】
一つの他の態様では、本開示は、被験体のカナバン病を治療する方法に関連する。
本方法は、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、リプログラム又は転換されたiPSCsに野生型ASPA遺伝子を導入して野生型ASPAを発現する遺伝的に修正されたiPSCsを得る工程、遺伝的に修正されたiPSCsを、NPCs、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む神経前駆細胞に分化させる工程、並びに、神経前駆細胞を被験体の脳に移植する工程(transplanting)、を伴う。あるいは、本方法は、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、iPSCsを、NPCs、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む神経前駆細胞に分化させるステップ、神経前駆細胞に野生型ASPA遺伝子を導入して、野生型ASPAを発現する遺伝的に修正された神経前駆細胞を得る工程、及び、遺伝的に修正された神経前駆細胞を被験体の脳に移植する工程、がある。
【0009】
いくつかの実施形態では、体細胞は、線維芽細胞、血球、泌尿器細胞(urinary cells)、脂肪細胞、角化細胞(keratinocytes)、歯髄細胞(dental pulp cells)、及び他の容易に利用できる体細胞を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞は、OCT4、SOX2、KLF4、LIN28、p53 shRNA、並びに(c‐MYC及びL‐MYC等の)MYCを含む1つ以上のリプログラミング因子の存在下でiPSCsに転換される。いくつかの実施形態では、リプログラムする工程は、エピソーマルなリプログラミング又はウイルス形質導入を介して行われる。
【0010】
他の態様では、本開示は、カナバン病を治療するための、ASPA酵素の供給源、並びに、WT ASPA発現オリゴデンドロサイト前駆細胞(OPCs)及びオリゴデンドロサイトを発生させるための神経前駆体として機能する、野生型ASPA発現神経前駆細胞を作製する方法、に関連する。
本方法は、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、リプログラム又は転換されたiPSCsに野生型ASPA遺伝子を導入して、野生型ASPAを発現する遺伝的に修正されたiPSCsを得る工程、及び、遺伝的に修正されたiPSCsを、NPCs、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む神経前駆細胞に分化させるステップ、を含む。あるいは、本方法は、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、iPSCsを、NPCs、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む神経前駆細胞に分化させる工程、並びに、前駆細胞に野生型ASPA遺伝子を導入して、野生型ASPAを発現する遺伝的に修正された前駆細胞を得る工程、を含む。
【0011】
本出願は、カラーで制作された少なくとも一つの図面を包含する。カラーの(複数の)図面を含む本出願の写しは、請求及び必要な手数料の支払いにより、官庁によって提供されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】WT及びCD患者の線維芽細胞に由来するiPSCsの特徴付けを説明する。CD iPSCsにおけるヒトESCマーカーの発現。三人の患者、CD患者1、CD患者2及びCD患者3に由来するCD iPSCsは、ヒト多能性因子OCT4及びNANOG、並びにヒトESC細胞表面マーカーSSEA4、TRA‐1‐60及びTRA‐1‐81を発現した。IMR90細胞に由来するWT iPSCsは、WT対照として含む。スケールバー:100μm。
【0013】
図2図2A‐2Dは、CD患者iPSCs及びASPA iPSCsがヒトESCマーカーを発現することを説明する。図2Aは、WT、CD及びASPA iPSCsにおける内因性OCT4、SOX2及びNANOG発現のRT‐PCR解析を示す。CD患者線維芽細胞(fib)は、陰性対照として含む。アクチンは、ローディング対照として含む。図2B及び2Cは、WT、CD及びASPA iPSCsにおける外因性リプログラミング因子のRT‐PCR解析を示す。ヒトESCsは陰性対照として含められ、個々の因子を発現するプラスミドDNAsは陽性対照として含む。図2Dは、対照及びCD iPSCの核型を示す。
【0014】
図3図3A‐3Fは、CD iPSCsにおける変異の特徴付け及びiPSCsの多能性の検証を説明する。図3Aは、CD iPSCsが患者特異的なASPA変異を包含していたことを示す。図3Bは、生体外でのiPSC多能性の検証を示す。CD1、CD2及びCD3 iPSCsは、EB形成アッセイにおいて、3つの胚葉全て、SOX17陽性内胚葉、SMA陽性中胚葉及びTUJ1陽性外胚葉に分化することができた。IMR90細胞に由来するWT iPS細胞は、対照として含む。図3C及び図3Dは、生体内でのiPSC多能性の検証を示す。免疫不全NSGマウスへの注射の後に、CD1 iPSCs(3C)、並びにCD2 iPSCs及びCD3 iPSCs(3D)は、3つの胚葉の各々に特徴的な組織を包含する奇形腫を形成しえた。スケールバー:図3B‐3Dについては100μm。図3E及び3Fは、親のCD1線維芽細胞(fib)及びCD1 iPSCsにおけるOCT4及びNANOGプロモーター領域のバイサルファイト配列解析を示す。白丸及び黒丸は、それぞれ、非メチル化及びメチル化CpGsを示す。
【0015】
図4図4A‐4Mは、ASPA iPSCsがWT ASPA遺伝子を包含し、多能性因子を発現することを説明する。図4A、4D及び4Gは、ゲノムDNA配列決定が、ASPA1、ASPA2及びASPA3 iPSCsにおけるWT ASPA配列の存在を確認することを示す。図4B、4E及び4Hは、ASPA1、ASPA2及びASPA3 iPSCsにおけるヒト多能性因子OCT4及びNANOGの発現を示す。核Dapi染色を青色で示す。スケールバー:100μm。図4C、4F及び4Iは、ASPA iPSCsにおけるヒトESC細胞表面マーカーSSEA4、TRA‐1‐60及びTRA‐1‐8の発現を示す。核Dapi染色を青色で示す。図4Jは、ゲノムDNA配列決定が、ASPA1、ASPA2 iPSCsにおけるWT ASPA配列の存在を確認することを示す。図4K及び4Lは、RT‐PCR(4K)及びウエスタンブロット解析(4L)によって明らかにされた、ASPA1 iPSCsにおける形質導入されたASPAの発現を示す。GAPDH及びチューブリンは、ローディング対照として含んだ。図4Mは、生体内でのASPA1 iPSCs、ASPA2 iPSCs及びASPA3 iPSCsの発達的潜在能力の検証を示す。免疫不全NSGマウスへの注射の後に、ASPA1 iPSCs、ASPA2 iPSCs及びASPA3iPSCsは、3つの胚葉の各々に特徴的な組織を包含する奇形腫を形成しえた。スケールバー:100μm。
【0016】
図5図5A‐5Gは、ASPA1 NPCsの特徴付けを説明する。図5Aは、WT、CD1及びASPA1 iPSCsに由来するNPCにおける、NPCマーカーPAX6、SOX2、NCAD、SOX1及びNESTINについての免疫染色を示す。核Dapi染色を青色で示す。スケールバー:50μm。図5Bは、RT‐PCRによって明らかにされた、ASPA1 NPCにおけるASPA及びNPCマーカーの発現を示す。WT及びCD1 NPCsは、対照として含んだ。GAPDHは、ローディング対照として含んだ。図5Cは、RT‐PCRによって明らかにされた、WT、CD1及びASPA1 NPCsにおける多能性因子の発現の欠如を示す。WT iPSCs及びCD1線維芽細胞は、それぞれ陽性対照及び陰性対照として含んだ。図5Dは、ASPA NPCsが、CD1 NPCsに比べて、強力なASPA酵素活性を発揮したことを示す。エラーバーは、平均値の標準偏差(s.d.)(n=5反復)である。*p<0.05、スチューデントのt検定による。図5E及び5Fは、OLIG2及びNKX2.2を用いた、CD1 NPCs若しくはASPA1 NPCsに由来するpre‐OPCsの免疫染色(5E)、又は、O4を用いた、CD1 NPCs若しくはASPA1 NPCsに由来するOPCsの生体染色(live staining)(5F)を示す。スケールバー:5Eについては100μm、5Fについては50μm。図5Gは、CD1 NPCs及びASPA1 NPCsのFACS解析を示す。
【0017】
図6図6A及び6Bは、移植されたCDマウス脳においてASPA1 NPCsが生存し、OLIG2を発現したことを説明する。図6Aは、ASPA1 NPCsが新生仔CDマウスに移植されたことを示す。移植の1ヶ月後にマウスの脳を採取し、ヒト核抗原及びOLIG2に対する抗体を用いて免疫染色した。スケールバー:100μm。図6Bは、移植の1ヶ月後のロータロッド試験において明らかになった、ASPA‐CD1 NPCsの移植がCDマウスの運動機能障害を克服したことを示す。エラーバーは、平均値の標準誤差(s.e.)である(n=6マウス)。***p<0.001、スチューデントのt検定による。
【0018】
図7図7A‐7Cは、移植されたCDマウス脳においてASPA1 NPCsがOLIG2+細胞を生じさせたことを説明する。図7Aは、ASPA1 NPCsが新生仔CDマウスに移植されたことを示す。移植の3ヶ月後にマウスの脳を採取し、ヒト核抗原(緑色)及びOLIG2(赤色)に対する抗体を用いて免疫染色した。図7Bは、移植の3ヶ月後にマウスの脳を採取し、ヒト核抗原(緑色)及びMBP(赤色)に対する抗体を用いて免疫染色したことを示す。矢印で示したヒト核抗原(緑色)及びMBP(赤色)‐二重陽性細胞の拡大画像を下方のパネルに示した。図7Cは、生着ヒト細胞が、GFAP+(赤)グリア細胞に分化したことを示す。スケールバー:パネルAは100μm、パネルBの上方は63μm、下方のパネルは10μm、パネルCは63μm。
【0019】
図8図8A‐8Eは、CDマウスにおいてASPA1 NPCsがNAAレベル及び空胞化(vacuolation)が低下したことを説明する。図8Aは、ASPA1 NPC移植の3ヶ月後のCDマウスにおける高められたASPA酵素活性を示す。エラーバーは、平均値の標準偏差(n=5マウス)である。図8B及び8Cは、NMRを用いて測定された、ASPA1 NPCを移植したCDマウス脳で低下したNAAレベルを示す。エラーバーは、平均値の標準誤差である(n=5マウス)。図8D及び8Eは、ASPA1 NPCを移植したCDマウス脳における、低下した空胞化を示す。対照CDマウス及びASPA1 NPCを移植したCDマウスにおける視床、小脳及び脳幹のヘマトキシリン・エオシン(H&E)染色をパネル8Dに示し、百分率空胞化の定量化をパネル8Eに示す。スケールバー:100μm。エラーバーは、平均値の標準誤差(s.e.)である(n=6マウス)。**p<0.01、***p<0.001、全ての定量化についてスチューデントのt検定による。
【0020】
図9図9A‐9Eは、CDマウスにおいてASPA1 NPCsがミエリン形成及び運動機能を改善したことを示す。図9A及び9Bは、ASPA1 NPCを移植したCDマウスの回復したミエリン形成を示す。3月齢の野生型(WT)マウスの脳において無傷で厚いミエリンが検出されたことに対し、同腹仔のCDマウスの脳においては分裂した、より薄いミエリンが見られた。3ヶ月間にわたってASPA1 NPCsを移植したCDマウスにおけるミエリンは、より無傷でより厚いようだった。脳幹領域の画像が示されている。スケールバー:1μm。矢印はミエリンを示す。図9Cは、ASPA1 NPCsの移植がCDマウスにおける体重減少を克服したことを示す。図9D及び9Eは、ロータロッド(9D)又はワイヤ懸垂(9E)試験において明らかにされた、ASPA1 NPCsの移植がCDマウスの運動機能障害を克服したことを示す。エラーバーは、平均値の標準誤差(s.e.)である(n=6マウス)。*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001、図9B‐9Eについてスチューデントのt検定による。
【0021】
図10図10A‐10Dは、ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsが生体外で強力なASPA酵素活性を呈したことを説明する。図10Aは、免疫染色で、ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsにおけるNPCマーカーNESTIN及びSOX1の発現を示す。合成画像で、核Dapi染色を青色で示す。スケールバー:100μm。図10Bは、RT‐PCRで明らかにされた、ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsにおける多能性因子OCT4及びNANOGの発現の欠如を示す。ESCs及びCD2、CD3線維芽細胞(Fib)は各々陽性対照及び陰性対照として含んだ。図10Cは、ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsのFACS解析を示す。図10Dは、ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsが、CD2 NPCs及びCD3 NPCsに比べて、有意に上昇したASPA酵素活性を発揮したことを示す。エラーバーは、平均値の標準誤差(s.e.)である(n=6反復)。***p<0.001、スチューデントのt検定による。
【0022】
図11図11A‐11Cは、Aspanur7/nur7/Rag2-/-(Aspanur7/Rag2-/-)マウスが、親のAspanur7/nur7(Aspanur7)マウスと同様の病理学的特質を呈したことを実証する。図11Aは、Aspanur7/Rag2-/-マウス及び親のAspanur7マウスの脳における同様のASPA酵素活性を示す。エラーバーは、平均値の標準偏差(n=5マウス)である。***p<0.001、スチューデントのt検定による。図11B及び11Cは、Aspanur7/Rag2-/-マウス及び親のAspanur7マウスの脳における同様の空胞化を示す。対照CDマウス及びASPA‐CD1 NPCが移植されたCDマウスにおける視床、小脳及び脳幹のヘマトキシリン・エオシン染色は11Bに示し、定量化は11Cに示す。スケールバー:100μm。エラーバーは、平均値の標準誤差である(n=6マウス)。
【0023】
図12図12A‐12Bは、CDマウス脳においてASPA1 NPCsがOLIG2+オリゴデンドログリア系統細胞(oligodendroglial lineage cells)及びMBP+オリゴデンドロサイトを発生したことを実証する。図12Aは、生着の3ヶ月後の、ASPA1 NPCを移植したCD脳における全ての生着ヒト細胞からのヒト核抗原(hNu)+及びOLIG2+細胞の百分率の定量化を示す。ASPA1 NPCsを、新生仔CDマウスに移植した。移植3ヶ月後にマウスの脳を採取し、ヒト核抗原(緑色)及びMBP(赤色)に対する抗体を用いて免疫染色した。全てのhNu+細胞のうちのhNu+及びOLIG2+細胞を百分率で示した。エラーバーは、平均値の標準誤差である(n=6マウス)。図12Bは、ASPA1 NPCを移植したCDマウス脳におけるヒト核抗原及びMBPに対する共染色を示す、直交図である。スケールバー:10μm。
【0024】
図13図13は、移植されたCDマウス脳においてASPA1 NPCsがGFAP+細胞に分化し得ることを示す。ASPA1 NPCsを、新生仔CDマウスに移植した。移植の3ヶ月後にマウスの脳を採取し、ヒト核抗原(緑色)及びGFAP(赤色)に対する抗体を用いて免疫染色した。スケールバー:63μm。
【0025】
図14図14A及び14Bは、移植されたCDマウス脳においてASPA2及びASPA3 NPCsが生存し、OLIG2及びGFAPを発現したことを示す。 ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsを新生仔CDマウスに移植した。図14Aは、移植の3ヶ月後にマウスの脳を採取し、ヒト核抗原(緑色)及びOLIG2(赤色)に対する抗体を用いて免疫染色したことを示す。スケールバー:25μm。図14Bは、移植の3ヶ月後にマウスの脳を採取し、ヒト核抗原(緑色)及びGFAP(赤色)に対する抗体を用いて免疫染色したことを示す。スケールバー:50μm。
【0026】
図15図15A‐15Gは、CDマウスにおいてASPA2及びASPA3 NPCsにより空胞化が低下し、運動機能が改善されたことを示す。図15Aは、ASPA2 NPCs又はASPA3 NPCsを移植したCDマウスを、ヒト核抗原(緑色)及びMBP(赤色)について免疫染色したことを示す。矢印で示されたヒト核抗原(緑色)及びMBP(赤色)‐二重陽性細胞の拡大画像を下方のパネルに示した。スケールバー:上方は50μm、下方のパネルは10μm。図15Bは、ASPA2 NPC又はASPA3 NPCを移植したCDマウス脳におけるヒト核抗原及びMBPに対する共染色を示す、直交図である。スケールバー:10μm。図15Cは、ASPA2 NPCs又はASPA3NPCsを用いた移植の3ヶ月後のCDマウスの視床、小脳及び脳幹における亢進したASPA活性を実証する。エラーバーは、平均値の標準誤差である(n=6マウス)。*p<0.05、スチューデントのt検定による。図15D及び15Eは、ASPA2 NPCs又はASPA3 NPCを移植したCDマウス脳における空胞化の低下を示す。空胞化比率の定量化を15Dに示す。エラーバーは、平均値の標準誤差である(n=6マウス)。**p<0.01、***p<0.001、スチューデントのt検定による。対照CDマウス又はASPA2 NPCs若しくはASPA3 NPCsを移植したCDマウスにおける視床、小脳及び脳幹のヘマトキシリン・エオシン染色を15Eに示す。スケールバー:100μm。図15F及び15Gは、ロータロッド(15F)又はワイヤ懸垂(15G)試験において、ASPA2 NPCs又はASPA3 NPCsを移植したCDマウスの運動機能障害が克服されたことを示す。エラーバーは、平均値の標準誤差(s.e.)である(n=6マウス)。**p<0.01、***p<0.001、スチューデントのt検定による。
【0027】
図16図16A図16Bは、ASPA1 NPCを移植したCDマウスの脳内に腫瘍形成がないことを実証する。腫瘍は、ASPA1 NPCsを用いた移植の10ヶ月後に、ヘマトキシリン・エオシン染色を通じて解析された。ASPA1 NPCを移植したCDマウス脳内に、典型的な腫瘍組織は発見されなかった。スケールバー:100μm。
【0028】
図17図17A‐17Bは、移植の3ヶ月後での、ヒト生着細胞のKi67指数が低いことを示す。図17Aは、ASPA‐CD1 NPCsをCDマウス脳に移植したことを示す。移植の3ヶ月後に生着された脳を、ヒト核抗原(緑色)及びKi67(赤色)で免疫染色した。スケールバー:50μm。図17Bは、ASPA1 NPCを移植したCDマウス脳における、全てのhNu+細胞のうちのヒト核抗原(hNu)+及びKi67+細胞の%定量化を示す。エラーバーは、平均値の標準誤差である(n=6マウス)。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下の本発明の記載は、本発明の様々な実施形態を例示するように意図するにすぎない。そのため、論じられる具体的な改変は、本発明の範囲に対する限定として解釈されるべきではない。本発明の範囲から逸脱することなく様々な均等物、変更及び改変がなされ得ることが、当業者にとって明らかであろう。また、そのような均等な実施形態が本明細書に含まれることが理解される。
【0030】
幹細胞技術は、神経障害の治療のために大いに有望である。しかしながら、幹細胞の増殖可能な供給源の利用可能性は、幹細胞技術を臨床に移行させる上で決定的に重要な問題である。成人のヒト線維芽細胞をリプログラミングすることによって誘発されたヒトiPSCsは、個々の患者からの特定の体細胞型及び組織の生成のための、継続的かつ自己由来のドナー供給源を提供し得る(非特許文献1~14)。iPSCsは、患者特異的でなければしえないでないであろう、疾患細胞型の無限の貯蔵庫を提供することができる。さらに、患者特異的なiPSCsは特定の個人に適合されているため、免疫拒絶反応の可能性が低い。そのうえ、最近の研究は、野生型(WT)遺伝子のウイルス形質導入又は部位特異的な遺伝子編集によって、マウス及びヒトで遺伝的に修正されたiPSCsが作製されうることが実証されている。これらのiPSCsは、細胞療法のため及び疾患メカニズムを研究するために、有望な展望をもたらしうる。
【0031】
遺伝子療法と細胞療法の併用は、様々な遺伝性障害に対して極めて有望である。患者特異的なiPSCsの遺伝子療法との治療的併用により、生体外で遺伝子欠損が修正される機会をもたらし、次いでこれらの遺伝的に修復されたiPSCsは、遺伝子修正が正確であることを確実にするように適当な特徴付けがされてよく、それにより、無作為の遺伝子挿入等の、直接的な遺伝子療法と関連する安全性に関する懸念が低減する(非特許文献5及び6)。
【0032】
iPSC技術の画期的な開発以来、神経変性疾患の患者からiPSCsを発生させることにかなりの関心が喚起されている。これらの患者特異的なiPSCsは、疾患モデリング、創薬及び細胞置換(補充)療法のために多くの機会を提供する。その一方で、多能性幹細胞を異なる複数の神経系統に分化させる方法を開発及び最適化するために、広範囲にわたる努力がなされてきた。これらの方法により、細胞置換療法のために遺伝的に修正されたiPSCsからの神経細胞型が生成される。
【0033】
脱髄疾患は、ミエリン再生(再ミエリン化)が単一細胞型を用いて達成されることができ、移植されたミエリン形成性細胞は複雑な神経回路網に統合する必要がないため、中枢神経系障害の細胞系治療とって特に極めて有望な標的である(非特許文献7)。実際、げっ歯類及びヒトの多能性幹細胞派生株のミエリン形成能は、様々な動物モデルで詳細に記録されている(非特許文献8~14)。動物モデルにおいて観察され得る広範なミエリン形成は、細胞治療がミエリン形成不全及び脱髄の疾患における潜在的な治療的手法を提供するという考えを支持する。
【0034】
本明細書では、野生型ASPA遺伝子を発現する、遺伝的に修正された患者iPSCs(ASPA iPSCs)を生成させるために、遺伝子療法手法と併用されるiPSC系細胞療法手法が開示される。その後、ASPA iPSCsは、NPCs、グリア前駆細胞、オリゴデンドログリア前駆細胞を含む、神経前駆細胞に分化し、それらの治療的な潜在能力は免疫不全カナバン病マウスモデルにおいて評価される。
【0035】
したがって、本明細書では、被験体のカナバン病を治療する方法が開示される。本方法は、WT ASPA遺伝子を発現する遺伝的に修正された患者iPSCsを開発するために、患者特異的なiPSCsを遺伝子療法と併用する。ASPA iPSCsは、NPCsに分化した。あるいは、遺伝子修正は、神経前駆細胞レベルで生じてよく、すなわち、遺伝的に修正された神経前駆細胞を生成するために、患者に由来するリプログラムされたiPSCsが神経前駆細胞に分化した後、野生型ASPA遺伝子が神経前駆細胞に導入される。CD疾患表現型を緩和するこれらの神経前駆体の機能は、実施例で実証されるように、CDマウスモデルで試験した。また、CDに対する治療候補として機能する、遺伝的に修正された患者iPSCsに由来する神経前駆細胞についての前臨床の効能は、実施例で実証された。
【0036】
CDはASPA遺伝子の遺伝子変異によって生じるため、CD患者のiPSCs又は神経前駆細胞は、レンチウイルス形質導入を通じてWT ASPA遺伝子を導入することで遺伝的に修正される。結果として生じるASPA iPSCsは、神経前駆細胞に分化する。検出可能なASPA活性をほとんど呈しないCD iPSC由来のCD NPCsとは対照的に、ASPA神経前駆細胞は強力なASPA活性を呈する。
ASPA神経前駆細胞は、ASPA活性の喪失、NAAレベルの亢進及び様々な脳領域における広範囲にわたる海綿変性を含むCDの主要な病理学的表現型を呈する、CDマウスモデルに移植される。移植されたASPA神経前駆細胞は、移植後に生存し、オリゴデンドログリア系統細胞に分化することができる。さらに、移植された細胞は、強力なASPA酵素活性を呈し、移植されたCDマウスの脳内のNAAレベル及び海綿変性を低下させることができる。ASPA‐CD神経前駆細胞の移植はまた、CDマウスの体重減少及び行動障害を克服することができる。重要なことに、移植されたマウスにおいて腫瘍発生又は他の有害作用は観察されない。これらの結果は、ASPA‐CD神経前駆細胞がCDに対する潜在的な細胞置換治療上の候補として機能することができることを示す。
【0037】
CDに対する治癒法は存在せず、対症療法のみである。細胞療法を適用すると広い治療的影響を及ぼしうるので、大きな勢いを得ている。生着細胞は、欠損した酵素の持続的な供給源として機能するだけでなく、宿主で欠失した細胞を置換することができる。本明細書で開示される、神経前駆細胞は、CDで欠失したオリゴデンドログリア系統細胞にへの分化能があるため、iPSC由来の神経前駆細胞はCDに対する細胞療法候補となり得る。具体的には、遺伝的に修正された、WT ASPA発現CD iPSCsに由来する神経前駆細胞が用いられてよい。なぜなら、ASPA‐CD神経前駆細胞は欠失したオリゴデンドログリア系統細胞に置換するだけでなく、欠失したASPA酵素を再構成することができるからである。細胞療法をヒトに移行させるための主な障害は、患者への移植のために十分な細胞を入手することである。iPSCsは、それらの容易なアクセス可能性及び広範囲にわたる増殖可能性
のために、それがなければ細胞置換療法ができない、細胞の無限の供給源を提供し得る。そのうえ、患者特異的なiPSCは、同種異系の細胞移植と関連する免疫原性を回避し得る、自己由来の細胞の供給源を提供することができ、従って、細胞置換療法を用いるヒト疾患の治療のための選択肢を提供する。
【0038】
iPSCsが分化した産物は、奇形腫を形成することが示されない。潜在的な奇形腫の発達と関連する安全性への懸念に対処するために、最終的なiPSC由来の製品に未分化細胞が確実に含まれないことが重要である。本明細書で開示される方法は、非常に高い効率でヒトiPSCsを神経前駆細胞に分化させる。実施例で実証されるように、ASPA1 NPCsのFACS解析は、98%を超える細胞が、ヒトNPCsの細胞表面マーカーであるCD133に対して陽性であることを示した。対照的に、0.054%の細胞のみが、ヒトESC表面マーカーであるSSEA4に対して陽性である。ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsについては、高率のCD133陽性細胞も検出された。そのうえ、多能性幹細胞の混入がないことを確実にすべく、ASPA2及びASPA3 NPC移植のために、CD133についての正の選択及びSSEA4についての負の選択を通じて選別された細胞を用いた。
【0039】
遺伝子療法は、CDに対する有望な臨床的な選択肢である。前臨床及び臨床の遺伝子療法研究で、野生型ヒトASPA遺伝子をCD動物モデル又はCD患者に送達することによって行われ、進歩が促進されてきた(非特許文献16~22)。しかしながら、おそらく瀕死のオリゴデンドロサイトは遺伝子療法によって置換されないため、病理学的特質の部分的な寛解しか達成されていない。オリゴデンドロサイトの前駆体へのWT ASPAの標的化送達は、おそらくWT ASPAがオリゴデンドログリア系統細胞において再構成されたため、その成果が改善され、CDに対する治療設計においてオリゴデンドロサイトを標的とすることの重要性が支持される。それにもかかわらず、遺伝子療法だけでは、欠失した宿主細胞の置換能はなく、疾患の進行を妨げ、快復を促進することを助長しうる潜在的な栄養的支持は提供されえない。遺伝子療法の他に、最近の研究は、NAAシンターゼNat8L(N‐アセチルトランスフェラーゼ‐8様)遺伝子をノックアウトして、それらのNAAの生成能を消失させることによって、ASPAnur7/nur7マウスがCDのある一定の病理学的態様の進行が阻害させることを実証した。
【0040】
CDは脳のASPA酵素及びオリゴデンドロサイトが欠乏するため、CDの治療のための理想的な戦略は、細胞療法及び遺伝子治療を併用して、脳のASPA活性を回復させ、瀕死のオリゴデンドロサイトを置換することであろう。回復したASPA活性により、NAAレベルが低下しうる。WTヒトASPA遺伝子を発現し、OPCs及びオリゴデンドロサイトへの分化能があるNPCsの移植は、欠失したASPA酵素及び欠失したオリゴデンドログリア系統細胞を再構成することで、CDに対する魅力的な治療的手法を提供する。実際に、WT ASPA遺伝子を用いて形質導入されたマウス神経前駆細胞は生存し、オリゴデンドロサイトに分化することができ、CDマウスの脳の中への移植の後に、検出可能なASPA活性を呈した(非特許文献41)。このことは、神経前駆細胞がCDに対する細胞療法の潜在的な供給源として用いられうることを示唆する。しかしながら、この以前の研究はマウス細胞を用いており、これは臨床的に適用できない(非特許文献41)。そのうえ、おそらくレトロウイルスベクターからの短期間の生体内の遺伝子発現のために、上昇したASPA酵素活性は移植後3週間で検出されたのみであり、ASPA活性は移植後5週間で検出不能になった(非特許文献41)。さらに、CDの病理学的表現型に対する移植されたマウスNPCsの効果は、以前の研究では研究されていない(非特許文献41)。実施形態では詳述されるように、CD患者iPSCsは、WT ASPA遺伝子を発現するレンチウイルスを用いてCD iPSCsに形質導入することによって、遺伝的に修正されたヒトASPA iPSCsを生成させるために、遺伝子療法手法と併用される。これらのiPSCsは、続いてASPA神経前駆細胞に分化される。あるいは、CD患者iPSCsが神経前駆細胞に分化した後、WT ASPA遺伝子が神経前駆細胞に導入される。結果として生じるASPA神経前駆細胞は、ASPA酵素の供給源として、そしてWT ASPA発現オリゴデンドロサイト前駆細胞(OPCs)及びオリゴデンドロサイトを生成させるための神経前駆細胞として機能した。移植の3ヶ月後でさえ、移植されたCDマウス脳における強健な(robust)ASPA酵素活性が検出された。より重要なことには、実質的なASPA活性の亢進、NAAレベル及び空胞形成の低下、ミエリン形成の亢進、体重の増加並びに運動機能の改善を含む、CDマウスにおける主な病理学的表現型及び行動障害の実質的な克服がみられた。したがって、これらの患者特異的なかつ遺伝的に修正されたASPA神経前駆細胞は、CD患者にとって一つの理想的な細胞置換療法として機能する。
【0041】
カナバン病に対する既存の治療法は、ある程度まで機能回復の改善をもたらした;しかしながら、本疾患と関連する病理学的特質の完全な修正を結果としてもたらしたものはない。本明細書で開示される方法は、細胞療法を遺伝子療法と併用して酵素補充及び細胞置換を提供することによって、はるかに改善された臨床的な成果を呈する、カナバン病に対する新規療法を提供する。
【0042】
本明細書に開示されるCDの免疫学的に欠陥のあるマウスのモデルを用いることにより、免疫拒絶反応がなくヒト神経前駆細胞が移植できた。WTとASPAのCD変異体との間には、最小限のアミノ酸の相違があるのみである。WT ASPA遺伝子を発現するアデノ随伴ウイルスベクターを用いたCDに対する遺伝子療法の臨床試験では、CD患者に長期の有害事象は観察されなかった。したがって、さらなる利点は、ASPA‐CD神経前駆細胞におけるWT ASPA遺伝子の発現から免疫拒絶反応が結果としてもたらされないことである。
【0043】
一つの態様では、本開示は、被験体のカナバン病を治療する方法に関連する。本方法は、被験体の脳において外因性の野生型ASPA遺伝子を発現させることによって被験体のASPA酵素活性を回復させる。いくつかの実施形態では、ASPA酵素活性は、被験体の脳にASPA神経前駆細胞を移植することによって回復する。これらのASPA神経前駆細胞は、ASPA酵素の供給源として、並びにWT ASPA発現オリゴデンドロサイト前駆細胞(OPCs)及びオリゴデンドロサイトを生成させるための神経前駆細胞として機能する。本開示において詳述されるように、ASPA神経前駆細胞は、患者特異的なiPSCsに由来してもよい。例えば、本方法は、さらに、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、リプログラム又は転換されたiPSCsに野生型ASPA遺伝子を導入して野生型ASPAを発現する遺伝的に修正されたiPSCsを得る工程、及び、遺伝的に修正されたiPSCsを、NPCs、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む、神経前駆細胞に分化させる工程、を含む。あるいは、本方法は、さらに、カナバン病に罹患した被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、iPSCsを、NPCs、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む、神経前駆細胞に分化させる工程、並びに、神経前駆細胞に野生型ASPA遺伝子を導入して、野生型ASPAを発現する遺伝的に修正された神経前駆細胞を得る工程、を含む。
【0044】
いくつかの実施形態では、体細胞は、線維芽細胞、血球、泌尿器細胞、脂肪細胞、角化細胞、歯髄細胞、及び他の容易にアクセス可能な体細胞を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞は、OCT4、SOX2、KLF4、LIN28、p53 shRNA、並びに(c‐MYC及びL‐MYCのような)MYCを含む1つ以上のリプログラミング因子の存在下でiPSCsに転換される。いくつかの実施形態では、リプログラムするステップは、エピソーマルなリプログラミング又はウイルス形質導入を介して行われる。
患者の体細胞をiPSCsに転換するためのリプログラミング技術を選択することは、当業者の知識の範囲内である。いくつかの実施形態では、野生型ASPA遺伝子は、外因性の野生型ASPA遺伝子を含むベクターを用いてリプログラムされたiPSCsに形質導入することによって、リプログラムされたiPSCsに導入される。形質導入後に野生型ASPA遺伝子を発現させるための適当なベクター及びプロモーターを選択することは、当業者の知識の範囲内である。いくつかの実施形態では、野生型ASPA遺伝子は、(CRISPR/Cas9技術のような)遺伝子編集技術によって、導入される。
【0045】
一つの他の態様では、本開示は、被験体のカナバン病を治療する方法に関連する。本方法は、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、リプログラム又は転換されたiPSCsに野生型ASPA遺伝子を導入して野生型ASPAを発現する遺伝的に修正されたiPSCsを得る工程、遺伝的に修正されたiPSCsを神経前駆細胞に分化させる工程、及び、神経前駆細胞を被験体の脳に移植する工程、がある。いくつかの実施形態では、本方法は、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、iPSCsを神経前駆細胞に分化させる工程、神経前駆細胞に野生型ASPA遺伝子を導入して野生型ASPAを発現する遺伝的に修正された神経前駆細胞を得る工程、及び、遺伝的に修正された神経前駆細胞を被験体の脳に移植する工程、がある。
【0046】
いくつかの実施形態では、体細胞は、線維芽細胞、血球、泌尿器細胞、脂肪細胞、角化細胞、歯髄細胞、及び他の容易に利用できる体細胞を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞は、OCT4、SOX2、KLF4、LIN28、p53 shRNA、並びに(c‐MYC及びL‐MYCのような)MYCを含む1つ以上のリプログラミング因子の存在下でiPSCsに転換される。
【0047】
いくつかの実施形態では、リプログラムする工程は、エピソーマルなリプログラミング又はウイルス形質導入を介して行われる。患者の体細胞をiPSCsに転換するためのリプログラミング技術を選択することは、当業者の知識の範囲内である。患者の体細胞から転換されたiPSCsは、ASPAタンパク質に1つ以上の変異を包含する。例えば、カナバン病を患っている一部の患者は、それぞれ第914番目のコドンCがAに変異していることを示す914C>A、又は第854番目のコドンAがCに変異していることを示す854A>C及び第527番目のコドンGがAに変異していることを示す527G>Aのコドン変化から結果として生じる、A305E、E285A又はG176E変異のように、ASPAタンパク質に1つ以上の変異を保持している。一部のカナバン病患者は、ASPAタンパク質の異なる領域に他の変異を保持しているかも知れない。野生型ASPA遺伝子を患者iPSCsに導入すると、これらのiPSCsは、外因性の野生型ASPAタンパク質を発現し、ASPA酵素活性を呈するように遺伝子操作される。
【0048】
いくつかの実施形態では、野生型ASPA遺伝子は、外因性の野生型ASPA遺伝子を含むベクターを用いてリプログラムされたiPSCsに形質導入することによって、リプログラムされたiPSCsに導入される。形質導入後に野生型ASPA遺伝子を発現させるための適当なベクター及びプロモーターを選択することは、当業者の知識の範囲内である。例えば、外因性の野生型ASPA遺伝子は、野生型ASPA遺伝子を含むレンチウイルスを用いて患者iPSCsに形質導入することによって、導入されてもよい。カナバン病患者iPSCsにおけるASPA遺伝子変異はまた、CRISPR/Cas9技術のような、遺伝子編集技術によって修正されてもよい。遺伝的に修正されたiPSCsは生体外で神経前駆細胞に分化され、それもまた野生型ASPA遺伝子を発現する。カナバン病に罹患している被験体の脳にこれらのASPA NPCsを移植した後に、ASPA神経前駆細胞が生体内でオリゴデンドログリア系統細胞に分化し、それにより正常なASPA酵素活性を回復させることによって疾患を治療してもよい。いくつかの実施形態では、遺伝的修正は、神経前駆細胞レベルで同様に起こる。CD患者iPSCsが神経前駆細胞に分化された後、野生型ASPA遺伝子が、当技術分野において既知の技術である、形質導入又は遺伝子編集によって神経前駆細胞に導入される。
【0049】
一つの他の態様では、本開示は、カナバン病を治療するために、ASPA酵素の供給源並びにWT ASPA発現オリゴデンドロサイト前駆細胞(OPCs)及びオリゴデンドロサイトを生成するための神経前駆細胞として機能する、ASPA神経前駆細胞を作製する方法に関する。ASPA神経前駆細胞は、患者特異的なiPSCsに由来する。本方法は、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、リプログラム又は転換されたiPSCsに野生型ASPA遺伝子を導入して野生型ASPAを発現する遺伝的に修正されたiPSCsを得る工程、及び、遺伝的に修正されたiPSCsを神経前駆細胞に分化させる工程、を含む。あるいは、本方法は、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、iPSCsを神経前駆細胞に分化させる工程、及び、神経前駆細胞に野生型ASPA遺伝子を導入して、野生型ASPAを発現する遺伝的に修正された神経前駆細胞を得る工程、を含む。
【0050】
一つの関連する態様では、本開示は、外因性の野生型ASPA遺伝子を発現する神経前駆細胞であって、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、リプログラム又は転換されたiPSCsに野生型ASPA遺伝子を導入して野生型ASPAを発現する遺伝的に修正されたiPSCsを得る工程、及び、遺伝的に修正されたiPSCsを神経前駆細胞に分化させる工程、を含むプロセスによって作製された神経前駆細胞、に
関する。あるいは、プロセスは、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞を、誘導多能性幹細胞(iPSCs)にリプログラム又は転換する工程、iPSCsを神経前駆細胞に分化させる工程、及び、神経前駆細胞に野生型ASPA遺伝子を導入して野生型ASPAを発現する遺伝的に修正された神経前駆細胞を得る工程、を含む。本明細書において使用される場合、神経前駆細胞は、NPCs、グリア前駆細胞及びオリゴデンドログリア前駆細胞を含む。
【0051】
いくつかの実施形態では、体細胞は、線維芽細胞、血球、泌尿器細胞、脂肪細胞、角化細胞、歯髄細胞、及び他の容易に利用できる体細胞を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、カナバン病に罹患している被験体から分離された体細胞は、OCT4、SOX2、KLF4、LIN28、p53 shRNA、並びに(c‐MYC及びL‐MYCのような)MYCを含む1つ以上のリプログラミング因子の存在下でiPSCsに転換される。いくつかの実施形態では、リプログラムするステップは、エピソーマルなリプログラミング又はウイルス形質導入を介して行われる。
患者の体細胞をiPSCsに転換するためのリプログラミング技術を選択することは、当業者の知識の範囲内である。いくつかの実施形態では、野生型ASPA遺伝子は、外因性の野生型ASPA遺伝子を含むベクターを用いてリプログラムされたiPSCsに形質導入することによって、又は遺伝子編集技術によって、リプログラムされたiPSCsに導入される。形質導入後に野生型ASPA遺伝子を発現させるための適当なベクター及びプロモーターを選択することは、当業者の知識の範囲内である。
【0052】
症状について、本明細書で用いられる用語「治療する」、「治療すること」及び「治療」は、その状態を予防すること、その状態の発症又は進展を遅延させること、その状態が進展するリスクを低減すること、その状態と関連する症状の進展を予防又は遅延させること、その状態と関連する症状を軽減又は終了させること、その状態の完全又は部分的な回帰を生成すること、又はいつくかのそれらの併用をいう。いくつかの実施形態では、症状を治療することは、症状が再発することなく治癒することを意味する。
【0053】
本明細書で用いられる用語「被験体」と「患者」は互換的に用いられる。いくつかの実施形態では、被験体又は患者はカナバン病に罹患している。いくつかの実施形態では、被験体又は患者は哺乳動物である。いくつかの実施形態では、被験体又は患者はヒトである。
【0054】
以下の実施例は、本開示の様々な実施形態をさらに説明する。実施例が本発明の範囲を限定することは決してない。
【実施例0055】
材料及び方法
[iPSCs生成] エピソーマルなiPSC誘導のために、IMR90線維芽細胞(Coriell、I90‐10)及びCD患者線維芽細胞(Coriell、GM04268)は、記載されているように、Oct4、Sox2、Klf4、L‐Myc、Lin28及びp53 shRNAを発現するエピソーマルベクターを用いてリプログラムされた(非特許文献32)。端的には、5×10個の線維芽細胞を、1.25μgの各エピソーマルベクターを用いて電気穿孔され、その日を0日目とした。トランスフェクトされた細胞は、線維芽細胞培地(NEAA含有MEM、15%非熱失活ウシ胎仔血清)中で培養され、培地は一日おきに交換した。細胞を5日目に解離し(dissociated)、6日目にEssential 8(E8)培地(Gibco、A15169-01)に切り替えた。iPSCクローンは20日目前後に収集して、E8培地中で増殖させた。ウイルス性のiPSC誘導のために、IMR90線維芽細胞又はCD患者線維芽細胞(Coriell、GM00059、GM00060及びGM04268)を、線維芽細胞培地中、ウェルあたり1×10細胞で6ウェルプレート上に播種した。翌日、iPSCsは、記載されているように、新たに調製されたOct4、Sox2、Klf4及びcMycのウイルスを用いて形質導入され(非特許文献1)、その日を0日目とした。ウイルス形質導入の第2ラウンドは、1日目に行った。5日目に、細胞を解離し、1~5でに分けた。6日目に、細胞はE8培地に切り替え、その後培地は毎日交換した。iPSCクローンは20日目前後に収集してE8培地中で増殖させた。
【0056】
[胚様体(EB)形成] EBsを形成するために、iPSCsを、0.05mMのEDTAを用いて小さなクラスターに解離し、T25フラスコ中のE8培地に移した。E8培地中で2日間培養した後に、EB球(EB spheres)は、DMEM/F12、20%ノックアウト血清、1mM L-グルタミンを包含するがbFGF非含有ヒトESC培地に切り替えた。2週間後に、EBsは、ゼラチンコートされた12ウェルプレート上にプレーティングし、免疫染色解析の前にさらに2週間培養した。
【0057】
[奇形腫形成] iPSCsは、PBSで1~2倍希釈したaccutaseを用いて解離し、E8培地とMatrigel(1:1)の氷冷混合液に1×10細胞/mlの密度で再懸濁された。100μlの細胞懸濁液(1×10細胞)を、免疫不全Nod Scid Gamma(NSG)マウスの背側腹部に皮下注射した。注射後8~12週間に、奇形腫を解剖し、ホルマリンで固定した。固定した組織を、パラフィンで包埋し、切片にしてヘモトキシリン及びエオシン(H&E)を用いて染色した。
【0058】
[ASPAウイルス調製及び形質導入] ASPA発現ウイルスを作製するため、鋳型としてヒトASPA cDNA(ATCC、MGC‐34517)を用いてヒトASPAコード配列をPCR増幅し、PCR産物を、pSIN‐EF2‐Sox2‐purからSox2を除去する(Addgene、#16577)ことによって生成した、レンチウイルスベクターpSIN‐EF2‐purにクローン化した。ASPA発現ウイルスをパッケージするために、リン酸カルシウムトランスフェクション法を用いて、15μgのpSIN‐EF2‐hASPA‐pur、5μgのVSV‐G、5μgのREV及び15μgのMDLをHEK 293T細胞にトランスフェクトした。トランスフェクションの48~72時間後に、ウイルス含有培地を採取し、0.45μmフィルターを通して濾過した。ウイルス形質導入のために、新たに採取されたASPA発現ウイルスをCD iPSCsに加えた。ウイルス形質導入の2日後、ピューロマイシン選択を開始し、7日間続けた。選択されたASPA‐iPSCクローンを増殖し、特徴付けた。
【0059】
[ASPAゲノムDNAのエクソン配列決定] ゲノムDNAsをCD iPSCsから抽出した。各エクソンを配列決定するために用いたプライマーを以下の表1に列挙する。
【表1】
【0060】
[ヒトiPSCsの神経前駆細胞(NPCs)への分化] NPCsを、確立されたプロトコルに従ってヒトiPSCsから得た(非特許文献33)。神経誘導を開始するため、ヒトiPSCsを、0.5mM EDTAを用いて解離し、E8培地中20%の集密度でマトリゲルコートされたプレート上に継代した。24時間後、細胞を、50%Advanced DMEM/F12(Life Technologies、11330‐032)、50%Neurobasal(Life Technologies、21103‐049)、N2(Life Technologies、17502‐048)、B27(Life Technologies、12587‐010)、2mM GlutaMAX(Life Technologies、35050‐061)、4μM CHIR99021(D&C Chemicals、DC9703)、3μM SB431542(R&D、1614)及び2μM Dorsomorphin(Sigma、P5499)含有神経誘導培地1(Neural Induction Medium 1)(NIM‐1)に切り替えた。細胞をNIM‐1で2日間処理した後、さらに5日間、50%Advanced DMEM/F12、50%Neurobasal、1×N2、1×B27、2mM GlutaMAX、4μM CHIR99021、3μM SB431542及びLDN‐193189(Stemgent、04‐0074)含有神経誘導培地2(NIM‐2)に切り替えた。その後細胞を、Accutase(Sigma、A6964)を用いて解離し、50%DMEM/F12、50%Neurobasal、1×N2、1×B27、2mM GlutaMAX、3μM CHIR99021、2μM SB431542、20ng/ml EGF及び20ng/ml FGF含有神経幹細胞維持培地(NSMM)中で維持した。最初の6継代については、NPCsを解離するときに10μM ROCK阻害剤で処理した。NPCsを、14継代以内に新生仔マウスに移植した。
【0061】
[iPSC由来のNPCsのオリゴデンドロサイトへの分化] 生体外でiPSC由来のNPCsをオリゴデンドロサイトに分化させるため、NPCsを、NSMM培地(上記参照)から、DMEM/F12、1×N2、1×NEAA、2mM GlutaMAX、25μg/mL インシュリン、0.1μM RA及び1μM SAG含有神経誘導培地3(NIM‐3)に切り替え、毎日培地を交換しながら、NIM‐3培地中で4日間培養した。次に細胞は解離し、NIM‐3に再懸濁し、NIM‐3中で8日間培養した。その後、細胞は、次の10日間、2日毎に培地を交換しながら、DMEM/F12、1×N2、1×NEAA、2mM GlutaMAX、25μg/mL インシュリン(Sigma、19278)、5ng/mL HGF(R&D Systems、294‐HG‐025)、10ng/mL PDGF‐AA(R&D Systems、221‐AA‐050)、10ng/mL IGF‐1(R&D Systems、291‐G1‐200)、10ng/mL NT3(Millipore、GF031)、60ng/mL T3(Sigma、T2877)、100ng/mL ビオチン(Sigma、4639)及び1μM cAMP(Sigma、D0260)含有PDG培地に切り替えた。次いで細胞は、マトリゲルコートされた6ウェルプレート上に付着し、DMEM/F12、1×N2、1×NEAA、2mM GlutaMAX、25μg/mL インシュリン、10mM HEPES(Sigma、H4034)、60ng/mL T3、100ng/mL ビオチン、1μM cAMP及び25μg/mL アスコルビン酸(Sigma、A4403)含有グリア培地中で、45日間又はそれ以上培養した。
【0062】
[免疫不全CDマウスの生成及び維持] 全ての動物飼育条件及び外科的処置は、City of Hopeの機関内の動物飼育及び使用委員会によって承認され、それに従って行った。ASPAnur7/+(ASPAnur7/J、008607)及びRag2-/-マウス(B6(Cg)‐Rag2tm1.1Cgn/J、008449)を、Jackson Laboratoryから購入した。ASPAnur7/+マウスは、Rag2-/-マウスと4世代戻し交配し、ASPAnur7/nur7及びRag2-/-変異のホモ接合性についてスクリーニングした。
【0063】
[定位的な移植] 新生仔マウス(P2‐P4)を、氷上で4分間麻酔した後、定位固定装置上に配置した。細胞懸濁液を、33ゲージ針付きハミルトンシリンジを用いて新生仔マウス脳に注射した。公開された研究(非特許文献42)から、移植のために修正された以下の座標(coordinates)を用いた。視床:(-0.5,1,-2.5)、小脳:(-2.0,0.8,-2.5)、及び脳幹(-2.0,0.8,-3.2)。全ての座標は、ラムダを参照して(A,L,V)である。各々、Aは正中線からの前後を表し、Lは正中線からの横側を表し、Vは脳の表面からの腹側(ventral)を表す。14継代以内のNPCsを、1部位あたり200,000細胞、2μL及びマウスあたり6部位で、視床、並びに小脳白質及び脳幹に両側に(bilaterally)移植した。
【0064】
[ASPA酵素活性アッセイ] ASPA酵素アッセイは、公開されたプロトコルに基づいて開発された(非特許文献43)。40マイクロリットルの細胞溶解物又は脳組織タンパク質上清を、250mM Tris‐HCl,pH8.0、250mM NaCl、2.5mM DTT、0.25%非イオン性界面活性剤、5mM CaCl、5mM NAA(Sigma、00920)を含有する、10μlのアッセイ緩衝液に加えた。反応混合物は37℃で90分間インキュベートした後チューブを沸騰水中で3分間インキュベートして反応を停止した。反応ブランクは、タンパク質ホモジネートの代わりに40μlのHOを加えて作製した。反応混合物の沈殿物を除去するために13,000rpmで10分間遠心分離した。上清は、50mM Tris‐HCl,pH8.0、50mM NaCl、2mM α‐ケトグルタル酸、0.15mM β‐NADH、1mg/ml BSA並びに各10単位のリンゴ酸デヒドロゲナーゼ及びグルタミン酸‐オキサロ酢酸トランスアミナーゼ含有酵素アッセイ緩衝液に加えた。反応物を、室温(RT)で20分間インキュベートした。上清を透明な96ウェル平底プレートに移し、プレートリーダーを用いて340nmで吸光度を測定した。
【0065】
[NAAレベル測定] 水性の代謝産物を、記載されているように、過塩素酸(PCA、Sigma、244253)の方法を用いて、指示されたマウスの視床、脳幹及び小脳から抽出した(非特許文献44)。簡潔には、組織を迅速に小片に切り刻み、1.5mlエッペンドルフチューブに集めた。5ml/g(湿重量基準)の6%氷冷PCAを各チューブに加えた後、30秒間ボルテックスし、さらに10分間氷上でサンプルをインキュベートした。混合物を、4℃、12,000gで10分間遠心分離した。PCA上清を、新しいチューブに移し、2M KCOを用いて中和し、蓋をあけてCOを開放して氷上に置いた。各試料をボルテックスし、過塩素酸カリウム塩を沈殿させるために氷上で30分間インキュベートした。上清pHを7.4±0.2に調製した後4℃、12,000gで10分間遠心分離した。
上清をエッペンドルフチューブに移し、ドライアイス上で凍結し。次いで試料について、City of HopeのNMRコア施設でNMR解析を行った。
【0066】
[電子顕微鏡法(EM)] マウスを、イソフルランを用いて深く麻酔し、37℃で、0.9%食塩水、続いて4%パラホルムアルデヒド(PFA)及び2.5%グルタルアルデヒド含有0.1M ミロニヒ緩衝液(Millonig’s buffer)を用いて灌流した。脳組織を解剖し、同じ固定液(fixative)中で一晩、後固定した。Mark Ellisman博士のグループによって開発された重金属染色プロトコル(非特許文献45)に従った。標的組織は、Leica VT 1000Sビブラトームを用いて約150μm(~150μm)のビブラトーム切片に切断した。次いでビブラトーム切片は、2.5%グルタルアルデヒド及び2mM 塩化カルシウム含有0.15M カコジル酸緩衝液,pH7.4中で一晩固定した。翌日、組織切片は、2mM 塩化カルシウム含有0.15M カコジル酸緩衝液,pH7.4中で5×3分間洗浄した後1.5%フェロシアン化カリウム、2%水性四酸化オスミウム(aqueous osmium tetroxide)及び2mM 塩化カルシウム含有0.15Mカコジル酸緩衝液,pH7.4中で1時間置いた。次いで試料を、1%チオカルボヒドラジド(Acros Organics)中に20分間配置した後、2%四酸化オスミウム中で30分間固定した。次いで試料を、4℃で1%水性酢酸ウラニル水溶液中に一晩置いた。水を用いて5×3分間洗浄した後、試料を、ウォルトンのアスパラギン酸鉛(Walton’s lead aspartate)を用いて、60℃のオーブン内で30分間、まとめて(en bloc)染色した。さらに5×3分間水中ですすいだ後に、試料を脱水し、Durcupan ACM樹脂(Electron Microscopy Sciences)に包埋した。70nm厚の超薄切片を、ダイヤモンドナイフを備えたLeica Ultracut UCTウルトラミクロトームを用いて切断し、200メッシュの銅EMグリッド上にピックアップした。透過型電子顕微鏡法は、City of HopeのEMコア施設において、Gatan Ultrascan 2K CCDカメラを備えたFEI Tecnai 12透過型電子顕微鏡によって実施した。
【0067】
[ロータロッド試験] マウスの運動能は、記載されているように、マウスをロータロッドトレッドミル(Columbus Instruments)によって試験された(非特許文献34)。指示された細胞を用いて移植された1ヶ月齢又は3ヶ月齢のAspanur7/nur7Rag2-/-マウス(CDマウス)を評価した。マウスは、5分間の試行期間中にロッドの速度を加速して(5‐65rpm)回転していた場合のロッド上の潜時について試験した。各マウスは、試験あたり3回、潜時についてモニターした。
【0068】
[ワイヤ懸垂試験] 肢の強さを、記載されているように、四肢の“ワイヤ懸垂”手法を通じて、神経筋機能の指標として評価した(非特許文献46)。10cm×15.5cmのフィールドを形成するようにテープをワイヤケージの蓋に設け、フィールド中にマウスを置いた。マウスがワイヤを強く握った後に、蓋は静かに逆さまに回され、クッションを備えた地面の上、およそ20cmに保持された。マウスが落下するまでの潜時を測定した。
野生型マウスは通常、少なくとも60秒間蓋を握ることができ、従ってカットオフ潜時は60秒に設定した。神経筋が不能であれば、蓋から落下が早過ぎてしまうだろう。
【0069】
[RNA調製及びRT‐PCR解析] 全RNAは、TRIazol試薬(Invitrogen、15596018)を用いて、細胞から抽出された。逆転写を、Tetro cDNA合成キット(Bioline、BIO‐65043)を用いて、1μgのRNAを用いて行った。PCR用プライマーを表2に列挙する。
表2 プライマーの配列
【表2】
【0070】
[免疫細胞化学] 細胞を、4%PFAを用いて室温で5‐10分間固定した。固定後、細胞を、PBSを用いて2回洗浄し、0.1%トリトン含有PBS(PBST)を用いて20分間ブロックした。固定された細胞を、一次抗体と共に室温で1時間又は4℃で一晩インキュベートし、PBSを用いて2回洗浄した後二次抗体と共に室温で1時間インキュベートし、洗浄した。用いた一次抗体を表3に列挙した。
表3 一次抗体のリスト
【表3】
【0071】
[免疫組織化学] 免疫組織化学を、パラホルムアルデヒド(PFA)固定組織に対して行った。動物を深く麻酔し、氷冷0.9%食塩水、続いて4%PFAを用いて経心的に(transcardially)灌流した。灌流された脳を取り出し、4%PFA中で一晩、後固定した後30%スクロースを用いて凍結保護した(cryoprotected)。凍結保護された脳を急速冷凍し、-80℃で保存した。免疫組織化学解析用の脳切片を、PBSTを含むPBS中で20分間透過処理し、PBST中で3×5分間洗浄した。切片を一次抗体(表3)と共に4℃で一晩インキュベートした。一次抗体のインキュベーション及び洗浄の後、切片を、抗マウスCy3(Jackson ImmunoResearch、715‐165‐150)、抗ウサギAlexa Fluor 488(Invitrogen、A21206)、及び抗マウスDylight 488(JacksonImmunoResearch、715‐487‐003)を含む二次抗体と共に、室温で2時間インキュベートし、1×PBSを用いて洗浄し、Dapiを用いて対比染色し、4%PVA封入剤を用いて封入した。染色を最適化するための抗原回収(antigen retrieval)又は界面活性剤は必要なかった。細胞運命及び増殖状態の評価は、抗ヒト核抗原SC101を、OLIG2、MAP2、GFAP又はKi67に対する抗体と共に用いて二重免疫染色することによって行った。共焦点顕微鏡法(Confocal microscopy)をZeiss LSM 700顕微鏡(Zeiss)によって行い、結果として得られた画像をZen2.3liteソフトウェア(Zeiss)を用いて解析した。脳全体を走査した。全てのマーカーについて染色の全深度を捉えるため、Z‐積み重ね画像化(Z-stack imaging)を行った。ヒト核抗原+細胞、ヒト核抗原+OLIG2+細胞又はヒト核抗原+Ki67+細胞を計数した。定量化のため、各マウス脳から8切片毎のスライドを選択した。直交図ツールを、二重陽性細胞におけるヒト核抗原及びMBPについての共染色を確認するために用いた。
【0072】
[空胞化解析] 8分の1シリーズの切片(one-in-eight series of sections)を、ヘマトキシリン及びエオシン(H&E)を用いて染色し、視床、小脳及び脳幹を含む脳領域の体積の測定に用いた。全領域がZeiss共焦点顕微鏡下で走査した。Z‐積み重ね画像を取得した。空胞化した脳領域及び無傷の脳領域の表面積を全領域の画像を用いて画像Jでモニターした。体積は、表面積の合計にサンプリングされた切片間の距離を掛けて計算した。%空胞化(%Vacuolation)=空胞化した脳領域の体積/空胞化した脳領域の体積+無傷の脳領域の体積。
【0073】
[ASPA1 NPCを移植したマウスにおける腫瘍モニタリング] ASPA1 NPCsをCDマウスに最大10ヶ月まで移植した。10ヶ月の期間中、ASPA1 NPCを移植したCDマウスを毎月モニターした。移植の10ヶ月後に、ASPA1 NPCを移植したCDマウスを灌流し、切片にして、H&E染色又はKi67染色を行った。
【0074】
[統計解析] 図の説明文に明記されているように、データは、平均値±標準偏差又は平均値±標準誤差として示す。処置群あたりのマウスの数は、対応する図の説明文で“n”と示す。除外基準は適用されない。動物を無作為に処置群に割り当てた。本研究は、ブラインドでない。各図の説明文で報告されるように、統計解析にはスチューデントt検定を用いた。p<0.05を、統計学的に有意とみなした。
【実施例0075】
CD iPSCsの誘導及び特徴付け
一次皮膚線維芽細胞を、3人の臨床的に罹患しているカナバン病患者から得た(表4)。2人のカナバン病患者(CD1及びCD2)は各々、ASPA遺伝子のヌクレオチド527(527G>A)及びヌクレオチド914(914C>A)にヘテロ接合性の変異があり、結果としてコドン176におけるグルタミン酸によるグリシンの置換(G176E)及びコドン305におけるアラニンのグルタミン酸による置換(A305E)がもたらされる。第3のカナバン病患者(CD3)は、ASPA遺伝子のヌクレオチド854にホモ接合性の変異があり(854A>C)、結果としてコドン285におけるアラニンによるグルタミン酸の置換がもたらされる(E285A)。E285Aは、アシュケナージ系ユダヤ人集団の間で優勢な突然変異(変異の82%以上を占める)であり(非特許文献28及び29)、一方A305Eは、非ユダヤ人のカナバン病患者で最も一般的な変異(60%)である(非特許文献30)。G176Eは、本明細書では、カナバン病患者において同定された新しいASPA変異が開示される。正常なヒト線維芽細胞IMR90を野生型(WT)対照として含む(表4)。
表4 実施例にて用いられた野生型細胞及びCD細胞
【表4】
【0076】
WT及びCD患者iPSCs(CD iPSCs)を得るため、エピソーマルなリプログラミング(非特許文献31及び32)又はウイルス形質導入(非特許文献1)を介して、OCT4、SOX2、KLF4、LIN28及びMYCを含むリプログラミング因子を用いて、これらの線維芽細胞をリプログラムした。正常なヒト線維芽細胞及びCD患者線維芽細胞の両方に由来するiPSC系統は、主要なヒト多能性遺伝子、OCT4及びNANOG、並びにヒト胚性幹細胞(ESC)特異的表面マーカー、SSEA4、TRA‐1‐60及びTRA‐1‐81を発現した(図1)。RT‐PCR解析によって明らかにされるように、内因性OCT4、SOX2及びNANOG遺伝子発現の活性化が、WT及びCD iPSCsの両方で観察された(図2A)。対照的に、外因性リプログラミング因子、OCT4、SOX2、KLF4、LIN28及びMYCの発現は、これらのiPSCsでは検出可能でなかった(図2B及び2C)。細胞遺伝学的解析により、試験された全てのiPSCクローンにおいて正常な核型が確認された(図2D)。
【0077】
配列解析は、CD患者1(CD1)及びCD患者2(CD2)iPSCsがASPA遺伝子のヌクレオチド527(527G>A)及びヌクレオチド914(914C>A)に2つのヘテロ接合性の変異を含み、その一方でCD患者3(CD3)iPSCsがASPA遺伝子のヌクレオチド854にホモ接合性の変異がある(854A>C)ことを確認した(図3A)。同定されたCD iPSCクローンの多能性の潜在能を実証するために胚様体(EB)形成アッセイを行った。WT及びCD iPSCsはともに、特徴的なSOX17陽性内胚葉細胞、平滑筋アクチン(SMA)陽性中胚葉細胞、及びβIIIチューブリン(TUJ1)陽性外胚葉細胞に分化した(図3B)。CD iPSCsの生体内での発達的潜在能を奇形腫形成アッセイで実証した。
CD iPSCsは、移植された免疫不全NSGマウスで、3つの胚葉全てを代表する組織を包含する奇形腫を発達させた(図3C及び3D)。
【0078】
バイサルファイト配列解析により、内因性Oct4及びNanogプロモーターがCD iPSCsで大部分が脱メチル化されていることが示された。対照的に、親のCD線維芽細胞中のOct4及びNanogプロモーターは高度にメチル化されていた(図3E及び3F)。まとめると、これらの結果は、特徴的な多能性幹細胞であり、かつ患者のASPA変異を包含するCD iPSCsを本発明者らが誘発しえたことを実証する。
【実施例0079】
遺伝的に修正されたiPSCsの生成
カナバン病はASPA遺伝子の遺伝子変異によって誘発されるので、CD患者iPSCsを組換えるため、CD患者iPSCsを、構成的な(constitutive)ヒトEF1αプロモーター下でヒトWT ASPA遺伝子を発現するレンチウイルスを用いて形質導入した。遺伝的に修正されたCD患者iPSCsをASPA iPSCsと命名した。ASPA1(又はASPA‐CD1)、ASPA2(又はASPA‐CD2)、及びASPA3(又はASPA‐CD3)iPSCsは各々、CD患者1、CD患者2、及びCD患者3のiPSCsに由来する。WT ASPA遺伝子配列の存在を、ASPA1、ASPA2、及びASPA‐3 iPSCsで確認した(図4A、4D、4G及び4J)。
【0080】
免疫染色により、ASPA iPSCsが多能性因子OCT4及びNANOG並びにヒトESC表面マーカーSSEA4、TRA‐1‐60及びTRA‐1‐81を発現し続けていることが明らかになった(図4B、4C、4E、4F、4H、4I)。RT‐PCRにより、ASPA iPSCsにおける内因性OCT4、SOX2及びNANOG発現の誘導が確認された(図2A)。対照的に、外因性リプログラミング因子、OCT4、SOX2、KLF4、LIN28及びMYCは、これらのiPSCsでは検出されなかった(図2B及び2C)。ASPA iPSCsはまた、それらの発達的潜在能を維持した。ASPA1、ASPA2及びASPA3 iPSCsを免疫不全NSGマウスへの移植後、3つの胚葉全てを包含する奇形腫が発達された(図4M)。
【実施例0081】
ASPA iPSCsの神経分化
WT、CD1及びASPA1 iPSCsを、公開されたプロトコルに従って、神経前駆細胞(NPCs)に分化させた(非特許文献33)。3つ全てのiPSC系統に由来するNPCsが、PAX6、SOX2、N-カドヘリン、SOX1及びNESTINを含む、通常のNPCマーカーを発現した(図5A及び5B)。対照的に、多能性因子OCT4及びNANOGの発現は、どのNPCsでも検出されなかった(図5C)。ASPA1 iPSC由来のNPCs(ASPA1 NPCs)もまた、ASPA遺伝子を発現した(図5B)。
【0082】
そのうえ、ASPA1 NPCsは、検出可能なASPA活性を呈しなかったCD1 iPSC由来のNPCs(CD1 NPCs)に比べて、強力なASPA酵素活性を呈した(図5D)。オリゴデンドログリア系統に沿ったASPA1 NPCsのさらなる分化により、分化の13日目までにOLIG2+NKX2.2+pre‐OPCを、分化の80日目までにO4+OPCsが得られた(図5E及び5F)。同様の結果が、CD1 NPCsでも得られた(図5E及び5F)。これらの結果は、ASPA1 NPCsに、強力なASPA酵素活性があるだけでなく、オリゴデンドログリア系統細胞への分化能もあることを実証する。
【0083】
蛍光活性化細胞選別(FACS)により、CD1 NPCs及びASPA1 NPCsの大多数がCD133陽性NPCsであり、SSEA4陽性細胞のごくわずかな割合によって明らかにされるように、未分化のiPSCsの混入が最小限であることが示された(図5G)。まとめると、これらの結果から、ASPA1 NPCsの同一性、純度及び有効性(potency)が実証される。
【実施例0084】
ASPA NPCsは移植されたCDマウスで生存し、機能的克服をもたらしうる
Aspanur7/nur7マウスは、ASPA遺伝子にナンセンス変異(Q193X)を含む(非特許文献34)。Aspanur7/nur7マウスは、ASPA酵素活性がなく、NAAレベルの亢進及び様々な脳領域における広範囲にわたる海綿変性を含む、CD患者様の主要な病理学的表現型を呈するため(非特許文献34)、CDの信頼のおける(authentic)動物モデルであるとみなされる。したがって、Aspanur7/nur7マウスは、遺伝的に修正されたASPA iPSCsに由来するNPCsの治療的効果を試験するための優れたプラットフォームを提供する。ヒト細胞をCDマウスモデルに移植する必要があるので、Aspanur7//nur7マウスを、成熟B及びTリンパ球がない免疫不全Rag2-/-マウスと交配させて、免疫不全Aspanur7//nur7マウスモデルを作製した。結果として生じるAspanur7/nur7/Rag2-/-マウスは、親のAspanur7/nur7マウスと大部分が類似し、その両方で、WTマウスと比較して、脳内のASPA酵素活性が実質的に低下していた(図11A)。ASPA活性の欠乏の他に、空胞化によって明確化される海綿状変性は、CD患者及びマウスモデルの一つの他の特徴的な特質である。視床、小脳及び脳幹を含む、親のAapanur7/nur7及びAapanur7/nur7/Rag2-/-マウスの様々な脳領域において、広範囲にわたる空胞化が観察された(図11B及びC)。これらの結果をまとめて、免疫不全CDマウス又は略してCDマウスというAapanur7/nur7/Rag2-/-マウスが、親のAspanur7//nur7マウスに類似する、通常のCD表現型を呈することを示す。これらのCDマウスを、以下のASPA‐CD NPCsの効果を試験するための移植に用いた。
【0085】
ASPA1 iPSCsから分化したASPA1 NPCsを、新生仔CDマウスの脳に移植した。2μL容量中の20万個の細胞を新生仔CDマウスの脳の6部位に定位的に注射した(方法を参照のこと)。移植の1ヶ月後に、マウスの脳を採取し、移植されたヒト細胞の同定用のヒト核抗原、及びオリゴデンドログリア系統細胞用マーカーであるOLIG2について、免疫染色で解析した。移植したASPA1 NPCsは、小脳及び脳幹を含む、試験した脳領域で生存し、OLIG2を発現した(図6A)。そのうえ、ASPA1 NPCsを移植されたCDマウスは、移植されなかったCDマウスに比べて、ロータロッド能が実質的に改善された(図6B)。これらの結果は、ASPA発現NPCsがCDマウスの脳内で生存し、オリゴデンドログリア系統細胞に分化し、CDマウスの運動機能を改善し得ることを示す。
【0086】
一つの他の組の実験で、ASPA1 NPCsを新生仔CDマウスの脳に移植し、マウスを3ヶ月間生存させた。次いで、移植されたマウスの脳を採取し、ヒト核抗原及びオリゴデンドロサイト系統転写因子OLIG2についての共染色で解析した。移植されたASPA NPCsは、移植後3ヶ月間生存し、オリゴデンドログリア系統細胞に分化した(図7A)。ヒト核抗原陽性及びOLIG2陽性細胞の定量化により、CDマウスの視床において60%を超えるヒト生着細胞がOLIG2+細胞に分化し、小脳及び脳幹では各々約72%及び45%のヒト細胞がOLIG2+細胞になったことが示された(図12A)。さらに、共焦点顕微鏡解析により、生着ヒト細胞はまた、ASPA1 NPCを移植したCDマウス脳においてミエリン塩基性タンパク質(MBP)を発現する成熟オリゴデンドロサイトに分化したことが示された(図7B)。生着細胞におけるヒト核抗原及びMBPについての共染色を、共焦点画像の直交図で確認した(図12B)。生着ヒト細胞の一部分は、GFAP+星状細胞に分化した(図7C及び13)。これらの結果は、ASPA発現NPCsが移植後長期間生存し、移植された脳でオリゴデンドログリア系統細胞を生成することを示す。
【0087】
ASPA酵素活性の欠乏がCD患者及び動物モデルにおける疾患表現型の根本的な原因であるため、ASPA1 NPC移植の3ヶ月後に採取したCDマウス脳でASPA酵素活性を決定した。視床、小脳及び脳幹を含む、ASPA1 NPCを移植されたマウスの様々な脳領域では、移植されなかったCDマウス脳における活性に比べて、強力なASPA酵素活性が検出された(図8A)。
【0088】
ASPAが欠乏すると、CD患者及びマウスモデルの脳でNAAレベルが亢進することが示されている(非特許文献15、34~36)。CD1 NPCを移植したCDマウス脳では一貫してASPA酵素活性レベルが亢進したのに比べて、ASPA1 NPCを移植したCDマウス脳ではNAAレベルの低下が検出された(図8B,8C)。これらの結果は、ASPA1 NPCsの移植がASPA酵素活性の欠乏を克服し、CD患者及びマウスモデルにおいて主な欠陥である、NAAレベルを低下させることができたことを示す。
【0089】
広範囲にわたる海綿状変性は、CD患者及びマウスモデルの一つの他の主要な病理学的特質であり、これは様々な脳領域における空胞化によって明らかにされる(非特許文献15、34~36)。ASPA1 NPCを移植したCDマウスの脳におけるASPA酵素活性の亢進及びNAAレベルの低下が観察されたのと一貫して、視床、小脳及び脳幹を含む、ASPA1 NPCを移植したCDマウスの様々な脳領域において、空胞化が実質的にある程度低下した(図8D,8E)。
【0090】
空胞化は、CDマウスの脳においてミエリンの破壊に起因することが示唆されている(非特許文献34)。CDマウスの脳における広範囲にわたる空胞化と一貫して、WTマウスの厚さに比べて、CDマウスの脳のミエリンは実質的に減少した(図9A,9B)。ASPA1 NPCを移植したCD脳におけるミエリンは、未処置のCD脳のミエリンよりもはるかに厚かったが、WT脳のミエリンにさらに類似した(図9A,9B)。これらの結果は、CDの病理学的表現型を寛解させるための機能について、ASPA1 NPCsの治療的潜在能をさらに支持する。
【0091】
細胞レベルでのCD表現型の改善に加えて、ASPA1 NPCsの移植はまた、CDマウスに対する全身的な効果と関連する。CDマウスにおいて体重減少が報告されている(非特許文献22、26、35)。移植から3ヶ月後、ASPA1 NPCs又はWT NPCsを用いて移植したCDマウスの体重は、CD1 NPCsを用いて移植されたCDマウスの体重に比べて、実質的に増加した(図9C)。
【0092】
運動能の欠陥は、CD患者や動物モデルで典型的である(非特許文献15、34~36)。ASPA1 NPCsの移植によりCDマウスの運動能の欠陥が克服されるか否かを決定するため、WT NPCs、CD1 NPCs、又はASPA1 NPCsを用いて移植したCDマウスを、2つの運動技能行動パラダイムで試験した。移植3ヶ月後、様々なNPCsの脳内注射を受けたCDマウスを、運動協調性及びバランスを試験するために設計された、加速型ロータロッドトレッドミルを用いて調べた。WT NPCs及びASPA1 NPCsは、CD1 NPCsに比べて、移植したCDマウスのロータロッド能力を実質的に改善したが、WT NPCs又はASPA1 NPCsを用いて処置されたマウスの間に有意差は検出されなかった(図9D)。ワイヤ懸垂手法は、肢の強さを神経筋機能の指標として評価するために用いた(非特許文献37)。ワイヤ懸垂試験において、WT NPCs及びASPA1 NPCを移植したCDマウスの握力は、CD1 NPCを移植したCDマウスの握力に比べて、実質的に増強された(図9E)。これらの結果をまとめると、ASPA1 NPCsを用いた移植によりCDマウスの運動機能が改善しうることを示す。
【実施例0093】
ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsは、CDマウスの疾患表現型を克服しうる
ASPA1 NPCsを用いて移植したCDマウスでは疾患表現型が強健に改善されたことが観察された後、CD患者2及びCD患者3のiPSCsに由来するASPA NPCsの効果を試験した。CD2 iPSCs及びCD患者3 iPSCsを、ASPA発現レンチウイルスを用いて形質導入した後これらのiPSCsをNPCsに分化させた。結果として生じるWT ASPA発現NPCsは、各々ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsと命名した。ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsは、典型的なNPCマーカーNESTIN及びSOX1を発現した(図10A)。対照的に、多能性因子OCT4及びNANOGの発現は、ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsでは検出されなかった(図10B)。
【0094】
ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsを、NPC表面マーカーCD133を用いた正の選択及びヒトESC表面マーカーSSEA4を用いた負の選択で選別した。分化細胞の大多数は、CD133陽性及びSSEA4陰性であった(図10C)。CD133陽性及びSSEA4陰性の細胞集団を移植実験のために採取した。移植前に、ASPA2及びASPA3 NPCsにおけるASPA活性を試験し、ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsのASPA活性は、CD2 NPCs及びCD3 NPCsに比べて強力であったことが見出された(図10D)。要約すると、移植前のASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsの同一性、純度及び有効性が実証された。
【0095】
選別されたCD133陽性及びSSEA4陰性のASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsを、上記及び方法に記載したように、新生仔CDマウスの脳に移植した。
移植3ヶ月後、移植したCDマウス脳において、ヒト核抗原及びOLIG2の両方に陽性である細胞が検出された(図14A)。そのうえ、生着細胞は、MBP陽性の成熟オリゴデンドロサイトを生成しえた(図15A)。移植された脳におけるヒト核抗原及びMBPの両方について陽性である生着細胞の存在を共焦点画像の直交図で確認した(図15B)。移植した細胞の一部により、ASPA2 NPCs又はASPA3 NPCsを移植したCD脳でGFAP陽性星状細胞が生成した(図14B)。
【0096】
ASPA2 NPCs又はASPA3 NPCsを用いて移植さしたCDマウスの脳のASPA酵素活性を調べた。視床、小脳及び脳幹を含む、移植した脳の複数の脳領域において、移植しなかったCDマウス脳における活性に比べて、強力なASPA酵素活性が検出された(図15C)。ASPA1 NPCを移植したCDマウスと同様に、視床、小脳及び脳幹を含む、ASPA2 NPC又はASPA3 NPCを移植したCDマウス脳では、が空胞化著しく減少していた(図15D及び15E)。
【0097】
次いで、ASPA2 NPCs又はASPA3 NPCsを受けたCDマウスを、加速型ロータロッドトレッドミルを用いて試した。ASPA2 NPCs及びASPA3 NPCsは、移植しなかったCDマウスに比べて、移植したCDマウスのロータロッド能を実質的に改善した(図15F)。ASPA2 NPCs又はASPA3 NPCsのいずれかを用いて移植したCDマウスのワイヤ懸垂試験でも、移植しなかったCDマウスに比べて、握力が実質的に増強された(図15G)。これらの結果をまとめると、ASPA2 NPCs又はASPA3 NPCsのいずれかを用いた移植により、CDのマウスモデルの運動機能が実質的に改善されることが示される。これらの結果は、遺伝的に修正されたCD患者iPSCs由来のNPCsがCDの病理学的表現型を寛解させるための治療的潜在能力を有するという、概念証明(proof-of-concept)を提供する。
【実施例0098】
ASPA1 NPCを移植したCDマウスでは腫瘍は形成されない
ASPA1 NPCsは、CDマウスの脳に最大で10ヶ月間にわたって移植された。
この10ヶ月の期間中、移植したマウスを毎月モニターしたが、腫瘍形成の徴候は観察されなかった(表5)。10ヶ月目の終わりに、移植したマウスを採取し、さらなる腫瘍解析のためにヘマトキシリン・エオシン染色で解析した。これらの切片でも典型的な腫瘍組織は発見されなかった(図16A及び16B)。ASPA1 NPCを移植したマウスで腫瘍が形成されなかったことで、ASPA1 NPCが生着された脳におけるヒト核抗原陽性細胞及びKi67陽性細胞の割合が低かったことが明らかにされたように、非常に低い有糸分裂指数(mitotic index)と相関していた(図17A及び17B)。
表5 ASPA1 NPCを移植したマウスの安全性モニタリング
【表5】
参考文献
【表6】
【表7】
【表8】
【表9】
【表10】
【表11】
【表12】
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
【配列表】
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【外国語明細書】