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JP7729579B2 - Culture technology for differentiating ovarian tissue from pluripotent stem cells - Google Patents
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JP7729579B2 - Culture technology for differentiating ovarian tissue from pluripotent stem cells - Google Patents

Culture technology for differentiating ovarian tissue from pluripotent stem cells

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JP7729579B2 JP2021010090A JP2021010090A JP7729579B2 JP 7729579 B2 JP7729579 B2 JP 7729579B2 JP 2021010090 A JP2021010090 A JP 2021010090A JP 2021010090 A JP2021010090 A JP 2021010090A JP 7729579 B2 JP7729579 B2 JP 7729579B2
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Description

本発明は、多能性幹細胞から卵巣組織を再生する培養技術に関する。 The present invention relates to a culture technique for regenerating ovarian tissue from pluripotent stem cells.

生殖細胞系列は、種の存続を支える唯一の細胞系列である。そして、生殖細胞のうちの卵子は、発生をスタートさせ初期発生をけん引する役割を有しており、きわめて重要かつ一時的な役割を担っている。 The germ cell lineage is the only cell lineage that supports the survival of a species. Among germ cells, the egg plays an extremely important and temporary role, initiating development and driving early development.

これまで、マウスを用いた研究によりES細胞、iPS細胞から、体外培養で始原生殖細胞様細胞を作出する方法(非特許文献1、特許文献1、2)、及び始原生殖細胞様細胞から機能的な卵子を再生する方法が報告されている(特許文献3)。しかし、非特許文献1においては、減数分裂、卵胞形成を遂行させ、成熟卵子を得るためにマウス体内への移植を用いており、完全に体外培養で卵子を成熟させていない。 Previous studies using mice have reported methods for producing primordial germ cell-like cells from ES cells and iPS cells through in vitro culture (Non-Patent Document 1, Patent Documents 1 and 2), as well as a method for regenerating functional oocytes from primordial germ cell-like cells (Patent Document 3). However, in Non-Patent Document 1, meiosis and follicle formation are carried out and transplantation into mice is used to obtain mature oocytes, and the oocytes are not fully matured through in vitro culture.

また、特許文献3の方法では、体外培養で卵子を成熟させているものの、卵子を育てる卵巣体細胞(卵胞)を生体から採取する必要があった。このため、卵巣組織の採取に困難なヒトを含めた様々な動物において、卵子の再生をすることは困難であった。 Furthermore, while the method of Patent Document 3 matures eggs through in vitro culture, it is necessary to collect ovarian somatic cells (follicles) from the living body to nurture the eggs. This makes it difficult to regenerate eggs from various animals, including humans, from which it is difficult to collect ovarian tissue.

このように、現段階において、生体組織を使用することなく、無限に増える多能性幹細胞の使用のみで機能的な卵子の作製に成功した例はない。生体組織を使用することなく、機能的な卵子を作製できれば、複雑な生殖細胞の分化メカニズムの解明や、体外培養で作られる配偶子を用いた個体の作成も可能になる。そのため、生体細胞を一切使用しない、機能的な卵子の作製技術が望まれていた。 As such, at this stage, there have been no successful examples of creating functional eggs using only pluripotent stem cells, which multiply infinitely, without using living tissue. If functional eggs could be created without using living tissue, it would be possible to elucidate the complex mechanisms of germ cell differentiation and create individuals using gametes produced through in vitro culture. For this reason, there has been a desire for a technology to create functional eggs without using any living cells.

国際公開WO2012/020687号International Publication No. WO2012/020687 国際公開WO2014/133194号International Publication No. WO2014/133194 国際公開WO2017/047799号International Publication No. WO2017/047799

Hayashi K., et al, “Offspring from Oocytes Derived from in Vitro Primordial Germ Cell-like Cells in Mice.” Science 338, 971-975 (2012)Hayashi K., et al, “Offspring from Oocytes Derived from in Vitro Primordial Germ Cell-like Cells in Mice.” Science 338, 971-975 (2012)

本発明の課題は、多能性幹細胞から卵巣体細胞組織へと分化誘導させることにより、生体組織に依存しない卵子産生系を構築することである。 The objective of this invention is to construct an egg production system that is independent of living tissue by inducing differentiation of pluripotent stem cells into ovarian somatic tissue.

上記課題を解決すべく、発明者らは鋭意研究を重ねた結果、多能性幹細胞から分化したエピブラスト様細胞を、BMPアゴニスト及びWntアゴニスト存在下で培養し、その後BMPアゴニスト、レチノイン酸、SHHアゴニスト及びFGF阻害剤存在下で培養することにより、卵巣体細胞が良好に培養されることを見出した。 In order to solve the above problems, the inventors conducted extensive research and discovered that ovarian somatic cells can be successfully cultured by culturing epiblast-like cells differentiated from pluripotent stem cells in the presence of a BMP agonist and a Wnt agonist, and then culturing them in the presence of a BMP agonist, retinoic acid, an SHH agonist, and an FGF inhibitor.

さらに、本発明者らは、得られた卵巣体細胞と、多能性幹細胞から別途誘導した卵母細胞を培養することにより、生体組織を一切使用しなくとも、卵子の作製ができることを見出した。 Furthermore, the inventors discovered that by culturing the obtained ovarian somatic cells with oocytes separately induced from pluripotent stem cells, it is possible to produce eggs without using any living tissue.

本発明はこれらの知見に基づいて完成されたものであり、以下に示す広い態様の発明を含むものである。
[項1]
多能性幹細胞から、in vitroで卵巣体細胞組織を製造する方法であって、
(a)多能性幹細胞から分化したエピブラスト様細胞を、BMPアゴニスト及びWntアゴニストの存在下で培養して初期中胚葉を誘導する工程と、
(b)前記初期中胚葉を、BMPアゴニスト、レチノイン酸、SHHアゴニスト及びFGF阻害剤の存在下で培養して中間中胚葉を誘導する工程と、
を含む方法。
[項2]
(c)前記中間中胚葉を、BMPアゴニスト及びFGFアゴニストの存在下で培養して卵巣体細胞組織を誘導する工程
をさらに含む項1に記載の方法。
[項3]
前記BMPアゴニストがBMP4であり、前記WntアゴニストがCHIR99021である、項1又は2に記載の方法。
[項4]
前記BMPアゴニストがBMP4であり、SHHアゴニストがSHHであり、前記FGF阻害剤がPD0325901である、項1~3のいずれか1項に記載の方法。
[項5]
前記FGFアゴニストがFGF9である、項2~4のいずれか1項に記載の方法。
[項6A]
GV期卵母細胞を製造する方法であって、
(d)項1~5のいずれか1項に記載の方法により得られる卵巣体細胞組織と、始原生殖細胞とをエストロジェン、又はエストロジェンと類似の機能を有する因子の影響を排除する条件下で培養して、卵母細胞、顆粒膜細胞層、及び莢膜細胞層を含む二次卵胞を形成させる工程と、
(e)工程(d)で 形成した二次卵胞における顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との間の結合を部分的に切断する工程と、
(f)前記二次卵胞を構成する卵母細胞、顆粒膜細胞層、及び莢膜細胞層を、高分子化合物を含む培地で培養することにより、前記卵母細胞をGV期卵母細胞へと分化する工程と、
を含む、方法。
[項6B]
GV期卵母細胞を製造する方法であって、
(D)項1~5のいずれか1項に記載の方法により卵巣体細胞組織を得る工程と、
(E)前記卵巣体細胞組織と、始原生殖細胞とをエストロジェン、又はエストロジェンと類似の機能を有する因子の影響を排除する条件下で培養して卵母細胞、顆粒膜細胞層、及び莢膜細胞層を含む二次卵胞を形成させる工程と、
(F)工程(E)で 形成した二次卵胞における顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との間の結合を部分的に切断する工程と、
(G)前記二次卵胞を構成する卵母細胞、顆粒膜細胞層、及び莢膜細胞層を、高分子化合物を含む培地で培養することにより、前記卵母細胞をGV期卵母細胞へと分化する工程と、
を含む、方法。
[項7]
項6に記載の方法であって、前記高分子化合物が、ポリビニルピロリドン、フィコール、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及び血清アルブミンからなる群より選択される少なくとも一つの化合物であることを特徴とする方法。
[項8A]
卵子の作出方法であって、
(g)項6又は7に記載の方法により得られるGV期卵母細胞を体外成熟培養することで減数分裂を再開させる工程
を含む、方法。
[項8B]
卵子の作出方法であって、
(H)項6又は7に記載の方法によりGV期卵母細胞を得る工程と、
(I)前記GV期卵母細胞を体外成熟培養することで減数分裂を再開させる工程と
を含む、方法。
[項9]
項1~5のいずれか1項に記載の方法により得られる卵巣体細胞組織。
[項10]
項6又は7に記載の方法により得られるGV期卵母細胞。
[項11]
項8に記載の方法により得られる卵子。
[項12]
多能性幹細胞を、in vitroで卵巣体細胞組織に分化するためのキットであって、
BMPアゴニスト、Wntアゴニスト、レチノイン酸、SHHアゴニスト、FGF阻害剤、又は、それらの組み合わせを含む、キット。
The present invention has been completed based on these findings and includes the following broad aspects.
[Section 1]
A method for producing ovarian somatic tissue in vitro from pluripotent stem cells, comprising:
(a) culturing epiblast-like cells differentiated from pluripotent stem cells in the presence of a BMP agonist and a Wnt agonist to induce early mesoderm;
(b) culturing the early mesoderm in the presence of a BMP agonist, retinoic acid, an SHH agonist, and an FGF inhibitor to induce intermediate mesoderm;
A method comprising:
[Section 2]
Item 1. The method according to Item 1, further comprising the step of (c) culturing the intermediate mesoderm in the presence of a BMP agonist and an FGF agonist to induce ovarian somatic tissue.
[Section 3]
Item 3. The method according to Item 1 or 2, wherein the BMP agonist is BMP4 and the Wnt agonist is CHIR99021.
[Section 4]
Item 4. The method according to any one of Items 1 to 3, wherein the BMP agonist is BMP4, the SHH agonist is SHH, and the FGF inhibitor is PD0325901.
[Section 5]
Item 5. The method according to any one of Items 2 to 4, wherein the FGF agonist is FGF9.
[Section 6A]
A method for producing GV stage oocytes, comprising:
(d) culturing the ovarian somatic tissue obtained by the method according to any one of items 1 to 5 and primordial germ cells under conditions that exclude the influence of estrogen or a factor having a function similar to estrogen, to form secondary follicles containing oocytes, a granulosa cell layer, and a theca cell layer;
(e) partially cleaving the bonds between the granulosa cell layer and the theca cell layer in the secondary follicles formed in step (d);
(f) differentiating the oocytes, granulosa cell layer, and theca cell layer constituting the secondary follicles into GV stage oocytes by culturing them in a medium containing a polymer compound;
A method comprising:
[Section 6B]
A method for producing GV stage oocytes, comprising:
(D) Obtaining ovarian somatic tissue by the method according to any one of items 1 to 5;
(E) culturing the ovarian somatic tissue and primordial germ cells under conditions that exclude the influence of estrogen or factors with estrogen-like functions to form secondary follicles containing oocytes, granulosa cell layers, and theca cell layers;
(F) partially cleaving the bonds between the granulosa cell layer and the theca cell layer in the secondary follicles formed in step (E);
(G) differentiating the oocytes, granulosa cell layer, and theca cell layer constituting the secondary follicles into GV stage oocytes by culturing them in a medium containing a polymer compound;
A method comprising:
[Section 7]
Item 7. The method according to Item 6, wherein the polymer compound is at least one compound selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, ficoll, hydroxypropyl methylcellulose, and serum albumin.
[Section 8A]
A method for producing eggs, comprising:
(g) A method comprising a step of resuming meiosis by in vitro maturation culture of GV stage oocytes obtained by the method according to 6 or 7.
[Section 8B]
A method for producing eggs, comprising:
(H) Obtaining GV stage oocytes by the method described in Item 6 or 7;
(I) a step of resuming meiosis by in vitro maturation culture of the GV stage oocytes.
[Section 9]
Item 6. An ovarian somatic tissue obtained by the method according to any one of Items 1 to 5.
[Section 10]
A GV stage oocyte obtained by the method according to Item 6 or 7.
[Section 11]
Item 9. An ovum obtained by the method according to Item 8.
[Section 12]
A kit for differentiating pluripotent stem cells into ovarian somatic tissue in vitro, comprising:
A kit comprising a BMP agonist, a Wnt agonist, a retinoic acid, an SHH agonist, an FGF inhibitor, or a combination thereof.

本発明によれば、多能性幹細胞から卵巣体細胞組織を分化誘導することができる。また、得られた卵巣体細胞と、多能性幹細胞から別途誘導した卵母細胞とを培養することにより、生体組織を一切使用しなくとも、卵子の作製をすることができる。 According to the present invention, it is possible to induce differentiation of ovarian somatic tissue from pluripotent stem cells. Furthermore, by culturing the resulting ovarian somatic cells with oocytes separately induced from pluripotent stem cells, it is possible to produce eggs without using any biological tissue.

実施例中の(1)における、T-GFPとPDGFRAのFACS解析の結果である。培養2日後(上段)と4日後(下段)で比較している。初期中胚葉ではT-GFPとPDGFRAが両方陽性となるため、T-GFPとPDGFRAが両方陽性である、2日間培養が好ましいことがわかる。This shows the results of FACS analysis of T-GFP and PDGFRA in Example (1). Comparison is made between 2 days (upper panel) and 4 days (lower panel) of culture. Since both T-GFP and PDGFRA are positive in early mesoderm, it is clear that 2 days of culture, when both T-GFP and PDGFRA are positive, is preferable. 実施例中の(1)における、Osr1-GFPとFoxf1-tdTomatoでのFACS解析である。Osr1は中間中胚葉(IMM)のマーカーであり、Foxf1は側板中胚葉(LPM)のマーカーであるため、Osr1陽性、Foxf1陰性の条件が好ましい。FACS analysis of Osr1-GFP and Foxf1-tdTomato was performed in Example (1). Because Osr1 is a marker for the intermediate mesoderm (IMM) and Foxf1 is a marker for the lateral plate mesoderm (LPM), Osr1-positive and Foxf1-negative conditions are preferred. 実施例中の(1)における、BMP4とCHIR99021の濃度を変えた際の、各マーカーの発現量を示す。IMMのマーカー値が高く、沿軸中胚葉(PM)及びLPMのマーカーが低くなる条件が好ましい。The expression levels of each marker when the concentrations of BMP4 and CHIR99021 are varied in Example (1) are shown. Conditions that result in high IMM marker levels and low paraxial mesoderm (PM) and LPM marker levels are preferred. 実施例中の(2)における、レチノイン酸、SHH、PD0325901の濃度を変えた際の、各マーカーの発現量を示すQ-PCR分析結果である。いずれのマーカーも生殖腺体細胞前駆体のマーカーであるため、高値となる条件が好ましい。This shows the results of Q-PCR analysis of the expression levels of each marker when the concentrations of retinoic acid, SHH, and PD0325901 were varied in Example (2). Because all of these markers are markers for gonadal somatic cell precursors, conditions that result in high values are preferred. 実施例中の(2)における、レチノイン酸、SHH、PD0325901の濃度を変えた際の、Gata4陽性かつOsr1弱陽性の細胞数を示す。Gata4陽性かつOsr1弱陽性の細胞数が多くなる条件が好ましい。The figure shows the number of Gata4-positive and weakly Osr1-positive cells when the concentrations of retinoic acid, SHH, and PD0325901 were varied in Example (2). Conditions that result in a large number of Gata4-positive and weakly Osr1-positive cells are preferred. 実施例中の(3)における、E12.5とFOSCLsの二次元UMAPプロットである。This is a two-dimensional UMAP plot of E12.5 and FOSCLs in (3) of the Example. 実施例中の(5)における二次卵胞形成時の培養の様子を示す。E12.5あるいはFOSLCsと、PGCLCsを共に培養した。FxT:Foxl2-tdTomato、SC:stella-CFP、BV:Blimp1-mVenusThis shows the state of culture during secondary follicle formation in Example (5). E12.5 or FOSLCs were cultured together with PGCLCs. FxT: Foxl2-tdTomato, SC: stella-CFP, BV: Blimp1-mVenus 実施例中の(5)における二次卵胞形成時の培養における、自己組織化の様子を示す、免疫系蛍光法分析結果である。1 shows the results of immunofluorescence analysis showing the state of self-organization during culture during secondary follicle formation in Example (5). 実施例中の(6)における二次卵胞の体外培養を示す、蛍光分析結果である。1 shows the results of fluorescence analysis showing the in vitro culture of secondary follicles in Example (6). 実施例中の(7)における卵子への成熟を示す、蛍光分析結果である。培養前後の卵母細胞―卵丘細胞複合体(COC)を示している。1 shows the results of fluorescence analysis showing oocyte maturation in Example (7), showing oocyte-cumulus cell complexes (COCs) before and after culture. 実施例中の(8)における、FOSCLsから得られた新生仔である。These are newborns obtained from FOSCLs in Example (8). 実施例中の(8)における、新生仔が成熟した生体マウスである。In Example (8), the newborn mice are mature living mice. 実施例中の(8)における、新生仔が成熟した生体マウス同士から、新たな個体が誕生した。In Example (8), new individuals were born from the mating of live mice whose newborns had matured.

<多能性幹細胞からの、卵巣体細胞組織の製造>
本明細書において、「多能性幹細胞」とは、生体に存在する様々な細胞に分化可能である多能性と、未分化状態を保持したまま増殖できる自己再生能を併せ持つ細胞であり、本発明で使用されるエピブラスト様細胞に誘導される任意の細胞が包含される。多能性幹細胞としては、特に限定されないが、例えば、胚性幹細胞(ES細胞)、人工多能性幹細胞(iPS細胞)、胚性生殖細胞(EG細胞)、精子幹細胞(GS細胞)、骨髄間葉系細胞から単離されるMuse細胞等を挙げることができる。上記に列挙した多能性幹細胞は、それぞれ公知の方法により得ることができる。
<Production of ovarian somatic tissue from pluripotent stem cells>
As used herein, "pluripotent stem cells" refer to cells that possess both pluripotency, which allows them to differentiate into various cells present in the body, and the ability to self-renew, allowing them to proliferate while maintaining an undifferentiated state. This term encompasses any cell that can be induced to become the epiblast-like cells used in the present invention. Examples of pluripotent stem cells include, but are not limited to, embryonic stem cells (ES cells), induced pluripotent stem cells (iPS cells), embryonic germ cells (EG cells), spermatogonial stem cells (GS cells), and Muse cells isolated from bone marrow mesenchymal cells. The pluripotent stem cells listed above can be obtained by known methods.

なお、本発明に使用される多能性幹細胞は、哺乳動物に由来するものを用いる。哺乳動物の例としては、マウス、ラット、ヒト、サル、イヌ、ブタ、ウシ、ネコ、ヤギ、ヒツジ、ウサギ、モルモット、ハムスター等が挙げられるが、好ましくはマウスである。 The pluripotent stem cells used in the present invention are derived from mammals. Examples of mammals include mice, rats, humans, monkeys, dogs, pigs, cows, cats, goats, sheep, rabbits, guinea pigs, and hamsters, with mice being preferred.

本発明において、エピブラスト様細胞を分化誘導するために用いられるES細胞は、公知の方法により得ることができる。例えば、対象動物の受精卵の胚盤胞の中にある内部細胞塊を採取し、当該内部細胞塊を線維芽細胞に由来するフェダー細胞上で培養することによって樹立できる。 In the present invention, the ES cells used to induce differentiation into epiblast-like cells can be obtained by known methods. For example, they can be established by collecting the inner cell mass from the blastocyst of a fertilized egg of the target animal and culturing the inner cell mass on Feder cells derived from fibroblasts.

本発明において、エピブラスト様細胞を分化誘導するために用いられるiPS細胞は、対象動物のドナーから採取した体細胞の初代培養細胞由来であっても良く、樹立細胞株由来であっても良い。また、iPS細胞に用いる体細胞は、原則的には外胚葉系、内胚葉系のいずれの胚葉系細胞由来のものであっても良い。iPS細胞は、公知の方法により得ることができる。具体的には、例えば、Okita K. et al, "Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells." Nature 448, 313-317 (2007)、Hamanaka S. et al., “Generation of germline-competent rat induced pluripotent stem cells” PLoS One 6(7), e22008 (2011)、Ohnuki M. et al., “Generation and characterization of human induced pluripotent stem cells.” Curr Protoc Stem Cell Biol. Jun Chapter 4: Unit 4A.2, (2009)等を参考にして行うことができる。 In the present invention, the iPS cells used to induce differentiation into epiblast-like cells may be derived from primary cultures of somatic cells collected from a donor animal, or may be derived from an established cell line. Furthermore, the somatic cells used for iPS cells may, in principle, be derived from either ectodermal or endodermal germ layers. iPS cells can be obtained by known methods. Specifically, this can be done with reference to, for example, Okita K. et al., "Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells." Nature 448, 313-317 (2007), Hamanaka S. et al., "Generation of germline-competent rat induced pluripotent stem cells" PLoS One 6(7), e22008 (2011), Ohnuki M. et al., "Generation and characterization of human induced pluripotent stem cells." Curr Protoc Stem Cell Biol. Jun Chapter 4: Unit 4A.2, (2009), etc.

また、本明細書において「エピブラスト様細胞(EpiLC)」とは、多能性幹細胞に由来する、原腸陥入前のエピブラスト細胞と同等の特性を有する細胞である。より詳細には、エピブラスト様細胞(EpiLC)は、以下の特性のいずれか又は両方を有する細胞として定義される。
(1)分化誘導前の多能性幹細胞と比較して、Fgf5、Wnt3及びDnmt3bから選択される少なくとも一つの遺伝子発現の上昇。
(2)分化誘導前の多能性幹細胞と比較して、Gata4、Gata6、Sox17及びBlimp1から選択される少なくとも一つの遺伝子発現の低下。
Furthermore, as used herein, "epiblast-like cells (EpiLCs)" are cells derived from pluripotent stem cells and have properties equivalent to those of pre-gastrulation epiblast cells. More specifically, epiblast-like cells (EpiLCs) are defined as cells that have either or both of the following properties:
(1) Increased expression of at least one gene selected from Fgf5, Wnt3, and Dnmt3b compared to pluripotent stem cells before differentiation induction.
(2) A decrease in the expression of at least one gene selected from Gata4, Gata6, Sox17, and Blimp1, compared to pluripotent stem cells before differentiation induction.

ES細胞、iPS細胞からエピブラスト様細胞を分化誘導する方法は、公知の方法、例えば、特許文献1、Cell 146, 519-532 (2011)、 Science 338, 971-975 (2012)等を参考にして行うことができる。 Methods for inducing differentiation of epiblast-like cells from ES cells or iPS cells can be performed by referring to known methods, such as Patent Document 1, Cell 146, 519-532 (2011), Science 338, 971-975 (2012), etc.

(a) 多能性幹細胞から分化したエピブラスト様細胞を、BMPアゴニスト及びWntアゴニストの存在下で培養して初期中胚葉を誘導する工程
本発明の方法は、「(a)多能性幹細胞から分化したエピブラスト様細胞を、BMPアゴニスト及びWntアゴニストの存在下で培養して初期中胚葉を誘導する工程」を含む。
(a) A step of inducing early mesoderm by culturing epiblast-like cells differentiated from pluripotent stem cells in the presence of a BMP agonist and a Wnt agonist. The method of the present invention comprises "(a) a step of inducing early mesoderm by culturing epiblast-like cells differentiated from pluripotent stem cells in the presence of a BMP agonist and a Wnt agonist."

上記(a)での分化誘導用基本培地としては、例えば、αMEM培地、Neurobasal培地、Neural Progenitor Basal培地、NS-A培地、BME培地、BGJb培地、CMRL 1066培地、最小必須培地(MEM)、GMEM培地、Eagle MEM培地、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、Glasgow MEM培地、Improved MEM Zinc Option培地、IMDM培地、Medium 199培地、DMEM/F12培地、StemPro-34SFM培地、ハム培地、RPMI 1640培地、HTF培地、Fischer’s培地、及びこれらの混合培地等が挙げられるが、これらに限定されない。 Examples of basal media for differentiation induction in (a) above include, but are not limited to, αMEM medium, Neurobasal medium, Neural Progenitor Basal medium, NS-A medium, BME medium, BGJb medium, CMRL 1066 medium, Minimum Essential Medium (MEM), GMEM medium, Eagle MEM medium, Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM), Glasgow MEM medium, Improved MEM Zinc Option medium, IMDM medium, Medium 199 medium, DMEM/F12 medium, StemPro-34SFM medium, Ham's medium, RPMI 1640 medium, HTF medium, Fischer's medium, and mixtures thereof.

培地は、血清含有培地であっても、無血清培地であっても良い。無血清培地が好ましく使用される。無血清培地(SFM)とは、未処理又は未精製の血清をいずれも含まない培地を意味し、精製された血液由来成分又は動物組織由来成分(増殖因子等)を含有する培地が挙げられる。血清(例えば、ウシ胎児血清(FBS)、ヒト血清等)の濃度は、0~20%、好ましくは0~5%、より好ましくは0~2%、最も好ましくは0%(すなわち、無血清)である。SFMは任意の血清代替物を含んでもよい。血清代替物としては、例えば、アルブミン(例えば、脂質リッチアルブミン、組換えアルブミン等のアルブミン代替物、植物デンプン、デキストラン及びタンパク質加水分解物等)、トランスフェリン(又は他の鉄輸送体)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3’-チオグリセロールあるいはこれらの均等物等が挙げられる。また、KnockOut Serum Replacement(KSR)、Glutamax等が挙げられる。これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 The medium may be serum-containing or serum-free. Serum-free medium is preferred. Serum-free medium (SFM) refers to a medium that does not contain either raw or unpurified serum, including media containing purified blood-derived components or animal tissue-derived components (e.g., growth factors). The serum concentration (e.g., fetal bovine serum (FBS), human serum, etc.) is 0-20%, preferably 0-5%, more preferably 0-2%, and most preferably 0% (i.e., serum-free). SFM may contain any serum substitute. Examples of serum substitutes include albumin (e.g., lipid-rich albumin, albumin substitutes such as recombinant albumin, plant starch, dextran, and protein hydrolysates), transferrin (or other iron transporters), fatty acids, insulin, collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thioglycerol, or equivalents thereof. Other examples include KnockOut Serum Replacement (KSR) and Glutamax. These can be used alone or in combination of two or more.

培地は、基本培地の必須添加物として、BMPアゴニスト及びWntアゴニストを含有する。 The medium contains BMP agonists and Wnt agonists as essential supplements to the basal medium.

BMPアゴニストとしては、例えば、BMPファミリータンパク質等が挙げられる。例えば、BMP2、BMP3、BMP4、BMP5、BMP6、BMP7、BMP8a、BMP8b、BMP9、BMP10、BMP11、BMP12、BMP13、BMP14、BMP15等が挙げられ、この中でも特に、BMP4が好ましい。BMPアゴニストの濃度は、好ましくは0.01ng/mL以上、より好ましくは0.1ng/ml以上である。また、BMPアゴニストの濃度は、好ましくは10ng/mL以下、より好ましくは5ng/mL以下、特に好ましくは2ng/ml以下である。 BMP agonists include, for example, BMP family proteins. Examples include BMP2, BMP3, BMP4, BMP5, BMP6, BMP7, BMP8a, BMP8b, BMP9, BMP10, BMP11, BMP12, BMP13, BMP14, and BMP15, with BMP4 being particularly preferred. The concentration of the BMP agonist is preferably 0.01 ng/mL or higher, more preferably 0.1 ng/mL or higher. The concentration of the BMP agonist is preferably 10 ng/mL or lower, more preferably 5 ng/mL or lower, and particularly preferably 2 ng/mL or lower.

Wntアゴニストとしては、Wntファミリータンパク質、Frizzled受容体活性化物質、内在性Wntアンタゴニストの阻害剤、細胞内β-カテニン抑制物質の阻害剤、細胞内β-カテニン分解の阻害剤等が挙げられる。好ましくはGSK-3β阻害剤であり、特に好ましくはCHIR99021である。Wntアゴニストの濃度は、好ましくは3μM以上、より好ましくは5μM以上であり、特に好ましくは10μM以上である。また、Wntアゴニストの濃度は、好ましくは50μM以下、より好ましくは20μM以下である。 Examples of Wnt agonists include inhibitors of Wnt family proteins, Frizzled receptor activators, endogenous Wnt antagonists, inhibitors of intracellular β-catenin suppressors, and inhibitors of intracellular β-catenin degradation. GSK-3β inhibitors are preferred, with CHIR99021 being particularly preferred. The concentration of the Wnt agonist is preferably 3 μM or higher, more preferably 5 μM or higher, and particularly preferably 10 μM or higher. Furthermore, the concentration of the Wnt agonist is preferably 50 μM or lower, more preferably 20 μM or lower.

培地は、その他公知の添加物を含んでもよい。添加物は特に限定されないが、例えば、成長因子、ポリアミン類、ミネラル、糖類(例えば、グルコース等)、有機酸(例えば、ピルビン酸、乳酸等)、アミノ酸(例えば、非必須アミノ酸(NEAA)、L-グルタミン等)、還元剤(例えば、2-メルカプトエタノール等)、ビタミン類(例えば、アスコルビン酸、d-ビオチン等)、ステロイド、抗生物質(例えば、ストレプトマイシン、ペニシリン等)、緩衝剤(例えば、HEPES等)、栄養添加物(例えば、B27 supplement、N2 supplement、StemPro-Nutrient Supplement等)を挙げることができる。これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。各添加物は公知の濃度範囲で含まれることが好ましい。 The medium may contain other known additives. The additives are not particularly limited, but examples include growth factors, polyamines, minerals, sugars (e.g., glucose, etc.), organic acids (e.g., pyruvic acid, lactic acid, etc.), amino acids (e.g., non-essential amino acids (NEAA), L-glutamine, etc.), reducing agents (e.g., 2-mercaptoethanol, etc.), vitamins (e.g., ascorbic acid, d-biotin, etc.), steroids, antibiotics (e.g., streptomycin, penicillin, etc.), buffers (e.g., HEPES, etc.), and nutritional additives (e.g., B27 supplement, N2 supplement, StemPro-Nutrient Supplement, etc.). These can be used alone or in combination of two or more. It is preferable that each additive be present within a known concentration range.

工程(a)の培養において、エピブラスト様細胞から初期中胚葉を誘導する培養工程は、例えば公知の細胞非接着性又は低接着性培養器にエピブラスト様細胞を播種し、培養することにより行うことができる。培養条件は以下に限定されないが、例えば、1~10% CO2/99~90%大気の雰囲気下で行うことができる。培養温度は約30~40℃であり、好ましくは約37℃である。培養期間は4日未満、好ましくは約2日間(例えば、48±12時間、好ましくは48±6時間)である。 In the culture step (a), the culture step of inducing early mesoderm from epiblast-like cells can be carried out, for example, by seeding epiblast-like cells in a known cell-non-adhesive or low-adhesive culture vessel and culturing them. Culture conditions are not limited to the following, but for example, the culture can be carried out in an atmosphere of 1-10% CO2 /99-90% air. The culture temperature is approximately 30-40°C, preferably approximately 37°C. The culture period is less than 4 days, preferably approximately 2 days (e.g., 48±12 hours, preferably 48±6 hours).

(b) 工程(a)により得られる初期中胚葉を、BMPアゴニスト、レチノイン酸、SHHアゴニスト及びFGF阻害剤の存在下で培養して中間中胚葉を誘導する工程
また、本発明は、上記工程(a)により得られた初期中胚葉を用いて、「(b)前記初期中胚葉を、BMPアゴニスト、レチノイン酸、SHHアゴニスト及びFGF阻害剤の存在下で培養して中間中胚葉を誘導する工程」をさらに含む。
(b) A step of inducing intermediate mesoderm by culturing the early mesoderm obtained by step (a) in the presence of a BMP agonist, retinoic acid, an SHH agonist, and an FGF inhibitor. The present invention further comprises "(b) a step of inducing intermediate mesoderm by culturing the early mesoderm obtained by step (a) in the presence of a BMP agonist, retinoic acid, an SHH agonist, and an FGF inhibitor."

上記工程(b)での分化誘導用基本培地としては、工程(a)で使用するために例示した基本培地及び血清又は血清代替物が同様に使用される。 The basal medium for differentiation induction in step (b) above can be the same as the basal medium and serum or serum substitute exemplified for use in step (a).

上記工程(b)での基本培地の必須添加物として、BMPアゴニスト、レチノイン酸、SHHアゴニスト及びFGF阻害剤を含有する。 The essential additives of the basal medium in step (b) above include a BMP agonist, retinoic acid, an SHH agonist, and an FGF inhibitor.

BMPアゴニストとは、例えば、BMPファミリータンパク質等が挙げられる。例えば、BMP2、BMP3、BMP4、BMP5、BMP6、BMP7、BMP8a、BMP8b、BMP9、BMP10、BMP11、BMP12、BMP13、BMP14、BMP15等が挙げられ、この中でも特に、BMP4が好ましい。BMPアゴニストの濃度は、好ましくは0.01ng/mL以上、より好ましくは0.1ng/ml以上である。また、BMPアゴニストの濃度は、好ましくは10ng/mL以下、より好ましくは5ng/mL以下、特に好ましくは2ng/ml以下である。 BMP agonists include, for example, BMP family proteins. Examples include BMP2, BMP3, BMP4, BMP5, BMP6, BMP7, BMP8a, BMP8b, BMP9, BMP10, BMP11, BMP12, BMP13, BMP14, and BMP15, with BMP4 being particularly preferred. The concentration of the BMP agonist is preferably 0.01 ng/mL or higher, more preferably 0.1 ng/mL or higher. The concentration of the BMP agonist is preferably 10 ng/mL or lower, more preferably 5 ng/mL or lower, and particularly preferably 2 ng/mL or lower.

レチノイン酸の濃度は、好ましくは0.1μM以上、より好ましくは1μM以上であり、また、好ましくは10μM以下、より好ましくは5μM以下である。 The concentration of retinoic acid is preferably 0.1 μM or more, more preferably 1 μM or more, and preferably 10 μM or less, more preferably 5 μM or less.

SHHアゴニストとは、ソニックヘッジホッグ・パスウェイを活性化し、Wntシグナル伝達を阻害する物質であり、好ましくはSHH(Sonic hedgehog)である。SHHアゴニストの濃度は、好ましくは1ng/mL以上、より好ましくは10ng/mL以上である。また、好ましくは300ng/mL以下であり、より好ましくは50ng/mL以下である。 An SHH agonist is a substance that activates the sonic hedgehog pathway and inhibits Wnt signaling, preferably SHH (sonic hedgehog). The concentration of the SHH agonist is preferably 1 ng/mL or higher, more preferably 10 ng/mL or higher. It is also preferably 300 ng/mL or lower, more preferably 50 ng/mL or lower.

FGF阻害剤とは、線維芽細胞増殖因子(FGF)の阻害剤であり、好ましくはPD0325901である。FGF阻害剤の濃度は、好ましくは好ましくは0.1μM以上、より好ましくは0.5μM以上、であり、また、好ましくは10μM以下、より好ましくは5μM以下である。 The FGF inhibitor is an inhibitor of fibroblast growth factor (FGF), preferably PD0325901. The concentration of the FGF inhibitor is preferably 0.1 μM or higher, more preferably 0.5 μM or higher, and preferably 10 μM or lower, more preferably 5 μM or lower.

上記工程(b)での基本培地に用いられるその他の添加剤としては、工程(a)で使用するために例示したその他の添加剤が同様に使用される。 Other additives used in the basal medium in step (b) above can be the same as those exemplified for use in step (a).

また、工程(b)においては、Wntアゴニストを好ましくは含有しない。工程(b)でのWntアゴニストの追加は中間中胚葉の形成を阻害する。 In addition, step (b) preferably does not contain a Wnt agonist. Addition of a Wnt agonist in step (b) inhibits the formation of intermediate mesoderm.

工程(b)の培養において、初期中胚葉を中間中胚葉へと誘導する培養条件は、以下に限定されないが、例えば、1~10% CO2/99~90%大気の雰囲気下で行うことができる。培養温度は約30~40℃であり、好ましくは約37℃である。培養期間は3日未満、好ましくは約2日間(例えば、48±12時間、好ましくは48±6時間)である。 In the culture of step (b), the culture conditions for inducing early mesoderm to intermediate mesoderm include, but are not limited to, an atmosphere of 1-10% CO2 /99-90% air. The culture temperature is about 30-40°C, preferably about 37°C. The culture period is less than 3 days, preferably about 2 days (e.g., 48±12 hours, preferably 48±6 hours).

(c) 工程(b)により得られる中間中胚葉を、BMPアゴニスト及びFGFアゴニストの存在下で培養して卵巣体細胞組織を誘導する工程
本発明は、上記工程(b)により得られた中間中胚葉を用いて、「(c)前記中間中胚葉を、BMPアゴニスト及びFGFアゴニストの存在下で培養して卵巣体細胞組織を誘導する工程」をさらに含む。
(c) A step of inducing ovarian somatic tissue by culturing the intermediate mesoderm obtained by step (b) in the presence of a BMP agonist and an FGF agonist. The present invention further comprises "(c) a step of inducing ovarian somatic tissue by culturing the intermediate mesoderm obtained by step (b) in the presence of a BMP agonist and an FGF agonist."

上記工程(c)での分化誘導用基本培地としては、工程(a)で使用するために例示した基本培地及び血清又は血清代替物が同様に使用される。 The basal medium for differentiation induction in step (c) above can be the same as the basal medium and serum or serum substitute exemplified for use in step (a).

上記工程(c)での基本培地の添加物として、好ましくはBMPアゴニスト及びFGFアゴニストを含有する。 The additives to the basal medium in step (c) above preferably contain a BMP agonist and an FGF agonist.

BMPアゴニストとしては、BMP又はBMPシグナル伝達経路を活性化する物質が挙げられ、例えば、BMPファミリータンパク質等が挙げられる。例えば、BMP2、BMP3、BMP4、BMP5、BMP6、BMP7、BMP8a、BMP8b、BMP9、BMP10、BMP11、BMP12、BMP13、BMP14、BMP15等が挙げられ、この中でも特に、BMP4が好ましい。BMPアゴニストの濃度は、好ましくは0.01ng/mL以上、より好ましくは1ng/ml以上である。また、BMPアゴニストの濃度は、好ましくは100ng/mL以下、より好ましくは30ng/mL以下である。 BMP agonists include substances that activate BMP or the BMP signaling pathway, such as BMP family proteins. Examples include BMP2, BMP3, BMP4, BMP5, BMP6, BMP7, BMP8a, BMP8b, BMP9, BMP10, BMP11, BMP12, BMP13, BMP14, and BMP15, with BMP4 being particularly preferred. The concentration of the BMP agonist is preferably 0.01 ng/mL or higher, more preferably 1 ng/mL or higher. The concentration of the BMP agonist is preferably 100 ng/mL or lower, more preferably 30 ng/mL or lower.

FGFアゴニストとしては、FGF又はFGFシグナル伝達経路を活性化する物質が挙げられ、例えば、FGFファミリータンパク質等が挙げられる。例えば、FGF9、bFGF、FGF2、FGF4等が挙げられ、この中でも、FGF9が好ましい。FGFアゴニストの濃度は、好ましくは0.01ng/mL以上、より好ましくは0.1ng/ml以上である。また、FGFアゴニストの濃度は、好ましくは100ng/mL以下、より好ましくは10ng/mL以下である。 FGF agonists include substances that activate FGF or the FGF signaling pathway, such as FGF family proteins. Examples include FGF9, bFGF, FGF2, and FGF4, with FGF9 being preferred. The concentration of the FGF agonist is preferably 0.01 ng/mL or higher, more preferably 0.1 ng/mL or higher. The concentration of the FGF agonist is preferably 100 ng/mL or lower, more preferably 10 ng/mL or lower.

上記工程(c)での基本培地に用いられるその他の添加剤としては、工程(a)で使用するために例示したその他の添加剤が同様に使用される。 Other additives used in the basal medium in step (c) above can be the same as those exemplified for use in step (a).

工程(c)の培養において、中間中胚葉を卵巣体細胞組織へと誘導する培養条件は、以下に限定されないが、例えば、1~10% CO2/99~90%大気の雰囲気下で行うことができる。培養温度は約30~40℃であり、好ましくは約37℃である。培養期間は4日未満、好ましくは約2日間(例えば、48±12時間、好ましくは48±6時間)である。 In the culture of step (c), the culture conditions for inducing intermediate mesoderm into ovarian somatic tissue include, but are not limited to, an atmosphere of 1-10% CO2 /99-90% air. The culture temperature is about 30-40°C, preferably about 37°C. The culture period is less than 4 days, preferably about 2 days (e.g., 48±12 hours, preferably 48±6 hours).

本明細書において「卵巣体細胞組織」とは、多能性幹細胞に由来する、胎仔の卵巣体細胞と同等の特性を有する細胞であり、将来、卵胞を形成する顆粒膜細胞、莢膜細胞等へと分化する特性を有する。より詳細には、卵巣体細胞組織は、以下の特性を有する細胞として定義される。
(1)エピブラスト様細胞と比較して、Nr5a1の遺伝子発現の上昇。
よって、卵巣体細胞組織への分化誘導は、例えば、卵巣体細胞組織のマーカー遺伝子の発現レベルを分析することにより確認できる。
As used herein, "ovarian somatic tissue" refers to cells derived from pluripotent stem cells that have properties equivalent to those of fetal ovarian somatic cells, and that have the ability to differentiate into granulosa cells, theca cells, etc. that will form follicles in the future. More specifically, ovarian somatic tissue is defined as cells that have the following properties:
(1) Increased gene expression of Nr5a1 compared to epiblast-like cells.
Therefore, induction of differentiation into ovarian somatic tissue can be confirmed, for example, by analyzing the expression levels of ovarian somatic tissue marker genes.

また、本発明は、多能性幹細胞から卵巣体細胞組織への分化誘導用試薬キットも提供する。なお、本発明のキットには、BMPアゴニスト、Wntアゴニスト、レチノイン酸、SHHアゴニスト、FGF阻害剤、又は、それらの組み合わせを含むことができる。好ましくは、BMPアゴニスト、Wntアゴニスト、レチノイン酸、SHHアゴニスト、FGF阻害剤のすべてを含むキットである。また、キットには培養に必要なその他の試薬、ウェル等の器具等を含むこともできる。 The present invention also provides a reagent kit for inducing differentiation of pluripotent stem cells into ovarian somatic tissue. The kit of the present invention may contain a BMP agonist, a Wnt agonist, a retinoic acid, an SHH agonist, an FGF inhibitor, or a combination thereof. Preferably, the kit contains all of a BMP agonist, a Wnt agonist, a retinoic acid, an SHH agonist, and an FGF inhibitor. The kit may also contain other reagents necessary for culture, equipment such as wells, etc.

(d) 工程(c)により得られる卵巣体細胞組織と、始原生殖細胞とをエストロジェン、又は、エストロジェンと類似の機能を有する因子の影響を排除する条件下で培養して二次卵胞を形成させる工程
本発明は、工程(c)により得られる卵巣体細胞組織を用いて、「(d)卵巣体細胞組織と、始原生殖細胞とをエストロジェン、又は、エストロジェンと類似の機能を有する因子の影響を排除する条件下で培養して二次卵胞を形成させる工程」をさらに含む。
(d) A step of culturing the ovarian somatic tissue obtained in step (c) and primordial germ cells under conditions that eliminate the influence of estrogen or factors with estrogen-like functions to form secondary follicles. The present invention further comprises "(d) a step of culturing the ovarian somatic tissue and primordial germ cells under conditions that eliminate the influence of estrogen or factors with estrogen-like functions to form secondary follicles" using the ovarian somatic tissue obtained in step (c).

本明細書において、「始原生殖細胞」とは、生殖細胞へ分化する予定の細胞であり、卵原細胞又は精原細胞を経て卵子又は精子へと分化する細胞をいう。始原生殖細胞は、生体由来のものであっても、多能性幹細胞より分化した始原生殖細胞様細胞(primordial germ cell like cell:PGCLC)であってもよい。本発明に用いられる「始原生殖細胞」には、始原生殖細胞より発生段階が進み、減数分裂を開始した一次卵母細胞も含まれる。また、生体由来の始原生殖細胞又は多能性幹細胞由来の始原生殖細胞様細胞であって、当該細胞の遺伝子を遺伝子工学の手法を用いて改変した細胞も含まれる。 As used herein, "primordial germ cells" refer to cells that are destined to differentiate into germ cells, and that differentiate into eggs or sperm via oogonia or spermatogonia. Primordial germ cells may be derived from a living organism, or may be primordial germ cell-like cells (PGCLCs) differentiated from pluripotent stem cells. The "primordial germ cells" used in the present invention also include primary oocytes, which have progressed in development from primordial germ cells and have begun meiosis. Primordial germ cells derived from a living organism or primordial germ cell-like cells derived from pluripotent stem cells, also include cells whose genes have been modified using genetic engineering techniques.

多能性幹細胞、特にiPS細胞、ES細胞から始原生殖細胞を分化誘導する方法は、例えば非特許文献1、Hayashi K. et al., “Reconstitution of the mouse germ cell specification pathway in culture by pluripotent stem cells.” Cell, Aug 19, 146(4), 519-32 (2011)等を参考にして行うことができる。 Methods for inducing differentiation of primordial germ cells from pluripotent stem cells, particularly iPS cells and ES cells, can be performed with reference to, for example, Non-Patent Document 1, Hayashi K. et al., "Reconstitution of the mouse germ cell specification pathway in culture by pluripotent stem cells," Cell, Aug. 19, 146(4), 519-32 (2011), etc.

また、工程(d)の前に、始原生殖細胞と工程(c)により得られる卵巣体細胞組織 とからなる凝集塊を作製する培養工程を行うことが好ましい。始原生殖細胞と工程(c)により得られる卵巣体細胞組織とからなる凝集塊を作製する方法は、例えば、K. Hayashi, O. Hikabe, Y. Obata, Y. Hirao, Reconstitution of mouse oogenesis in a dish from pluripotent stem cells. Nat Protoc 12, 1733-1744 (2017).、特許文献3、非特許文献5等を参考にして行うことができる。例えば、Retinoic Acid及びY27632を含有するGK15培地(GMEMに15%KSR、1xGlutaMax、1x penicillin/streptomycin(100 U/ml Penicillin及び0.1 mg/ml streptomycin)、100μM 2-mercaptoethanol、1μM Retinoic Acid、10μM Y27632を添加した培地)中で、始原生殖細胞と工程(c)により得られる卵巣体細胞組織とを混合し凝集させて培養することで実施することができる。培養には低吸着の培養皿を用いることが好ましい。例えば、凝集塊を作製するための培養期間を1~4日とすることができ、好ましくは2日である。 In addition, it is preferable to carry out a culture step prior to step (d) to prepare an aggregate consisting of primordial germ cells and the ovarian somatic tissue obtained in step (c). The method for preparing an aggregate consisting of primordial germ cells and the ovarian somatic tissue obtained in step (c) can be carried out with reference to, for example, K. Hayashi, O. Hikabe, Y. Obata, Y. Hirao, "Reconstitution of mouse oogenesis in a dish from pluripotent stem cells." Nat Protoc 12, 1733-1744 (2017)," Patent Document 3, Non-Patent Document 5, etc. For example, this can be achieved by mixing, aggregating, and culturing the primordial germ cells and the ovarian somatic tissue obtained in step (c) in GK15 medium containing retinoic acid and Y27632 (medium prepared by adding 15% KSR, 1x GlutaMax, 1x penicillin/streptomycin (100 U/ml penicillin and 0.1 mg/ml streptomycin), 100 μM 2-mercaptoethanol, 1 μM retinoic acid, and 10 μM Y27632 to GMEM). It is preferable to use a low-adhesion culture dish for culturing. For example, the culture period for producing aggregates can be 1 to 4 days, preferably 2 days.

また、始原生殖細胞と工程(c)により得られる卵巣体細胞組織との混合時の割合は、作製された凝集塊が二次卵胞を形成し、機能的なGV期卵母細胞を形成する限りにおいて限定されないが、例えばマウスの場合においては、多能性幹細胞由来PGCLCと生殖巣由来の体細胞との細胞数の比を、1:5以上1:40以下とすることが好ましい。より好ましくは1:15以上1:25以下である。 Furthermore, the ratio of the primordial germ cells to the ovarian somatic cell tissue obtained in step (c) when mixed is not limited as long as the produced aggregates form secondary follicles and functional GV-stage oocytes. However, in the case of mice, for example, the cell number ratio of pluripotent stem cell-derived PGCLCs to gonad-derived somatic cells is preferably 1:5 or more and 1:40 or less, and more preferably 1:15 or more and 1:25 or less.

本明細書において、「エストロジェン、又は、エストロジェンと類似の機能を有する因子の影響を排除する条件下」での培養には、「エストロジェン阻害剤」の存在下で培養することが含まれる。本発明に使用する「エストロジェン阻害剤」とは、エストロジェンのレセプターの活性化を阻害できる作用を有するものであり、例えば、エストロジェンレセプターのアンタゴニスト、ICI 182,780((7R,9S,13S,14S,17S)-7-(9-(4,4,5,5,5-Pentafluoropentylsulfinyl)nonyl)-7,8,9,11,12,13,14,15,16,17-decahydro-13-methyl-6H-cyclopenta[a]phenanthrene-3,17-diol)、タモキシフェンクエン酸塩、4-ヒドロキシタモキシフェン、MPP(4-[1-(4-hydroxyphenyl)-4-methyl-5-[4-[2-(1-piperidinyl)ethoxy]phenyl]-1H-pyrazol-3-yl]-phenol)、PHTPP (4-[2-Phenyl-5,7-bis(trifluoromethyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]phenol)、G15((3aS,4R,9bR)-4-(6-Bromo-1,3-benzodioxol-5-yl)-3a,4,5,9b-3H-cyclopenta[c]quinoline)等、を使用することができる。これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。この中でも特に、ICI 182,780が好ましい。また、エストロジェン阻害剤としては、上記のものに限定されず、エストロジェンレセプターの活性化を阻害できる作用を有し、かつ、始原生殖細胞を機能的な卵母細胞へ分化可能なものである限り使用することができる。なおエストロジェン阻害剤の添加は、卵母細胞シスト崩壊及び/又は原始卵胞が形成されるより前のタイミングで添加することが好ましい。また、前記凝集塊の作製の開始時点から「エストロジェン、又は、エストロジェンと類似の機能を有する因子の影響を排除する条件下」で培養する必要はなく、少なくとも卵母細胞シスト崩壊及び/又は原始卵胞が形成される時期に「エストロジェン、又は、エストロジェンと類似の機能を有する因子の影響を排除する条件下」で培養することが好ましい。 As used herein, culturing "under conditions that eliminate the effects of estrogen or factors with estrogen-like functions" includes culturing in the presence of an "estrogen inhibitor." The "estrogen inhibitor" used in the present invention is an agent that has the effect of inhibiting the activation of estrogen receptors, and examples thereof include estrogen receptor antagonists, ICI 182,780 ((7R,9S,13S,14S,17S)-7-(9-(4,4,5,5,5-Pentafluoropentylsulfinyl)nonyl)-7,8,9,11,12,13,14,15,16,17-decahydro-13-methyl-6H-cyclopenta[a]phenanthrene-3,17-diol), tamoxifen citrate, 4-hydroxytamoxifen, MPP (4-[1-(4-hydroxyphenyl)-4-methyl-5-[4-[2-(1-piperidinyl)ethoxy]phenyl]-1H-pyrazol-3-yl]-phenol), and PHTPP. (4-[2-Phenyl-5,7-bis(trifluoromethyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]phenol), G15 ((3aS,4R,9bR)-4-(6-Bromo-1,3-benzodioxol-5-yl)-3a,4,5,9b-3H-cyclopenta[c]quinoline), etc. can be used. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, ICI 182,780 is particularly preferred. Furthermore, the estrogen inhibitor is not limited to the above, and any inhibitor that can inhibit estrogen receptor activation and can differentiate primordial germ cells into functional oocytes can be used. It is preferable to add the estrogen inhibitor before oocyte cyst breakdown and/or primordial follicle formation. Furthermore, it is not necessary to culture the aggregates "under conditions that eliminate the influence of estrogen or factors with estrogen-like functions" from the start of production, but it is preferable to culture the aggregates "under conditions that eliminate the influence of estrogen or factors with estrogen-like functions" at least during the period of oocyte cyst breakdown and/or primordial follicle formation.

エストロジェン阻害剤の濃度としては、0.01~50μMの範囲で培地に添加することが好ましく、0.1~10μMの範囲がより好ましい。 The concentration of estrogen inhibitors added to the culture medium is preferably in the range of 0.01 to 50 μM, and more preferably in the range of 0.1 to 10 μM.

工程(d)での分化誘導用基本培地としては、工程(a)で使用するために例示した基本培地が同様に使用され、これに血清、又は代替血清が添加される。血清(例えば、ウシ胎児血清(FBS)、ヒト血清等)の濃度は、0.1~20%、好ましくは2~10%である。 The basal medium for differentiation induction in step (d) is the same as the basal medium exemplified for use in step (a), to which serum or a serum substitute is added. The concentration of serum (e.g., fetal bovine serum (FBS), human serum, etc.) is 0.1-20%, preferably 2-10%.

また、「エストロジェン、又は、エストロジェンと類似の機能を有する因子の影響を排除する条件下」での培養には、無血清培地での培養が含まれる。無血清培地(SFM)とは、未処理又は未精製の血清をいずれも含まない培地を意味し、精製された血液由来成分又は動物組織由来成分(増殖因子等)を含有する培地が挙げられる。SFMは、工程(a)で使用するために例示した基本培地が同様に使用され、任意の代替血清を含んでもよい。代替血清としては、例えば、SPS(Serum Protein Substitute)、KSR(KnockOut Serum Replacement)、SSS(serum substitute supplement)等が挙げられ、これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。好ましくはSPSあるいはKSRである。代替血清の濃度としては、5%~20%の範囲で培地に添加することが好ましく、10%がより好ましい。 Culturing "under conditions that eliminate the effects of estrogen or factors with estrogen-like functions" also includes culturing in serum-free medium. Serum-free medium (SFM) refers to a medium that does not contain any untreated or unpurified serum, and examples include media containing purified blood-derived components or animal tissue-derived components (e.g., growth factors). SFM can be similar to the basal medium exemplified for use in step (a), and may contain any alternative serum. Examples of alternative serum include SPS (Serum Protein Substitute), KSR (KnockOut Serum Replacement), and SSS (serum substitute supplement), which can be used alone or in combination. SPS or KSR is preferred. The alternative serum is preferably added to the medium at a concentration of 5% to 20%, with 10% being more preferred.

また、無血清培地を用いて培養を行う期間は、卵母細胞シストの崩壊と原始卵胞の形成が完了する期間とすることが好ましい。工程(d)における始原生殖細胞の培養期間中、終始無血清培地を用いて培養することもできる。また、適宜血清培地から無血清培地へ切り替えて培養することもできる。なお、無血清培地を用いない期間の培養には、工程(a)で使用するために例示した基本培地にFBS等の血清を添加した培地を用いて培養することが好ましい。 The period of culture using serum-free medium is preferably the period during which the breakdown of oocyte cysts and the formation of primordial follicles are completed. During the culture period of primordial germ cells in step (d), culture can be performed using serum-free medium throughout. Culture can also be performed by switching from serum medium to serum-free medium as appropriate. During the period when serum-free medium is not used, it is preferable to culture using a medium in which serum such as FBS has been added to the basal medium exemplified for use in step (a).

また、工程(d)での基本培地に用いられるその他の添加剤としては、工程(a)で使用するために例示したその他の添加剤が同様に使用される。 Furthermore, other additives used in the basal medium in step (d) can be the same as those exemplified for use in step (a).

工程(d)の培養において、二次卵胞へと誘導する培養条件は、以下に限定されないが、例えば、1~10% CO2/99~90%大気の雰囲気下で行うことができる。培養温度は約30~40℃であり、好ましくは約37℃である。培養期間は予め作製した凝集塊の培養開始から数えて11~25日間培養することが好ましい。なお、工程(d)の培養期間は、培養する始原生殖細胞の由来する動物種等により異なるが、始原生殖細胞が生体内で二次卵胞を形成するまでの期間を目安とすることが好ましい。 In the culture of step (d), the culture conditions for inducing secondary follicles are not limited to the following, but can be, for example, 1-10% CO2 /99-90% air atmosphere. The culture temperature is approximately 30-40°C, preferably approximately 37°C. The culture period is preferably 11-25 days counting from the start of culture of the previously prepared aggregates. The culture period in step (d) varies depending on the animal species from which the cultured primordial germ cells are derived, but is preferably set to the period required for the primordial germ cells to form secondary follicles in vivo.

(e) 形成した二次卵胞を構成する卵母細胞、顆粒膜細胞層、及び、莢膜細胞層のうち、顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との間の結合を部分的に切断する工程
本発明は、工程(d)により得られる二次卵胞に対し、「(e)形成した二次卵胞を構成する卵母細胞、顆粒膜細胞層、及び、莢膜細胞層のうち、顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との間の結合を部分的に切断する工程」をさらに含む。工程(e)の方法は、例えば特許文献3等を参考にして行うことができる。
(e) A step of partially severing the bonds between the granulosa cell layer and the theca cell layer among the oocytes, granulosa cell layers, and theca cell layers that constitute the formed secondary follicles. The present invention further comprises, for the secondary follicles obtained by step (d), "(e) a step of partially severing the bonds between the granulosa cell layer and theca cell layer among the oocytes, granulosa cell layers, and theca cell layers that constitute the formed secondary follicles." The method of step (e) can be performed with reference to, for example, Patent Document 3.

工程(d)の培養により得られた二次卵胞は、卵母細胞の周りを顆粒膜細胞の層が取り囲み、さらに顆粒膜細胞の層を莢膜細胞の層が取り囲む構造をしている。工程(e)においては、卵胞を形成している顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との結合を部分的に切断する。 The secondary follicles obtained by culturing in step (d) have a structure in which a layer of granulosa cells surrounds the oocyte, and a layer of theca cells surrounds the granulosa cell layer. In step (e), the bond between the granulosa cell layer and theca cell layer that form the follicle is partially severed.

顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との結合を部分的に切断するには、酵素処理及び/又は物理的処理により行うことができる。好ましくは、酵素処理と物理的処理を組みあわせて当該結合を切断する方法である。 Partial severing of the bond between the granulosa cell layer and theca cell layer can be achieved by enzymatic treatment and/or physical treatment. A preferred method is to sever the bond by combining enzymatic treatment and physical treatment.

酵素処理としては、市販のコラゲナーゼを公知の培地で溶解・希釈して行うことができる。なお、工程(e)での分化誘導用基本培地としては、工程(a)で使用するために例示した基本培地が同様に使用される。コラゲナーゼとしては例えば、I型コラゲナーゼ、II型コラゲナーゼ、III型I型コラゲナーゼ、IV型コラゲナーゼ、V型コラゲナーゼ、VI型コラゲナーゼ、VII型コラゲナーゼ等が挙げられ、I型コラゲナーゼを用いることが好ましい。コラゲナーゼの濃度は、0.05~0.5%が好ましい。好ましくは0.1%である。温度は30~40℃の範囲が好ましく、より好ましくは37℃である。処理時間は2~15分が好ましい。 Enzyme treatment can be performed by dissolving and diluting commercially available collagenase in a known medium. The basal medium for differentiation induction in step (e) is the same as the basal medium exemplified for use in step (a). Examples of collagenase include type I collagenase, type II collagenase, type III collagenase, type IV collagenase, type V collagenase, type VI collagenase, and type VII collagenase, with type I collagenase being preferred. The collagenase concentration is preferably 0.05-0.5%, and more preferably 0.1%. The temperature is preferably in the range of 30-40°C, more preferably 37°C. The treatment time is preferably 2-15 minutes.

また、物理的処理としては、例えば、ガラスキャピラリーあるいはピペットマンを用いたピペッティングにより行うことができる。顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との結合の部分的な切断は、莢膜細胞層の全体あるいは一部が卵胞から剥離された状態を目安に行えばよい。 Physical treatment can be performed, for example, by pipetting using a glass capillary or a pipetman. Partial severing of the bond between the granulosa cell layer and the thecal cell layer can be performed when all or part of the thecal cell layer has been detached from the follicle.

顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との結合を切断するための処理は、卵胞の培養開始0日目~7日目に行うことが好ましく、培養2日目~4日目で行うのがより好ましい。なお、二次卵胞の単離後すぐに顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との結合を切断するための処理を行わず、1日~3日程度の前培養を行うことで、卵胞がインサートメンブレンに接着して安定するため好ましい。なお、このような前培養に用いる培地は、下記工程(f)に用いる培地と同様の培地を用いることができる。なお、好ましい実施形態として、前培養に用いる培地に対してGDF9及び/又はBMP15を添加することができる。これらの化合物を二次卵胞の前培養に用いる培地に添加することで、顆粒膜細胞の増殖をより促進することができる。例えば、αMEMに対してGDF9及びBMP15を10~20ng/ml、好ましくは15ng/mlの割合で添加することができる。 The treatment to disrupt the bond between the granulosa cell layer and the thecal cell layer is preferably performed between days 0 and 7 after the start of follicle culture, and more preferably between days 2 and 4 of culture. It is preferable to pre-culture the secondary follicles for about 1 to 3 days without performing the treatment to disrupt the bond between the granulosa cell layer and thecal cell layer immediately after isolation, as this allows the follicles to adhere to the insert membrane and become stable. The medium used for such pre-culture can be the same as the medium used in step (f) below. In a preferred embodiment, GDF9 and/or BMP15 can be added to the medium used for pre-culture. Adding these compounds to the medium used for pre-culture of secondary follicles can further promote the proliferation of granulosa cells. For example, GDF9 and BMP15 can be added to αMEM at a ratio of 10 to 20 ng/ml, preferably 15 ng/ml.

(f) 前記二次卵胞を構成する卵母細胞、顆粒膜細胞層、及び、莢膜細胞層を、高分子化合物を含む培地で培養することにより、前記卵母細胞をGV期卵母細胞へと分化する工程
本発明は、工程(e)により得られる二次卵胞を用いて、「(f)前記二次卵胞を構成する卵母細胞、顆粒膜細胞層、及び、莢膜細胞層を、高分子化合物を含む培地で培養することにより、前記卵母細胞をGV期卵母細胞へと分化する工程」をさらに含む。工程(f)の方法は、例えば特許文献3等を参考にして行うことができる。
(f) A step of differentiating the oocytes into GV stage oocytes by culturing the oocytes, granulosa cell layer, and theca cell layer constituting the secondary follicles in a medium containing a polymer compound. The present invention further comprises "(f) a step of differentiating the oocytes into GV stage oocytes by culturing the oocytes , granulosa cell layer, and theca cell layer constituting the secondary follicles in a medium containing a polymer compound" using the secondary follicles obtained in step (e). The method of step (f) can be performed with reference to, for example, Patent Document 3.

本発明の二次卵胞の体外培養に用いられる培地には、基本培地に対して高分子化合物を添加した培地を使用する。なお、工程(f)での分化誘導用基本培地としては、工程(a)で使用するために例示した基本培地が同様に使用される。基本培地には、高分子化合物のほか、例えば、ウシ胎仔血清(Fetal bovine serum; FBS)、卵胞刺激ホルモン(Follicle Stimulating Hormone; FSH)等を基本培地に適宜含有させてもよい。 The medium used for the in vitro culture of secondary follicles of the present invention is a basal medium to which a polymer compound has been added. The basal medium for differentiation induction in step (f) is the same as the basal medium exemplified for use in step (a). In addition to the polymer compound, the basal medium may also contain, as appropriate, fetal bovine serum (FBS), follicle-stimulating hormone (FSH), etc.

本発明において使用される高分子化合物としては、二次卵胞の培養に用いられるものを、広く使用することができる。特に、水に溶解しやすいこと、細胞毒性が極めて低いこと、培養中に培養液のpH等を不安定にさせる性質を有さないこと、また、その他にも初期の特性が長期間安定して維持されること、等の条件を満たす高分子化合物が好ましい。また、培養に使用した際、卵母細胞の生存性を損なわないこと、卵母細胞周囲の顆粒膜細胞、莢膜細胞等の体細胞が脱落しないこと、かつ卵母細胞を中心とした構造を失わないこと(不規則で広範な細胞増殖が起こらないこと)等の条件を満たすものであり、機能的な卵母細胞への分化に影響がない化合物が好ましい。例えば、合成ポリマー、多糖類系ポリマー、タンパク質、プロテオグリカン等が挙げられる。例えば合成ポリマーとしては、ポリビニルピロリドン(PVP;分子量約36万)、ポリビニルアルコール(PVA;分子量約7万~10万)等が挙げられる。多糖類系ポリマーとしては、デキストラン、ヒドロキシエチル化デンプン、セルロース類の誘導体(例えばヒドロキシプロピルメチルセルロース)、スクロースの合成ポリマーであるフィコール(分子量40万)(Ficoll(登録商標))、ヒアルロン酸や又はコンドロイチン硫酸のグリコサミノグリカン等が挙げられる。タンパク質としては血清アルブミン(分子量約6.9万)等が挙げられる。また、プロテオグリカンとしてはコンドロイチン硫酸プロテオグリカン等が挙げられる。これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 The polymer compounds used in the present invention can be any of those commonly used in secondary follicle culture. In particular, polymer compounds that satisfy the following criteria are preferred: high water solubility, extremely low cytotoxicity, lack of properties that destabilize the pH of the culture medium during culture, and stable long-term maintenance of initial characteristics. Furthermore, compounds that do not impair oocyte viability when used in culture, prevent the shedding of somatic cells such as granulosa cells and theca cells surrounding the oocyte, and maintain the oocyte-centered structure (no irregular or extensive cell proliferation), and do not affect differentiation into functional oocytes, are preferred. Examples of suitable polymers include synthetic polymers, polysaccharide polymers, proteins, and proteoglycans. Synthetic polymers include polyvinylpyrrolidone (PVP; molecular weight approximately 360,000) and polyvinyl alcohol (PVA; molecular weight approximately 70,000-100,000). Examples of polysaccharide polymers include dextran, hydroxyethylated starch, cellulose derivatives (e.g., hydroxypropylmethylcellulose), a synthetic polymer of sucrose called ficoll (molecular weight 400,000) (Ficoll (registered trademark)), and glycosaminoglycans such as hyaluronic acid and chondroitin sulfate. Examples of proteins include serum albumin (molecular weight approximately 69,000). Examples of proteoglycans include chondroitin sulfate proteoglycan. These can be used alone or in combination of two or more.

なお、本発明において特に好ましい高分子化合物としては、限定されるものではないが、PVP、フィコール(Ficoll(登録商標))、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、血清アルブミンが挙げられる。 Particularly preferred polymer compounds in the present invention include, but are not limited to, PVP, Ficoll (registered trademark), hydroxypropyl methylcellulose, and serum albumin.

添加する高分子化合物の濃度は、例えば、基本培地に対して約1~12%(w/v)の範囲内で使用することができ、好ましくは1~8%(w/v)、より好ましくは1~4%(w/v)、最も好ましくは約2%(w/v)とすることができる。 The concentration of the polymer compound added can be, for example, within the range of approximately 1-12% (w/v) of the basal medium, preferably 1-8% (w/v), more preferably 1-4% (w/v), and most preferably approximately 2% (w/v).

なお、工程(f)における二次卵胞の培養期間は、二次卵胞内の卵母細胞が機能的なGV期卵母細胞を形成するまでの期間を目安とすることが好ましく、例えば12~16日間培養することが好ましい。 The culture period for secondary follicles in step (f) is preferably set to the period required for the oocytes in the secondary follicles to form functional GV-stage oocytes, and is preferably 12 to 16 days, for example.

(g) 工程(f)により得られるGV期卵母細胞を体外成熟培養することで減数分裂を再開させる工程
本発明は、工程(f)により得られるGV期卵母細胞を用いて、「(g)工程(f)により得られるGV期卵母細胞を体外成熟培養することで減数分裂を再開させる工程」をさらに含む。工程(g)の工程では、一般に使用されている未成熟卵母細胞を体外成熟させるための公知の培養方法を行うことにより、GV期卵母細胞を卵子に成熟させることができる。
(g) A step of resuming meiosis by in vitro maturation culture of the GV stage oocytes obtained by step (f ) The present invention further comprises "(g) a step of resuming meiosis by in vitro maturation culture of the GV stage oocytes obtained by step (f)" using the GV stage oocytes obtained by step (f). In step (g), the GV stage oocytes can be matured into eggs by carrying out a known culture method that is commonly used for in vitro maturation of immature oocytes.

なお、本明細書で「卵子」とは、減数分裂第二分裂中期(MII期)に至り、MII期で停止した状態の卵子をいう。また、本発明において得られる卵子は機能的な卵子でありうる。ここで、機能的な卵子とは、精子との受精等により、正常な個体へと発生する能力を有し、かつ、当該個体が正常な次世代を残す能力を有する卵子を言う。 As used herein, "egg" refers to an egg that has reached metaphase II of meiosis (MII) and is arrested at the MII stage. Furthermore, the eggs obtained in the present invention may be functional eggs. Here, a functional egg refers to an egg that has the ability to develop into a normal individual through fertilization with sperm, etc., and that has the ability for that individual to produce normal offspring.

GV期卵母細胞から卵子へと成熟させる工程では、通常、卵母細胞の発育のための培養を終えた培養皿から卵母細胞―卵丘細胞複合体(COC)を回収し、成熟用培地で洗浄した後、最終的な成熟用培地に移すことで行う。成熟用培地としては、工程(a)で使用するために例示した基本培地が同様に使用される。基本培地には、ピルビン酸ナトリウム、抗生物質、性腺刺激ホルモン、成長因子、血清、卵胞液等が適宜添加される。これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 The process of maturing GV stage oocytes into eggs is usually carried out by collecting oocyte-cumulus cell complexes (COCs) from a culture dish after oocyte development, washing them with a maturation medium, and then transferring them to a final maturation medium. The same basal medium as exemplified for use in step (a) can be used as the maturation medium. Sodium pyruvate, antibiotics, gonadotropins, growth factors, serum, follicular fluid, etc. can be added to the basal medium as appropriate. These can be used alone or in combination of two or more.

このようにして得られた卵子は、通常の体外受精に用いることができるほか、単為発生胚の作製や、クローン動物作出におけるレシピエント卵子等に用いることができる。 The eggs obtained in this way can be used for conventional in vitro fertilization, as well as for producing parthenogenetic embryos and as recipient eggs in the production of cloned animals.

以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 The present invention will be further explained below using examples, but the present invention is not limited to these examples.

<材料>
ES細胞
卵巣体細胞組織(FOSLCs)の誘導に用いたES細胞は、以下の遺伝的背景を有するマウスの胚盤胞より樹立したES細胞株である。
・T-GFP mESCs (B6D2F1 female and TnEGFP-CreERT2/- male)・Osr1-GFP mESCs for knock-in of Foxf1-tdTomato (B6D2F1 female and Osr1-GFP male)
・Osr1-GFP mESCs for knock-in of Gata4-CFP (C57Bl/6J female and Osr1-GFP male)
・Nr5a1-hCD271 mESCs for knock-in of Foxl2-tdTomato (129X1/Svj female and Nr5a1-hCD271 male)
(なお、ICRマウス、C57Bl/6Jマウス、 129X1/Svjマウス、及びB6D2F1マウスはいずれもJapan SLCから購入したものであり、TnEGFP-CreERT2/-マウス、Osr1-GFPマウス、Nr5a1-hCD271マウスはC57Bl/6Jマウス由来である。)
<Materials>
ES cells
The ES cells used to induce ovarian somatic tissues (FOSLCs) were established from blastocysts of mice with the following genetic backgrounds:
・T-GFP mESCs (B6D2F1 female and T nEGFP-CreERT2/- male) ・Osr1-GFP mESCs for knock-in of Foxf1-tdTomato (B6D2F1 female and Osr1-GFP male)
・Osr1-GFP mESCs for knock-in of Gata4-CFP (C57Bl/6J female and Osr1-GFP male)
・Nr5a1-hCD271 mESCs for knock-in of Foxl2-tdTomato (129X1/Svj female and Nr5a1-hCD271 male)
(ICR, C57Bl/6J, 129X1/Svj, and B6D2F1 mice were all purchased from Japan SLC, and TnEGFP-CreERT2/- , Osr1-GFP, and Nr5a1-hCD271 mice were derived from C57Bl/6J mice.)

<多能性幹細胞から始原生殖細胞様細胞(PGCLCs)への誘導>
多能性幹細胞から始原生殖細胞様細胞(PGCLCs)への誘導は、特許文献3、Hayashi K. et al., “Reconstitution of the mouse germ cell specification pathway in culture by pluripotent stem cells.” Cell, Aug 19, 146(4), 519-32 (2011)に記載の方法に従って行った。
<Induction of pluripotent stem cells into primordial germ cell-like cells (PGCLCs)>
Pluripotent stem cells were induced to primordial germ cell-like cells (PGCLCs) according to the method described in Patent Document 3, Hayashi K. et al., "Reconstitution of the mouse germ cell specification pathway in culture by pluripotent stem cells," Cell, Aug. 19, 146(4), 519-32 (2011).

PGCLCsの誘導に用いたES細胞は、Blimp1-mVenus及びStella-ECFP(BVSC)が遺伝子導入されたマウス(the Jackson Laboratory)の胚盤胞より樹立したES細胞株である。なお、Blimp1はPGC様細胞(PGCLC)のマーカー遺伝子であり、StellaはPGCLC及び卵母細胞のマーカー遺伝子である。また、本実施例に用いたES細胞の核型は40本の染色体(38XX)を有する雌の細胞である。 The ES cells used to induce PGCLCs were an ES cell line established from blastocysts of mice (the Jackson Laboratory) transfected with Blimp1-mVenus and Stella-ECFP (BVSC). Blimp1 is a marker gene for PGC-like cells (PGCLCs), and Stella is a marker gene for PGCLCs and oocytes. The karyotype of the ES cells used in this example was female, with 40 chromosomes (38XX).

PGCLCへの誘導に用いるES細胞は、2i (PD0325901, 0.4μM: Stemgent, San Diego, CA; CHIR99021, 3μM: Stemgent)及びLIF (1000 u/ml)を含むN2B27培地を用いて、フィーダーフリーの条件下で2日間培養した(5%CO2、95%空気、37℃)。次いで、ヒト血漿由来フィブロネクチンでコーティングした培養皿と、Activin (20 ng/ml)、bFGF (12 ng/ml)、及び、KSR (1%)を含むN2B27培地とを用いてES/iPS細胞を2日間培養することによりエピブラスト様細胞(EpiLC)に分化させた。得られたEpiLCは、BMP4 (500 ng/ml; R&D Systems)、LIF (1000 u/ml; Invitrogen)、SCF (100 ng/ml; R&D Systems)、及び、EGF (50 ng/ml; R&D Systems)を含む無血清培地(GK15; 15% KSR、0.1mM NEAA、1mM sodium pyruvate、0.1mM 2-mercaptoethanol、100U/ml penicillin、0.1mg/ml streptomycin、及び2mM L-glutamineを含有するGMEM (Invitrogen))、並びに、低吸着96well培養皿(NUNC)を用いて浮遊状態で6日間培養を行い、PGCLCへ分化誘導した。 ES cells used for PGCLC induction were cultured for 2 days under feeder-free conditions (5% CO2, 95% air, 37°C) in N2B27 medium containing 2i ( PD0325901 , 0.4 μM: Stemgent, San Diego, CA; CHIR99021, 3 μM: Stemgent) and LIF (1000 μg/ml). ES/iPS cells were then differentiated into epiblast-like cells (EpiLCs) by culturing them for 2 days on culture dishes coated with human plasma-derived fibronectin in N2B27 medium containing activin (20 ng/ml), bFGF (12 ng/ml), and KSR (1%). The resulting EpiLCs were cultured in suspension in serum-free medium (GK15; GMEM (Invitrogen) containing 15% KSR, 0.1 mM NEAA, 1 mM sodium pyruvate, 0.1 mM 2-mercaptoethanol, 100 U/ml penicillin, 0.1 mg/ml streptomycin, and 2 mM L-glutamine) containing BMP4 (500 ng/ml; R&D Systems), LIF (1000 U/ml; Invitrogen), SCF (100 ng/ml; R&D Systems), and EGF (50 ng/ml; R&D Systems) in low-adhesion 96-well culture dishes (NUNC) for 6 days to induce differentiation into PGCLCs.

<(1)ES細胞から初期中胚葉への誘導>
各ES細胞からエピブラスト様細胞の誘導は、<多能性幹細胞から始原生殖細胞様細胞(PGCLCs)への誘導>と同様の方法にて実施した。得られたそれぞれのEpiLC は、BMP4 (R&D Systems)、CHIR99021 (R&D Systems)、及び、EGF (50 ng/ml; R&D Systems)を含む無血清培地(GK7.5; 7.5% KSR、0.1mM NEAA、1mM sodium pyruvate、0.1mM 2-mercaptoethanol、100U/ml penicillin、0.1mg/ml streptomycin、及び2mM L-glutamineを含有するGMEM (Invitrogen))、並びに、低吸着96well培養皿(NUNC)を用いて培養を行い、初期中胚葉へ分化誘導した。各EpiLCは3×104cells/wellで培養した。上記BMP4の添加濃度は、1ng/ml、3ng/ml、10ng/mlの各濃度で検討し、上記CHIR99021の添加濃度は、3μM、8μM、14μMの各濃度でそれぞれ検討した。結果を図1~図3に示す。これらの結果から、BMP4とCHIR99021の最適濃度をそれぞれ1ng/ml、14μMと決定した。
(1) Induction of early mesoderm from ES cells
Epiblast-like cells were induced from each type of ES cell line using the same method as described in "Induction of Primordial Germ Cell-Like Cells (PGCLCs) from Pluripotent Stem Cells." The resulting EpiLCs were cultured in serum-free medium (GK7.5; GMEM (Invitrogen) containing 7.5% KSR, 0.1 mM NEAA, 1 mM sodium pyruvate, 0.1 mM 2-mercaptoethanol, 100 U/ml penicillin, 0.1 mg/ml streptomycin, and 2 mM L-glutamine) containing BMP4 (R&D Systems), CHIR99021 (R&D Systems), and EGF (50 ng/ml; R&D Systems) in low-adhesion 96-well culture dishes (NUNC) and induced to differentiate into early mesoderm. Each EpiLC was cultured at 3 × 10 cells/well. The BMP4 concentrations tested were 1 ng/ml, 3 ng/ml, and 10 ng/ml, and the CHIR99021 concentrations tested were 3 μM, 8 μM, and 14 μM. The results are shown in Figures 1 to 3. Based on these results, the optimal concentrations of BMP4 and CHIR99021 were determined to be 1 ng/ml and 14 μM, respectively.

<(2)初期中胚葉から中間中胚葉への誘導>
(1)にて見出された最適条件にて43-45時間培養後(培養開始2日目)、培地を、BMP4(1ng/ml; R&D Systems)、Retinoic Acid (3μM; Sigma)、SHH(30ng/ml; R&D Systems) 、PD0325901(1μM; Stemgent)、及び、EGF (50 ng/ml; R&D Systems)を含む無血清培地GK7.5に変えて培養を行い、中間中胚葉へと分化誘導した。上記Retinoic Acidの濃度は0μM、0.3μM、3μMの各濃度で検討した。上記SHHの濃度は0ng/ml、30ng/mlの各濃度で検討した。上記PD0325901の濃度は0μM、1μMの各濃度で検討した。結果を図4、図5に示す。これらの結果から、Retinoic Acid、SHH、PD0325901の最適濃度をそれぞれ、3μM、30ng/ml、1μMと決定した。
(2) Induction of early mesoderm into intermediate mesoderm
After 43-45 hours of culture under the optimal conditions found in (1) (day 2), the medium was changed to serum-free GK7.5 medium containing BMP4 (1 ng/ml; R&D Systems), retinoic acid (3 μM; Sigma), SHH (30 ng/ml; R&D Systems), PD0325901 (1 μM; Stemgent), and EGF (50 ng/ml; R&D Systems) for differentiation into intermediate mesoderm. Retinoic acid concentrations were tested at 0 μM, 0.3 μM, and 3 μM. SHH concentrations were tested at 0 ng/ml and 30 ng/ml. PD0325901 concentrations were tested at 0 μM and 1 μM. The results are shown in Figures 4 and 5. From these results, the optimal concentrations of retinoic acid, SHH, and PD0325901 were determined to be 3 μM, 30 ng/ml, and 1 μM, respectively.

<(3)中間中胚葉から卵巣体細胞組織(FOSLCs)への誘導>
(1),(2)における最適条件で47-49時間後(培養開始4日目)、培地を、BMP4(20ng/ml; R&D Systems)、及び、FGF9(2ng/ml; Peprotech)を含む無血清培地GK7.5に変えて培養を行い、FOSLCsへと分化誘導した。
(3) Induction of ovarian somatic cells (FOSLCs) from intermediate mesoderm
After 47-49 hours under the optimal conditions in (1) and (2) (4 days after the start of culture), the medium was changed to serum-free GK7.5 medium containing BMP4 (20 ng/ml; R&D Systems) and FGF9 (2 ng/ml; Peprotech), and the cells were cultured to induce differentiation into FOSLCs.

その後、抗hCD271抗体を用いてFACS解析を行い、Nr5A1-hCD271陽性のFOSLCsを選別した。図6の通り、E12.5(12.5日齢のICRマウスの生殖腺体細胞)と類似していることがわかる。 FACS analysis was then performed using anti-hCD271 antibodies to select Nr5A1-hCD271-positive FOSLCs. As shown in Figure 6, these cells resemble E12.5 (gonad somatic cells of 12.5-day-old ICR mice).

<(4)卵巣体細胞組織(FOSLCs)と始原生殖細胞様細胞(PGCLCs)との凝集培養>
Hayashi K. et al., “Reconstitution of mouse oogenesis in a dish from pluripotent stem cells.” Nat Protoc 12, 1733-1744 (2017).に記載の方法を参考に、培養開始5日目のFOSLCsと、PGCLCsとの培養を行った。PGCLCsとFOSLCsを、Retinoic Acid(1μM)、及びY27632 (10μM) を含むGK15培地(GMEMに15%KSR、0.1mM NEAA、1nM sodium pyruvate、0.1mM 2-mercaptoethanol、100U/ml penicillin、0.1mg/ml streptomycin、2mM L-glutamineを混和したもの)中で、PGCLC 5×103cells/wellに対してFOSLCsが7.5×104cells/well及び10×104cells/wellの条件で2日間培養した。また、対照として、12.5日齢のICRマウスの生殖腺体細胞7.5×104cells/wellを用い、同様の条件でPGCLCと培養した。
(4) Aggregation culture of ovarian somatic cells (FOSLCs) and primordial germ cell-like cells (PGCLCs)
Following the method described in Hayashi K. et al., "Reconstitution of mouse oogenesis in a dish from pluripotent stem cells," Nat Protoc 12, 1733-1744 (2017), FOSLCs were cultured with PGCLCs on day 5 of culture. PGCLCs and FOSLCs were cultured for 2 days in GK15 medium (GMEM supplemented with 15% KSR, 0.1 mM NEAA, 1 nM sodium pyruvate, 0.1 mM 2-mercaptoethanol, 100 U/ml penicillin, 0.1 mg/ml streptomycin, and 2 mM L-glutamine) containing retinoic acid (1 μM) and Y27632 (10 μM). The PGCLCs and FOSLCs were cultured at 5 × 10 3 cells/well and 7.5 × 10 4 cells/well and 10 × 10 4 cells/well, respectively. As a control, 7.5×10 4 gonadal somatic cells/well from 12.5-day-old ICR mice were used and cultured with PGCLCs under the same conditions.

<(5)二次卵胞の作製>
(4)の後、BMP2(150ng/ml; Peprotech)及びRetinoic Acid(100nM)を含むIVD-αMEM培地(αMEMに対して2% 胎仔牛血清(FCS)、150μM ascorbic acid、2mM L-glutamine、100U/ml penicillin、0.1mg/ml streptomycin、及び、55μM 2-mercaptoethanolを添加した培地)で3日間培養した。培養4日目に、BMP2(150ng/ml; Peprotech)及びRetinoic Acid(100nM)を含むIVD-SP培地(StemPro-34 SFM (Life technologies)に対して10% FCS、150μM ascorbic acid、2mM GlutaMax、100U/ml penicillin、0.1mg/ml streptomycin、及び、55μM 2-mercaptoethanolを添加した培地)に変更し、培養を行った。培養5日目に、BMP2及びRetinoic Acidを培地を添加していないIVD-SP培地を用いて、培養を継続した。培養7~10日目の間、ICI182780(500nM)を添加したIVD-SP培地を用いた。二次卵胞を形成するための培養は、Transwell-Col上で行い、計23日間行った。経過を図7、図8に示す。図7により、培養日数の経過とともに自己組織化が進行することがわかる。培養21日目に卵母細胞マーカーであるStellaが強く発現していることが確認された。
<(5) Creation of secondary follicles>
After (4), the cells were cultured for 3 days in IVD-αMEM medium (αMEM supplemented with 2% fetal calf serum (FCS), 150 μM ascorbic acid, 2 mM L-glutamine, 100 U/ml penicillin, 0.1 mg/ml streptomycin, and 55 μM 2-mercaptoethanol) containing BMP2 (150 ng/ml; Peprotech) and retinoic acid (100 nM). On day 4, the medium was changed to IVD-SP medium (StemPro-34 SFM (Life Technologies) supplemented with 10% FCS, 150 μM ascorbic acid, 2 mM GlutaMax, 100 U/ml penicillin, 0.1 mg/ml streptomycin, and 55 μM 2-mercaptoethanol) containing BMP2 (150 ng/ml; Peprotech) and retinoic acid (100 nM). On the fifth day of culture, the cells were cultured in IVD-SP medium without BMP2 or retinoic acid. From days 7 to 10, IVD-SP medium supplemented with ICI182780 (500 nM) was used. Culture to form secondary follicles was performed on Transwell-Col for a total of 23 days. The progress is shown in Figures 7 and 8. Figure 7 shows that self-organization progresses with the passage of culture days. On day 21 of culture, strong expression of the oocyte marker Stella was confirmed.

<(6)二次卵胞の培養(IVG)>
(5)にて得られた二次卵胞を下記のように体外培養することで卵母細胞-卵丘細胞複合体(COC)の作製を試みた。
(6) Secondary follicle culture (IVG)
We attempted to produce oocyte-cumulus cell complexes (COCs) by in vitro culture of the secondary follicles obtained in (5) as described below.

培養により得られた二次卵胞は、Transwell-Col上でタングステンを用いて物理的に単離した。単離した二次卵胞はIVG-αMEM培地(αMEMに対して5% FCS、2% polyvinylpyrrolidone(Sigma)、150μM ascorbic acid、2mM L-glutamine、100U/ml penicillin、0.1mg/ml streptomycin、100μM 2-mercaptoethanol、55μg/ml sodium pyruvate、及び、0.1IU/ml FSHを混和したもの)に対して、GDF9とBMP15をさらに添加(ともに15ng/ml)した培地を用いて、Transwell-Col上で2日間培養した。培養2日目に、GDF9とBMP15を除いた、IVG-αMEM培地変更し、培養を行った。培養3日目に、卵胞を覆うようにIVG-αMEM培地を1.5mL追加した。培養4日目に二次卵胞を、0.1% I型コラゲナーゼで、室温で5分間コラゲナーゼ処理を行い、顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との結合を部分的に切り離した。その後、継続して上記IVG-αMEM培地(ただし、GDF9とBMP15は無添加)を用いて、Transwell-Col上で培養した。その結果、培養12日目における発育した二次卵胞よりCOCsをガラスキャピラリーにより単離することができた。培養の経過を図9に示す。 Secondary follicles obtained during culture were physically isolated using a tungsten plate on a Transwell-Col. Isolated secondary follicles were cultured for two days on a Transwell-Col in IVG-αMEM medium (αMEM containing 5% FCS, 2% polyvinylpyrrolidone (Sigma), 150 μM ascorbic acid, 2 mM L-glutamine, 100 U/ml penicillin, 0.1 mg/ml streptomycin, 100 μM 2-mercaptoethanol, 55 μg/ml sodium pyruvate, and 0.1 IU/ml FSH) supplemented with GDF9 and BMP15 (both at 15 ng/ml). On the second day of culture, the IVG-αMEM medium was changed to one without GDF9 and BMP15, and culture was continued. On the third day of culture, 1.5 mL of IVG-αMEM medium was added to cover the follicles. On day 4 of culture, the secondary follicles were treated with 0.1% type I collagenase at room temperature for 5 minutes to partially separate the bonds between the granulosa cell layer and theca cell layer. They were then cultured on a Transwell-Col using the above-mentioned IVG-αMEM medium (without GDF9 or BMP15). As a result, COCs could be isolated from developed secondary follicles on day 12 of culture using a glass capillary. The culture progress is shown in Figure 9.

<(7)体外培養による卵子への成熟(IVM)>
(6)により得られたCOCsをIVM培地(αMEMに5%FCS、25μg/ml sodium pyruvate、1x penicillin/streptomycin、0.1IU/ml FSH、4ng/ml EGF、1.2IU/ml hCGを添加したもの)に移して16時間培養した(図10)。その後、卵丘細胞をヒアルロニダーゼで卵子から解離させて第一極体の放出を確認したものをMII卵子として体外受精に用いた。
(7) In vitro oocyte maturation (IVM)
The COCs obtained in (6) were transferred to IVM medium (αMEM supplemented with 5% FCS, 25 μg/ml sodium pyruvate, 1x penicillin/streptomycin, 0.1 IU/ml FSH, 4 ng/ml EGF, and 1.2 IU/ml hCG) and cultured for 16 hours (Figure 10). After that, cumulus cells were dissociated from the oocytes with hyaluronidase, and those that had released the first polar body were used as MII oocytes for in vitro fertilization.

<(8)対外成熟した卵子の体外受精、及び胚移植>
(7)にて得られたMII卵子はHTF培地(ARK Resourse)中で精子と共培養した。約6時間後に受精卵を新しいHTF培地に移動し、16時間培養した。培養後2細胞期に達した胚をICRの偽妊娠0.5日目の卵管に移植した。
(8) In vitro fertilization of externally matured eggs and embryo transfer
MII oocytes obtained in (7) were co-cultured with sperm in HTF medium (ARK Resources). After approximately 6 hours, the fertilized oocytes were transferred to fresh HTF medium and cultured for 16 hours. After culture, embryos that reached the 2-cell stage were transferred to the oviducts of ICR mice on day 0.5 of pseudopregnancy.

移植後19日目に帝王切開により新生仔を取得した(図11)。得られた新生児は里親により哺乳され、成体にまで発育させた。その結果、得られた新生仔は外見上、正常な成体に発育した(図12)。さらに、成体に発育したマウスは、性成熟後、雌雄ともに次の世代を誕生させることに成功した(図13)。このように多能性幹細胞由来のFOSLCsを用いた場合であっても、本発明の対外培養方法により、機能的なGV期卵母細胞及び卵子が得られることが確かめられた。 Nineteen days after transplantation, newborn pups were obtained by Caesarean section (Figure 11). The resulting newborns were nursed by their foster mothers and allowed to grow to adulthood. As a result, the resulting newborn pups developed into apparently normal adults (Figure 12). Furthermore, after maturation, the adult mice successfully gave birth to the next generation, both male and female (Figure 13). Thus, it was confirmed that functional GV-stage oocytes and eggs can be obtained by the ex vivo culture method of the present invention, even when using FOSLCs derived from pluripotent stem cells.

Claims (12)

多能性幹細胞から、in vitroで卵巣体細胞組織を製造する方法であって、
(a)多能性幹細胞から分化したエピブラスト様細胞を、BMPアゴニスト及びWntアゴニストの存在下で培養して初期中胚葉を誘導する工程と、
(b)前記初期中胚葉を、BMPアゴニスト、レチノイン酸、SHHアゴニスト及びFGF阻害剤の存在下で培養して中間中胚葉を誘導する工程と、
を含む方法。
A method for producing ovarian somatic tissue in vitro from pluripotent stem cells, comprising:
(a) culturing epiblast-like cells differentiated from pluripotent stem cells in the presence of a BMP agonist and a Wnt agonist to induce early mesoderm;
(b) culturing the early mesoderm in the presence of a BMP agonist, retinoic acid, an SHH agonist, and an FGF inhibitor to induce intermediate mesoderm;
A method comprising:
(c)前記中間中胚葉を、BMPアゴニスト及びFGFアゴニストの存在下で培養して卵巣体細胞組織を誘導する工程
をさらに含む請求項1に記載の方法。
The method of claim 1, further comprising the step of (c) culturing the intermediate mesoderm in the presence of a BMP agonist and an FGF agonist to induce ovarian somatic tissue.
前記BMPアゴニストがBMP4であり、前記WntアゴニストがCHIR99021である、請求項1又は2に記載の方法。 The method of claim 1 or 2, wherein the BMP agonist is BMP4 and the Wnt agonist is CHIR99021. 前記BMPアゴニストがBMP4であり、SHHアゴニストがSHHであり、前記FGF阻害剤がPD0325901である、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the BMP agonist is BMP4, the SHH agonist is SHH, and the FGF inhibitor is PD0325901. 前記FGFアゴニストがFGF9である、請求項2~4のいずれか1項に記載の方法。 The method of any one of claims 2 to 4, wherein the FGF agonist is FGF9. GV期卵母細胞を製造する方法であって、
(d)請求項1~5のいずれか1項に記載の方法により得られる卵巣体細胞組織と、始原生殖細胞とをエストロジェン、又はエストロジェンと類似の機能を有する因子の影響を排除する条件下で培養して、卵母細胞、顆粒膜細胞層、及び莢膜細胞層を含む二次卵胞を形成させる工程と、
(e)工程(d)で 形成した二次卵胞における顆粒膜細胞層と莢膜細胞層との間の結合を部分的に切断する工程と、
(f)前記二次卵胞を構成する卵母細胞、顆粒膜細胞層、及び莢膜細胞層を、高分子化合物を含む培地で培養することにより、前記卵母細胞をGV期卵母細胞へと分化する工程と、を含む、方法。
A method for producing GV stage oocytes, comprising:
(d) culturing the ovarian somatic tissue obtained by the method according to any one of claims 1 to 5 and primordial germ cells under conditions that exclude the influence of estrogen or a factor having a function similar to estrogen, to form secondary follicles containing oocytes, a granulosa cell layer, and a theca cell layer;
(e) partially cleaving the bonds between the granulosa cell layer and the theca cell layer in the secondary follicles formed in step (d);
(f) differentiating the oocytes into GV stage oocytes by culturing the oocytes, granulosa cell layer, and theca cell layer that constitute the secondary follicles in a medium containing a polymer compound.
請求項6に記載の方法であって、前記高分子化合物が、ポリビニルピロリドン、フィコール、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及び血清アルブミンからなる群より選択される少なくとも一つの化合物であることを特徴とする方法。 The method according to claim 6, wherein the polymer compound is at least one compound selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, ficoll, hydroxypropyl methylcellulose, and serum albumin. 卵子の作出方法であって、
(g)請求項6又は7に記載の方法により得られるGV期卵母細胞を体外成熟培養することで減数分裂を再開させる工程
を含む、方法。
A method for producing eggs, comprising:
(g) A method comprising a step of resuming meiosis by in vitro maturation culture of GV stage oocytes obtained by the method of claim 6 or 7.
請求項1~5のいずれか1項に記載の方法により得られる卵巣体細胞組織。 Ovarian somatic tissue obtained by the method of any one of claims 1 to 5. 請求項6又は7に記載の方法により得られるGV期卵母細胞。 GV stage oocytes obtained by the method of claim 6 or 7. 請求項8に記載の方法により得られる卵子。 Eggs obtained by the method of claim 8. 多能性幹細胞を、in vitroで卵巣体細胞組織に分化するためのキットであって、BMPアゴニスト、Wntアゴニスト、レチノイン酸、SHHアゴニスト、及びFGF阻害剤を含む、キット。 A kit for differentiating pluripotent stem cells into ovarian somatic tissue in vitro, the kit comprising a BMP agonist, a Wnt agonist, retinoic acid, an SHH agonist, and an FGF inhibitor .
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