Loading article…
遺伝学および発生生物学において、体細胞核移植（SCNT）は、体細胞と卵細胞から生存可能な胚を作成するための実験室戦略である。この技術は、核を除去した卵母細胞（卵細胞）を取り出し、体細胞からドナー核を移植することから成ります。これは、治療用クローンと生殖用クローンの両方に使用されます。1996年、羊のドリーは、成体体細胞からの哺乳類の生殖用クローンの最初の成功例として有名になりましたが[ 1 ]、一般に信じられていることとは異なり、クローンされた最初の動物ではありませんでした[ 2 ] 。2018年1月、上海の科学者チームは、胎児核から2匹のメスのカニクイザル（ジョンジョンとフアフアと名付けられた）のクローンに成功したと発表しました[ 3 ] 。
「治療用クローニング」とは、再生医療における体細胞核移植（SCNT）の潜在的な利用を指します。このアプローチは、胚性幹細胞（ESC）に関する多くの問題や、医療目的での生存可能な胚の破壊に対する解決策として提唱されてきましたが、 2種類の細胞が実際にどの程度相同であるかについては疑問が残っています。
体細胞核移植は、体細胞の核を核を除去した卵子の細胞質に移植するクローン技術です。体細胞移植後、細胞質因子が核に作用して接合子を形成します。胚盤胞期は、胚盤胞の内細胞塊から胚性幹細胞を作るために卵子によって発達します。[ 4 ]この技術によって最初に作られた哺乳類は、1996年に誕生した羊のドリーです。[ 5 ]
ドリーはこの技術を用いてクローン化された最初の動物として一般的に認識されているが、SCNTの初期の事例は1950年代にまで遡る。特に、1958年のジョン・ガードン卿の研究では、 SCNTの原理を利用してアフリカツメガエルのクローン化が行われた。 [ 6 ]簡単に言うと、この実験は雌の個体に排卵を誘発し、その時点で卵子を採取することから始まった。次に、紫外線照射によって卵子の前核を不活性化し、卵子から核を除去した。この時点で、準備された卵細胞とドナー細胞由来の核を組み合わせ、その後、孵化と最終的なオタマジャクシへの発生が進められた。[ 6 ]ガードンのSCNTの応用は、卵から核を取り出すのにピペットを使う代わりに紫外線照射を使ったため、より現代的な応用や、当時の他のモデルシステム（例えば、Rana pipiens）で使われた応用とは異なっている。[ 7 ]
体細胞核移植のプロセスには、2 種類の細胞が関わっています。1 つ目は、卵子（卵母細胞）として知られる女性配偶子です。ヒトの SCNT 実験では、これらの卵子は、卵巣刺激を利用して、同意したドナーから得られます。2 つ目は、体細胞、つまり人間の体の細胞です。皮膚細胞、脂肪細胞、肝細胞などがその例です。ドナー卵子の遺伝物質は除去され、廃棄されるため、「脱プログラム」された状態になります。残るのは、体細胞と核を除去した卵子です。次に、体細胞を「空の」卵子に挿入することで、これらを融合させます。[ 8 ]卵子に挿入された後、体細胞の核は宿主の卵子によって再プログラムされます。体細胞の核を含むようになった卵子は、電気ショックで刺激され、分裂を開始します。卵子は生存可能になり、片方の親から必要なすべての遺伝情報を持つ成体生物を生成できるようになります。発生は正常に進み、多数の有糸分裂の後、単一の細胞は元の生物と同一のゲノムを持つ胚盤胞（約100個の細胞からなる初期段階の胚）を形成します（つまりクローン）。 [ 9 ]その後、治療用クローンに使用するためにこのクローン胚を破壊することによって幹細胞を得ることができ、生殖用クローンの場合は、クローン胚を宿主の母親に移植してさらに発生させ、出産まで至らせます。
従来のSCNTでは、細胞を正確に操作するために使用される高価な機械であるマイクロマニピュレーターの使用が必要です。 [ 10 ]科学者はマイクロマニピュレーターを使用して透明帯に開口部を作り、ピペットを使用して卵細胞の元の核を吸い出します。次に、別のピペットに別の開口部を作り、ドナー核を注入します。[ 11 ]あるいは、電気エネルギーを適用して、空の卵細胞と核を含むドナー細胞を融合させることもできます。[ 10 ]
2001年にインドの科学者によって「ハンドメイドクローニング」と呼ばれる別の技術が発表されました。この技術はマイクロマニピュレーターを使用する必要がなく、いくつかの家畜種のクローニングに使用されています。[ 12 ]核の除去は、化学的、遠心分離、または刃物を使用して行うことができます。空の卵子はフィトヘマグルチニンでドナー細胞に接着され、その後電気を使用して融合されます。（刃物を使用する場合は、2つの融合ステップが必要です。最初の融合はドナーと空の半卵子の間で行われ、2番目の融合は半分のサイズの「半胚」と別の空の半卵子の間で行われます。）[ 10 ]
体細胞核移植は、幹細胞研究において研究の焦点となっている。この手順を実行する目的は、クローン胚から多能性細胞を得ることである。これらの細胞は、由来するドナー生物と遺伝的に一致する。これにより、患者固有の多能性細胞を作成することが可能になり、その後、治療や疾患研究に利用できる。[ 13 ]
胚性幹細胞は、胚の未分化細胞です。これらの細胞は、成体生物に存在するすべての組織を生み出す能力を持つため、多能性を持つと考えられています。この能力により、幹細胞はあらゆる種類の細胞を作り出すことができ、損傷または破壊された細胞を置き換えるために移植することが可能です。ヒト胚性幹細胞の研究は、生存可能なヒト胚を破壊するため、論争を巻き起こしており、科学者たちは多能性幹細胞を得るための代替方法を模索しています。体細胞核移植（SCNT）はそのような方法の一つです。
患者と遺伝的に一致する幹細胞の潜在的な用途としては、患者の特定の疾患に関連する遺伝子を持つ細胞株を作成することが挙げられます。そうすることで、その特定の疾患を研究し、その病態生理を解明し、治療法を発見するのに役立つin vitroモデルを作成できます。[ 14 ]例えば、パーキンソン病の人が体細胞を提供した場合、SCNTによって得られた幹細胞にはパーキンソン病に関与する遺伝子が含まれます。その後、疾患特異的な幹細胞株を研究することで、その疾患をよりよく理解することができます。[ 15 ]
SCNT幹細胞研究のもう1つの応用は、患者固有の幹細胞株を使用して、特定の患者に移植するための組織や臓器を生成することです。[ 16 ]結果として得られる細胞は体細胞ドナーと遺伝的に同一であるため、免疫系の拒絶による合併症を回避できます。[ 15 ] [ 17 ]
現在、ヒト幹細胞研究に体細胞核移植（SCNT）技術を使用しているのは、世界でもごく少数の研究室のみです。米国では、ハーバード幹細胞研究所、カリフォルニア大学サンフランシスコ校、オレゴン健康科学大学[ 18 ] 、ステマゲン（カリフォルニア州ラホヤ）、そしておそらくアドバンスト・セル・テクノロジーの科学者たちが、体細胞核移植を用いて胚性幹細胞を生成する技術を研究しています[ 19 ]。英国では、ヒト受精・胚発生局がロスリン研究所とニューカッスル生命センターの研究グループに許可を与えています[ 20 ]。SCNTは中国でも行われている可能性があります[ 21 ] 。
動物のクローン作成には数多くの成功例があるものの、卵子におけるリプログラミングのメカニズムについては依然として疑問が残っている。多くの試みにもかかわらず、ヒト核移植胚性幹細胞の作製は限られた成功しか収めていない。ヒト細胞が胚盤胞を形成する能力に問題があり、細胞は発生の8細胞期以降に進むことができない。これは、体細胞核が適切な発生に不可欠な胚性遺伝子を活性化できないことが原因と考えられている。これらの初期の実験では、霊長類以外の動物で開発された手法が用いられたが、成功はほとんど得られなかった。
オレゴン健康科学大学の研究グループは、霊長類用に開発された体細胞核移植（SCNT）法を皮膚細胞を用いて成功裏に実証した。成功の鍵は、細胞周期の第二分裂中期（MII）にある卵母細胞を利用したことだった。MII期の卵細胞は、細胞質内に特殊な因子を含んでおり、移植された体細胞核を多能性状態の細胞に再プログラムする特別な能力を持っている。卵子の核が除去されると、細胞はその遺伝情報を失う。これが、核を除去した卵子の再プログラム能力が阻害される理由だと考えられてきた。重要な胚発生遺伝子は卵母細胞の染色体と物理的に結合しており、核除去はこれらの因子に悪影響を与えるという説がある。また、卵子の核を除去したり、体細胞核を挿入したりすることで細胞質が損傷し、再プログラム能力に影響を与える可能性もある。
この点を考慮して、研究グループは新しい技術を応用してヒトSCNT幹細胞の作製を試みた。2013年5月、オレゴンの研究グループは、胎児および乳児のドナー細胞を用いてSCNTによってヒト胚性幹細胞株の樹立に成功したと報告した。ボランティアから提供されたMII期卵母細胞と改良されたSCNT手順を用いて、ヒトクローン胚の作製に成功した。これらの胚は質が悪く、実質的な内部細胞塊がなく、栄養外胚葉の構造も不十分であった。不完全な胚のため、ヒトESCの取得はできなかった。卵子の核の除去と体細胞と卵子の融合の際にカフェインを添加することで、胚盤胞形成とESCの分離が改善された。得られたESCは奇形腫を産生する能力があり、多能性転写因子を発現し、正常な46XX核型を発現していることがわかった。これは、これらのSCNTが実際にはESCに類似していることを示している。[ 18 ]これは、SCNTを用いてヒト体細胞をリプログラミングすることに成功した最初の事例である。この研究では、胎児および乳児の体細胞を用いてES細胞を作製した。
2014 年 4 月、国際研究チームがこの画期的な成果をさらに発展させた。成人体細胞を使用して同じ成功を収めることができるかどうかという疑問が残っていた。エピジェネティックおよび加齢に伴う変化が、成人体細胞の再プログラム化能力を阻害する可能性があると考えられていた。オレゴン研究グループが先駆的に開発した手順を実施したところ、35 歳と 75 歳という 2 人のドナーから採取した成人細胞を使用して SCNT によって生成された幹細胞を実際に培養することができ、年齢が細胞の再プログラム化能力を阻害しないことが示された。[ 22 ] [ 23 ]
2014年4月下旬、ニューヨーク幹細胞財団は、成人体細胞由来のSCNT幹細胞の作製に成功した。これらの幹細胞株の1つは、1型糖尿病患者のドナー細胞から作製された。その後、研究グループはこれらの幹細胞の培養と分化誘導に成功した。マウスに注入すると、3つの胚葉すべての細胞が正常に形成された。これらの細胞の中で最も重要なのは、インスリンを発現し、ホルモンを分泌できる細胞であった。[ 24 ]これらのインスリン産生細胞は、糖尿病患者の補充療法に使用できる可能性があり、SCNT幹細胞の真の治療可能性を示している。
SCNT ベースの幹細胞研究の推進力は、幹細胞を生成する代替方法の開発と改良によって低下しました。正常な体細胞を多能性幹細胞に再プログラムする方法は、2007 年にヒトで開発されました。翌年、この方法は SCNT ベースの幹細胞研究の重要な目標である、さまざまな疾患に関連するすべての遺伝子を持つ多能性幹細胞株の樹立を達成しました。[ 25 ] SCNT ベースの幹細胞研究に取り組んでいる科学者の中には、最近、誘導多能性幹細胞の新しい方法に移行した人もいます。最近の研究では、iPS 細胞が胚性幹細胞とどの程度似ているかに疑問が呈されています。iPS のエピジェネティック記憶は、分化できる細胞系統に影響を与えます。たとえば、山中因子のみを使用して血液細胞から派生した iPS 細胞は、血液細胞への分化効率は高くなりますが、ニューロンの作成効率は低くなります。[ 26 ]しかし最近の研究では、低分子を用いてiPSCのエピジェネティック記憶を変化させると、ほぼナイーブな多能性状態にリセットできることが示されている。[ 27 ] [ 28 ]研究によると、四倍体補完法によって、iPSCのみから生存可能な生物全体を作り出すことができることが示されている。[ 29 ] SCNT幹細胞にも同様の課題があることがわかっている。近年、ウシSCNTクローニングの収率が低い原因は、卵母細胞に導入される体細胞のこれまで隠されていたエピジェネティック記憶にあるとされている。[ 30 ]
この技術は現在、動物のクローン作成の基礎となっており（有名な羊のドリーなど）、[ 31 ]ヒトのクローン作成の可能性のある方法として提案されています。生殖クローンにSCNTを使用することは困難で、成功は限られています。胎児および新生児の死亡率が高いため、このプロセスは非常に非効率的です。結果として生まれたクローン子孫は、ヒト以外の種では発達障害やインプリンティング障害にも悩まされています。これらの理由に加え、道徳的および倫理的な反対意見から、ヒトの生殖クローンは30か国以上で禁止されています。[ 32 ]ほとんどの研究者は、近い将来、現在のクローン技術を使用して満期まで成長するヒトのクローンを作成することは不可能だと考えています。可能性は残っていますが、ヒトSCNTの初期胚発生中の現在の制限を克服するために重要な調整が必要になります。[ 33 ] [ 34 ]
ミトコンドリアDNAの変異に関連する疾患の治療の可能性もある。最近の研究では、これらの疾患のいずれかに罹患した体細胞の核を健康な卵母細胞にSCNTすることで、ミトコンドリア病の遺伝を防ぐことができることが示されている。この治療法はクローン作成を伴うものではないが、3人の遺伝的親を持つ子供が生まれることになる。父親が精子細胞を提供し、母親の1人が卵子の核を提供し、別の母親が核を除去した卵子を提供する。[ 16 ]
2018年には、羊のドリーと同じ方法である体細胞核移植を用いた霊長類のクローン作成が初めて成功し、2匹の雌クローン（カニクイザルのジョンジョンとフアフア）が誕生したことが報告された。[ 3 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]
異種間核移植（iSCNT）は、絶滅危惧種の救済や、絶滅後の種の復元を促進するために使用されている体細胞核移植法です。この技術は、通常、家畜とげっ歯類の間、または卵母細胞と代理母動物が容易に入手できる場合に行われるSCNTクローニングに似ています。しかし、絶滅の危機に瀕している種や絶滅した種のクローニングには、別のクローニング方法を使用する必要があります。異種間核移植では、近縁種で同じ属に属する2つの異なる生物の宿主とドナーを使用します。2000年、ロバート・ランザは、ガウル（Bos gaurus）のクローン胎児を、家畜牛（Bos taurus）とうまく組み合わせることに成功しました。[ 39 ]
2017年、ヒトコブラクダの卵母細胞と成体のフタコブラクダの皮膚線維芽細胞をドナー核として用いたiSCNTにより、初のクローンフタコブラクダが誕生した。 [ 40 ]
体細胞核移植（SCNT）は、卵細胞と導入された核の両方にかかるストレスのために非効率になることがあります。その結果、正常に再プログラムされた細胞の割合が低くなることがあります。たとえば、1996年に羊のドリーが生まれたとき、277個の卵子がSCNTに使用され、29個の生存可能な胚が作成され、効率はわずか0.3%でした。[ 41 ]これらの胚のうち、出生まで生き残ったのはわずか3個で、成体まで生き残ったのは1個だけでした。[ 31 ]生き残った子孫のミリーは、95回の試行を経て誕生しました。[ 41 ]この手順は自動化されておらず、顕微鏡下で手動で行う必要があったため、SCNTは非常に多くのリソースを必要としました。クローン子孫の死亡率が非常に高いもう1つの理由は、胎児が他の大きな子孫よりも大きいため、出生後すぐに死亡してしまうことです。[ 41 ]分化した体細胞核の再プログラミングと受容卵子の活性化に関わる生化学も、まだ十分に解明されていませんでした。もう 1 つの制限は、SCNT で 1 細胞胚を使用しようとすることです。クローンされた 1 細胞胚のみを使用する場合、桑実胚または胚盤胞を作る過程で実験が失敗する確率は 65% です。また、クローン胎児の後期死亡のほとんどは胎盤形成不全の結果であるため、生化学も非常に正確でなければなりません。[ 41 ]しかし、2014 年までに、研究者たちはブタのクローン化で 70～80% の成功率を報告しており[ 42 ]、2016 年に韓国の企業 Sooam Biotech が 1 日 500 個のクローン胚を生産していると報告されました。[ 43 ]
SCNTでは、ドナー細胞の遺伝情報がすべて転送されるわけではなく、ドナー細胞のミトコンドリアDNAを含むミトコンドリアは残されます。結果として生じるハイブリッド細胞は、もともと卵子に属していたミトコンドリア構造を保持します。その結果、SCNTから生まれたドリーのようなクローンは、核のドナーの完全なコピーではありません。この事実は、移植後に非自己のmtDNAに対する免疫反応が起こる可能性があるため、SCNT由来の組織や臓器の治療上の潜在的な利点を阻害する可能性もあります。さらに、ミトコンドリアのゲノムに含まれる遺伝子は細胞のゲノムと通信する必要があり、体細胞核の再プログラミングの失敗は細胞のゲノムとの通信の不備につながり、SCNTの失敗を引き起こす可能性があります。[ 44 ]
エピジェネティック因子は、SCNTの成否に重要な役割を果たします。以前に活性化された細胞とそのmRNAの遺伝子発現の変化は、過剰発現、低発現、または場合によっては機能しない遺伝子につながり、発生中の胎児に影響を与えます。[ 45 ] SCNTに対するエピジェネティックな制限の一例として、ヒストンメチル化の調節が挙げられます。これらのヒストンメチル化遺伝子の調節の違いは、発生中のゲノムの転写に直接影響を与え、SCNTの失敗を引き起こす可能性があります。[ 46 ] SCNTの失敗に寄与するもう1つの要因は、胚の初期発生におけるX染色体の不活性化です。XISTと呼ばれる非コード遺伝子は、発生中に1つのX染色体を不活性化する役割を担っていますが、SCNTではこの遺伝子の調節異常により、発生中の胎児の死亡につながる可能性があります。[ 46 ]
核移植技術は、胚を破壊する必要があるため議論の的となっている胚性幹細胞などの他の幹細胞の使用に関連する倫理的考慮事項とは異なる一連の倫理的考慮事項を提示します。これらの異なる考慮事項により、ヒト胚性幹細胞研究に反対していない一部の個人や組織が、SCNT研究について懸念したり、反対したりしています。[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]
懸念の一つは、SCNT に基づくヒト幹細胞研究における胚盤胞の作成が、ヒトの生殖クローンにつながる可能性があることです。どちらのプロセスも同じ最初のステップ、つまりおそらく SCNT を介して核移植胚を作成するステップを使用します。この懸念を抱く人々は、ヒトの生殖を目的とした派生製品の移植を阻止するために SCNT を厳しく規制すること[ 50 ]、あるいは禁止することをしばしば主張しています[ 47 ] 。
2つ目の重要な懸念事項は、必要な卵子の適切な入手先です。体細胞核移植（SCNT）にはヒトの卵細胞が必要であり、これは女性からしか得られません。現在、これらの卵子の最も一般的な入手先は、体外受精（IVF）治療中に臨床的必要量を超えて採取された卵子です。これは低侵襲な処置ですが、卵巣過剰刺激症候群などの健康リスクを伴います。
幹細胞治療を成功させるための一つのビジョンは、患者一人ひとりに合わせた幹細胞株を作成することです。それぞれの幹細胞株は、患者自身のDNAを持つ同一の幹細胞の集合体で構成され、治療のために幹細胞を移植する際に起こる拒絶反応の問題を軽減または解消します。例えば、パーキンソン病の男性を治療する場合、体細胞核移植（SCNT）によって、患者自身の細胞から細胞核を採取し、卵子提供者の卵子に移植することで、患者自身の細胞とほぼ同一の独自の幹細胞系統が作られます。（もちろん違いはあります。例えば、ミトコンドリアDNAは卵子提供者のものと同じですが、患者自身の細胞は母親のミトコンドリアDNAを持っています。）
幹細胞療法は、潜在的に何百万もの患者に恩恵をもたらす可能性があり、患者一人ひとりが治療用の幹細胞株を成功裏に作成するには、多数の卵子提供が必要となる。このような大量の卵子提供は、現在、生殖補助医療によって子供を授かろうとしているカップルから提供されている卵子の数をはるかに上回る。そのため、健康な若い女性に卵子提供を促し、医療業界が購入して患者に販売するカスタム幹細胞株の作成に利用してもらう必要がある。しかし、これらの卵子がどこから来るのかは、今のところ不明である。
幹細胞の専門家は、健康な若い女性に高用量のホルモンを投与して過剰排卵（一度に複数の卵子を排卵させること）を誘発することによる長期的な公衆衛生上の影響が不明であるため、先進国でこれほど多くのヒト卵子提供が行われる可能性は低いと考えている。このような治療は数十年前から行われているが、長期的な影響は研究されておらず、健康な女性に大規模に使用することが安全であるとは宣言されていない。はるかに低用量のホルモンによる長期治療は、数十年後に癌の発生率を高めることが知られている。過剰排卵を誘発するホルモン治療が同様の影響を及ぼすかどうかは不明である。卵子の売買には倫理的な問題もある。一般的に、身体の一部を販売することは非倫理的であると考えられており、ほとんどの国で禁止されている。ヒト卵子は、しばらくの間、この規則の注目すべき例外であった。
ヒト卵子市場の創出という課題に対処するため、一部の幹細胞研究者は人工卵子の作製可能性を研究している。これが成功すれば、カスタム幹細胞株の作製にヒト卵子の提供は不要となる。しかし、この技術の実用化にはまだ長い道のりがあるだろう。
ヒト細胞を用いたSCNTは、1990年のヒト受精および胚発生法に組み込まれており、現在英国では研究目的で合法である。[ 51 ] [ 8 ] SCNTを実施または試みるには、ヒト受精および胚発生局から許可を得なければならない。
米国では、この行為は連邦法で規制されていないため、合法のままである。[ 52 ]しかし、2002年に米国連邦政府によるSCNTへの資金提供の一時停止措置が発令され、研究目的でのこの行為への資金提供が禁止された。したがって、SCNTは合法ではあるものの、連邦政府の資金提供を受けることはできない。[ 53 ]米国の学者たちは最近、SCNTの産物は人間の胚ではなくクローン胚であるため、これらの政策は道徳的に間違っており、見直されるべきだと主張している。[ 54 ]
2003年、国連はコスタリカが提出した提案を採択し、加盟国に対し「人間の尊厳と生命の保護と相容れない限り、あらゆる形態のヒトクローンを禁止する」よう求めた。[ 55 ]このフレーズには、解釈によってはSCNTも含まれる可能性がある。
欧州評議会の 人権と生物医学に関する条約および生物学と医学の適用に関する人間の権利と尊厳の保護に関する条約の追加議定書（人間のクローン作成の禁止について）は、人間の体細胞核移植（SCNT）を禁止しているように見える。評議会の45の加盟国のうち、条約には31カ国が署名し、18カ国が批准している。追加議定書には29の加盟国が署名し、14カ国が批准している。[ 56 ]
核を除去した卵母細胞内のヒト体細胞に有糸分裂と呼ばれる減数分裂を実験的に誘導すると、二倍体染色体セットを半減させ、体細胞由来と精子由来の染色体を組み合わせた胚を生成できるが、これはまだ概念実証段階であり、さらなる研究が必要である。[ 57 ]これは最終的に、不妊症の人や同性カップルが遺伝的に関連のある子供を持つのに役立つ可能性がある。[ 58 ]