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JP7813038B2 - Efficient method for generating induced pluripotent stem cells - Google Patents
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JP7813038B2 - Efficient method for generating induced pluripotent stem cells - Google Patents

Efficient method for generating induced pluripotent stem cells

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JP7813038B2 JP2022530622A JP2022530622A JP7813038B2 JP 7813038 B2 JP7813038 B2 JP 7813038B2 JP 2022530622 A JP2022530622 A JP 2022530622A JP 2022530622 A JP2022530622 A JP 2022530622A JP 7813038 B2 JP7813038 B2 JP 7813038B2
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Description

本発明は、体細胞の核初期化工程において、転写エンハンサー関連ドメインファミリーメンバー-3(以下、「TEAD3」ともいう)の機能を阻害することによる、人工多能性幹(iPS)細胞の樹立効率の改善方法、並びにTEAD3の機能阻害物質を含んでなるiPS細胞の樹立効率改善剤に関する。本発明はまた、体細胞に核初期化物質及びTEAD3の機能阻害物質を導入することによる、iPS細胞の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for improving the efficiency of induced pluripotent stem (iPS) cell establishment by inhibiting the function of transcription enhancer-associated domain family member-3 (hereinafter also referred to as "TEAD3") in the nuclear reprogramming process of somatic cells, as well as an agent for improving the efficiency of iPS cell establishment comprising a TEAD3 function inhibitor. The present invention also relates to a method for producing iPS cells by introducing a nuclear reprogramming substance and a TEAD3 function inhibitor into somatic cells.

山中因子(Oct3/4、Sox2、Klf4(及びc-Myc))等の核初期化因子により駆動される体細胞初期化は、細胞を初期化し、それらをiPS細胞にまで脱分化させるために、体細胞としての固有性を守る強力な転写因子群を克服しなければならない。iPS細胞樹立効率を改善するために、初期化バリアの役割を担う鍵因子を同定することに焦点を当てた研究が数多くなされてきた。それにもかかわらず、初期化は依然として効率の低いプロセスである。Somatic cell reprogramming, driven by nuclear reprogramming factors such as Yamanaka factors (Oct3/4, Sox2, Klf4 (and c-Myc)), must overcome a set of powerful transcription factors that protect somatic cell identity in order to reprogram cells and dedifferentiate them into iPS cells. To improve the efficiency of iPS cell establishment, numerous studies have focused on identifying key factors that act as reprogramming barriers. Nevertheless, reprogramming remains an inefficient process.

体細胞初期化プロセスは、大きく開始、安定化及び成熟化段階に分けることができ、転写ネットワークの大きな変化を含む複数の生物学的プログラムの実行と共役している。p53は初期化の重要な障壁として働くことが広く知られている。実際、マウスやヒトの線維芽細胞で、p53の下方制御によりiPSコロニー数が顕著に増大することが分かっている(例えば、特許文献1、非特許文献1を参照)。しかし、p53はDNA損傷に応答する無制御な細胞増殖に対する防御機構として働くので、p53経路の下方制御はゲノムの不安定性を生じ、安全性に問題があると指摘する向きもある。非組込み型プラスミドを用いた一過的なp53抑制は、iPS細胞樹立効率を改善するより安全な方法を提供する(例えば、非特許文献2を参照)。The somatic cell reprogramming process can be broadly divided into initiation, stabilization, and maturation stages, and is coupled with the execution of multiple biological programs, including major changes in transcriptional networks. p53 is widely known to act as a critical barrier to reprogramming. Indeed, downregulation of p53 has been shown to significantly increase the number of iPS colonies in mouse and human fibroblasts (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). However, because p53 acts as a defense mechanism against uncontrolled cell proliferation in response to DNA damage, some have pointed out that downregulation of the p53 pathway may result in genomic instability and pose safety concerns. Transient p53 suppression using a non-integrating plasmid offers a safer method for improving iPS cell establishment efficiency (see, for example, Non-Patent Document 2).

本発明者らは以前、体細胞の核初期化工程において、p38の機能を阻害することによりiPS細胞の樹立効率を改善し得ることを報告した(特許文献2)。しかしながら、そのメカニズムは未だよく理解されていない。The present inventors previously reported that inhibiting p38 function during the nuclear reprogramming process of somatic cells can improve the efficiency of iPS cell establishment (Patent Document 2). However, the underlying mechanism remains poorly understood.

国際公開第2009/157593号公報International Publication No. 2009/157593 国際公開第2012/036299号公報International Publication No. 2012/036299

Hong, H. et al. (2009) Nature 460, 1132-1135.Hong, H. et al. (2009) Nature 460, 1132-1135. Okita, K. et al. (2011) Nat Methods 8,409-412.Okita, K. et al. (2011) Nat Methods 8,409-412.

本発明の目的は、体細胞の初期化バリアとなる新規な鍵因子を同定し、当該因子を制御することにより初期化バリアを無効化して、iPS細胞の樹立効率を改善することである。 The objective of this invention is to identify a novel key factor that acts as a reprogramming barrier for somatic cells, and to improve the efficiency of iPS cell establishment by controlling this factor to disable the reprogramming barrier.

本発明者らは、上記の目的を達成すべく、p38 MAPK阻害薬の役割を体系的に調べ、p38阻害は、ヒトiPS細胞樹立効率を、初期化の開始段階と安定化段階の両方で劇的に改善し得ることを見出した。
本発明者らはまた、初期化過程でp38経路とp53経路の両方を二重阻害した場合、各経路を単独で阻害した場合よりも、iPSコロニーの形成効率がさらに増大することを見出した。そして二重阻害した場合に発現が顕著に下方制御される遺伝子群の中から、当該発現抑制により前記二重阻害した場合と同等のiPS細胞樹立効率改善効果を奏し得る遺伝子としてTEAD3を見出し、本発明を完成させるに至った。
To achieve the above objectives, the present inventors systematically investigated the role of p38 MAPK inhibitors and found that p38 inhibition can dramatically improve the efficiency of human iPS cell establishment at both the initiation and stabilization stages of reprogramming.
The present inventors also found that dual inhibition of both the p38 and p53 pathways during reprogramming further increased the efficiency of iPS colony formation compared with inhibition of either pathway alone. Among the genes whose expression was significantly downregulated by dual inhibition, the inventors identified TEAD3 as a gene whose expression could improve iPS cell establishment efficiency to a similar extent as that achieved by dual inhibition, leading to the completion of the present invention.

即ち、本発明は以下の通りのものである。
[1]人工多能性幹(iPS)細胞の樹立効率の改善方法であって、体細胞の核初期化工程において転写エンハンサー関連ドメインファミリー メンバー-3(TEAD3)の機能を阻害することを含む、方法。
[2]以下の(a)~(c):
(a)TEAD3遺伝子の転写産物に対してRNAi活性を有する核酸もしくはその前駆体;
(b)TEAD3遺伝子の転写産物に対するアンチセンス核酸;及び
(c)TEAD3遺伝子の転写産物に対するリボザイム核酸
のいずれかの核酸を体細胞に導入することによりTEAD3の機能を阻害する、[1]に記載の方法。
[3]TEAD3のドミナントネガティブ変異体又はそれをコードする核酸を体細胞に導入することによりTEAD3の機能を阻害する、[1]に記載の方法。
[4]体細胞においてTEAD3の転写共役因子を阻害することによりTEAD3の機能を阻害する、[1]に記載の方法。
[5]以下の(a)又は(b):
(a)TEAD3に対するデコイ核酸;
(b)rrrcwwgyyynnnnnnnnnnnnnrrrcwwgyyy(rはa又はg、wはa又はt、yはc又はtを表し、nはそれぞれ独立して、存在しないか、a、g、t又はcを表す;配列番号3)で表されるヌクレオチド配列を含むオリゴ核酸
を体細胞に導入することによりTEAD3の機能を阻害する、[1]に記載の方法。
[6]TEAD3の機能阻害物質を含有してなる、iPS細胞の樹立効率改善剤。
[7]前記阻害物質が、以下の(a)~(c):
(a)TEAD3遺伝子の転写産物に対してRNAi活性を有する核酸もしくはその前駆体;
(b)TEAD3遺伝子の転写産物に対するアンチセンス核酸;及び
(c)TEAD3遺伝子の転写産物に対するリボザイム核酸
のいずれかの核酸である、[6]に記載の剤。
[8]前記阻害物質が、TEAD3のドミナントネガティブ変異体又はそれをコードする核酸である、[6]に記載の剤。
[9]前記阻害物質が、TEAD3の転写共役因子の阻害物質である、[6]に記載の剤。
[10]前記阻害物質が、下の(a)又は(b):
(a)TEAD3に対するデコイ核酸;
(b)rrrcwwgyyynnnnnnnnnnnnnrrrcwwgyyy(rはa又はg、wはa又はt、yはc又はtを表し、nはそれぞれ独立して、存在しないか、a、g、t又はcを表す;配列番号3)で表されるヌクレオチド配列を含むオリゴ核酸
である、[6]に記載の剤。
[11]体細胞に核初期化物質及びTEAD3の機能阻害物質を接触させることを含む、iPS細胞の製造方法。
[12]前記阻害物質が、以下の(a)~(c):
(a)TEAD3遺伝子の転写産物に対してRNAi活性を有する核酸もしくはその前駆体;
(b)TEAD3遺伝子の転写産物に対するアンチセンス核酸;及び
(c)TEAD3遺伝子の転写産物に対するリボザイム核酸
のいずれかの核酸である、[11]に記載の方法。
[13]前記阻害物質が、TEAD3のドミナントネガティブ変異体又はそれをコードする核酸である、[11]に記載の方法。
[14]前記阻害物質が、TEAD3の転写共役因子の阻害物質である、[11]に記載の方法。
[15]前記阻害物質が、下の(a)又は(b):
(a)TEAD3に対するデコイ核酸;
(b)rrrcwwgyyynnnnnnnnnnnnnrrrcwwgyyy(rはa又はg、wはa又はt、yはc又はtを表し、nはそれぞれ独立して、存在しないか、a、g、t又はcを表す;配列番号3)で表されるヌクレオチド配列を含むオリゴ核酸
である、[11]に記載の方法。
[16]核初期化物質がOct3/4、Klf4及びSox2、又はそれらをコードする核酸である、[11]~[15]のいずれかに記載の方法。
[17]核初期化物質がOct3/4、Klf4、Sox2、及びc-Myc、L-MycもしくはN-Mycであるか、あるいはそれらをコードする核酸である、[11]~[15]のいずれかに記載の方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] A method for improving the efficiency of establishing induced pluripotent stem (iPS) cells, the method comprising inhibiting the function of transcription enhancer-associated domain family member-3 (TEAD3) in the nuclear reprogramming process of somatic cells.
[2] The following (a) to (c):
(a) a nucleic acid or a precursor thereof having RNAi activity against a transcription product of the TEAD3 gene;
The method according to [1], wherein the function of TEAD3 is inhibited by introducing into somatic cells either (b) an antisense nucleic acid against a transcription product of the TEAD3 gene; or (c) a ribozyme nucleic acid against a transcription product of the TEAD3 gene.
[3] The method according to [1], wherein the function of TEAD3 is inhibited by introducing a dominant-negative mutant of TEAD3 or a nucleic acid encoding the mutant into somatic cells.
[4] The method according to [1], wherein the function of TEAD3 is inhibited by inhibiting a transcription coactivator of TEAD3 in somatic cells.
[5] (a) or (b) below:
(a) a decoy nucleic acid against TEAD3;
(b) The method according to [1], wherein the function of TEAD3 is inhibited by introducing into somatic cells an oligonucleic acid containing a nucleotide sequence represented by rrrcwwgyyynnnnnnnnnnnnnrrrcwwgyyy (r represents a or g, w represents a or t, y represents c or t, and n each independently represents none, a, g, t, or c; SEQ ID NO: 3).
[6] An agent for improving iPS cell establishment efficiency, comprising a substance that inhibits the function of TEAD3.
[7] The inhibitor is one of the following (a) to (c):
(a) a nucleic acid or a precursor thereof having RNAi activity against a transcription product of the TEAD3 gene;
The agent according to [6], which is either (b) an antisense nucleic acid against a transcription product of the TEAD3 gene; or (c) a ribozyme nucleic acid against a transcription product of the TEAD3 gene.
[8] The agent described in [6], wherein the inhibitor is a dominant-negative mutant of TEAD3 or a nucleic acid encoding the same.
[9] The agent described in [6], wherein the inhibitor is an inhibitor of a TEAD3 transcription coactivator.
[10] The inhibitor is (a) or (b) below:
(a) a decoy nucleic acid against TEAD3;
(b) The agent according to [6], which is an oligonucleic acid comprising a nucleotide sequence represented by rrrcwwgyyynnnnnnnnnnnnnrrrcwwgyyy (r represents a or g, w represents a or t, y represents c or t, and n each independently represents none, a, g, t, or c; SEQ ID NO: 3).
[11] A method for producing iPS cells, comprising contacting somatic cells with a nuclear reprogramming substance and a substance that inhibits the function of TEAD3.
[12] The inhibitor is one of the following (a) to (c):
(a) a nucleic acid or a precursor thereof having RNAi activity against a transcription product of the TEAD3 gene;
The method according to [11], wherein the nucleic acid is either (b) an antisense nucleic acid against a transcription product of the TEAD3 gene; or (c) a ribozyme nucleic acid against a transcription product of the TEAD3 gene.
[13] The method according to [11], wherein the inhibitor is a dominant-negative mutant of TEAD3 or a nucleic acid encoding the same.
[14] The method according to [11], wherein the inhibitor is an inhibitor of a TEAD3 transcription coactivator.
[15] The inhibitor is (a) or (b) below:
(a) a decoy nucleic acid against TEAD3;
(b) The method according to [11], wherein the oligonucleic acid comprises a nucleotide sequence represented by rrrcwwgyyynnnnnnnnnnnnnrrrcwwgyyy (r represents a or g, w represents a or t, y represents c or t, and n each independently represents none, a, g, t, or c; SEQ ID NO: 3).
[16] The method according to any one of [11] to [15], wherein the nuclear reprogramming substances are Oct3/4, Klf4 and Sox2, or nucleic acids encoding the same.
[17] The method according to any one of [11] to [15], wherein the nuclear reprogramming substances are Oct3/4, Klf4, Sox2, and c-Myc, L-Myc, or N-Myc, or nucleic acids encoding the same.

本発明によれば、体細胞からのiPS細胞の樹立効率を顕著に改善することができる。 The present invention significantly improves the efficiency of establishing iPS cells from somatic cells.

マウスiPS細胞樹立に及ぼす低分子p38阻害薬の効果を示す図である。A.インビトロでMEF初期化効率を変化させると証明された濃度での、7つの化合物(VC-10μg/mL;VA-1.9mM;CH-3μM;PD-0.5μM;IL-0.2ng/mL;AS-5μM;RA-1μM)に対するp38阻害薬(SB202190;10μM)の効果を調べるべく、iPS細胞コロニー形成アッセイを行った。多能性のレポーターである最終的なエフェクターとしてのNanog-GFPカセットとともにベクター中に挿入された4因子(4F;Oct3/4、Sox2、Klf4とc-Myc)を異所的に発現させた初代MEFについて、初期化の誘導を個別にアッセイした。各化合物の単剤処理による初期化効率を評価するために、21日後(Day21)(左のバー)と28日後(Day28)(右のバー)にGFP陽性(GFP+)コロニー数を計測し、4F導入陰性コントロ-ル(DM)のGFP陽性コロニー数と比較した。B.4通り(A~D)のSB202190処理のプロトコールを模式的に示す。時間軸は、MEFに4因子が導入された日をDay0とし、各処理が施された期間を示す(A:Day1~4、B:Day1~8、C:Day8~16、D:Day1~16)。C.Day21とDay28に各処理による初期化効率を調べ、4Fとp38阻害薬(SB202190)により誘導されたiPS細胞コロニーの数(下のバー)を、ベヒクル(DMSO)で処理し4Fのみにより誘導されたiPS細胞コロニーの数(上のバー)と比較した。D.期間AにSB202190処理した実験群について、Day21とDay 28との間のGFP+コロニー数の差を示すフォールプロット。E.期間AにSB202190処理した実験群と、期間DにSB202190処理した実験群との間の、Day21及びDay28におけるGFP+コロニー数の差を示すフォールプロット。Figure 1 shows the effect of small-molecule p38 inhibitors on mouse iPS cell establishment. A. To examine the effect of a p38 inhibitor (SB202190; 10 μM) on seven compounds (VC, 10 μg/mL; VA, 1.9 mM; CH, 3 μM; PD, 0.5 μM; IL, 0.2 ng/mL; AS, 5 μM; RA, 1 μM) at concentrations proven to alter MEF reprogramming efficiency in vitro, iPS cell colony formation assays were performed. Primary MEFs ectopically expressing four factors (4F; Oct3/4, Sox2, Klf4, and c-Myc) inserted into vectors with a Nanog-GFP cassette as the final effector, a reporter of pluripotency, were individually assayed for induction of reprogramming. To evaluate the reprogramming efficiency of each compound alone, the number of GFP-positive (GFP + ) colonies was counted 21 days (Day 21) (left bar) and 28 days (Day 28) (right bar) after treatment and compared with the number of GFP-positive colonies in the 4F-transduced negative control (DM). B. Schematic representation of four SB202190 treatment protocols (A-D). The time axis indicates the period of each treatment, with Day 0 representing the day the four factors were transduced into MEFs (A: Days 1-4, B: Days 1-8, C: Days 8-16, D: Days 1-16). C. The reprogramming efficiency of each treatment was examined on Days 21 and 28, and the number of iPS cell colonies induced by 4F and the p38 inhibitor (SB202190) (lower bar) was compared with the number of iPS cell colonies induced by 4F alone treated with vehicle (DMSO) (upper bar). D. F. Fall plot showing the difference in the number of GFP + colonies between Day 21 and Day 28 for the experimental group treated with SB202190 during Period A. E. Fall plot showing the difference in the number of GFP + colonies on Day 21 and Day 28 between the experimental group treated with SB202190 during Period A and the experimental group treated with SB202190 during Period D. ヒトiPS細胞樹立に及ぼす低分子p38阻害薬の効果を示す図である。A.4通り(期間A~D)のp38阻害薬処理のプロトコールを模式的に示す。時間軸は、HDFに4因子が導入された日をDay0とし、各処理が施された期間を示す(A:Days2~4、B:Days6~20、C:Days20~32、D:Days6~32)。B.iPS細胞コロニー形成アッセイにより、HDFの初期化効率に及ぼすp38阻害薬の効果を調べた。4因子(4F;Oct3/4、Sox2、Klf4及びc-Myc)を異所的に発現させた初代HDFを、10μMのSB202190、SB203580又はSB239063により期間A又は期間Dのプロトコールで処理した。Day16、Day24、及びDay32に初期化効率を、ES細胞様(iPS細胞)のコロニー数としてカウントし、p38阻害薬で処理せず4Fのみで初期化されたHDF(DMSO)と比較した。期間Aに阻害剤処理した結果を左のグラフに、期間Dに阻害剤処理した結果を右のグラフにそれぞれ示す。各日数において、上から順にSB239063、SB203580、SB202190、DMSO処理の結果を示す。p<0.05、**p<0.01C.4F+SB202190によりHDFから誘導されたヒトES細胞様コロニーの位相差画像を示す。D.4Fのみ(DMSO)又は4F+SB202190(SB202190)によりHDFから誘導されたiPS細胞におけるアルカリホスファターゼ染色アッセイ。E.4F+SB202190によりHDFから誘導されたiPS細胞コロニーにおける多能性マーカー(OCT4、SOX2及びTRA-1-60)の代表的な免疫組織化学染色画像(右パネル)。左パネルはDAPIによる核染色を示す。スケールバー:100μmF.iPS細胞コロニー形成アッセイにより、3因子(3F;Oct3/4、Sox2及びKlf4)導入によるHDFの初期化効率に及ぼすp38阻害薬(SB202190)の効果を調べた。Day24(下)及びDay32(上)における初期化効率を、ES細胞様の(iPS細胞)コロニー数として計測し、3F+SB202190によりHDFから誘導されたiPS細胞コロニーの数(各Daysにおける上のバー)を、3Fとベヒクル(DMSO)により誘導されたiPS細胞コロニーの数(各Daysにおける下のバー)と比較した。p<0.05G.iPS細胞コロニー形成アッセイにより、エピソーマルベクター(pCXLE)を介した初期化因子導入によるHDFの初期化効率に及ぼすp38阻害薬(SB202190)の効果を調べた。Day24(下)及びDay32(上)における初期化効率を、ES細胞様の(iPS細胞)コロニー数として計測し、初期化因子+SB202190によりHDFから誘導されたiPS細胞コロニーの数(各Daysにおける上のバー)を、初期化因子とベヒクル(DMSO)により誘導されたiPS細胞コロニーの数(各Dayにおける下のバー)と比較した。p<0.05、***p<0.001Figure 1 shows the effect of small-molecule p38 inhibitors on human iPS cell establishment. A. Schematic representation of four p38 inhibitor treatment protocols (Periods A to D). The time axis indicates the period of each treatment, with Day 0 representing the day the four factors were introduced into HDFs (A: Days 2-4, B: Days 6-20, C: Days 20-32, D: Days 6-32). B. The effect of p38 inhibitors on HDF reprogramming efficiency was examined using an iPS cell colony formation assay. Primary HDFs ectopically expressing four factors (4F; Oct3/4, Sox2, Klf4, and c-Myc) were treated with 10 μM SB202190, SB203580, or SB239063 using Protocols A or D. On days 16, 24, and 32, the reprogramming efficiency was measured by counting the number of ES cell-like (iPS cell) colonies and comparing them with HDFs reprogrammed with 4F alone (DMSO) without p38 inhibitor treatment. The left graph shows the results of inhibitor treatment during period A, and the right graph shows the results of inhibitor treatment during period D. For each day, the results are shown for SB239063, SB203580, SB202190, and DMSO treatment, respectively. * p<0.05, ** p<0.01. C. Phase-contrast images of human ES cell-like colonies induced from HDFs with 4F + SB202190. D. Alkaline phosphatase staining assay for iPS cells induced from HDFs with 4F alone (DMSO) or 4F + SB202190 (SB202190). E. Representative immunohistochemical staining images for pluripotency markers (OCT4, SOX2, and TRA-1-60) in iPS cell colonies induced from HDFs by 4F + SB202190 (right panel). The left panel shows nuclear staining with DAPI. Scale bar: 100 μm. F. The effect of the p38 inhibitor (SB202190) on the reprogramming efficiency of HDFs induced by the introduction of three factors (3F; Oct3/4, Sox2, and Klf4) was examined using an iPS cell colony formation assay. Reprogramming efficiency was measured as the number of ES cell-like (iPS cell) colonies on Day 24 (bottom) and Day 32 (top). The number of iPS cell colonies induced from HDFs by 3F + SB202190 (upper bar for each day) was compared with the number of iPS cell colonies induced by 3F and vehicle (DMSO) (lower bar for each day). * p<0.05. G. The effect of the p38 inhibitor (SB202190) on the reprogramming efficiency of HDFs induced by the introduction of reprogramming factors via an episomal vector (pCXLE) was examined using an iPS cell colony formation assay. Reprogramming efficiency was measured as the number of ES cell-like (iPS cell) colonies on Day 24 (bottom) and Day 32 (top). The number of iPS cell colonies induced from HDFs by reprogramming factors plus SB202190 (upper bar for each day) was compared with the number of iPS cell colonies induced by reprogramming factors plus vehicle (DMSO) (lower bar for each day). * p<0.05, *** p<0.001 低分子p38阻害薬を用いて樹立したヒトiPS細胞における多能性及びゲノム安定性を示す図である。A.体細胞初期化の指標である多能性遺伝子(OCT4、SOX2、NANOG)発現のqRT-PCR解析。ES細胞での発現レベルを1とした相対値で示す。SB1~SB3:SB202190処理により誘導されたヒトiPS細胞クローン;DM, B7:4Fのみにより誘導されたヒトiPS細胞クローン;ES:ヒトES細胞;HD:HDF。B.SB202190処理により誘導されたヒトiPSCクローンの核型解析。C.SB202190処理により誘導されたヒトiPSCクローンのインビトロ分化能アッセイ。左から順に、胚様体(EB)、外胚葉系列(β-III-チューブリン陽性)、中胚葉系列(α-SMA陽性)及び内胚葉系列(AFP陽性)への分化を示す。核はHoechst 33342で染色した。スケールバー:100μmD.SB202190処理により誘導されたヒトiPSCクローンのテラトーマ形成アッセイ。左図は三胚葉(外胚葉、中胚葉、及び内胚葉)系列の模式図である。染色写真は左から順に、外胚葉系列、中胚葉系列、及び内胚葉系列への分化を示す。E.左図:4人の異なるドナー由来のHDF(HDF1616、HDF1079、HDF1078及びTig109)から、4F導入とp38阻害薬(SB202190)処理とにより誘導されたiPS細胞コロニーの数(各HDFについて上のバー)と、4F導入とベヒクル(DMSO)処理により誘導されたiPS細胞コロニーの数(各HDFについて下のバー)とを、iPS細胞コロニー形成アッセイにより比較した。右図:4人のドナーからの結果に基づくiPS細胞コロニー形成効率の統計学的解析(t検定による;p<0.05)。Figure 1 shows pluripotency and genomic stability in human iPS cells established using a small-molecule p38 inhibitor. A. qRT-PCR analysis of the expression of pluripotency genes (OCT4, SOX2, and NANOG), indicators of somatic cell reprogramming. Values are relative to the expression level in ES cells, with expression levels set at 1. SB1-SB3: human iPS cell clones induced by SB202190 treatment; DM and B7: human iPS cell clones induced with 4F alone; ES: human ES cells; HD: HDF. B. Karyotype analysis of human iPSC clones induced by SB202190 treatment. C. In vitro differentiation assay of human iPSC clones induced by SB202190 treatment. From left to right, differentiation into embryoid bodies (EBs), ectodermal lineages (β-III-tubulin positive), mesodermal lineages (α-SMA positive), and endodermal lineages (AFP positive) are shown. Nuclei were stained with Hoechst 33342. Scale bar: 100 μm. D. Teratoma formation assay of human iPSC clones induced by SB202190 treatment. The left panel shows a schematic diagram of the three germ layer lineages (ectoderm, mesoderm, and endoderm). The stained photographs show differentiation into the ectoderm, mesoderm, and endoderm lineages, respectively, from left to right. E. Left panel: The number of iPS cell colonies induced by 4F transfection and p38 inhibitor (SB202190) treatment (upper bar for each HDF) from four different donors (HDF1616, HDF1079, HDF1078, and Tig109) was compared with the number of iPS cell colonies induced by 4F transfection and vehicle (DMSO) treatment (lower bar for each HDF) using an iPS cell colony formation assay. Right panel: Statistical analysis of iPS cell colony formation efficiency based on results from four donors (by t-test; * p<0.05). p38及び/又はp53阻害により樹立したヒトiPS細胞におけるトランスクリプトーム解析の結果を示す図である。A.4Fのみで初期化したHDF(DMSO)と、4Fとともにp53 shRNAを導入して初期化したクロ-ン(shp53)におけるp53 mRNAレベルの比較。前者の発現レベルを1とした相対値で示す。***p<0.001B.HDFから、4F導入とp53阻害(shp53)及び/又はp38阻害(SB202190)とにより誘導されたiPS細胞コロニーの数と、4F導入とベヒクル処理(DMSO)とにより誘導されたiPS細胞コロニーの数とを、iPS細胞コロニー形成アッセイにより比較した。**p<0.01、***p<0.001C.4つの群で発現した58,000を上回る遺伝子についての、iPSCコロニー数増加(△)と相関する主要成分解析(PCA)。D.上図:サンプルの凝集型階層的クラスタリング。サンプル間の距離はマンハッタン距離を適用してagnes関数を用いて樹形図を作成した。下図:mRNAデータのコンセンサスクラスタリングにより得られた、トランスクリプトームの差を示すサンプル相関マトリクス。E.k-平均アルゴリズムを用いたクラスタリング結果のスキャタープロット。F.発現量変動遺伝子(DEG)解析のヒートマップ。クラスターAとCの間の1147 DEG(左)及びクラスターAとBの間の2185 DEG(右)を示す。Figure 1 shows the results of transcriptome analysis of human iPS cells established by p38 and/or p53 inhibition. A. Comparison of p53 mRNA levels in HDFs reprogrammed with 4F alone (DMSO) and clones reprogrammed with 4F and p53 shRNA (shp53). The expression level of the former is set to 1, and the relative values are shown. *** p<0.001. B. The number of iPS cell colonies induced from HDFs by 4F introduction and p53 inhibition (shp53) and/or p38 inhibition (SB202190) was compared with the number of iPS cell colonies induced by 4F introduction and vehicle treatment (DMSO) using an iPS cell colony formation assay. ** p<0.01, *** p<0.001. C. Principal component analysis (PCA) of over 58,000 genes expressed in the four groups correlated with increased iPSC colony number (△). D. Top panel: Agglomerative hierarchical clustering of samples. Distances between samples were calculated by applying Manhattan distance and creating a dendrogram using the agnes function. Bottom panel: Sample correlation matrix showing transcriptome differences obtained by consensus clustering of mRNA data. E. Scatter plot of clustering results using the k-means algorithm. F. Heat map of differentially expressed genes (DEG) analysis. 1147 DEGs between clusters A and C (left) and 2185 DEGs between clusters A and B (right) are shown. p38経路及びp53経路の両方を阻害した場合に特異的に発現量が低下する遺伝子群の探索結果を示す図である。A.4F導入とともに、p53を単独で阻害した場合(shp53)と、p53とp38とを二重阻害した場合(shp53+SB202190)とで、HDFと比べてiPS細胞で発現量が低下した遺伝子(DEG)を抽出・比較した。二重阻害した場合にのみ発現量が低下したDEGが651個見つかった(上)。そのうち発現量が2倍以上低下したDEGは149個であった(下)。B.4F導入とともに、p38を単独で阻害した場合(SB202190)と、p53とp38とを二重で阻害した場合(shp53+SB202190)とで、HDFと比べてiPS細胞で発現量が低下した遺伝子(DEG)を抽出・比較した。二重阻害した場合にのみ発現量が低下したDEGが1056個見つかった(上)。そのうち発現量が2倍以上低下したDEGは145個であった(下)。C.p53単独阻害に比べてp53/p38二重阻害でのみ発現量が低下した651遺伝子と、p38単独阻害に比べてp53/p38二重阻害でのみ発現量が低下した1056遺伝子との間の重複を調べた。340遺伝子の重複を認めた。D.Cで抽出された340遺伝子中31遺伝子が、転写因子又はDNA結合活性があるものと分類された。E.p53/p38二重阻害で共通して発現量が低下したDEGの生物的プロセスに関する顕著なGOタームの解析。This figure shows the results of a search for genes whose expression levels are specifically reduced when both the p38 pathway and the p53 pathway are inhibited. A. Genes (DEGs) whose expression levels were reduced in iPS cells compared to HDFs were extracted and compared when p53 was inhibited alone (shp53) and when p53 and p38 were dually inhibited (shp53+SB202190) in conjunction with 4F introduction. 651 DEGs whose expression levels were reduced only with dual inhibition were found (top). Of these, 149 DEGs showed a two-fold or greater decrease in expression (bottom). B. Genes (DEGs) whose expression levels were reduced in iPS cells compared to HDFs were extracted and compared when p38 was inhibited alone (SB202190) and when p53 and p38 were dually inhibited (shp53+SB202190) in conjunction with 4F introduction. 1,056 DEGs whose expression levels were reduced only with dual inhibition were found (top). Of these, 145 DEGs showed a two-fold or greater decrease in expression (bottom). C. The overlap between the 651 genes whose expression levels were reduced only by p53/p38 dual inhibition compared to p53 alone and the 1,056 genes whose expression levels were reduced only by p53/p38 dual inhibition compared to p38 alone was examined. 340 genes were found to overlap. D. Of the 340 genes extracted in C, 31 were classified as having transcription factor or DNA binding activity. E. Analysis of significant GO terms related to biological processes for DEGs whose expression levels were commonly reduced by p53/p38 dual inhibition. ヒトiPS細胞樹立に及ぼすTEAD3阻害の効果及びKlf4によるTEAD3遺伝子の転写制御を示す図である。A.HDFに4Fを導入した場合(DMSO)、あるいは、4F導入とともに、p38を単独で阻害した場合(p382KO)、p53を単独で阻害した場合(shp53)及びp53とp38とを二重で阻害した場合(shp53+p382KO)における、TEAD3の相対的な発現レベルを示す。X軸の+100はDMSOの発現量を示し、X軸の-100は発現なしを示す。例えばX軸の-75はDMSOの0.125倍の発現量を示す。破線矢印はその方向にiPS細胞コロニー数が増加することを示す。B.2種のHDF(HDF1616、HDF1079)に、4Fのみ(4F)、4Fと非特異的shRNA(Scr)、4Fと2種のTEAD3 shRNA(4F-shTEAD3#1及び4F-shTEAD3#2)を導入した場合の、TEAD3タンパク質の発現を示す。いずれのHDFでも、2種のTEAD3 shRNAによりTEAD3タンパク質の発現は顕著に抑制された。C.2種のHDF(HDF1616、HDF1079)に、4Fのみ(4F)、4Fと非特異的shRNA(Scr)、4Fと2種のTEAD3 shRNA(4F-shTEAD3#1及び4F-shTEAD3#2)を導入した場合の、TEAD3 mRNAの発現を示す。いずれのHDFでも、2種のTEAD3 shRNAによりTEAD3 mRNAの発現は顕著に抑制された。**p<0.01、***p<0.001D.2種のHDF(HDF1616、HDF1079)に、4Fのみ(4F)、4Fと非特異的shRNA(Scr)、4Fと2種のTEAD3 shRNA(4F-shTEAD3#1及び4F-shTEAD3#2)を導入した場合の、得られたiPS細胞コロニーの数を示す。p<0.05、**p<0.01E.HDFに、4Fのみ(4F)、4Fと非特異的shRNA(Scr)、4Fと2種のTEAD3 shRNA(4F-sh#1及び4F-sh#2)を導入した場合の、得られたiPS細胞コロニーのアルカリホスファターゼ染色像(左:ディッシュ全体;右:拡大写真)を示す。F.MEFの初期化プロセスの間の、初期フェーズ(day 2及びday 4)、中間フェーズ(day 8)、後期フェーズ(day 18)及びiPSCにおけるTEAD3発現の変化を示す。G.MEFの初期化プロセスの間の、SSEA1陽性及びSSEA1陰性細胞におけるTEAD3発現の変化を示す。H.KLF4が結合することが予測されるTEAD3遺伝子の転写開始サイト(TSS)配列、並びにその相対的結合スコアを示す。I.KLF4が結合することが既知の標的遺伝子群の結合シスエレメント配列の解析によるKLF4の結合コンセンサス配列の予測を示す。Figure 1 shows the effect of TEAD3 inhibition on human iPS cell establishment and transcriptional regulation of the TEAD3 gene by Klf4. A. The relative expression levels of TEAD3 are shown when 4F is introduced into HDFs (DMSO), or when 4F is introduced and p38 is inhibited alone (p382KO), p53 is inhibited alone (shp53), or p53 and p38 are inhibited together (shp53+p382KO). +100 on the X-axis indicates the expression level of DMSO, and -100 on the X-axis indicates no expression. For example, -75 on the X-axis indicates an expression level 0.125 times that of DMSO. Dashed arrows indicate an increase in the number of iPS cell colonies in that direction. B. Figure 1 shows TEAD3 protein expression in two types of HDF (HDF1616, HDF1079) after transfection with 4F alone (4F), 4F with a nonspecific shRNA (Scr), or 4F with two TEAD3 shRNAs (4F-shTEAD3#1 and 4F-shTEAD3#2). In both HDFs, TEAD3 protein expression was significantly suppressed by the two TEAD3 shRNAs. C. Figure 1 shows TEAD3 mRNA expression in two types of HDF (HDF1616, HDF1079) after transfection with 4F alone (4F), 4F with a nonspecific shRNA (Scr), or 4F with two TEAD3 shRNAs (4F-shTEAD3#1 and 4F-shTEAD3#2). In both HDFs, TEAD3 mRNA expression was significantly suppressed by the two TEAD3 shRNAs. ** p<0.01, *** p<0.001. D. The numbers of iPS cell colonies obtained when 4F alone (4F), 4F with a nonspecific shRNA (Scr), or 4F with two TEAD3 shRNAs (4F-shTEAD3#1 and 4F-shTEAD3#2) were transfected into two types of HDF (HDF1616 and HDF1079). * p<0.05, ** p<0.01E. Alkaline phosphatase staining images (left: whole dish; right: enlarged photograph) of iPS cell colonies obtained when 4F alone (4F), 4F with a nonspecific shRNA (Scr), or 4F with two TEAD3 shRNAs (4F-sh#1 and 4F-sh#2) were transfected into HDF. F. Changes in TEAD3 expression during the MEF reprogramming process at early (day 2 and day 4), intermediate (day 8), and late (day 18) phases, as well as in iPSCs, are shown. G. Figure 1 shows changes in TEAD3 expression in SSEA1-positive and SSEA1-negative cells during the MEF reprogramming process. H. The transcription start site (TSS) sequence of the TEAD3 gene predicted to bind KLF4 and its relative binding score are shown. I. Prediction of KLF4 binding consensus sequences based on analysis of cis-element binding sequences of target genes known to be bound by KLF4. A.マウスiPS細胞(20D17;初期細胞密度:1×105細胞/ウェル)の、SB202190処理から96時間後の細胞数を示す(**:p<0.01;DMSOとの比較)。B.SB202190処理により得られたマウスiPS細胞は、茶色のコートカラーのキメラマウスを生じることを示す。C.SB202190処理により得られたマウスiPS細胞由来のマウスにおいてジャームライントランスミッションが起こったことを示す。A. Cell counts of mouse iPS cells (20D17; initial cell density: 1 x 105 cells/well) 96 hours after SB202190 treatment ( ** : p<0.01; compared with DMSO). B. Mouse iPS cells obtained by SB202190 treatment gave rise to chimeric mice with brown coat color. C. Germline transmission occurred in mice derived from mouse iPS cells obtained by SB202190 treatment. p38阻害はHDFや初期化の初期フェーズのHDFの増殖を促進するが、ヒトiPS細胞の増殖には影響しないことを示す。A.HDFを1×105細胞/ウェルの密度で6-ウェルプレートに播種し、3種のp38阻害剤をそれぞれ添加して96時間培養した。処理後2、4、6及び8日目に総細胞数をカウントした。独立した3回の実験の結果を平均値及び標準偏差で示す(*:p<0.05;DMSOとの比較)。B.4Fを導入したHDFを、3種のp38阻害剤をそれぞれ添加して96時間培養した。処理後2、4、6及び8日目に総細胞数をカウントした。独立した3回の実験の結果を平均値及び標準偏差で示す(*:p<0.05;DMSOとの比較)。C.ヒトiPS細胞(201B7)を2×105細胞/ウェルの密度でSNLフィーダー細胞上に播種し、3種のp38阻害剤をそれぞれ添加して96時間培養した。処理後4日目に総細胞数をカウントした。独立した3回の実験の結果を平均値及び標準偏差で示す。These results demonstrate that p38 inhibition promotes proliferation of HDFs and HDFs in the early phase of reprogramming, but does not affect the proliferation of human iPS cells. A. HDFs were seeded into 6-well plates at a density of 1 x 105 cells/well and cultured for 96 hours with three p38 inhibitors. Total cell numbers were counted on days 2, 4, 6, and 8 after treatment. Results from three independent experiments are shown as means and standard deviations ( * : p<0.05; compared to DMSO). B. 4F-transfected HDFs were cultured for 96 hours with three p38 inhibitors. Total cell numbers were counted on days 2, 4, 6, and 8 after treatment. Results from three independent experiments are shown as means and standard deviations ( * : p<0.05; compared to DMSO). C. Human iPS cells (201B7) were seeded onto SNL feeder cells at a density of 2 x 10 cells/well and cultured for 96 hours with one of three p38 inhibitors. Total cell numbers were counted four days after treatment. Results from three independent experiments are shown as the mean and standard deviation. 公共に利用可能なデータセット(MEFのトランスクリプトームデータを含むGSE36664、ヒト肺線維芽細胞(HLF)のトランスクリプトームデータを含むGSE45276、並びにHDFのトランスクリプトームデータを含むデータセット)における、TEAD3発現とp53発現との相関を示す(R:ピアソンの相関係数)。Correlation between TEAD3 expression and p53 expression in publicly available datasets (GSE36664 containing transcriptome data for MEFs, GSE45276 containing transcriptome data for human lung fibroblasts (HLFs), and a dataset containing transcriptome data for HDFs) is shown (R: Pearson correlation coefficient). 公共に利用可能なHDFのシングルセルRNA-Seqのデータセットにおける、TEAD3発現とp38δ、ERK4、p44-ERK1、CDK4及びCDK6発現との各相関を示す(R:ピアソンの相関係数)。Correlations between TEAD3 expression and p38δ, ERK4, p44-ERK1, CDK4, and CDK6 expression in publicly available single-cell RNA-Seq datasets from HDFs are shown (R: Pearson correlation coefficient). HeLa細胞における腫瘍の初期化及び細胞周期カイネティクスにおけるTEAD3の因果的役割の評価を示す図である。まず、レトロウイルス感染を可能にすべくエコトロピック受容体Slc7a1を発現する娘細胞株(plenti/Ubc-Slc7a1)作製し、shTEAD3をレトロウイルスにより導入した。TEAD3発現が下方制御されたクローンは、細胞増殖が促進され、より大きなサイズの腫瘍様塊をより多く産生したことから、TEAD3は、がんを生じる細胞特性を増強させることで子宮頸がんの進展に因果的役割を果たしていることが示唆された(*:p<0.05, **:p<0.01;Scr(非特異的shRNAを導入したHeLa細胞)との比較)。Figure 1. Evaluation of the causal role of TEAD3 in tumor initiation and cell cycle kinetics in HeLa cells. First, daughter cell lines (plenti/Ubc-Slc7a1) expressing the ecotropic receptor Slc7a1 were generated to enable retroviral infection, and shTEAD3 was retrovirally introduced. Clones with downregulated TEAD3 expression exhibited enhanced cell proliferation and produced larger tumor-like nodules, suggesting that TEAD3 plays a causal role in cervical cancer progression by enhancing cancer-inducing cellular properties ( * : p<0.05, ** : p<0.01; compared with Scr (HeLa cells transfected with a nonspecific shRNA)). ヒト子宮頸がんデータセットGSE6791(Cancer Res 2007 May 15;67(10):4605-19.参照)におけるTEAD3発現解析を示す。左:正常(N)及びがん(T)組織サンプルにおける補正後のTEAD3 mRNAレベルを箱ひげ図で示す。右:箱ひげ図に示されたGSE691データ中の患者をTEAD3発現レベルの増加に応じて個別に分類した。TEAD3 expression analysis in the human cervical cancer dataset GSE6791 (Cancer Res 2007 May 15;67(10):4605-19). Left: Box plots show corrected TEAD3 mRNA levels in normal (N) and cancer (T) tissue samples. Right: Patients in the GSE691 data shown in the box plots were individually classified according to increased TEAD3 expression levels. A.HDF1616に4F(scr)又は4F+shTEAD3を導入後12日目の推定iPS細胞コロニー(四角)の代表的な明視野像を示す。B.HDF1079に4F+shTEAD3を導入後12日目の推定iPS細胞コロニー(四角)の代表的な明視野像を示す。C.4F(Scr)、4F+shTEAD3、又は4F+shTEAD3+shp53を導入され初期化途上のHDF1616の増殖曲線を示す(*:p<0.05;Scr(4F+非特異的shRNAを導入したHDF1616)との比較)。D.HDF1616に4F(Scr)、4F+shTEAD3、又は4F+shTEAD3+shp53を導入して樹立したiPS細胞の増殖曲線を示す)。E.4F(Scr)、4F+shTEAD3、又は4F+shTEAD3+shp53を導入され初期化途上のHDF1079の増殖曲線を示す(**:p<0.01;Scr(4F+非特異的shRNAを導入したHDF1079)との比較)。F.HDF1079に4F(Scr)、4F+shTEAD3、又は4F+shTEAD3+shp53を導入して樹立したiPS細胞の増殖曲線を示す。A. Representative bright-field images of putative iPS cell colonies (squares) 12 days after transfection of HDF1616 with 4F (scr) or 4F + shTEAD3. B. Representative bright-field images of putative iPS cell colonies (squares) 12 days after transfection of HDF1079 with 4F + shTEAD3. C. Growth curves of HDF1616 cells in the reprogramming process transfected with 4F (Scr), 4F + shTEAD3, or 4F + shTEAD3 + shp53 ( * : p<0.05; compared with Scr (HDF1616 transfected with 4F + nonspecific shRNA)). D. Growth curves of iPS cells established by transfecting HDF1616 with 4F (Scr), 4F + shTEAD3, or 4F + shTEAD3 + shp53). E. Growth curves of HDF1079 cells in the reprogramming process transfected with 4F (Scr), 4F + shTEAD3, or 4F + shTEAD3 + shp53 are shown ( ** : p<0.01; compared with Scr (HDF1079 transfected with 4F + nonspecific shRNA)). F. Growth curves of iPS cells established by transfecting HDF1079 with 4F (Scr), 4F + shTEAD3, or 4F + shTEAD3 + shp53.

本発明は、体細胞の核初期化工程においてTEAD3の機能を阻害することによる、iPS細胞の樹立効率の改善方法(以下、「本発明の改善方法」ともいう)を提供する。TEAD3の機能を阻害する手段は特に制限されないが、好ましくは、体細胞にTEAD3の機能阻害物質を導入する方法が挙げられる。従って、本発明はまた、TEAD3の機能阻害物質を含んでなるiPS細胞の樹立効率改善剤(以下、「本発明の剤」ともいう)を提供する。さらに本発明は、体細胞に核初期化物質及びTEAD3の機能阻害物質を導入することによる、iPS細胞の製造方法(以下、「本発明の製法」ともいう。また、「本発明の改善方法」と「本発明の製法」とを包括して、「本発明の方法」という場合がある)を提供する。The present invention provides a method for improving iPS cell establishment efficiency by inhibiting TEAD3 function during the nuclear reprogramming process of somatic cells (hereinafter also referred to as the "improved method of the present invention"). The means for inhibiting TEAD3 function are not particularly limited, but a preferred method involves introducing a TEAD3 function inhibitor into somatic cells. Accordingly, the present invention also provides an agent for improving iPS cell establishment efficiency (hereinafter also referred to as the "agent of the present invention") comprising a TEAD3 function inhibitor. Furthermore, the present invention provides a method for producing iPS cells by introducing a nuclear reprogramming substance and a TEAD3 function inhibitor into somatic cells (hereinafter also referred to as the "production method of the present invention"; the "improved method of the present invention" and the "production method of the present invention" may be collectively referred to as the "method of the present invention").

(A) 体細胞ソース
本発明においてiPS細胞作製のための出発材料として用いることのできる体細胞は、哺乳動物(例えば、ヒト、マウス、サル、ウシ、ブタ、ラット、イヌ等)由来の生殖細胞以外のいかなる細胞であってもよく、例えば、角質化する上皮細胞(例、角質化表皮細胞)、粘膜上皮細胞(例、舌表層の上皮細胞)、外分泌腺上皮細胞(例、乳腺細胞)、ホルモン分泌細胞(例、副腎髄質細胞)、代謝・貯蔵用の細胞(例、肝細胞)、境界面を構成する内腔上皮細胞(例、I型肺胞細胞)、内鎖管の内腔上皮細胞(例、血管内皮細胞)、運搬能をもつ繊毛のある細胞(例、気道上皮細胞)、細胞外マトリックス分泌用細胞(例、線維芽細胞)、収縮性細胞(例、平滑筋細胞)、血液と免疫系の細胞(例、末梢血単核球、臍帯血、Tリンパ球)、感覚に関する細胞(例、桿細胞)、自律神経系ニューロン(例、コリン作動性ニューロン)、感覚器と末梢ニューロンの支持細胞(例、随伴細胞)、中枢神経系の神経細胞とグリア細胞(例、星状グリア細胞)、色素細胞(例、網膜色素上皮細胞)、およびそれらの前駆細胞(組織前駆細胞)等が挙げられる。細胞の分化の程度や細胞を採取する動物の齢などに特に制限はなく、未分化な前駆細胞(体性幹細胞も含む)であっても、最終分化した成熟細胞であっても、同様に本発明における体細胞の起源として使用することができる。ここで未分化な前駆細胞としては、たとえば神経幹細胞、造血幹細胞、間葉系幹細胞、歯髄幹細胞等の組織幹細胞(体性幹細胞)が挙げられる。
(A) Somatic Cell Source Somatic cells that can be used as starting materials for producing iPS cells in the present invention may be any cells other than germ cells derived from mammals (e.g., humans, mice, monkeys, cows, pigs, rats, dogs, etc.), and include, for example, keratinizing epithelial cells (e.g., keratinized epidermal cells), mucosal epithelial cells (e.g., epithelial cells of the surface of the tongue), exocrine gland epithelial cells (e.g., mammary gland cells), hormone-secreting cells (e.g., adrenal medullary cells), metabolic and storage cells (e.g., hepatocytes), luminal epithelial cells that form the interface (e.g., type I alveolar cells), luminal epithelial cells of the inner ducts (e.g., blood Examples of somatic cells include endothelial cells, ciliated cells with transport capacity (e.g., airway epithelial cells), extracellular matrix-secreting cells (e.g., fibroblasts), contractile cells (e.g., smooth muscle cells), blood and immune system cells (e.g., peripheral blood mononuclear cells, umbilical cord blood, T lymphocytes), sensory cells (e.g., rod cells), autonomic nervous system neurons (e.g., cholinergic neurons), supporting cells of sensory organs and peripheral neurons (e.g., satellite cells), central nervous system neurons and glial cells (e.g., astrocyte glial cells), pigment cells (e.g., retinal pigment epithelial cells), and their precursor cells (tissue precursor cells). There are no particular limitations on the degree of cell differentiation or the age of the animal from which the cells are collected. Both undifferentiated precursor cells (including somatic stem cells) and terminally differentiated mature cells can be used as the source of somatic cells in the present invention. Examples of undifferentiated precursor cells include tissue stem cells (somatic stem cells) such as neural stem cells, hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells, and dental pulp stem cells.

体細胞を採取するソースとなる哺乳動物個体は特に制限されないが、得られるiPS細胞がヒトの再生医療用途に使用される場合には、拒絶反応が起こらないという観点から、患者本人またはHLAの型が同一もしくは実質的に同一である他人から体細胞を採取することが特に好ましい。ここでHLAの型が「実質的に同一」とは、免疫抑制剤などの使用により、該体細胞由来のiPS細胞から分化誘導することにより得られた細胞を患者に移植した場合に移植細胞が生着可能な程度にHLAの型が一致していることをいう。たとえば主たるHLA(例えばHLA-A、HLA-BおよびHLA-DRの3遺伝子座)が同一である場合などが挙げられる(以下同じ)。また、ヒトに投与(移植)しない場合、例えば、患者の薬剤感受性や副作用の有無を評価するためのスクリーニング用の細胞のソースとしてiPS細胞を使用する場合には、同様に患者本人または薬剤感受性や副作用と相関する遺伝子多型が同一である他人から体細胞を採取することが望ましい。While there are no particular limitations on the mammalian individual from which somatic cells are obtained, when the resulting iPS cells are to be used in human regenerative medicine, it is particularly preferable to obtain somatic cells from the patient himself or from another person with the same or substantially the same HLA type, in order to avoid rejection. Here, "substantially the same" HLA type refers to a match in HLA type sufficient to allow the transplanted cells to survive when cells obtained by inducing differentiation of iPS cells derived from the somatic cells, using immunosuppressants or other methods, are transplanted into a patient. For example, this includes cases where the major HLA loci (e.g., the three HLA loci HLA-A, HLA-B, and HLA-DR) are identical (hereinafter the same). Furthermore, when iPS cells are not to be administered (transplanted) to humans, for example, when they are used as a cell source for screening to assess a patient's drug sensitivity or the presence or absence of side effects, it is similarly preferable to obtain somatic cells from the patient himself or from another person with the same genetic polymorphisms correlated with drug sensitivity or side effects.

哺乳動物から分離した体細胞は、核初期化工程に供するに先立って、細胞の種類に応じてその培養に適した自体公知の培地で前培養することができる。そのような培地としては、例えば、約5~20%の胎仔ウシ血清を含む最小必須培地(MEM)、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、RPMI1640培地、199培地、F12培地などが挙げられるが、それらに限定されない。核初期化物質及びp38の機能阻害物質(さらに必要に応じて、後述する他のiPS細胞の樹立効率改善物質)との接触に際し、例えば、カチオニックリポソームなど導入試薬を用いる場合には、導入効率の低下を防ぐため、無血清培地に交換しておくことが好ましい場合がある。Prior to subjecting somatic cells isolated from mammals to the nuclear reprogramming process, they can be pre-cultured in a known medium suitable for the culture of the cell type. Examples of such media include, but are not limited to, minimum essential medium (MEM) containing approximately 5-20% fetal bovine serum, Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM), RPMI 1640 medium, 199 medium, and F12 medium. When using an introduction reagent such as cationic liposomes to contact the cells with nuclear reprogramming substances and p38 function inhibitors (and, if necessary, other substances that improve iPS cell establishment efficiency, as described below), it may be preferable to switch to a serum-free medium to prevent a decrease in introduction efficiency.

(B) TEAD3の機能阻害物質
本発明において標的分子となるTEAD3は、転写エンハンサー関連ドメイン(TEAD)ファミリーのメンバーの1つであり、この転写因子による標的遺伝子の転写活性化は、Hippoシグナル伝達経路によって核内移行が制御されるコアクチベータYAP又はTAZと結合することにより起こる。
(B) Functional inhibitors of TEAD3 TEAD3, the target molecule in this invention, is a member of the transcription enhancer-associated domain (TEAD) family. This transcription factor activates the transcription of target genes by binding to the coactivators YAP or TAZ, whose nuclear translocation is controlled by the Hippo signaling pathway.

本明細書において、「TEAD3」とは、配列番号2で表されるアミノ酸配列と同一もしくは実質的に同一のアミノ酸配列を含むタンパク質である。本明細書において、タンパク質及びペプチドは、ペプチド表記の慣例に従って左端がN末端(アミノ末端)、右端がC末端(カルボキシル末端)で記載される。
「配列番号2で表されるアミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列」とは、
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるヒトTEAD3の、他の温血動物(例えば、モルモット、ラット、マウス、ニワトリ、ウサギ、イヌ、ブタ、ヒツジ、ウシ、サルなど)におけるオルソログのアミノ酸配列;又は
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるヒトTEAD3もしくは上記(a)のオルソログの天然のアレル変異体もしくは遺伝子多型におけるアミノ酸配列
を意味する。
好ましくは、TEAD3は配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるヒトTEAD3もしくはその天然のアレル変異体もしくは遺伝子多型である。該遺伝子多型としては、例えば、dbSNPにrs35080860として登録されている、254位のThr(ACG)がMet(ATG)に置換するSNPが挙げられるが、それに限定されない。
As used herein, "TEAD3" refers to a protein containing an amino acid sequence identical or substantially identical to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. As used herein, proteins and peptides are written in accordance with the convention of peptide notation, with the left end being the N-terminus (amino terminus) and the right end being the C-terminus (carboxyl terminus).
"An amino acid sequence substantially identical to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2" means
(a) the amino acid sequence of an ortholog of human TEAD3 consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 in another warm-blooded animal (e.g., guinea pig, rat, mouse, chicken, rabbit, dog, pig, sheep, cow, monkey, etc.); or (b) the amino acid sequence of a natural allelic variant or genetic polymorphism of human TEAD3 consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 or the ortholog of (a) above.
Preferably, TEAD3 is human TEAD3 consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, or a natural allelic variant or genetic polymorphism thereof. Examples of such genetic polymorphisms include, but are not limited to, the SNP in which Thr (ACG) at position 254 is replaced with Met (ATG), which is registered in dbSNP as rs35080860.

本明細書において「TEAD3の機能阻害物質」とは、(1)TEAD3タンパク質の機能もしくは(2)TEAD3遺伝子の発現を阻害し得る限り、いかなる物質であってもよい。すなわち、TEAD3タンパク質に直接作用してその機能を阻害する物質や、TEAD3遺伝子に直接作用してその発現を阻害する物質のみならず、TEAD3による転写活性化に関与する因子に作用することにより、結果的にTEAD3タンパク質の機能やTEAD3遺伝子の発現を阻害する物質も、本明細書における「TEAD3の機能阻害物質」に含まれる。As used herein, the term "TEAD3 function inhibitor" refers to any substance that can inhibit (1) the function of the TEAD3 protein or (2) the expression of the TEAD3 gene. In other words, the term "TEAD3 function inhibitor" as used herein includes not only substances that act directly on the TEAD3 protein to inhibit its function, or substances that act directly on the TEAD3 gene to inhibit its expression, but also substances that act on factors involved in transcriptional activation by TEAD3, thereby inhibiting the function of the TEAD3 protein or the expression of the TEAD3 gene.

本発明において「TEAD3遺伝子の発現を阻害する物質」とは、TEAD3遺伝子の転写レベル、転写後調節のレベル、タンパク質への翻訳レベル、翻訳後修飾のレベル等のいかなる段階で作用するものであってもよい。従って、TEAD3の発現を阻害する物質としては、例えば、TEAD3遺伝子の転写を阻害する物質(例、アンチジーン)、初期転写産物からmRNAへのプロセッシングを阻害する物質、mRNAの細胞質への輸送を阻害する物質、mRNAからタンパク質への翻訳を阻害するか(例、アンチセンス核酸、miRNA)あるいはmRNAを分解する(例、siRNA、ギャップマー型アンチセンス核酸、リボザイム、miRNA)物質、初期翻訳産物の翻訳後修飾を阻害する物質などが含まれる。いずれの段階で作用するものであっても用いることができるが、mRNAに相補的に結合してタンパク質への翻訳を阻害するかあるいはmRNAを分解する物質が好ましい。In the present invention, a "substance that inhibits TEAD3 gene expression" refers to a substance that acts at any stage of the TEAD3 gene, such as the transcription level, post-transcriptional regulation level, protein translation level, or post-translational modification level. Therefore, substances that inhibit TEAD3 expression include, for example, substances that inhibit TEAD3 gene transcription (e.g., antigenes), substances that inhibit the processing of initial transcription products into mRNA, substances that inhibit the transport of mRNA into the cytoplasm, substances that inhibit the translation of mRNA into protein (e.g., antisense nucleic acids, miRNA) or that degrade mRNA (e.g., siRNA, gapmer-type antisense nucleic acids, ribozymes, miRNA), and substances that inhibit the post-translational modification of initial translation products. While substances that act at any stage can be used, substances that bind complementarily to mRNA and inhibit translation into protein or degrade mRNA are preferred.

TEAD3遺伝子のmRNAからタンパク質への翻訳を特異的に阻害する(あるいはmRNAを分解する)物質として、好ましくは、該mRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸が挙げられる。
TEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列とは、生理的条件下において、該mRNAの標的配列に結合してその翻訳を阻害し得る(あるいは該標的配列を切断する)程度の相補性を有するヌクレオチド配列を意味し、具体的には、例えば、該mRNAのヌクレオチド配列と完全相補的なヌクレオチド配列(すなわち、mRNAの相補鎖のヌクレオチド配列)と、オーバーラップする領域に関して、90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上の相同性を有するヌクレオチド配列である。本発明における「ヌクレオチド配列の相同性」は、相同性計算アルゴリズムNCBI BLAST(National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool)を用い、以下の条件(期待値=10;ギャップを許す;フィルタリング=ON;マッチスコア=1;ミスマッチスコア=-3)にて計算することができる。
A preferred example of a substance that specifically inhibits translation of TEAD3 gene mRNA into protein (or degrades mRNA) is a nucleic acid that contains a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the mRNA, or a part thereof.
A nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the mRNA of the TEAD3 gene refers to a nucleotide sequence that is sufficiently complementary to the target sequence of the mRNA to inhibit its translation (or cleave the target sequence) under physiological conditions. Specifically, for example, it refers to a nucleotide sequence that has 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 97% or more, and particularly preferably 98% or more homology with a nucleotide sequence that is completely complementary to the nucleotide sequence of the mRNA (i.e., the nucleotide sequence of the complementary strand of the mRNA) in the overlapping region. The "nucleotide sequence homology" in the present invention can be calculated using the homology calculation algorithm NCBI BLAST (National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool) under the following conditions: expectation value = 10; gaps allowed; filtering = ON; match score = 1; mismatch score = -3.

より具体的には、TEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列とは、配列番号1で表されるヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするヌクレオチド配列である。ここで「ストリンジェントな条件」とは、例えば、Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons,6.3.1-6.3.6, 1999に記載される条件、例えば、6×SSC(sodium chloride/sodium citrate)/45℃でのハイブリダイゼーション、次いで0.2×SSC/0.1% SDS/50~65℃での一回以上の洗浄等が挙げられるが、当業者であれば、これと同等のストリンジェンシーを与えるハイブリダイゼーションの条件を適宜選択することができる。More specifically, a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the mRNA of the TEAD3 gene is a nucleotide sequence that hybridizes under stringent conditions with the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1. Here, "stringent conditions" refers to, for example, the conditions described in *Current Protocols in Molecular Biology*, John Wiley & Sons, pp. 6.3.1-6.3.6, 1999, such as hybridization in 6xSSC (sodium chloride/sodium citrate) at 45°C, followed by one or more washes at 0.2xSSC/0.1% SDS at 50-65°C. However, those skilled in the art can appropriately select hybridization conditions that provide equivalent stringency.

TEAD3遺伝子のmRNAの好ましい例としては、配列番号1で表されるヌクレオチド配列を含むヒトTEAD3(RefSeq Accession No. NM_003214.4)、あるいは他の温血動物におけるそのオルソログ、さらにはそれらの天然のアレル変異体もしくは遺伝子多型などのmRNAがあげられる。 Preferred examples of mRNA of the TEAD3 gene include the mRNA of human TEAD3 (RefSeq Accession No. NM_003214.4) comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, or its orthologs in other warm-blooded animals, as well as their natural allelic variants or genetic polymorphisms.

「TEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列の一部」とは、TEAD3遺伝子のmRNAに特異的に結合することができ、且つ該mRNAからのタンパク質の翻訳を阻害(あるいは該mRNAを分解)し得るものであれば、その長さや位置に特に制限はないが、配列特異性の面から、標的配列に相補的な部分を少なくとも10塩基以上、好ましくは15塩基以上、より好ましくは19塩基以上含むものである。 "A portion of a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the mRNA of the TEAD3 gene" is not particularly limited in length or position, as long as it can specifically bind to the mRNA of the TEAD3 gene and inhibit protein translation from the mRNA (or degrade the mRNA), but from the standpoint of sequence specificity, it should contain a portion complementary to the target sequence that is at least 10 bases long, preferably 15 bases long, and more preferably 19 bases long.

具体的には、TEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列の一部を含む核酸として、以下の(a)~(c)のいずれかのものが好ましく例示される。
(a) TEAD3遺伝子のmRNAに対してRNAi活性を有する核酸もしくはその前駆体
(b) TEAD3遺伝子のmRNAに対するアンチセンス核酸
(c) TEAD3遺伝子のmRNAに対するリボザイム核酸
Specifically, preferred examples of nucleic acids containing a portion of a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of mRNA of the TEAD3 gene include any of the following (a) to (c):
(a) a nucleic acid or a precursor thereof having RNAi activity against the mRNA of the TEAD3 gene
(b) antisense nucleic acid against the mRNA of the TEAD3 gene
(c) a ribozyme nucleic acid for the mRNA of the TEAD3 gene

(a) TEAD3遺伝子のmRNAに対してRNAi活性を有する核酸もしくはその前駆体
本明細書においては、TEAD3遺伝子のmRNAに相補的なオリゴRNAとその相補鎖とからなる二本鎖RNA、いわゆるsiRNAは、TEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸に包含されるものとして定義される。
(a) Nucleic acid or precursor thereof having RNAi activity against TEAD3 gene mRNA In this specification, double-stranded RNA consisting of an oligo-RNA complementary to the TEAD3 gene mRNA and its complementary strand, so-called siRNA, is defined as being included in nucleic acids containing a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the TEAD3 gene mRNA or a part thereof.

siRNAは、標的遺伝子のcDNA配列情報に基づいて、例えば、Elbashirら(Genes Dev., 15, 188-200 (2001))の提唱する規則に従って設計することができる。siRNAの標的配列としては、例えばAA+(N)19、AA+(N)21もしくはNA+(N)21(Nは任意の塩基)等が挙げられるが、それらに限定されない。標的配列の位置も特に制限されるわけではない。選択された標的配列の候補群について、標的以外のmRNAにおいて16-17塩基の連続した配列に相同性がないかどうかを、BLAST(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)等のホモロジー検索ソフトを用いて調べ、選択した標的配列の特異性を確認する。例えば、AA+(N)19、AA+(N)21もしくはNA+(N)21(Nは任意の塩基)を標的配列とする場合、特異性の確認された標的配列について、AA(もしくはNA)以降の19-21塩基にTTもしくはUUの3’末端オーバーハングを有するセンス鎖と、該19-21塩基に相補的な配列及びTTもしくはUUの3’末端オーバーハングを有するアンチセンス鎖とからなる2本鎖RNAをsiRNAとして設計してもよい。また、siRNAの前駆体であるショートヘアピンRNA(shRNA)は、ループ構造を形成しうる任意のリンカー配列(例えば、5-25塩基程度)を適宜選択し、上記センス鎖とアンチセンス鎖とを該リンカー配列を介して連結することにより設計することができる。 siRNAs can be designed based on the cDNA sequence information of the target gene, for example, according to the rules proposed by Elbashir et al. (Genes Dev., 15, 188-200 (2001)). Examples of siRNA target sequences include, but are not limited to, AA+(N) 19 , AA+(N) 21 , or NA+(N) 21 (where N is any base). The location of the target sequence is also not particularly limited. The selected group of candidate target sequences is examined for homology to 16-17 base contiguous sequences in mRNAs other than the target using homology search software such as BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/), to confirm the specificity of the selected target sequence. For example, when the target sequence is AA+(N) 19 , AA+(N) 21 , or NA+(N) 21 (N is any base), for a target sequence whose specificity has been confirmed, a double-stranded RNA consisting of a sense strand having a 3'-terminal overhang of TT or UU at 19-21 bases after AA (or NA), and an antisense strand having a sequence complementary to the 19-21 bases and a 3'-terminal overhang of TT or UU may be designed as an siRNA. Furthermore, short hairpin RNA (shRNA), which is a precursor of siRNA, can be designed by appropriately selecting any linker sequence (e.g., about 5-25 bases) capable of forming a loop structure and linking the sense strand and antisense strand via the linker sequence.

siRNA及び/又はshRNAの配列は、種々のwebサイト上に無料で提供される検索ソフトを用いて検索が可能である。このようなサイトとしては、例えば、Horizon Discovery Ltd.が提供するsiDESIGN Center(https://horizondiscovery.com/en/products/tools/siDESIGN-Center)、GenScriptが提供するsiRNA Target Finder(https://www.genscript.com/tools/sirna-target-finder)等が挙げられるが、これらに限定されない。 The sequences of siRNA and/or shRNA can be searched using search software provided free of charge on various websites. Examples of such websites include, but are not limited to, the siDESIGN Center provided by Horizon Discovery Ltd. (https://horizondiscovery.com/en/products/tools/siDESIGN-Center) and the siRNA Target Finder provided by GenScript (https://www.genscript.com/tools/sirna-target-finder).

好ましい一実施態様において、本発明のsiRNA及びshRNAは、配列番号1で表されるヌクレオチド配列中、ヌクレオチド番号219~247(AGCAACCAGCACAATAGCGTCCAACAGCT:配列番号4)、あるいは1207~1235(AGCATGACCATCAGCGTCTCCACCAAGGT:配列番号5)で示される領域内の、連続する少なくとも15個のヌクレオチドからなる配列と相補的なヌクレオチド配列を含む。In a preferred embodiment, the siRNA and shRNA of the present invention comprise a nucleotide sequence complementary to a sequence consisting of at least 15 consecutive nucleotides within the region represented by nucleotide numbers 219 to 247 (AGCAACCAGCACAATAGCGTCCAACAGCT: SEQ ID NO: 4) or 1207 to 1235 (AGCATGACCATCAGCGTCTCCACCAAGGT: SEQ ID NO: 5) in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1.

本明細書においては、TEAD3遺伝子のmRNAを標的とするマイクロRNA(miRNA)もまた、TEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸に包含されるものとして定義される。miRNAは、標的となるmRNAに相補的に結合してmRNAの翻訳を抑制するか、あるいはmRNAを分解することにより、遺伝子発現の転写後制御に関与している。As used herein, microRNAs (miRNAs) that target the mRNA of the TEAD3 gene are also defined as nucleic acids that contain a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the mRNA of the TEAD3 gene, or a portion thereof. miRNAs are involved in the post-transcriptional regulation of gene expression by either binding complementarily to the target mRNA and suppressing mRNA translation or by degrading the mRNA.

miRNAはまず、それをコードする遺伝子から一次転写産物であるprimary-microRNA (pri-miRNA)が転写され、次いで、Droshaにより特徴的なヘアピン構造を有する約70塩基長のprecursor-microRNA (pre-miRNA)にプロセッシングされた後、核から細胞質に輸送され、さらに、Dicer介在によるプロセシングにより成熟型miRNAとなり、RISCに取り込まれて標的mRNAに作用する。従って、miRNAの前駆体として、pre-miRNAやpri-miRNA、好ましくはpre-miRNAを用いることもできる。 miRNAs are first transcribed from the genes that encode them as primary-microRNAs (pri-miRNAs), which are then processed by Drosha into precursor-microRNAs (pre-miRNAs) of approximately 70 bases in length with a characteristic hairpin structure. These are then transported from the nucleus to the cytoplasm, where they are further processed by Dicer to become mature miRNAs, which are then incorporated into RISC and act on target mRNAs. Therefore, pre-miRNAs or pri-miRNAs, preferably pre-miRNAs, can be used as miRNA precursors.

miRNAは、種々のwebサイト上に無料で提供される標的予測ソフトを用いて検索が可能である。このようなサイトとしては、例えば、米国ホワイトヘッド研究所が公開しているTargetScan(http://www.targetscan.org/vert_72/)、ギリシアのアレクサンダー・フレミング生体医科学研究センターが公開しているDIANA-micro-T-CDS(http://diana.imis.athena-innovation.gr/DianaTools/index.php?r=microT_CDS/index)等が挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、チェザレー大学・パスツール研究所等が公開している、標的mRNAに作用することが実験的に証明されているmiRNAに関するデータベースであるTarBase(http://carolina.imis.athena-innovation.gr/diana_tools/web/index.php?r=tarbasev8/index)を用いて、TEAD3 mRNAを標的とするmiRNAを検索することもできる。例えば、該データベース上でヒットしたTEAD3 mRNAに対するmiRNAのうち上記標的予測ソフトで高スコアのものとして、例えば、hsa-miR-106b-5p、hsa-miR-20a-5p等が挙げられる。これらのmiRNA及び/又はpre-miRNAの配列情報は、例えば、英国マンチェスター大学が公開しているmiRBase(http://www.mirbase.org/search.shtml)を用いて取得することができる。 miRNAs can be searched for using target prediction software provided free of charge on various websites. Examples of such websites include, but are not limited to, TargetScan (http://www.targetscan.org/vert_72/) published by the Whitehead Institute in the United States and DIANA-micro-T-CDS (http://diana.imis.athena-innovation.gr/DianaTools/index.php?r=microT_CDS/index) published by the Alexander Fleming Center for Biomedical Sciences in Greece. Alternatively, miRNAs targeting TEAD3 mRNA can be searched for using TarBase (http://carolina.imis.athena-innovation.gr/diana_tools/web/index.php?r=tarbasev8/index), a database of miRNAs experimentally proven to act on target mRNAs published by the University of Cesarea and the Institut Pasteur. For example, among the miRNAs that matched the TEAD3 mRNA hits in the database, those that scored highly in the target prediction software include hsa-miR-106b-5p, hsa-miR-20a-5p, etc. Sequence information for these miRNAs and/or pre-miRNAs can be obtained using, for example, miRBase (http://www.mirbase.org/search.shtml), published by the University of Manchester, UK.

siRNA及び/又はshRNA、あるいはmiRNA及び/又はpre-miRNAを構成するヌクレオチド分子は、天然型のRNAもしくはDNAでもよいが、安定性(化学的および/または対酵素)や比活性(RNAとの親和性)を向上させるために、種々の化学修飾を含むことができる。例えば、ヌクレアーゼなどの加水分解酵素による分解を防ぐために、アンチセンス核酸を構成する各ヌクレオチドのリン酸残基(ホスフェート)を、例えば、ホスホロチオエート(PS)、メチルホスホネート、ホスホロジチオネートなどの化学修飾リン酸残基に置換することができる。また、各ヌクレオチドの糖(リボース)の2’位の水酸基を、-OR(R=CH3(2’-O-Me)、CH2CH2OCH3(2’-O-MOE)、CH2CH2NHC(NH)NH2、CH2CONHCH3、CH2CH2CN等)に置換してもよい。さらに、塩基部分(ピリミジン、プリン)に化学修飾を施してもよく、例えば、ピリミジン塩基の5位へのメチル基やカチオン性官能基の導入、あるいは2位のカルボニル基のチオカルボニルへの置換などが挙げられる。 The nucleotide molecules constituting siRNA and/or shRNA, or miRNA and/or pre-miRNA may be natural RNA or DNA, but may contain various chemical modifications to improve stability (chemical and/or enzymatic) and specific activity (affinity with RNA). For example, to prevent degradation by hydrolases such as nucleases, the phosphate residues of each nucleotide constituting the antisense nucleic acid may be substituted with chemically modified phosphate residues such as phosphorothioate (PS), methylphosphonate, and phosphorodithioate. Furthermore, the hydroxyl group at the 2'-position of the sugar (ribose) of each nucleotide may be substituted with -OR ( R = CH3 (2'-O- Me ), CH2CH2OCH3 (2'-O-MOE), CH2CH2NHC (NH) NH2 , CH2CONHCH3 , CH2CH2CN , etc. ). Furthermore, the base moiety (pyrimidine, purine) may be chemically modified, for example, by introducing a methyl group or a cationic functional group into the 5-position of the pyrimidine base, or by substituting a thiocarbonyl group for the carbonyl group at the 2-position.

RNAの糖部のコンフォーメーションはC2’-endo(S型)とC3’-endo(N型)の2つが支配的であり、一本鎖RNAではこの両者の平衡として存在するが、二本鎖を形成するとN型に固定される。したがって、標的RNAに対して強い結合能を付与するために、2’酸素と4’炭素を架橋することにより、糖部のコンフォーメーションをN型に固定したRNA誘導体であるBNA(LNA)(Imanishi, T. et al., Chem. Commun., 1653-9, 2002; Jepsen, J.S. et al., Oligonucleotides, 14, 130-46, 2004)やENA(Morita, K. et al., Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids, 22, 1619-21, 2003)もまた、好ましく用いられ得る。The sugar conformations of RNA are predominantly C2'-endo (S-form) and C3'-endo (N-form). In single-stranded RNA, these two conformations exist in equilibrium, but upon duplex formation, the N-form is fixed. Therefore, to confer strong binding ability to target RNA, RNA derivatives in which the sugar conformation is fixed to the N-form by bridging the 2' oxygen and 4' carbon, such as BNA (LNA) (Imanishi, T. et al., Chem. Commun., 1653-9, 2002; Jepsen, J.S. et al., Oligonucleotides, 14, 130-46, 2004) and ENA (Morita, K. et al., Nucleosides, Nucleotides, Nucleic Acids, 22, 1619-21, 2003), may also be used.

siRNAは、mRNA上の標的配列のセンス鎖及びアンチセンス鎖をDNA/RNA自動合成機でそれぞれ合成し、適当なアニーリング緩衝液中、約90~約95℃で約1分程度変性させた後、約30~約70℃で約1~約8時間アニーリングさせることにより調製することができる。また、siRNAの前駆体となるshRNAを合成し、これをダイサー(dicer)を用いて切断することにより調製することもできる。miRNA及びpre-miRNAは、それらの配列情報に基づいて、DNA/RNA自動合成機で合成することができる。 siRNA can be prepared by synthesizing the sense and antisense strands of the target sequence on mRNA using an automated DNA/RNA synthesizer, denaturing them in an appropriate annealing buffer at approximately 90 to 95°C for approximately 1 minute, and then annealing them at approximately 30 to 70°C for approximately 1 to 8 hours. Alternatively, siRNA can be prepared by synthesizing shRNA, which serves as a precursor to siRNA, and then cleaving it using a dicer. miRNA and pre-miRNA can be synthesized using an automated DNA/RNA synthesizer based on their sequence information.

本明細書においては、生体内でTEAD3遺伝子のmRNAに対するsiRNA又はmiRNAを生成し得るようにデザインされた核酸もまた、TEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸に包含されるものとして定義される。そのような核酸としては、上記したshRNAもしくはsiRNA又はmiRNAもしくはpre-miRNAを発現するように構築された発現ベクターなどが挙げられる。後述の実施例に示されるように、TEAD3の発現は、初期化過程の開始段階(例えば、核初期化物質の導入後3日以内)と安定化段階(例えば、核初期化物質の導入後2~3週間)の両方で上昇することから、TEAD3の機能阻害は核初期化工程を通じて長期間持続することが望ましいと考えられる。発現ベクターの使用は、TEAD3の発現を阻害する核酸を長期間持続的に体細胞に供給できる点で好ましい。As used herein, nucleic acids designed to produce siRNA or miRNA against TEAD3 gene mRNA in vivo are also defined as being encompassed by nucleic acids containing a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of TEAD3 gene mRNA, or a portion thereof. Examples of such nucleic acids include expression vectors constructed to express the shRNA or siRNA, miRNA, or pre-miRNA described above. As shown in the Examples below, TEAD3 expression increases both in the initiation stage of the reprogramming process (e.g., within 3 days after introduction of the nuclear reprogramming substance) and in the stabilization stage (e.g., 2-3 weeks after introduction of the nuclear reprogramming substance). Therefore, it is considered desirable to sustain TEAD3 functional inhibition throughout the nuclear reprogramming process. The use of an expression vector is preferable because it allows for the long-term, sustained delivery of nucleic acids that inhibit TEAD3 expression to somatic cells.

shRNAは、mRNA上の標的配列のセンス鎖およびアンチセンス鎖を適当なループ構造を形成しうる長さ(例えば5~25塩基程度)のスペーサー配列を間に挿入して連結したヌクレオチド配列を含むオリゴRNAをデザインし、これをDNA/RNA自動合成機で合成することにより調製することができる。shRNAを発現するベクターには、タンデムタイプとステムループ(ヘアピン)タイプとがある。前者はsiRNAのセンス鎖の発現カセットとアンチセンス鎖の発現カセットをタンデムに連結したもので、細胞内で各鎖が発現してアニーリングすることにより2本鎖のsiRNA(dsRNA)を形成するというものである。一方、後者はshRNAの発現カセットをベクターに挿入したもので、細胞内でshRNAが発現しdicerによるプロセシングを受けてdsRNAを形成するというものである。プロモーターとしては、polII系プロモーター(例えば、CMV前初期プロモーター)を使用することもできるが、短いRNAの転写を正確に行わせるために、polIII系プロモーターを使用するのが一般的である。polIII系プロモーターとしては、マウスおよびヒトのU6-snRNAプロモーター、ヒトH1-RNase P RNAプロモーター、ヒトバリン-tRNAプロモーターなどが挙げられる。また、転写終結シグナルとして4個以上Tが連続した配列が用いられる。miRNAやpre-miRNAの発現カセットも、shRNAと同様にして作製することができる。shRNAs can be prepared by designing an oligo-RNA containing a nucleotide sequence linking the sense and antisense strands of a target mRNA sequence with a spacer sequence of sufficient length (e.g., 5–25 bases) to form a suitable loop structure, and synthesizing the oligo-RNA using an automated DNA/RNA synthesizer. shRNA expression vectors are available in tandem and stem-loop (hairpin) types. The former link an expression cassette for the sense strand of siRNA and an expression cassette for the antisense strand in tandem; each strand is expressed in the cell and annealed to form double-stranded siRNA (dsRNA). The latter, on the other hand, incorporates an shRNA expression cassette into a vector; the shRNA is expressed in the cell and processed by a dicer to form dsRNA. While Pol II promoters (e.g., the CMV immediate-early promoter) can also be used, Pol III promoters are commonly used to ensure accurate transcription of short RNAs. Pol III promoters include mouse and human U6-snRNA promoters, human H1-RNase P RNA promoters, and human valine-tRNA promoters. A sequence of four or more consecutive Ts is also used as a transcription termination signal. Expression cassettes for miRNAs and pre-miRNAs can also be prepared in the same manner as for shRNAs.

このようにして構築したsiRNAもしくはshRNA又はmiRNAもしくはpre-miRNA発現カセットを、次いでプラスミドベクターやウイルスベクターに挿入する。このようなベクターとしては、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、ヘルペスウイルス、センダイウイルスなどのウイルスベクターや、動物細胞発現プラスミドなどが用いられる。TEAD3は、恒常性維持にも関わるHippoシグナル伝達経路を介した遺伝子発現制御に深く関与していることから、初期化バリアが解除され、体細胞がiPS細胞にまで脱分化した後は、速やかに機能を回復させることが好ましいと考えられる。従って、発現ベクターとしては、非組込み型の一過的発現ベクター、例えばアデノウイルスベクターやプラスミドがより好ましい。中でも、核初期化工程を通じてTEAD3の発現を阻害する核酸を持続的発現させることができ、iPS細胞樹立後に速やかに細胞から消失し得る点で、染色体外で自律複製可能なエピゾーマルベクターの使用が好ましい。エピゾーマルベクターを用いる具体的手段は、Yu et al., Science, 324, 797-801 (2009)に開示されている。The siRNA or shRNA, or miRNA or pre-miRNA expression cassette constructed in this manner is then inserted into a plasmid or viral vector. Examples of such vectors include viral vectors such as retroviruses, lentiviruses, adenoviruses, adeno-associated viruses, herpes viruses, and Sendai viruses, as well as animal cell expression plasmids. TEAD3 is deeply involved in gene expression regulation via the Hippo signaling pathway, which is also involved in maintaining homeostasis. Therefore, it is preferable to quickly restore its function after the reprogramming barrier is released and somatic cells dedifferentiate into iPS cells. Therefore, non-integrative transient expression vectors, such as adenovirus vectors and plasmids, are more preferred as expression vectors. Among these, the use of episomal vectors capable of autonomous extrachromosomal replication is preferred, as they can sustain the expression of nucleic acids that inhibit TEAD3 expression throughout the nuclear reprogramming process and are rapidly eliminated from the cells after iPS cell establishment. Specific methods using episomal vectors are disclosed in Yu et al., Science, 324, 797-801 (2009).

エピゾーマルベクターとしては、例えば、EBV、SV40等に由来する自律複製に必要な配列をベクター要素として含むベクターが挙げられる。自律複製に必要なベクター要素としては、具体的には、複製開始点と、複製開始点に結合して複製を制御するタンパク質をコードする遺伝子であり、例えば、EBVにあっては複製開始点oriPとEBNA-1遺伝子、SV40にあっては複製開始点oriとSV40 large T antigen遺伝子が挙げられる。 Examples of episomal vectors include vectors that contain sequences necessary for autonomous replication derived from EBV, SV40, etc. as vector elements. Specific vector elements necessary for autonomous replication are replication origins and genes encoding proteins that bind to the replication origin and control replication. For example, for EBV, these include the replication origin oriP and EBNA-1 gene, and for SV40, these include the replication origin ori and SV40 large T antigen gene.

(b) TEAD3遺伝子のmRNAに対するアンチセンス核酸
本発明における「TEAD3遺伝子のmRNAに対するアンチセンス核酸」とは、該mRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸であって、標的mRNAと特異的かつ安定した二重鎖を形成して結合することにより、タンパク質合成を抑制する機能を有するものである。
アンチセンス核酸は、2-デオキシ-D-リボースを含有しているポリデオキシリボヌクレオチド、D-リボースを含有しているポリリボヌクレオチド、プリンまたはピリミジン塩基のN-グリコシドであるその他のタイプのポリヌクレオチド、非ヌクレオチド骨格を有するその他のポリマー(例えば、市販のタンパク質核酸および合成配列特異的な核酸ポリマー)または特殊な結合を含有するその他のポリマー(但し、該ポリマーはDNAやRNA中に見出されるような塩基のペアリングや塩基の付着を許容する配置をもつヌクレオチドを含有する)などが挙げられる。それらは、二本鎖DNA、一本鎖DNA、二本鎖RNA、一本鎖RNA、DNA:RNAハイブリッドであってもよく、さらに非修飾ポリヌクレオチド(または非修飾オリゴヌクレオチド)、公知の修飾の付加されたもの、例えば当該分野で知られた標識のあるもの、キャップの付いたもの、メチル化されたもの、1個以上の天然のヌクレオチドを類縁物で置換したもの、分子内ヌクレオチド修飾のされたもの、例えば非荷電結合(例えば、メチルホスホネート、ホスホトリエステル、ホスホルアミデート、カルバメートなど)を持つもの、電荷を有する結合または硫黄含有結合(例、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエートなど)を持つもの、例えばタンパク質(例、ヌクレアーゼ、ヌクレアーゼ・インヒビター、トキシン、抗体、シグナルペプチド、ポリ-L-リジンなど)や糖(例、モノサッカライドなど)などの側鎖基を有しているもの、インターカレント化合物(例、アクリジン、ソラレンなど)を持つもの、キレート化合物(例えば、金属、放射活性をもつ金属、ホウ素、酸化性の金属など)を含有するもの、アルキル化剤を含有するもの、修飾された結合を持つもの(例えば、αアノマー型の核酸など)であってもよい。ここで「ヌクレオシド」、「ヌクレオチド」および「核酸」とは、プリンおよびピリミジン塩基を含有するのみでなく、修飾されたその他の複素環型塩基をもつようなものを含んでいて良い。このような修飾物は、メチル化されたプリンおよびピリミジン、アシル化されたプリンおよびピリミジン、あるいはその他の複素環を含むものであってよい。修飾されたヌクレオシドおよび修飾されたヌクレオチドはまた糖部分が修飾されていてよく、例えば、1個以上の水酸基がハロゲンとか、脂肪族基などで置換されていたり、またはエーテル、アミンなどの官能基に変換されていたりしてもよい。
(b) Antisense nucleic acid against mRNA of TEAD3 gene In the present invention, an "antisense nucleic acid against mRNA of TEAD3 gene" is a nucleic acid containing a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the mRNA or a part thereof, and has the function of inhibiting protein synthesis by binding to the target mRNA to form a specific and stable double strand.
Antisense nucleic acids include polydeoxyribonucleotides containing 2-deoxy-D-ribose, polyribonucleotides containing D-ribose, other types of polynucleotides that are N-glycosides of purine or pyrimidine bases, other polymers with non-nucleotide backbones (e.g., commercially available protein nucleic acids and synthetic sequence-specific nucleic acid polymers), or other polymers containing special linkages, provided that the polymer contains nucleotides with configurations that allow base pairing or base attachment as found in DNA or RNA. They can be double-stranded DNA, single-stranded DNA, double-stranded RNA, single-stranded RNA, or DNA:RNA hybrids. They can also be unmodified polynucleotides (or unmodified oligonucleotides), those containing known modifications, such as those labeled, capped, or methylated, those containing analogs of one or more natural nucleotides, or those containing intramolecular nucleotide modifications, such as uncharged linkages (e.g., methylphosphonates, phosphotriesters, phosphoramidates, carbamates, etc.), charged linkages, or sulfuric acid groups. Nucleosides may contain linkages (e.g., phosphorothioates, phosphorodithioates, etc.), side groups such as proteins (e.g., nucleases, nuclease inhibitors, toxins, antibodies, signal peptides, poly-L-lysine, etc.) or sugars (e.g., monosaccharides, etc.), intercurrent compounds (e.g., acridine, psoralen, etc.), chelators (e.g., metals, radioactive metals, boron, oxidizing metals, etc.), alkylators, or modified linkages (e.g., α-anomeric nucleic acids, etc.). The terms "nucleoside,""nucleotide," and "nucleic acid" as used herein include those containing not only purine and pyrimidine bases but also other modified heterocyclic bases. Such modifications may include methylated purines and pyrimidines, acylated purines and pyrimidines, or other heterocycles. Modified nucleosides and modified nucleotides may also have modified sugar moieties, for example, one or more hydroxyl groups may be substituted with halogens, aliphatic groups, or converted to functional groups such as ethers or amines.

上記の通り、アンチセンス核酸はDNAであってもRNAであってもよく、あるいはDNA/RNAキメラであってもよい。アンチセンス核酸がDNAの場合、標的RNAとアンチセンスDNAとによって形成されるRNA:DNAハイブリッドは、内在性RNase Hに認識されて標的RNAの選択的な分解を引き起こすことができる。したがって、RNase Hによる分解を指向するアンチセンスDNAの場合、標的配列は、mRNA中の配列だけでなく、TEAD3遺伝子の初期翻訳産物におけるイントロン領域の配列であってもよい。イントロン配列は、ゲノム配列と、TEAD3遺伝子のcDNAヌクレオチド配列とをBLAST、FASTA等のホモロジー検索プログラムを用いて比較することにより、決定することができる。As mentioned above, antisense nucleic acids may be DNA or RNA, or may be DNA/RNA chimeras. When the antisense nucleic acid is DNA, the RNA:DNA hybrid formed by the target RNA and the antisense DNA can be recognized by endogenous RNase H, causing selective degradation of the target RNA. Therefore, in the case of antisense DNA that directs degradation by RNase H, the target sequence may be not only a sequence in mRNA, but also a sequence in the intron region of the initial translation product of the TEAD3 gene. Intron sequences can be determined by comparing the genomic sequence with the cDNA nucleotide sequence of the TEAD3 gene using homology search programs such as BLAST and FASTA.

本発明のアンチセンス核酸の標的領域は、該アンチセンス核酸がハイブリダイズすることにより、結果としてタンパク質への翻訳が阻害されるものであればその長さに特に制限はなく、タンパク質をコードするmRNAの全配列であっても部分配列であってもよく、短いもので約10塩基程度、長いものでmRNAもしくは初期転写産物の全配列が挙げられる。合成の容易さや抗原性、細胞内移行性の問題等を考慮すれば、約10~約40塩基、特に約15~約30塩基からなるオリゴヌクレオチドが好ましいが、それに限定されない。具体的には、TEAD3遺伝子の5’端ヘアピンループ、5’端6-ベースペア・リピート、5’端非翻訳領域、翻訳開始コドン、タンパク質コード領域、ORF翻訳終止コドン、3’端非翻訳領域、3’端パリンドローム領域または3’端ヘアピンループなどが、アンチセンス核酸の好ましい標的領域として選択しうるが、それらに限定されない。The target region of the antisense nucleic acid of the present invention is not particularly limited in length, as long as hybridization of the antisense nucleic acid results in inhibition of protein translation. It may be the entire or partial sequence of the mRNA encoding the protein, ranging from as short as about 10 bases to as long as the entire sequence of the mRNA or initial transcription product. Considering ease of synthesis, antigenicity, intracellular internalization, and other issues, oligonucleotides consisting of about 10 to about 40 bases, particularly about 15 to about 30 bases, are preferred, but are not limited to these. Specifically, preferred target regions of the TEAD3 gene include, but are not limited to, the 5'-end hairpin loop, 5'-end 6-base pair repeat, 5'-end untranslated region, translation initiation codon, protein-coding region, ORF translation termination codon, 3'-end untranslated region, 3'-end palindrome region, and 3'-end hairpin loop.

一実施態様において、本発明のアンチセンス核酸の標的領域として、上記siRNAと同様に、配列番号1で表されるヌクレオチド配列中、ヌクレオチド番号219~247、あるいは1207~1235で示される領域内の、連続する少なくとも15個のヌクレオチドからなる配列を挙げることができる。ギャップマー型のアンチセンス核酸を用いると、該標的領域内でRNase Hの作用によりTEAD3 mRNAを分解することができるので、siRNAと同等の効果を得ることができる。 In one embodiment, the target region of the antisense nucleic acid of the present invention, similar to the above-mentioned siRNA, can be a sequence consisting of at least 15 consecutive nucleotides within the region represented by nucleotide numbers 219 to 247 or 1207 to 1235 in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1. When a gapmer-type antisense nucleic acid is used, TEAD3 mRNA can be degraded within the target region by the action of RNase H, thereby achieving an effect equivalent to that of siRNA.

TEAD3のパラログであるTEAD4には、N末端側のDNA結合ドメインを欠くスプライシングバリアントが知られており、エキソン3のスキッピングにより開始コドンの位置が変化するためと考えられている(Nat Commun 7:11840 | DOI: 10.1038/ncomms11840)。TEADファミリーのDNA結合領域は高度に保存されており、TEAD3にも、同様にDNA結合ドメインを欠くスプライシングバリアントの存在が推定されている。従って、エキソン3の内部もしくは隣接するイントロン内に存在するスプライシング促進配列を標的としたアンチセンス核酸を用いることにより、エキソン3を欠くスプライシングバリアントの転写を促進し、配列番号2で表されるアミノ酸配列中、アミノ酸番号112で示されるMetから始まるTEAD3アイソフォームを生成し得る。該アイソフォームは、コアクチベータのYAP/TAZに結合するが、標的遺伝子のプロモーターに結合できないので、TEAD3のドミナントネガティブ変異体として機能する。TEAD4, a paralog of TEAD3, is known to have a splice variant lacking the N-terminal DNA-binding domain. This is thought to be due to the change in the position of the start codon caused by exon 3 skipping (Nat Commun 7:11840 | DOI: 10.1038/ncomms11840). The DNA-binding domain is highly conserved within the TEAD family, and it is predicted that TEAD3 also has a splice variant lacking the DNA-binding domain. Therefore, by using antisense nucleic acids targeting the splice-promoting sequence within exon 3 or an adjacent intron, transcription of the splice variant lacking exon 3 can be promoted, generating a TEAD3 isoform beginning with Met at amino acid 112 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. This isoform binds to the coactivator YAP/TAZ but is unable to bind to the promoters of target genes, functioning as a dominant-negative mutant of TEAD3.

さらに、本発明のアンチセンス核酸は、TEAD3遺伝子のmRNAや初期転写産物とハイブリダイズしてタンパク質への翻訳を阻害するだけでなく、二本鎖DNAであるこれらの遺伝子と結合して三重鎖(トリプレックス)を形成し、RNAへの転写を阻害し得るもの(アンチジーン)であってもよい。 Furthermore, the antisense nucleic acid of the present invention may not only hybridize with the mRNA or initial transcription product of the TEAD3 gene and inhibit translation into protein, but may also bind to these genes, which are double-stranded DNA, to form a triplex and inhibit transcription into RNA (antigene).

アンチセンス核酸を構成するヌクレオチド分子もまた、安定性、比活性などを向上させるために、上記のsiRNA等の場合と同様の修飾を受けていてもよい。 The nucleotide molecules that make up the antisense nucleic acid may also be modified in the same way as the siRNAs described above to improve stability, specific activity, etc.

本発明のアンチセンスオリゴヌクレオチドは、TEAD3遺伝子のcDNA配列もしくはゲノミックDNA配列に基づいてmRNAもしくは初期転写産物の標的配列を決定し、市販のDNA/RNA自動合成機(アプライド・バイオシステムズ社、ベックマン社等)を用いて、これに相補的な配列を合成することにより調製することができる。また、上記した各種修飾を含むアンチセンス核酸も、いずれも自体公知の手法により、化学的に合成することができる。 The antisense oligonucleotides of the present invention can be prepared by determining the target sequence of mRNA or early transcription products based on the cDNA sequence or genomic DNA sequence of the TEAD3 gene, and then synthesizing a complementary sequence using a commercially available automated DNA/RNA synthesizer (Applied Biosystems, Beckman, etc.). Antisense nucleic acids containing the various modifications described above can also be chemically synthesized using known methods.

あるいは、アンチセンス核酸は、上記のsiRNA等の場合と同様に発現ベクターに組み込んで体細胞に導入することもできる。 Alternatively, antisense nucleic acids can be incorporated into expression vectors and introduced into somatic cells, as in the case of siRNAs, etc., described above.

(c) TEAD3遺伝子のmRNAに対するリボザイム核酸
TEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸の他の例としては、該mRNAをコード領域の内部で特異的に切断し得るリボザイム核酸が挙げられる。「リボザイム」とは、狭義には、核酸を切断する酵素活性を有するRNAをいうが、本明細書では配列特異的な核酸切断活性を有する限りDNAをも包含する概念として用いるものとする。リボザイム核酸として最も汎用性の高いものとしては、ウイロイドやウイルソイド等の感染性RNAに見られるセルフスプライシングRNAがあり、ハンマーヘッド型やヘアピン型等が知られている。ハンマーヘッド型は約40塩基程度で酵素活性を発揮し、ハンマーヘッド構造をとる部分に隣接する両端の数塩基ずつ(合わせて約10塩基程度)をmRNAの所望の切断部位と相補的な配列にすることにより、標的mRNAのみを特異的に切断することが可能である。このタイプのリボザイム核酸は、RNAのみを基質とするので、ゲノムDNAを攻撃することがないというさらなる利点を有する。TEAD3遺伝子のmRNAが自身で二本鎖構造をとる場合には、RNAヘリカーゼと特異的に結合し得るウイルス核酸由来のRNAモチーフを連結したハイブリッドリボザイムを用いることにより、標的配列を一本鎖にすることができる[Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98(10): 5572-5577 (2001)]。さらに、リボザイムを、それをコードするDNAを含む発現ベクターの形態で使用する場合には、転写産物の細胞質への移行を促進するために、tRNAを改変した配列をさらに連結したハイブリッドリボザイムとすることもできる[Nucleic Acids Res., 29(13): 2780-2788 (2001)]。
(c) a ribozyme nucleic acid for the mRNA of the TEAD3 gene
Other examples of nucleic acids containing a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the TEAD3 gene mRNA, or a portion thereof, include ribozyme nucleic acids capable of specifically cleaving the mRNA within the coding region. In a narrow sense, the term "ribozyme" refers to RNA with enzymatic activity for cleaving nucleic acids. However, as used herein, the term encompasses DNA as long as it has sequence-specific nucleic acid cleavage activity. The most versatile ribozyme nucleic acids include self-splicing RNAs found in infectious RNAs such as viroids and virusoids, and are known to include hammerhead and hairpin types. Hammerhead types exert their enzymatic activity with approximately 40 bases. By arranging several bases (totaling approximately 10 bases) adjacent to the hammerhead structure at both ends to be complementary to the desired cleavage site in the mRNA, they can specifically cleave only the target mRNA. This type of ribozyme nucleic acid has the additional advantage of not attacking genomic DNA because it uses only RNA as a substrate. When the TEAD3 mRNA itself is double-stranded, the target sequence can be made single-stranded by using a hybrid ribozyme containing an RNA motif derived from a viral nucleic acid that can specifically bind to an RNA helicase [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98(10): 5572-5577 (2001)]. Furthermore, when a ribozyme is used in the form of an expression vector containing DNA encoding it, a hybrid ribozyme can be further ligated with a modified tRNA sequence to promote the translocation of the transcript into the cytoplasm [Nucleic Acids Res., 29(13): 2780-2788 (2001)].

TEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列またはその一部を含む核酸は、リポソーム、ミクロスフェアのような特殊な形態で提供したり、他の要素が付加された形態で提供したりすることができうる。付加形態で用いられるものとしては、リン酸基骨格の電荷を中和するように働くポリリジンのようなポリカチオン体、細胞膜との相互作用を高めたり、核酸の取込みを増大せしめるような脂質(例、ホスホリピド、コレステロールなど)などの疎水性のものが挙げられる。付加するに好ましい脂質としては、コレステロールやその誘導体(例、コレステリルクロロホルメート、コール酸など)が挙げられる。こうしたものは、核酸の3’端または5’端に付着させることができ、塩基、糖、分子内ヌクレオシド結合を介して付着させることができうる。その他の基としては、核酸の3’端または5’端に特異的に配置されたキャップ用の基で、エキソヌクレアーゼ、RNaseなどのヌクレアーゼによる分解を阻止するためのものが挙げられる。こうしたキャップ用の基としては、ポリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなどのグリコールをはじめとした当該分野で知られた水酸基の保護基が挙げられるが、それに限定されるものではない。Nucleic acids containing a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the TEAD3 gene mRNA, or a portion thereof, can be provided in specialized forms such as liposomes or microspheres, or in a form with other components attached. Examples of such attached forms include polycationic bodies such as polylysine, which neutralize the charge of the phosphate backbone, and hydrophobic lipids (e.g., phospholipids, cholesterol, etc.) that enhance interaction with cell membranes and increase nucleic acid uptake. Preferred lipids for attachment include cholesterol and its derivatives (e.g., cholesteryl chloroformate, cholic acid, etc.). These can be attached to the 3' or 5' end of the nucleic acid via the base, sugar, or intramolecular nucleoside bond. Other groups include capping groups specifically placed at the 3' or 5' end of the nucleic acid to prevent degradation by nucleases such as exonucleases and RNases. Such capping groups include, but are not limited to, hydroxyl protecting groups known in the art, including glycols such as polyethylene glycol, tetraethylene glycol, and the like.

TEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列の一部を含む核酸がRNAの形態の場合、例えばリポフェクション、マイクロインジェクションなどの手法によって体細胞内に導入することができる。
一方、該RNAをコードするDNAを含む発現ベクターの形態の場合、ベクターの種類に応じて、自体公知の手法により細胞に導入することができる。例えば、ウイルスベクターの場合、該DNAを含むプラスミドを適当なパッケージング細胞(例、Plat-E細胞)や相補細胞株(例、293細胞)に導入して、培養上清中に産生されるウイルスベクターを回収し、各ウイルスベクターに応じた適切な方法により、該ベクターを細胞に感染させる。例えば、ベクターとしてレトロウイルスベクターを用いる具体的手段が WO2007/69666、Cell, 126, 663-676 (2006) 及び Cell, 131, 861-872 (2007) に開示されており、ベクターとしてレンチウイルスベクターを用いる場合については、Science, 318, 1917-1920 (2007) に開示がある。また、アデノウイルスベクターを用いる場合については、Science, 322, 945-949 (2008) に記載されている。
一方、非ウイルスベクターであるプラスミドベクターの場合には、リポフェクション法、リポソーム法、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム共沈殿法、DEAEデキストラン法、マイクロインジェクション法、遺伝子銃法などを用いて該ベクターを細胞に導入することができる。
When the nucleic acid containing a portion of a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the mRNA of the TEAD3 gene is in the form of RNA, it can be introduced into somatic cells by techniques such as lipofection and microinjection.
On the other hand, when the vector is in the form of an expression vector containing DNA encoding the RNA, it can be introduced into cells by known methods depending on the type of vector. For example, in the case of a viral vector, a plasmid containing the DNA is introduced into appropriate packaging cells (e.g., Plat-E cells) or complementation cell lines (e.g., 293 cells), the viral vector produced in the culture supernatant is collected, and the vector is then used to infect cells using an appropriate method for each viral vector. For example, specific methods using retroviral vectors as vectors are disclosed in WO2007/69666, Cell, 126, 663-676 (2006), and Cell, 131, 861-872 (2007), and methods using lentiviral vectors as vectors are disclosed in Science, 318, 1917-1920 (2007). Methods using adenoviral vectors are described in Science, 322, 945-949 (2008).
On the other hand, in the case of a plasmid vector, which is a non-viral vector, the vector can be introduced into cells using the lipofection method, liposome method, electroporation method, calcium phosphate co-precipitation method, DEAE-dextran method, microinjection method, gene gun method, etc.

(d) p53のコンセンサス結合配列を含むオリゴ核酸
TEAD3遺伝子の発現を阻害する物質の別の好ましい実施態様として、TEAD3遺伝子の転写活性化因子がTEAD3遺伝子のプロモーター領域に結合するのを阻害する物質が挙げられる。例えば、そのような物質として、p53のコンセンサス結合配列であるrrrcwwgyyynnnnnnnnnnnnnrrrcwwgyyy(rはa又はg、wはa又はt、yはc又はtを表し、nはそれぞれ独立して、存在しないか、a、g、t又はcを表す;配列番号3)を含むオリゴ核酸を挙げることができる。好ましくは、該オリゴ核酸は二本鎖DNAである。p53はTEAD3プロモーター領域に存在するシスエレメント配列に結合して、TEAD3遺伝子の転写を正に制御していると考えられるので、p53のコンセンサス結合配列を含むオリゴ核酸は、p53のTEAD3プロモーター領域への結合を阻害してその転写を抑制することができる。該オリゴ核酸の長さは、例えば、20~50ヌクレオチド、好ましくは25~40ヌクレオチドである。
(d) an oligonucleotide containing a consensus binding sequence for p53;
Another preferred embodiment of the substance inhibiting TEAD3 gene expression is a substance that inhibits the binding of a transcriptional activator of the TEAD3 gene to the promoter region of the TEAD3 gene. For example, such a substance can include an oligonucleic acid containing the p53 consensus binding sequence rrrcwwgyyynnnnnnnnnnnnnnnrrrcwwgyyy (r represents a or g, w represents a or t, y represents c or t, and each n independently represents absent, a, g, t, or c; SEQ ID NO: 3). Preferably, the oligonucleic acid is double-stranded DNA. Since p53 is thought to positively regulate TEAD3 gene transcription by binding to cis-element sequences present in the TEAD3 promoter region, an oligonucleic acid containing the p53 consensus binding sequence can inhibit p53 binding to the TEAD3 promoter region and thereby suppress its transcription. The length of the oligonucleic acid is, for example, 20 to 50 nucleotides, preferably 25 to 40 nucleotides.

前記オリゴ核酸は、配列番号3の配列情報に基づいて、市販のDNA/RNA自動合成機(アプライド・バイオシステムズ社、ベックマン社等)を用いて、センス鎖及びアンチセンス鎖を合成し、それらをアニーリングさせることにより製造することができる。 The oligonucleic acid can be produced by synthesizing the sense and antisense strands using a commercially available automated DNA/RNA synthesizer (Applied Biosystems, Beckman, etc.) based on the sequence information of SEQ ID NO: 3 and annealing them.

前記オリゴ核酸は、例えばリポフェクション、マイクロインジェクションなどの手法によって体細胞内に導入することができる。 The oligonucleic acid can be introduced into somatic cells by techniques such as lipofection or microinjection.

本発明において「TEAD3の機能を抑制する物質」とは、いったん機能的に産生されたTEAD3の機能(例えば、体細胞としての固有性を維持する遺伝子群の転写活性化機能)を抑制する限りいかなるものでもよく、例えば、TEAD3に結合して前記機能を抑制する物質、TEAD3と標的遺伝子の結合活性や、TEAD3と転写共役因子との相互作用を阻害する物質等が挙げられる。 In the present invention, a "substance that suppresses the function of TEAD3" refers to any substance that suppresses the function of TEAD3 once it has been functionally produced (for example, the transcription activation function of a group of genes that maintain somatic cell identity). Examples include substances that bind to TEAD3 and suppress said function, substances that inhibit the binding activity of TEAD3 to target genes, and substances that inhibit the interaction between TEAD3 and transcriptional coactivators.

(e) TEAD3のドミナントネガティブ変異体
TEAD3は、ヒトの場合、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質であるが、N末端側から約30~約100アミノ酸の領域が、TEADファミリーで高度に保存されたDNA結合ドメインであり、約200位以降がYAP/TAZ結合ドメイン及び転写活性化ドメインである。従って、DNA結合ドメインを欠くTEAD3フラグメントは、内因性の全長TEAD3と競合的に転写コアクチベータであるYAP/TAZと結合し、TEAD3とYAP/TAZとの相互作用による標的遺伝子群の転写活性化を抑制することができる。一方、YAP/TAZ結合ドメイン、転写活性化ドメインを欠くTEAD3フラグメントは、内因性の全長TEAD3と競合的に標的遺伝子のプロモーター領域に結合し、TEAD3とYAP/TAZとの相互作用による標的遺伝子群の転写活性化を抑制することができる。
(e) Dominant-negative mutant of TEAD3
In humans, TEAD3 is a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. The region from approximately 30 to 100 amino acids from the N-terminus is a DNA-binding domain highly conserved within the TEAD family, and the regions from approximately 200 onward are the YAP/TAZ-binding and transcriptional activation domains. Therefore, TEAD3 fragments lacking the DNA-binding domain can competitively bind to the transcriptional coactivators YAP/TAZ with endogenous full-length TEAD3 and suppress the transcriptional activation of target genes through the interaction between TEAD3 and YAP/TAZ. On the other hand, TEAD3 fragments lacking the YAP/TAZ-binding and transcriptional activation domains can competitively bind to the promoter regions of target genes with endogenous full-length TEAD3 and suppress the transcriptional activation of target genes through the interaction between TEAD3 and YAP/TAZ.

TEAD3のドミナントネガティブ変異体は、例えば、ヒト等の温血動物のTEAD3を発現する細胞・組織由来のmRNA、cDNAもしくはcDNAライブラリーから、適当なプライマーセットを設計して(RT-)PCR法により、目的とするDNA結合ドメイン又はYAP/TAZ結合ドメイン(転写活性化ドメイン)を欠くTEAD3フラグメントをコードする核酸をクローニングし、適当な発現ベクターに挿入し、該ベクターを宿主細胞に導入し、該細胞を培養して得られる培養物から組換えタンパク質を回収することにより取得することができる。 Dominant-negative mutants of TEAD3 can be obtained, for example, by designing an appropriate primer set and using (RT-)PCR to clone a nucleic acid encoding a TEAD3 fragment lacking the desired DNA-binding domain or YAP/TAZ-binding domain (transcription activation domain) from mRNA, cDNA, or a cDNA library derived from cells or tissues expressing TEAD3 from a warm-blooded animal such as a human, inserting the nucleic acid into an appropriate expression vector, introducing the vector into host cells, culturing the cells, and recovering the recombinant protein from the resulting culture.

体細胞へのドミナントネガティブ変異体の接触は、自体公知の細胞へのタンパク質導入方法を用いて実施することができる。そのような方法としては、例えば、タンパク質導入試薬を用いる方法、タンパク質導入ドメイン(PTD)融合タンパク質を用いる方法、マイクロインジェクション法などが挙げられる。タンパク質導入試薬としては、カチオン性脂質をベースとしたBioPOTER Protein Delivery Reagent(Gene Therapy Systmes)、Pro-JectTM Protein Transfection Reagent(PIERCE)及びProVectin(IMGENEX)、脂質をベースとしたProfect-1(Targeting Systems)、膜透過性ペプチドをベースとしたPenetrain Peptide(Q biogene)及びChariot Kit(Active Motif)等が市販されている。導入はこれらの試薬に添付のプロトコルに従って行うことができるが、一般的な手順は以下の通りである。p38のドミナントネガティブ変異体を適当な溶媒(例えば、PBS、HEPES等の緩衝液)に希釈し、導入試薬を加えて室温で5-15分程度インキュベートして複合体を形成させ、これを無血清培地に交換した細胞に添加して37℃で1ないし数時間インキュベートする。その後培地を除去して血清含有培地に交換する。 Contact of dominant-negative mutants with somatic cells can be carried out using known methods for protein transfection into cells. Examples of such methods include methods using protein transfection reagents, methods using protein transduction domain (PTD) fusion proteins, and microinjection. Commercially available protein transfection reagents include cationic lipid-based BioPOTER Protein Delivery Reagent (Gene Therapy Systems), Pro-Ject Protein Transfection Reagent (PIERCE) and ProVectin (IMGENEX), lipid-based Profect-1 (Targeting Systems), and membrane-permeable peptide-based Penetrain Peptide (Q biogene) and Chariot Kit (Active Motif). Transfection can be performed according to the protocols provided with these reagents, but the general procedure is as follows: A dominant-negative mutant of p38 is diluted in an appropriate solvent (e.g., a buffer such as PBS or HEPES), added with the transfection reagent, and incubated at room temperature for 5–15 minutes to form a complex. This complex is then added to cells in serum-free medium and incubated at 37°C for one to several hours. The medium is then removed and replaced with serum-containing medium.

PTDとしては、ショウジョウバエ由来のAntP、HIV由来のTAT、HSV由来のVP22等のタンパク質の細胞通過ドメインを用いたものが開発されている。p38のドミナントネガティブ変異体のcDNAとPTD配列とを組み込んだ融合タンパク質発現ベクターを作製して組換え発現させ、融合タンパク質を回収して導入に用いる。導入は、タンパク質導入試薬を添加しない以外は上記と同様にして行うことができる。p38DDなどの比較的分子量の小さい欠失変異体の導入に好適である。PTDs have been developed using the cell passage domains of proteins such as Drosophila-derived AntP, HIV-derived TAT, and HSV-derived VP22. A fusion protein expression vector incorporating the cDNA of a dominant-negative mutant of p38 and a PTD sequence is constructed and recombinantly expressed, and the fusion protein is recovered and used for transfection. Transfection can be performed in the same manner as above, except that no protein transfection reagent is added. This method is suitable for transfecting deletion mutants with relatively small molecular weights, such as p38DD.

マイクロインジェクションは、先端径1μm程度のガラス針にタンパク質溶液を入れ、細胞に穿刺導入する方法であり、確実に細胞内にタンパク質を導入することができる。 Microinjection is a method in which a protein solution is placed into a glass needle with a tip diameter of approximately 1 μm and then punctured into a cell, ensuring reliable introduction of proteins into cells.

(f) TEAD3のドミナントネガティブ変異体をコードする核酸
しかしながら、体細胞への導入の容易さを考慮すると、TEAD3のドミナントネガティブ変異体は、タンパク質自体としてよりも、それをコードする核酸の形態で用いることがむしろ好ましい。したがって、本発明の別の好ましい実施態様において、TEAD3機能阻害物質は、TEAD3のドミナントネガティブ変異体をコードする核酸である。該核酸はDNAであってもRNAであってもよく、あるいはDNA/RNAキメラであってもよいが、好ましくはDNAである。また、該核酸は二本鎖であっても、一本鎖であってもよい。TEAD3のドミナントネガティブ変異体をコードするcDNAは、該変異体タンパク質の作製について上記した手法によりクローニングすることができる。
(f) Nucleic Acids Encoding Dominant-Negative Mutants of TEAD3 However, considering the ease of introduction into somatic cells, it is preferable to use dominant-negative mutants of TEAD3 in the form of nucleic acids encoding them rather than as the protein itself. Therefore, in another preferred embodiment of the present invention, the TEAD3 function inhibitor is a nucleic acid encoding a dominant-negative mutant of TEAD3. The nucleic acid may be DNA, RNA, or a DNA/RNA chimera, but is preferably DNA. Furthermore, the nucleic acid may be double-stranded or single-stranded. cDNA encoding a dominant-negative mutant of TEAD3 can be cloned by the techniques described above for producing the mutant protein.

単離されたcDNAは、上記したTEAD3遺伝子のmRNAのヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列の一部を含む核酸と同様に、適切なウイルス性又は非ウイルス性の発現ベクターに挿入して、同様の遺伝子導入法により体細胞に導入することができる。 The isolated cDNA, like the nucleic acid containing a portion of the nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the mRNA of the TEAD3 gene described above, can be inserted into an appropriate viral or non-viral expression vector and introduced into somatic cells using a similar gene transfer method.

(g) TEAD3の転写共役因子の阻害物質
上述のとおり、TEAD3はコアクチベータであるYAP/TAZと共役して標的遺伝子群の転写を活性化する。YAP/TAZはリン酸化(例えば、127位のSer残基におけるリン酸化)された状態では、14-3-3と結合して細胞質に局在し、不活性化されているが、脱リン酸化により14-3-3と解離して核内に移行し、TEAD3と共役して標的遺伝子群の転写を促進する。従って、TEAD3の転写共役因子であるYAP/TAZを阻害することにより、結果的にTEAD3の機能を阻害することができる。
(g) Inhibitors of TEAD3 Transcriptional Coactivators As mentioned above, TEAD3 activates the transcription of target genes by conjugating with the coactivators YAP/TAZ. When YAP/TAZ is phosphorylated (e.g., phosphorylated at Ser127), it binds to 14-3-3, localizes to the cytoplasm, and is inactivated. However, upon dephosphorylation, it dissociates from 14-3-3, translocates to the nucleus, and conjugates with TEAD3 to promote the transcription of target genes. Therefore, inhibiting the TEAD3 transcriptional coactivators YAP/TAZ can inhibit TEAD3 function.

YAP/TAZを阻害する方法としては、YAPやTAZに対するsiRNAやmiRNA、あるいはその前駆体、YAPやTAZに対するアンチセンス核酸、リボザイム核酸等を体細胞に導入して、それらの発現を抑制したり、YAP/TAZのリン酸化や14-3-3との複合体形成を促進して、その活性化及び核内移行を抑制したりする方法が挙げられる。 Methods for inhibiting YAP/TAZ include introducing siRNA or miRNA against YAP or TAZ, or their precursors, antisense nucleic acids against YAP or TAZ, ribozyme nucleic acids, etc. into somatic cells to suppress their expression, or promoting phosphorylation of YAP/TAZ or complex formation with 14-3-3 to suppress its activation and nuclear translocation.

YAP又はTAZに対するsiRNAやshRNAは、YAPのmRNA(例えば、ヒトYAP1-2γアイソフォームの場合、NM_001130145)又はTAZのmRNA(例えば、ヒトTAZアイソフォーム-1の場合、NM_000116)の配列情報に基づいて、TEAD3に対するsiRNA等について記載したのと同じ方法により適宜設計することができる。 siRNA or shRNA against YAP or TAZ can be appropriately designed using the same method as described for siRNA against TEAD3, etc., based on the sequence information of YAP mRNA (e.g., NM_001130145 for human YAP1-2γ isoform) or TAZ mRNA (e.g., NM_000116 for human TAZ isoform-1).

YAP又はTAZに対するmiRNAは、TEAD3に対するmiRNAについて記載したのと同じデータベースを用いて検索することができる。例えば、TarBase(上述)によれば、YAP1に対するmiRNAとしてhsa-miR-204-5p、hsa-miR-506-3p等が挙げられるが、それらに限定されない。また、TAZに対するmiRNAとしてhsa-miR-382-3p、hsa-miR-26b-5p等が挙げられるが、それらに限定されない。これらのmiRNA及び/又はpre-miRNAの配列情報は、例えば、miRBase(上述)を用いて取得することができる。 MiRNAs for YAP or TAZ can be searched using the same databases as those described for miRNAs for TEAD3. For example, according to TarBase (see above), miRNAs for YAP1 include, but are not limited to, hsa-miR-204-5p and hsa-miR-506-3p. MiRNAs for TAZ include, but are not limited to, hsa-miR-382-3p and hsa-miR-26b-5p. Sequence information for these miRNAs and/or pre-miRNAs can be obtained, for example, using miRBase (see above).

YAPやTAZに対するアンチセンス核酸やリボザイム核酸も、上記TEAD3に対するアンチセンス核酸やリボザイム核酸と同様にして設計し、用いることができる。 Antisense nucleic acids and ribozyme nucleic acids for YAP and TAZ can also be designed and used in the same manner as the antisense nucleic acids and ribozyme nucleic acids for TEAD3 described above.

別の実施態様においては、YAP又はTAZの阻害物質として、14-3-3タンパク質を用いることができる。細胞内の14-3-3タンパク質を富化することにより、YAP/TAZとの複合体形成を促進し、YAP/TAZの核内移行を抑制することができる。
また、別の実施態様においては、YAP又はTAZの阻害物質として、Hippoシグナル伝達経路の活性化物質を用いることもできる。Hippoシグナル伝達経路が活性化すると、YAP/TAZのリン酸化が促進され、核内移行が抑制され得る。Hippoシグナル伝達経路の活性化物質としては、例えば、Lats1/2(及びその共役因子であるMob1A/1B)、さらにその上流のMST1/2(及びその共役因子であるWW45)を挙げることができる。
さらに別の実施態様においては、YAP又はTAZのドミナントネガティブ変異体を用いることができる。YAP及びTAZのTEAD結合ドメインは、それぞれN末端から50~100アミノ酸及び13~57アミノ酸であり、転写活性化ドメインは、それぞれ276~472位及び208~381位であるので、TEAD結合ドメインを含むが転写活性化ドメインを欠くYAP又はTAZフラグメントは、核内に移行すると、内因性のYAP/TAZと競合的にTEAD3に結合し、TEAD3とYAP/TAZとの相互作用による標的遺伝子の転写活性化を抑制することができる。転写活性化ドメインの欠失により核局在化が棄損される場合には、自体公知の核局在化シグナル配列を付加してもよい。
これらのYAP/TAZ阻害物質のアミノ酸配列及びmRNA配列の情報はいずれも既知であり、種々のデータベースから配列情報を入手することができ、上記したTEAD3のドミナントネガティブ変異体及びそれをコードする核酸と同様にして、所望のタンパク質又はそれをコードする核酸を取得することができる。得られたタンパク質又は核酸は、TEAD3のドミナントネガティブ変異体又はそれをコードする核酸と同様の方法により、体細胞に導入することができる。
In another embodiment, 14-3-3 proteins can be used as inhibitors of YAP or TAZ. Enriching intracellular 14-3-3 proteins can promote the formation of complexes with YAP/TAZ and inhibit the nuclear translocation of YAP/TAZ.
In another embodiment, activators of the Hippo signaling pathway can also be used as inhibitors of YAP or TAZ. Activation of the Hippo signaling pathway promotes phosphorylation of YAP/TAZ, suppressing their nuclear translocation. Examples of activators of the Hippo signaling pathway include Lats1/2 (and their coactivators Mob1A/1B) and, further upstream, MST1/2 (and their coactivators WW45).
In yet another embodiment, dominant-negative mutants of YAP or TAZ can be used. The TEAD-binding domain of YAP and TAZ is 50-100 amino acids and 13-57 amino acids from the N-terminus, respectively, and the transcriptional activation domain is 276-472 and 208-381, respectively. Therefore, when translocated into the nucleus, a YAP or TAZ fragment containing the TEAD-binding domain but lacking the transcriptional activation domain can competitively bind to TEAD3 with endogenous YAP/TAZ and suppress the transcriptional activation of target genes mediated by the interaction between TEAD3 and YAP/TAZ. If nuclear localization is impaired due to deletion of the transcriptional activation domain, a known nuclear localization signal sequence may be added.
The amino acid sequences and mRNA sequences of these YAP/TAZ inhibitors are all known, and sequence information is available from various databases. The desired proteins or nucleic acids encoding them can be obtained in the same manner as for the above-described dominant-negative mutants of TEAD3 and the nucleic acids encoding them. The obtained proteins or nucleic acids can be introduced into somatic cells in the same manner as for the dominant-negative mutants of TEAD3 or the nucleic acids encoding them.

(h) TEAD3に対するデコイ核酸
YAP/TAZは、TEAD3だけでなく他の転写因子とも共役している。そのため、TEAD3選択的に標的遺伝子の転写活性化を抑制するには、TEAD3の標的遺伝子プロモーター領域への結合を阻害する物質を用いることがより好ましい。そのような物質としては、上記したYAP/TAZ結合ドメイン(転写活性化ドメイン)を欠くTEAD3のドミナントネガティブ変異体だけでなく、TED3のコンセンサス結合配列を含むデコイ核酸を挙げることができる。TEAD3のコンセンサス結合配列としては、ACATTCCAが挙げられる。好ましくは、該デコイ核酸は二本鎖DNAである。該デコイ核酸の長さは、例えば、8~30ヌクレオチド、好ましくは8~20ヌクレオチドである。
(h) Decoy nucleic acid for TEAD3
YAP/TAZ conjugates not only with TEAD3 but also with other transcription factors. Therefore, to selectively suppress the transcriptional activation of target genes using TEAD3, it is preferable to use a substance that inhibits the binding of TEAD3 to the promoter region of the target gene. Such substances include the above-mentioned dominant-negative mutants of TEAD3 lacking the YAP/TAZ-binding domain (transcriptional activation domain), as well as decoy nucleic acids containing the TED3 consensus binding sequence. An example of the TEAD3 consensus binding sequence is ACATTCCA. Preferably, the decoy nucleic acid is double-stranded DNA. The length of the decoy nucleic acid is, for example, 8 to 30 nucleotides, preferably 8 to 20 nucleotides.

TEAD3に対するデコイ核酸は、上記p53のコンセンサス結合配列を含むオリゴ核酸と同様にして調製し、体細胞に導入することができる。 Decoy nucleic acids for TEAD3 can be prepared in the same manner as the oligonucleic acids containing the consensus binding sequence for p53 described above and introduced into somatic cells.

上記TEAD3の機能阻害物質は、体細胞の核初期化工程においてTEAD3の機能を阻害するのに十分な様式で体細胞に導入する必要がある。ここで体細胞の核初期化は、核初期化物質を体細胞に導入することにより実施することができる。The above-mentioned TEAD3 function inhibitor must be introduced into somatic cells in a manner sufficient to inhibit TEAD3 function during the nuclear reprogramming process of somatic cells. Here, nuclear reprogramming of somatic cells can be carried out by introducing a nuclear reprogramming substance into the somatic cells.

(C) 核初期化物質
本発明において「核初期化物質」とは、体細胞に導入することにより該体細胞からiPS細胞を誘導することができる物質(群)であれば、タンパク性因子またはそれをコードする核酸(ベクターに組み込まれた形態を含む)、あるいは低分子化合物等のいかなる物質から構成されてもよい。核初期化物質がタンパク性因子またはそれをコードする核酸の場合、好ましくは以下の組み合わせが例示される(以下においては、タンパク性因子の名称のみを記載する)。
(1) Oct3/4, Klf4, c-Myc
(2) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2(ここで、Sox2はSox1, Sox3, Sox15, Sox17またはSox18、好ましくはSox1, Sox3, Sox15または Sox17、より好ましくはSox1またはSox3で置換可能である。また、Klf4はKlf1, Klf2またはKlf5、好ましくはKlf2で置換可能である。さらに、c-MycはT58A(活性型変異体), N-Myc, L-Mycで置換可能である。)
(3) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, Fbx15, Nanog, Eras, ECAT15-2, TclI, β-catenin (活性型変異体S33Y)
(4) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, TERT, SV40 Large T antigen(以下、SV40LT)
(5) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, TERT, HPV16 E6
(6) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, TERT, HPV16 E7
(7) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, TERT, HPV6 E6, HPV16 E7
(8) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, TERT, Bmil
(以上、WO 2007/069666を参照(但し、上記(2)の組み合わせにおいて、Sox2からSox18への置換、Klf4からKlf1もしくはKlf5への置換については、Nature Biotechnology, 26, 101-106 (2008)を参照)。「Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2」の組み合わせについては、Cell, 126, 663-676 (2006)、Cell, 131, 861-872 (2007) 等も参照。「Oct3/4, Klf2(またはKlf5), c-Myc, Sox2」の組み合わせについては、Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009)も参照。「Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, hTERT, SV40LT」の組み合わせについては、Nature, 451, 141-146 (2008)も参照。)
(9) Oct3/4, Klf4, Sox2(Nature Biotechnology, 26, 101-106 (2008)を参照)(ここで、Sox2はSox1, Sox3, Sox15, Sox17またはSox18で置換可能である。また、Klf4はKlf1, Klf2またはKlf5で置換可能である。)
(10) Oct3/4, Sox2, Nanog, Lin28(Science, 318, 1917-1920 (2007)を参照)
(11) Oct3/4, Sox2, Nanog, Lin28, hTERT, SV40LT(Stem Cells, 26, 1998-2005 (2008)を参照)
(12) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, Nanog, Lin28(Cell Research (2008) 600-603を参照)
(13) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, SV40LT(Stem Cells, 26, 1998-2005 (2008)も参照)
(14) Oct3/4, Klf4(Nature 454:646-650 (2008)、Cell Stem Cell, 2:525-528(2008)を参照)
(15) Oct3/4, c-Myc(Nature 454:646-650 (2008)を参照)
(16) Oct3/4, Sox2 (Nature, 451, 141-146 (2008), WO2008/118820を参照)
(17) Oct3/4, Sox2, Nanog (WO2008/118820を参照)
(18) Oct3/4, Sox2, Lin28 (WO2008/118820を参照)
(19) Oct3/4, Sox2, c-Myc, Esrrb (ここで、EsrrbはEsrrgで置換可能である。Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009) を参照)
(20) Oct3/4, Sox2, Esrrb (Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009) を参照)
(21) Oct3/4, Klf4, L-Myc
(22) Oct3/4, Nanog
(23) Oct3/4 (Cell 136: 411-419 (2009)、Nature, 08436, doi:10.1038 published online(2009))
(24) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, Nanog, Lin28, SV40LT(Science, 324: 797-801 (2009)を参照)
(25) Oct3/4, Sox2, Klf4, L-Myc, Lin28
(26) Oct3/4, Sox2, Klf4, L-Myc, Lin28, Glis1
(C) Nuclear reprogramming substance. In the present invention, a "nuclear reprogramming substance" refers to any substance or substances that can induce iPS cells from somatic cells by introducing them into the somatic cells, and may be composed of any substance, such as a proteinaceous factor or a nucleic acid encoding the same (including in a form incorporated into a vector), or a low-molecular-weight compound. When the nuclear reprogramming substance is a proteinaceous factor or a nucleic acid encoding the same, preferred examples include the following combinations (hereinafter, only the names of the proteinaceous factors are given):
(1) Oct3/4, Klf4, c-Myc
(2) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2 (wherein Sox2 can be replaced with Sox1, Sox3, Sox15, Sox17, or Sox18, preferably Sox1, Sox3, Sox15, or Sox17, more preferably Sox1 or Sox3. Klf4 can be replaced with Klf1, Klf2, or Klf5, preferably Klf2. c-Myc can be replaced with T58A (active mutant), N-Myc, or L-Myc.)
(3) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, Fbx15, Nanog, Eras, ECAT15-2, TclI, β-catenin (active mutant S33Y)
(4) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, TERT, SV40 Large T antigen (hereinafter SV40LT)
(5) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, TERT, HPV16 E6
(6) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, TERT, HPV16 E7
(7) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, TERT, HPV6 E6, HPV16 E7
(8) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, TERT, Bmil
(For the above, see WO 2007/069666 (however, for the substitution of Sox2 with Sox18 and the substitution of Klf4 with Klf1 or Klf5 in the combination (2) above, see Nature Biotechnology, 26, 101-106 (2008)). For the combination of "Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2", see also Cell, 126, 663-676 (2006) and Cell, 131, 861-872 (2007). For the combination of "Oct3/4, Klf2 (or Klf5), c-Myc, Sox2", see also Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009). For the combination of "Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, hTERT, For the combination of "SV40LT", see Nature, 451, 141-146 (2008).
(9) Oct3/4, Klf4, Sox2 (see Nature Biotechnology, 26, 101-106 (2008)) (Here, Sox2 can be replaced with Sox1, Sox3, Sox15, Sox17, or Sox18. Also, Klf4 can be replaced with Klf1, Klf2, or Klf5.)
(10) Oct3/4, Sox2, Nanog, Lin28 (Science, 318, 1917-1920 (2007))
(11) Oct3/4, Sox2, Nanog, Lin28, hTERT, SV40LT (See Stem Cells, 26, 1998-2005 (2008))
(12) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, Nanog, Lin28 (see Cell Research (2008) 600-603)
(13) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, SV40LT (see also Stem Cells, 26, 1998-2005 (2008))
(14) Oct3/4, Klf4 (see Nature 454:646-650 (2008), Cell Stem Cell 2:525-528 (2008))
(15) Oct3/4, c-Myc (see Nature 454:646-650 (2008))
(16) Oct3/4, Sox2 (Nature, 451, 141-146 (2008), see WO2008/118820)
(17) Oct3/4, Sox2, Nanog (see WO2008/118820)
(18) Oct3/4, Sox2, Lin28 (see WO2008/118820)
(19) Oct3/4, Sox2, c-Myc, Esrrb (where Esrrb can be replaced by Esrrg. See Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009))
(20) Oct3/4, Sox2, Esrrb (see Nat. Cell Biol., 11, 197-203 (2009))
(21) Oct3/4, Klf4, L-Myc
(22) Oct3/4, Nanog
(23) Oct3/4 (Cell 136: 411-419 (2009), Nature, 08436, doi:10.1038 published online(2009))
(24) Oct3/4, Klf4, c-Myc, Sox2, Nanog, Lin28, SV40LT (Science, 324: 797-801 (2009))
(25) Oct3/4, Sox2, Klf4, L-Myc, Lin28
(26) Oct3/4, Sox2, Klf4, L-Myc, Lin28, Glis1

上記(1)-(26)において、Oct3/4に代えて他のOctファミリーのメンバー、例えばOct1A、Oct6などを用いることもできる。また、Sox2(またはSox1、Sox3、Sox15、Sox17、Sox18)に代えて他のSoxファミリーのメンバー、例えばSox7などを用いることもできる。また、上記(1)-(26)には該当しないが、それらのいずれかにおける構成要素をすべて含み、且つ任意の他の物質をさらに含む組み合わせも、本発明における「核初期化物質」の範疇に含まれ得る。また、核初期化の対象となる体細胞が上記(1)-(26)のいずれかにおける構成要素の一部を、核初期化のために十分なレベルで内在的に発現している条件下にあっては、当該構成要素を除いた残りの構成要素のみの組み合わせもまた、本発明における「核初期化物質」の範疇に含まれ得る。In the above (1)-(26), other Oct family members, such as Oct1A and Oct6, can be used in place of Oct3/4. Furthermore, other Sox family members, such as Sox7, can be used in place of Sox2 (or Sox1, Sox3, Sox15, Sox17, and Sox18). Furthermore, combinations that do not fall under the above (1)-(26) but contain all of the components of any of them and further contain any other substances can also be included in the category of "nuclear reprogramming substances" in the present invention. Furthermore, under conditions where the somatic cells to be subjected to nuclear reprogramming endogenously express some of the components of any of the above (1)-(26) at levels sufficient for nuclear reprogramming, combinations of only the remaining components excluding those components can also be included in the category of "nuclear reprogramming substances" in the present invention.

これらの組み合わせの中で、Oct3/4、Sox2、Klf4、c-MycもしくはL-Myc、Nanog、Lin28およびSV40LTから選択される少なくとも1つ、好ましくは2つ以上、より好ましくは3つ以上が、好ましい核初期化物質の例として挙げられる。 Among these combinations, preferred examples of nuclear reprogramming substances include at least one, preferably two or more, and more preferably three or more selected from Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc or L-Myc, Nanog, Lin28, and SV40LT.

とりわけ、得られるiPS細胞を治療用途に用いることを念頭においた場合、Oct3/4, Sox2およびKlf4の3因子の組み合わせ(即ち、上記(9))が好ましい。一方、iPS細胞を治療用途に用いることを念頭に置かない場合(例えば、創薬スクリーニング等の研究ツールとして用いる場合など)は、Oct3/4、Sox2およびKlf4の3因子のほか、それにc-Mycを加えた4因子を例示することができる。あるいは、iPS細胞の使用態様にかかわらず、Oct3/4、Sox2およびKlf4の3因子にL-MycとLin28を加えた5因子(即ち、上記(25))、さらにGlis1(即ち、上記(26))やSV40 Large Tを加えた6因子などを例示することができる。In particular, when considering therapeutic use of the resulting iPS cells, a combination of the three factors Oct3/4, Sox2, and Klf4 (i.e., (9) above) is preferred. On the other hand, when therapeutic use of iPS cells is not considered (for example, when using them as research tools for drug discovery screening, etc.), an example of a combination of four factors, Oct3/4, Sox2, and Klf4 plus c-Myc, can be used. Alternatively, regardless of the manner in which the iPS cells will be used, examples of a combination of five factors, Oct3/4, Sox2, and Klf4 plus L-Myc and Lin28 (i.e., (25) above), or six factors, further including Glis1 (i.e., (26) above) and SV40 Large T, can be used, for example.

さらに、上記におけるc-MycをL-Mycに変更した組み合わせも、好ましい核初期化物質の例として挙げられる。 Furthermore, a combination in which c-Myc is replaced with L-Myc in the above is also an example of a preferred nuclear reprogramming substance.

上記の各核初期化物質のマウスおよびヒトcDNAのヌクレオチド配列並びに当該cDNAにコードされるタンパク質のアミノ酸配列情報は、WO 2007/069666に記載のNCBI accession numbersを参照すること、またL-Myc、Lin28、Lin28b、Esrrb、EsrrgおよびGlis1のマウスおよびヒトのcDNA配列およびアミノ酸配列情報については、それぞれ下記NCBI accession numbersを参照することにより取得できる。当業者は、当該cDNA配列またはアミノ酸配列情報に基づいて、常法により所望の核初期化物質を調製することができる。
遺伝子名 マウス ヒト
L-Myc NM_008506 NM_001033081
Lin28 NM_145833 NM_024674
Lin28b NM_001031772 NM_001004317
Esrrb NM_011934 NM_004452
Esrrg NM_011935 NM_001438
Glis1 NM_147221 NM_147193
The nucleotide sequences of the mouse and human cDNAs for each of the above nuclear reprogramming substances and the amino acid sequence information of the proteins encoded by the cDNAs can be obtained by referring to the NCBI accession numbers listed in WO 2007/069666, and the mouse and human cDNA and amino acid sequence information for L-Myc, Lin28, Lin28b, Esrrb, Esrrg, and Glis1 can be obtained by referring to the NCBI accession numbers listed below. Those skilled in the art can prepare the desired nuclear reprogramming substances using standard methods based on the cDNA sequences or amino acid sequence information.
Gene Name Mouse Human
L-Myc NM_008506 NM_001033081
Lin28 NM_145833 NM_024674
Lin28b NM_001031772 NM_001004317
Esrrb NM_011934 NM_004452
Esrrg NM_011935 NM_001438
Glis1 NM_147221 NM_147193

核初期化物質としてタンパク性因子自体を用いる場合には、得られたcDNAを適当な発現ベクターに挿入して宿主細胞に導入し、該細胞を培養して得られる培養物から組換えタンパク性因子を回収することにより調製することができる。一方、核初期化物質としてタンパク性因子をコードする核酸を用いる場合、得られたcDNAを、上記TEAD3のドミナントネガティブ変異体をコードする核酸の場合と同様にして、ウイルスベクター、エピソーマルベクターもしくはプラスミドベクターに挿入して発現ベクターを構築し、核初期化工程に供される。必要に応じて、上記Cre-loxPシステムやpiggyBacトランスポゾンシステムを利用することもできる。尚、核初期化物質として2以上のタンパク性因子をコードする核酸を細胞に導入する場合、各核酸を別個のベクターに担持させてもよいし、複数の核酸をタンデムに繋いでポリシストロニックベクターとすることもできる。後者の場合、効率的なポリシストロニック発現を可能にするために、例えば、口蹄疫ウイルスの2A配列(PLoS ONE 3, e2532, 2008、Stem Cells 25, 1707, 2007)、IRES配列(U.S. Patent No. 4,937,190)など、好ましくは2A配列を用いることができる。When using a protein factor itself as the nuclear reprogramming substance, the resulting cDNA can be inserted into an appropriate expression vector and introduced into host cells. The cells can then be cultured and the recombinant protein factor recovered from the resulting culture. When using a nucleic acid encoding a protein factor as the nuclear reprogramming substance, the resulting cDNA can be inserted into a viral, episomal, or plasmid vector to construct an expression vector, as in the case of the nucleic acid encoding the dominant-negative mutant of TEAD3 described above, and then subjected to the nuclear reprogramming process. If necessary, the Cre-loxP system or piggyBac transposon system described above can also be used. When introducing nucleic acids encoding two or more protein factors as nuclear reprogramming substances into cells, each nucleic acid can be carried on a separate vector, or multiple nucleic acids can be linked in tandem to form a polycistronic vector. In the latter case, to enable efficient polycistronic expression, it is preferable to use a 2A sequence, such as the 2A sequence of foot-and-mouth disease virus (PLoS ONE 3, e2532, 2008; Stem Cells 25, 1707, 2007) or an IRES sequence (U.S. Patent No. 4,937,190).

核初期化物質の体細胞への接触は、(a) 該物質がタンパク性因子である場合、上記TEAD3のドミナントネガティブ変異体と同様にして、(b) 該物質が(a)のタンパク性因子をコードする核酸である場合、上記TEAD3のドミナントネガティブ変異体をコードする核酸と同様にして、実施することができる。 Contact of a nuclear reprogramming substance with a somatic cell can be carried out (a) in the case where the substance is a protein factor, in the same manner as for the dominant-negative mutant of TEAD3 described above; or (b) in the case where the substance is a nucleic acid encoding the protein factor of (a), in the same manner as for the nucleic acid encoding the dominant-negative mutant of TEAD3 described above.

(D) iPS細胞の樹立効率改善物質
上記TEAD3の機能阻害物質に加え、公知の他の樹立効率改善物質を体細胞に接触させることにより、iPS細胞の樹立効率をより高めることが期待できる。
(D) Substances for improving iPS cell establishment efficiency In addition to the above-mentioned TEAD3 function inhibitors, contacting somatic cells with other known substances for improving establishment efficiency is expected to further increase the efficiency of iPS cell establishment.

iPS細胞の樹立効率改善物質としては、例えば、ヒストンデアセチラーゼ(HDAC)阻害剤[例えば、バルプロ酸 (VPA)(Nat. Biotechnol., 26(7): 795-797 (2008))、トリコスタチンA、酪酸ナトリウム、MC 1293、M344等の低分子阻害剤、HDACに対するsiRNAおよびshRNA(例、HDAC1 siRNA Smartpool(商標)(Millipore)、HuSH 29mer shRNA Constructs against HDAC1 (OriGene)等)等の核酸性発現阻害剤など]、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤(例えば5’-azacytidine)(Nat. Biotechnol., 26(7): 795-797 (2008))、G9aヒストンメチルトランスフェラーゼ阻害剤[例えば、BIX-01294 (Cell Stem Cell, 2: 525-528 (2008))等の低分子阻害剤、G9aに対するsiRNAおよびshRNA(例、G9a siRNA(human)(Santa Cruz Biotechnology)等)等の核酸性発現阻害剤など]、L-channel calcium agonist (例えばBayk8644) (Cell Stem Cell, 3, 568-574 (2008))、UTF1(Cell Stem Cell, 3, 475-479 (2008))、Wnt Signaling活性化剤(例えばsoluble Wnt3a)(Cell Stem Cell, 3, 132-135 (2008))、2i/LIF (2iはmitogen-activated protein kinase signallingおよびglycogen synthase kinase-3の阻害剤、PloS Biology, 6(10), 2237-2247 (2008))、ES細胞特異的miRNA(例えば、miR-302-367クラスター (Mol. Cell. Biol. doi:10.1128/MCB.00398-08)、miR-302 (RNA (2008) 14: 1-10)、miR-291-3p, miR-294およびmiR-295(以上、Nat. Biotechnol. 27: 459-461 (2009)))、3’-phosphoinositide-dependent kinase-1 (PDK1) acitvator(例、PS48 (Cell Stem Cell, 7: 651-655 (2010)) など)、神経ペプチドY(WO 2010/147395)、プロスタグランジン類(例えば、プロスタグランジンE2およびプロスタグランジンJ2)(WO 2010/068955)等が挙げられるが、それらに限定されない。
前記で核酸性の発現阻害剤はsiRNAもしくはshRNAをコードするDNAを含む発現ベクターの形態であってもよい。
Substances for improving the efficiency of iPS cell establishment include, for example, histone deacetylase (HDAC) inhibitors [e.g., small molecule inhibitors such as valproic acid (VPA) (Nat. Biotechnol., 26(7): 795-797 (2008)), trichostatin A, sodium butyrate, MC 1293, and M344, and nucleic acid expression inhibitors such as siRNA and shRNA against HDAC (e.g., HDAC1 siRNA Smartpool™ (Millipore), HuSH 29mer shRNA Constructs against HDAC1 (OriGene))], DNA methyltransferase inhibitors (e.g., 5′-azacytidine) (Nat. Biotechnol., 26(7): 795-797 (2008)), and G9a histone methyltransferase inhibitors [e.g., BIX-01294 (Cell Stem Cell, 2: 525-528 (2008)), small molecule inhibitors such as siRNA and shRNA against G9a (e.g., G9a siRNA (human) (Santa Cruz Biotechnology)), nucleic acid expression inhibitors such as L-channel calcium agonists (e.g., Bayk8644) (Cell Stem Cell, 3, 568-574 (2008)), UTF1 (Cell Stem Cell, 3, 475-479 (2008)), Wnt signaling activators (e.g., soluble Wnt3a) (Cell Stem Cell, 3, 132-135 (2008)), 2i/LIF (2i is an inhibitor of mitogen-activated protein kinase signaling and glycogen synthase kinase-3, PloS Biology, 6(10), 2237-2247 (2008)), ES cell-specific miRNAs (e.g., miR-302-367 cluster (Mol. Cell. Biol. doi:10.1128/MCB.00398-08), miR-302 (RNA (2008) 14: 1-10), miR-291-3p, miR-294, and miR-295 (all of which are published in Nat. Biotechnol. 27: 459-461 (2009)), 3'-phosphoinositide-dependent kinase-1 (PDK1) acivator (e.g., PS48 (Cell Stem Cell, 7: 651-655 (2010))), neuropeptide Y (WO 2010/147395), prostaglandins (e.g., prostaglandin E2 and prostaglandin J2) (WO 2010/068955), and the like, but are not limited thereto.
The nucleic acid expression inhibitor may be in the form of an expression vector containing DNA encoding siRNA or shRNA.

尚、前記核初期化物質の構成要素のうち、例えばSV40 large T等は、体細胞の核初期化のために必須ではなく補助的な因子であるという点において、iPS細胞の樹立効率改善物質の範疇にも含まれ得る。核初期化の機序が明らかでない現状においては、核初期化に必須の因子以外の補助的な因子について、それらを核初期化物質として位置づけるか、あるいはiPS細胞の樹立効率改善物質として位置づけるかは便宜的であってもよい。即ち、体細胞の核初期化プロセスは、体細胞への核初期化物質およびiPS細胞の樹立効率改善物質の接触によって生じる全体的事象として捉えられるので、当業者にとって両者を必ずしも明確に区別する必要性はないであろう。 Of the components of the nuclear reprogramming substances, for example, SV40 large T, which is a supplementary factor but not essential for the nuclear reprogramming of somatic cells, can also be included in the category of iPS cell establishment efficiency improvers. Given that the mechanism of nuclear reprogramming is currently unclear, it may be expedient to classify supplementary factors other than those essential for nuclear reprogramming as either nuclear reprogramming substances or iPS cell establishment efficiency improvers. In other words, because the somatic cell nuclear reprogramming process can be viewed as a holistic event that occurs upon contact of somatic cells with nuclear reprogramming substances and iPS cell establishment efficiency improvers, those skilled in the art will not necessarily need to clearly distinguish between the two.

これら他のiPS細胞の樹立効率改善物質の体細胞への接触は、該物質が(a) タンパク性因子である場合、(b) 該タンパク性因子をコードする核酸である場合に応じて、TEAD3の機能阻害物質についてそれぞれ上記したと同様の方法により、実施することができる。該物質が低分子化合物である場合は、該物質を体細胞の培地に適切な濃度となるように添加すればよい。 These other substances that improve iPS cell establishment efficiency can be contacted with somatic cells using methods similar to those described above for TEAD3 function inhibitors, depending on whether the substance is (a) a proteinaceous factor or (b) a nucleic acid that encodes the proteinaceous factor. If the substance is a low-molecular-weight compound, it can be added to the culture medium for somatic cells at an appropriate concentration.

(E) 培養条件による樹立効率の改善
体細胞の核初期化工程において低酸素条件下で細胞を培養することにより、iPS細胞の樹立効率をさらに改善することができる。本明細書において「低酸素条件」とは、細胞を培養する際の雰囲気中の酸素濃度が、大気中のそれよりも有意に低いことを意味する。具体的には、通常の細胞培養で一般的に使用される5-10% CO2/95-90%大気の雰囲気中の酸素濃度よりも低い酸素濃度の条件が挙げられ、例えば雰囲気中の酸素濃度が18%以下の条件が該当する。好ましくは、雰囲気中の酸素濃度は15%以下(例、14%以下、13%以下、12%以下、11%以下など)、10%以下(例、9%以下、8%以下、7%以下、6%以下など)、または5%以下(例、4%以下、3%以下、2%以下など)である。また、雰囲気中の酸素濃度は、好ましくは0.1%以上(例、0.2%以上、0.3%以上、0.4%以上など)、0.5%以上(例、0.6%以上、0.7%以上、0.8%以上、0.95以上など)、または1%以上(例、1.1%以上、1.2%以上、1.3%以上、1.4%以上など)である。
低酸素培養に関するより詳細な培養条件については、例えば、国際公開第2010/013845号公報を参照することができる。
(E) Improving iPS cell establishment efficiency by culturing cells under hypoxic conditions during the nuclear reprogramming step of somatic cells can further improve iPS cell establishment efficiency. As used herein, "hypoxic conditions" refers to conditions in which the oxygen concentration in the atmosphere during cell culture is significantly lower than that in air. Specifically, these conditions include conditions with an oxygen concentration lower than the oxygen concentration in the 5-10% CO /95-90% air atmosphere commonly used in conventional cell culture, such as conditions with an oxygen concentration of 18% or less. Preferably, the oxygen concentration in the atmosphere is 15% or less (e.g., 14% or less, 13% or less, 12% or less, 11% or less, etc.), 10% or less (e.g., 9% or less, 8% or less, 7% or less, 6% or less, etc.), or 5% or less (e.g., 4% or less, 3% or less, 2% or less, etc.). The oxygen concentration in the atmosphere is preferably 0.1% or more (e.g., 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, etc.), 0.5% or more (e.g., 0.6% or more, 0.7% or more, 0.8% or more, 0.95% or more, etc.), or 1% or more (e.g., 1.1% or more, 1.2% or more, 1.3% or more, 1.4% or more, etc.).
For more detailed culture conditions regarding hypoxic culture, see, for example, WO 2010/013845.

核初期化物質およびTEAD3の機能阻害物質を接触させた後、細胞を、例えばES細胞の培養に適した条件下で培養することができる。マウス細胞の場合、通常の培地に分化抑制因子としてLeukemia Inhibitory Factor(LIF)を添加して培養を行う。一方、ヒト細胞の場合には、LIFの代わりに塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)および/または幹細胞因子(SCF)を添加することが望ましい。また通常、細胞は、フィーダー細胞として、放射線や抗生物質で処理して細胞分裂を停止させたマウス胎仔由来の線維芽細胞(MEF)の共存下で培養される。MEFとしては、通常STO細胞等がよく使われるが、iPS細胞の誘導には、SNL細胞(McMahon, A. P. & Bradley, A. Cell 62, 1073-1085 (1990))等がよく使われている。フィーダー細胞との共培養は、核初期化物質およびTEAD3の機能阻害物質の接触より前から開始してもよいし、該接触時から、あるいは該接触より後(例えば1-10日後)から開始してもよい。After contacting the cells with the nuclear reprogramming substance and the TEAD3 function inhibitor, the cells can be cultured under conditions suitable for culturing ES cells, for example. Mouse cells are cultured in standard culture medium supplemented with leukemia inhibitory factor (LIF) as a differentiation inhibitor. Human cells, on the other hand, are preferably cultured with basic fibroblast growth factor (bFGF) and/or stem cell factor (SCF) instead of LIF. Furthermore, cells are typically cultured in the presence of mouse embryonic fibroblasts (MEFs) that have been treated with radiation or antibiotics to arrest cell division. While STO cells are commonly used as MEFs, SNL cells (McMahon, A. P. & Bradley, A. Cell 62, 1073-1085 (1990)) are commonly used to induce iPS cells. Co-culture with feeder cells can be initiated before, at the time of, or after contact (e.g., 1-10 days after contact).

iPS細胞の候補コロニーの選択は、薬剤耐性とレポーター活性を指標とする方法と目視による形態観察による方法とが挙げられる。前者としては、例えば、分化多能性細胞において特異的に高発現する遺伝子(例えば、Fbx15、Nanog、Oct3/4など、好ましくはNanogまたはOct3/4)の遺伝子座に、薬剤耐性遺伝子および/またはレポーター遺伝子をターゲッティングした組換え体細胞を用い、薬剤耐性および/またはレポーター活性陽性のコロニーを選択するというものである。そのような組換え体細胞としては、例えばFbx15遺伝子座にβgeo(β-ガラクトシダーゼとネオマイシンホスホトランスフェラーゼとの融合タンパク質をコードする)遺伝子をノックインしたマウス由来のMEF(Takahashi & Yamanaka, Cell, 126, 663-676 (2006))、あるいはNanog遺伝子座に緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子とピューロマイシン耐性遺伝子を組み込んだトランスジェニックマウス由来のMEF(Okita et al., Nature, 448, 313-317 (2007))等が挙げられる。一方、目視による形態観察で候補コロニーを選択する方法としては、例えばTakahashi et al., Cell, 131, 861-872 (2007)に記載の方法が挙げられる。レポーター細胞を用いる方法は簡便で効率的ではあるが、iPS細胞がヒトの治療用途を目的として作製される場合、安全性の観点から目視によるコロニー選択が望ましい。Candidate iPS cell colonies can be selected using drug resistance and reporter activity as indicators, or by visual morphological observation. The former involves using recombinant cells in which a drug resistance gene and/or reporter gene is targeted to the locus of a gene that is specifically highly expressed in pluripotent cells (e.g., Fbx15, Nanog, Oct3/4, etc., preferably Nanog or Oct3/4), and selecting colonies that are positive for drug resistance and/or reporter activity. Examples of such recombinant cells include MEFs derived from mice in which the βgeo gene (encoding a fusion protein of β-galactosidase and neomycin phosphotransferase) was knocked into the Fbx15 locus (Takahashi & Yamanaka, Cell, 126, 663-676 (2006)), and MEFs derived from transgenic mice in which the green fluorescent protein (GFP) gene and puromycin resistance gene were integrated into the Nanog locus (Okita et al., Nature, 448, 313-317 (2007)). On the other hand, methods for selecting candidate colonies by visual morphological observation include the method described in Takahashi et al., Cell, 131, 861-872 (2007). While methods using reporter cells are simple and efficient, visual colony selection is preferable for generating iPS cells for human therapeutic use from the perspective of safety.

選択されたコロニーの細胞がiPS細胞であることの確認は、上記したNanog(もしくはOct3/4)レポーター陽性(ピューロマイシン耐性、GFP陽性など)および目視によるES細胞様コロニーの形成によっても行い得るが、より正確を期すために、アルカリフォスファターゼ染色や、各種ES細胞特異的遺伝子の発現を解析したり、選択された細胞をマウスに移植してテラトーマ形成を確認する等の試験を実施することもできる。 The identity of the cells in the selected colonies as iPS cells can be confirmed by the above-mentioned Nanog (or Oct3/4) reporter positivity (puromycin resistance, GFP positivity, etc.) and visual inspection of the formation of ES cell-like colonies. However, for greater accuracy, tests such as alkaline phosphatase staining, analysis of the expression of various ES cell-specific genes, or transplantation of the selected cells into mice to confirm teratoma formation can also be performed.

このようにして樹立されたiPS細胞は、種々の目的で使用することができる。例えば、ES細胞で報告されている分化誘導法を利用して、iPS細胞から種々の細胞(例えば、心筋細胞、血液細胞、神経細胞、血管内皮細胞、インスリン分泌細胞等)への分化を誘導することができる。したがって、患者本人やHLAの型が同一もしくは実質的に同一である他人から採取した体細胞を用いてiPS細胞を誘導すれば、そこから所望の細胞(即ち、該患者が罹病している臓器の細胞や疾患に対する治療効果を発揮する細胞など)に分化させて該患者に移植するという、自家移植による幹細胞療法が可能となる。さらに、iPS細胞から分化させた機能細胞(例えば、肝細胞)は、対応する既存の細胞株よりも実際の生体内での該機能細胞の状態をより反映していると考えられるので、医薬候補化合物の薬効や毒性のin vitroスクリーニング等にも好適に用いることができる。iPS cells established in this way can be used for a variety of purposes. For example, differentiation methods reported for ES cells can be used to induce differentiation of iPS cells into various cell types (e.g., cardiomyocytes, blood cells, neurons, vascular endothelial cells, insulin-secreting cells, etc.). Therefore, if iPS cells are derived from somatic cells collected from the patient or from a donor with the same or substantially identical HLA type, they can be differentiated into desired cells (i.e., cells of the patient's affected organ or cells that have a therapeutic effect against the disease) and transplanted into the patient, enabling autologous stem cell therapy. Furthermore, functional cells (e.g., hepatocytes) differentiated from iPS cells are thought to more closely reflect the actual state of these cells in vivo than corresponding existing cell lines, and therefore can be suitably used for in vitro screening of the efficacy and toxicity of drug candidate compounds.

以下に、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明は以下の実施例になんら限定されるものではない。 The present invention will be further explained below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples in any way.

材料及び方法
[方法1]細胞培養
マウス胚線維芽細胞(MEFs)の初代培養は、以前に記載された確立した方法(Okitaら、2007)に従って行った。MEFsは、10%ウシ胎仔血清(FBS、Invitorogen)を添加したダルベッコ変法イーグル培地(DMEM、ナカライテスク)中で37℃、5% CO2条件下で培養した。DMEMは0.5%ペニシリン及びストレプトマイシン(Invitorogen)とともに供給された。ヒト皮膚線維芽細胞(HDF)は同等の条件下で培養した。MEF及びHDF由来iPS細胞は、白血病抑制因子(LIF)を添加した、15% FBS、2mM L-グルタミン(Invitorogen)、0.1 mM 非必須アミノ酸(Invitorogen)、0.1 mM 2-メルカプトエタノール(Invitorogen)及び0.5%ペニシリン及びストレプトマイシンを含むDMEM中で培養した。
Materials and Methods [Method 1] Cell Culture. Primary culture of mouse embryonic fibroblasts (MEFs) was performed according to a previously described established method (Okita et al., 2007). MEFs were cultured in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM, Nacalai Tesque) supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS, Invitrogen) at 37°C under 5% CO2 . DMEM was supplied with 0.5% penicillin and streptomycin (Invitrogen). Human dermal fibroblasts (HDFs) were cultured under similar conditions. MEF- and HDF-derived iPS cells were cultured in DMEM supplemented with leukemia inhibitory factor (LIF), containing 15% FBS, 2 mM L-glutamine (Invitrogen), 0.1 mM non-essential amino acids (Invitrogen), 0.1 mM 2-mercaptoethanol (Invitrogen), and 0.5% penicillin and streptomycin.

[方法2]マウスiPS細胞の作製
iPS細胞は、以前の記載(Okitaら、2007; Takahashi及びYamanaka、2006)に多少の改変を加えた方法により樹立した。ウェルあたり細胞1×10個のMEFsを播種し、一晩培養した。24時間後、4種類の因子(Oct3/4、Sox2、Klf4及びc-Myc; 本明細書では“4F”と略記する場合がある)がNanog-GFPカセットに挿入されたレトロウイルスを感染させることにより、4Fを前記MEFsに導入した。24時間後、前記細胞を1回継代し、マイトマイシンCで処理されたSNL細胞のフィーダー層の上に、ディッシュあたり2.5×103個となるように播種した。翌日、培地をマウスiPS細胞培地に置換し、その後30日間培養した。
[Method 2] Preparation of mouse iPS cells
iPS cells were established as previously described (Okita et al., 2007; Takahashi and Yamanaka, 2006) with some modifications. MEFs were seeded at 1 × 10 cells per well and cultured overnight. After 24 hours, the MEFs were transduced with four factors (Oct3/4, Sox2, Klf4, and c-Myc; sometimes abbreviated as "4F" herein) by infection with a retrovirus containing a Nanog-GFP cassette. After 24 hours, the cells were passaged once and seeded at 2.5 × 10 cells per dish onto a feeder layer of mitomycin C-treated SNL cells. The next day, the medium was replaced with mouse iPS cell medium and cultured for 30 days.

[方法3]レトロウイルスベクターを用いたヒトiPS細胞の作製
iPS細胞は、以前の記載(Takahashiら、2007)に多少の改変を加えた方法により樹立した。HDFsをウェルあたり細胞1×105個となるように播種し、一晩培養した。24時間後、レトロウイルス感染により、4種類の因子(4F: OCT3/4、SOX2、KLF4及びc-MYC)又は3種類の因子(前記4Fからc-MYCを除いたもの、本書では“3F”と呼ぶ場合がある)を前記HDFsに導入した。96時間後、前記細胞を継代し、2.5×10個(4種類の因子)又は5×105個(3種類の因子)となるように、マイトマイシンCで処理されたSNL細胞のフィーダー層の上に播種した。翌日、培地を4 ng/mLのヒト塩基性繊維芽細胞成長因子(bFGF)を添加した霊長類ES培地(ReproCELL、日本)に置換し、その後30日間培養した。
[Method 3] Generation of human iPS cells using retroviral vectors
iPS cells were established as previously described (Takahashi et al., 2007) with minor modifications. HDFs were seeded at 1 × 10 cells per well and cultured overnight. After 24 hours, four factors (4F: OCT3/4, SOX2, KLF4, and c-MYC) or three factors (4F minus c-MYC, sometimes referred to as "3F" in this paper) were introduced into the HDFs by retroviral infection. After 96 hours, the cells were passaged and seeded onto a feeder layer of mitomycin C-treated SNL cells at 2.5 × 10 cells (4 factors) or 5 × 10 cells (3 factors). The next day, the medium was replaced with primate ES medium (ReproCELL, Japan) supplemented with 4 ng/mL human basic fibroblast growth factor (bFGF) and then cultured for 30 days.

[方法4]エピソーマルベクターを用いたヒトiPS細胞の作製
iPS細胞は、以前の記載(Okitaら、2011)に多少の改変を加えた方法により樹立した。HDFsは、10% FBSを添加したDMEM中で培養した。Neonトランスフェクションシステム(Invitorogen)の指示書に従い、3 μgの発現プラスミド混合物(pCXLE-hOCT3/4-shp53、pCXLE-hSOX2-hKLF4及びpCXLE-hLIN28-hL-MYC)を、100 μLのキット溶液とともに、6×105個のHDFsにエレクトロポレーション法により導入した。エレクトロポレーションは、1650 V、10 msで、3回(3パルス)行った。トランスダクションの4日後に前記細胞をトリプシン処理し、マイトマイシンC処理されたSNL細胞のフィーダー層で覆われた100 mmディッシュ上に、2×105個の細胞密度で再播種した。翌日、培地を、bFGFを添加した霊長類ES細胞培地に置換し、その後30日間培養した。
[Method 4] Generation of human iPS cells using episomal vectors
iPS cells were established as previously described (Okita et al., 2011) with minor modifications. HDFs were cultured in DMEM supplemented with 10% FBS. According to the Neon transfection system (Invitrogen) instructions, 3 μg of the expression plasmid mixture (pCXLE-hOCT3/4-shp53, pCXLE-hSOX2-hKLF4, and pCXLE-hLIN28-hL-MYC) was electroporated into 6 × 10 5 HDFs using 100 μL of the kit solution. Electroporation was performed three times (3 pulses) at 1650 V for 10 ms. Four days after transduction, the cells were trypsinized and replated at a density of 2 × 10 5 cells onto a 100 mm dish covered with a feeder layer of mitomycin C-treated SNL cells. The next day, the medium was replaced with primate ES cell medium supplemented with bFGF, and the cells were then cultured for 30 days.

[方法5]アルカリ性ホスファターゼ染色及び免疫細胞化学
アルカリ性ホスファターゼ(AP)染色は、アルカリ性ホスファターゼ検出キット(Sigma)のプロトコールに従って行った。免疫細胞化学的な解析を行うために、前記細胞を、4%パラホルムアルデヒド含有PBS中室温で20分間処理して固定した。PBSでの洗浄後、前記細胞をブロッキング溶液(5%正常ヤギ血清(Millipore)、1%ウシ血清アルブミン(BSA、ナカライテスク)及び0.2% Triton X-100を含むPBS)で室温にて45分間処理した。一次抗体及び希釈率は以下のとおり。
抗OCT4抗体(1:50、Santa Cruz、sc-5279)、抗SOX2抗体(1:100、Abcam、ab75485)及び抗TRA1-60抗体(1:50、Millipore、MAB4360)。二次抗体には、Alexa Fluor 488標識抗マウスIgG(1:500、Invitrogen、A-11001)を使用した。核染色には、Hoechst 33342(1 μg/mL、Invitrogen)を使用した。
[Method 5] Alkaline Phosphatase Staining and Immunocytochemistry Alkaline phosphatase (AP) staining was performed according to the protocol of the alkaline phosphatase detection kit (Sigma). For immunocytochemical analysis, the cells were fixed in 4% paraformaldehyde in PBS at room temperature for 20 minutes. After washing with PBS, the cells were treated with blocking solution (PBS containing 5% normal goat serum (Millipore), 1% bovine serum albumin (BSA, Nacalai Tesque), and 0.2% Triton X-100) at room temperature for 45 minutes. The primary antibodies and dilutions were as follows:
Antibodies used were anti-OCT4 (1:50, Santa Cruz, sc-5279), anti-SOX2 (1:100, Abcam, ab75485), and anti-TRA1-60 (1:50, Millipore, MAB4360). Alexa Fluor 488-conjugated anti-mouse IgG (1:500, Invitrogen, A-11001) was used as the secondary antibody. Hoechst 33342 (1 μg/mL, Invitrogen) was used for nuclear staining.

[方法6]分化誘導
iPS細胞は、0.25%トリプシン(Invitrogen)、0.1 mg/mL コラゲナーゼIV(Invitrogen)、20% KSR及び0.1 mM CaCl2含有CTK溶液を用いて回収した。得られた細胞塊を、bFGFを含まず10 μMのY-27632(Wako)を含む霊長類ES培地中に懸濁し、胚様体を形成するために超低結合性プレート(Corning)に播種して、胚様体を形成させた。前記胚様体を8日間浮遊培養した後、ゼラチンでコーティングしたプレート上に播種し、さらに8日間培養した。その後、前記細胞に対し、免疫細胞化学的解析を行った。使用した一次抗体は以下のとおり。
抗Tuj1抗体(1:100、Chemicon: MAB1637)、抗α-平滑筋アクチン抗体(α-SMA、1:500、DAKO: M085101)及び抗α-フェトプロテイン抗体(1:100、R&D: MAB1368)。二次抗体には、Alexa488標識抗マウスIgG(1:500、Invitrogen: A-11001)を使用した。
[Method 6] Differentiation induction
iPS cells were harvested using CTK solution containing 0.25% trypsin (Invitrogen), 0.1 mg/mL collagenase IV (Invitrogen), 20% KSR, and 0.1 mM CaCl2 . The resulting cell clusters were suspended in primate ES medium containing 10 μM Y-27632 (Wako) without bFGF and seeded onto ultra-low binding plates (Corning) to form embryoid bodies. The embryoid bodies were cultured in suspension for 8 days, then seeded onto gelatin-coated plates and cultured for an additional 8 days. The cells were then subjected to immunocytochemical analysis. The primary antibodies used were as follows:
Anti-Tuj1 antibody (1:100, Chemicon: MAB1637), anti-α-smooth muscle actin antibody (α-SMA, 1:500, DAKO: M085101), and anti-α-fetoprotein antibody (1:100, R&D: MAB1368) were used. Alexa488-conjugated anti-mouse IgG (1:500, Invitrogen: A-11001) was used as the secondary antibody.

[方法7]マイクロアレイの前処理及び差次遺伝子発現解析
単色AgilentDNAマイクロアレイスキャナーを用いてマイクロアレイスライドをスキャンし、初期設定のパラメーターを用いて解析した。生データはRStudio(Rビジュアル・スクリプト)にローディングし、読み取り、探索及び前処理用の遺伝子発現データはBioconductorパッケージLimmaを用いて解析した。差次的遺伝子発現解析(DEG)には、Limmaのワークフローを使用した。階層的クラスター系統樹(Hierachical derived)は、statパッケージのhclust及びclusterパッケージのagnesを用いて作成した。DistanceはManhattan city-block distance法を用いて計算し、k-平均はkmeans機能を用いて計算した。距離及び相関マトリックスは、factoroextraパッケージに含まれるget_dist、fviz_distを用いて視覚化した。クラスター散布図は、fviz_cluster機能を用いて計算した。DEGsについての発現データをRスクリプトを用いてクラスター化し、Heatmapsを作成した。遺伝子オントロジーと遺伝子クラスターの統計的解析は、DOSE及びclusterProfilerパッケージを用いて解析した。なお、本願で取得したマイクロアレイデータは、Gene Expression Omnibusでアクセッション番号GSE56167として利用可能である。
[Method 7] Microarray Preprocessing and Differential Gene Expression Analysis. Microarray slides were scanned using a single-color Agilent DNA microarray scanner and analyzed using default parameters. Raw data were loaded into RStudio (R visual scripting), and gene expression data for reading, searching, and preprocessing were analyzed using the Bioconductor package Limma. The Limma workflow was used for differential gene expression analysis (DEGs). Hierarchical cluster derived trees were constructed using hclust from the stat package and agnes from the cluster package. Distances were calculated using the Manhattan city-block distance method, and k-means were calculated using the kmeans function. Distance and correlation matrices were visualized using get_dist and fviz_dist from the factoroextra package. Cluster scatter plots were calculated using the fviz_cluster function. Expression data for DEGs were clustered using R scripts, and heatmaps were generated. Gene ontology and gene cluster statistical analysis were performed using the DOSE and clusterProfiler packages. The microarray data obtained in this study are available in the Gene Expression Omnibus under the accession number GSE56167.

[方法8]遺伝子サイレンシング
p53遺伝子の継続的なノックダウンは、以前の記載(Hongら、2009; Masutomiら、2003)に多少改変を加えて、短鎖ヘアピンRNA(shRNA)を用いて行った。4Fとともに、p53遺伝子に対するshRNA(pMKO.1-puro p53 shRNA-2; Addgene plasmid 10672)又は模擬ベクター(pMXs)を、レトロウイルス感染によりMEFまたはHDFに導入した。
TEAD3遺伝子の継続的なノックダウンは、TEAD3のmRNAに対する2種のshRNA sh#1及びsh#2 (標的mRNA配列:sh#1 5’-AGCATGACCATCAGCGTCTCCACCAAGGT-3’ (配列番号5); sh#2 5’- AGCAACCAGCACAATAGCGTCCAACAGCT-3’ (配列番号4)) を用いて行った。HDFsを6穴プレートに1×10細胞/ウェルとなるように播種し、一晩培養した。翌日、4Fとともに、shRNA又は模擬ベクター(pSINsi-hH1)をレトロウイルス感染により前記HDFsに導入した。4日後、前記細胞をトリプシン処理によって回収し、マイトマイシンC処理したSNL細胞フィーダー層上に2×105細胞/100 mmディッシュとなるように播種した。
[Method 8] Gene silencing
Continuous knockdown of the p53 gene was achieved using short hairpin RNA (shRNA) as previously described (Hong et al., 2009; Masutomi et al., 2003) with minor modifications. The shRNA against the p53 gene (pMKO.1-puro p53 shRNA-2; Addgene plasmid 10672) or a mock vector (pMXs) was introduced into MEFs or HDFs by retroviral infection along with 4F.
Continuous knockdown of the TEAD3 gene was achieved using two shRNAs, sh#1 and sh#2, directed against TEAD3 mRNA (target mRNA sequences: sh#1 5'-AGCATGACCATCAGCGTCTCCACCAAGGT-3' (SEQ ID NO: 5); sh#2 5'-AGCAACCAGCACAATAGCGTCCAACAGCT-3' (SEQ ID NO: 4)). HDFs were seeded at 1 × 10 cells/well in a 6-well plate and cultured overnight. The next day, shRNA or a mock vector (pSINsi-hH1) was retrovirally transfected into the HDFs along with 4F. After 4 days, the cells were harvested by trypsinization and seeded at 2 × 10 cells/100 mm dish onto a mitomycin C-treated SNL cell feeder layer.

[方法9]テラトーマ形成
iPS細胞をCTK溶液を用いて回収し、60 mmディッシュに播種した。コンフルエントになるまで培養した後、細胞を回収し、非肥満糖尿病/重度複合免疫不全(NOD-SCID)マウス(CREA、日本)の精巣に注入した。注入から3か月後、得られた腫瘍を切開し、PBS中4%パラホルムアルデヒドで固定した。パラフィン包埋組織から薄切された切片をヘマトキシリン及びエオジンで染色した。
[Method 9] Teratoma formation
iPS cells were harvested using CTK solution and seeded in 60 mm dishes. After culturing until confluent, the cells were harvested and injected into the testes of non-obese diabetic/severe combined immunodeficient (NOD-SCID) mice (CREA, Japan). Three months after injection, the resulting tumors were dissected and fixed in 4% paraformaldehyde in PBS. Thin sections from the paraffin-embedded tissue were stained with hematoxylin and eosin.

動物福祉
本研究は京都大学の動物実験規則の勧告を厳密に順守して実施した。
Animal welfare This study was carried out in strict compliance with the recommendations of the Kyoto University Animal Experiment Regulations.

結果
1)マウス胚線維芽細胞(MEF)の初期化に対する、p38阻害の促進効果
[方法2]に従って、MEFからiPSCを作製した。その際、レトロウイルスによる4F導入から24時間後に、DMSO(vehicle、陰性コントロール)、p38選択的阻害剤(SB202190、Calbiochem、10 μM)、またはMEFの初期化効率を促進することが既知の7化合物のいずれかを培地に添加し、98時間後にそれらを含まない培地に置換した。前記7化合物とその処理濃度は以下の通りである;ビタミンC(Sigma、10 μg/mL)、バルプロ酸(Sigma、1.9 mM)、CHIR99021(Calbiochem、3 μM)、PD0325901(Calbiochem、0.5 μM)、インターロイキン-6(R&D、0.2 ng/mL)、AS601245(Calbiochem、5 μM)、ラパマイシン(Sigma、1 μM)。4F導入の陰性コントロールとして、4Fをコードしないレトロウイルス(空ベクター)を感染させた細胞に対し、同様の薬剤処理を行った。また、ウイルス感染効率を評価するために、4FとDsRed遺伝子が挿入されたレトロウイルス(4F+DsRed)を感染させて、同様の操作を行った。
result
1) The inhibitory effect of p38 on the reprogramming of mouse embryonic fibroblasts (MEFs)
iPSCs were generated from MEFs according to Method 2. At 24 hours after retroviral transduction of 4F, DMSO (vehicle, negative control), a p38-selective inhibitor (SB202190, Calbiochem, 10 μM), or one of seven compounds known to promote MEF reprogramming efficiency was added to the culture medium. After 98 hours, the medium was replaced with a medium containing no DMSO or p38-selective inhibitor. The seven compounds and their concentrations were as follows: vitamin C (Sigma, 10 μg/mL), valproic acid (Sigma, 1.9 mM), CHIR99021 (Calbiochem, 3 μM), PD0325901 (Calbiochem, 0.5 μM), interleukin-6 (R&D, 0.2 ng/mL), AS601245 (Calbiochem, 5 μM), and rapamycin (Sigma, 1 μM). As a negative control for 4F transduction, cells infected with a retrovirus (empty vector) encoding no 4F were treated with the same drugs. To evaluate the efficiency of viral infection, the cells were infected with a retrovirus into which the 4F and DsRed genes had been inserted (4F+DsRed), and the same procedure was carried out.

4F導入から21日後(Day21)と28日後(Day28)にGFP陽性コロニー数を計測し、4F導入陰性コントロールのGFP陽性コロニー数と比較して、初期化効率をそれぞれ計算した。その際、前記4FとDsRed遺伝子が挿入されたレトロウイルス(4F+DsRed)を感染させて得られたGFP陽性コロニー数による補正(ウイルス感染効率による補正)を行った。結果を図1Aに示す。なお、以降の初期化効率の解析でも同様の補正を行ったが、説明を割愛する。
図1Aに示されるように、p38選択的阻害剤(SB202190)で処理したMEFからは、Day21とDay28のいずれにおいても、DMSO処理したMEFと比べて2倍近いGFP陽性コロニーが得られた。そして、当該GFP陽性コロニー数は、前記既知7化合物の中で最も効果の高かった抗酸化剤(VC、ビタミンC)及びGSK3β阻害剤(CH、CHIR99021)処理で得られたGFP陽性コロニー数とほぼ同等であった。
The number of GFP-positive colonies was counted 21 days (Day 21) and 28 days (Day 28) after 4F transduction and compared with the number of GFP-positive colonies in the 4F-transduced negative control to calculate the reprogramming efficiency. Correction was performed using the number of GFP-positive colonies obtained by infection with the retrovirus containing the 4F and DsRed genes (4F+DsRed) (correction for viral infection efficiency). The results are shown in Figure 1A. Similar corrections were also performed in the subsequent analysis of reprogramming efficiency, but a detailed explanation is omitted here.
As shown in Figure 1A, MEFs treated with the p38-selective inhibitor (SB202190) yielded nearly twice as many GFP-positive colonies as MEFs treated with DMSO on both Day 21 and Day 28. The number of GFP-positive colonies was almost equivalent to that obtained with treatment with the antioxidant (VC, vitamin C) and GSK3β inhibitor (CH, CHIR99021), which were the most effective of the seven known compounds.

続いて、薬剤処理する期間を変えて解析を行った。図1Bに記載した4通りの期間(A:Days 1~4、B:Days 1~8、C:Days 8~16、D:Days 1~16)にDMSOまたはSB202190を培地に添加し、Day21とDay28にGFP陽性コロニー数を計測した。結果を図1Cに示す。
図1Cに示されるように、初期フェーズ(期間A)にSB202190処理した実験群では、コントロール(同期間にDMSO処理)と比べて、Day21、Day28におけるGFP陽性コロニー数がいずれも大幅に増加した。そして、図1Dに示されるように、期間AにSB202190処理した実験群では、Day21よりもDay28の方が、GFP陽性コロニー数が増加する傾向が認められた。さらに、図1Eに示されるように、期間AにSB202190処理した実験群では、Day21、Day28のいずれの時点においても、期間DにSB202190処理した実験群よりもGFP陽性コロニー数が有意に多かった。興味深いことに、SB202190で長期間処理すると、iPS細胞の増殖が抑制されたことから(図7A)、後期フェーズにおけるp38阻害は初期化を損なう可能性が示唆される。初期フェーズ(期間A)にSB202190処理して得たマウスiPS細胞からキメラ胚を作製し、仮親に移植したところ、複数の組織へと首尾よく分化し(図7B)、ジャームライントランスミッションも確認された(図7C)。
Next, analysis was performed by varying the duration of drug treatment. DMSO or SB202190 was added to the medium for four periods (A: Days 1-4, B: Days 1-8, C: Days 8-16, D: Days 1-16) as shown in Figure 1B, and the number of GFP-positive colonies was counted on Days 21 and 28. The results are shown in Figure 1C.
As shown in Figure 1C, the experimental group treated with SB202190 during the early phase (Period A) showed a significant increase in the number of GFP-positive colonies at both Day 21 and Day 28 compared with the control (DMSO-treated during the same period). Furthermore, as shown in Figure 1D, the experimental group treated with SB202190 during Period A tended to have a higher number of GFP-positive colonies on Day 28 than on Day 21. Furthermore, as shown in Figure 1E, the experimental group treated with SB202190 during Period A had significantly higher numbers of GFP-positive colonies at both Day 21 and Day 28 than the experimental group treated with SB202190 during Period D. Interestingly, long-term treatment with SB202190 suppressed iPS cell proliferation (Figure 7A), suggesting that p38 inhibition during the late phase may impair reprogramming. Chimeric embryos were generated from mouse iPS cells obtained by treatment with SB202190 during the early phase (period A) and transplanted into foster mothers. The embryos successfully differentiated into multiple tissues (Figure 7B), and germline transmission was also confirmed (Figure 7C).

これらの結果から、マウス細胞に初期化因子を発現させて初期化する際にp38を阻害すると、初期化効率が顕著に増加することが明らかになった。さらに、マウス細胞では、初期化の初期フェーズにおいてp38を阻害すると、非常に顕著な初期化促進効果が得られることが明らかになった。These results demonstrate that inhibiting p38 during reprogramming of mouse cells by expressing reprogramming factors significantly increases the reprogramming efficiency. Furthermore, it was revealed that inhibiting p38 during the early phase of reprogramming in mouse cells has a very significant effect in promoting reprogramming.

2)ヒト皮膚線維芽細胞(HDF)の初期化に対する、p38阻害の促進効果
p38の阻害がヒト細胞に対しても同様の効果を奏するかどうか、複数のP38選択的阻害剤を用いて検討した。HDFからiPSCを作製する工程([方法3])において、図2Aに記載された4通りの期間(A~D)に、DMSO(陰性コントロール)またはp38選択的阻害剤(SB202190、SB203580、SB239063(すべてCalbiochem社製、終濃度10 μM)のいずれかを培地に添加し、4F導入から16日後(Day16)、24日後(Day24)、32日後(Day32)にGFP陽性コロニー数を計測した。初期化効率の計算方法は、前記1)のMEFの初期化効率の計算方法に従った。期間AまたはDに阻害剤処理した実験群の結果を図2Bに示す。期間Aに阻害剤処理した実験群では、前記3種類の阻害剤いずれを用いた場合にも、Day24およびDay32のGFP陽性コロニー数はコントロール(DMSO処理)の実験群よりも顕著且つ有意に多かった(図2B、左棒グラフ)。さらに、期間Dに阻害剤処理した実験群でも、前記阻害剤の種類に関わらず、コントロールに比べてGFP陽性コロニー数が顕著に多くなる傾向が認められた(図2B、右棒グラフ)。特に、SB202190またはSB203580を全フェーズ(期間D)にわたって添加した場合には、初期フェーズでのみ添加した場合と比べて、Day32におけるGFP陽性コロニー数が2倍以上に有意に増加することが示された。
2) The inhibitory effect of p38 on the reprogramming of human dermal fibroblasts (HDFs)
We investigated whether p38 inhibition has a similar effect on human cells using several p38-selective inhibitors. During the process of generating iPSCs from HDFs (Method 3), DMSO (negative control) or one of the p38-selective inhibitors (SB202190, SB203580, or SB239063 (all Calbiochem, final concentration 10 μM)) was added to the culture medium at four different time periods (A–D) as shown in Figure 2A. GFP-positive colonies were counted 16 days (Day 16), 24 days (Day 24), and 32 days (Day 32) after 4F transduction. The reprogramming efficiency was calculated according to the method for calculating MEF reprogramming efficiency (see section 1) above. Figure 2B shows the results for the experimental groups treated with the inhibitors at time periods A and D. In the experimental groups treated with inhibitors during Period A, the number of GFP-positive colonies on Day 24 and Day 32 was significantly higher than that of the control (DMSO-treated) experimental group, regardless of the type of inhibitor used (Fig. 2B, left bar). Furthermore, in the experimental groups treated with inhibitors during Period D, the number of GFP-positive colonies tended to be significantly higher than that of the control, regardless of the type of inhibitor used (Fig. 2B, right bar). In particular, when SB202190 or SB203580 was added throughout the entire phase (Period D), the number of GFP-positive colonies on Day 32 was significantly increased by more than two-fold compared to when SB202190 or SB203580 was added only during the initial phase.

よって、マウス細胞のみならずヒト細胞でも、初期化工程においてp38を阻害すると、初期化効率が顕著に増加することが示された。さらに、ヒト細胞の初期化では、初期フェーズだけでなく、全フェーズにわたってp38を阻害した場合にも、非常に高い初期化促進効果(初期化フェーズでのみp38阻害した場合の2倍以上)が得られることが明らかになった。
さらに、上記結果から、マウス細胞とヒト細胞では初期化工程におけるp38の役割に差異があり、ヒト細胞の方がp38によって初期化が強く阻害されている可能性が示唆された。
These results demonstrate that inhibiting p38 during the reprogramming process significantly increases the reprogramming efficiency in both mouse and human cells. Furthermore, in human cell reprogramming, inhibiting p38 throughout the entire reprogramming phase, not just the initial phase, was highly effective in promoting reprogramming (more than twice as effective as inhibiting p38 only during the reprogramming phase).
Furthermore, the above results suggest that there may be differences in the role of p38 in the reprogramming process between mouse and human cells, with p38 more strongly inhibiting reprogramming in human cells.

SB202190で処理して得られたヒトiPSCは、Day32から30回継代培養しても、ESC様の形態を維持し(図2C)、ESC特異的マーカーであるアルカリホスファターゼを発現していた(図2D、[方法5])。さらに、OCT4、SOX2、及びTRA-1-60の発現が認められ(図2E、[方法5])、ヒトESC様のマーカープロファイルを示すことが確認された。 Human iPSCs obtained by treatment with SB202190 maintained an ESC-like morphology even after 30 passages from Day 32 (Figure 2C) and expressed the ESC-specific marker alkaline phosphatase (Figure 2D, [Method 5]). Furthermore, expression of OCT4, SOX2, and TRA-1-60 was observed (Figure 2E, [Method 5]), confirming their human ESC-like marker profile.

さらに、4Fでなく3F(Oct3/4、Sox2及びKlf4)をレトロウイルスベクターで、または4Fをエピソーマルベクターで導入・発現させて初期化する場合についても、同様の解析を行った。期間AにSB202190処理し、Day24およびDay32にGFP陽性コロニー数を計測した結果を図2F、Gに示す。Furthermore, a similar analysis was performed when reprogramming was performed by introducing and expressing 3F (Oct3/4, Sox2, and Klf4) instead of 4F using a retroviral vector, or 4F using an episomal vector. Cells were treated with SB202190 during Period A, and the number of GFP-positive colonies was counted on Day 24 and Day 32. The results are shown in Figure 2F and G.

3Fで初期化した場合(図2F)、エピソーマルベクターで4Fを発現させた場合(図2G)のいずれにおいても、コントロール(DMSO)群と比べて、最終的に得られるGFP陽性コロニー数は顕著且つ有意に増加した。 When cells were reprogrammed with 3F (Figure 2F) or when 4F was expressed using an episomal vector (Figure 2G), the number of GFP-positive colonies ultimately obtained was significantly increased compared to the control (DMSO) group.

よって、初期化因子の種類および初期化因子の導入方法に関わらず、ヒト細胞を初期化する際にp38を阻害すると、初期化効率が顕著に増加することが示された。なお、HDF又は4F導入したHDFを96時間p38阻害剤で処理すると細胞増殖が促進されたが(図8A及びB)、HDF由来のiPSCを同様に処理しても、ヒトiPSCの増殖速度は変化しなかった(図8C)。即ち、p38阻害はヒトiPSCの増殖促進を介してiPSC数を増加させるわけではないことが示された。These results demonstrate that inhibiting p38 significantly increases the reprogramming efficiency of human cells, regardless of the type of reprogramming factor or the method of reprogramming factor introduction. Furthermore, treating HDFs or 4F-introduced HDFs with a p38 inhibitor for 96 hours promoted cell proliferation (Figures 8A and B). However, similar treatment of HDF-derived iPSCs did not alter the proliferation rate of human iPSCs (Figure 8C). These results suggest that p38 inhibition does not increase iPSC numbers by promoting human iPSC proliferation.

3)p38を阻害して得られたヒトiPSCの分化能力
初期化工程でp38を阻害して得られたヒトiPSCの分化能力について解析した。SB202190処理して得られたHDF由来iPSCから3クローン(SB1~SB3)を樹立し、当該クローンについて、多能性の指標となるSOX2、OCT4、及びNANOGの発現量を解析した(図3A)。図3Aに示されるように、SB1~SB3では、HDF(HD)と比べて、p38を阻害せずに初期化して得られたヒトiPSC(DM、B7)やES細胞(ES)と同程度またはそれ以上に、SOX2、OCT4、及びNANOGのmRNA量が増加していた。また、核型解析では核型正常であることが確認され(図3B)、これにより、初期化工程でp38を阻害しても染色体の安定性は損なわれないことが示された。さらに、これらのクローンを胚様体経由で三胚葉に分化誘導([方法6])すると、平滑筋アクチン(A-SMA)を発現する中胚葉、β-IIIチューブリン(B-3-TUBULIN)を発現する外胚葉、α-フェトタンパク質(AFP)を発現する内胚葉にそれぞれ分化した(図3C)。また、[方法9]に従いインビボでの奇形腫(teratoma)形成能を解析した結果、解析した全クローンから奇形種が形成され、神経上皮、軟骨、及び種々の腺構造を含む三胚葉に分化したことが確認された(図3D)。よって、初期化工程でp38を阻害して得られたヒトiPSCは、インビトロ、インビボの両方において、三胚葉への分化能力を備えていることが示された。
3) Differentiation Potential of Human iPSCs Obtained by Inhibiting p38 We analyzed the differentiation potential of human iPSCs obtained by inhibiting p38 during reprogramming. Three clones (SB1-SB3) were established from HDF-derived iPSCs obtained by SB202190 treatment, and the expression levels of SOX2, OCT4, and NANOG, indicators of pluripotency, were analyzed for these clones (Figure 3A). As shown in Figure 3A, SB1-SB3 showed increased mRNA levels of SOX2, OCT4, and NANOG compared to HDFs (HD), comparable to or greater than those of human iPSCs (DM, B7) and embryonic stem cells (ES) obtained by reprogramming without inhibiting p38. Karyotyping confirmed normal karyotypes (Figure 3B), indicating that p38 inhibition during reprogramming does not impair chromosomal stability. Furthermore, when these clones were induced to differentiate into three germ layers via embryoid bodies (Method 6), they differentiated into mesoderm expressing smooth muscle actin (A-SMA), ectoderm expressing beta-III tubulin (B-3-TUBULIN), and endoderm expressing alpha-fetoprotein (AFP) (Figure 3C). Furthermore, when their in vivo teratoma formation ability was analyzed according to Method 9, teratomas were formed from all clones analyzed, confirming that they differentiated into three germ layers, including neuroepithelium, cartilage, and various glandular structures (Figure 3D). Therefore, human iPSCs obtained by inhibiting p38 during reprogramming possess the ability to differentiate into three germ layers both in vitro and in vivo.

さらに、新たなドナー4人に由来するHDF(HDF1616、HDF1079、HDF1078及びTig109)の初期化効率に対するp38阻害の効果を解析した。前記2)と同様に、初期化工程の期間DにSB202190で処理し、Day32にGFP陽性コロニー数を計測した結果を図3Eに示す。いずれのドナー由来HDFを用いた場合にも、コントロールに比べてSB202190処理した実験群ではGFP陽性コロニー数が大幅に増加すること、すなわち、p38阻害剤処理によって初期化効率が大幅に促進されることが確認された。We further analyzed the effect of p38 inhibition on the reprogramming efficiency of HDFs derived from four new donors (HDF1616, HDF1079, HDF1078, and Tig109). As in 2) above, HDFs were treated with SB202190 during period D of the reprogramming process, and the number of GFP-positive colonies was counted on Day 32. The results are shown in Figure 3E. Regardless of the donor-derived HDFs used, the number of GFP-positive colonies was significantly increased in the SB202190-treated experimental group compared to the control, confirming that p38 inhibitor treatment significantly promoted reprogramming efficiency.

以上の結果より、初期化工程でp38を阻害して得られるヒトiPSCは、p38阻害せずに得られるヒトiPS細胞やES細胞と比べても遜色なく、核型正常で、三胚葉への分化能力を備えていることが確認された。 These results confirm that human iPSCs obtained by inhibiting p38 during the reprogramming process are comparable to human iPS cells and ES cells obtained without p38 inhibition, have a normal karyotype, and are capable of differentiating into the three germ layers.

4)p38とp53のいずれによっても発現量が減少する遺伝子の解析
p53は、ヒト及びマウス細胞の初期化において、強力な初期化バリアとして機能する遺伝子である。図4Bに示されるように、4Fによる初期化の際に、p53 mRNAに対するshRNA(図4A)を用いてp53を継続的にノックダウンすると([方法8])、iPS細胞コロニー数は顕著且つ有意に増加する(shp53のバー)。驚くべきことに、p53の継続的ノックダウンに加えてさらに期間AにSB202190処理した実験群(shp53+SB202190のバー)では、各単独処理によって得られるiPS細胞コロニー数(shp53、SB202190の各バー)のコントロール(DMSOのバー)に対する増加分の和よりも遥かに多くのiPS細胞コロニー数が得られた(図4B)。よって、p53のノックダウンとp38阻害は、初期化に対し相乗的な効果(促進効果)を奏することが示された。そして、この結果より、p53とp38によって、直接または間接的に、共通に制御される転写因子の存在が示唆された。
4) Analysis of genes whose expression levels are reduced by both p38 and p53
p53 is a gene that functions as a powerful reprogramming barrier during reprogramming of human and mouse cells. As shown in Figure 4B, continuous knockdown of p53 using shRNA against p53 mRNA (Figure 4A) during reprogramming with 4F (Method 8) significantly increased the number of iPS cell colonies (shp53 bar). Surprisingly, in the experimental group where continuous p53 knockdown was combined with SB202190 treatment during Period A (shp53 + SB202190 bar), the number of iPS cell colonies obtained was significantly greater than the sum of the increases in iPS cell colonies obtained by each treatment alone (shp53, SB202190 bar) compared to the control (DMSO bar) (Figure 4B). Therefore, p53 knockdown and p38 inhibition demonstrated a synergistic (promoting) effect on reprogramming. These results suggest the existence of a transcription factor commonly regulated, either directly or indirectly, by p53 and p38.

P53のノックダウンとp38阻害によって生じる変化の関連性と、それらの初期化効率増加(△iPS細胞コロニー数)との関連性を調べるために、全mRNAのトランスクリプトームに基づく主成分分析(PCA)を行った。その結果、3つの主成分(PC1 54.37%, PC2 19.64%, PC3 18.57%)を同定し、これらの主成分の発現量をもとにそれぞれのサンプルをプロットし、発現プロファイルの変化を確認した(図4C)。さらに、これらの多能性トランスクリプトームは階層的クラスター分析の結果3つのクラスターに分類され(図4D上パネル)、SB202190処理とshp53・SB202190二重処理は同じクラスター(クラスターC)に分類されたことから、ある成分の類似性が示唆された。しかしながら、Sample correlation matrix解析からは、多数の遺伝子が前記4つの処理によって別々に制御されていることが示され、特にDMSO処理と二重処理の差が最も大きいことが示された(図4D下パネル)。同様に、クラスタースキャタープロットにおけるk-平均アルゴリズムでは、クラスターA(DMSO処理群)が他のクラスターから最も遠位にマップされ、shp53又はp38阻害の何れかによって制御される多能性トランスクリプトームは第1次元の方向に沿って最も分離することが示された(図4E)。この結果は上記PCA解析と整合するものである。To investigate the relationship between changes induced by p53 knockdown and p38 inhibition and their correlation with increased reprogramming efficiency (ΔiPSC colony count), we performed principal component analysis (PCA) based on the total mRNA transcriptome. Three principal components (PC1 54.37%, PC2 19.64%, PC3 18.57%) were identified, and the expression levels of these components were plotted for each sample to confirm changes in expression profile (Figure 4C). Furthermore, hierarchical clustering analysis of these pluripotent transcriptomes classified them into three clusters (Figure 4D, upper panel). SB202190 treatment and shp53/SB202190 double treatment were classified into the same cluster (Cluster C), suggesting similarities in certain components. However, sample correlation matrix analysis indicated that many genes were differentially regulated by the four treatments, with the largest differences observed between DMSO treatment and double treatment (Figure 4D, lower panel). Similarly, the k-means algorithm on the cluster scatter plot showed that cluster A (DMSO-treated group) was mapped most distally from the other clusters, indicating that the pluripotency transcriptomes regulated by either shp53 or p38 inhibition were most separated along the first dimension (Fig. 4E), consistent with the PCA analysis described above.

初期化効率増加のカギとなる因子を同定するために、各クラスター間で発現量変動遺伝子(DEG)解析を行った。その結果、SB202190で誘導されたDEGとして1147遺伝子、shp53で誘導されたDEGとして2185遺伝子が見いだされ(図4F)、各クラスター間で非常に大きな遺伝子発現変化が生じていることが明らかになった。To identify key factors for increased reprogramming efficiency, we performed differentially expressed gene (DEG) analysis between each cluster. As a result, we found 1,147 DEGs induced by SB202190 and 2,185 DEGs induced by shp53 (Figure 4F), revealing significant changes in gene expression between each cluster.

5)初期化バリアとして機能する遺伝子の同定
初期化の強力なバリアとして機能する遺伝子を同定するために、まず、shp53処理群とshp53・SB202190二重処理群とで発現量が低下する遺伝子を解析し、このうち、二重処理群特異的に発現量が低下する遺伝子として651遺伝子を同定した(図5A上のDOWN1)。同様に、SB202190処理群とshp53・SB202190二重処理群とで発現量が低下する遺伝子を解析し、このうち、二重処理群特異的に発現量が低下する遺伝子として1056遺伝子を同定した(図5B上のDOWN2)。さらに、shp53処理群と二重処理群、SB202190処理群と二重処理群のそれぞれ解析でfold changeが2以下のものを除外し2-fold cutoffを行い、DOWN1とDOWN2に共通するものとして340遺伝子を同定した(図5C)。
5) Identification of genes that function as reprogramming barriers. To identify genes that function as strong barriers to reprogramming, we first analyzed genes whose expression levels were reduced between the shp53-treated group and the shp53/SB202190 double-treated group. Of these, 651 genes were identified as genes whose expression levels were specifically reduced in the double-treated group (DOWN1 in Figure 5A). Similarly, we analyzed genes whose expression levels were reduced between the SB202190-treated group and the shp53/SB202190 double-treated group. Of these, 1,056 genes were identified as genes whose expression levels were specifically reduced in the double-treated group (DOWN2 in Figure 5B). Furthermore, by using a 2-fold cutoff to exclude genes with a fold change of 2 or less in the analyses of the shp53-treated group and the SB202190-treated group and the double-treated group, we identified 340 genes that were common to both DOWN1 and DOWN2 (Figure 5C).

前記340遺伝子のうち、31遺伝子が、転写因子またはDNA結合活性のあるものとして分類された(図5D)。前記340遺伝子のGOエンリッチメント解析では、主なGOタームとして、チロシンキナーゼ活性/膜受容体型キナーゼ活性/膜受容体型チロシンキナーゼ活性、コラーゲン結合/コラーゲン受容体活性、オリゴ糖転移酵素活性等がヒットした(図5E)。Of the 340 genes, 31 were classified as transcription factors or genes with DNA binding activity (Figure 5D). GO enrichment analysis of the 340 genes revealed the following main GO terms: tyrosine kinase activity/membrane receptor kinase activity/membrane receptor tyrosine kinase activity, collagen binding/collagen receptor activity, and oligosaccharyltransferase activity (Figure 5E).

本発明者らは、前記31遺伝子に対してさまざまな検討を行った結果、最終的に、前記31遺伝子の中から、体細胞初期化の強力なバリアをして機能する遺伝子として、TEAD3を見出した。まず、4FによるHDFの初期化におけるp53及び/又はp38阻害の効果と内因性TEAD3の発現との関係を調べた。その結果、4F導入のみ(ベヒクル(DMSO)処理)の場合と比較して、p53又はp38をそれぞれ単独で阻害するとTEAD3の発現は顕著に低下したが、p53及びp38を二重阻害すると、TEAD3の発現はさらに大きく低下した(図6A)。After extensive investigation of these 31 genes, the inventors ultimately identified TEAD3 as a gene that functions as a strong barrier to somatic cell reprogramming. First, they investigated the relationship between the effects of p53 and/or p38 inhibition on 4F-mediated HDF reprogramming and endogenous TEAD3 expression. Compared with 4F transfection alone (vehicle (DMSO) treatment), the single inhibition of p53 or p38 significantly reduced TEAD3 expression, whereas the dual inhibition of p53 and p38 significantly reduced TEAD3 expression (Figure 6A).

6)TEAD3の発現阻害による初期化効率の増加
次に、TEAD3に対する特異的なshRNA(4F-shTEAD3#1、#2の2種類、図6B)を用いて、初期化に対するTEAD3の役割を解析した。4FによるHDFの初期化([方法2])の際にこれらのshRNAを発現させると、TEAD3の発現量が大幅に減少し(図6C)、GFP陽性コロニー数が顕著且つ有意に増加することが示された(図6D)。また、TEAD3 shRNAを発現させて得られたコロニーは、アルカリホスファターゼ陽性であることも確認された(図6E)。よって、HDFを初期化する際にTEAD3の発現を減少させると、初期化効率が顕著に増加することが示された。
6) Increased reprogramming efficiency by inhibiting TEAD3 expression. Next, we analyzed the role of TEAD3 in reprogramming using two shRNAs specific to TEAD3 (4F-shTEAD3#1 and #2, Figure 6B). Expression of these shRNAs during 4F-mediated HDF reprogramming (Method 2) significantly reduced TEAD3 expression (Figure 6C) and significantly increased the number of GFP-positive colonies (Figure 6D). Furthermore, colonies obtained by TEAD3 shRNA expression were confirmed to be alkaline phosphatase-positive (Figure 6E). Therefore, reducing TEAD3 expression during HDF reprogramming significantly increased reprogramming efficiency.

MEFのトランスクリプトームデータを含むGSE36664データセット(J Biol Chem 2012 Oct 19;287(43):35825-37.参照)、ヒト肺線維芽細胞トランスクリプトームデータを含むGSE45276データセット(Mol Cell 2011 Apr 8;42(1):36-49.参照)、並びにHDFのトランスクリプトームデータセットを用い、TEAD3とp53の発現の相関を調べたところ、いずれの細胞でも正の相関が認められ(図9)、p53が初期化バリアであるTEAD3の発現を正に制御していることを示唆している。HDFのシングルセルRNA-Seqデータセットの解析から、TEAD3とMAPK13(p38δ)、ERK4(MAPK4)及びp44-ERK1(MAPK3)との正の相関、並びに、TEAD3とCDK4やCDK6等の細胞周期の進行を制御するサイクリン依存性キナーゼとの負の相関が明らかとなった(図10)。We investigated the correlation between TEAD3 and p53 expression using the GSE36664 dataset (J Biol Chem 2012 Oct 19;287(43):35825-37), which contains transcriptome data from MEFs, the GSE45276 dataset (Mol Cell 2011 Apr 8;42(1):36-49), which contains transcriptome data from human lung fibroblasts, and the HDF transcriptome dataset. A positive correlation was observed in all cell types (Figure 9), suggesting that p53 positively regulates the expression of TEAD3, a reprogramming barrier. Analysis of the HDF single-cell RNA-Seq dataset revealed a positive correlation between TEAD3 and MAPK13 (p38δ), ERK4 (MAPK4), and p44-ERK1 (MAPK3), as well as a negative correlation between TEAD3 and cyclin-dependent kinases, such as CDK4 and CDK6, which regulate cell cycle progression (Figure 10).

TEAD3阻害による細胞周期カイネティクスへの寄与を通じたiPSCコロニー形成能の増大が腫瘍形成と関連するか否かを調べるために、TEAD3発現レベルの異なるHeLa細胞の腫瘍様塊の形成能を試験した。shRNA導入によりTEAD3発現が低下した細胞由来の腫瘍様塊の数及びサイズは、コントロール細胞由来の腫瘍様塊と比べて有意に増大していた(図11)。また、ヒト子宮頸がんの腫瘍組織では、正常組織に比べてTEAD3の発現が低下しており、がんの進展におけるTEAD3の役割が確認された(図12)。To investigate whether the increased colony-forming ability of iPSCs through TEAD3 inhibition, via its contribution to cell cycle kinetics, is related to tumorigenesis, we examined the tumor-forming ability of HeLa cells with different levels of TEAD3 expression. The number and size of tumor-like nodules derived from cells in which TEAD3 expression was reduced by shRNA transfection were significantly increased compared with those derived from control cells (Figure 11). Furthermore, TEAD3 expression was reduced in human cervical cancer tumor tissue compared with normal tissue, confirming the role of TEAD3 in cancer progression (Figure 12).

4F及びTEAD3に対するshRNAを導入したHDFは4Fのみ(4F+非特異的shRNA)を導入したHDFよりも初期化速度が速かった(図13A及びB)。これは、初期化の初期フェーズにおけるより速い細胞増殖によって部分的に説明できるであろう(図13C及びE)。しかし、いったん多能性を獲得すると、4Fのみを導入して得たヒトiPSCと、TEAD3に対するshRNAをさらに導入して得たヒトiPSCとは、よく似た速度で増殖し(図13D及びF)、細胞周期チェックポイントの復元によるTEAD3阻害で誘導されたiPSCクローンの安全性が示唆された。HDFs transfected with shRNAs against 4F and TEAD3 showed a faster reprogramming rate than those transfected with 4F alone (4F + nonspecific shRNA) (Figure 13A and B). This may be partially explained by faster cell proliferation during the early phase of reprogramming (Figure 13C and E). However, once pluripotency was achieved, human iPSCs transfected with 4F alone and those transfected with shRNA against TEAD3 proliferated at similar rates (Figure 13D and F), suggesting the safety of iPSC clones derived by TEAD3 inhibition through restoration of cell cycle checkpoints.

GSE116309データセット(Stem Cell Reports 2019 Feb 12;12(2):319-332.参照)を用いて、MEFからiPS細胞への初期化過程におけるTEAD3の発現の変動を調べたところ、多能性獲得の直前にTEAD3の発現が急激に低下していた(図6F)。SSEA1はMEFにおける初期の初期化マーカーであり、首尾よく初期化にコミットしたことを示す。そこで、GSE106835データセット(Cell Stem Cell 2018 Aug 2;23(2):289-305.e5.参照)を用い、MEFからiPS細胞への初期化過程におけるTEAD3の発現の変動をSSEA1陽性細胞とSSEA1陰性細胞についてそれぞれ調べた。その結果、SSEA1陽性のMEF初期化中間体でのみ、多能性獲得のためにTEAD3発現が下方制御されていた(図6G)。このことは、首尾よく初期化にコミットした細胞のみが初期化を阻もうとする細胞のメカニズムを克服するのにTEAD3の発現低下を必要とすることを示している。Using the GSE116309 dataset (see Stem Cell Reports 2019 Feb 12;12(2):319-332), we examined the expression of TEAD3 during the reprogramming process from MEFs to iPS cells. TEAD3 expression was found to be rapidly downregulated immediately prior to the acquisition of pluripotency (Figure 6F). SSEA1 is an early reprogramming marker in MEFs, indicating successful commitment to reprogramming. Therefore, using the GSE106835 dataset (see Cell Stem Cell 2018 Aug 2;23(2):289-305.e5), we examined the expression of TEAD3 during the reprogramming process from MEFs to iPS cells in SSEA1-positive and SSEA1-negative cells, respectively. TEAD3 expression was downregulated only in SSEA1-positive MEF reprogramming intermediates upon acquisition of pluripotency (Figure 6G). This indicates that only cells that successfully commit to reprogramming require reduced TEAD3 expression to overcome cellular mechanisms that attempt to block reprogramming.

さらに、本発明者らはTEAD3発現の制御メカニズムの探索を行った。まずTEAD3 mRNA配列に基づいて、ゲノムDNA情報からその5’上流のプロモーター領域の配列を取得し、既知の転写開始サイト(TSS)配列をクエリーとして、該プロモーター配列に対してBlastを行ったところ、TSSコンセンサス配列の1つであるAGGGCGGAGC(配列番号6)と100%マッチする配列が存在することを見出した。そこで、このTSS配列に結合し得る転写因子を検索したところ、KLF4が該TSS配列と結合し得ることが推定された(図6H)。さらに、KLF4が結合することが既知の標的遺伝子群の結合シスエレメント配列の解析の結果、KLF4の結合コンセンサス配列としてGGGCGGGGC(配列番号7)が同定され、TEAD3のTSS配列と高いホモロジーを有することが確認された(図6I)。KLF4は部分的にp38によって制御されることが示唆されていることから、p38を阻害するとKLF4がTEAD3の転写を抑制することで多能性獲得を促進しているのかもしれない。
また、TEAD3のプロモーター領域の探索の結果、p53が結合し得るコンセンサス配列の存在が確認された。
Furthermore, we explored the regulatory mechanism of TEAD3 expression. First, we obtained the sequence of the 5'-upstream promoter region from genomic DNA based on the TEAD3 mRNA sequence. Using known transcription start site (TSS) sequences as a query, we performed BLAST analysis against this promoter sequence and found a sequence that matched 100% with AGGGCGGAGC (SEQ ID NO: 6), a TSS consensus sequence. We then searched for transcription factors that could bind to this TSS sequence and predicted that KLF4 could bind to this TSS sequence (Figure 6H). Furthermore, analysis of the binding cis-element sequences of target genes known to be KLF4-bound identified the KLF4 binding consensus sequence GGGCGGGGC (SEQ ID NO: 7), which was highly homologous to the TEAD3 TSS sequence (Figure 6I). Since KLF4 has been suggested to be partially regulated by p38, inhibition of p38 may promote pluripotency by suppressing TEAD3 transcription.
Furthermore, a search for the promoter region of TEAD3 revealed the presence of a consensus sequence to which p53 can bind.

これらの結果より、TEAD3は、ヒト細胞の初期化を阻む強力なバリアとして機能しており、当該発現または活性を阻害することで前記細胞の初期化効率が促進されることが明らかになった。 These results demonstrate that TEAD3 functions as a powerful barrier that prevents the reprogramming of human cells, and that inhibiting its expression or activity promotes the reprogramming efficiency of these cells.

本発明によれば、核初期化工程においてTEAD3の機能を阻害することにより、p38経路とp53経路とを二重阻害するのと同等に、顕著にiPS細胞樹立効率を改善することができる。本発明に係る方法は、さまざまな方法での初期化に有効であるため、ヒトiPS細胞の再生医療への応用に関して、安全性とコストの両面できわめて有用である。 According to the present invention, inhibiting TEAD3 function in the nuclear reprogramming process significantly improves iPS cell establishment efficiency, equivalent to dual inhibition of the p38 and p53 pathways. Because the method of the present invention is effective for reprogramming using a variety of methods, it is extremely useful in terms of both safety and cost for the application of human iPS cells to regenerative medicine.

本出願は、日本国に2020年6月11日付で出願された特願2020-101932を基礎としており、ここで言及することによりその内容はすべて本明細書中に包含されるものである。 This application is based on Patent Application No. 2020-101932 filed in Japan on June 11, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

Claims (5)

人工多能性幹(iPS)細胞の樹立効率の改善方法であって、体細胞の核初期化工程において転写エンハンサー関連ドメインファミリー メンバー-3(TEAD3)の体細胞としての固有性を維持する遺伝子群の転写活性化機能を阻害することを含
以下の(a)~(e):
(a)TEAD3遺伝子の転写産物に対してRNAi活性を有する核酸もしくはその前駆体;
(b)TEAD3遺伝子の転写産物に対するアンチセンス核酸;
(c)TEAD3遺伝子の転写産物に対するリボザイム核酸;
(d)TEAD3のドミナントネガティブ変異体又はそれをコードする核酸;又は
(e)TEAD3に対するデコイ核酸
を体細胞に導入することによりTEAD3の体細胞としての固有性を維持する遺伝子群の転写活性化機能を阻害する、方法。
A method for improving the efficiency of establishing induced pluripotent stem (iPS) cells, comprising inhibiting the transcriptional activation function of transcriptional enhancer-associated domain family member-3 (TEAD3) in a group of genes that maintain somatic cell identity during the nuclear reprogramming process of somatic cells ,
The following (a) to (e):
(a) a nucleic acid or a precursor thereof having RNAi activity against a transcription product of the TEAD3 gene;
(b) an antisense nucleic acid against a transcript of the TEAD3 gene;
(c) a ribozyme nucleic acid against a transcription product of the TEAD3 gene;
(d) a dominant-negative mutant of TEAD3 or a nucleic acid encoding the same; or
(e) Decoy nucleic acid for TEAD3
A method for inhibiting the transcriptional activation function of a group of genes that maintain the somatic specificity of TEAD3 by introducing the gene into somatic cells .
TEAD3の体細胞としての固有性を維持する遺伝子群の転写活性化機能阻害物質を含有してなる、iPS細胞の樹立効率改善剤であって、
前記阻害物質が、以下の(a)~(e):
(a)TEAD3遺伝子の転写産物に対してRNAi活性を有する核酸もしくはその前駆体;
(b)TEAD3遺伝子の転写産物に対するアンチセンス核酸;
(c)TEAD3遺伝子の転写産物に対するリボザイム核酸;
(d)TEAD3のドミナントネガティブ変異体又はそれをコードする核酸;又は
(e)TEAD3に対するデコイ核酸
である、剤
An agent for improving iPS cell establishment efficiency, comprising an inhibitor of the transcription activation function of a group of genes that maintain the somatic identity of TEAD3,
The inhibitor is one of the following (a) to (e):
(a) a nucleic acid or a precursor thereof having RNAi activity against a transcription product of the TEAD3 gene;
(b) an antisense nucleic acid against a transcript of the TEAD3 gene;
(c) a ribozyme nucleic acid against a transcription product of the TEAD3 gene;
(d) a dominant-negative mutant of TEAD3 or a nucleic acid encoding the same; or
(e) Decoy nucleic acid for TEAD3
That is, a drug .
体細胞に核初期化物質及びTEAD3の体細胞としての固有性を維持する遺伝子群の転写活性化機能阻害物質を接触させることを含む、iPS細胞の製造方法であって、
前記阻害物質が、以下の(a)~(e):
(a)TEAD3遺伝子の転写産物に対してRNAi活性を有する核酸もしくはその前駆体;
(b)TEAD3遺伝子の転写産物に対するアンチセンス核酸;
(c)TEAD3遺伝子の転写産物に対するリボザイム核酸;
(d)TEAD3のドミナントネガティブ変異体又はそれをコードする核酸;又は
(e)TEAD3に対するデコイ核酸
である、方法
A method for producing iPS cells, comprising contacting a somatic cell with a nuclear reprogramming substance and an inhibitor of the transcription activation function of a group of genes that maintain the somatic cell identity of TEAD3,
The inhibitor is one of the following (a) to (e):
(a) a nucleic acid or a precursor thereof having RNAi activity against a transcription product of the TEAD3 gene;
(b) an antisense nucleic acid against a transcript of the TEAD3 gene;
(c) a ribozyme nucleic acid against a transcription product of the TEAD3 gene;
(d) a dominant-negative mutant of TEAD3 or a nucleic acid encoding the same; or
(e) Decoy nucleic acid for TEAD3
That's the method .
核初期化物質がOct3/4、Klf4及びSox2、又はそれらをコードする核酸である、請求項に記載の方法。 The method according to claim 3 , wherein the nuclear reprogramming substances are Oct3/4, Klf4 and Sox2, or nucleic acids encoding the same. 核初期化物質がOct3/4、Klf4、Sox2、及びc-Myc、L-MycもしくはN-Mycであるか、あるいはそれらをコードする核酸である、請求項に記載の方法。 The method according to claim 3 , wherein the nuclear reprogramming substances are Oct3/4, Klf4, Sox2, and c-Myc, L-Myc, or N-Myc, or nucleic acids encoding them.
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