JP5979452B2 - 多能性幹細胞の選別方法 - Google Patents

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Description

本発明は、細胞の分化状態を評価する方法、具体的には、多能性幹細胞の分化状態を評価する方法に関する。
1998年にヒトES細胞が樹立され、最近、マウス及びヒトで繊維芽細胞、皮膚、胃、肝臓などの成体の体細胞から人工多能性幹細胞(iPS細胞)樹立を作成することが可能になった。これにより、再生医療や創薬への応用の期待がますますふくらみ、これらの幹細胞を利用した基礎及び応用研究開発が加速している。
このような幹細胞研究の現状から、未分化状態の細胞を的確に評価し選別する技術が非常に重要になってきている。特に移植を最終目的とした組織再生技術においては、分化誘導に先立ち、完全な未分化状態の細胞のみを効率的に選別し、分離し、濃縮する技術が極めて重要である。また、ES細胞から様々な細胞を分化誘導するとどうしても一部に未分化な幹細胞が残存・混入してしまい、このような細胞が移植組織中で奇形腫などのガンを形成することが指摘されており、分化細胞中の未分化細胞を徹底的に除去する技術が安全な再生医療に不可欠であることが示唆されている。
未分化ES細胞の選別方法のSSEA−1、SSEA−3、SSEA−4、PECAM−1を用いた選別方法(特許文献1)や、Psbp遺伝子発現産物の検出による選別法(特許文献2)、Alkaline phosphatase、TRA−1−60、TRA−1−81、CD30、Criptoなどに対する抗体を用いる方法(非特許文献1)などが種々の選択用マーカーとして提案されている。
しかし、従来提案されている未分化ES細胞の選別方法で用いられる上記の各表面マーカーは、いずれも未分化細胞以外でも発現が確認されているものであるため、その評価・選別は不完全とならざるを得なかった。ES細胞のみで発現する厳密な意味での特異的選別マーカーは,少なくとも現在までは見出されておらず、未分化状態で発現する特異的選択マーカーの検出に基づく従来の選別方法では、未分化細胞を効率よく厳密に評価・選別することは難しかった(非特許文献2)。
ところで、SSEA−1、3,4やTRA1−60,TRA1−81をはじめとする未分化マーカーとして汎用されるマーカーの本体の多くが複合糖質であることが知られている。これらは、未分化細胞特異的な抗体が認識するエピトープを精査したらたまたま複合糖質であることが分かったものである。もし、複合糖質全般を標的にして細胞マーカー探索を行うことができれば、細胞マーカー探索のプロセスを高効率化することが期待できるが、複合糖質の解析は一般に難しいため、これまでそのアプローチをとることは非常に困難であった。
また、実際に樹立された細胞のなかには「iPS化が不完全な」細胞株もあり、例えば、ヒト多能性幹細胞の未分化マーカーである上記TRA-1-60, TRA-1-81を発現しておらず、Nanogの発現量も非常に低いという性質を有するものも存在し得る。したがって、ヒトiPS細胞株を樹立する際には、このような「不完全な」コロニーを除去し、ES細胞と同等の性質を持つ、品質の良いiPS細胞のコロニーを選別して樹立を行う必要がある。
細胞表面の糖鎖の解析には従来からレクチンや糖鎖特異的抗体による細胞染色法が汎用されてきた。しかし、レクチンや糖鎖抗原に対する抗体の反応は、構造の類似性により、古くから抗体による交差反応が報告され、抗原抗体反応による正確な糖鎖抗原の定量が問題になることがある(非特許文献3)。また、同じエピトープ構造を有する糖鎖が別のクラスの複合糖質に含まれる場合がある。例えば、ルイスX抗原(Lex)は複合型N−結合型糖鎖上にその構造がしばしば観測されるが、同時にスフィンゴ糖脂質上にも発現する場合がある。スフィンゴ糖脂質上に発現した場合、これはSSEA−1(CD15)とよばれる未分化マーカーとして広く知られる糖脂質となる。
近年、多種のレクチンを固定化したレクチンマイクロアレイ上に細胞を播種し、未分化細胞を検出する方法が開発されている(非特許文献4−7)。これは未分化細胞に特徴的に発現している糖鎖構造をレクチンによって認識させ、蛍光検出する方法である。レクチンは糖鎖の結合様式をしばしば認識できる半面、1〜数残基程度の糖鎖の認識にとどまる他、認識された糖鎖が細胞表層のどの複合糖質由来か不明であり、クラスター効果などにより結合量が影響を受けることから定量が困難なうえ、交差反応の問題が残る。
質量分析法等を用いた個別のクラス毎の複合糖質の解析は、上記の問題の幾つかを解決する。近年ヒトES細胞について、N−結合型糖鎖(非特許文献8、9)およびスフィンゴ糖脂質(非特許文献10)の解析が行われ、そのプロファイルが発表された。しかし、絶対量に関する検討や考察はなく、構成する糖鎖の相対的な量比に関する知見に関してのみの報告である。また、ヒトES細胞のグリコサミノグリカン、O−結合型糖鎖の詳細な解析例は報告がなく、iPS細胞に関してはいずれのクラスについても質量分析法による詳細な発現プロファイルはまだ報告されていない。
細胞表面において異なるクラスの複合糖質は巧妙に配置されることによって、「細胞の顔」として細胞−細胞間、細胞−基質間との相互作用や情報伝達に機能を果たすと考えられており、また上述の通り、異なるクラスの複合糖質間でしばしば共通のエピトープを有することが知られている。また、あるクラスの糖鎖合成不全が他のクラスの複合糖質によって補償される例も知られていることから、細胞を的確に評価し、選別するようなマーカーを探索するためには、細胞に含まれる種々の複合糖質糖鎖を総合的に解析することが極めて有効なアプローチになると考えられる。しかし、細胞の各種複合糖質糖鎖の総合的な定量解析を行うことは技術的に困難であり、細胞の主要な複合糖質のクラスを超えた定量解析については、これまで報告がなかった。
特開2004−313184号公報 特開2006−42663号公報
Reubinoff B. E., Pera M. F., Fong C. Y., Trounson A. and Bongso A., Nature Biotechnology 18 (2000) 399 "The Cell Surface Glycosphingolipids SSEA-3 and SSEA-4 Are Not Essential for Human ESC Pluripotency" Sandii N. Brimble, Eric S. Sherrer, Elizabeth W. Uhl, Elaine Wang, Samuel Kelly, Alfred H. Merrill Jr., Allan J. Robins and Thomas C. Schulz. Stem Cells (2007) 25, 54-62 " New globoseries glycosphingolipids in human teratocarcinoma reactive with the monoclonal antibody directed to a developmentally regulated antigen, stage-specific embryonic antigen 3" Reiji Kannagi, Steven B. Levery, Fumitsugu Ishigami, Sen-itiroh Hakomori, Lynne H. Shevinsky, Barbara B. Knowlesll, Davor Solter. J. Biol. Chem. 258, 8934-8942 "Lectin microarray analysis of pluripotent and multipotent stem cells" Masashi Toyoda, Mayu Yamazaki-Inoue, Yoko Itakura, Atsushi Kuno, Tomohisa Ogawa, Masao Yamada, Akutsu Hidenori, Yuji Takahashi, Seiichi Kanzaki, Hisashi Narimatsu, Jun Hirabayashi and Akihiro Umezawa Gene to Cells (2011) 16, 1-11. "Differing lectin binding profiles among human embryonic stem cells and derivatives aid in the isolation of neural progenitor cells" Mahesh C. Dodla, Amber, Young, Alison Venable, Kowser Hanseen, Raj R. Rao, David W. Machacek, Steven L. Stice. PLoS One (2011) 6, e23266. "Specific lectin biomarkers for isolation of human pluripotent stem cells identified through array-based glycomic analysis" Yu-Chieh Wang, Masato Nakagawa, Ibon Garitaonandia, Ileana Slavin, Gulsah Altun, Robert M. Lacharite, Kristopher L. Nazor, Ha T. Tran, Candace L. Lynch, Trevor R. Leonardo, Ying Liu, Suzanne E. Peterson, Louise C. Laurent, Shinya Yamanaka, Jeanne F. Loring. Cell Research (2011) 21, 1551-1563. "Glycome diagnosis of human induced pluripotent stem cells using lectin microarray" Hiroaki Tateno, Masashi Toyota, Shigeru Saito, Yasuko Onuma, Yuzuru Ito, Keiko Hiemori, Mihoko Fukumura, Asako Matsushima, Mio Nakanishi, Kiyoshi Ohnuma, Hidenori Akutsu, Akihiro Umezawa, Katsuhisa Horimoto, Jun Hirabayashi, Makoto Asashima. J. Biol. Chem. (2011) 286, 20345-20353. "The N-glycome of human embryonic stem cells" BMC Cell Biology, (2009) 10, 42. "Extensive determination of glycan heterogeneity reveals an unusual abundance of high mannose glycans in enriched plasma membranes of human embryonic stem cells." An HJ, Gip P, Kim J, Wu S, Park KW, McVaugh CT, Schaffer DV, Bertozzi CR, Lebrilla CB. Mol Cell Proteomics. (2012) 11, M111 "Switching of the core structures of glycosphingolipids from globo- and lacto- to ganglio-series upon human embryonic stem cell differentiation." Liang YJ, Kuo HH, Lin CH, Chen YY, Yang BC, Cheng YY, Yu AL, Khoo KH, Yu J. Proc Natl Acad Sci U S A. (2010) 107, 22564-22569. "A versatile method for analysis of serine/threonine posttranslational modifications by β-elimination in the presence of pyrazolone analogues." Jun-ichi Furukawa, Naoki Fujitani, Kayo Araki, Yasuhiro Takegawa, Kota Kodama, Yasuro Shinohara. Anal. Chem. (2011) 83, 9060-9007. " Qualitative and Quantitative Cellular Glycomics of Glycosphingolipids Based on Rhodococcal EGCase -Assisted Glycan Cleavage, Glycoblotting-Assisted Sample Preparation and MALDI-TOF/TOF MS Analysis" Naoki Fujitani, Yasuhiro Takegawa, Yohei Ishibashi, Kayo Araki, Jun-ichi Furukawa, Susumu Mitsutake, Yasuyuki Igarashi, Makoto Ito and Yasuro Shinohara. J. Biol. Chem. (2011) 286, 41669-41679. " Simultaneous analysis of heparan sulfate, chondroitin/dermatan sulfates and hyaluronan disaccharides by glycoblotting-assisted sample preparation followed by single-step ZIC-HILIC chromatography" Yasuhiro Takegawa, Kayo Araki, Naoki Fujitani, Jun-ichi Furukawa, H Sugiyama, H Sakai, Yasuro Shinohara. Anal. Chem. (2011) 83, 9443-9449.
本発明は、抗原抗体反応にみられるような交差反応を排除し、多能性幹細胞を効率よく厳密に評価・選別するための、新たな方法を提供する。
本発明者らは、細胞の主要な複合糖質として、N−結合型糖鎖、O−結合型糖鎖(非特許文献11)、スフィンゴ糖脂質(GSL)糖鎖(非特許文献12)、グリコサミノグリカン(GAG)(非特許文献13)に着目し、個々の絶対量を解析する方法を開発した。
本発明では、細胞のN−結合型糖鎖、さらに細胞の遊離オリゴ糖(FOS)について、新たに定量的な方法論を確立するとともに、個々のクラスの複合糖質糖鎖の解析法を統合し、1つの細胞試料から、タンパク質のN−結合型糖鎖、O−結合型糖鎖、GSL、GAG、およびFOSを全て定量解析する手法を確立した。そして、これらの複合糖質の総合的な定量・定性的解析を行うことによって、多能性幹細胞に特異的に発現している新規な複合糖質を探索した。
本発明の方法によれば、1x104〜1x10個程度からなる細胞ペレットから、細胞の個々のクラスの複合糖質糖鎖(N−結合型糖鎖、FOS、GSL、GAGおよびO−結合型糖鎖)をそれぞれ抽出し、これら個々のクラスの複合糖質糖鎖について、例えばWO2006/030584、WO2007/108204およびWO2008/018170、Comprehensive approach to structural and functional glycomics based on chemoselective glycoblotting and sequential tag conversion” Jun-ichi Furukawa, Yasuro Shinohara, Hiromitsu Kuramoto, Yoshiaki Miura, Hideyuki Shimaoka, Masaki Kurogochi, Mika Nakano, Shin-ichiro Nishimura. (2008) Anal. Chem. 80, 1094-1101に記載のグライコブロッティング法やBEP法等(非特許文献11)による糖鎖分析法を系統的に適用し、飛行時間質量分析計(MALDI−TOF/TOFMS)または液体クロマトグラフィー(HPLC)によるこれら複合糖質糖鎖の総合的な定量・定性的解析を行う。得られた全ての糖鎖の定量値を用いた多変量解析の1つであるクラスター解析により、細胞の分類を行うとともに、糖鎖のクラスター情報から未分化マーカーの探索を行う。
本発明は、
(1)多能性幹細胞の分化状態を判定する方法であって、
以下のA群〜E群:
A群:ハイマンノース型糖鎖、ハイブリッド型糖鎖、コンプレックス型糖鎖からなる群から選択されるN−結合型糖鎖
B群:(ネオ)ラクト系列、グロボ系列およびガングリオ系列からなる群から選択されるスフィンゴ糖脂質
C群:(Man)n(GlcNAc)2型、(Man)n(GlcNAc)1型からなる群から選択される遊離オリゴ糖
D群:CS(△UAβ1−3GalNAc)から選択されるコンドロイチン硫酸/デルマタン硫酸、HS(△UAβ1−4GlcNAc)から選択されるヘパラン硫酸、およびHA(△UAβ1−3GlcNAc)から選択されるヒアルロン酸構成2糖からなる群から選択されるグリサミノグリカン
E群:(NeuAc)n(HexNAc)n(Fuc)n(Hex)n(GalNAc)1からなる群から選択されるO−結合型糖鎖
から選択される少なくとも1つの糖鎖について、被験細胞における該糖鎖の量を測定するステップと、該量を多能性幹細胞以外の細胞における該糖鎖の量と比較するステップを含んでなる、方法;

(2)前記A群〜E群がそれぞれ以下の糖鎖:
A群:
Figure 0005979452
Figure 0005979452
B群
Figure 0005979452
Figure 0005979452
C群
Figure 0005979452
D群
Figure 0005979452
E群
Figure 0005979452
からなる、(1)記載の方法;

(3)前記A群〜E群がそれぞれ以下の糖鎖:
A群:
(Hex)1(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)4(Fuc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1(NeuGc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Man)2(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2(Fuc)1
(Hex)3(HexNAc)3(NeuAc)3+(Man)3(GlcNAc)2

B群:
(Hex)3(HexNAc)2、
(Hex)4(HexNAc)1(Neu5Ac)1 (本明細書中「SSEA4」と記載することもある)、
(Hex)4(HexNAc)1 (本明細書中「Gb5,SSEA−3」と記載することもある)、
(Hex)3(HexNAc)1 (本明細書中「(Gb4」と記載することもある)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1 (本明細書中「SSEA−1/5」と記載することもある)、
(Hex)3(HexNAc)1 (本明細書中「(n)Lc4」と記載することもある)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2、(本明細書中「diFuc−(n)Lc4」と記載することもある)、
(Hex)4(HexNAc)1(Fuc)1 (本明細書中「globo H」と記載することもある)、
(Hex)4(HexNAc)1(Gal−(n)Lc4)、
(Hex)3 (本明細書中「Gb3」と記載することもある)、
(Hex)2(HexNAc)1 (本明細書中「Lc3」と記載することもある)、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2

C群:
(Hex)1(HexNAc)1、
(Hex)1(HexNAc)2、

D群:
CS−0S、
CS−2S4S、
HS−0S、
CS−2S、
CS−4S、
HS−6S、
HA
HS−NS、

E群:
(Hex)3(HexNAc)3、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)1、
(Hex)2(HexNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)2、
(HexNAc)2
からなる、(1)記載の方法;

(4)被験細胞からN−結合型糖鎖画分を分離および精製し、該画分を対象として前記A群から選択される糖鎖の量を測定する、(1)〜(3)のいずれか記載の方法;

(5)被験細胞からスフィンゴ糖脂質画分を分離および精製し、該画分を対象として前記B群から選択される糖鎖の量を測定する、(1)〜(3)のいずれか記載の方法;

(6)被験細胞から遊離オリゴ糖画分を分離および精製し、該画分を対象として前記C群から選択される糖鎖の量を測定する、(1)〜(3)のいずれか記載の方法;

(7)被験細胞からグリサミノグリカン画分を分離および精製し、該画分を対象として前記D群から選択される糖鎖の量を測定する、(1)〜(3)のいずれか記載の方法;

(8)被験細胞からO−結合型糖鎖画分を分離および精製し、該画分を対象として前記E群から選択される糖鎖の量を測定する、(1)〜(3)のいずれか記載の方法;

(9)前記画分をグライコブロッティング法により分離および精製する、(4)〜(8)のいずれかに記載の方法;

(10)前記糖鎖の量の測定をMALDI−TOF/MSにより行う、(1)〜(9)のいずれかに記載の方法;

(11)多能性幹細胞がES細胞である、(1)〜(10)のいずれか記載の方法;

(12)多能性幹細胞がiPS細胞である、(1)〜(10)のいずれか記載の方法;

(13)多能性幹細胞がヒト由来である、(1)〜(12)のいずれか記載の方法;

(14)前記被検細胞におけるN−結合型糖鎖のうち、複数のフコース残基を有する糖鎖、バイセクト型もしくはLacdiNAc型もしくは多分岐型糖鎖の量が、前記多能性幹細胞以外の細胞における糖鎖の量と比較して増大している、または分解型糖鎖もしくは3シアリル化3分岐糖鎖の量が、前記多能性幹細胞以外の細胞における糖鎖の量と比較して減少しているとき、該被検細胞は多能性細胞であると判定される、(1)〜(13)のいずれか記載の方法;

(15)複数のフコース残基を有する糖鎖が
(Hex)1(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1(NeuGc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、または(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2
であり、
バイセクト型またはLacdiNAc型または多分岐型糖鎖が
(Hex)3(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、または
(Hex)1(HexNAc)4(Fuc)1+(Man)3(GlcNAc)2
であり、
分解型糖鎖が
(Man)2(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2、または
(Man)3(GlcNAc)2(Fuc)1
であり、
3シアリル化3分岐糖鎖が
(Hex)3(HexNAc)3(NeuAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
である、(14)に記載の方法;

(16)前記被検細胞におけるGSLのうち、
(Hex)3(Gb3)、(Hex)3(HexNAc)1(「Gb4」)、(Hex)4(HexNAc)1(「Gb5,SSEA−3」)、(Hex)4(HexNAc)1(Neu5Ac)1(「SSEA4」)、(Hex)4(HexNAc)1(Fuc)1(「globo H」)、(Hex)3(HexNAc)1(「(n)Lc4」)、(Hex)4(HexNAc)1(本明細書中「Gal−(n)Lc4」と記載することもある)、(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1(「SSEA−1/5」)、(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2(本明細書中「diFuc−(n)Lc4」と記載することもある)、(Hex)3(HexNAc)2(本明細書中「(n)Lc5」と記載することもある)、(Hex)2(HexNAc)1(「Lc3」)、(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2の量が、前記多能性幹細胞以外の細胞における糖鎖の量と比較して増大しているとき、該被検細胞は多能性細胞であると判定される、(1)〜(13)のいずれか記載の方法;

(17)前記被検細胞におけるFOSのうち、(Hex)1(HexNAc)1、(Hex)1(HexNAc)2の量が、前記多能性幹細胞以外の細胞における糖鎖の量と比較して減少しているとき、またはFOSとN−結合型糖鎖の相対的量比(FOS/N−結合型糖鎖)が2.0%以下のとき該被検細胞は多能性細胞であると判定される、(1)〜(13)のいずれか記載の方法;

(18)前記被検細胞におけるGAGのうち、CS−2S4S、CS−0S、HS−6S、CS−2S、CS−4S、HS−NS、HS−0S、HAの量が、前記多能性幹細胞以外の細胞における糖鎖の量と比較して増大しているとき、該被検細胞は多能性細胞であると判定される、(1)〜(13)のいずれか記載の方法;

(19)前記被検細胞におけるO−結合型糖鎖のうち、
(Hex)3(HexNAc)3、(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)1、(Hex)2(HexNAc)2、(Hex)1(HexNAc)2、(HexNAc)2の量が、前記多能性幹細胞以外の細胞における糖鎖の量と比較して増大しているとき、該被検細胞は多能性細胞であると判定される、(1)〜(13)のいずれか記載の方法;

(20)多能性細胞の判定用マーカーとしての、以下からなる群
Figure 0005979452
Figure 0005979452
Figure 0005979452
Figure 0005979452
Figure 0005979452
Figure 0005979452
Figure 0005979452
から選択される糖鎖の使用;

(21)多能性細胞の判定用マーカーとしての、以下からなる群
A群:
(Hex)1(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)4(Fuc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1(NeuGc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Man)2(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2(Fuc)1
(Hex)3(HexNAc)3(NeuAc)3+(Man)3(GlcNAc)2

B群:
(Hex)3(HexNAc)2、
(Hex)4(HexNAc)1(Neu5Ac)1 (「SSEA4」)、
(Hex)4(HexNAc)1 (「Gb5,SSEA−3」)、
(Hex)3(HexNAc)1 (「Gb4」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1 (「SSEA−1」)、
(Hex)3(HexNAc)1 (「(n)Lc4」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2、(「diFuc−(n)Lc4」)、
(Hex)4(HexNAc)1(Fuc)1 (「globo H」)、
(Hex)4(HexNAc)1 (「Gal−(n)Lc4」)、
(Hex)3 (「Gb3」)、
(Hex)2(HexNAc)1 (「Lc3」)、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2

C群:
(Hex)1(HexNAc)1、
(Hex)1(HexNAc)2、

D群:
CS−0S、
CS−2S4S、
HS−0S、
CS−2S、
CS−4S、
HS−6S、
HA
HS−NS、

E群:
(Hex)3(HexNAc)3、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)1、
(Hex)2(HexNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)2、
(HexNAc)2
から選択される糖鎖の使用;

(22)多能性細胞の判定用マーカーとしての、以下からなる群
A’群:
(Hex)1(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)4(Fuc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1(NeuGc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Man)2(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2(Fuc)1、
(Hex)3(HexNAc)3(NeuAc)3+(Man)3(GlcNAc)2

B’群:
(Hex)3(HexNAc)2、
(Hex)4(HexNAc)1(Neu5Ac)1 (「SSEA4」)、
(Hex)4(HexNAc)1 (「Gb5,SSEA−3」)、
(Hex)3(HexNAc)1 (「Gb4」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1 (「SSEA−1」)、
(Hex)3(HexNAc)1 (「(n)Lc4」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2、(「diFuc−(n)Lc4」)
(Hex)4(HexNAc)1(Fuc)1 (「globo H」)、
(Hex)4(HexNAc)1 (「Gal−(n)Lc4」)、
(Hex)3 (「Gb3」)、
(Hex)2(HexNAc)1 (「Lc3」)、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2

C’群:
(Hex)1(HexNAc)1、
(Hex)1(HexNAc)2、

D’群:
CS−0S、
CS−2S4S、
HS−0S、
CS−2S、
CS−4S、
HS−6S、
HA
HS−NS
から選択される糖鎖の使用;

(23)多能性細胞の判定用マーカーとしての、以下からなる群
A”群:
(Hex)1(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2
(Hex)3(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)4(Fuc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(NeuAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、

B”群:
(Hex)3(HexNAc)1 (「(n)Lc4」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1 (「SSEA−1/5」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2 (「diFuc−(n)Lc4」)、
(Hex)3(HexNAc)2 (「(n)Lc5」)
(Hex)4(HexNAc)1 (「Gal−(n)Lc4」)
(Hex)3(HexNAc)1 (「Gb4」)、
(Hex)4(HexNAc)1 (「Gb5,SSEA−3」)、
(Hex)4(HexNAc)1(Neu5Ac)1 (「SSEA4」)、
(Hex)4(HexNAc)1(Fuc)1 (「globo H」)、
(Hex)3 (「Gb3」)、

C”群:
(Hex)1(HexNAc)1、

D”群:
CS−0S、
CS−2S4S、
HS−0S、
CS−2S、
CS−4S、
HS−6S、
HA
HS−NS
から選択される糖鎖の使用;

(24)多能性細胞の判定用マーカーとしての、以下からなる群
A”’群:
(Hex)1(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2

B”’群:
(Hex)3(HexNAc)1 (「(n)Lc4」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1 (「SSEA−1/5」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2 (「diFuc−(n)Lc4」)、
(Hex)3(HexNAc)2 (「(n)Lc5」)
(Hex)3(HexNAc)1 (「Gb4」)、
(Hex)4(HexNAc)1 (「Gb5,SSEA−3」)、
(Hex)4(HexNAc)1(Neu5Ac)1 (「SSEA4」)、
(Hex)4(HexNAc)1(Fuc)1 (「globo H」)、

D”’群:
CS−0S、
CS−2S、
CS−4S、
CS−2S4S、
HS−0S
から選択される糖鎖の使用;
(25)樹立したiPS細胞から多能性を有しない細胞を検出するための方法であって、以下からなる群:
F群:
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1 (「SSEA−5」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2 (「diFuc−(n)Lc4」)、
(Hex)3 (「Gb3」)、
CS−0S、
CS−2S、
CS−2S4S、
CS−4S6S、
HS−0S、
(Man)5(GlcNAc)1、
(Man)4(GlcNAc)1、
(Man)3(GlcNAc)1、
(Man)2(GlcNAc)1、
(Man)4(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2
(Hex)2(HexNAc)2(NeuAc)1
(Hex)3(HexNAc)3

G群:
(Hex)2(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)2 + (Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)1 + (Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)4(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)1、
(Hex)4(HexNAc)3(Fuc)1、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1(Neu5Ac)1、
(Hex)2(HexNAc)2、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1、
(Hex)5(HexNAc)3、
HS−NS、
HS−2SNS

から選択される少なくとも1つの糖鎖について、被験細胞における該糖鎖の量を測定するステップと、該量を正常iPSにおける該糖鎖の量と比較するステップを含んでなり、
該糖鎖がF群から選択される場合は被験細胞において該糖鎖が検出されないかまたは該正常iPS細胞における糖鎖の量と比較して減少しているときに、
該糖鎖がG群から選択される場合は被験細胞において該糖鎖の量が該正常iPS細胞における糖鎖の量と比較して増加しているときに、該被検細胞は多能性を有しない細胞であると判定される、方法;

(26)樹立したiPS細胞から多能性を有しない細胞を検出するためのマーカーとしての、以下からなる群
(Hex)2(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1 (「SSEA−5」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2 (「diFuc−(n)Lc4」)、
(Hex)3 (「Gb3」)、
(Hex)4(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)1、
(Hex)4(HexNAc)3(Fuc)1、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1(Neu5Ac)1、
(Hex)2(HexNAc)2、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1、
(Hex)5(HexNAc)3、
CS−0S、
CS−2S、
CS−2S4S、
CS−4S6S、
HS−0S、
HS−NS、
HS−2SNS、
(Man)5(GlcNAc)1、
(Man)4(GlcNAc)1、
(Man)3(GlcNAc)1、
(Man)2(GlcNAc)1、
(Man)4(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(NeuAc)1、
(Hex)3(HexNAc)3
から選択される糖鎖の使用
を提供する。
本発明の方法によれば、ES細胞やiPS細胞を含む種々の多能性幹細胞の、主要な全ての複合糖質糖鎖の量、発現プロファイル情報を精密に入手することが可能であり、適当な対照群と比較することによって、細胞の未分化状態を的確に評価し、多能性幹細胞を効率的に選別するための細胞マーカーを探索することが可能である。
各種細胞における糖鎖のMALDIスペクトルを示す。ISは内部標準((Hex)2(HexNAc)2(NeuAc)2+(Man)3(GlcNAc)1)を示す。上からHL60のN−結合型糖鎖、 iPS1AのN−結合型糖鎖、HL60の遊離糖鎖、 iPS1Aの遊離糖鎖のマススペクトルを示す。 両イオン性親水性クロマトグラフィーの結果を示す。ISは内部標準(イソマルトース)を示す。(+)はヒアルロニダーゼ、コンドロイチナーゼABC、ヘパリナーゼ/ヘパリチナーゼ消化を行ったもの、また(−)はヒアルロニダーゼ、コンドロイチナーゼABC、ヘパリナーゼ/ヘパリチナーゼ消化を行っていないもののHPLCクロマトグラフを示す。 各種細胞における糖鎖の定量結果を示す。5角形の中央に細胞名を表示し、各頂点にはそれぞれ、N−結合型糖鎖(N)、FOS,GAG,GSL,O−結合型糖鎖(O)の発現プロファイルを円グラフで示す。円の大きさが糖鎖の発現量を反映し、色(濃淡)は各糖鎖の構造を反映する。 図3のグラフの凡例である。各円グラフ内の色(濃淡)は各糖鎖の構造に対応する。円グラフ中央の「N」はN−結合型糖鎖、「O」はO−結合型糖鎖を示す。 細胞間の相関行列の結果を示す。18種類の各細胞において観測された全ての糖鎖の定量データを用い、各細胞間の相関係数(r)を算出した。点線で囲まれたセルは相関係数が大きい細胞の組み合わせを示し、セルの色が濃いほど相関が高い。点線で囲まれていないセルは相関係数が小さい細胞の組み合わせを示し、セルの色が濃いほど相関が低い。 階層型クラスター解析の結果を示したものである。図下部は、幹細胞群と非幹細胞群を分離するのに寄与した糖鎖のクラスターを拡大表示したものである。階層型クラスター分析は,対象となるデータ群を数学的に類似しているもの同士に分類する方法で、個体間の類似度として,ユークリッド距離を用い、クラスター間の類似度として群平均法を用いた。幹細胞マーカーとして汎用されるSSEA−3,4、5、Globo HおよびTra−1エピトープは、系統樹中で点線で囲んだ分岐群の中に揃って分類された。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた各種N−結合型糖鎖(複数のフコース残基を有する糖鎖)の発現量の比較を示した箱ひげ図である。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた各種N−結合型糖鎖(複数のフコース残基を有する糖鎖)の発現量の比較を示した箱ひげ図である(図7の続き)。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた各種N−結合型糖鎖(バイセクト型またはLacdiNAc型または多分岐型糖鎖)の発現量の比較を示した箱ひげ図である。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた各種N−結合型糖鎖(3分岐3シアリル化糖鎖および分解型糖鎖)の発現量の比較を示した箱ひげ図である。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた各種スフィンゴ糖脂質((ネオ)ラクト系列)の発現量の比較を示した箱ひげ図である。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた各種スフィンゴ糖脂質((ネオ)ラクト系列)の発現量の比較を示した箱ひげ図である(図11の続き)。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた各種スフィンゴ糖脂質(グロボ系列)の発現量の比較を示した箱ひげ図である。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた遊離オリゴ糖の発現量の比較を示した箱ひげ図である。 遊離オリゴ糖の総量とN−結合型糖鎖の総量の相対的な量比をがん細胞、ES細胞、iPS細胞間で比較した棒グラフである。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた各種グリコサミノグリカンの発現量の比較を示した箱ひげ図である。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた各種グリコサミノグリカンの発現量の比較を示した箱ひげ図である(図16のつづき)。 幹細胞(Stem)と非幹細胞(Non-stem)間で有意差の認められた各種O−結合型糖鎖の発現量の比較を示した箱ひげ図である。 正常iPS細胞(good)とiPS化が不完全な細胞HiPS−RIKEN−3C(bad)間の各種N−結合型糖鎖の発現量の比較を示した箱ひげ図である。 正常iPS細胞(good)とiPS化が不完全な細胞HiPS−RIKEN−3C(bad)間の各種スフィンゴ糖脂質の発現量の比較を示した箱ひげ図である。 正常iPS細胞(good)とiPS化が不完全な細胞HiPS−RIKEN−3C(bad)間の各種グリコサミノグリカンの発現量の比較を示した箱ひげ図である。 正常iPS細胞(good)とiPS化が不完全な細胞HiPS−RIKEN−3C(bad)間の各種遊離オリゴ糖の発現量の比較を示した箱ひげ図である。 正常iPS細胞(good)とiPS化が不完全な細胞HiPS−RIKEN−3C(bad)間の各種O−結合型糖鎖の発現量の比較を示した箱ひげ図である。
図7〜23に示した箱ひげ図の見方を以下に示す。
Figure 0005979452
図面に示した糖鎖の構造における各記号の意味は以下のとおりである。
白の丸印:ガラクトース
黒の丸印:グルコース
グレーの丸印:マンノース
白の四角印:N−アセチルガラクトサミン
黒の四角印:N−アセチルグルコサミン
黒の三角印:フコース
黒の菱形印:N−アセチルノイラミン酸
本発明において、「多能性幹細胞」とは、個体を構成するすべての組織細胞に分化する能力、すなわち「多能性」、を有する幹細胞を意味する。多能性幹細胞の例としては、例えば、胚性幹細胞(ES細胞)、組織幹細胞、生体幹細胞、人工多能性幹細胞(iPS細胞)等を挙げることができる。但し、多能性を有する細胞であれば、上記の細胞に限定されない。
上記「多能性幹細胞」は動物由来のものであることができ、例えば、哺乳類、魚類等であることができる。哺乳類の例としては、ヒト、マウス、ラット、ヒツジ、ブタ、サル等を挙げることができ、魚類の例としてはメダカ、ゼブラフィッシュ等を挙げることができるが、これらの例に限定されない。
「多能性幹細胞以外の細胞」とは、上に記載した多能性幹細胞以外の全てを包含し、例えば組織由来の正常細胞、がん細胞、または株化した正常細胞、がん細胞、不死化がん細胞を挙げることができるが、これらの例に限定されない。
本発明において用いられる上記の「多能性幹細胞」および「多能性幹細胞以外の細胞」はいずれも、商業的に、または分譲により入手可能であり、また、当分野における慣用技術により容易に作製することができる。
本発明において用いられる「ハイマンノース型糖鎖」とは、コア構造((Man)3(GlcNAc)2)の先の伸長がマンノース残基だけで構成される糖鎖を意味する。
本発明において用いられる「コンプレックス型糖鎖」とは、コア構造((Man)3(GlcNAc)2)の先の伸長が、グルコサミン、ガラクトース、シアル酸、フコースなどの残基で構成される糖鎖を意味し、分岐の数の違いに応じて1本鎖、2本鎖、3本鎖、4本鎖を構成する。
本発明において用いられる「ハイブリッド型糖鎖」とは、分岐の一部がハイマンノース型のようにマンノースのみで構成され、他の分岐がコンプレックス型のようにグルコサミン残基等を含む糖鎖を意味する。
本発明において検出され用いられる細胞の主要な複合糖質としては、N−結合型糖鎖、遊離オリゴ糖(以下「FOS」と記載することもある)、スフィンゴ糖脂質((以下「GSL」と記載することもある))糖鎖、グリコサミノグリカン(以下「GAG」と記載することもある)、O−結合型糖鎖が挙げられる。
本発明では、細胞に含まれるこれら複合糖鎖を分離、精製する処理に付し、分離、精製されたこれら糖鎖について個別に定量的プロファイルを取得することができる。糖鎖の分離、精製は、例えば、グライコブロッティング法(例えば、上記のWO2006/030584、WO2007/108204およびWO2008/018170、Comprehensive approach to structural and functional glycomics based on chemoselective glycoblotting and sequential tag conversion” Jun-ichi Furukawa, Yasuro Shinohara, Hiromitsu Kuramoto, Yoshiaki Miura, Hideyuki Shimaoka, Masaki Kurogochi, Mika Nakano, Shin-ichiro Nishimura. (2008) Anal. Chem. 80, 1094-1101に記載)やBEP法(非特許文献11)により行うのが、所望の糖鎖をもれなくかつ迅速に分離、精製できる観点から好ましい。
細胞から各糖鎖(N−結合型糖鎖、遊離オリゴ糖(FOS)、スフィンゴ糖脂質(GSL)糖鎖、グリコサミノグリカン(GAG)、O−結合型糖鎖)画分の試料を調製する手順について、以下にその一例を示す。
N−結合型糖鎖画分の分離・精製法
ES細胞やiPS細胞を含む種々の多能性幹細胞ペレットに2%SDS100mM Tris-acetate緩衝液を加え、超音波破砕を行い細胞抽出液を回収する。細胞抽出液はTCEPによる還元、DNase処理、ヨードアセトアミドによるアルキル化を行った後、エタノールを加え-30℃3時間静置し遠心処理によりペレットを回収する。回収したペレットはトリプシンによりタンパク質を消化した後、ペプチドNグリカナーゼFを用いてN−結合型糖鎖の切断を行う。回収した糖鎖は、上記文献に記載されるようなグライコブロッティング法を用いて精製とラベル化を行う。
スフィンゴ糖脂質画分の分離・精製法
1.(規定個数を含む)細胞ペレットをクロロホルム:メタノール=2:1の組成の溶液(450マイクロリットル)中で超音波(10秒照射+10秒インターバルを6回。合計照射時間1分)により破砕する。

2.次に、メタノールを150マイクロリットル加え(この時点での溶媒組成はクロロホルム:メタノール=1:1である)、同様に超音波処理を施す。

3.メタノールをさらに300マイクロリットル加え(この時点での溶媒組成はクロロホルム:メタノール=1:2である)、同様に超音波処理を施す。

4.上記1〜3の手順で得られた溶液を、20000g、10分の遠心分離によりタンパク質画分を沈殿させ、得られた上清をスフィンゴ糖脂質を含む総脂質抽出物として新しいサンプルチューブに回収する。回収された溶液は遠心エバポレーターで溶媒を除去する。

5.得られた細胞由来の総脂質画分を、40マイクロリットルの0.2%Triton−X100(もしくは0.2%コール酸ナトリウム)を含む50mM Tris酢酸緩衝液(pH5.0)に懸濁し、これに25 mUのRhodocossus属由来のエンドグルコセラミダーゼ(EGCase)IおよびIIを加えてスフィンゴ脂質から糖鎖を切断する(37℃、終夜)

6.酵素反応液を20000g、10分の遠心分離により不純物を沈殿させ、上清を切断された糖鎖を含む溶液として回収し、上記文献に記載されるようなグライコブロッティング法に供する。
遊離オリゴ糖画分の分離・精製法
ES細胞やiPS細胞を含む種々の多能性幹細胞ペレットに2%SDS100mM Tris-acetate緩衝液を加え、超音波破砕を行い細胞抽出液を回収する。細胞抽出液はTCEPによる還元、DNase処理、ヨードアセトアミドによるアルキル化を行った後、エタノールを加え-30℃3時間静置し遠心処理によりエタノール上清を回収する。回収したエタノール画分は遠心濃縮装置を用いて濃縮した後、上記文献に記載されるようなグライコブロッティング法を用いて糖鎖の精製とラベル化を行う。
グリサミノグリカン画分の分離・精製法
1.上記のスフィンゴ糖脂質の分離・精製の1〜3の手順に準じて、細胞に含まれるタンパク質を沈殿として回収する。

2.沈殿は0.1%Triton−X100を含む90マイクロリットルの50mM酢酸アンモニウム緩衝液に溶解後、10マイクロリットルのプロナーゼ溶液(10mg/mL)によってタンパク質を消化する(終夜、37℃)。

3.プロナーゼを失活後(90℃、10分)、30%酢酸ナトリウム水溶液20マイクロリットルを加え、氷冷エタノール480マイクロリットルを加えてグリコサミノグリカン鎖を沈殿させる(−30℃、2時間)。遠心分離(5000 rpm、10分、4℃)によってグリコサミノグリカン鎖の沈殿を回収し、乾燥後、80マイクロリットルの100mM酢酸アンモニウム緩衝液(含、5mM 酢酸カルシウム)に溶解し、各5マイクロリットルのヒアルロニダーゼ、コンドロイチナーゼABC(各1 mU/uL)および各10マイクロリットルのヘパリナーゼ/ヘパリチナーゼ(各10 mU/uL)を加えてGAGを二糖ユニットに消化する(終夜、37℃)。

4.回収したエタノール画分は遠心濃縮装置を用いて濃縮した後、上記文献に記載されるようなグライコブロッティング法を用いて糖鎖の精製とラベル化を行う。
O−結合型糖鎖画分の分離・精製法
1.1×10個からなる細胞ペレットを2%ドデシル硫酸ナトリウムを含むトリス酢酸緩衝液中(100マイクロリットル)で、超音波処理(5秒照射+10秒インターバルを4セット)により溶解する。

2. 2マイクロリットルの0.5Mトリス(2−カルボキシエチル)ホスフィン(終濃度約100 mM)と200mMのヨードアセトアミド(終濃度約20 mM)を加え、タンパク質のジスルフィド結合を還元アルキル化する(室温、30分)。

3. 472マイクロリットル(4倍量)の氷冷エタノールを加えてエタノール沈殿(−30℃, 2時間)を行う。

4. 遠心分離(20000×g、10分、4℃)により、沈殿(タンパク質画分)と上清に分け、沈殿をO−結合型糖鎖解析に使用する。

5. 沈殿は、超純水に溶解し、Amiconにより分子量3000以上の画分とした後、濃縮乾固する。

6.沈殿物を10μLの超純水で再溶解し、内部標準にテトラアセチルキトテトラオース(10μM、10μL)を添加し、さらに20μLの0.4M NaOHおよび20μLの0.5M 3−メチル−1−フェニル−5−ピラゾロン(PMP)のメタノール溶液を加え、85℃で16時間静置する。反応後にHClにより中和し、クロロホルムを加え洗浄することで過剰試薬を除去した後、グラファイトカーボンおよびイアトロビーズにより糖鎖部分を精製する。
糖鎖の定量的プロファイルは、好ましくは、分離、精製した糖鎖をMALDI-TOF/MS(matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight /mass spectrometry)またはLC-ESI/SSI-TOF/MS(liquid chromatography-electrospray ionization/sonic spray ionization-time of flight/mass spectrometry)により得られる。MALDI-TOF/MSまたはLC-ESI/SSI-TOF/MSを用いることで、迅速にかつ高精度に糖鎖量を測定し、定量的プロファイルを得ることができる。例えば、精製および標識したN-結合型糖鎖、O-結合型糖鎖、FOS,GSL糖鎖は、2,5-dihydroxybenzoic acid(10mg/mL 30%アセトニトリル)と混合し、MALDI-TOF MS解析に供することができる。測定には、例えばブルカーダルトニクス社のUltraFlex II TOF/TOFを用い、全てのスペクトルはリフレクターモードで取得することができる。シグナルの検出および定量は、例えば同社のFlexAnalysis 3.0を用いて行うことができる。濃度既知の標準糖鎖((Neu5Ac)2(Gal)2(GlcNAc)2+(Man)3(GlcNAc)1)を内部標準として用い、面積比から各シグナルの定量を行うことができる。
N−結合型糖鎖の測定
精製した糖鎖は、MALDI−TOF/MSを用いた定量解析を行う。各糖鎖のピーク面積値を濃度既知の内部標準と比較することで糖鎖の定量化を行う。
スフィンゴ糖脂質の測定
精製した糖鎖は、MALDI−TOF/MSを用いた定量解析を行う。各糖鎖のピーク面積値を濃度既知の内部標準と比較することで糖鎖の定量化を行う。
遊離オリゴ糖の測定
精製した糖鎖は、MALDI−TOF/MSを用いた定量解析を行う。各糖鎖のピーク面積値を濃度既知の内部標準と比較することで糖鎖の定量化を行う。
グリサミノグリカンの測定
精製したGAG糖鎖の解析は両イオン性親水性クロマトグラフィ法により行う。内部標準としてイソマルトトリオースを添加し、蛍光検出による定量解析を行う。
O−結合型糖鎖の測定
O−結合型糖鎖の定量的プロファイルは、好ましくは、分離、精製した糖鎖をMALDI-TOF/MS(matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight /mass spectrometry)により得られる。上記方法により精製した糖鎖部分を2、5−ジヒロド安息香酸(10mg/mL)をマトリクスとして、MALDI−TOF(/TOF)(UltraFlex II、ブルカー社)により解析を行う。
本発明の方法において検出され用いることができる糖鎖(N−結合型糖鎖(N−glycan)、スフィンゴ糖脂質(SGL)、遊離オリゴ糖(FOS)、グリサミノグリカン(GAG)、O−結合型糖鎖(O−glycan)))は、例えば、上で具体的に記載したものが挙げられるが、それらに限られない。
N−結合型糖鎖のうち、
複数のフコース残基を有する糖鎖としては、例えば、
(Hex)1(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1(NeuGc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2
が挙げられる。
バイセクト型またはLacdiNAc型または多分岐型糖鎖としては、例えば、
(Hex)3(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)4(Fuc)1+(Man)3(GlcNAc)2
が挙げられる。
分解型糖鎖としては、例えば、
(Man)2(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2、または
(Man)3(GlcNAc)2(Fuc)1
が挙げられる。
3シアリル化3分岐糖鎖としては、例えば、
(Hex)3(HexNAc)3(NeuAc)3+(Man)3(GlcNAc)2
が挙げられる。
スフィンゴ糖脂質(GSL)のうち、
(ネオ)ラクト系列のスフィンゴ糖脂質としては、例えば、
(Hex)3(HexNAc)1((n)Lc4)、
(Hex)4(HexNAc)1(Gal−(n)Lc4)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1(SSEA−1/5)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2(diFuc−(n)Lc4)、
(Hex)3(HexNAc)2((n)Lc5)、
(Hex)2(HexNAc)1(Lc3)、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2
が挙げられる。
グロボ系列のスフィンゴ糖脂質としては、例えば、
(Hex)3(Gb3)、
(Hex)3(HexNAc)1(Gb4)、
(Hex)4(HexNAc)1(Gb5,SSEA−3)、
(Hex)4(HexNAc)1(Neu5Ac)1(SSEA4)、
(Hex)4(HexNAc)1(Fuc)1(globo H)
が挙げられる。
遊離オリゴ糖としては、例えば、
(Hex)1(HexNAc)1、
(Hex)1(HexNAc)2
が挙げられる。
グリコサミノグリカン
グリコサミノグリカンの二糖を表16に示す。たとえばHS(ヘパラン硫酸)系としてはa)に示す8種類のものが挙げられる。CS(コンドロイチン硫酸)系についてはb)に示す8種類のものが挙げられる。HA(ヒアルロン酸)はc)に示すものが挙げられる。より好ましくは、HSとして、HS−0S(無硫酸 化ヘパラン硫酸2糖)、HS−6S(6位硫酸化ヘパラン硫酸2糖)、HS−NS(N−硫酸化ヘパラン硫酸2糖)が、CSとして、CS−0S(無硫酸化 コンドロイチン硫酸2糖)、CS−2S(2位硫酸化コンドロイチン硫酸2糖)、CS−4S(4位硫酸化コンドロイチン2糖)、CS−2S4S(2,4位硫酸化コンドロイチン硫酸2糖)が挙げられる。
Figure 0005979452
O−結合型糖鎖としては、例えば、
(Hex)3(HexNAc)3、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)1、
(Hex)2(HexNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)2、
(HexNAc)2
が挙げられる。
さらに、本発明者らは、正常のiPS細胞で発現がみられる糖鎖のうち、分化抵抗性を有するiPS化が不完全な、いわゆる「欠陥iPS」において、発現動態が著しく変化する糖鎖群を見い出した。したがって、本発明の別の実施形態では、これら糖鎖を用いた欠陥iPSを検出するための方法、および欠陥iPSの検出マーカーとしてのこれら糖鎖の使用を提供する。また、これらの糖鎖は、作製されたiPS細胞の多能性の指標となる品質管理のためのマーカーとしても有用である。
樹立したiPS細胞から多能性を有しない細胞を検出するためのN−結合型糖鎖としては、例えば、
(Hex)2(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2
が挙げられ、
スフィンゴ糖脂質としては、例えば、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1 (「SSEA−5」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2 (「diFuc−(n)Lc4」)、
(Hex)3 (「Gb3」)、
(Hex)4(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)1、
(Hex)4(HexNAc)3(Fuc)1、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1(Neu5Ac)1、
(Hex)2(HexNAc)2、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1、
(Hex)5(HexNAc)3
が挙げられ、
グリコサミノグリカンとしては、例えば、
CS−0S、
CS−2S、
CS−2S4S、
CS−4S6S、
HS−0S、
HS−NS、
HS−2SNS
が挙げられ、
遊離オリゴ糖としては、例えば、
(Man)5(GlcNAc)1、
(Man)4(GlcNAc)1、
(Man)3(GlcNAc)1、
(Man)2(GlcNAc)1、
(Man)4(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2
が挙げられ、
O−結合型糖鎖としては、例えば、
(Hex)2(HexNAc)2
(Hex)2(HexNAc)2(NeuAc)1
(Hex)3(HexNAc)3
が挙げられる。
種々のヒト細胞に含まれる複合糖質由来糖鎖の定量解析を行い、その定量データによる細胞の分類を行った。用いた細胞は以下のとおりであり、いずれも理研セルバンクより入手可能である。
多能性幹細胞:
iPS細胞5種
臍帯由来の細胞より樹立した、HiPS−RIKEN−1A、2A、12A
脱落膜組織より樹立した、HiPS−RIKEN−3A
羊膜周辺組織より樹立した、HiPS−RIKEN−11A
ヒトES細胞5種
KhES−1、KhES−2、KhES−3、KhES−4、KhES−5

非多能性幹細胞(対照ヒト細胞):
HL60(ヒト前骨髄性白血病由来細胞株)
HeLa(ヒト子宮頸部がん由来細胞株)
A549(ヒト非小細胞肺がん由来細胞株)
KLM−1(ヒト膵臓癌細胞由来細胞株)
Caco−2(ヒト大腸がん由来細胞株)
HepG2(ヒト肝がん由来細胞株)
NEC8(ヒト精巣腫瘍由来細胞株)
HEK293(ヒト胎児腎臓由来細胞株)
MRC5(ヒト胎児肺組織由来細胞)
各細胞のN−結合型糖鎖,O−結合型糖鎖,FOS、GSL糖鎖、GAGを下記の通り抽出した。
N−結合型糖鎖、FOS解析のためのサンプル調製
1. 1×10個からなる細胞ペレットを2%ドデシル硫酸ナトリウムを含むトリス酢酸緩衝液中(100マイクロリットル)で、超音波処理(5秒照射+10秒インターバルを4セット)により溶解した。

2. 2マイクロリットルの0.5Mトリス(2−カルボキシエチル)ホスフィン(終濃度約100 mM)と200mMのヨードアセトアミド(終濃度約20 mM)を加え、タンパク質のジスルフィド結合を還元アルキル化した(室温、30分)。

3. 472マイクロリットル(4倍量)の氷冷エタノールを加えてエタノール沈殿(−30℃, 2時間)を行った。

4. 遠心分離(20000×g、10分、4℃)により、沈殿(タンパク質画分)と上清に分けた。沈殿はN−結合型糖鎖解析へ、上清はFOS解析に使用した。

5. 沈殿を0.1% Triton X−100を含む重炭酸アンモニウム水溶液95マイクロリットルに溶解し、5マイクロリットルのトリプシン溶液(10mg/mL)でタンパク質を消化した(終夜、37℃)。トリプシン失活後(90℃、10分)、ペプチドNグリカナーゼF(PNGase F, 2U、37℃、終夜)により糖鎖をタンパク質から切断した。後に濃縮乾固した。

6.上清(エタノール層)はそのまま濃縮乾固した。

7.両サンプルを20マイクロリットルの脱イオン水に溶解した。
GSL糖鎖、GAG解析のためのサンプル調製
1. 1×10個からなる細胞ペレットをクロロホルム:メタノール2:1の組成からなる混合液450マイクロリットルで脂質を1分間の超音波破砕により抽出した。抽出液に150マイクロリットルのメタノールを加え(溶液組成;クロロホルム:メタノール=1:1)、超音波破砕した。さらにメタノール300マイクロリットルを加え(溶液組成;クロロホルム:メタノール=1:2)、超音波破砕した。遠心分離(20000 x g, 10分)後、上清をGSL解析へ、沈殿をGAG解析に用いた。

2. 上清は濃縮乾固後、界面活性剤(2% Triton X−100もしくはコール酸ナトリウム)を含む50 mMトリス酢酸緩衝液に再懸濁し、25 mUのRhodocossus属由来のエンドグルコセラミダーゼIおよびIIを加えてセラミド鎖から糖鎖を切断した(37℃、終夜)。

3. 沈殿は90マイクロリットルの50mM酢酸アンモニウム緩衝液に溶解後、10マイクロリットルのプロナーゼ溶液(10mg/mL)によってタンパク質を消化した(終夜、37℃)。プロナーゼを失活後(90℃、10分)、30%酢酸ナトリウム水溶液20マイクロリットルを加え、氷冷エタノール480マイクロリットルを加えてエタノール沈殿を行った(−30℃、2時間)。遠心分離(5000 rpm、10分、4℃)によってGAGの沈殿を回収し、乾燥後、80マイクロリットルの100mM酢酸アンモニウム緩衝液(含、5mM 酢酸カルシウム)に溶解し、各5マイクロリットルのヒアルロニダーゼ、コンドロイチナーゼABC(各1 mU/uL)および各10マイクロリットルヘパリナーゼ/ヘパリチナーゼ(各10 mU/uL)を加えてGAGを二糖ユニットに消化した(終夜、37℃)。

上記のように調製したN−結合型糖鎖、FOS、GSLのサンプルは、糖鎖のみをグライコブロッティング法によって精製後、MALDI−TOF/MSを用いた定量解析を行った(非特許文献7による)。GAGの解析は両イオン性親水性クロマトグラフィにより、定量解析を行った(非特許文献9)。図1は代表的なMALDI−TOF/MSスペクトルと液体クロマトグラフィの結果を示す。
O−結合型糖鎖解析のためのサンプル調製
1. 1x10個からなる細胞ペレットを2%ドデシル硫酸ナトリウムを含むトリス酢酸緩衝液中(100マイクロリットル)で、超音波処理(5秒照射+10秒intervalを4セット)により溶解した。

2. 2マイクロリットルの0.5M トリス(2−カルボキシエチル)ホスフィン(終濃度約100 mM)と200mMのヨードアセトアミド(終濃度約20 mM)を加え、タンパク質のジスルフィド結合を還元アルキル化した(室温、30分)。

3. 472マイクロリットル(4倍量)の氷冷エタノールを加えてエタノール沈殿(−30℃, 2時間)を行った。

4. 遠心分離(20000×g、10分、4℃)により、沈殿(タンパク質画分)と上清に分けた。沈殿をO−結合型糖鎖解析に使用した。

5. 沈殿を超純水に溶解し、amiconにより分子量3000以上の画分とした。後に濃縮乾固した。

6.沈殿物を10μLの超純水で再溶解し、内部標準にテトラアセチルキトテトラオース(10μM、10μL)を添加し、さらに20μLの0.4M NaOHおよび20μLの0.5M 3−メチル−1−フェニル−5−ピラゾロン(PMP)のメタノール溶液を加え、85℃で16時間静置した。反応後にHClにより中和し、クロロホルムを加え洗浄することで過剰試薬を除去した後、グラファイトカーボンおよびイアトロビーズにより糖鎖部分を精製した。(非特許文献10による)。
上記多能性幹細胞(iPS細胞5種、ヒトES細胞5種)および非多能性幹細胞(9種)の計19種において合計約200種類の糖鎖を定量的に検出した。検出されたN−結合型糖鎖(N−glycan)、O−結合型糖鎖(O−glycan)、遊離オリゴ糖(FOS)、スフィンゴ糖脂質(GSL)、グリサミノグリカン(GAG)を下記の表に示す。
Figure 0005979452
(N−glycan続き)
Figure 0005979452
Figure 0005979452
(GSL続き)
Figure 0005979452
Figure 0005979452
Figure 0005979452
Figure 0005979452
図3に各細胞の定量結果の例を示す。5角形の頂点は、時計回りに、GSL、O−結合型糖鎖、GAG、FOS、N−結合型糖鎖の発現プロファイルを示しており、円グラフの大きさが糖鎖の発現量を表し、色が構造を反映する。細胞の総合グライコームは高度に細胞特異的である。図5は細胞間の相関行列の結果を示す。多能性幹細胞群(ES、iPS)と非多能性幹細胞は明確に区別され、総合グライコームによる解析が細胞の性質に応じて分類可能であることが示された。また図6に階層型クラスター解析結果を示す。本解析でも多能性幹細胞群(ES、iPS)と非多能性幹細胞は明確に区別された。同時に、糖鎖構造側のクラスタリングにおいても、未分化マーカーとして実績のあるSSEAは同じクラスターは同じ階層にクラスタリングされ、本法の妥当性を示すと共に、その階層の近傍に存在する糖鎖構造を有力な未分化マーカー候補とすることができた。
多能性幹細胞群と非多能性幹細胞群の発現プロファイルの比較から有意差が認められた糖鎖群を図7〜18に示す。これらは多能性幹細胞に特異的な糖鎖マーカーであると考えられる。
各複合糖質別に比較すると、多能性幹細胞におけるN−結合型糖鎖では以下の特徴を認めた。
1.複数のフコース残基を有する糖鎖
(Hex)1(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2
の量がp<0.001で、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2
の量がp<0.01で、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)3(HexNAc)3(Fuc)2(NeuAc)1(NeuGc)1+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)3(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2+(Man)3(GlcNAc)2
の量がp<0.05で有意に高い。本糖鎖にはSSEA−1/5エピトープもしくはシアリルSSEA−1エピトープが含まれる。

2.バイセクト型またはLacdiNAc型または多分岐型糖鎖
(Hex)3(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(HexNAc)3+(Man)3(GlcNAc)2、
(Hex)1(HexNAc)4(Fuc)1+(Man)3(GlcNAc)2
の量がp<0.01で有意に高い。

3.分解型糖鎖
(Man)2(GlcNAc)2、
(Man)3(GlcNAc)2、または
(Man)3(GlcNAc)2(Fuc)1
の量がp<0.05で有意に低い。

4.3シアリル化3分岐糖鎖
(Hex)3(HexNAc)3(NeuAc)3+(Man)3(GlcNAc)2
の量がp<0.01で有意に低い。
GSL糖鎖では以下の特徴を認めた。
1.(ネオ)ラクト系列の中で、
(Hex)3(HexNAc)1 (「(n)Lc4」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1 (「SSEA−1/5」)、
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2 (「diFuc−(n)Lc4」)、
(Hex)3(HexNAc)2 (「(n)Lc5」)
の量がp<0.001で、
(Hex)4(HexNAc)1 (「Gal−(n)Lc4」)
の量がp<0.01で、
(Hex)2(HexNAc)1 (「Lc3」)、
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2
の量がp<0.05で、ESおよびiPS細胞において有意に増大した。

2.グロボ系列では、ESおよびiPS細胞における
(Hex)3(HexNAc)1 (「Gb4」)、
(Hex)4(HexNAc)1 (「Gb5,SSEA−3」)、
(Hex)4(HexNAc)1(Neu5Ac)1 (「SSEA4」)、
(Hex)4(HexNAc)1(Fuc)1 (「globo H」)
の量がp<0.001で、
(Hex)3 (「Gb3」)
の量がp<0.01で、有意な増加が認められた。SSEA−3,4は幹細胞マーカーとしてルーチンに用いられており、本解析で予備知識なく、SSEA−3,4が幹細胞マーカーとして検出されたことは、本アプローチの妥当性を実証する結果と言える。
FOSでは以下の特徴を認めた。
1.(Hex)1(HexNAc)1の量がp<0.01で、(Hex)1(HexNAc)2の量がp<0.05で、ESとiPS細胞において有意な減少が認められた。
2.FOSとN−結合型糖鎖の相対的量比(FOS/N−結合型糖鎖)がESとiPS細胞において有意に低い。FOSとN−結合型糖鎖の相対的量比(FOS/N−結合型糖鎖)は、細胞におけるタンパク質の合成が盛んなときに高くなると考えられることから、幹細胞における低下傾向は幹細胞の休眠状態、または比較対象として用いたがん細胞のタンパク質の合成亢進を反映している可能性が考えられる。
GAGでは以下の特徴を認めた。
1.iPS細胞において、HSにおいて硫酸基ゼロの割合が高く検出された。
2.iPS細胞において、CSにおいて6位修飾が少なく4位修飾が多い傾向が認められた。
3.iPS細胞において、HSにおいてはN位修飾が多く検出された。
4.iPS細胞におけるGAGのうち、CS−0S、CS−2S、CS−4S、CS−2S4S、HS−0Sの量がp<0.001で、HS−6S、HS−NS、HAの量がp<0.01で、非iPS細胞における糖鎖の量と比較して増大していた。
O−結合型糖鎖では以下の特徴を認めた。
1.(Hex)3(HexNAc)3、(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)1、(Hex)2(HexNAc)2、(Hex)1(HexNAc)2、(HexNAc)2などの糖鎖が増大していた。
さらに、以下に示す細胞について、実施例1と同様に複合糖質由来糖鎖の定量解析を行った。用いた細胞は以下のとおりである(いずれも理研セルバンクより入手)。
HiPS−RIKEN−1A、
HiPS−RIKEN−2A、
HiPS−RIKEN−11A、
HiPS−RIKEN−12A、
HiPS−RIKEN−3C、
HiPS−RIKEN−3C細胞は、脱落膜組織よりHiPS−RIKEN−1A細胞と同時に樹立された細胞株であるが、iPSの特徴である多能性を有しておらず「iPS化が不完全な」細胞である。ヒト多能性幹細胞の未分化マーカーであるTRA-1-60, TRA-1-81を発現しておらず、Nanogの発現量も非常に低いという性質を持つ。正常iPS細胞(HiPS−RIKEN−1A、2A、3A、11A、12A)の発現プロファイルと比較した結果、正常iPS細胞で共通して発現し、HiPS−RIKEN−3Cにおいて発現が著しく変動した糖鎖が認められた。結果を図19〜23に示す。
N−結合型糖鎖(図19)
下記の糖鎖が「iPS化が不完全な」細胞株では発現が顕著に増大した。
(Hex)2(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)2+(Man)3(GlcNAc)2
(Hex)1(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2
また、下記の糖鎖が「iPS化が不完全な」細胞株では発現が顕著に減少した。
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2(NeuAc)1+(Man)3(GlcNAc)2
(Hex)2(HexNAc)2(Fuc)2 + (Man)3(GlcNAc)2
GSL糖鎖(図20)
幹細胞マーカーとして同定された下記の糖鎖が「iPS化が不完全な」細胞株では発現が顕著に減少した。
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1 (「SSEA−5」)
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)2 (「diFuc−(n)Lc4」)
(Hex)3 (「Gb3」)
また、下記の糖鎖が「iPS化が不完全な」細胞株では発現が顕著に増大した。
(Hex)4(HexNAc)3(Fuc)1(NeuAc)1
(Hex)4(HexNAc)3(Fuc)1
(Hex)3(HexNAc)1(Fuc)1(Neu5Ac)1
(Hex)2(HexNAc)2
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2
(Hex)4(HexNAc)2(Fuc)1
(Hex)5(HexNAc)3
GAG(図21)
下記の糖鎖が「iPS化が不完全な」細胞株では発現が顕著に減少した。
CS−0S
CS−2S
CS−2S4S
CS−4S6S
HS−0S
また、下記の糖鎖が「iPS化が不完全な」細胞株では発現が顕著に増大した。
HS−2SNS
FOS(図22)
下記の糖鎖が「iPS化が不完全な」細胞株では発現が顕著に減少した。
(Man)5(GlcNAc)1
(Man)4(GlcNAc)1
(Man)3(GlcNAc)1
(Man)2(GlcNAc)1
(Man)4(GlcNAc)2
(Man)3(GlcNAc)2
O−結合型糖鎖(図23)
下記の糖鎖が「iPS化が不完全な」細胞株では発現が顕著に減少した。
(Hex)2(HexNAc)2
(Hex)2(HexNAc)2(NeuAc)1
(Hex)3(HexNAc)3
これらの結果から、iPS化が不完全な細胞の検出マーカーとして、また、作製されたiPSの多能性の指標となる品質管理のためのマーカーとして、これらの糖鎖が有用であることが示された。
本発明の方法は、ES細胞やiPS細胞のみならず、各組織中の幹細胞に対しても多能性幹細胞の評価、選別に利用できる。また、幹細胞一般の脱分化効率の評価、脱分化した細胞の選別にも利用できる。分化誘導した細胞群に残存しそのまま移植すると奇形腫を生じるような未分化幹細胞が混入しているかどうか評価し、これらの多能性幹細胞を除去することで癌化の危険を低減する再生医療基礎技術としても利用できる。また、再生医療のための材料(セルサスペンジョン、細胞シート)の評価にも応用可能であり、移植のタイミングの評価や、品質管理への応用もはかれる可能性がある。更には、正常細胞と疾患細胞の比較、がん細胞とがん幹細胞の比較に方法を応用することによって、疾患特異的なバイオマーカー探索における基盤技術としても本発明の方法を応用することができる。

Claims (16)

  1. 多能性幹細胞の判定方法であって、以下からなる群:
    B群:
    (Gal)2(Glc)1(GlcNAc)2、
    (Gal)2(Glc)1(GlcNAc)1(Fuc)2、
    (Gal)2(Glc)1、
    (Gal)1(Glc)1(GlcNAc)1、
    (Gal)3(Glc)1(GlcNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2
    からなる群から選択されるスフィンゴ糖脂質(GSL)、
    C群:
    (Man)1(GlcNAc)1、
    (Man)1(GlcNAc)2
    からなる群から選択される遊離オリゴ糖(FOS)、

    D群:
    CS−0S、
    CS−2S4S、
    HS−0S、
    CS−2S、
    CS−4S、
    HS−6S、
    HA、
    HS−NS、
    からなる群から選択されるグリサミノグリカン(GAG)

    E群:
    (Gal)3(GlcNAc)2(GalNAc)1、
    (Gal)2(GlcNAc)1(GalNAc)1(Fuc)1、
    (Gal)2(GlcNAc)1(GalNAc)1、
    (Gal)1(GlcNAc)1(GalNAc)1、
    (GlcNAc)1(GalNAc)1
    からなる群から選択されるO−結合型糖鎖(O−glycans)
    から選択される少なくとも1つの糖鎖について、被験細胞における該糖鎖の量を測定するステップと、該量を多能性幹細胞以外の細胞における該糖鎖の量と比較するステップを含んでなり、該多能性幹細胞がES細胞またはiPS細胞である、方法。
  2. 被験細胞から遊離オリゴ糖画分を分離および精製し、該画分を対象として前記C群から選択される糖鎖の量を測定する、請求項1記載の方法。
  3. 被験細胞からグリサミノグリカン画分を分離および精製し、該画分を対象として前記D群から選択される糖鎖の量を測定する、請求項1記載の方法。
  4. 被験細胞からスフィンゴ糖脂質画分を分離および精製し、該画分を対象として前記B群から選択される糖鎖の量を測定する、請求項1記載の方法。
  5. 被験細胞からO−結合型糖鎖画分を分離および精製し、該画分を対象として前記E群から選択される糖鎖の量を測定する、請求項1記載の方法。
  6. 前記画分をグライコブロッティング法により分離および精製する、請求項2〜5のいずれかに記載の方法。
  7. 前記糖鎖の量の測定をMALDI−TOF/MSにより行う、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
  8. 多能性幹細胞がヒト由来である、請求項1〜7のいずれか記載の方法。
  9. 前記被検細胞におけるFOSのうち、(Man)1(GlcNAc)1、(Man)1(GlcNAc)2の量が、前記多能性幹細胞以外の細胞における糖鎖の量と比較して減少しているとき、またはFOSとN−結合型糖鎖の相対的量比(FOS/N−結合型糖鎖)が2.0%以下のとき該被検細胞は多能性細胞であると判定される、請求項1、2、6〜8のいずれか記載の方法。
  10. 前記被検細胞におけるGAGのうち、CS−2S4S、CS−0S、HS−6S、CS−2S、CS−4S、HS−NS、HS−0S、HAの量が、前記多能性幹細胞以外の細胞における糖鎖の量と比較して増大しているとき、該被検細胞は多能性細胞であると判定される、請求項1、3、6〜8のいずれか記載の方法。
  11. 多能性幹細胞の判定方法であって、被験細胞における該糖鎖の量を測定するステップと、該量を多能性幹細胞以外の細胞における該糖鎖の量と比較するステップを含んでなり、前記被検細胞におけるO−結合型糖鎖のうち、(Gal)3(GlcNAc)2(GalNAc)1、(Gal)2(GlcNAc)1(GalNAc)1(Fuc)1、(Gal)2(GlcNAc)1(GalNAc)1、(Gal)1(GlcNAc)1(GalNAc)1、(GlcNAc)1(GalNAc)1の量が、前記多能性幹細胞以外の細胞における糖鎖の量と比較して増大しているとき、該被検細胞は多能性細胞であると判定され、該多能性幹細胞がES細胞またはiPS細胞である、方法。
  12. ES細胞またはiPS細胞である多能性細胞の判定用マーカーとしての、以下からなる群
    B群:
    (Gal)2(Glc)1(GlcNAc)1(Fuc)2、
    (Gal)2(Glc)1、
    (Gal)1(Glc)1(GlcNAc)1、
    (Gal)3(Glc)1(GlcNAc)2(Fuc)1(NeuAc)2
    からなる群から選択されるスフィンゴ糖脂質(GSL)、

    C群:
    (Man)1(GlcNAc)1、
    (Man)1(GlcNAc)2
    からなる群から選択される遊離オリゴ糖(FOS)、

    D群:
    CS−0S、
    CS−2S4S、
    HS−0S、
    CS−2S、
    CS−4S、
    HS−6S、
    HA、
    HS−NS、
    からなる群から選択されるグリサミノグリカン(GAG)、

    E群:
    (Gal)3(GlcNAc)2(GalNAc)1、
    (Gal)2(GlcNAc)1(GalNAc)1(Fuc)1、
    (Gal)2(GlcNAc)1(GalNAc)1、
    (Gal)1(GlcNAc)1(GalNAc)1、
    (GlcNAc)1(GalNAc)1
    からなる群から選択されるO−結合型糖鎖(O−glycans)
    から選択される糖鎖の使用。
  13. ES細胞またはiPS細胞である多能性細胞の判定用マーカーとしての、以下からなる群
    B”群:
    (Gal)2(Glc)1(GlcNAc)1(Fuc)2、
    (Gal)2(Glc)1、
    からなる群から選択されるスフィンゴ糖脂質(GSL)、

    C”群:
    (Man)1(GlcNAc)1、
    からなる群から選択される遊離オリゴ糖(FOS)、

    D”群:
    CS−0S、
    CS−2S4S、
    HS−0S、
    CS−2S、
    CS−4S、
    HS−6S、
    HA、
    HS−NS
    からなる群から選択されるグリサミノグリカン(GAG)
    から選択される糖鎖の使用。
  14. ES細胞またはiPS細胞である多能性細胞の判定用マーカーとしての、以下からなる群
    B”’群:
    (Gal)2(Glc)1(GlcNAc)1(Fuc)2、
    からなる群から選択されるスフィンゴ糖脂質(GSL)、

    D”’群:
    CS−0S、
    CS−2S、
    CS−4S、
    CS−2S4S、
    HS−0S
    からなる群から選択されるグリサミノグリカン(GAG)
    から選択される糖鎖の使用。
  15. 樹立したiPS細胞から多能性を有しない細胞を検出するための方法であって、以下からなる群:
    F群:
    (Gal)2(Glc)1(GlcNAc)1(Fuc)2、
    (Gal)2(Glc)1、
    CS−0S、
    CS−2S、
    CS−2S4S、
    CS−4S6S、
    HS−0S、
    (Man)5(GlcNAc)1、
    (Man)4(GlcNAc)1、
    (Man)3(GlcNAc)1、
    (Man)2(GlcNAc)1、
    (Man)4(GlcNAc)2、
    (Man)3(GlcNAc)2、
    (Gal)2(GalNAc)1(GlcNAc)1、
    (Gal)2(GalNAc)1(GlcNAc)1(NeuAc)1、
    (Gal)3(GalNAc)1(GlcNAc)2、

    G群
    Gal)2(Gul)1(GlcNAc)1(Fuc)1(Neu5Ac)1
    S−NS、
    HS−2SNS
    から選択される少なくとも1つの糖鎖について、被験細胞における該糖鎖の量を測定するステップと、該量を正常iPSにおける該糖鎖の量と比較するステップを含んでなり、
    該糖鎖がF群から選択される場合は被験細胞において該糖鎖が検出されないかまたは該正常iPS細胞における糖鎖の量と比較して減少しているときに、
    該糖鎖がG群から選択される場合は被験細胞において該糖鎖の量が該正常iPS細胞における糖鎖の量と比較して増加しているときに、該被検細胞は多能性を有しない細胞であると判定される、方法。
  16. 樹立したiPS細胞から多能性を有しない細胞を検出するためのマーカーとしての、以下からなる群
    (Gal)2(Glc)1(GlcNAc)1(Fuc)2、
    (Gal)2(Glc)1
    Gal)2(Gul)1(GlcNAc)1(Fuc)1(Neu5Ac)1
    S−0S、
    CS−2S、
    CS−2S4S、
    CS−4S6S、
    HS−0S、
    HS−NS、
    HS−2SNS、
    (Man)5(GlcNAc)1、
    (Man)4(GlcNAc)1、
    (Man)3(GlcNAc)1、
    (Man)2(GlcNAc)1、
    (Man)4(GlcNAc)2、
    (Man)3(GlcNAc)2、
    (Gal)2(GalNAc)1(GlcNAc)1、
    (Gal)2(GalNAc)1(GlcNAc)1(NeuAc)1および
    (Gal)3(GalNAc)1(GlcNAc)2
    から選択される糖鎖の使用。
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