KR100880948B1 - A method of Obtaining matured dopaminergic neuron from neural precursor cells - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Nurr1 계열의 전사인자(transcription factor)를 이용하여 신경 전구세포(neural precursor cell)를 기능적, 형태적으로 성숙한 도파민성 신경세포 (dopaminergic neuron)로 분화시키는 방법 및 이에 이용되는 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 의해 신경 전구세포로부터 분화 및 증식된 도파민성 신경세포는 파킨슨씨병, 알쯔하이머, 뇌졸증, 국소빈혈 등의 뇌신경계 질환 등을 치료하기 위한 세포 대체 요법과 유전자 치료 요법에 이용되거나 신약개발에 있어 약물효과 검정 또는 각종 연구를 위한 재료로 폭넓게 이용될 수 있다. The present invention relates to a method for differentiating neural precursor cells into functional and morphologically mature dopaminergic neurons using a Nurr1 family transcription factor and a composition used therein. Dopaminergic neurons differentiated and proliferated from neural progenitor cells according to the present invention are used in cell replacement therapy and gene therapy therapy for the treatment of diseases of the neurological system such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease, stroke, ischemia, etc. It can be widely used as a material for drug effect assays or various studies.

신경 전구세포, 신경세포 분화, Nurr1 전사인자, Bcl-XL, SHH, Mash1 Neuronal Progenitor Cells, Neuronal Differentiation, Nurr1 Transcription Factors, Bcl-XL, SHH, Mash1

Description

신경 전구세포로부터 성숙한 도파민성 신경세포의 수득방법{A method of Obtaining matured dopaminergic neuron from neural precursor cells}A method of obtaining matured dopaminergic neuron from neural precursor cells}

도 1은 본 발명의 공정모식도이다. 1 is a process schematic diagram of the present invention.

도 2는 계대되지 않은(P0) 및 계대된(P1) 배양물내 Nurr1-유도 DA 세포의 신경 분화를 나타낸 그래프로서, A는 GFP+ 세포내 평균 섬유 길이에 대한 대비 그래프이고, B는 TH+ 세포내 평균 섬유 길이에 대한 대비 그래프이고, C는 전체 TH+ 세포의 TH+TuJ1/TH+MAP2+에 대한 대비 그래프이다. FIG. 2 is a graph showing neural differentiation of Nurr1-induced DA cells in non- passaged (P0) and passaged (P1) cultures, where A is a graph of the mean fiber length in GFP + cells and B is the mean of TH + cells Contrast graph for fiber length, C is graph for TH + TuJ1 / TH + MAP2 + of total TH + cells.

도 3은 SHH에 의한 Nurr1-DA 세포의 개선된 형태학적 분화를 도시한 그래프로서, A는 계대되지 않은(P0), 계대된 P1 단세포물(PID) 및 계대된 P1 클러스터로부터 유도된 Nurr1-유도 TH+ 세포에 대한 TH+ 세포의 섬유 길이를 대비한 그래프이고, B는 Nurr1-TH 세포의 분화에 있어 SHH 신호전달이 미치는 효과를 도시한 그래프로서, P0 배양물내 사이클로파민 처리에 대한 TH+ 세포의 섬유 길이를 대비한 그래프이고, C는 P1에 있어 Nurr1-TH 세포의 개선된 형태학적 분화를 도시한 그래프로서, SHH(-), SHH(+), Nurr1-SHH(NH)에 대한 TH+ 세포의 총 섬유길이를 대비한 그래프이다. 3 is a graph depicting improved morphological differentiation of Nurr1-DA cells by SHH, where A is Nurr1-derived derived from unpassed (P0), passaged P1 monocellular (PID) and passaged P1 clusters. A graph comparing the fiber length of TH + cells to TH + cells, B is a graph showing the effect of SHH signaling on the differentiation of Nurr1-TH cells, the fiber length of TH + cells on cyclopamine treatment in P0 culture. A graph showing improved morphological differentiation of Nurr1-TH cells in P1, with total fiber of TH + cells for SHH (-), SHH (+), Nurr1-SHH (NH). This is a graph of length.

도 4는 후기 발달기에 Bcl-XL이 전구체로부터 Nurr1-DA 세포의 개선된 형태학적 분화에 영향을 미치는 효과를 입증하는 그래프로서, A는 2일 및 5일간 증식된 신경 전구체를 Nurr1에 형질 도입시 유도된 TH+ 세포의 섬유 길이를 대비한 그래프이고, B는 다양한 태생일(E12-E18)로부터 분리된 피질 전구체로부터 PO 배양물내 Nurr1-TH 세포의 섬유 길이를 대비한 그래프이고, C는 Bcl-XL의 공동 발현에 의해 Nurr1-TH 세포의 향상된 신경돌기 생성을 보이는 그래프로서, Nurr1-IRES-LacZ (대조군)과 Nurr1-IRES-Bcl-XL (NB)에 대한 분화 5일째 TH+ 섬유 길이를 대비한 그래프이다. FIG. 4 is a graph demonstrating the effect of Bcl-XL on improved morphological differentiation of Nurr1-DA cells from precursors in late developmental phase, where A is transduced with Nurr1 proliferated neuronal precursors for 2 and 5 days. A graph comparing the fiber length of induced TH + cells, B is a graph comparing the fiber length of Nurr1-TH cells in PO culture from cortical precursors isolated from various natal days (E12-E18), and C is Bcl-XL Graph showing enhanced neurite production of Nurr1-TH cells by co-expression of vs. TH + fiber length on day 5 of differentiation for Nurr1-IRES-LacZ (control) and Nurr1-IRES-Bcl-XL (NB) to be.

도 5는 Nurr1-유도 TH 세포내 MAP2의 발현을 도시한 그래프로서, Nurr1-LacZ (대조군)과 Nurr1-SHH-Bcl-XL (NHB) 및 Nurr1-Mash1 (NM)으로 형질도입된 배양물내 분화 10일째에 수행한 TH/MAP2 면역세포염색 결과를 도시한 그래프이다. FIG. 5 is a graph depicting the expression of MAP2 in Nurr1-induced TH cells, differentiated in culture transduced with Nurr1-LacZ (control) and Nurr1-SHH-Bcl-XL (NHB) and Nurr1-Mash1 (NM). It is a graph showing the result of TH / MAP2 immune cell staining performed on the day.

도 6은 형질도입된 세포의 기능을 생화학 및 생리학적으로 분석한 그래프로서, A는 24시간 매질 혹은 KCl 15분 적용후 측정한 그래프이고, B는 N, NHB, 및 NM 형질 도입된 배양물내에서 (n=5) 전체 흡수로부터 DAT-매개특정 DA 흡수 결과를 대비한 그래프이고, C-E는 NHB 형질 도입된 배양물의 생화학적 특성을 도시한 그래프이고, F-H는 NM 형질 도입된 배양물의 전기생리학적 특성을 도시한 그래프이다. 6 is a graph of biochemical and physiological analysis of the function of the transduced cells, A is a graph measured after application of 24 hours of medium or KCl for 15 minutes, and B in N, NHB, and NM-transduced cultures. (n = 5) A graph comparing the results of DAT-mediated DA uptake from total uptake, CE is a graph showing the biochemical properties of NHB-transduced cultures, and FH is the electrophysiological properties of NM-transduced cultures Is a graph.

도 7은 시험관내(In vitro) 세포 생존 그래프로서, A는 전체 DAPI+ 세포중 % TH+ 세포를, B는 전체 생육가능한 세포수를, C는 총 세포질 LDH에 대한 % LDH 방출, D는 전체 DAPI+ 세포중 분해 및 응집된 아폽토시스 핵을 갖는 % 세포를, E는 % TUNEL+ 세포를, F는 % 분해된 캐스페이즈 3+ 세포를 각각 대비한다. 7 is an in vitro cell survival graph, where A is% TH + cells in total DAPI + cells, B is total viable cell number, C is% LDH release to total cytoplasmic LDH, and D is total DAPI + cells % Cells with heavy degraded and aggregated apoptosis nuclei, E for% TUNEL + cells, and F for% degraded caspase 3+ cells, respectively.

도 8은 Nurr1-유도 DA 세포의 생체내(In vivo ) 생존, 분화 및 기능을 대비한 그래프로서, A는 이식조직내 TH+ 세포의 정량화를 이식후 4주 및 8주에 대비한 그래프이고, B는 이식 8주에 N, NHB, NM 이식조직내 DA 레벨을 대비한 그래프이고, C는 암페타민-유도 회전에 기초하여 거동 회복 결과를 대비한 그래프이고, D는 발디딤 테스트 결과를 대비한 그래프이다. Figure 8 shows in vivo of Nurr1-induced DA cells ( In In vivo ) graph of survival, differentiation and function, A is a graph of quantification of TH + cells in transplanted tissues at 4 and 8 weeks after transplantation, and B is N, NHB, NM transplanted tissues at 8 weeks of transplantation. It is a graph comparing the DA level, C is a graph of the behavior recovery results based on amphetamine-induced rotation, and D is a graph of the footfoot test results.

도 9는 Nurr1-유도 TH 발현에 미치는 Mash1 및 neurogenin 1과 2의 분화작용을 도시한 그래프로서, A는 분화 2일째 배양물을 TH 및 TuJI에 대하여 면역블롯 분석한 결과를 도시한 그래프이고, B와 C는 분화 10일째 Nurr1+LacZ 및 Nurr1+Mash1 배양물로부터 유도된 TH+ 세포의 형태학적 분석을 도시한 그래프이다. Figure 9 is a graph showing the differentiation of Mash1 and neurogenin 1 and 2 on Nurr1-induced TH expression, A is a graph showing the results of immunoblot analysis of TH and TuJI culture on day 2 of differentiation, B And C are graphs showing morphological analysis of TH + cells derived from Nurr1 + LacZ and Nurr1 + Mash1 cultures on day 10 of differentiation.

본 발명은 신경 전구세포를 성숙한 도파민성 신경세포로 분화(differention) 시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for differentiating neural progenitor cells into mature dopaminergic neurons.

신경 줄기세포는 배아 발생 과정 중 배아 중추신경계의 각 세부 조직 어디에나 존재하므로 원하는 배아 뇌신경조직을 잘라내어 그 신경 줄기세포를 분리 배양할 수 있고, 성인의 경우에는 측면 뇌실의 SVZ(subventricular zone)나 해마(hippocampus)로부터 성체 신경 줄기세포를 분리하여 배양할 수 있으며, 이와 같은 신경 줄기세포 배양을 이용한 연구는 신경 줄기세포로부터 정상적인 뇌신경계 발생 과정을 이해하는데 많은 정보를 제공할 수 있다.Since neural stem cells are present in every detailed tissue of the embryonic central nervous system during embryonic development, the neural stem cells can be isolated and cultured by cutting the desired embryonic cranial nerve tissue, and in adults, the subventricular zone (SVZ) or hippocampus ( Adult neural stem cells can be isolated and cultured from hippocampus, and studies using these neural stem cell cultures can provide a great deal of information for understanding the processes of normal brain nervous system development from neural stem cells.

이같은 신경 줄기세포는 분리한 부위 및 신경 줄기세포 분리에 사용한 동물의 태아 일수에 따라 그 특성에 많은 차이를 보이는데, 예를 들어서 흰쥐 태생 14일에서 분리한 신경 줄기세포를 배양하여 분화 유도 시에는 주로(약 70-80%) 신경세포로의 분화가 일어나는 반면 태생 18일 이후의 흰쥐 태아에서 분리한 신경 줄기세포는 주로 별아교세포(astrocyte) 쪽으로 분화가 일어나는 특성의 차이를 보인다. 그 이외에도 세포가 자라는 양상, 각종 사이토카인에 대한 반응에 많은 차이를 보인다. Such neural stem cells show a large difference in their characteristics depending on the site of separation and the number of fetus days of the animal used to isolate the neural stem cells.For example, when culturing neural stem cells isolated at 14 days of rat cultivation, differentiation is induced. Differentiation into neurons occurs, whereas neural stem cells isolated from rat fetuses after 18 days of age show differentiation characteristics, mainly toward astrocytes. In addition, there are many differences in cell growth patterns and responses to various cytokines.

한편, 파킨슨씨병, 알쯔하이머병(노인성치매), 탈수초질환(demyelinating disease), ALS(amyotrophic lateral sclerosis) 및 척추손상에 의한 사지마비 등의 뇌신경 퇴행성 질환(neurodegenerative disorder)은 뇌신경조직에 특정 신경세포의 영구적 손실 및 기능 장애에 의해 초래되며, 이같은 뇌신경조직은 손상시 스스로의 재건이 상당히 제한되어 있으므로 현재까지 이들 질환에 대한 근본적인 치료법은 없는 실정이다. On the other hand, neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease (senile dementia), demyelinating disease, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and quadriplegia due to spinal injury are associated with specific neurons in the nerve tissue. It is caused by permanent loss and dysfunction, and since these nerve tissues are quite limited in their reconstruction when damaged, there is no fundamental treatment for these diseases.

대표적인 뇌신경 퇴행성 질환의 하나인 파킨슨씨병의 경우에는 이식한 도파민성 신경세포로부터 줄무늬체로 도파민 신경전달물질을 분비하는 것만으로도 뚜렷한 기능 회복을 보이므로, 이같은 파킨슨씨병의 환자에게 배아세포를 이식할 수 있다는 기대로, CNS 줄기세포에서 도파민성 신경세포의 시험관내(in vitro) 제조는 커다란 관심대상이다(Olanow, et al., Trends Neurosci., 1996, 19:102-109; Piccini, et al., Nat . Neurosci ., 1999, 2:1137-1140; Freeman, et al., N. Engl . J. Med ., 1999, 341:988-992). In the case of Parkinson's disease, a representative neurodegenerative disease, secretion of dopamine neurotransmitters from the transplanted dopaminergic neurons into the striated body shows a clear recovery of function, so that embryonic cells can be transplanted into such patients In anticipation of in vivo induction of dopaminergic neurons from CNS stem cells in In vitro ) manufacturing is of great interest (Olanow, et al., Trends) Neurosci ., 1996, 19: 102-109; Piccini, et al., Nat . Neurosci ., 1999, 2: 1137-1140; Freeman, et al., N. Engl . J. Med ., 1999, 341: 988-992).

와그너 등은 Nurr1을 이용하여 신경 줄기세포주(신경 도파민성 신경세포주)를 도파민성 신경세포로 분화시키는데 성공하였지만, 이러한 분화에는 타입 I 중뇌 별아교세포로부터 유도된 보조인자를 필요로 할 뿐만 아니라 상기에서는 신경 줄기세포주를 사용하였기 때문에 파킨슨씨병을 위한 세포 이식치료에는 부적합하였다(Wagner, et al., Nature Biotechnology, 1999, 17:653-659). Wagner et al. Have successfully differentiated neural stem cell lines (neural dopaminergic cell lines) into dopaminergic neurons using Nurr1, but this differentiation requires cofactors derived from type I mesenchymal glial cells as well as neurons in the above. The use of stem cell lines makes them unsuitable for cell transplantation for Parkinson's disease (Wagner, et al., Nature Biotechnology , 1999, 17: 653-659.

이에, 본 발명자들은 대한민국 특허출원 제2003-14662호로서 Nurr1의 과발현을 통하여 Nurr1을 신경 줄기세포로부터의 신경 전구세포에 처리하였을 때 도파민성 신경세포로의 분화율이 높다는 연구결과를 개시한 바 있다. 그러나, 이또한 형 태적 및 기능적으로 성숙한 도파민 신경세포를 유도하기에 충분하지 못한 단점을 갖는다. 본 발명은 이들 문제점들을 해결한다. Accordingly, the present inventors have disclosed the results of the differentiation rate into dopaminergic neurons when Nurr1 is treated to neural progenitor cells from neural stem cells through overexpression of Nurr1 as Korean Patent Application No. 2003-14662. . However, this also has drawbacks that are not sufficient to induce mature and functionally mature dopamine neurons. The present invention solves these problems.

놀랍게도, Nurr1과 Bcl-XL, 소니 헤지호그 (SHH), 또는 BHLH 계열의 신경형성 전사인자의 조합물이 신경 전구세포에 사용되어 분화시 형태 및 기능적으로 상승 효과를 나타낸다는 것이 발견되었다. Surprisingly, it was found that a combination of Nurr1 and Bcl-XL, Sony Hedgehog (SHH), or BHLH family of neurogenic transcription factors was used in neural progenitor cells to show morphological and functional synergistic effects upon differentiation.

즉, 본 발명의 목적은 형태적, 기능적으로 성숙한 도파민성 신경 세포로 분화시키는 방법을 제공하려는데 있다. That is, an object of the present invention is to provide a method for differentiating morphologically and functionally mature dopaminergic neurons.

제1 측면에서, 본 발명은 신경 전구세포를 성숙한 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 신경 전구세포에 Nurr1과 Bcl-XL 및 소니 헤지호그 (SHH)를 처리하여 이루어진다. 그 결과 상승적 작용의 형태 및 기능 효과를 제공한다. In a first aspect, the present invention provides a method of differentiating neural progenitor cells into mature dopaminergic neurons. This method is accomplished by treating neural progenitor cells with Nurr1, Bcl-XL and Sony hedgehog (SHH). The result is a form of synergistic action and a functional effect.

다른 측면에서, 본 발명은 신경 전구세포를 성숙한 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 신경 전구세포에 Nurr1과 bHLH 계열의 신경형성 전사인자를 처리하여 이루어진다. 그 결과 상승적 작용의 형태 및 기능 효과를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method of differentiating neural progenitor cells into mature dopaminergic neurons. This method is achieved by treating neuronal progenitor cells with Nurr1 and bHLH family neurogenic transcription factors. The result is a form of synergistic action and a functional effect.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated concretely.

파킨슨씨병 치료에 유용한 상승작용성 조성물Synergistic Compositions Useful for the Treatment of Parkinson's Disease

일 측면에서, 본 발명은 파킨슨씨병 치료에 유용한 신규 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 Nurr1과 Bcl-XL, 소니 헤지호그 (SHH), 및 bHLH 계열의 신경 형성 전사인자 중에서 선택된 제2 치료제를 포함한다. 놀랍게도 Nurr1과 제2 치료제의 조합물이 상승적 작용의 형태 및 기능 효과를 나타낸다는 것이 발견되었다. In one aspect, the present invention provides novel compositions useful for treating Parkinson's disease. The composition comprises Nurr1 and a second therapeutic agent selected from Bcl-XL, Sony Hedgehog (SHH), and a bHLH family of neurogenic transcription factors. It has been surprisingly found that the combination of Nurr1 with the second therapeutic agent exhibits a synergistic form and a functional effect.

A. Nurr1 A. Nurr1

알려진 바와 같이, Nurr1은 중뇌 도파민성 신경세포에서 발현되는 스테로이드/방패샘(steroid/thyroid) 호르몬 수용체에 속하는 전사인자로서(Law, et al., Mol. Endocrinol., 1992, 6:2129), 도파민성 신경세포에서 발현되어(Zetterstrom, et al., Mol . Brain Res., 1996, 41:111) 중뇌 도파민성 신경세포의 발생에 역할을 할 것이라 여겨지고 있다. As is known, Nurr1 is a transcription factor belonging to the steroid / thyroid hormone receptor expressed in midbrain dopaminergic neurons (Law, et al., Mol. Endocrinol ., 1992, 6: 2129), dopamine Expressed in sexual neurons (Zetterstrom, et al., Mol . Brain Res ., 1996, 41: 111), are believed to play a role in the development of midbrain dopaminergic neurons.

B. Bcl-XL 및 소니 헤지호그 (SHH)  B. Bcl-XL and Sony Hedgehog (SHH)

다른 측면에서 본 발명은 Nurr1과 Bcl-XL 및 소니 헤지호그 (SHH)을 포함하는 조성물을 제공한다. 놀랍게도, Nurr1과 Bcl-XL 및 소니 헤지호그 (SHH)의 조합물이 형태 및 기능 효과를 상승시킨다는 것이 발견되었다. In another aspect the present invention provides a composition comprising Nurr1 with Bcl-XL and Sony Hedgehog (SHH). Surprisingly, it has been found that the combination of Nurr1 with Bcl-XL and Sony Hedgehog (SHH) enhances morphological and functional effects.

Bcl-XL은 항-아폽토시스 단백질의 일종이고, 중뇌 DA 신경세포를 포함하는 신경전구체 및 세포분열이후 신경세포에 있어 SHH 매개 효과를 갖는 단백질이다. Bcl-XL is a type of anti-apoptotic protein and has a SHH mediated effect on neuronal precursors including midbrain DA neurons and neurons after cell division.

SHH란 소니 헤지호그(Sonic hedgehog)의 약자로서, 본 발명에서 사용되는 "소니 헤지호그(sonic hedgehog; SHH)"는 중뇌 도파민성 신경세포 발생에 필요한 수 많은 유전자중 일종이다(Ye, et al., Cell, 1998, 93:755-766).SHH stands for Sony hedgehog, and the term "sonic hedgehog (SHH)" used in the present invention is one of many genes required for the development of midbrain dopaminergic neurons (Ye, et al. , Cell, 1998, 93: 755-766.

C. bHLH 계열의 신경형성 전사인자 C. Neuronal Transcription Factors of the bHLH Family

또다른 측면에서 본 발명은 Nurr1과 bHLH 계열의 신경형성 전사인자를 포함하는 조성물을 제공한다. 놀랍게도, Nurr1과 bHLH 계열의 신경형성 전사인자의 조합물이 상승적 작용의 형태 및 기능 효과를 나타낸다는 것이 발견되었다. In another aspect, the present invention provides a composition comprising a neuronal transcription factor of Nurr1 and bHLH family. Surprisingly, it was found that the combination of the Nurr1 and bHLH family of neurogenic transcription factors showed synergistic morphology and functional effects.

본 발명에서 bHLH 계열의 전사인자로는 신경형성 전사인자(neurogenic 전사 인자)가 사용될 수 있으며, 신경형성 전사인자 유전자로는, 예를 들어, 뉴로제닌 1 유전자(GenBack Accession No.: U63842, U67776), 뉴로제닌 2 유전자(Genbank Accession No.: U76207, AF303001), 뉴로 D 유전자(Genbank Accession No.: U24679, AB018693), Mash1 유전자(Genbank Accession No.: M95603, L08424), MATH3 유전자(Genbank Accession No.: D85845), E47 유전자(Genbank Accession No.: M65214, AF352579) 등의 염기서열 정보로부터 얻어지는 cDNA를 클로닝하거나 합성하여 사용할 수 있으며, 이와 동등하거나 유사한 활성을 나타낼 수 있다면 이들 서 열의 일부가 변형, 결실, 치환된 것도 사용할 수 있다. 이중 Mash1 유전자를 사용하는 것이 가장 바람직하다. In the present invention, as the bHLH family of transcription factors, a neurogenic transcription factor (neurogenic transcription factor) may be used. As a neurogenic transcription factor gene, for example, neurogenin 1 gene (GenBack Accession No .: U63842, U67776) , Neurogenin 2 gene (Genbank Accession No .: U76207, AF303001), Neuro D gene (Genbank Accession No .: U24679, AB018693), Mash1 gene (Genbank Accession No .: M95603, L08424), MATH3 gene (Genbank Accession No. CDNA obtained from sequencing information such as D85845) and E47 gene (Genbank Accession No .: M65214, AF352579) can be cloned or synthesized, and if the same or similar activity can be exhibited, some of these sequences can be modified or deleted. And substituted may also be used. Most preferably, the Mash1 gene is used.

본 발명에서 신경 전구세포에 존재하는 Nurr1 및 bHLH 전사인자의 수준을 높이는 방법으로는 bHLH 전사인자를 직접 또는 적절한 운반체를 이용하여 세포내로 도입할 수도 있지만, 보다 바람직하게는 상기 Nurr1 및 bHLH 전사인자 또는 그 활성절편을 발현하는 유전자를 상기 신경 전구세포로 도입하는 방법이 사용될 수 있다. In the present invention, as a method of increasing the levels of Nurr1 and bHLH transcription factors present in neural progenitor cells, bHLH transcription factors may be introduced into the cells directly or by using an appropriate carrier. More preferably, the Nurr1 and bHLH transcription factors may be introduced. A method of introducing a gene expressing the active fragment into the neural progenitor cells may be used.

이같은 Nurr1, SHH, Bcl-XL 및 Mash1 유전자는 각각 동량을 사용하여 형질전환 시키는 것이 일반적이다. 그 결과 신경 전구세포에 사용시 형태적 및 기능적으로 성숙한 도파민성 신경세포로 분화시킬 수 있다. 또한, 이와같이 하여 얻어진 성숙한 도파민성 신경세포는 파킨슨씨병에 대한 치료제로서 효과적으로 적용될 수 있는 잇점을 갖는다. Such Nurr1, SHH, Bcl-XL and Mash1 genes are generally transformed using the same amount. As a result, when used in neural progenitor cells, they can differentiate into morphologically and functionally mature dopaminergic neurons. In addition, the mature dopaminergic neurons thus obtained have the advantage that they can be effectively applied as a therapeutic agent for Parkinson's disease.

신경 전구세포를 성숙한 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법How to differentiate neural progenitor cells into mature dopaminergic neurons

상술한 조성물들을 신경 전구세포에 처리함으로써 신경 전구세포를 성숙한 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법을 제공한다. The present invention provides a method of differentiating neural progenitor cells into mature dopaminergic neurons by treating the neural progenitor cells.

본 발명의 방법에 있어서, 신경 전구세포는 어떠한 태생 일수나 뇌부위에서 얻어진 것에도 적용될 수 있으나, 중뇌(ventral midbrain), 대뇌 피질(cortex) 또는 측면 신경절 융기(lateral ganglionic eminence)(줄무늬체 원기(선조체 anlage))에서 분리한 신경 전구세포를 사용하는 것이 바람직하며, 태아에서 분리한 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 사용 가능한 동물로는 인간을 포함한 모든 포유동물이 될 수 있다. 본 발명에서는 바람직한 실시예로서 상기 신경 전구세포는 태생 12일(태아 day 12, 이하 'E12'라 약칭한다), 태생 14일(이하 'E14'라 약칭한다) 또는 태생 16일(이하 'E16'이라 약칭한다)이 되는 랫트태아의 중뇌, 대뇌 피질 또는 측면 신경절 융기에서 분리한 신경 전구세포를 사용하였다. In the method of the present invention, the neural progenitor cells may be applied to any born days or brain regions, but may be ventral midbrain, cortex or lateral ganglionic eminence (stripe primitive). It is preferable to use neural progenitor cells isolated from striatum anlage), and more preferably to use those isolated from fetuses. In addition, usable animals can be any mammal including humans. In a preferred embodiment of the present invention, the neural progenitor cells are born 12 days (fetus day 12, hereinafter abbreviated as 'E12'), born 14 days (hereinafter abbreviated as 'E14') or born 16 days (hereinafter 'E16') Neural progenitor cells isolated from the midbrain, cerebral cortex or lateral ganglion ridges of rat fetuses were used.

E14 랫트의 대뇌 피질에서 분리하여 배양한 신경 전구세포에 Nurr1 및 기타 공동인자를 처리하는 경우(이하 '공동인자 형질도입'이라 함)가, 공동인자 형질도입하지 않은 경우보다 티로신 가수분해효소(Tyrosine hydroxylase; 이하 'TH'라 칭한다)를 발현하는 (이하 'TH+'라 약칭한다) 세포의 섬유길이가 3-7배 이상 증가하였다(도 3c 및 도 4c 참조). 신경 전구세포에서 분화된 도파민성 신경세포는 TH를 발현하므로 TH+ 세포수를 측정함으로써 신경 전구세포에서 도파민성 신경세포로의 분화정도를 알 수 있다. TH를 발현하는 신경세포로는 도파민성 신경세포 이외에도 아드레날린성, 노르아드레날린성 신경세포가 포함된다. 도파민성 신경세포는 DBH(dopaminergic beta-hydroxylase)라는 단백질을 발현하지 않는데 반해 아드레날린성 또는 노르아드레날린성 신경세포는 TH 이외에도 DBH 단백질을 발현하는 점에서 구분되는데, 본 발명의 방법에 의해 분화 유도된 TH+ 세포는 아드레날린성 또는 노르아드레날린성 신경세포가 아니고 전부 도파민성 신경세포로 분화된다.The treatment of Nurr1 and other cofactors (hereinafter referred to as 'cofactor transduction') in neural progenitor cells isolated and cultured from the cerebral cortex of E14 rats is more effective than tyrosine hydrolase (Tyrosine) than without cofactor transduction. The fiber length of cells expressing hydroxylase (hereinafter referred to as 'TH') (hereinafter abbreviated as 'TH +') increased by 3-7 times or more (see FIGS. 3C and 4C). Since dopaminergic neurons differentiated from neural progenitor cells express TH, the degree of differentiation of neural progenitor cells into dopaminergic neurons can be determined by measuring the number of TH + cells. Neurons expressing TH include adrenergic and noradrenergic neurons in addition to dopaminergic neurons. Dopaminergic neurons do not express a protein called DBA (dopaminergic beta-hydroxylase), whereas adrenergic or noradrenergic neurons are distinguished in that they express DBH protein in addition to TH. TH + induced by the method of the present invention The cells are not adrenergic or noradrenergic neurons but all differentiate into dopaminergic neurons.

본 발명에서는 신경 전구세포에 Nurr1 및 기타 공동인자를 처리하기 위하여 서열목록내에 기재된 염기서열을 갖는 Nurr1 유전자를 포함하는 플라스미드로 유전자전이(transfection) 시키거나 레트로바이러스 발현벡터를 신경 전구세포에 감염시켜서 발현시킨다.In the present invention, in order to process Nurr1 and other cofactors in neural progenitor cells, the gene is transfected into a plasmid containing the Nurr1 gene having the nucleotide sequence described in the sequence list or expressed by infecting the neural progenitor cells with a retrovirus expression vector. Let's do it.

본 발명에서 신경 전구세포에 B-27 무혈청 보강제(B-27 serum-free supplement, Life Technologies, USA) 또는 아스코르브산(ascorbic acid)을 첨가하여 Nurr1을 처리하면 B-27 무혈청 보강제 및 아스코르브산이 없는 처리에 비해 도파민성 신경세포로의 분화효율이 3 - 5 배 정도 증가한다. 상기 신경 전구세포에 첨가하는 아스코르브산의 최종 농도는 통상 50 내지 500 μM을 첨가하는 것이 바람직하고, 100 내지 400 μM을 첨가하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 신경 전구세포에 첨가하는 B-27 무혈청 보강제의 최종 농도는 통상 0.4 내지 10%를 첨가하는 것이 바람직하고, 1 내지 5%를 첨가하는 것이 더욱 바람직하다. 아울러, 상기 신경 전구세포에 B-27 무혈청 보강제 및 아스코르브산을 동시에 첨가하는 것이 바람직하다. In the present invention, when B-27 serum-free supplement (B-27 serum-free supplement, Life Technologies, USA) or ascorbic acid is added to Nurr1, the B-27 serum-free adjuvant and ascorbic acid are treated. Differentiation efficiency into dopaminergic neurons is increased by 3-5 times compared to no treatment. The final concentration of ascorbic acid added to the neural progenitor cells is usually preferably added 50 to 500 μM, more preferably 100 to 400 μM. In addition, the final concentration of the B-27 serum-free adjuvant added to the neural progenitor cells is usually preferably added 0.4 to 10%, more preferably 1 to 5%. In addition, it is preferable to simultaneously add the B-27 serum-free adjuvant and ascorbic acid to the neural progenitor cells.

상술한 바에 따르면, 형태적, 기능적으로 성숙한 도파민성 신경세포로의 분화가 가능하다. 본 발명에 있어서, "성숙"은 신경세포의 수지상 돌기의 가지수 및 그 길이가 증가하는 형태학적 성숙 및 주변의 신경세포와 시냅스를 형성하고 시냅스를 통해 자신이 생산한 신경전달물질을 분비하여 기능적으로 성숙한 것으로 정의한다. As described above, morphologically and functionally differentiation into mature dopaminergic neurons is possible. In the present invention, "maturation" refers to the morphological maturation of the dendritic protrusions and length of the neurons and to form synapses with surrounding neurons and to secrete the neurotransmitters produced by them through synapses. It is defined as mature.

구체적으로, 성숙하지 않은 어린 신경세포는 신경세포의 표지 단백질인 튜블린 Ⅲ(tublin Ⅲ) 또는 MAP2(a+b) 등과 신경전달물질인 GABA, 글루타민산염(glutamate), 도파민, 세로토닌(serotonin)등을 발현할 뿐 다른 신경세포와의 시냅스를 형성하는 등의 현상은 일어나지 않는다. 또한, 형태학적으로도 어린 신경세포는 양쪽으로만 가지를 뻗고 그 가지의 길이가 짧다. Specifically, young neurons that are not mature are tubulin III (tublin III) or MAP2 (a + b), which are neuronal marker proteins, and GABA, glutamate, dopamine, serotonin, and neurotransmitters. It does not occur, such as to form a synapse with other neurons. In addition, morphologically, young neurons extend only on both sides and have short branches.

그러나 성숙된 신경세포는 수지상 돌기의 가지수가 증가하고 그 길이도 길어지는 등의 형태학적인 성숙이 일어난다. 또한, 기능적으로도 주변의 신경세포와 시냅스를 형성하고 시냅스를 통해 직접 생산한 신경전달물질을 분비하며, 이는 전기생리학적인 분석을 통해 확인할 수 있다. However, mature neurons undergo morphological maturation such as dendritic dendritic branches and longer lengths. In addition, it also forms synapses with neighboring nerve cells and secretes neurotransmitters produced directly through synapses, which can be confirmed through electrophysiological analysis.

본 발명에서 일차 신경세포에 아스코르브산을 첨가하면 도파민성 신경세포의 수지상 돌기의 가지수가 많아지고 그 길이가 증가하며, 전기 생리학적 분석에서 mEPSC(miniature excitatory post-synaptic current; 꼬마연접후전류)의 크기와 빈도가 처리하지 않은 세포에 비해 크게 증가함을 보임으로써 Nurr1 및 기타 공동인자는 도파민성 신경세포를 비롯한 신경세포의 형태학적 및 기능적 성숙도 유발함을 알 수 있다(도 3,4,6 내지 9 참조). In the present invention, when ascorbic acid is added to primary neurons, the number of dendritic protrusions of dopaminergic neurons increases and their length increases, and in the electrophysiological analysis of mEPSC (miniature excitatory post-synaptic current) It can be seen that Nurr1 and other cofactors cause morphological and functional maturation of neurons, including dopaminergic neurons, by showing a significant increase in size and frequency compared to untreated cells (FIGS. 3, 4, 6 to 6). 9).

본 발명의 Nurr1 및 기타 공동인자에 의해 분화 유도된 도파민성 신경세포가 파킨슨병의 세포치료에 사용될 수 있는지를 알아보기 위하여, 본 발명자들은 랫트 태아 대뇌 피질 신경 전구세포에 Nurr1 및 기타 공동인자 처리로 분화 유도된 도파민성 신경세포를 파킨슨씨병 모델 랫트의 줄무늬체(선조체)에 이식하고 그 증상의 호전정도를 회전검사(회전 test)를 이용하여 조사하였다. 그 결과, Nurr1및 기타 공동인자로 처리한 세포 이식 후 회전수가 현저히 감소되었으며, 이식조직에서 세포의 정착 및 분화가 잘 유도되었다. 상기 결과로부터 Nurr1 및 기타 공동인자에 의해 분화 유도된 도파민성 신경세포가 파킨슨씨병의 세포치료에 사용될 수 있음을 알 수 있다.In order to determine whether dopaminergic neurons differentiated by Nurr1 and other cofactors of the present invention can be used for cell therapy of Parkinson's disease, the present inventors have applied the treatment of Nurr1 and other cofactors to rat fetal cortical neuronal progenitor cells. Differentiation-induced dopaminergic neurons were transplanted into the striatum of striatum in Parkinson's disease model rats and their improvement was investigated using a rotation test. As a result, the number of rotations after cell transplantation treated with Nurr1 and other cofactors was significantly reduced, and the settlement and differentiation of cells in the transplanted tissues were well induced. From the above results, it can be seen that dopaminergic neurons induced by differentiation by Nurr1 and other cofactors can be used for cell therapy of Parkinson's disease.

상기와 같이, 신경 전구세포에 Nurr1 및 기타 공동인자를 처리하여 분화시킨 도파민성 신경세포는 파키슨씨병을 포함한 뇌신경 퇴행성 질환의 세포치료에 유용하게 사용될 수 있다. As described above, dopaminergic neurons differentiated by treating Nurr1 and other cofactors in neural progenitor cells may be usefully used for cell therapy of neurodegenerative diseases including Parkinson's disease.

이와 같이, 본 발명의 Nurr1과 공동인자가 도입된 신경 전구세포 혹은 상기 신경 전구세포로부터 분화된 도파민성 신경세포는 파킨슨씨병, 알츠하이머, 헌팅톤병(Huntington's disease), 근위축성 측면 경화증(amyotriophic lateral sclerosis), 뇌졸증(stroke) 및 국소빈혈을 포함하는 뇌신경 질환에 대한 세포 치료 및 유전자 치료에 유용하게 사용될 수 있다. As such, the neural progenitor cells into which the Nurr1 and the cofactor of the present invention are introduced or the dopaminergic neurons differentiated from the neural progenitor cells are Parkinson's disease, Alzheimer's disease, Huntington's disease, and amyotriophic lateral sclerosis. It can be usefully used for cell therapy and gene therapy for brain neurological diseases including stroke and ischemia.

이때, 상기 세포 치료용 조성물에 포함되는 과량의 신경세포를 얻는 방법으로는, 먼저 분리한 신경 전구세포에 Nurr1 전사인자 유전자 및 기타 공동인자들을 도입하여 선별한 후 이를 시험관내에서 적절한 조건으로 증식, 분화시켜 얻은 도파민성 신경세포를 사용하거나 또는 분리된 신경 전구세포를 충분히 증식시킨 다음 여기에 Nurr1 전사인자 유전자 및 기타 공동인자를 도입하고 이를 도파민성 신경세포로 분화시켜 사용할 수 있다. In this case, as a method of obtaining an excess of neurons included in the cell therapy composition, the Nurr1 transcription factor gene and other cofactors are first introduced into the isolated neural progenitor cells and selected, and then proliferated under appropriate conditions in vitro, Dopaminergic neurons obtained by differentiation can be used, or the neural progenitor cells can be sufficiently propagated, and then Nurr1 transcription factor genes and other cofactors can be introduced and differentiated into dopamine neurons.

또한, 본 발명의 신경 전구세포로부터 분화된 도파민성 신경세포를 이용한 유전자 치료방법의 일 예로서, 상기 신경 전구세포 또는 이로부터 분화된 도파민성 신경세포에서 특정 뇌질환과 관련된 유전자(예컨대, 도파민 합성에 관여하는 타이로신 하이드록시나제 유전자)가 발현될 수 있도록 추가적으로 유전자를 도입하고 상기 신경 전구세포 또는 이로부터 분화된 도파민성 신경세포를 동물의 뇌조직에 이식함으로써 목적하는 유전자를 동물의 신경계 내로 도입하는 방법에 이용될 수 있다. 따라서 본 발명의 방법에 의해 분화된 신경세포는 유전자를 동물의 신경계 내로 도입하는 유용한 도구가 될 수 있다. In addition, as an example of a gene therapy method using dopaminergic neurons differentiated from neural progenitor cells of the present invention, genes related to specific brain diseases (eg, dopamine synthesis) in the neural progenitor cells or dopaminergic neurons differentiated therefrom. To introduce the desired gene into the animal nervous system by additionally introducing a gene to allow expression of the tyrosine hydroxynase gene) and transplanting the neural progenitor cells or the dopaminergic neurons differentiated therefrom into brain tissue of the animal. It can be used in the method. Thus, neurons differentiated by the methods of the present invention can be useful tools for introducing genes into the nervous system of animals.

본 발명의 방법에 의해 생산된 도파민성 신경세포를 유효성분으로 하는 치료용 조성물은 공지의 방법에 따라 환자의 생체 내로 주입될 수 있는데, 예를 들어 Freed CR (N Engl J Med. 2001,344:710)들이 발표한 임상 방법들을 이용할 수 있다. The therapeutic composition comprising the dopaminergic neurons produced by the method of the present invention as an active ingredient can be injected into a patient's body according to a known method, for example Freed CR ( N Engl J Med . 2001,344: The clinical methods published by 710 can be used.

상기 도파민성 신경세포의 1회 투여량은 치료하고자 하는 질환, 질환의 중증도, 투여경로, 환자의 체중, 연령 및 성별 등의 여러 관련 인자를 고려하여 증감이 가능하다. The single dose of dopaminergic neurons can be increased or decreased in consideration of various related factors such as the disease to be treated, the severity of the disease, the route of administration, and the weight, age and sex of the patient.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.

쥐 태아 대뇌피질 전구 세포의 일차 배양Primary Culture of Rat Fetal Cortical Progenitor Cells

본 발명자들은 도파민성 신경세포로 분화하기 위하여 신경 전구세포를 랫트로부터 분리하여 배양하였다. 모든 동물 실험은 NIH 지침서를 따라 수행하였다.The inventors cultured neural progenitor cells from rats to differentiate into dopaminergic neurons. All animal experiments were performed according to the NIH guidelines.

구체적으로, E 14 스프래그-다우리(Sprague-Dawley) 랫트(KOATECK, 한국에서 구입)로부터 대뇌피질(Cortex)을 잘라내었고, 상기 분리해낸 조직을 CMF-HBSS(Ca2+/Mg2+-free HBSS)(Invitrogen, Carlsland, CA)에서 분쇄하여 세포들을 물리적으로 떼어내었다. Specifically, cortex was cut from E 14 Sprague-Dawley rats (KOATECK, purchased in Korea), and the isolated tissue was cut into CMF-HBSS (Ca 2+ / Mg 2+ −). cells were physically detached by grinding in free HBSS) (Invitrogen, Carlsland, Calif.).

세포들을 커버슬립(계대되지 않은 (P0) 배양용, 12mm 직경, Carolina Biological Supply Company, Burlington, NC) 또는 10 ㎝ 조직배양접시 (계대된 (P1) 배양용, Corning, NY, 폴리오르니틴/피브로넥틴으로 미리 코팅시킴)에 20,000cells/cm2으로 배양시켰다. 20 ng/㎖의 bFGF(basic fibroblast growth factors)(R&D Systems, Minneapolis, MN)가 포함된 무혈청 N2 배지하에서 상기 신경 전구세포를 증식시켰다. Cells can be covered in slipslip (for non- passaged (P0) culture, 12 mm diameter, Carolina Biological Supply Company, Burlington, NC) or 10 cm tissue culture dish (for passaged (P1) culture, Corning, NY, polyornithine / fibronectin Pre-coated with) to 20,000 cells / cm 2 . The neural progenitor cells were grown under serum-free N2 medium containing 20 ng / ml of basic fibroblast growth factors (bFGF) (R & D Systems, Minneapolis, MN).

바닥의 60-80%를 덮은(전형적으로 시험관내(in vitro) bFGF-증식에 3-4일 소요됨) 전구체를 1시간 동안 CMF-HBSS하에서 배양한 다음 물리적으로 떼어내고 N2+bFGF(P1 단세포물)내 미리 코팅된 커버 슬립상에 배양시켰다. Precursors covering 60-80% of the bottom (typically 3-4 days in vitro bFGF-proliferation) were incubated under CMF-HBSS for 1 hour, then physically detached and the N2 + bFGF (P1 single cell) Incubated on a pre-coated cover slip.

몇몇 실험용으로, CMF-HBSS에 1시간 배양된 전구체를 cell lifter (Corning)를 이용하여 떼어내고 추가 분쇄없이 폴리오르니틴/피브로넥틴 코팅된 커버 슬립상에서 직접 배양시켰다(P1 클러스터). For some experiments, precursors incubated for 1 hour in CMF-HBSS were detached using a cell lifter (Corning) and incubated directly on polyornithine / fibronectin coated cover slips without further grinding (P1 cluster).

바닥의 50-60%를 덮을때(전형적으로 세포 재치후 1-2일 소요됨) P1 혹은 P0 세포에 레트로바이러스성 형질 도입을 수행하였다. 세포 분화는 200mM 아스코르브산(AA, Sigma, St Louis, MO)가 포함된 무혈청 N2 배지내에서 bFGF 투여중지에 의해 유도하였다. 5% CO2 배양기에서 37℃ 배양을 유지하고, 이틀에 한번씩 배지를 갈아주었으며, bFGF는 분화 전까지 매일 넣어주었다. 몇몇 실험을 위하여, 배양물에 소니 헤지호그(SHH, R&D systems) 혹은 시클로파민(Toronto Research Chemicals, North York, Canada)를 첨가하였다. Retroviral transduction was performed on P1 or P0 cells when covering 50-60% of the bottom (typically 1-2 days after cell placement). Cell differentiation was induced by suspension of bFGF in serum-free N2 medium containing 200 mM ascorbic acid (AA, Sigma, St Louis, Mo.). The culture was maintained at 37 ° C. in a 5% CO 2 incubator, the medium was changed every other day, and bFGF was added daily before differentiation. For some experiments, Sony hedgehog (SHH, R & D systems) or cyclopamine (Toronto Research Chemicals, North York, Canada) was added to the culture.

레트로 바이러스성 산물 및 감염Retro Viral Products and Infections

본 연구에 사용된 발현 벡터는 대한민국 특허 344090을 기반으로 하여 레트로바이러스성 벡터 pIRES-LacZ 혹은 pIRES-GFP에 기초하여 만들었다. The expression vector used in this study was made based on the retroviral vector pIRES-LacZ or pIRES-GFP based on Korean Patent 344090.

Nurr1을 발현하는 상기 레트로바이러스성 벡터 pNurr1-IRES-LacZ 및 pNurr1-IRES-GFP(N)는 PCR에 의해 증폭시킨 Nurr1 cDNA 분해물을 pIRES-LacZ 및 pIRES-GFP의 IRES 분획의 상방에 각각 삽입하여 만들었다. The retroviral vectors pNurr1-IRES-LacZ and pNurr1-IRES-GFP (N) expressing Nurr1 were made by inserting Nurr1 cDNA digests amplified by PCR above the IRES fractions of pIRES-LacZ and pIRES-GFP, respectively. .

pNurr1-IRES-LacZ 벡터내 Nurr1 서열을 N-SHH (서해영, 아주대, 한국), Smo-M2(Arnon Resenthal, Genentech, Inc.), Bcl-XL, Mash1, Ngn1 혹은 Ngn2로 대체하여 각각의 발현 벡터를 제조하였다. Bi-cistronic(pNurr1-IRES-SHH (NH), pNurr1-IRES-Bcl-XL (NB), 및 pNurr1-IRES-Mash1 (NM)) 혹은 tri-cistronic 벡터 (pNurr1-IRES-SHH-IRES-Bcl-XL (NHB))를 pNurr1-IRES-LacZ의 LacZ를 각 DNA 분해물로 대체하여 제조하였다. Nurr1 sequence in pNurr1-IRES-LacZ vector was replaced with N-SHH (Seo Haeyoung, Ajou University, Korea), Smo-M2 (Arnon Resenthal, Genentech, Inc.), Bcl-XL, Mash1, Ngn1 or Ngn2 Was prepared. Bi-cistronic (pNurr1-IRES-SHH (NH), pNurr1-IRES-Bcl-XL (NB), and pNurr1-IRES-Mash1 (NM)) or tri-cistronic vector (pNurr1-IRES-SHH-IRES-Bcl-) XL (NHB)) was prepared by replacing LacZ of pNurr1-IRES-LacZ with each DNA lysate.

상기 레트로바이러스성 벡터는 293gpg 패키징 세포(Lipofectamine, Invitrogen)내로 유전자전이하였고 바이러스성 분획(VSV-G pseudotyped 재조합 레 트로바이러스)을 포함하는 상청액을 접종 72시간후 얻었다. 바이러스성 적정기로 5x106 particles/ml로 조정하였다. 신경전구체를 폴리브렌(1mg/ml) 존재하에 2시간동안 바이러스성 상청액과 함께 배양하고, 밤새 N2+bFGF내에 배양한 다음 bFGF의 투약중지에 의해 다음날 분화시켰다. The retroviral vector was transfected into 293gpg packaging cells (Lipofectamine, Invitrogen) and obtained 72 hours after inoculation of the supernatant containing the viral fraction (VSV-G pseudotyped recombinant retrovirus). Viral titrator was adjusted to 5 × 10 6 particles / ml. Neuroprecursors were incubated with viral supernatant for 2 hours in the presence of polybrene (1 mg / ml), incubated overnight in N2 + bFGF and then differentiated the next day by discontinuation of bFGF.

공동 발현 연구는 세포를 각각의 바이러스성 제조물(1:1, v:v)의 bi-/tri-cistronic 벡터 혹은 그 혼합물로 감염시켜 수행하였다.Co-expression studies were performed by infecting cells with bi- / tri-cistronic vectors or mixtures of each viral preparation (1: 1, v: v).

세포 생존능력 검정 Cell Viability Assay

생육가능한 세포의 총수를 위상차현미경하에 전 실험기간동안 관찰하였다. 분해되고 응집된 아폽토시스 핵를 갖는 세포는 DAPI 염색으로 육안 관찰하였다. 세포 생존능력을 활성화된 캐스페이즈 3 (activated caspase 3) 검정, 락테이트 디하이드로게나제(LDH) 검정 (Promega, Madison, WI), 말단 데옥시뉴클레오티딜 트란스터라제-매개된 dUTP nick 말단 라벨링(TUNEL) 검정 (Roche, Mannheim, Germany) 및 면역독성화학법을 사용하여 결정하였다. The total number of viable cells was observed during the whole experiment under phase contrast microscope. Cells with degraded and aggregated apoptotic nuclei were visually observed by DAPI staining. Activated caspase 3 assay, lactate dehydrogenase (LDH) assay (Promega, Madison, WI), terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick terminal labeling for cell viability (TUNEL) Assay (Roche, Mannheim, Germany) and immunotoxicity chemistry.

매질내 LDH 활성은 제조업자의 권고사항에 따라 Cytotox 96 킷트(Promega)에 의해 측정하였다. 그 결과는 1% Tripton X-100에 셀 용해시켜 얻어진 최대 LDH 방출 %로 표현하였다. LDH activity in the medium was measured by Cytotox 96 kit (Promega) according to the manufacturer's recommendations. The results are expressed in% of maximum LDH release obtained by cell dissolution in 1% Tripton X-100.

RT-PCT 및 면역블롯 분석 RT-PCT and immunoblot analysis

총 RNA 제조, cDNA 합성 및 RT-PCT 반응을 통상 알려진 방법대로 수행하였다. 프라이머 시퀀스(전방 및 후방), 열처리온도, PCR 사이클수 및 생성물 사이즈(기본쌍)의 정보는 다음과 같다: Otx1 (5'-GCTGTTCGCAAAGACTCGCTAC-3', 5'-ATGGCTCTGGCACTGATACGGATG-3', 62℃, 30cycles, 425bp); Emx2 (5'-TTCGAACCGCCTTCTCGCCG -3',5'-TGAGCCTTCTTCCTCTAG -3', 59℃, 35cycles, 188bp); Pax6 (5'-CCAAAGTGGTGGACAAGATTGCC-3', 5'-TAACTCCGCCCATTCACTGACG-3', 58℃, 35cycles, 419bp); SHH (5'-GGAAGATCACAAACTCCGAAC-3', 5'-GGATGCGAGCTTTGGATTCATAG-3', 58℃, 32cycles, 354bp); Smo (5'-TGCTGTGTGCTGTCTACATGCC-3', 5'-TCTTGGGGTTGTCTGTCCTCAC-3', 58℃, 32cycles, 240bp); Ptc (5'-GGCAAGTTTTTGGTTGTGGGTC-3',5'-CCATGTAACCTGTCTCCGTGATAAG-3', 58℃, 35cycles, 355bp); Bcl-XL (5'-CAAGCTTTCCCAGAAAGGAT-3', 5'-TGAAGAGTGAGCCCAGCAGA-3', 58℃, 33cycles, 702bp); Synapsin (5'-CCACCCCCACAAGGCCAGCAACA-3', 5'-GGTCCCCCGGCAGCAGCAATGATG-3', 58℃, 29cycles, 512bp); Synaptophysin (5'-TGGTATCCTACCGCATTC-3', 5'-ACTCACCTCATAGCTCC-3', 58℃, 26cycles, 379bp); GAP43 (5'-AGAAAGCAGCCAAGCTGAGGAGG-3', 5'-CAGGAGAGACAGGGTTCAGGTGG-3', 58℃, 26cycles, 167bp); Rho8 (5'-ACGGGAAGCAGGTAGAGTTG-3',5'-GATGGGCACATTTGGACAG-3', 58℃, 21cycles, 191bp); Scg10 (5'-CTACCCGGAGCCTCGCAAC-3', 5'-ACCTGGGCCTCCTGAGACTTC-3', 58℃, 21cycles, 231bp); GAPDH (5'-GGCATTGCTCTCATTGACAA-3', 5'-AGGGCCTCTCTCTTGCTCTC-3', 25℃, 60cycles, 165bp). Total RNA preparation, cDNA synthesis and RT-PCT reactions were performed according to commonly known methods. Information on primer sequences (front and back), heat treatment temperature, PCR cycles and product size (base pair) is as follows: Otx1 (5'-GCTGTTCGCAAAGACTCGCTAC-3 ', 5'-ATGGCTCTGGCACTGATACGGATG-3', 62 ° C, 30cycles , 425 bp); Emx2 (5′-TTCGAACCGCCTTCTCGCCG-3 ′, 5′-TGAGCCTTCTTCCTCTAG-3 ′, 59 ° C., 35cycles, 188 bp); Pax6 (5′-CCAAAGTGGTGGACAAGATTGCC-3 ′, 5′-TAACTCCGCCCATTCACTGACG-3 ′, 58 ° C., 35cycles, 419 bp); SHH (5′-GGAAGATCACAAACTCCGAAC-3 ′, 5′-GGATGCGAGCTTTGGATTCATAG-3 ′, 58 ° C., 32 cycles, 354 bp); Smo (5′-TGCTGTGTGCTGTCTACATGCC-3 ′, 5′-TCTTGGGGTTGTCTGTCCTCAC-3 ′, 58 ° C., 32 cycles, 240 bp); Ptc (5′-GGCAAGTTTTTGGTTGTGGGTC-3 ′, 5′-CCATGTAACCTGTCTCCGTGATAAG-3 ′, 58 ° C., 35cycles, 355 bp); Bcl-XL (5′-CAAGCTTTCCCAGAAAGGAT-3 ′, 5′-TGAAGAGTGAGCCCAGCAGA-3 ′, 58 ° C., 33cycles, 702 bp); Synapsin (5′-CCACCCCCACAAGGCCAGCAACA-3 ′, 5′-GGTCCCCCGGCAGCAGCAATGATG-3 ′, 58 ° C., 29 cycles, 512 bp); Synaptophysin (5′-TGGTATCCTACCGCATTC-3 ′, 5′-ACTCACCTCATAGCTCC-3 ′, 58 ° C., 26 cycles, 379 bp); GAP43 (5′-AGAAAGCAGCCAAGCTGAGGAGG-3 ′, 5′-CAGGAGAGACAGGGTTCAGGTGG-3 ′, 58 ° C., 26cycles, 167 bp); Rho8 (5′-ACGGGAAGCAGGTAGAGTTG-3 ′, 5′-GATGGGCACATTTGGACAG-3 ′, 58 ° C., 21 cycles, 191 bp); Scg10 (5′-CTACCCGGAGCCTCGCAAC-3 ′, 5′-ACCTGGGCCTCCTGAGACTTC-3 ′, 58 ° C., 21 cycles, 231 bp); GAPDH (5′-GGCATTGCTCTCATTGACAA-3 ′, 5′-AGGGCCTCTCTCTTGCTCTC-3 ′, 25 ° C., 60 cycles, 165 bp).

단백질을 배양된 세포 용해액으로부터 추출하고, 전기영동하고 통상 알려진 바와 같이 니트로셀룰로오스 필름으로 단백질전이하였다. 상기 블롯을 항-쥐 신경세포-특이 class III β-튜블린 (TuJ1, Covance, Richmond, CA, 1:1,000), TH (Sigma, 1:5,000), β-액틴 (Abcam, Cambridge, UK, 1:5,000) 항체, 이어서 퍼옥시다제로 컨쥬게이트된 항-쥐 혹은 토끼 IgG (Cell 시그널링 Technology, Beverly, MA, 1:2,000)로 탐침하였다. 얻어진 밴드들을 ECL 검출 킷트 (Amersham Pharmacia, Buckinghamshire, UK)로 육안 관찰하였다.Proteins were extracted from cultured cell lysates, electrophoresed and protein transferred into nitrocellulose films as commonly known. The blot was anti-rat neuronal-specific class III β-tubulin (TuJ1, Covance, Richmond, CA, 1: 1,000), TH (Sigma, 1: 5,000), β-actin (Abcam, Cambridge, UK, 1 : 5,000) probes with an antibody followed by anti-rat or rabbit IgG conjugated with peroxidase (Cell Signaling Technology, Beverly, MA, 1: 2,000). The resulting bands were visually observed with an ECL detection kit (Amersham Pharmacia, Buckinghamshire, UK).

DA 레벨 관찰 및 DA 흡수 검정 DA Level Observation and DA Absorption Assay

DA 레벨 측정을 위한 HPLC 분석은 통상 알려진 방법을 약간 변형하여 수행하였다. 배양된 세포로부터 시험관내(in vitro) DA 방출을 관찰하기 위하여, 24웰 배양물내 분화된 전구 세포를 24시간 혹은 15분(기본 방출)동안 500 ㎕ N2 + AA 매질 혹은 15분간(자극에 의한 방출) 56mM KCl과 결합된 동일 매질내에서 배양하였다. 그런 다음 상기 매질을 수집하고 0.1mM EDTA 함유 0.1N 퍼클로로산 내에서 안정화시키고, 알루미늄 흡수에 의해 추출하였다. HPLC analysis for the determination of DA levels was carried out with a slight modification of commonly known methods. To observe in vitro DA release from cultured cells, differentiated progenitor cells in 24-well cultures with 500 μl N2 + AA medium or 15 minutes (stimulated release) for 24 hours or 15 minutes (basic release). ) Were cultured in the same medium combined with 56 mM KCl. The medium was then collected and stabilized in 0.1 N perchloroic acid containing 0.1 mM EDTA and extracted by aluminum absorption.

이식된 동물의 이식조직내 DA 함량을 측정하기 위하여, 이식조직 중심에서 얻어진 조직(대략 2mm 직경 사이즈)을 0.1mM EDTA 함유 0.2 N 퍼클로로산 내에서 균질화한 다음 10분간 원심분리하였다. 그 상청액을 원심분리 여과장치(microcon YM-10, Millipore Co., MA, USA)를 통해 10분간 12,000 g에서 여과하고 DA 레벨 측정에 사용하였다.To determine the DA content in the transplanted tissue of the transplanted animal, the tissue obtained at the center of the transplant (approximately 2 mm diameter size) was homogenized in 0.2 N perchloro acid containing 0.1 mM EDTA and then centrifuged for 10 minutes. The supernatant was filtered through a centrifugal filtration device (microcon YM-10, Millipore Co., Mass., USA) at 12,000 g for 10 minutes and used for DA level measurement.

DA를 0.5 ml/min의 유속하에 역상 m-Bondapak C18 column (150x3.0 mm, Eicom, Japan)으로 분리하였다. 전기활성 화합물을 분석가능한 세포와 전류측정 검출기 (ECD-300, Eicom)를 사용하여 +750 mV에서 분석하였다. DA was separated by reversed phase m-Bondapak C18 column (150 × 3.0 mm, Eicom, Japan) at a flow rate of 0.5 ml / min. Electroactive compounds were analyzed at +750 mV using analytical cells and amperometric detectors (ECD-300, Eicom).

DA 레벨은 내부 표준(50nM methyl-DOPA)과 각 실험 직전 및 직후 주입된 1-50 nM DA (external standard) 를 포함하는 카테콜아민 표준 혼합물을 사용하여 계산하였다. DA 운반체 (DAT)-매개된 특정 DA 흡수를 인간 ES 세포-유래 DA 신경세포 특정화와 관련하여 최근 알려진 대로 (Park, et al., J. Neurochem., 2005, 92:1265) 수행되었다. DA levels were calculated using a catecholamine standard mixture comprising an internal standard (50 nM methyl-DOPA) and 1-50 nM external standard (DA) injected immediately before and immediately after each experiment. DA carrier (DAT) -mediated specific DA uptake was performed as recently known in connection with human ES cell-derived DA neuronal characterization (Park, et al., J. Neurochem ., 2005, 92: 1265).

전기생리학Electrophysiology

표준 전세포 패치 클램프 기법을 사용하여 전체 세포를 recording함으로써 생화학분석을 수행하였다. Nurr1-발현 세포를 GFP 발현 (Nurr1-IRES-GFP)으로 확인하였다. Nurr1-발현세포내 Mash1 혹은 SHH 및 Bcl-XL 의 공동 발현 연구를 상술한 방법에 따라 수행하였다. Biochemical analysis was performed by recording whole cells using standard whole cell patch clamp technique. Nurr1-expressing cells were identified by GFP expression (Nurr1-IRES-GFP). Co-expression studies of Mash1 or SHH and Bcl-XL in Nurr1-expressing cells were performed according to the method described above.

시험관내(in vitro) 분화 10일후, 각 GFP 및 Nurr1-발현 세포를 생화학분석용으로 선택하였다. 패치 전극은 2-4 MΩ의 저항을 갖는다. 상기 세포막 콘덴서 및 일련의 저항은 패치-클램프 증폭기(Axopatch-200A; Axon Instruments, Foster City, CA)를 사용하여 전자적으로 상쇄시켰다( 전형적으로 > 80 %). After 10 days of in vitro differentiation, each GFP and Nurr1-expressing cells were selected for biochemical analysis. The patch electrode has a resistance of 2-4 MΩ. The cell membrane condenser and series of resistors were electronically canceled (typically> 80%) using a patch-clamp amplifier (Axopatch-200A; Axon Instruments, Foster City, Calif.).

전류 프로토콜 발생 및 데이터 취득은 아날로그-대-디지털 컨버터 (Digidata 1322A; Axon Instruments)가 장착된 IBM 컴퓨터상에서 pClamp 8.2 소프트웨어를 사용하여 수행하였다. 모든 실험은 실온(21-24℃)에서 수행하였다. 전류 클램프 모드내에서 막 전위를 기록하기 위하여, 패치 피펫 용액은 (mM 단위로) KCl 134, MgCl2 1.2, MgATP 1, Na2GTP 0.1, EGTA 10, 글루코오스 14 및 HEPES 10.5 (KOH로 pH 7.2로 조정됨)를 포함하였다. 욕조 용액으로는 (mM 단위로) NaCl 134, KCl 5, CaCl2 2.5, MgCl2 1.2, 글루코오스 14 및 HEPES 10.5 (NaOH로 pH 7.4로 조정됨)를 포함하였다. Current protocol generation and data acquisition was performed using pClamp 8.2 software on an IBM computer equipped with an analog-to-digital converter (Digidata 1322A; Axon Instruments). All experiments were performed at room temperature (21-24 ° C.). To record the membrane potential in current clamp mode, the patch pipette solution was (in mM) KCl 134, MgCl 2 1.2, MgATP 1, Na 2 GTP 0.1, EGTA 10, Glucose 14 and HEPES 10.5 (to pH 7.2 with KOH). Adjusted). Bath solutions included (in mM) NaCl 134, KCl 5, CaCl 2 2.5, MgCl 2 1.2, Glucose 14 and HEPES 10.5 (adjusted to pH 7.4 with NaOH).

배양된 세포 및 대뇌 절단면상에 면역염색Immunostaining on Cultured Cells and Cerebral Cleavage

배양된 세포 혹은 냉각절단된 대뇌 절단면을 PBS내 4% 파라포름알데히드에 20분간 고정시키고 밤새 4℃에서 일차 항체로 반응시켰다. 일차 항체로는 항-토끼 TH (Pel-Freez, Rogers, AR, 1:250), TuJ1 (Covance, Richmond, CA, 1:2,000), 항- 쥐 TH (Sigma, 1:10,000), 항-GFP (Roche, Mannheim, Germany, 1:400) 및 미세소관 연관 단백질 2(a+b) (MAP2, Sigma, 1:500), 항-토끼 활성 캐스페이즈 3 (Cell 시그널링, Beverly, MA, 1:200)를 사용하였다. Cultured cells or cold cut cerebral sections were fixed in 4% paraformaldehyde in PBS for 20 minutes and reacted with primary antibody overnight at 4 ° C. Primary antibodies include anti-rabbit TH (Pel-Freez, Rogers, AR, 1: 250), TuJ1 (Covance, Richmond, CA, 1: 2,000), anti-rat TH (Sigma, 1: 10,000), anti-GFP (Roche, Mannheim, Germany, 1: 400) and microtubule associated protein 2 (a + b) (MAP2, Sigma, 1: 500), anti-rabbit active caspase 3 (Cell signaling, Beverly, MA, 1: 200 ) Was used.

적당한 형광-택이 달린 (Jackson Immunoresearch Laboratories, West Grove, PA) 2차 항체를 육안 관찰을 위해 사용하였다. 세포 및 조직 단면을 DAPI (Vector Laboratories, Burlingame, CA)를 포함하는 VECTASHIELD내에 탑재시키고 형광 현미경 (Nikon, Tokyo, Japan) 혹은 Carl Zeiss LMS 510 공초점현미경 (Carl Zeiss, Jena, Germany)을 사용하여 분석하였다.Secondary antibodies with appropriate fluorescent-tack (Jackson Immunoresearch Laboratories, West Grove, Pa.) Were used for visual observation. By mounting the cell and tissue section in VECTASHIELD containing (Vector Laboratories, Burlingame, CA) DAPI was used a fluorescence microscope (Nikon, Tokyo, Japan) or Carl Zeiss LMS 510 confocal microscope (Carl Zeiss, Jena, Germany) Analyzed.

신경돌기 성장에 대한 형태학적 분석Morphological analysis of neurite growth

TH+ 세포의 신경돌기 길이를 통상 알려진 대로 측정하였다. 상세하게는 20-50 TH+ 세포를 최소 3가지 배양물로부터 임의로 선택하여 3회 독립하여 실험하였다. 상기 세포는 Axiocam 디지탈 카메라 시스템이 장착된 Axiovert 위상차현미경상에서 사진찍으며, branch의 체세포부터 팁까지 신경돌기 길이는 Axiovision 영상 분석기 (Carl Zeiss)를 사용하여 측정하였다. 전체 신경돌기 길이를 세포당 모든 신경돌기의 결합된 길이로서 정의하였다. Neurites length of TH + cells were measured as commonly known. Specifically, 20-50 TH + cells were tested independently three times with random selection from at least three cultures. The cells were photographed on an Axiovert phase contrast microscope equipped with an Axiocam digital camera system, and the neurite length from the somatic cell to the tip of the branch was measured using an Axiovision image analyzer (Carl Zeiss). Total neurite length was defined as the combined length of all neurite per cell.

외과 공정 및 거동 실험Surgical Process and Behavior Experiments

동물을 National Institutes of Health guidelines에 따라 처리하였다. 암컷, 스프래그-다우리 랫트 (200-250g)을 흑질 및 MFB(정중 전뇌 관속, median forebrain bundle) 내로 6-OHDA (Sigma)에 의해 일면 정위 주입 손상시켰다. Animals were treated according to the National Institutes of Health guidelines. Female, Sprague-Dawley rats (200-250 g) were unilaterally implanted injured by 6-OHDA (Sigma) into the black matter and MFB (median forebrain bundle).

손상 4주후, 동물을 약제-유도 회전 불균형(암페타민 3 mg/kg i.p., Sigma)에 대하여 실험하였다. 회전 등급을 60분간 자동화된 로토미터 시스템 (Med Associate Inc., St. Albans, Vermont)에서 모니터링하였다. 손상에 대하여 5회/분 동측을 갖는 동물을 이식용으로 선택하였다. Four weeks after injury, animals were tested for drug-induced rotational imbalance (amphetamine 3 mg / kg i.p., Sigma). Rotation ratings were monitored for 60 minutes in an automated rotometer system (Med Associate Inc., St. Albans, Vermont). Animals with 5 / minor side for injury were selected for transplantation.

전지 무운동(Forelimb akinesia)을 세포이식에 앞서 3회 '발디딤 테스트'로 측정하였으며 세포이식후 8주동안 1주마다 반복하였다.동물이 후방으로(10초간 90cm) 움직이는 동안 상기 절제되지 않은 전지의 발디딤수를 세었다. 손상된 측과 손상되지 않은 측의 발디딤 %를 정량화하였다(3회 시도/시간 평균). Forelimb akinesia was measured three times prior to cell transplantation by a 'footfoot test' and repeated every week for 8 weeks after cell transplantation. Footsteps of the non-resected cell while the animal was moving backwards (90 cm for 10 seconds). Counted The percent foot foot on the injured and intact side was quantified (3 trials / time average).

레트로바이러스 감염후 2일째에, bFGF로 증식된 전구체를 물리적으로 분해하고 세포 부유액 3 ㎕ (PBS내 1.5 X 105 세포/㎕)를 KDS310 나노 펌프 (KD Scientific Inc., Holliston, MA)를 사용하여 동측 선조체 내로 5분 주기동안 주입 (22 G needle)하였다. 세포를 3자리(브레그마 관련 AP, ML 및 V로 조정되고 3.5 mm에서 dura (1) -0.03, -0.30, -0.58 (2) -0.03, -0.40, -0.58 (3) 0.03, -0.35, -0.58 incisor bar set)에 주입하였다. On day 2 after retroviral infection, the precursors propagated with bFGF were physically degraded and 3 μl of cell suspension (1.5 × 10 5 cells / μl in PBS) was purified using a KDS310 nanopump (KD Scientific Inc., Holliston, Mass.). A 22 G needle was injected into the ipsilateral striatum for 5 minutes. Cells were adjusted to 3-digit (Bregma related AP, ML and V and dura (1) -0.03, -0.30, -0.58 (2) -0.03, -0.40, -0.58 (3) 0.03, -0.35, at 3.5 mm -0.58 incisor bar set).

바늘은 각 주입후 5분간 그대로 남겨두었다. 이식 하루전부터 3주후 까지 렛트에 매일 cyclosporin A(10mg/kg, i.p.)을 주입하였고, 나머지 시기동안에는 5mg/kg씩 저감된 양을 투여하였다. The needle was left for 5 minutes after each injection. Cyclosporin A (10 mg / kg, i.p.) was injected daily into the rats from one day to three weeks after transplantation.

조직학적 절차 Histological Procedure

동물을 마취시키고 (50 mg/kg 페노바비톨) PBS내 4% 파라포름알데히드내에 intracardially 살포하였다. 대뇌를 PBS내 20% 수크로스로 등장시킨 다음 동결 마이크로톰상에서 35㎛로 절단하였다. 유리-부유 단면을 통상 알려진 TH-면역조직화학 절차에 따라 진행하였다. TH+ 세포수의 측정 또한 통상 알려진 바와 같다.Animals were anesthetized (50 mg / kg phenobarbitol) and sprayed intracardially in 4% paraformaldehyde in PBS. The cerebrum was emerged with 20% sucrose in PBS and then cut to 35 μm on frozen microtome. Glass-rich sections were performed according to commonly known TH-immunohistochemistry procedures. Measurement of TH + cell number is also commonly known.

세포 계수 및 통계 분석Cell counting and statistical analysis

세포 계수는 5-20 현미경 필드/웰, 3-6 웰/실험 조건의 균일한 무작위 선택에 의해 수행하였으며, 얻어진 데이터는 평균±SEM으로 표시하였다. 통계 비교는 2이상의 그룹이 포함될 때 ANOVA with Tukey post hoc 분석 (SPSS 12.0; SPSS Inc., Chicago, IL)으로 수행하여 비교하였다. Cell counts were performed by uniform random selection of 5-20 microscopic fields / well, 3-6 wells / experimental conditions, and the data obtained were expressed as mean ± SEM. Statistical comparisons were performed using ANOVA with Tukey post hoc analysis (SPSS 12.0; SPSS Inc., Chicago, IL) when two or more groups were included.

<실시예 1: 계대되지 않은 (P0) 및 계대된 (P1)랫트 태아 신경 전구 세포로부터 Nurr1-유도 DA 세포의 신경분화> Example 1 Neuronal Differentiation of Nurr1-Induced DA Cells from Unpassed (P0) and Passed (P1) Rat Fetal Neuronal Progenitor Cells>

Nurr1의 발현에 의한 다수의 신경 전구체내 DA 신경전달물질 발현을 확인하 였지만 신경 분화 레벨은 세포간 매우 다양하였다. Nurr1을 단독발현하는 장기간 증식된 성인 신경 전구체는 신경세포 특성을 나타내지 못하였다. 그러나, 단기간 증식된 Nurr1-유도 태아 신경 전구체의 부분 모집단에서 신경세포가 확인된 것으로 보고되었다. 이같은 발견은 Nurr1-유도 DA 세포내 신경 분화가 시험관내(in vitro) 증식기간 혹은 전구 세포의 발달기에 의존할 수 있다는 것을 제시한다. The expression of DA neurotransmitters in a number of neural progenitors by the expression of Nurr1 was confirmed, but the level of neural differentiation varied widely between cells. Long-lived adult neural precursors expressing Nurr1 alone did not exhibit neuronal properties. However, it has been reported that neurons were identified in a subpopulation of Nurr1-induced fetal neural precursors that proliferated for a short time. These findings suggest that neuronal differentiation in Nurr1-induced DA cells may depend on the duration of in vitro proliferation or the developmental period of progenitor cells.

Nurr1-유도 신경 전구체상에서 우리의 이전 연구는 시험관내 수일간 증식후 물리적 및 재배양된 계대(P1) 세포에서 수행되었다. 이들 조건은 계대되지 않아 이미 15% 이상의 분화된 신경세포를 포함하는 신경 전구체(P0) 대비 순수한 신경 전구체 (P1)(> 95% nestin+ 세포, < 1% of TuJ1+ 신경세포)을 보장하도록 선택되었다. Our previous study on Nurr1-induced neural precursors was performed on physical and cultured passaged (P1) cells after proliferation for several days in vitro. These conditions were chosen to ensure no neural precursors (P1) (> 95% nestin + cells, <1% of TuJ1 + neurons) compared to neural precursors (P0) that already comprise at least 15% differentiated neurons.

이하, P0와 P1에서 Nurr1-유도 DA 세포의 신경분화 레벨을 실험하고 그 결과를 도 2에 정리하였다. 전구체는 전구 세포 증식의 마지막날(PO: 시험관내 3일째, P1: 시험관내 6일째) Nurr1-레트로바이러스로 형질도입하였다. Hereinafter, the neuronal differentiation level of Nurr1-induced DA cells at P0 and P1 was tested and the results are summarized in FIG. 2. Precursors were transduced with Nurr1-retrovirus on the last day of progenitor cell proliferation (PO: day 3 in vitro, P1: day 6 in vitro).

세포는 분석에 앞서 추가 3-10일간 분화되었다. 우선 Nurr1이 세포 아폽토시스 및 형태에 영향을 미치는지를 실험하였다. Nurr1-형질 도입된 P0 및 P1 배양물에 있어서, 세포 아폽토시스는 LacZ-형질 도입된 대조 배양물 대비 증가하였다. 분화 3일후, 아폽토시스 핵(분해 혹은 응집된)을 갖는 세포 %는 lacZ-형질 도입된 대 조 배양물 대비 Nurr1-형질 도입에 있어 현저하게 증가하였다: P0 배양물내 16.5±1.0%:10.9±0.8%; P1 배양물내 15.7±0.8%: 10.6±0.5%(n= 35-60 현미경 필드, 3-8 커버글래스, p>0.001). Cells were differentiated for an additional 3-10 days prior to analysis. First, it was tested whether Nurr1 affects cellular apoptosis and morphology. For Nurr1-type introduced P0 and P1 cultures, cell apoptosis was increased compared to LacZ-type introduced control cultures. After 3 days of differentiation, the percentage of cells with apoptotic nuclei (digested or aggregated) increased significantly in Nurr1-form introduction compared to lacZ-form introduced control cultures: 16.5 ± 1.0%: 10.9 ± 0.8% in P0 culture. ; 15.7 ± 0.8% in P1 culture: 10.6 ± 0.5% (n = 35-60 microscope field, 3-8 cover glass, p> 0.001).

도 2a에서 보듯이, 신경돌기 길이는 대조 배양물 (LacZ-IRES-GFP) 대비하여 Nurr1 (Nurr1-IRES-GFP)로 형질 도입된 세포내에서 현저하게 감소되었다. 이같은 결과는 아폽토시스에 의해 세포 생존률이 저하됨으로써 발생하는 것으로 생각되지만 아직 분명하지는 않다. As shown in FIG. 2A, neurite length was significantly reduced in cells transduced with Nurr1 (Nurr1-IRES-GFP) compared to control culture (LacZ-IRES-GFP). This result is thought to be caused by decreased cell viability due to apoptosis, but it is not yet clear.

도 2b에서 보듯이, P0 및 P1 배양물에 있어, Nurr1 형질 도입은 TH의 유도발현, DA 신경세포내 특정 마커 발현을 유도하였다. Nurr1-유도 DA 세포의 형태학은 P1 배양물 대비 P0 배양물내 TH+ 섬유의 총길이내 현저한 증가 결과를 나타내었다 (P0: 84.0±4.9 mm; P1: 14.2±5.7 mm, n= 40-50, p<0.001). 형태학적 분화에 있어 데이터와 일치하여, 대다수 부분의 TH+ 세포는 신경세포 마커 TuJ1과 MAP2를 P1 배양물 대비 P0 배양물내에서 많이 발현되었다. As shown in Figure 2b, in P0 and P1 cultures, Nurr1 transduction induced induced expression of TH, expression of specific markers in DA neurons. Morphology of Nurr1-induced DA cells showed a significant increase in the total length of TH + fibers in P0 culture compared to P1 culture (P0: 84.0 ± 4.9 mm; P1: 14.2 ± 5.7 mm, n = 40-50, p <0.001 ). Consistent with data on morphological differentiation, the majority of TH + cells expressed the neuronal markers TuJ1 and MAP2 in P0 cultures compared to P1 cultures.

도 2c에서 보듯이, 시험관내 분화 3일째, TuJ1는 TH+ 세포를 37.3±2.4% (P0) 및 8.6±1.2% (P1)로 동시에 발현하였다(n= 25, p<0.001). MAP2 발현 결과 시험관 분화 10일째, P0에서 모든 TH+ 세포의 65.0±4.7%내이었고, P1에서 TH+ 세포의 11.7±1.8% 이었다 (n= 30, p<0.001). 이는 P0 배양물내 Nurr1-TH+ 세포가 P1 배양물 대비하여 보다 고도의 신경 분화를 나타내는 것을 입증한다.As shown in FIG. 2C, on day 3 of in vitro differentiation, TuJ1 simultaneously expressed TH + cells at 37.3 ± 2.4% (P0) and 8.6 ± 1.2% (P1) (n = 25, p <0.001). MAP2 expression results in vitro differentiation on day 10 were within 65.0 ± 4.7% of all TH + cells at P0 and 11.7 ± 1.8% of TH + cells at P1 (n = 30, p <0.001). This demonstrates that Nurr1-TH + cells in P0 culture exhibit higher neuronal differentiation compared to P1 culture.

<실시예 2: Nurr1-TH+ 세포의 SHH-매개 형태학적 분화>Example 2: SHH-Mediated Morphological Differentiation of Nurr1-TH + Cells

P0 및 P1 배양물간 주된 차이점은 P1 세포내 시험관내 전구 세포 증식에 보다 긴 기간이 소요되는 것 (6일 P1내: 3일 P0내)과, P1의 물리적 계대(P0 세포는 계대되지 않음)에 있다. The main differences between P0 and P1 cultures are that longer periods of proliferation of P1 in vitro progenitor cells (in 6-day P1: in 3-day P0) and physical passage of P1 (P0 cells are not passaged). have.

우선, 물리적 계대 절차가 P1 대 P0 배양물에 있어 신경분화의 감소된 수준에 영향을 미치는지를 실험하였다. 정규 계대 절차는 CMF-HBSS 접종후 세포 클러스터를 단세포 부유물로 물리적 분쇄하는데 기초하였다. First, it was tested whether the physical passage procedure affected the reduced level of neuronal differentiation in P1 to P0 cultures. Regular passage procedures were based on physical grinding of cell clusters into single cell suspensions after CMF-HBSS inoculation.

세포와 세포의 상호작용 효과를 실험하기 위하여, 분쇄없이 동일하게 세포 클러스터를 재배양하였다. 도 3a에서 보듯이, 이같은 조건하에 Nurr1-TH 세포의 형태학적 분화는 P0 배양물에 비하여 P1 클러스터는 현저하게 변경되지 않은데 반해, 단세포 부유물을 갖는 P1 배양물 (P1 단세포)는 P0보다 훨씬 불량하였다 (P0 배양물 (P0): 67.5±4.2 mm, P1 클러스터 (P1C): 43.0±11.7 mm, P1 단세포 (P1D): 9.3±0.7 mm, n=25-30). 이같은 결과는 계대도중 세포와 세포사이 접촉의 분열이 Nurr1-유도 DA 세포의 신경세포 성숙에 부정적으로 영향을 미치는 것을 입증한다. In order to examine the effect of cell interactions with cells, the cell clusters were rearranged identically without grinding. As shown in Figure 3a, under these conditions, the morphological differentiation of Nurr1-TH cells was not significantly altered in the P1 cluster compared to the P0 culture, whereas the P1 culture with unicellular suspension (P1 single cell) was much worse than P0. (P0 culture (P0): 67.5 ± 4.2 mm, P1 cluster (P1C): 43.0 ± 11.7 mm, P1 single cell (P1D): 9.3 ± 0.7 mm, n = 25-30). These results demonstrate that disruption of cell-to-cell contact during passage has a negative effect on neuronal maturation of Nurr1-induced DA cells.

P1 배양내 TH+ 섬유의 저감된 길이는 물리적 분쇄도중 세포질 프로세스의 손실에 기인하지 않는다. P1 배양물에 대하여 계대된 세포에 비하여 제조시점에 분쇄 된 피질에 대한 물리적 분쇄의 유사 레벨을 적용하였다. 그 결과 P0 및 P1 배양물과 비교하여 세포 이식후 6-24시간동안 세포 형태에 있어 큰 차이를 관찰할 수 없었다(데이터 미도시). The reduced length of TH + fibers in the P1 culture is not due to the loss of cellular processes during physical grinding. Similar levels of physical grinding for the ground cortex were applied at the time of preparation compared to passaged cells for P1 culture. As a result, no significant difference in cell morphology was observed for 6-24 hours after cell transplantation compared to P0 and P1 cultures (data not shown).

분쇄된 것과 분쇄되지 않은 P1 Nurr1-유도 DA 세포사이에서 관찰된 차이를 분자학적으로 이해해보고자 한다. 유전자 발현 구배를 P0, P1 단세포 및 P1 클러스터 배양물내에서 신경전구체로부터 만들었다. 시험된 후보자 마커, SHH 발현은 P1 클러스터 배양물내에서 유지되는데 반해 P1 단세포물에선 완전히 손실되었다. Molecular understanding of the differences observed between crushed and uncrushed P1 Nurr1-induced DA cells is provided. Gene expression gradients were made from neuroprecursors in P0, P1 single cells and P1 cluster cultures. The candidate marker tested, SHH expression, was maintained in P1 cluster culture, while completely lost in P1 single cells.

도 3c에서 보듯이, P1 분리된 배양물의 SHH (500ng/ml)로의 발현이 Nurr1-유도 DA 세포내 TH 섬유 길이를 증가시키는 것을 발견하였다 (SHH 처치: 46.0±3.6 mm, 처치되지 않은 대조군: 11.8±1.3 mm, n=45, p<0.001). SHH 수용체를 지속저으로 활성화시킨 Smo-M2 유전자 발현은 22 kD SHH N-말단 도메인의 발현과 비교될만한 결과를 나타내었다 (Nurr1-IRES-SHH vector, NH, 43.3±4.8 mm, n=20, 데이터 미도시). As shown in FIG. 3C, expression of P1 isolated culture with SHH (500 ng / ml) was found to increase the TH fiber length in Nurr1-induced DA cells (SHH treatment: 46.0 ± 3.6 mm, untreated control: 11.8 ± 1.3 mm, n = 45, p <0.001). Smo-M2 gene expression with persistently low SHH receptors was comparable with that of the 22 kD SHH N-terminal domain (Nurr1-IRES-SHH vector, NH, 43.3 ± 4.8 mm, n = 20, data Not shown).

나아가, 도 3b에서 보듯이, P0 배양물내 Nurr1-DA 세포의 신경돌기 생성물은 대조군 대비 잘 특징화된 SHH 억제제 사이클로파민으로 처리시 강하게 억제되었다 (cyclopamine: 6.5±3.0 mm; control: 76.0±3.6 mm, n=30, p<0.001). P0 배양물을 SHH로 처리하거나 혹은 P1 배양물을 사이클로파민으로 처리하는 것은 미처리 대조 배양물 대비하여 TH+ 섬유 길이에 있어 현저한 변화를 유도하지 않았다(데이터 미도시). 이는 계대도중 내재성 SHH의 손실은 Nurr1-유도 DA 세포의 분화에 악영향을 미친다는 사실을 제시한다.Furthermore, as shown in FIG. 3B, neurite products of Nurr1-DA cells in P0 cultures were strongly inhibited upon treatment with the well characterized SHH inhibitor cyclopamine compared to the control (cyclopamine: 6.5 ± 3.0 mm; control: 76.0 ± 3.6 mm , n = 30, p <0.001). Treating the P0 culture with SHH or treating the P1 culture with cyclopamine did not induce a significant change in TH + fiber length compared to the untreated control culture (data not shown). This suggests that loss of endogenous SHH during passage adversely affects the differentiation of Nurr1-induced DA cells.

<실시예 3: Bcl-XL이 후기 발달기로부터 유도된 신경 전구체내 Nurr1-DA 세포의 개선된 분화에 미치는 효과>Example 3 Effect of Bcl-XL on Improved Differentiation of Nurr1-DA Cells in Neural Precursors Induced from Late Developmental Stages

이어서 시험관내(in vitro) 증식 기간이 P0와 P1 Nurr1-TH 세포간 관찰되는 형태학적 차이에 영향을 미치는지를 시험하였다. 신경 전구체의 분화에 영향을 미치는 중요한 인자는 전구체로부터 선택된 용해성 인자를 통한 보다 높은 세포 밀도 촉진 분화에 있다. The in vitro proliferation period was then tested to influence the morphological differences observed between P0 and P1 Nurr1-TH cells. An important factor affecting the differentiation of neural precursors is higher cell density promoted differentiation through soluble factors selected from the precursors.

이에 세포를 저밀도 (4,000 세포 / 10 cm 배양, ~80 세포/cm2)로 배양한 다음 Nurr1 레트로바이러스를 증식 2일 및 5일째에 (계대는 어떤 배양물내에도 포함되지 않음) 형질도입함으로써 주변분비에 의한 영향(paracrine effect)을 최소화하였다. 형질 도입된 배양물의 2일 및 5일에 추가 5일 분화시 분석을 수행하였다. 최소 20 세포 콜로니 (평균 사이즈, >1mm)이하 조건에서, 10 cm 접시마다 관찰하였다. The cells were then cultured at low density (4,000 cells / 10 cm culture, ~ 80 cells / cm 2 ) and then transduced with Nurr1 retroviruses on day 2 and 5 of the proliferation (passage is not included in any culture). The paracrine effect was minimized. Analyzes were performed upon further 5 days of differentiation on days 2 and 5 of the transduced culture. At least 20 cell colonies (average size,> 1 mm) were observed per 10 cm dish.

콜로니의 직경이 증식(직경에 따라 2배 증가) 2-5일로부터 성장하였음에도 불구하고, 배양물내 전체 세포밀도는 파라크린 인자의 간섭으로 매우 낮았다. 도 4 a에서 보듯이, P0 및 P1 배양 데이터와 대조적으로, 신경돌기 생성물은 증식기간이 길수록 (5일 형질 도입된 세포: 6.6±1.0 mm, 2일 형질 도입된 세포: 0.6±0.1 mm, n=20, p<0.001) 배양물내에서 증가하였다.Although the diameter of the colonies grew from 2-5 days of proliferation (doubled with diameter), the total cell density in the culture was very low due to paracrine factor interference. As shown in FIG. 4 a, in contrast to the P0 and P1 culture data, neurite products showed a longer proliferation period (5 days transduced cells: 6.6 ± 1.0 mm, 2 days transduced cells: 0.6 ± 0.1 mm, n = 20, p <0.001) increased in culture.

초기 태아 신경 전구체가 후기 발달기로부터 유도된 전구체의 시험관내(in vitro) 초기 선택 특성을 넓힌다는 것을 발견하였다. 따라서, 시험관내(in vitro) 연장시기에 대하여 확대된 전구체내 개선된 형태학적 성숙에 관한 결과는 전구 세포기내 변화에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 다양한 발달 시기(E12-E18)로부터 분리된 랫트 피질(피질) 전구체의 Nurr1 형질 도입은 유사한 차이를 낳는 것을 확인하고자 한다. It was found that early fetal neural precursors broaden the in vitro early selection properties of precursors derived from late development. Thus, results on improved morphological maturation in the expanded precursors over in vitro prolongation may affect changes in progenitor phase. Therefore, it is intended to confirm that Nurr1 transduction of rat cortical (cortical) precursors isolated from various developmental periods (E12-E18) produces similar differences.

도 4b에서 보듯이, 후기 발달기로부터 유도된 신경전구체는 초기 발달기에 비해 세포 분화도가 높은 것을 발견하였다(E18 P0 배양물: 101.7±5.2 mm E16 P0: 98.2±3.0 mm E14 P0: 74.7±8.4 mm; E12 P0: 63.5±5.1 mm, n=35-40, p<0.001). 이같은 데이터는 신경 전구기가 Nurr1-유도 DA 세포내 신경 분화정도에 영향을 미치기 때문인 것으로 여겨진다. As shown in FIG. 4B, it was found that the neural precursors derived from the late developmental phase had higher cell differentiation rate compared to the early developmental phase (E18 P0 culture: 101.7 ± 5.2 mm E16 P0: 98.2 ± 3.0 mm E14 P0: 74.7 ± 8.4 mm E12 P0: 63.5 ± 5.1 mm, n = 35-40, p <0.001). These data are believed to be because neural progenitors influence the degree of neural differentiation in Nurr1-induced DA cells.

항-아폽토시스 단백질 Bcl-2 및 Bcl-XL는 DA 신경세포 분화를 향상시키는 인자로 판단된다. 흥미롭게도, 증가된 Bcl-XL 발현이 개선된 형태학적 성숙과 연관된 단계에서 후기 태아로부터 분리된 전구체내에서 증가되었다. 이에 Bcl-XL의 발현이 Nurr1-DA 세포 (Nurr1-IRES-Bcl-XL vector, NB)내 신경 분화를 향상시키는지에 대하여 실험하였다. Anti-apoptotic proteins Bcl-2 and Bcl-XL are believed to be factors that enhance DA neuronal differentiation. Interestingly, increased Bcl-XL expression was increased in precursors isolated from late fetuses at stages associated with improved morphological maturation. We tested whether Bcl-XL expression enhances neuronal differentiation in Nurr1-DA cells (Nurr1-IRES-Bcl-XL vector, NB).

도 4c에서 보듯이, 형질 도입된 세포 NB는 Nurr1-IRES-LacZ 형질 도입된 세포 (N)에 비해 신경돌기 길이가 현저하게 증가하는 것을 확인하였다(NB: 62.0±5.2 mm versus N: 10.3±0.6 mm, n=20-25, p<0.001).As shown in Figure 4c, it was confirmed that the transduced cells NB significantly increased neurite length compared to Nurr1-IRES-LacZ transduced cells (N) (NB: 62.0 ± 5.2 mm versus N: 10.3 ± 0.6 mm, n = 20-25, p <0.001).

<실시예 4: Nurr1-유도 DA 신경세포 분화에 있어 bHLH 인자의 다양한 작용>Example 4 Various Actions of bHLH Factor in Nurr1-Induced DA Neuronal Differentiation

신경세포 bHLH 전사 인자는 전구세포의 신경세포 특정 및 세포분열이후 세포 신경세포의 형태학적 및 기능적 성숙에 있어 중요한 역할을 수행할 것으로 여겨진다. 이에 본 발명자는 bHLH 단백질의 공지된 신경유전자 효과가 Nurr1-유도 DA 세포내 한정된 신경세포 기여 및 성숙을 극복할 수 있는지를 확인하였다. Neuronal bHLH transcription factors are believed to play an important role in morphological and functional maturation of cellular neurons after progenitor neuronal specificity and cell division. The present inventors confirmed that the known neurogenic effects of bHLH protein can overcome the limited neuronal contribution and maturation in Nurr1-induced DA cells.

도 9a에서 보듯이, 모든 bHLH 단백질이 TuJ1로 평가된 전체 신경 분화에 있어 유사한 효과를 보인 반면, Nurr1-유도 DA 세포의 분화에 있어 현저한 차이를 보였다. 도 9b와 9c에서 보듯이, Nurr1-IRES-Mash1 retrovirus (NM)의 발현은 Nurr1-DA 세포의 형태학적 분화에 있어 TH+ 세포 수득률에 영향을 미치지 않으면서 현저한 증가를 야기한다 (NM: 147.4±50.9 mm versus N: 9.0±1.8 ㎛). As shown in Figure 9a, all bHLH protein showed a similar effect on the total neuronal differentiation evaluated by TuJ1, while there was a significant difference in the differentiation of Nurr1-induced DA cells. As shown in Figures 9B and 9C, expression of Nurr1-IRES-Mash1 retrovirus (NM) results in a significant increase in morphological differentiation of Nurr1-DA cells without affecting TH + cell yield (NM: 147.4 ± 50.9 mm versus N: 9.0 ± 1.8 μm).

도 9a에서 보듯이, Nurr1 및 atonal family에 속하는 Ngn1 혹은 Ngn2의 공동 발현은 TH+ 세포의 거의 완전한 손실을 야기한다. 전체 세포중 % TH+ 세포는 Nurr1+Ngn1가 1.1±0.6 %이고, Nurr1+Ngn2가 2.8±0.9 %인데 반해, Nurr1+LacZ (N)는 41.1±2.0 %이었다. As shown in FIG. 9A, co-expression of Ngn1 or Ngn2 belonging to the Nurr1 and atonal family causes almost complete loss of TH + cells. Among the total cells, Nurr1 + Ngn1 was 1.1 ± 0.6% and Nurr1 + Ngn2 was 2.8 ± 0.9%, whereas Nurr1 + LacZ (N) was 41.1 ± 2.0%.

이같은 결과는 bHLH 단백질이 신경세포 특이성 및 성숙에는 현저한 효과를 나타내면서 Nurr1-유도 신경 전구체의 DA 신경세포 특이성에 있어서는 Ngn1과 Ngn2가 억제효과를 나타내는 것을 보이는 것이다.These results indicate that bHLH protein has a remarkable effect on neuronal specificity and maturation, while Ngn1 and Ngn2 have inhibitory effects on DA neuronal specificity of Nurr1-induced neuronal precursors.

<실시예 5: Bcl-XL/ SHH 및 Mash1는 Nurr1-DA 세포의 분화를 각각 규제한다> Example 5: Bcl-XL / SHH and Mash1 Regulate Differentiation of Nurr1-DA Cells, respectively>

SHH 및 Bcl-XL은 Nurr1-DA 세포 (Nurr1-IRES-SHH-IRES-Bcl-XL, NHB) 82.5±1.5 mm, NH: 38.0±5.8 mm, NB: 62.2±6.1 mm, n=25-40)내 신경돌기 성장에 있어 추가 효과를 갖는다. 그러나, Mash1을 Bcl-XL 혹은 SHH와 동시에 발현하거나 혹은 Nurr1 유도 DA 세포내에서 Bcl-XL+SHH와 Mash1을 동시에 발현시 효과를 발견할 수 없었다(데이터 미도시). SHH and Bcl-XL are Nurr1-DA cells (Nurr1-IRES-SHH-IRES-Bcl-XL, NHB) 82.5 ± 1.5 mm, NH: 38.0 ± 5.8 mm, NB: 62.2 ± 6.1 mm, n = 25-40) Has an additional effect on my neurite outgrowth. However, no effect was found when Mash1 was simultaneously expressed with Bcl-XL or SHH, or when Bcl-XL + SHH and Mash1 were simultaneously expressed in Nurr1 induced DA cells (data not shown).

따라서, Bcl-XL 및 SHH의 발현 혹은 Mash1의 발현이 Nurr1 유도 DA 세포내 신경세포 및 도파민성 분화를 조절하는데 작용하는 것으로 추론된다. 이를 입증하기 위하여 다른 인자들에 대하여, 즉 glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), Wnt-5a, Pax2, DAT, 및 tissue inhibitor of metalloproteinase (TIMP)에 대하여도 실험해 보았으나 효과를 발견하지 못하였다 (데이터 미도시). Thus, it is inferred that the expression of Bcl-XL and SHH or the expression of Mash1 acts to regulate neuronal and dopaminergic differentiation in Nurr1 induced DA cells. To demonstrate this, we tested other factors, such as glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), Wnt-5a, Pax2, DAT, and tissue inhibitor of metalloproteinase (TIMP), but did not find any effect. (Data not shown).

<실시예 6: Nurr1-유도 DA 세포의 신경세포 및 도파민성 특성> Example 6 Neuron and Dopaminergic Properties of Nurr1-Induced DA Cells

이어서 형태학적 성숙이 성숙 신경세포 마커 MAP2의 발현에 관련되는지를 관찰하였다. Nurr1-유도 DA 세포 발현 MAP2의 % 정량화는 세포 분화에 있어 형태학적 데이터를 확인하여 수행하고 그 결과를 도 5에 정리하였다. It was then observed whether morphological maturation was involved in the expression of the mature neuronal marker MAP2. % Quantification of Nurr1-induced DA cell expression MAP2 was performed by confirming morphological data on cell differentiation and the results are summarized in FIG. 5.

도 5에서 보듯이, TH+ 세포중 TH+/MAP2+ 세포는 67.5±4.1% (NHB), 71.0±2.4 % (NM) 및 11.8±2.1% (N)였다. 신경돌기 성장 및 성숙에 있어 NHB 및 NM의 효과는 성장 cone 발달(GAP43), 신경돌기 부산물 (Rho8 및 Scg10) 및 시냅스 형성물 (synapsin 및 synaptophysin)과 연관된 유전정보(transcript)에 크게 연관되어 있었다. As shown in FIG. 5, TH + / MAP2 + cells among TH + cells were 67.5 ± 4.1% (NHB), 71.0 ± 2.4% (NM) and 11.8 ± 2.1% (N). The effects of NHB and NM on neurite outgrowth and maturation were largely related to the growth cone development (GAP43), neurite by-products (Rho8 and Scg10), and the transcripts associated with synapsin and synaptophysin.

NHB, NM 혹은 N 형질 도입된 세포시냅스 앞부분의 DA 신경세포 기능은 시험관내(in vitro) DA 방출을 측정하여 평가하였다. HPLC 분석결과 기준 레벨(매질에 15분노출시)에서 검출가능한 DA 레벨은 없었으나 세포의 감작시(56mM KCl을 포함하는 매질내 15분 노출시) DA 방출은 증가하였다. 도 6a에서 보듯이, 모든 조건이 KCl 유도 DA 방출을 나타내는 동안, 그룹간 현저한 정량적 차이가 있었다. DA 레벨은 NHB 2558.2±152.4pg/ml; NM: 3049.9±377.6 pg/ml; 그리고 N: 561.2±50.2pg/ml이었다. DA 물질대사내 기능 차이는 나아가 DA의 DAT-매개 고 친화도 재흡수 여부를 측정하여 평가하였다. DA neuronal function in front of NHB, NM or N transduced cell synapses was assessed by measuring in vitro DA release. HPLC analysis showed no detectable DA level at baseline level (15 min exposure to medium) but increased DA release upon cell sensitization (15 min exposure in medium containing 56 mM KCl). As shown in FIG. 6A, while all conditions showed KCl induced DA release, there was a significant quantitative difference between groups. DA level is NHB 2558.2 ± 152.4 pg / ml; NM: 3049.9 ± 377.6 pg / ml; And N: 561.2 ± 50.2 pg / ml. Differences in function in DA metabolism were further assessed by measuring DA's reuptake of DAT-mediated high affinity.

도 6b에서 보듯이, Nurr1 배양물내 재흡수는 검출한계까지인데 반하여(N: 0.23±0.01 fmol/min/well), NHB 및 NM 이식된 세포는 확실한 DA 흡수: NHB: 4.59±0.50 fmol/min/well; NM: 2.90±0.61 fmol/min/well)이었다. As shown in FIG. 6B, the resorption in Nurr1 culture was up to detection limit (N: 0.23 ± 0.01 fmol / min / well), while NHB and NM transplanted cells showed positive DA uptake: NHB: 4.59 ± 0.50 fmol / min / well; NM: 2.90 ± 0.61 fmol / min / well).

도 6c에서 보듯이, Nurr1-유도 DA 세포 (NHB 그룹)의 전기생리학적분석 결과는 분화된 신경형태를 갖는 세포내 잘 발달된 나트륨 및 칼륨 채널(데이터 미도시), 작용 잠재력은 연장된 감극 전류 주입에 의한 작용 포텐셜 발생, 분화된 신경의 증명 기능을 나타내었다.As shown in FIG. 6C, electrophysiological analysis of Nurr1-induced DA cells (NHB group) showed that well-developed sodium and potassium channels in cells with differentiated neuromorphisms (data not shown), action potentials with extended polarization current Potential action by injection, demonstrated the function of differentiated nerves.

부가하여, 도 6d에서 보듯이, 편광 전류의 세기가 증가함에 따라, 막 편향내 시간 비례한 감소가 있었으며, 이는 물질대사 및 nigrostriatum DA 신경세포에 대한 변형된 특성을 나타낸다. 이들 세포는 또한 도 6e에서 보듯이, 전류 내향 편광을 보이며, 이는 전류-클램프 모드내에서 변형을 재현할 수 있다. 도 6f 내지 h에서 보듯이, 유사한 생화학 패턴 또한 NM으로 감염된 세포내에서 관찰될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 6D, as the intensity of polarization current increased, there was a time proportional decrease in membrane deflection, indicating metabolic and modified properties for nigrostriatum DA neurons. These cells also show current inward polarization, as shown in FIG. 6E, which can reproduce deformation in the current-clamp mode. As shown in Figures 6F-H, similar biochemical patterns can also be observed in cells infected with NM.

<실시예 7: Bcl-XL/SHH, 및 Mash1에 의한 Nurr1-유도 DA 세포 생존률의 시험관내(Example 7: In vitro of Nurr1-induced DA cell viability by Bcl-XL / SHH, and Mash1 in vitro) 개in vitro 선효과>Line Effect>

이식된 DA 신경세포의 생존율은 PD의 동물 모델내 전임상 연구에 있다. 이에 전구체의 생존능력에 있어 본 형질 도입의 효과를 관찰하였다. Survival of transplanted DA neurons is in preclinical studies in animal models of PD. The effect of this transduction on the viability of the precursor was observed.

아폽토시스 핵을 갖는 세포 %는 LacZ-형질 도입된 대조군 배양물 (11.3±0.6 %, N= 40 현미경 필드, LacZ-형질 도입된 대조값은 p<0.001로부터 현저하게 다른 4 커버글래스내) 대비 Bcl-XL (4.2±0.2 %) 혹은 SHH (7.5±0.6 %)로 형질 도입된 배양체내에서 감소되었다. % Cells with apoptotic nuclei were Bcl- compared to LacZ-transduced control cultures (11.3 ± 0.6%, N = 40 microscopy field, LacZ-transformed control in remarkably different 4 cover glass from p <0.001). It was reduced in cultures transduced with XL (4.2 ± 0.2%) or SHH (7.5 ± 0.6%).

이어서 본 발명자는 Nurr1-형질 도입된 전구 세포의 생존에 있어 Bcl-XL, SHH, 및 Mash1의 효과에 대하여 실험하였다. NHB 형질 도입된 세포는 Nurr1 단독(N) 배양물 대비 현저한 세포 생존능력을 보였다. 데이터는 TH+ 세포 총수(A), 세포 총수(B), LDH 방출(C), 아폽토시스 핵을 갖는 세포 %(D), TUNEL+ 세포(E) % 및 활성화된 캐스페이즈 3에 대하여 양성인 세포(F)로서 도 7에 제공되었다. We then tested the effects of Bcl-XL, SHH, and Mash1 on the survival of Nurr1-form introduced precursor cells. NHB transduced cells showed significant cell viability compared to Nurr1 alone (N) culture. Data are TH + cell total (A), cell total (B), LDH release (C),% cells with apoptotic nuclei (D),% TUNEL + cells (E) and cells positive for activated caspase 3 (F) As provided in FIG. 7.

도 7에서 보듯이, Nurr1+SHH+Bcl-XL (NHB)로 형질도입된 배양물내 세포 생존은 세포 생존에 있어 NH 혹은 NB 단독으로 제시하는 것보다 SHH 및 Bcl-XL에 의한 부가 효과가 현저한 것을 제시하였다. Nurr1-형질 도입된 세포 (NM)내 Mash1의 공동발현 또한 개선된 결과를 보였다. As shown in Fig. 7, cell survival in culture transduced with Nurr1 + SHH + Bcl-XL (NHB) was more pronounced by SHH and Bcl-XL than NH or NB alone in cell survival. Presented. Coexpression of Mash1 in Nurr1-transformed cells (NM) also improved.

<실시예 8: 생채내(<Example 8: Fresh vegetable ( In vivo)In vivo) 이식 연구> Transplant Research>

실험의 최종 단계는 파킨슨씨병에 걸린 쥐의 생체내(in vivo) 생존에 대한 Nurr1-유도 DA 세포의 능력, 집적화 및 기능을 확인하는 것이다. The final step in the experiment is to identify the ability, integration and function of Nurr1-induced DA cells for the in vivo survival of mice with Parkinson's disease.

N, NM 및 NHB로 형질 도입된 전구체를 편측 6-OHDA 손상을 갖는 랫트의 손상측 선조체내로 이식되었다. 이식 4주 및 8주에 조직학적 분석을 수행하였다. 도 8a에서 보듯이, NHB 및 NM 형질 도입된 전구체는 Nurr1 단독 세포 (N) 대비 선조체내에서 생존하는 TH+ 세포 수가 현저하게 증가한 것을 보였다. Precursors transfected with N, NM and NHB were transplanted into the injured striatum of rats with unilateral 6-OHDA injuries. Histological analysis was performed at 4 and 8 weeks of transplantation. As shown in FIG. 8A, the NHB and NM transduced precursors showed a marked increase in the number of TH + cells surviving in the striatum relative to Nurr1 alone cells (N).

이식 8주에 TH+ cell/animal의 평균 수는 NHB: 7339±6 NM: 5758±0 TH+ cell/animal이었고, N: 1461±8 TH+ cell/animal (N=5 animals / group; p < 0.05 for NHB and NM versus N)이었다. 세포 생존 효과에 부가하여, 이식된 TH+ 세포내 형태학적 성숙도에 현저한 차이가 있었다. 이식조직내에 NM- 혹은 NHB-유도된 TH+ 세포는 숙주 선조체내로 확대된 다중 긴 공정을 갖는 성숙 신경 형태를 보인데 반해, N-형질 도입된 TH+ 세포는 현저한 신경돌기 수지가 없이 형태학적으로 미숙하였다. 상기 이식조직은 종양 형성의 징후 없이 증식 마커 PCNA에 음성이었다. At 8 weeks of implantation, the average number of TH + cell / animal was NHB: 7339 ± 6 NM: 5758 ± 0 TH + cell / animal, N: 1461 ± 8 TH + cell / animal (N = 5 animals / group; p <0.05 for NHB and NM versus N). In addition to the cell survival effect, there was a significant difference in the morphological maturity of the transplanted TH + cells. NM- or NHB-induced TH + cells in grafts show mature neuronal morphology with multiple long processes that extend into host striatum, whereas N-transduced TH + cells are morphologically immature without significant neurites. It was. The graft was negative for proliferation marker PCNA without signs of tumor formation.

생체내(In vivo ) 이식조직 기능은 나아가 DA 레벨로도 평가하였다. HPLC 분석결과 N 이식조직에 비하여 NHB 혹은 NM 이식조직내 DA 레벨에 있어 현저한 증가를 보였다: 조직당 DA 레벨은 NHB: 이식조직중 단백질 316.3±8.6 mg/mg, NM: 286.8±2.5 mg/mg; N: 49.6±4.7 mg/mg이었다 (N 대비 NHB와 NM 모두에 대하여 N=3 p < 0.05).In vivo (In In vivo ) graft function was further assessed by DA level. HPLC analysis showed a significant increase in DA levels in NHB or NM grafts compared to N grafts: DA levels per tissue were NHB: 316.3 ± 8.6 mg / mg protein in graft, NM: 286.8 ± 2.5 mg / mg; N: 49.6 ± 4.7 mg / mg (N = 3 p <0.05 for both NHB and NM versus N).

거동 분석은 암페타민-유도 회전 거동 (도 8c) 및 발디딤 테스트(도 8d)를 특정하여 수행되었다. 전체적으로, NM 혹은 NHB-변환된 세포로 이식된 동물은 상기 파라미터들에 있어 현저한 증가를 보인다(도 8c,도 8d, 하기표 1 및 2 참조). Nurr1 단독(N)으로는 현저한 거동 복구를 확인할 수 없었다(도 8c 및 8d 참조). Behavior analysis was performed specifying the amphetamine-induced rotational behavior (FIG. 8C) and the valdimdim test (FIG. 8D). Overall, animals transplanted with NM or NHB-transformed cells showed a marked increase in these parameters (see FIG. 8C, FIG. 8D, Tables 1 and 2 below). Nurr1 alone (N) could not confirm significant behavioral recovery (see FIGS. 8C and 8D).

암페타민-회전시 >60% 회복하는 동물의 수(%) Amphetamines: Number of animals recovering> 60% at rotation week PBS, n=8PBS, n = 8 N, n=10N, n = 10 NHB, n=25NHB, n = 25 NM, n=15NM, n = 15 22 0(0)0 (0) 1(10)1 (10) 00 4(20)4 (20) 44 1(12)1 (12) 1(10)1 (10) 6(24)6 (24) 4(20)4 (20) 66 1(12)1 (12) 1(10)1 (10) 9(36)9 (36) 5(33)5 (33) 88 1(12)1 (12) 1(10)1 (10) 9(36)9 (36) 5(33)5 (33)

발디딤에 있어 >60% 회복하는 동물의 수(%)% Of animals recovering> 60% in footsteps week PBS, n=8PBS, n = 8 N, n=10N, n = 10 NHB, n=25NHB, n = 25 NM, n=15NM, n = 15 1One 0(0)0 (0) 0(0)0 (0) 0(0)0 (0) 0(0)0 (0) 22 0(0)0 (0) 0(0)0 (0) 1(4)1 (4) 2(13)2 (13) 33 0(0)0 (0) 0(0)0 (0) 8(32)8 (32) 7(47)7 (47) 44 0(0)0 (0) 1(10)1 (10) 21(84)21 (84) 12(80)12 (80) 55 1(12)1 (12) 1(10)1 (10) 24(96)24 (96) 14(93)14 (93) 66 1(12)1 (12) 1(10)1 (10) 23(92)23 (92) 14(93)14 (93) 77 1(12)1 (12) 1(10)1 (10) 23(92)23 (92) 15(100)15 (100) 88 1(12)1 (12) 1(10)1 (10) 24(96)24 (96) 14(93)14 (93)

이같은 데이터는 SHH 와 BclXL의 발현 혹은 Mash1의 발현이 Nurr1-유도 DA 세포의 시험관내 및 생체내 기능을 증강시키고, 유전자 조작이 PD내 세포 요법에 적절한 공여세포 공급원의 개발에 있어 중요한 전략을 제시할 수 있다. These data suggest that SHH and BclXL expression or Mash1 expression enhances in vitro and in vivo functions of Nurr1-induced DA cells, and that genetic engineering may be an important strategy in the development of donor cell sources suitable for intracellular PD therapy. Can be.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라서 신경 전구세포로부터 분화 및 증식된 도파민성 신경세포는 파킨슨씨병, 알쯔하이머, 뇌졸증, 국소빈혈 등의 뇌신경계 질환 등을 치료하기 위한 세포 대체 요법과 유전자 치료 요법에 이용되거나 신약개발에 있어 약물효과 검정 또는 각종 연구를 위한 재료로 폭넓게 이용될 수 있다. As described above, dopaminergic neurons differentiated and proliferated from neural progenitor cells according to the method of the present invention are cell replacement therapy and gene therapy for treating cerebral nervous system diseases such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease, stroke and ischemia. It can be widely used as a material for therapy or for drug research or various research in new drug development.

<110> Industry-Universoty Cooperation Foundation Hanyang University <120> A method for differentiation of neural precusor cells to matured dopaminergic neuron <130> dp20060283 <160> 26 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for Otx1 <400> 1 gctgttcgca aagactcgct ac 22 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> backward primer for Otx1 <400> 2 atggctctgg cactgatacg gatg 24 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for Emx2 <400> 3 ttcgaaccgc cttctcgccg 20 <210> 4 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> backward primer for Emx2 <400> 4 tgagccttct tcctctag 18 <210> 5 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for Pax6 <400> 5 ccaaagtggt ggacaagatt gcc 23 <210> 6 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> backward primer for Pax6 <400> 6 taactccgcc cattcactga cg 22 <210> 7 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial 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Artificial Sequence <220> <223> forward primer for Synapsin <400> 15 ccacccccac aaggccagca aca 23 <210> 16 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> backward primer for Synapsin <400> 16 ggtcccccgg cagcagcaat gatg 24 <210> 17 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for Synaptophysin <400> 17 tggtatccta ccgcattc 18 <210> 18 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> backward primer for Synaptophysin <400> 18 actcacctca tagctcc 17 <210> 19 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for GAP43 <400> 19 agaaagcagc caagctgagg agg 23 <210> 20 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> backward primer for GAP43 <400> 20 caggagagac agggttcagg tgg 23 <210> 21 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for Rho8 <400> 21 acgggaagca ggtagagttg 20 <210> 22 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> backward primer for Rho8 <400> 22 gatgggcaca tttggacag 19 <210> 23 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for Scg10 <400> 23 ctacccggag cctcgcaac 19 <210> 24 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> backward primer for Scg10 <400> 24 acctgggcct cctgagactt c 21 <210> 25 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for GAPDH <400> 25 ggcattgctc tcattgacaa 20 <210> 26 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> backward primer for GAPDH <400> 26 agggcctctc tcttgctctc 20 <110> Industry-Universoty Cooperation Foundation Hanyang University <120> A method for differentiation of neural precusor cells to matured          dopaminergic neuron <130> dp20060283 <160> 26 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for Otx1 <400> 1 gctgttcgca aagactcgct ac 22 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> backward primer for Otx1 <400> 2 atggctctgg cactgatacg gatg 24 <210> 3 <211> 20 <212> DNA 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agggcctctc tcttgctctc 20  

Claims (17)

설치류 태아의 중뇌(ventral midbrain), 대뇌 피질(cortex) 또는 측면 신경절 융기(lateral ganglionic eminence)(줄무늬체 원기(선조체 anlage)) 유래의 신경전구세포에, Neuroprogenitor cells from the ventral midbrain, cortex or lateral ganglionic eminence (striated anlage) of rodent embryos, Nurr1(nuclear receptor related 1), SHH(sonic hedgehog) 및 Bcl-XL(Bcl2-associated X protein long form)을 동시에 처리함으로써,By simultaneously treating Nuclear Receptor related 1 (Nurr1), sonic hedgehog (SHH) and Bcl2-associated X protein long form (Bcl-XL), 상기 신경전구세포로부터 생체외에서 도파민 신경세포를 수득하며,Obtaining dopamine neurons in vitro from the neural progenitor cells, 상기 도파민 신경세포는, 형태적으로 수지상 돌기의 가지수 및 그 길이에 있어서 분화초기 미성숙 신경세포에 비하여 상기 도파민 신경세포의 섬유의 총 길이가 3 ~ 7 배 증가하고, 기능적으로 주변의 신경세포와 시냅스를 형성함을 특징으로 하는, 도파민 신경세포를 수득하는 방법. The dopamine neuron has a 3 to 7 times increase in the total length of the fibers of the dopamine neuron compared to the early immature neurons in the number and length of dendritic dendritic morphology, and functionally A method for obtaining dopamine neurons, characterized in that it forms a synapse. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 신경 전구세포는 태령 12일 내지 태령 16일인 랫트 태아의 대뇌 피질에서 분리된 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the neural progenitor cells are isolated from the cerebral cortex of rat embryos 12 days to 16 days old. 제1항에 있어서, 상기 처리는 유전자 전이 또는 형질 도입에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein said treatment is performed by gene transfer or transduction. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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