KR100809410B1 - Compositions for Inducing the Differentiation of Stem Cells and Uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 줄기세포의 분화에 관한 것으로서, N-아세틸시스테인을 유효성분으로 포함하는 줄기세포 분화 유도용 조성물, 이를 이용한 줄기세포 분화 유도방법 및 이에 의해 제작된 분화된 신경세포를 포함하는 신경질환 치료용 약제학적 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 줄기세포로부터 효율적으로 분화세포 (바람직하게는, 신경세포, 보다 바람직하게는 도파민성 신경세포)를 얻을 수 있다. 본 발명에 의해 제작된 신경세포는 신경손상에 의해 유발된 다양한 신경 질환을 치료하는 데 매우 유효하다.The present invention relates to stem cell differentiation, comprising a composition for inducing stem cell differentiation comprising N-acetylcysteine as an active ingredient, a method for inducing stem cell differentiation using the same, and treating neurological diseases including differentiated neurons produced by the same. It relates to a pharmaceutical composition for. According to the present invention, differentiated cells (preferably, neurons, more preferably dopaminergic neurons) can be obtained from stem cells. Neurons produced by the present invention are very effective in treating various neurological diseases caused by nerve injury.

줄기세포, 분화, N-아세틸시스테인, 신경세포, 도파민성 신경세포Stem Cells, Differentiation, N-acetylcysteine, Neurons, Dopaminergic Neurons

Description

줄기세포 분화 유도용 조성물 및 그의 용도{Compositions for Inducing the Differentiation of Stem Cells and Uses thereof}Compositions for Inducing Stem Cell Differentiation and Uses thereof {Compositions for Inducing the Differentiation of Stem Cells and Uses}

도 1a는 P19 EC (embryonal carcinoma) 세포로부터 배아유사구조체 (embryonic body, EB)의 형성에 대한 N-아세틸시스테인 (NAC)의 영향을 보여주는 사진이다. 패널 A는 레티노산 (RA)를 처리하고 3일 동안 EB를 형성시키고 위상차 현미경으로 관찰한 사진이다. 패널 B는 RA와 NAC를 처리하고 3일동안 EB를 형성시킨 것이며, 패널 C는 α-에스트라디올과 RA를 처리하고 EB의 형성을 확인한 것이다. NAC 또는 α-에스트라디올 처리의 경우 RA를 1시간 전처리 하였다. NAC와 RA를 동시에 처리한 결과 RA만 처리한 결과보다 더 많고 큰 EB가 형성 되는 것을 확인할 수 있다.1A is a photograph showing the effect of N-acetylcysteine (NAC) on the formation of an embryonic body (EB) from P19 EC (embryonal carcinoma) cells. Panel A is a picture of retinoic acid (RA) treated, EB formed for 3 days and observed under a phase contrast microscope. Panel B was treated with RA and NAC and formed EB for 3 days. Panel C was treated with α-estradiol and RA and confirmed the formation of EB. For NAC or α-estradiol treatment RA was pretreated for 1 hour. As a result of simultaneous treatment with NAC and RA, more and larger EBs are formed than the results of RA alone.

도 1b는 NAC 또는 NAC+RA의 처리에 따라 형성된 EB를 직경을 기준으로 하여 그 개수를 분석한 그래프이다. NAC와 RA를 처리한 경우 RA만 처리한 경우보다 크기가 큰 EB의 개수가 많은 것을 확인할 수 있었다.1B is a graph analyzing the number of EBs formed according to NAC or NAC + RA based on diameter. When NAC and RA were processed, it was confirmed that the number of larger EBs was larger than when RA was only processed.

도 2a는 EB로부터 분화된 MAP-2-포지티브 세포를 보여주는 사진이다. P19 EC 세포를 신경세포로 분화시킨 다음에 MAP-2 항체를 이용해서 면역세포화학염색을 진행한 것이다. 패널 A는 RA만을 처리한 것이고, 패널 B는 RA와 α-에스트라디올 을 처리한 것이며, 패널 C는 RA+NAC를 처리한 것이고, 패널 D는 RA+NAC+BSO를 처리한 것이다. RA+NAC를 처리한 경우 많은 신경세포 분화가 진행되는 것을 확인할 수 있으며, 반면 항산화제인 α-에스트라디올은 효과를 나타내지 못했다. 또한, GSH 형성 억제제인 BSO를 처리한 경우 NAC에 의한 신경세포 분화 촉진 효과가 억제되는 것을 확인해 볼 수 있었다.2A is a photograph showing MAP-2-positive cells differentiated from EB. P19 EC cells were differentiated into neurons, followed by immunocytochemical staining using MAP-2 antibody. Panel A was treated with RA only, Panel B was treated with RA and α-estradiol, Panel C was treated with RA + NAC, and Panel D was treated with RA + NAC + BSO. When RA + NAC treatment, it can be seen that a lot of neuronal differentiation proceeds, whereas the antioxidant α- estradiol did not show an effect. In addition, it was confirmed that the treatment of BSO, a GSH formation inhibitor, suppressed the effect of promoting NAC differentiation by NAC.

도 2b는 도 2a의 결과를 정량화한 그래프이다.FIG. 2B is a graph quantifying the results of FIG. 2A.

도 3은 RA+NAC 처리에 따른 세포내 GSH (글루타티온의 환원형) 양의 변화를 보여주는 그래프이다. GSH와 RA를 같이 처리한 결과 RA만을 처리한 것과 비교해 세포내 GSH의 양이 큰 차이를 보이지 못하고 있는 것을 확인했다. 그러나, RA+NAC를 처리했을 때, 세포내 GSH가 24시간 이후에 매우 유의하게 향상되는 것을 확인하였고, EB가 형성되는 3일 동안 계속 그 수준이 유지되는 것을 확인했다. BSO를 처리했을 때는 NAC에 의한 GSH의 세포내 수준 증가를 발견할 수 없었다.3 is a graph showing the change in the amount of intracellular GSH (reduced form of glutathione) according to RA + NAC treatment. When GSH and RA were treated together, it was confirmed that there was no significant difference in the amount of intracellular GSH compared with the treatment with RA alone. However, when treated with RA + NAC, it was confirmed that the intracellular GSH improves significantly after 24 hours, and that the level is maintained for 3 days when EB is formed. When treated with BSO, no increase in intracellular levels of GSH by NAC was found.

도 4a는 RA+NAC 처리에 의한 P19 EC 세포의 분화에서 N-카드헤린의 발현 및 PI3-키나아제 활성의 변화를 보여주는 웨스턴 블롯팅 결과 사진이다. EB의 형성과 관련이 큰 접착 (adhesion) 단백질인 N-카드헤린이 RA+NAC를 처리했을 때 그 발현양이 더 증가하는 것을 웨스턴 블롯팅을 통해서 확인했다. 그리고 신경세포 분화와 관련이 있는 PI3-키나아제의 활성화 정도를 알아보기 위해서, 그의 다운스트림에 있는 Akt의 인산화된 형태의 양을 확인했다. RA+NAC를 처리했을 때 RA만을 처리한 경우보다 더 빠른 시간에 인산화된 Akt의 양이 증가되는 것을 확인함으로써, RA+NAC가 신경세포 분화 조절자인 PI3-키나아제를 활성화시킨다는 것을 알 수 있다.4A is a photograph of Western blotting results showing changes in N-cadherin expression and PI3-kinase activity in differentiation of P19 EC cells by RA + NAC treatment. Western blotting confirmed that N-cadherin, an adhesion protein associated with the formation of EB, increased its expression level when treated with RA + NAC. And to determine the degree of PI3-kinase activation associated with neuronal differentiation, we identified the amount of phosphorylated form of Akt downstream of it. When RA + NAC was treated, it was confirmed that the amount of phosphorylated Akt was increased at a faster time than when RA alone was treated, indicating that RA + NAC activates PI3-kinase, a neuronal differentiation regulator.

도 4b는 PI3-키나아제의 억제제인 LY294002가 배발생 및 신경 분화에 미치는 영향을 분석한 그래프이다. EB의 개수는 100 mm 페트리 디쉬에서 카운팅하였다. EB를 유리 커버슬립에 플레이팅하고 분화시킨 다음 MAP-2 항체로 염색하였다. 그래프에서, 포지티브 세포는 MAP-2 항체로 염색되는 세포를 나타내며, LY는 PI3-키나아제의 억제제인 LY294002를 나타낸다.4B is a graph analyzing the effect of LY294002, an inhibitor of PI3-kinase, on embryogenic development and neural differentiation. The number of EBs was counted in 100 mm Petri dishes. EBs were plated on glass coverslips, differentiated and stained with MAP-2 antibody. In the graph, positive cells represent cells stained with MAP-2 antibody and LY represents LY294002, an inhibitor of PI3-kinase.

도 5a는 RA+NAC 처리에 의한 P19 EC 세포-유래 GAD (GABA)- 및 TH (도파민)-포지키브 세포, 그리고 GFAP (신경교세포)-포지티브 세포를 보여주는 사진이다. 분화된 P19 세포를 TH-(녹색) 및 MAP-2(적색)-항체로 이중염색 하였다. TH 및 MAP-2 면역염색의 통합 이미지에서 TH+/MAP-2+ 세포는 노란색을 띤다. FIG. 5A is a photograph showing P19 EC cell-derived GAD (GABA)-and TH (dopamine) -forgikib cells, and GFAP (glia) -positive cells by RA + NAC treatment. Differentiated P19 cells were dual stained with TH- (green) and MAP-2 (red) -antibodies. TH + / MAP-2 + cells are yellow in the integrated image of TH and MAP-2 immunostaining.

도 5b는 도 5a 결과 중 GFAP (신경교세포)-포지티브 세포에 대한 결과를 정량화한 그래프이다. 전체 세포 중에서 MAP-2 포지티브 및 GFAP-포지티브 세포의 비율을 보여준다.FIG. 5B is a graph quantifying the results for GFAP (glial cells) -positive cells in FIG. 5A. The ratio of MAP-2 positive and GFAP-positive cells in total cells is shown.

도 5c는 도 5a 결과 중 TH- 및 GAD-포지티브 세포에 대한 결과를 정량화한 그래프이다. 전체 세포 중에서 TH-포지티브 세포 및 GAD-포지티브 세포의 비율을 보여준다.5C is a graph quantifying the results for TH- and GAD-positive cells in the FIG. 5A results. The ratio of TH-positive cells and GAD-positive cells in total cells is shown.

도 6은 P19 세포-유래 EB의 분리로부터 얻은 세포를 파킨슨병 마우스 모델에 이식한 후 이식된 세포의 생존도 (패널 A) 및 TH-포지티브 세포로의 분화 효율 (패널 B)을 보여주는 사진이다. 세포 이식은 6-OHDA의 주입 후 2주째에 실시하였다. P19 EC 세포의 생존도는 anti-네스틴 (생존 신경세포 마커) 항체에 의한 염색을 통하여 확인하고, 이미지는 형광현미경으로 얻었다. 세포이식 4주째에 파킨슨 동물모델의 뇌 절편을 TH-(적색)/MAP-2 (녹색) 항체로 이중염색하였다. TH+/MAP-2+ 세포는 통합된 이미지에서 노란색으로 나타난다.6 is a photograph showing the viability of the transplanted cells (Panel A) and the differentiation efficiency into TH-positive cells (Panel B) after transplanting cells obtained from the isolation of P19 cell-derived EB into Parkinson's disease mouse model. Cell transplantation was performed 2 weeks after injection of 6-OHDA. The viability of P19 EC cells was confirmed by staining with anti-estin (surviving neuronal marker) antibodies, and images were obtained by fluorescence microscopy. At 4 weeks of cell transplantation, brain sections of Parkinson's animal models were double stained with TH- (red) / MAP-2 (green) antibodies. TH + / MAP-2 + cells appear yellow in the integrated image.

도 7은 시간 경과에 따른 암페타민-유도 회전 반응을 보여주는 그래프이다. 암페타민에 대한 회전 반응을 이식 후 2, 4 및 6주째에 조사하였다. 데이터는 이식전 값에 상대적인 회전 스코어에서의 변화로 나타내었다. RA+NAC-처리 P19 세포를 이식한 마우스에서 회전 스코어에 대한 큰 변화가 관찰되었다.7 is a graph showing amphetamine-induced rotational response over time. Rotational response to amphetamine was examined at 2, 4 and 6 weeks after transplantation. Data is expressed as change in rotational score relative to pre-graft value. Large changes in rotational scores were observed in mice implanted with RA + NAC-treated P19 cells.

본 발명은 줄기세포의 분화에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 줄기세포 분화 유도용 조성물, 줄기세포 분화 유도 방법 및 줄기세포를 포함하는 신경 질환의 치료용 약제학적 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to stem cell differentiation, and more particularly, to a composition for inducing stem cell differentiation, a method for inducing stem cell differentiation, and a pharmaceutical composition for treating neurological diseases including stem cells.

줄기세포 (stem cell)란 조직을 구성하는 각 세포로 분화 (differentiation)되기 전 단계의 미분화 세포들을 총칭하며, 특정 분화 자극 (환경)에 의해 특정 세포로 분화가 진행된다. 줄기세포는 세포분열이 정지된 분화된 세포와는 달리 세 포분열에 의해 자신과 동일한 세포를 생산 (self-renewal)할 수 있어 증식(proliferation; expansion)하는 특성이 있으며, 또한 분화 자극이 가해지면 특정 세포로 분화되는데 다른 환경 또는 다른 분화 자극에 의해 다른 세포로도 분화될 수 있어 분화에 유연성 (plasticity)을 가지고 있는 것이 특징이다.Stem cells are undifferentiated cells of the stage before they are differentiated into each cell constituting the tissue, and differentiation proceeds to specific cells by specific differentiation stimulus (environment). Stem cells, unlike differentiated cells that have ceased cell division, are capable of self-renewal by cell division, which proliferates and expands. It is characterized by having plasticity in differentiation because it can be differentiated into other cells by different environment or differentiation stimulus.

현재 줄기세포는 세포치료제로서 각광을 받고 있는데, 신경세포의 손상에 의해 유발되는 다양한 신경 질환 (neuronal diseases)의 세포치료제로서도 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 뇌신경계 질환은 다른 어느 질병보다 세포 이식치료에 가장 합당한 대상이라 여겨지는데, 이는 뇌신경계 조직이 다른 조직과는 달리 면역거부반응이 거의 없어, 외부로부터 세포를 이식하였을 때 이식된 세포의 장기간 생존을 기대할 수 있기 때문이다. 이에, 뇌졸중, 알쯔하이머병, 파킨슨병, 탈수초질환 (demyelinating disease) 및 척추손상 (spinal cord injury) 등의 질환 치료에 줄기세포를 적용하려는 시도가 현재 진행 중이다 (Isacon O, Deacon T, Trends. Neurosci ., 10:477-482(1997); Studer et al., Nat. Neurosci ., 1:290-295(1998)).Currently, stem cells are in the spotlight as cell therapy, and many studies have been made as cell therapy of various neurological diseases caused by nerve cell damage. In particular, cerebral nervous system disease is considered to be the most suitable target for cell transplantation than any other disease. Unlike other tissues, cerebral nervous system has almost no immune rejection reaction, so long-term survival of transplanted cells when transplanted from outside Because you can expect. Attempts have been made to apply stem cells to the treatment of diseases such as stroke, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, demyelinating disease and spinal cord injury (Isacon O, Deacon T, Trends. Neurosci) . ., 10: 477-482 (1997) ; Studer et al, Nat Neurosci, 1:... 290-295 (1998)).

한편, 세포 치료제로서의 줄기세포의 유용성을 높이기 위해서는 줄기세포를 효율적으로 특정세포로 분화시키는 기술이 필요하다. On the other hand, in order to increase the usefulness of stem cells as cell therapeutics, a technique for efficiently differentiating stem cells into specific cells is required.

WO 2005/003320은 줄기세포를 신경세포로 분화 유도하는 방법을 개시하고 있으며, 보다 상세하게는 (a) 줄기세포를 염기성 섬유아세포 성장인자로 배양하는 단계; (b) 단계 (a)의 세포를 섬유아세포 성장인자 8과 Sonic Hedgehog로 배양하는 단계; (c) 단계 (b)의 세포를 뇌-유래 신경영양 인자로 배양하는 단계; 및 (d) 단계 (c)의 세포를 신경교 성상세포와 공동배양하는 단계를 포함하는 방법을 개시하 고 있다. WO 2004/093812는 특정 화학구조식을 갖는 화합물이 배아줄기세포가 신경세포로 분화하는 데 유도제로 작용할 수 있다는 것을 개시하고 있다.WO 2005/003320 discloses a method for inducing differentiation of stem cells into neurons, and more specifically, (a) culturing stem cells with basic fibroblast growth factor; (b) culturing the cells of step (a) with fibroblast growth factor 8 and Sonic Hedgehog; (c) culturing the cells of step (b) with brain-derived neurotrophic factors; And (d) co-culturing the cells of step (c) with glial astrocytic cells. WO 2004/093812 discloses that compounds with specific chemical formulas can act as inducers for the differentiation of embryonic stem cells into neurons.

WO 2004/05308은 줄기세포에서 TGF-β 시그널링을 방해하여 도파민성 (dopaminergic) 신경세포를 제조하는 방법을 개시하고 있다. WO 2004/05308 discloses a method for producing dopaminergic neurons by interfering with TGF-β signaling in stem cells.

그러나, 현재까지 줄기세포를 특정세포 (특히, 신경세포)로 분화하는 효율적인 기술은 개발되어 있지 않은 상황이다.However, to date, no efficient technology for differentiating stem cells into specific cells (especially neurons) has been developed.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 인용문헌 및 특허 문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 문헌 및 특허의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Throughout this specification, numerous citations and patent documents are referenced and their citations are indicated. The disclosures of cited documents and patents are incorporated herein by reference in their entirety, so that the level of the technical field to which the present invention belongs and the contents of the present invention are more clearly explained.

본 발명자들은 줄기세포의 효율적인 분화를 위하여 다양한 물질을 스크리닝한 결과, N-아세틸시스테인이 줄기세포를 분화시키는 데 가장 효과적인 물질임을 발견하였고, N-아세틸시스테인에 의해 분화된 줄기세포를 동물에 주입한 경우에도 소망하는 치료 효과가 나타남을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors screened various substances for efficient differentiation of stem cells, and found that N-acetylcysteine is the most effective substance for differentiating stem cells, and injecting stem cells differentiated by N-acetylcysteine into animals. In this case, the present invention has been completed by confirming that a desired therapeutic effect appears.

따라서, 본 발명의 목적은 신규한 줄기세포 분화 유도용 조성물을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a novel stem cell differentiation inducing composition.

본 발명의 다른 목적은 줄기세포 분화 유도 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide a method for inducing stem cell differentiation.

본 발명의 또 다른 목적은 줄기세포를 포함하는 신경 질환의 치료용 약제학적 조성물을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide a pharmaceutical composition for the treatment of neurological diseases, including stem cells.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 N-아세틸시스테인을 유효성분으로 포함하는 줄기세포 분화 유도용 조성물을 제공한다.According to one aspect of the invention, the present invention provides a composition for inducing stem cell differentiation comprising N-acetylcysteine as an active ingredient.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 N-아세틸시스테인을 유효성분으로 포함하는 줄기세포 분화 유도용 조성물에서 줄기세포를 배양하는 단계를 포함하는 줄기세포 분화 유도 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for inducing stem cell differentiation comprising culturing stem cells in a composition for inducing stem cell differentiation comprising N-acetylcysteine as an active ingredient.

본 발명자들은 줄기세포의 효율적인 분화를 위하여 다양한 물질을 스크리닝한 결과, N-아세틸시스테인이 줄기세포를 분화시키는 데 가장 효과적인 물질임을 발견하였고, N-아세틸시스테인에 의해 분화된 줄기세포를 동물에 주입한 경우에도 소망하는 치료 효과가 나타남을 확인하였다.The present inventors screened various substances for efficient differentiation of stem cells, and found that N-acetylcysteine is the most effective substance for differentiating stem cells, and injecting stem cells differentiated by N-acetylcysteine into animals. In addition, it was confirmed that the desired therapeutic effect appeared.

본 명세서에서, 용어 “줄기세포 분화 유도”는 줄기세포에서 특정세포로 완전히 분화가 유도된 경우뿐만 아니라 줄기세포에서 특정세포로의 완전 분화되기 전 중간 단계에서 형성되는 배아유사구조체 (embryonic body)의 형성도 포함하는 것이 다. 즉, 본 발명의 줄기세포 분화 유도용 조성물은 줄기세포가 특정세포로 완전 분화되는 것을 효과적으로 달성되도록 할 뿐만 아니라 줄기세포에서 배아유사구조체를 형성시키는 데에도 매우 큰 효율성을 나타낸다.As used herein, the term “induced stem cell differentiation” refers to an embryonic body formed at an intermediate stage prior to complete differentiation from stem cells to specific cells, as well as when completely differentiated from stem cells to specific cells. It also includes formation. That is, the composition for inducing stem cell differentiation of the present invention not only effectively achieves complete differentiation of stem cells into specific cells, but also shows very great efficiency in forming embryonic-like structures in stem cells.

본 발명에서 줄기세포 분화유도제로 이용되는 N-아세틸시스테인은 여러 입체이성질체로 존재할 수 있으며, 가장 바람직하게는 N-아세틸-L-시스테인이다.N-acetylcysteine used as a stem cell differentiation inducing agent in the present invention may exist in various stereoisomers, most preferably N-acetyl-L-cysteine.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 조성물은 줄기세포 분화유도제로서 N-아세틸시스테인을 단독으로 포함하는 것보다는 다른 분화유도제를 추가적으로 포함하여, 이들 분화유도제 사이에 상승적인 (synergic) 효과가 발생되도록 하는 것이다. 본 발명의 조성물에 추가적으로 포함될 수 있는 분화유도제는 줄기세포의 분화유도제로 알려진 어떠한 것도 가능하며, 바람직하게는 레티노산 (retinoic acid), 아스코브산 (ascorbic acid), 멜라토닌 (melatonine), 사이토카인 (cytokine) 또는 여러 가지 성장인자 [예컨대, GDNF (glial cell line-derived neurotrophic factor), EGF (epidermal growth factor), NGF (nerve growth factor)]을 포함하며, 가장 바람직하게는 레티노산을 추가적으로 포함한다. 종래기술에 따르면, 레티노산은 줄기세포, 예컨대 P19 EC (embryonic carcinoma cell) 세포가 신경세포로 분화하는 것을 유도한다. 그러나, 레티노산만에 의한 분화의 경우, 최종적으로 분화된 P19 EC 세포의 약 20-30%만이 신경세포 마커에 대하여 포지티브한 세포이기 때문에 분화율이 낮다. 한편, 본 발명에서 최초로 채택한 N-아세틸시스테인은 레티노산과 같이 이용되는 경우 상승적인 (synergic) 줄기세포 분화율을 나타낸다.According to a preferred embodiment of the present invention, the composition of the present invention further comprises other differentiation inducing agents rather than including N-acetylcysteine alone as a stem cell differentiation inducing agent, a synergic effect between these differentiation inducing agents To be generated. Differentiation inducing agent that may be additionally included in the composition of the present invention may be any known as the differentiation inducing agent of stem cells, preferably retinoic acid, ascorbic acid, melatonine, cytokine ( cytokine) or various growth factors (eg, GLDF (glial cell line-derived neurotrophic factor), EGF (epidermal growth factor), NGF (nerve growth factor)), and most preferably additionally include retinoic acid. According to the prior art, retinoic acid induces differentiation of stem cells, such as P19 EC (embryonic carcinoma cell) cells, into neurons. However, in the case of differentiation by retinoic acid alone, the differentiation rate is low because only about 20-30% of the finally differentiated P19 EC cells are positive cells for neuronal markers. On the other hand, N-acetylcysteine first adopted in the present invention shows a synergistic stem cell differentiation rate when used with retinoic acid.

본 발명에 의해 분화될 수 있는 줄기세포는 제한이 없으며, 줄기세포의 특성, 즉 미분화, 무한정 증식 및 특정세포로의 분화능을 갖는 세포는 본 발명이 적용될 수 있는 세포이다. 줄기세포는 배아줄기세포, 성체줄기세포, 배아생식세포 및 배아종양세포를 포함하며, 바람직하게는 배아줄기세포 및 성체줄기세포이다.Stem cells that can be differentiated by the present invention is not limited, cells having characteristics of stem cells, that is, undifferentiated, infinite proliferation and differentiation into specific cells are cells to which the present invention can be applied. Stem cells include embryonic stem cells, adult stem cells, embryonic germ cells and embryonic tumor cells, preferably embryonic stem cells and adult stem cells.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에 의한 줄기세포의 분화는 신경세포로의 분화에 특히 유용하며, 보다 바람직하게는 도파민성 (dopaminergic) 신경세포로의 분화에 특히 유용하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the differentiation of stem cells according to the present invention is particularly useful for differentiation into neurons, more preferably for differentiation into dopaminergic neurons.

본 발명의 줄기세포 분화 유도방법은 크게 3 단계로 실시될 수 있다: (a) 줄기세포를 준비하는 단계; (b) N-아세틸시스테인 (바람직하게는, N-아세틸시스테인과 다른 줄기세포 분화유도제)을 유효성분으로 포함하는 줄기세포 분화 유도용 조성물을 포함하는 배지에서 줄기세포를 배양하여 배아유사구조체 (embryonic body)를 얻는 단계; 및 (c) 배아유사구조체로부터 분리 (dissociation)하여 얻은 세포를 배양하여 분화된 세포를 얻는 단계.Stem cell differentiation induction method of the present invention can be largely carried out in three steps: (a) preparing a stem cell; (b) Embryonic structure by culturing stem cells in a medium containing a composition for inducing stem cell differentiation comprising N-acetylcysteine (preferably, N-acetylcysteine and other stem cell differentiation inducer) as an active ingredient body); And (c) culturing the cells obtained by dissociation from the embryo-like structure to obtain differentiated cells.

상기 단계 (b)에서, N-아세틸시스테인과 다른 줄기세포 분화유도제 (예컨대, 레티노산)의 처리는 서로 시간적으로 제한이 없다. 예를 들어, N-아세틸시스테인을 레티노산보다 먼저, 동시에 또는 후에 처리할 수 있다. 그리고 이 과정에서 이용되는 배양 디쉬는 배아유사구조체의 효율적인 형성을 위하여, 세포가 부착 (adhesion)될 수 있는 작용기가 없는 박테리얼 그레이드 배양 디쉬가 적합하다. In step (b), the treatment of N-acetylcysteine and other stem cell differentiation inducing agents (eg, retinoic acid) is not limited in time to each other. For example, N-acetylcysteine can be treated before, simultaneously or after retinoic acid. The culture dish used in this process is a bacterial grade culture dish without a functional group to which cells can be adhered for efficient formation of an embryo-like structure.

본 발명에서 이용되는 N-아세틸시스테인의 양은 일반적으로 1-500 μM, 바람 직하게는 20-300 μM, 보다 바람직하게는 30-250 μM, 보다 더 바람직하게는 60-150 μM, 가장 바람직하게는 약 100 μM이다. 본 발명에서 이용되는 다른 줄기세포 분화유도제, 예컨대 레티노산의 양은 일반적으로 1-500 nM, 바람직하게는 20-300 nM, 보다 바람직하게는 30-250 nM, 보다 더 바람직하게는 60-150 nM, 가장 바람직하게는 약 100 nM이다.The amount of N-acetylcysteine used in the present invention is generally 1-500 μM, preferably 20-300 μM, more preferably 30-250 μM, even more preferably 60-150 μM, most preferably About 100 μΜ. The amount of other stem cell differentiation inducing agents such as retinoic acid used in the present invention is generally 1-500 nM, preferably 20-300 nM, more preferably 30-250 nM, even more preferably 60-150 nM, Most preferably about 100 nM.

상기 단계 (c)는 N-아세틸시스테인 및/또는 다른 줄기세포 분화유도제의 부재 또는 존재 하에서 실시될 수 있으며, 바람직하게는 N-아세틸시스테인 및/또는 다른 줄기세포 분화유도제의 부재 하에서 실시된다.Step (c) may be carried out in the absence or presence of N-acetylcysteine and / or other stem cell differentiation inducing agents, preferably in the absence of N-acetylcysteine and / or other stem cell differentiation inducing agents.

한편, 단계 (a) 및 (c)에서는, 동물세포 배양에서 통상적으로 이용되며 동물세포의 부착이 가능한 조직 배양 디쉬, 멀티웰 플레이트 또는 폴리-L-라이신 코팅-유리 커버슬립이 이용될 수 있다.On the other hand, in steps (a) and (c), tissue culture dishes, multi-well plates or poly-L-lysine coating-glass coverslips which are commonly used in animal cell culture and capable of attachment of animal cells may be used.

단계 (c)에서, 세포 덩어리 (cell aggregates)인 배아유사구조체로부터 개별적인 세포를 분리 (dissociation)하는 것은, 당업계에 공지된 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다. 예를 들어, 기계적인 방법 (mechanical methods) 및 효소적 방법으로 실시될 수 있으며, 트립신과 같은 효소를 이용하는 효소적 분리 방법이 바람직하다.In step (c), dissociation of individual cells from embryonic analogues, which are cell aggregates, can be carried out according to conventional methods known in the art. For example, it can be carried out by mechanical methods and enzymatic methods, and an enzymatic separation method using an enzyme such as trypsin is preferred.

상기 단계 (b)는 배아유사구조체가 형성될 수 있는 충분한 시간 동안 실시하는 것이 일반적이며, 바람직하게는 1-10일, 보다 바람직하게는 1-8일, 보다 더 바람직하게는 2-5일, 가장 바람직하게는 약 3일이다. 상기 단계 (c)는 분화 세포가 형성될 수 있는 충분한 시간 동안 실시하는 것이 일반적이며, 바람직하게는 2-20 일, 보다 바람직하게는 3-15일, 보다 더 바람직하게는 5-12일, 가장 바람직하게는 약 9일이다.Step (b) is generally carried out for a sufficient time to form an embryo-like structure, preferably 1-10 days, more preferably 1-8 days, even more preferably 2-5 days, Most preferably about 3 days. Step (c) is generally carried out for a sufficient time to form differentiated cells, preferably 2-20 days, more preferably 3-15 days, even more preferably 5-12 days, most Preferably about 9 days.

본 발명에서 이용되는 배지로는, 줄기세포의 배양에 통상적으로 이용되는 어떠한 것도 가능하며, 예를 들어 혈청, 완충액 및 항산화제 등을 포함하는 α-MEM 배지를 이용할 수 있다.As the medium used in the present invention, any one conventionally used for culturing stem cells may be used. For example, α-MEM medium containing serum, a buffer, an antioxidant, and the like may be used.

본 발명에 따른 줄기세포 분화유도 과정의 구체적인 일 실시예를, 줄기세포로서 P19 EC 세포를 이용하고 목적 분화세포가 신경세포인 경우를 예로 하여 상설하면 다음과 같다: 바이카보네이트, 항생제-항진균제, 소 혈청, 우태아혈청, 피루베이트와 타이로신 용액으로 보충된 α-MEM 배지가 있는 배양 디쉬 현탁액에 줄기세포 (예컨대, PC EC 세포)를 접종하고 미분화상태로 배양한다.One specific embodiment of the stem cell differentiation induction process according to the present invention, using P19 EC cells as stem cells and a case where the target differentiation cells are neurons as an example: bicarbonate, antibiotic-antifungal agent, bovine Stem cells (eg, PC EC cells) are inoculated in culture dish suspension with α-MEM medium supplemented with serum, fetal bovine serum, pyruvate and tyrosine solution and cultured undifferentiated.

이어, N-아세틸시스테인 및 세포응집 (cellular aggregation) 유도제인 레티노산의 존재 하에서 P19 세포를 3일 동안 배양하여 배아유사구조체 (embryonic body)를 얻는다. 이 과정에서 이용되는 배양 디쉬는 배아유사구조체의 효율적인 형성을 위하여, 세포가 부착 (adhesion)될 수 있는 작용기가 없는 박테리얼 그레이드 배양 디쉬가 적합하다.Subsequently, P19 cells are cultured for 3 days in the presence of N-acetylcysteine and retinoic acid as a cell aggregation inducing agent to obtain an embryonic body. The culture dish used in this process is a bacterial grade culture dish without a functional group to which cells can be adhered for the efficient formation of embryo-like structures.

3일 동안의 배아유사구조체의 생성 후, 세포응집체를 트립신으로 분리하고 조직 배양 디쉬, 멀티웰 플레이트 또는 폴리-L-라이신 코팅-유리 커버슬립에 옮긴다. 그런 다음, P19 세포를 N-아세틸시스테인 및 레티노산의 부재 하에서 9일 동안 배양하여 분화된 신경세포를 얻는다.After generation of embryo-like structures for 3 days, the cell aggregates are separated with trypsin and transferred to tissue culture dishes, multiwell plates or poly-L-lysine coating-glass coverslips. P19 cells are then cultured for 9 days in the absence of N-acetylcysteine and retinoic acid to give differentiated neurons.

본 발명에서 이용되는 N-아세틸시스테인은 줄기세포의 분화 과정에서, 세포유사구조체의 형성을 향상시키며 또한 특정세포 (바람직하게는 신경세포, 보다 바람직하게는 도파민성 신경세포)로의 분화율도 향상시킨다.N-acetylcysteine used in the present invention improves the formation of cell-like structures in the differentiation process of stem cells, and also improves the rate of differentiation into specific cells (preferably neurons, more preferably dopaminergic neurons).

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 (a) N-아세틸시스테인을 유효성분으로 포함하는 상술한 본 발명의 줄기세포 분화 유도용 조성물에서 줄기세포를 배양하여 형성된 줄기세포유사구조체 (embryonic body)를 분리 (dissociation)하여 얻은 세포 또는 상기 줄기세포 분화 유도용 조성물에서 줄기세포를 배양하여 얻은 분화된 신경세포의 약제학적 유효량; 및 (b) 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 신경 질환 (neuronal disease)의 치료 또는 예방을 위한 약제학적 조성물을 제공한다.According to another aspect of the invention, the present invention (a) stem cell-like structure formed by culturing stem cells in the above-described composition for inducing stem cell differentiation of the present invention comprising N-acetylcysteine as an active ingredient (embryonic body Pharmaceutically effective amount of differentiated neurons obtained by culturing stem cells in the cells obtained by dissociation or the composition for inducing stem cell differentiation; And (b) provides a pharmaceutical composition for the treatment or prevention of neurological diseases (neuronal disease) comprising a pharmaceutically acceptable carrier.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 줄기세포 분화 유도용 조성물은 레티노산 (retinoic acid), 아스코브산 (ascorbic acid), 멜라토닌 (melatonine), 사이토카인 또는 여러 가지 성장인자 [예컨대, GDNF (glial cell line-derived neurotrophic factor), EGF (epidermal growth factor), NGF (nerve growth factor)]을 포함하며, 가장 바람직하게는 레티노산을 추가적으로 포함한다. According to a preferred embodiment of the present invention, the composition for inducing stem cell differentiation is retinoic acid (retinoic acid), ascorbic acid (ascorbic acid), melatonine (melatonine), cytokines or various growth factors [eg, GDNF (glial cell) line-derived neurotrophic factor (EGF), epidermal growth factor (EGF), and NGF (nerve growth factor)], and most preferably further include retinoic acid.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 약제학적 조성물에서 이용되는 줄기세포유사구조체로부터 분리하여 얻은 세포는 활성화된 PI3-키나아제를 갖는다. PI3-키나아제는 신경세포 분화의 생리학적인 조절자로 알려져 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, cells obtained from the stem cell analogues used in the pharmaceutical composition of the present invention have activated PI3-kinase. PI3-kinase is known as a physiological regulator of neuronal differentiation.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 약제학적 조성물에서 이용되는 분화된 신경세포는 항-MAP-2 항체 및 항-TH 항체에 이중염색 (double staining)된다. 즉, 분화된 신경세포는 MAP-2 및 TH를 갖는다. MAP-2 및 TH는 각각 성숙 신경세포의 마커 및 도파민성 신경세포의 마커로 알려져 있다.According to a preferred embodiment of the invention, the differentiated neurons used in the pharmaceutical compositions of the invention are double stained with anti-MAP-2 antibodies and anti-TH antibodies. That is, differentiated neurons have MAP-2 and TH. MAP-2 and TH are known as markers of mature neurons and markers of dopaminergic neurons, respectively.

본 발명의 약제학적 조성물에 의해 치료될 수 있는 질병 또는 질환은 신경세포의 손상에 의해 유발되는 모든 신경 질환 (neuronal diseases)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 신경 질환은 신경 퇴행성 질환, 및 허혈 또는 재관류에 의한 질환으로 구성된 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 상기 신경 퇴행성 질환은 알쯔하이머병, 헌팅톤 질병, 파킨슨 질병 및 근위축성 측삭 경화증으로 구성된 군으로부터 선택되며, 가장 바람직하게는 파킨슨 질병이다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 허혈 또는 재관류에 의한 질환은 허혈성 뇌졸중이다.Diseases or conditions that can be treated by the pharmaceutical composition of the present invention include all neurological diseases caused by damage to nerve cells. Preferably, the neurological disease is selected from the group consisting of neurodegenerative diseases and diseases caused by ischemia or reperfusion. More preferably, the neurodegenerative disease is selected from the group consisting of Alzheimer's disease, Huntington's disease, Parkinson's disease and amyotrophic lateral sclerosis, most preferably Parkinson's disease. According to a preferred embodiment of the invention, the disease caused by ischemia or reperfusion is ischemic stroke.

본 발명의 약제학적 조성물에 포함되는 약제학적으로 허용되는 담체는 제제시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아카시아 고무, 인산 칼슘, 알기네이트, 젤라틴, 규산 칼슘, 미세결정성 셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로스, 물, 시럽, 메틸 셀룰로스, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 활석, 스테아르산 마그네슘 및 미네랄 오일 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 약제학적 조성물은 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 감미제, 향미제, 유화제, 현탁제, 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다. 약제학적으로 허용되는 담체 및 제제는 Remington's Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995)에 상세히 기재되어 있다.Pharmaceutically acceptable carriers included in the pharmaceutical compositions of the present invention are those commonly used in the preparation, such as lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, starch, acacia rubber, calcium phosphate, alginate, gelatin, Calcium silicate, microcrystalline cellulose, polyvinylpyrrolidone, cellulose, water, syrup, methyl cellulose, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate and mineral oil, and the like It doesn't happen. In addition to the above components, the pharmaceutical composition of the present invention may further include a lubricant, a humectant, a sweetener, a flavoring agent, an emulsifier, a suspending agent, a preservative, and the like. Pharmaceutically acceptable carriers and formulations are described in detail in Remington's Pharmaceutical Sciences (19 th ed., 1995).

본 발명의 약제학적 조성물은 비경구로 투여할 수 있고, 국소 주입 (local injection)이 가장 바람직한 투여방법이다.The pharmaceutical compositions of the present invention can be administered parenterally, and local injection is the most preferred method of administration.

본 발명의 약제학적 조성물의 적합한 투여량은 제제화 방법, 투여 방식, 환자의 연령, 체중, 성, 병적 상태, 음식, 투여 시간, 투여 경로, 배설 속도 및 반응 감응성과 같은 요인들에 의해 다양하게 처방될 수 있다. 한편, 본 발명의 약제학적 조성물의 투여량은 바람직하게는 1회 2 x 105- 2 x 106 세포이며, 통상적으로 1회 또는 2회 투여된다.Suitable dosages of the pharmaceutical compositions of the present invention may vary depending on factors such as the formulation method, mode of administration, age, weight, sex, morbidity, condition of food, time of administration, route of administration, rate of excretion and response to response of the patient. Can be. On the other hand, the dosage of the pharmaceutical composition of the present invention is preferably 2 x 10 5-2 x 10 6 cells once, and is usually administered once or twice.

본 발명의 약제학적 조성물은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 방법에 따라, 약제학적으로 허용되는 담체 및/또는 부형제를 이용하여 제제화함으로써 단위 용량 형태로 제조되거나 또는 다용량 용기내에 내입시켜 제조될 수 있다. 이때 제형은 오일 또는 수성 매질중의 용액, 현탁액 또는 유화액 형태일 수 있으며, 분산제 또는 안정화제를 추가적으로 포함할 수 있다.The pharmaceutical compositions of the present invention may be prepared in unit dose form by formulating with a pharmaceutically acceptable carrier and / or excipient according to methods which can be easily carried out by those skilled in the art. Or may be prepared by incorporating into a multi-dose container. The formulations may then be in the form of solutions, suspensions or emulsions in oil or aqueous media, and may further comprise dispersants or stabilizers.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it is to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. Will be self-evident.

실시예Example

실험재료 및 실험방법Experimental Materials and Methods

P19P19 세포 배양 및 분화 Cell Culture and Differentiation

P19 EC (embryonal carcinoma) 세포 (ATCC), P19 마우스 배아 종양 세포주의 서브클론을 이용하였다. P19 EC 세포는 신경 발달에 대한 비트로 모델 시스템으로 많이 이용되고 있는 세포이다. P19 세포는 미분화 상태로 조직 배양에서 쉽게 유지 및 증식시킬 수 있다. 또한, P19 EC 세포는 인 비보 신경 발달의 초기 단계를 반영하는 것으로 판단되고 있으며, 포유동물 신경 발달의 조절 기작을 분석하는 데 매우 적합한 인 비트로 모델 시스템으로 널리 사용되고 있다 (Masaharu et al., 2002).Subclones of P19 EC (embryonal carcinoma) cells (ATCC), P19 mouse embryonic tumor cell lines were used. P19 EC cells are cells that are widely used in the in vitro model system for neuronal development. P19 cells can be easily maintained and expanded in tissue culture in an undifferentiated state. In addition, P19 EC cells are believed to reflect early stages of in vivo neural development and are widely used as in vitro model systems that are well suited for analyzing regulatory mechanisms of mammalian neural development (Masaharu et al., 2002). .

서브크로닝하기 위하여, 바이카보네이트 (Sigma, 2.2 mg/ℓ), 1% 항생제-항진균제 (GIBCO), 7.5% 소 혈청 (GIBCO), 2.5% 우태아혈청 (GIBCO), 피루베이트 (Sigma, 100 mM)과 1% 타이로신 용액(Sigma)으로 보충된 100 ㎖ α-MEM (GIBCO) 배지가 있는 100 mm 배양 디쉬 현탁액에 100개의 PC EC 세포를 접종하였다. 신경 분화는 도 1과 같이 진행되었다. 조직 배양 디쉬에서 미분화 세포상태로 P19 EC 세포를 배양하였다 (단계 1). 세포응집 유도제인 RA (retinoic acid, Sigma, 1 μM, DMSO 0.1%>)의 존재 하에서 P19 세포를 0-3일 동안 배양하여 배아유사구조체 (embryonic body)를 얻었다 (단계 2). 3일 동안의 배아유사구조체의 생성 후, 세포응집체를 1% 트립신 (GIBCO)으로 분리하고 조직 배양 디쉬, 멀티웰 플레이트 또 는 폴리-L-라이신 코팅-유리 커버슬립에 옮겼다. 분리된 P19 세포를 RA의 부재 하에서 성장시켰다. 9일 후, P19 EC 세포가 신경세포로 분화되었다 (단계 3). N-아세틸시스테인 (Sigma) 또는 아스코브산 (Sigma)을 최종 농도가 100 μM (신경 분화에 가장 효율적인 농도)이 되도록 배지에 첨가하였다.For subcloning, bicarbonate (Sigma, 2.2 mg / L), 1% antibiotic-antifungal (GIBCO), 7.5% bovine serum (GIBCO), 2.5% fetal bovine serum (GIBCO), pyruvate (Sigma, 100 mM ) And 100 PC EC cells were inoculated in a 100 mm culture dish suspension with 100 ml α-MEM (GIBCO) medium supplemented with 1% tyrosine solution (Sigma). Nerve differentiation proceeded as shown in FIG. 1. P19 EC cells were cultured in undifferentiated cell state in a tissue culture dish (step 1). P19 cells were cultured for 0-3 days in the presence of RA (retinoic acid, Sigma, 1 μM, DMSO 0.1%>) as a coagulation inducer to obtain an embryonic body (step 2). After generation of embryo-like structures for 3 days, cell aggregates were separated with 1% trypsin (GIBCO) and transferred to tissue culture dishes, multiwell plates or poly-L-lysine coated-glass coverslips. Isolated P19 cells were grown in the absence of RA. After 9 days, P19 EC cells differentiated into neurons (step 3). N-acetylcysteine (Sigma) or ascorbic acid (Sigma) was added to the medium so that the final concentration was 100 μM (the most efficient concentration for neural differentiation).

면역세포화학Immunocytochemistry

세포를 고정화하고 메탄올/아세톤 (50/50)에서 5분 동안 실온에서 투과화 (permeabilized) 한 다음, PBS로 3회 세척하고 0.1 M PBS-3% H2O2로 5분 동안 처리한 후, 5% BSA (bovine serum albumin)을 함유하는 PBS로 1시간 동안 블록킹하였다. 이어, DAB/니켈 염색 방법에 따라 염색하였다. 이용된 항체와 희석도는 다음과 같다: TH 모노클로날 항체 1:1000 (Santa Cruz biotechnology, CA, USA), 마이크로튜블-연합 단백질-2 (MAP-2) 모노클로날 항체 1:300 및 신경교-원섬유성 산성 단백질 (GFAP) 모노클로날 항체 1:1000 (Santa Cruz biotechnology, CA, USA), 도파민 트랜스포터 (DAT) 모노클로날 항체 1:500 (Santa Cruz biotechnology, CA, USA), 네스틴 폴리클로날 항체 1:50 및 훼스트 33258. 제1차 항체의 검출을 위하여, 제조회사의 프로토콜에 따라 바이오틴-결합 제2차 항체 및 형광-표지 (Alexa 488 or Alexa 594, Molecular Probes, Oregon, USA) 제2차 항체를 이용하였다. 유리 커버슬립 (폴리-L-라이신으로 코팅됨) 상의 세포를 마운팅 배지에 놓고 형광 현미경 (Nikon, Tokyo, 일본) 및 공초점 현미경 (LSM 510 meta, Zeiss, Feldbach, 스위스)을 이용하여 사진을 얻었다.Cells were immobilized and permeabilized for 5 minutes at room temperature in methanol / acetone (50/50), then washed three times with PBS and treated with 0.1 M PBS-3% H 2 O 2 for 5 minutes. Blocked for 1 hour with PBS containing 5% BSA (bovine serum albumin). Then, it was stained according to the DAB / nickel staining method. Dilutions and dilutions used are as follows: TH monoclonal antibody 1: 1000 (Santa Cruz biotechnology, CA, USA), microtubule-associated protein-2 (MAP-2) monoclonal antibody 1: 300 and glial -Fibrillar acid protein (GFAP) monoclonal antibody 1: 1000 (Santa Cruz biotechnology, CA, USA), dopamine transporter (DAT) monoclonal antibody 1: 500 (Santa Cruz biotechnology, CA, USA), yes Stain polyclonal antibody 1:50 and pest 33258. For detection of primary antibodies, biotin-binding secondary antibodies and fluorescent labels (Alexa 488 or Alexa 594, Molecular Probes, Oregon), according to the manufacturer's protocol. , USA) secondary antibody was used. Cells on glass coverslips (coated with poly-L-lysine) were placed in mounting medium and photographed using fluorescence microscopy (Nikon, Tokyo, Japan) and confocal microscopy (LSM 510 meta, Zeiss, Feldbach, Switzerland). .

면역블롯팅Immunoblotting

P19 EC 세포로부터 3일 동안의 배발생 후, 세포를 얼음-냉장 PBS로 2회 세척하였다. 라이시스 완충액 (1% TX-100, 20 mM Tris, pH 7.5, 100 mM NaCl, 1 mM Na3VO4, 40 mM NaF, 5 mM 에틸렌 글라이콜-비스 (β-아미노에틸 에테르)-N,N,N',N'-테트라아세트산 (EGTA), 0.2% 소듐 도데실 설페이트 (SDS), 0.5% 소듐 디옥시 콜레이트 (SDC) 및 0.2 mM 페닐메틸설포닐 플루오라이드 (PMSF))을 세포에 첨가하였다. 세포 추출물을 음파파쇄한 다음, 15,800 x g에서 10분 동안 원심분리하고, 얻어진 상청액 (RIPA 파쇄물)을 면역블롯팅에 이용하였다. RIPA 파쇄물의 단백질 농도를 BSA를 표준물질로 이용하여 Bradford (Bradford 1976) 방법으로 결정하였다. 시료 완충액을 파쇄물의 분획 (50 ㎍ 단백질)에 첨가하고, 3분 동안 끓인 후, 환원 조건 하에서 SDS-PAGE (Laemmli 1970) 하였다. 그런 다음, 단백질을 니트로셀룰로오스 (NC) 막 (Amersham Pharmacia Biotech, Little Chalfont, UK)에 전이시킨 후, UK) phospho-Akt 항체 (Santa Cruz, CA, USA)로 면역블롯팅 하였다. 블롯들을 ECL 검출 시스템 (Amersham Pharmacia Biotech)으로 검출하였다. p-Akt와 액틴 밴드에 대한 정규화한 덴시토미터 (Vilber Lourmat, Torcy, France)를 이용하여 상대적인 단백질 양을 결정하였다. After 3 days embryogenesis from P19 EC cells, cells were washed twice with ice-cold PBS. Lysis buffer (1% TX-100, 20 mM Tris, pH 7.5, 100 mM NaCl, 1 mM Na 3 VO 4 , 40 mM NaF, 5 mM ethylene glycol-bis (β-aminoethyl ether) -N, N, N ', N'-tetraacetic acid (EGTA), 0.2% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5% sodium deoxy cholate (SDC) and 0.2 mM phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF)) were added to the cells It was. Cell extracts were sonicated and then centrifuged at 15,800 × g for 10 minutes and the resulting supernatant (RIPA lysate) was used for immunoblotting. Protein concentrations of RIPA lysates were determined by the Bradford (Bradford 1976) method using BSA as a standard. Sample buffer was added to the fraction of lysate (50 μg protein), boiled for 3 minutes, and then SDS-PAGE (Laemmli 1970) under reducing conditions. The proteins were then transferred to nitrocellulose (NC) membranes (Amersham Pharmacia Biotech, Little Chalfont, UK) and immunoblotted with UK) phospho-Akt antibody (Santa Cruz, CA, USA). Blots were detected with an ECL detection system (Amersham Pharmacia Biotech). Relative protein amounts were determined using normalized densitometers (Pilber Lourmat, Torcy, France) for p-Akt and actin bands.

인 비보 연구In vivo research

25 g의 웅성 C57BL/6 마우스를 인 비보 연구에 이용하였다. 모든 실험은 중앙대학교에 허가된 바에 따라 실시하였다. 모든 마우스는 5-11 주령의 웅성 마우스였고, 21± 1℃, 습도 50± 10% 및 광/암 주기 12 hr/hr로 사육하였고, 사료와 물에 자유롭게 접근하도록 하였다. C57BL/6 마우스는 SAMTAKO (Korea, KyungGi-Do)에서 구입하였다. 펜토바비탈 마취 하에서, 3 ㎕ 6-OHDA (3 ㎍/ℓ in 노말 염수)를 선조체 번들에 정위고정적으로 주입하였다 (전정 후측으로 0.0 mm; 미들라인 측면으로 2.0 mm; 경막 복면으로 3.0 mm). 절단바는 제로 (경막내 라인) 밑의 3.55 mm에 세팅하였다. 25 g of male C57BL / 6 mice were used for the in vivo study. All experiments were conducted as approved by Chung-Ang University. All mice were male to 5-11 week old and were bred at 21 ± 1 ° C., 50 ± 10% humidity and 12 hr / hr light / cancer cycle, and had free access to feed and water. C57BL / 6 mice were purchased from SAMTAKO (Korea, KyungGi-Do). Under pentobarbital anesthesia, 3 μl 6-OHDA (3 μg / L in normal saline) was stereostatically injected into the striatum bundle (0.0 mm to posterior vestibule; 2.0 mm to middleline side; 3.0 mm to dural mask). The cut bar was set at 3.55 mm below zero (intradural line).

6-OHDA 처리 2주 후, 암페타민 (amphetamine)-유도 터닝 행동 (암페타민 0.1 mg/kg i.p.)에 대하여 실험동물을 조사하였다. 1.5분 간격으로 마우스에 대하여 조사하였고, 손상된 다른 부분에서 떨어져 1분당 최소 400 풀 턴의 네트 회전성 비대칭 (net rotational asymmetry)을 나타내는 동물을 선택하여 이식 수술을 하였다. 이식 후 2주, 4주 및 6주 경과시의 암페타민-유도 레이션 (ration)을 평가하였다. Two weeks after 6-OHDA treatment, the experimental animals were examined for amphetamine-induced turning behavior (amphetamine 0.1 mg / kg i.p.). Mice were examined at 1.5 minute intervals, and animals were selected that exhibited net rotational asymmetry of at least 400 full turns per minute away from other injured areas. Amphetamine-ration at 2, 4 and 6 weeks after transplantation was assessed.

배발생 3일째에, 세포를 트립신 처리하고, 배지에 현탁하였다. 실험동물을 펜토바비탈로 마취시키고 정위고정 프레임에 위치시켰다. 18-게이지 바늘을 이용하여, 세포 현탁액 (4000 세포/㎕) 5 ㎕를 10분에 걸쳐 손상된 선조체에 주입하였다 (전정 후측으로 0.0 mm; 미들라인 측면으로 2.0 mm; 경막 복면으로 3.4 mm).On day 3 of embryogenesis, cells were trypsinized and suspended in medium. The animals were anesthetized with pentobarbital and placed in stereotactic frame. Using an 18-gauge needle, 5 μl of cell suspension (4000 cells / μl) was injected into the damaged striatum over 10 minutes (0.0 mm to posterior vestibule; 2.0 mm to the midline side; 3.4 mm to the dural mask).

이식후 2주 및 6주째에, 동물을 마취시키고 PBS 내의 4% 파라포름알데히드를 심장내 관류시켰다. 뇌를 제거하고 PBS 내의 30% 수크로스에 하룻밤 동안 함침시킨 다음, 냉동 마이크로톰으로 절편화 하였다. 자유-유영 뇌 절편 (30 ㎛ 두께)에 대하여 상술한 바와 같이 TH-, GAD, 및 MAP-2- (Santa Cruz biotechnology, CA, USA) 면역조직화학염색 하였고, 그 이미지를 공초점 현미경 (LSM 510 meta, Zeiss, Feldbach, 스위스)으로 얻었다.Two and six weeks after transplantation, animals were anesthetized and 4% paraformaldehyde in PBS was perfused intracardiacally. The brain was removed and soaked in 30% sucrose in PBS overnight, then sectioned with frozen microtome. Free-flowing brain sections (30 μm thick) were immunohistochemically stained with TH-, GAD, and MAP-2- (Santa Cruz biotechnology, CA, USA) as described above, and the images were confocal microscopy (LSM 510). meta, Zeiss, Feldbach, Switzerland).

축삭Axon 성장의 측정 Measure of growth

3개의 독립된 실험 세트에서 얻은 최소 6개의 배양물의 무작위 선택 부위로부터 얻은 MAP-2+ 세포의 이미지를 얻었다. Olympus 디지털 카메라 시스템과 Olympus 이미지 분석기 (Olympus, Tokyo, 일본)가 장착된 Olympus 위상차 현미경을 이용하여 형태학적 특성을 정량화하였다. 초기 축삭 (primary neurite)의 길이를, 최장 브랜치의 구간 (soma)으로부터 끝 (tip)까지의 거리로 정의하였다. 축삭의 종합 정도 (total extent)는 세포 당 모든 축삭의 총 길이로 정의하였다. 세포 당 축삭의 수는, 길이가 두개의 세포 직경보다 긴 모든 프로세스로 정의하였다.Images of MAP-2 + cells obtained from randomly selected sites of at least six cultures from three independent experimental sets were obtained. Morphological characteristics were quantified using an Olympus phase contrast microscope equipped with an Olympus digital camera system and an Olympus image analyzer (Olympus, Tokyo, Japan). The length of the primary neurite was defined as the distance from the tip of the longest branch to the soma. The total extent of axons was defined as the total length of all axons per cell. The number of axons per cell was defined as all processes that were longer than two cell diameters in length.

세포수Cell count 카운팅Counting 및 통계적 분석 And statistical analysis

40 또는 200 배율의 아이피스 리드를 이용하여 각각의 웰의 6-12 단일 무작위 선택 부위에서의 면역반응성 또는 DAPI-염색 세포의 수를 측정하였다. 각각의 실험에서 3-6 배양 웰을 분석하였다. 데이터는 평균± SEM으로 나타내었다. 2 그룹 이상이 관여하여 통계적 비교를 할 때, Tukey post hoc analysis (SPSS, Chicago, IL, USA)를 갖는 ANOVA를 이용하였다.Eyepiece reads at 40 or 200 magnifications were used to determine the number of immunoreactive or DAPI-stained cells at 6-12 single random selection sites in each well. In each experiment 3-6 culture wells were analyzed. Data are shown as mean ± SEM. ANOVA with Tukey post hoc analysis (SPSS, Chicago, IL, USA) was used for statistical comparisons involving more than two groups.

실험 결과Experiment result

NACNAC 는 신경 분화 과정에서 In the process of neuronal differentiation 배아유사구조체의Embryonic structure 생성을 향상시킨다 Improves production

배아유사구조체 (embryonic bodies)의 형성은 신경 분화에서 중요한 단계이다. 미분화 P19 EC 세포를 레티노산 (1 μM)로 응집시키고, 100 mm 비부착성 페트리 디쉬에서 현탁액으로 3일 동안 배양하였다. 배아유사구조체의 발달에 대한 N-아세틸시스테인 (NAC)의 영향을 평가하기 위하여, NAC (100 μM)와 RA (1 μM)의 공동처리 또는 RA (1 μM) 단독처리한 후 형성된 배아유사구조체의 수 및 크기를 관찰하였다. RA 단독처리 및 NAC와 RA의 공동처리에 의한 배아유사구조체의 발달은 크게 차이가 있었다 (도 1a). 직경 0.05 ㎛ 단위로 0.05 ㎛ 내지 0.2 ㎛로 배아유사구조체를 분류하였다 (도 1b). RA와 함께 NAC를 공동처리한 경우에는 RA 단독처리보다 매우 큰 직경을 갖는 배아유사구조체가 형성되었다 (도 1a 및 1b). NAC+RA에 의해 발달된 배아유사구조체 중에서 직경이 0.10 ㎛ 이하인 것의 개수는 RA에 의해 발달된 것보다 적었다. 그러나, NAC+RA에 의해 발달된 배아유사구조체 중에서 직경이 0.15 ㎛ 이상인 것의 개수는 RA에 의해 발달된 것보다 많았다. 한편, 100 mm 조직 배양 디쉬에서 총 배아유사구조체의 수를 조사하였고, 그 결과는 다음 표 1과 같다.Formation of embryonic bodies is an important step in neuronal differentiation. Undifferentiated P19 EC cells were aggregated with retinoic acid (1 μM) and incubated for 3 days in suspension in 100 mm non-adhesive Petri dishes. To assess the effect of N-acetylcysteine (NAC) on the development of embryo-like structures, the embryo-like structures formed after co-treatment of NAC (100 μM) and RA (1 μM) or RA (1 μM) alone The number and size were observed. Development of embryo-like structures by RA alone and co-treatment with NAC and RA was significantly different (FIG. 1A). Embryonic similar structures were classified into 0.05 μm to 0.2 μm in units of 0.05 μm in diameter (FIG. 1B). In the case of co-treatment with NAC together with RA, an embryo-like structure with a much larger diameter than that of RA alone was formed (FIGS. 1A and 1B). The number of embryo-like structures developed by NAC + RA less than 0.10 μm in diameter was less than that developed by RA. However, the number of embryo-like structures developed by NAC + RA was 0.15 μm or more in diameter than those developed by RA. On the other hand, the total number of embryo-like structures in a 100 mm tissue culture dish was investigated, and the results are shown in Table 1 below.

처리 방법Processing method 배아유사구조체의 개수Number of embryo-like structures RARA 1826± 70.651826 ± 70.65 NAC+RANAC + RA 2242± 113.072242 ± 113.07 α-에스트라디올+RAα-estradiol + RA 1901± 76.661901 ± 76.66 NAC+RA+BSONAC + RA + BSO 1912± 60.231912 ± 60.23

표 1에 기재된 바와 같이, NAC와 RA의 공동처리에 의해 형성된 배아유사구조체의 개수는 RA 단독처리의 경우보다 훨씬 크다. NAC와 RA의 공동처리에 의해 형성된 배아유사구조체의 개수는 2242± 113.07으로 크게 증가하였다. 한편, NAC와 같이 항산화제의 일종인 α-에스트라디올로 처리한 경우에는 이러한 증가된 패턴이 관찰되지 않았다. 결과적으로, NAC는 RA에 의한 P19 세포 응집에 대한 매우 유효한 촉진제임을 알 수 있다. NAC와 RA의 공동처리에 의해 형성된 배아유사구조체에서, 세포 대 세포 상호작용이 증가되었다. 또한, NAC와 RA의 공동처리 그룹에서 BSO (글루타티온 환원형 GSH의 억제제, L-buthionine (S,R)-sulfoximine, GIBCO)를 처리한 결과 배아유사구조체 개수의 증가 현상이 현저하게 감소하였는데, 이는 NAC가 세포내 GSH의 농도를 증가시켜 배아유사구조체의 개수를 증가시킨다는 것을 나타낸다.As shown in Table 1, the number of embryo-like structures formed by co-treatment of NAC and RA is much larger than in the case of RA alone. The number of embryo-like structures formed by co-treatment of NAC and RA increased significantly to 2242 ± 113.07. On the other hand, such an increased pattern was not observed when treated with α-estradiol, a type of antioxidant such as NAC. As a result, it can be seen that NAC is a very effective promoter for P19 cell aggregation by RA. In embryonic analogues formed by co-treatment of NAC and RA, cell-to-cell interactions were increased. In addition, the treatment of BSO (inhibitor of glutathione-reduced GSH, L-buthionine (S, R) -sulfoximine, GIBCO) in the NAC-RA co-treatment group significantly reduced the number of embryo-like structures. NAC increases the concentration of intracellular GSH, increasing the number of embryo-like structures.

NACNAC 는 신경 분화의 효율을 향상시킨다Improves the efficiency of neuronal differentiation

NAC에 의한 배발생의 개선이 신경세포 분화에 직접적으로 영향을 미치는 지를 확인하기 위하여, RA 또는 NAC+RA에 의한 P19 EC 세포의 분화를 면역화학염색으로 조사하였다. 분화된 P19 EC 세포를 트립신 처리한 다음, 부드럽게 재현탁하고 폴리-L-라이신 코팅 유리 커버슬립 (2% CS가 있는 α-MEM) 상에서 7일 동안 배양하였다. 세포를 에탄올/아세톤 (50/50)으로 고정화한 다음, 신경세포 특이 마커인 MAP-2에 대하여 면역세포화학염색을 실시하였다 (도 2a, 패널 A-D).In order to confirm whether the improvement of embryogenicity by NAC directly affects neuronal differentiation, the differentiation of P19 EC cells by RA or NAC + RA was examined by immunochemical staining. Differentiated P19 EC cells were trypsinized, then gently resuspended and incubated for 7 days on poly-L-lysine coated glass coverslips (α-MEM with 2% CS). Cells were immobilized with ethanol / acetone (50/50) and then immunocytochemical staining was performed for neuronal specific marker MAP-2 (FIG. 2A, Panels A-D).

면역세포화학염색 결과, 신경세포 마커의 발현 정도는 NAC+RA의 경우가 RA보다 2배 이상이었다. 그러나, RA의 경우와 RA+α-에스트라디올의 경우, 신경 분화율이 거의 동일하였다. 또한, NAC와 RA의 공동처리 그룹에서 BSO를 처리한 결과 신경 분화율이 RA보다 조금 낮았다.As a result of immunocytochemical staining, the expression level of neuronal marker was more than twice that of RA in NAC + RA. However, in the case of RA and RA + α-estradiol, the rate of neuronal differentiation was about the same. In addition, BSO treatment in NAC and RA co-treatment groups resulted in a slightly lower neuronal differentiation rate than RA.

MAP-2에 대하여 염색된 P19 세포에 대하여 초기 축삭의 길이 및 개수를 분석하였다 (표 2).The length and number of initial axons were analyzed for P19 cells stained for MAP-2 (Table 2).

항목Item RA 처리-p19 EC 세포 (n = 50)RA treated-p19 EC cells (n = 50) RA+NAC 처리-p19 EC 세포 (n = 90)RA + NAC treated-p19 EC cells (n = 90) 초기 축삭 (μM)Initial Axon (μM) 19.69± 0.8919.69 ± 0.89 20.13± 0.6420.13 ± 0.64 총 축삭 정도 (μM)Total Axon Degree (μM) 34.61± 1.2734.61 ± 1.27 82.32± 1.5682.32 ± 1.56 세포당 축삭 수Axons Per Cell 2.11± 0.122.11 ± 0.12 4.57± 0.314.57 ± 0.31

NAC+RA는 RA와 비교하여 초기 축삭의 길이 및 개수를 크게 증가시켰다. 특히, NAC+RA에 의해 분화된 P19 세포에서 초기 축삭의 개수는 RA 경우보다 2배 이상 증가하였다. NAC + RA significantly increased the length and number of early axons compared to RA. In particular, the number of early axons in P19 cells differentiated by NAC + RA increased more than two times compared to RA.

따라서, NAC+RA에 의한 배발생 (embryogenesis)의 개선은 P19 EC 세포로부터 신경 분화율을 효과적으로 증가시킨다는 것을 알 수 있다. 또한, NAC+RA에 의해 분화된 신경세포는 RA에 의해 분화된 신경세포와 비교하여 성숙도가 더 컸다.Thus, it can be seen that the improvement of embryogenesis by NAC + RA effectively increases the rate of neuronal differentiation from P19 EC cells. In addition, neurons differentiated by NAC + RA had greater maturity compared to neurons differentiated by RA.

NACNAC 에 의한 On by GSHGSH 유도는  Judo P19P19 EC 세포의  EC cells 배발생Embryonic development 및 신경 분화에 영향을 미친다 And affects neural differentiation

앞선 실험에서, NAC가 배발생 및 신경 분화를 촉진한다는 것을 확인하였다. N-아세틸-L-시스테인 (NAC)은 잘 알려진 GSH 전구체이다. 그러나, GSH+RA 처리 조건은 RA 단독처리와 비교하여 배발생 및 신경 분화를 촉진시키지 않았다. P19 EC 세포 배발생에서 GSH+RA를 처리한 이후, GSH로 세포를 처리한 경우 세포내 GSH 양은 거의 변화가 없었다. 세포 내 GSH의 보다 높고 지속적인 농도는 NAC+RA로 P19 EC 세포 배발생을 한 경우에 달성될 수 있었다. P19 EC 세포의 신경 분화에 대한 NAC-유도 GSH의 영향을 조사하기 위하여, P19 EC 세포를 BSO (100 μM)로 처리하여 GSH의 농도를 낮추었다. BSO는 γ-글루타밀시스테인 신테타아제의 비가역적 억제제로 잘 알려진 물질이다 (Toxicology 152, 2000, 75-84). BSO+NAC+RA로 처리한 결과, 배발생 및 신경분화에서 NAC 효과가 관찰되지 않았다 (도 3). BSO는 RA에 의한 신경분화 시스템에서 NAC 추가 처리 효과를 감소시켰다. BSO는 세포내 GSH 함량을 상당히 감소시켰다 (도 3). 세포내 GSH 함량 조절은 NAC에 의한 배발생 및 신경 분화 유도에 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다. 따라서, NAC에 의한 GSH 유도는 P19 EC 세포의 배발생 및 신경 분화에 영향을 미친다.In previous experiments, it was confirmed that NAC promoted embryonic development and neural differentiation. N-acetyl-L-cysteine (NAC) is a well known GSH precursor. However, GSH + RA treatment conditions did not promote embryogenesis and neural differentiation compared to RA alone treatment. After treatment with GSH + RA in P19 EC cell development, there was little change in intracellular GSH levels when cells were treated with GSH. Higher and sustained concentrations of intracellular GSH could be achieved when P19 EC cell embryogenesis with NAC + RA. To investigate the effect of NAC-induced GSH on neuronal differentiation of P19 EC cells, P19 EC cells were treated with BSO (100 μM) to lower the concentration of GSH. BSOs are well known as irreversible inhibitors of γ-glutamylcysteine synthetase (Toxicology 152, 2000, 75-84). As a result of treatment with BSO + NAC + RA, no NAC effect was observed in embryogenesis and neuronal differentiation (FIG. 3). BSO reduced the effect of NAC further treatment in neuronal differentiation system by RA. BSO significantly reduced intracellular GSH content (FIG. 3). Intracellular GSH content regulation plays an important role in inducing embryonic development and neural differentiation by NAC. Thus, GSH induction by NAC affects embryonic development and neural differentiation of P19 EC cells.

NACNAC +RA 공동처리에 의한 By + RA joint treatment 배아유사구조체의Embryonic structure 발달 동안에  During development PI3PI3 -- 키나아제Kinase 활성이 상향-조절된다 Activity is up-regulated

NAC가 P19 EC 세포의 배발생 및 신경분화율을 증가시킨다는 것을 확인하였다. N-카드헤린 및 L-cadherin에 관여하는 접착 분자 (adhesion molecule)들은 배발생뿐만 아니라, 신경분화를 위한 세포 대 세포의 상호작용에서 중요한 역할을 담당한다 (Ann N Y Acad Sci. 2004 Apr;1014:140-54). NAC+RA 처리의 경우, 접착 분자-매개 시그널링이 배발생을 촉진시키는 지를 연구하기 위하여, 웨스턴 블롯팅 방법으로 N-카드헤린의 발현 패턴을 조사하였다. NAC+RA 신경 분화 조건에서 N-카드헤린의 발현은 초기 배발생 단계 (24 hr)에서 RA보다 상당히 증가된 패턴을 보였다. NAC+RA 조건에서 초기 단계의 N-카드헤린 발현 증가는, NAC+RA 처리가 배아유사구조체를 초기에 RA보다 많이 생성시킨다는 결과와 거의 일치하는 것이다. 그러나, RA 조건에서 N-카드헤린의 발현은 48 hr부터 상향-조절되어 72 hr째에는 NAC+RA와 비교하여 거의 차이가 없는 것이 관찰되었다. It was confirmed that NAC increased the embryogenic and neuronal differentiation rate of P19 EC cells. Adhesion molecules involved in N-cadherin and L-cadherin play an important role in cell-to-cell interaction for neuronal differentiation as well as embryogenicity (Ann NY Acad Sci. 2004 Apr; 1014: 140-54). For NAC + RA treatment, the expression pattern of N-cadherin was examined by Western blotting method to study whether adhesion molecule-mediated signaling promotes embryogenicity. The expression of N-cadherin in NAC + RA neuronal differentiation conditions showed a significantly increased pattern than RA in the early embryogenic stage (24 hr). An increase in early N-cadherin expression in NAC + RA conditions is in close agreement with the results that NAC + RA treatment produces more embryonic analogs initially than RA. However, the expression of N-cadherin in RA conditions was up-regulated from 48 hr so that little difference was observed at 72 hr compared to NAC + RA.

PI3-키나아제는 신경 분화 세포의 생리학적 조절자로 알려져 있다. PI3-키나아제의 활성화가 NAC+RA-유도 분화의 개선에 관여하는 지를 조사하기 위하여, P13-키나아제의 시그널 전달에서 다운스트림에 있는 Akt의 활성도를 웨스턴 블롯으로 분석하였다. 3일째 응집 P19 세포로부터 세포 분쇄물을 준비하고 인산화 Akt를 인지하는 항체를 처리하였다. 웨스턴 블롯팅 결과, NAC+RA-처리된 P19 세포가 RA 단독처리된 것보다 인산화-Akt의 증가된 양을 보여주었다 (도 4a). NAC 처리에 의한 배아유사구조체의 발달 동안 활성화된 PI3-키나아제가 유지되었다. α-에스트라디올은 배아유사구조체 및 신경 분화에 영향을 미치지 않기 때문에, Akt의 활성화 형태의 증가에 영향을 미치지 않는다. LY294002 (GIBCO)를 이용하여 PI3-키나아제를 억제하였다. LY294002 (10 μM)를 처리한 경우, NAC+RA 공동처리에 의한 배아유사구조체의 개수가 감소하였다. NAC 및 RA와 함께 PI3-키나아제 억제제 (10 μM LY294002)를 처리한 경우, NAC와 RA 공동처리 세포에서보다 신경 세포 분화가 억제되었다 (도 4b). 이러한 실험 결과는, PI3-키나아제가 NAC+RA 공동처리에 의한 신경 발달에서 주요한 매개자임을 보여주는 것이다. PI3-kinase is known as a physiological regulator of neuronal differentiation cells. To investigate whether activation of PI3-kinase is involved in the improvement of NAC + RA-induced differentiation, the activity of Akt downstream in the signal transduction of P13-kinase was analyzed by Western blot. On day 3 cell lysates were prepared from aggregated P19 cells and treated with antibodies recognizing phosphorylated Akt. Western blotting showed that NAC + RA-treated P19 cells showed an increased amount of phosphorylated-Akt than RA alone (FIG. 4A). Activated PI3-kinase was maintained during development of embryonic analogues by NAC treatment. Since α-estradiol does not affect embryonic analogues and neural differentiation, it does not affect the increase in the activated form of Akt. LY294002 (GIBCO) was used to inhibit PI3-kinase. Treatment with LY294002 (10 μM) reduced the number of embryo-like structures by NAC + RA co-treatment. Treatment of PI3-kinase inhibitors (10 μM LY294002) with NAC and RA inhibited neuronal differentiation than in NAC and RA co-treated cells (FIG. 4B). These experimental results show that PI3-kinase is a major mediator in neural development by NAC + RA co-treatment.

NAC는 도파민성 세포로의 분화 효율을 증가시킨다NAC increases differentiation efficiency into dopaminergic cells

상기의 실험 결과는 NAC+RA 처리가 P19 EC 세포로부터의 신경 세포 분화를 증가시킨다는 것을 명확하게 보여주고 있다. 더 나아가, NAC 처리가 도파민성 신경세포 및 GABA생성 신경세포의 분화에도 기여하는 지를 연구하기 위하여, GABA생성 신경세포에 대한 anti-GAD 항체, 도파민성 신경세포에 대한 anti-TH 항체, 신경교 세포에 대한 anti-GFAP 항체 및 성숙 신경세포에 대한 anti-MAP-2 항체를 이용하여 이중 면역형광염색을 실시하였다. 세포를 9일 동안에 걸쳐 배아유사구조체로부터 분화시킨 다음, 이중 면역형광염색을 실시하였다.The above experimental results clearly show that NAC + RA treatment increases neuronal differentiation from P19 EC cells. Furthermore, to investigate whether NAC treatment contributes to the differentiation of dopaminergic and GABA-producing neurons, anti-GAD antibodies against GABA-producing neurons, anti-TH antibodies to dopaminergic neurons, and glial cells Dual immunofluorescence staining was performed using anti-GFAP antibody and anti-MAP-2 antibody against mature neurons. Cells were differentiated from embryonic analogues for 9 days, followed by dual immunofluorescence staining.

NAC+RA에 의하여 분화된 P19 EC 세포는 MAP-2 and TH에 대한 항체로부터 염색이 되었으나, RA에 의해 분화된 세포는 염색이 되지 않거나 또는 조금 염색되었다 (도 5a). NAC+RA 처리 전체 배양물에서 TH+ 세포 및 MAP-2에 대한 머젼스 (mergence)의 평균 백분율은 48.72± 2.12%이었으나, RA 단독처리의 경우에는 7.12± 9.32%이었다. 특히, 앞선 결과와 동일하게, MAP-2 포지티브 세포는 NAC+RA의 경우가 RA보다 훨씬 많았다.P19 EC cells differentiated by NAC + RA were stained from antibodies to MAP-2 and TH, while cells differentiated by RA were slightly or slightly stained (FIG. 5A). The average percentage of mergence for TH + cells and MAP-2 in NAC + RA treated total culture was 48.72 ± 2.12%, but 7.12 ± 9.32% for RA alone. In particular, as in the previous results, MAP-2 positive cells had significantly more NAC + RA cases than RA.

GABA생성 신경세포에 대한 anti-GAD 항체와 anti-MAP-2 항체 또는 신경교 세포에 대한 anti-GFAP 항체와 anti-MAP-2 항체를 이용하여 이중 면역형광염색을 하였다. NAC+RA 처리에서 GAD+ 세포 및 MAP-2에 대한 머젼스 (mergence)의 평균 백분율은 21.7± 7.5%이었으나, RA 단독처리의 경우에는 24.32± 0.456%이었다. 이와 유사하게, NAC+RA 처리에 의하여 분화된 P19 세포에서 GFAP 포지티브 세포는 RA 처리보다 감소된 양상을 나타내었다.Dual immunofluorescence staining was performed using anti-GAD and anti-MAP-2 antibodies against GABA-producing neurons or anti-GFAP and anti-MAP-2 antibodies against glial cells. The average percentage of mergence for GAD + cells and MAP-2 in NAC + RA treatment was 21.7 ± 7.5%, but 24.32 ± 0.456% for RA alone. Similarly, GFAP positive cells in P19 cells differentiated by NAC + RA treatment showed a reduced pattern than RA treatment.

본 실험 결과들을 통하여, NAC가 도파민성 신경세포의 발달을 증가시키지만, GABA생성 신경세포와 신경교 세포의 발달은 억제시킨다는 것을 알 수 있다.The experimental results show that NAC increases the development of dopaminergic neurons but inhibits the development of GABA-producing neurons and glial cells.

NACNAC 는 파킨슨병 동물 모델에서 In a Parkinson's disease animal model P19P19 세포 이식에 의한 세포치료의 효율을 증 Increased efficiency of cell therapy by cell transplantation 가시킨다Let

상술한 in vitro 실험을 통하여 NAC+RA 공동처리가 도파민성 신경세포 분화 효율을 크게 증가시킨다는 것을 입증하였다. 더 나아가, 이러한 NAC 효과가 in vivo에서도 재현되는 지 여부를 확인하기 위하여, 6-OHDA에 의한 파킨슨병 동물 모델에 세포 이식을 실시하였다. 이식하기 전, in vitro에서 발달된 배아유사구조체로부터 이식할 세포를 준비하였고, Hoechst 33324로 태깅하였다. 이용된 NAC+RA 공동처리 배양 시스템이 신경 분화를 향상시키는 지 여부 및 이식에 이용된 NAC+RA-처리 세포가 in vivo에서 도파민성 신경세포를 포함하는 지 여부를 분석하였다. In vitro experiments demonstrated that NAC + RA co-treatment significantly increased dopaminergic neuronal differentiation efficiency. Furthermore, in order to confirm whether such NAC effects are reproduced in vivo , cell transplantation was performed in 6-OHDA Parkinson's disease animal model. Prior to transplantation, cells were transplanted from embryonic analogues developed in vitro and tagged with Hoechst 33324. It was analyzed whether the NAC + RA co-treatment culture system used improved neuronal differentiation and whether the NAC + RA-treated cells used for transplantation contained dopaminergic neurons in vivo .

6-OHDA 주입 후 2주째에 P19 세포 이식을 실시하였다. 이식된 세포의 생존도 및 신경 분화 기회를, Hoechst 33324와 anti-네스틴 항체에 의한 이중염색을 한 다음 공초점 현미경으로 관찰하여 형태학적으로 조사하였다 (도 6a). 도 6a에서 볼 수 있듯이, 이식 후 2주째에 NAC+RA-처리 이식 세포의 92.6%가 Hoechst 33324와 anti-네스틴 항체의 멀전스 (mergence)를 나타내었으나, RA-처리 이식 세포 및 대조군은 면역조직염색에 대한 멀전스가 검출되지 않았다. 이식 4주째, MAP-2 항체 및 TH 항체로 이중 면역형광염색을 실시하였다. 도 6b에서 볼 수 있듯이, NAC+RA-처리 P19 이식 세포에서 MAP-2 및 TH의 멀전스가 RA 단독처리 보다 더 강하게 나타났다. 이어, 6-OHDA-유도 파킨슨병 마우스 모델에서, 암페타민-유도 운동 비대칭의 기능적 회복을 실험하였다. 암페타민에 대한 회전 반응을 이식 후 2, 4 및 6주째에 조사하였다. NAC+RA 처리에 의하여 분화된 세포를 갖는 동물은 시간이 경과함에 따라 암페타민-유도 터닝 행동으로부터 회복을 나타내었으나, RA에 의한 분화 세포를 갖는 동물은 그러하지 않았다 (도 7). 회전 스코어의 감소는 점진적으로 이루어졌고, NAC+RA-처리 분화된 P19 EC 세포를 갖는 동물은 이식후 2주, 4주 및 6주째에 회전 스코어가 크게 감소되었다. 그러나, RA-분화 시스템에 의한 세포를 이식받은 동물은 이식후 2주, 4주 및 6주째에 대조군 (sham)과 비교하여 차이를 나타내지 않았다 (도 7).P19 cell transplantation was performed 2 weeks after 6-OHDA injection. The viability and neural differentiation opportunities of the transplanted cells were examined morphologically by double staining with Hoechst 33324 and anti-estin antibodies and then observed by confocal microscopy (FIG. 6A). As can be seen in FIG. 6A, 92.6% of NAC + RA-treated transplanted cells exhibited the mergence of Hoechst 33324 and anti-estin antibodies at 2 weeks post-transplantation, whereas RA-treated transplanted cells and controls were immune. No mules for tissue staining were detected. Four weeks after transplantation, dual immunofluorescence staining was performed with MAP-2 antibody and TH antibody. As can be seen in FIG. 6B, the MAP-2 and TH mutagenesis was stronger in NAC + RA-treated P19 transplanted cells than RA alone. Next, in the 6-OHDA-induced Parkinson's disease mouse model, the functional recovery of amphetamine-induced motor asymmetry was examined. Rotational response to amphetamine was examined at 2, 4 and 6 weeks after transplantation. Animals with cells differentiated by NAC + RA treatment showed recovery from amphetamine-induced turning behavior over time, while animals with differentiated cells by RA did not (FIG. 7). Decrease in rotational scores was gradual, and animals with NAC + RA-treated differentiated P19 EC cells significantly reduced rotational scores at 2, 4 and 6 weeks after transplantation. However, animals transplanted with cells by the RA-differentiation system showed no difference compared to the control (sham) at 2, 4 and 6 weeks after transplantation (FIG. 7).

이상에서 상세히 설명하였듯이, 본 발명은 신규한 줄기세포 분화 유도용 조성물 및 줄기세포 분화 유도 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 줄기세포를 포함하는 신경 질환의 치료용 약제학적 조성물을 제공한다. 본 발명에 따르면, 줄기세포로부터 효율적으로 분화세포 (바람직하게는, 신경세포, 보다 바람직하게는 도파민성 신경세포)를 얻을 수 있다. 본 발명에 의해 제작된 신경세포는 신경손상에 의해 유발된 다양한 신경 질환을 치료하는 데 매우 유효하다.As described above in detail, the present invention provides a novel composition for inducing stem cell differentiation and a method for inducing stem cell differentiation. The present invention also provides a pharmaceutical composition for the treatment of neurological diseases, including stem cells. According to the present invention, differentiated cells (preferably, neurons, more preferably dopaminergic neurons) can be obtained from stem cells. Neurons produced by the present invention are very effective in treating various neurological diseases caused by nerve injury.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it is apparent to those skilled in the art that the specific technology is merely a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereto. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.

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Claims (22)

N-아세틸시스테인을 유효성분으로 포함하고, 분화유도제로서 레티노산 (retinoic acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 줄기세포 분화 유도용 조성물.A composition for inducing stem cell differentiation, comprising N-acetylcysteine as an active ingredient and comprising retinoic acid as a differentiation inducing agent. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 줄기세포는 배아줄기세포 또는 성체줄기세포인 것을 특징으로 하는 줄기세포 분화 유도용 조성물.The composition for inducing stem cell differentiation according to claim 1, wherein the stem cells are embryonic stem cells or adult stem cells. 제 1 항에 있어서, 상기 줄기세포의 분화는 신경세포로의 분화인 것을 특징 으로 하는 줄기세포 분화 유도용 조성물.The composition for inducing stem cell differentiation according to claim 1, wherein the stem cell differentiation is differentiation into neurons. 제 5 항에 있어서, 상기 신경세포는 도파민성 (dopaminergic) 신경세포인 것을 특징으로 하는 줄기세포 분화 유도용 조성물.The composition for inducing stem cell differentiation according to claim 5, wherein the neuron is a dopaminergic neuron. N-아세틸시스테인을 유효성분으로 포함하고 분화유도제로서 레티노산 (retinoic acid)을 포함하는 줄기세포 분화 유도용 조성물에서 줄기세포를 배양하는 단계를 포함하는 줄기세포 분화 유도 방법.A method of inducing stem cell differentiation comprising culturing stem cells in a composition for inducing stem cell differentiation comprising N-acetylcysteine as an active ingredient and comprising retinoic acid as a differentiation inducing agent. 삭제delete 삭제delete 제 7 항에 있어서, 상기 줄기세포는 배아줄기세포 또는 성체줄기세포인 것을 특징으로 하는 줄기세포 분화 유도 방법.8. The method of claim 7, wherein the stem cells are embryonic stem cells or adult stem cells. 제 7 항에 있어서, 상기 줄기세포의 분화는 신경세포로의 분화인 것을 특징으로 하는 줄기세포 분화 유도 방법.8. The method of claim 7, wherein the differentiation of stem cells is differentiation into neurons. 제 11 항에 있어서, 상기 신경세포는 도파민성 (dopaminergic) 신경세포인 것을 특징으로 하는 줄기세포 분화 유도 방법.12. The method of claim 11, wherein the neurons are dopaminergic neurons. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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