KR101145348B1 - Gene Implicated in Osteoarthritis and Use Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Barx 1(BarH-like homeobox 1) 분자를 이용한 관절염의 예방 또는 치료용 조성물, 관절염 진단 키트 및 관절염 치료제 조성물의 스크리닝 방법에 관한 것이다.
본 발명은 관절 조직의 기능 유지 및 연골세포 생존성 향상을 통해 관절염의 근본적인 예방 또는 치료에 이용될 수 있으며, 특히 원천적인 발병 요인을 제어함으로써 류마티스성 관절염과 그 병리학적인 병인이 확연히 구분되는 퇴행성 관절염의 치료에도 유용하게 이용될 수 있다.
The present invention relates to a method for screening a composition for preventing or treating arthritis, an arthritis diagnosis kit, and an arthritis therapeutic composition using a Barx 1 (BarH-like homeobox 1) molecule.
The present invention can be used for the fundamental prevention or treatment of arthritis through maintaining the function of joint tissues and improving the viability of chondrocytes, in particular, degenerative arthritis in which rheumatoid arthritis and its pathological etiology are clearly distinguished by controlling the underlying pathogens. It can also be useful for the treatment of.

Description

퇴행성 관절염과 관련된 유전자 및 그의 용도{Gene Implicated in Osteoarthritis and Use Thereof}Gene Implicated in Osteoarthritis and Use Thereof}

본 발명은 Barx1(BarH-like homeobox 1) 분자를 이용한 퇴행성 관절염 치료제 개발에 관한 것이다.
The present invention relates to the development of a therapeutic agent for degenerative arthritis using a Barx1 (BarH-like homeobox 1) molecule.

관절염은 인류가 앓고 있는 질환 중 유병률 1위의 다발성 질환이다. 이 중 특히 퇴행성 관절염은 65세 이상 인구 중 70~80%가 75세 이상인 경우에는 거의 100%가 가지고 있는 대표적인 노인성 질환이다. 현재 우리나라는 전체 인구의 10% 이상이 퇴행성 관절염을 앓고 있으며, 이러한 유병률은 한국 사회의 급속한 고령화 추세로 인해 매우 빠르게 증가하고 있다. 또한 전 세계적으로는 약 5억 명 이상의 퇴행성 관절염 환자가 있는 것으로 추정된다. 또한 인간 평균수명의 연장과 함께 인간의 사회활동 기간이 늘어남에 따라, 인류 생활의 질적 측면에서 시급히 극복해야 할 노인성 질환 중에서 중요한 위치를 차지하고 있다.Arthritis is one of the most prevalent diseases among human beings. In particular, degenerative arthritis is a representative senile disease that nearly 100% of people over 65 years old are aged 70-80%. At present, more than 10% of the population in Korea suffers from degenerative arthritis, and the prevalence is increasing very rapidly due to the rapid aging of Korean society. It is also estimated that there are more than 500 million patients with degenerative arthritis worldwide. In addition, as the duration of human social activities increases with the extension of the average life expectancy of humans, it is taking an important position among the senile diseases to be urgently overcome in terms of the quality of human life.

관절조직 내 뼈의 끝부분에 막처럼 둘러져 있으면서 구조적인 완충역할을 하는 연골조직은 뼈끼리 직접 맞닿을 때 생길 수 있는 통증 유발이나 뼈의 마모 등을 예방해주고 있다. 연골세포는 연골조직 내의 유일한 세포 성분으로서 연골조직이 정상적인 기능을 유지하기 위해 필수적인 콜라겐 및 프로테오글리칸 등의 매트릭스를 합성, 분비하고 또한 적정속도로 분해하는 역할을 담당함으로써 관절 연골조직의 기능적 항상성을 유지시켜 주는 데에 필수적인 역할을 담당하고 있다. 따라서 이러한 연골세포의 활성 유지는 관절조직의 구조적 기능성 보존과 직결되어 있다.Cartilage tissue, which is surrounded by a membrane at the end of the bone and acts as a structural buffer, prevents pain and bone wear that can occur when the bones are in direct contact with each other. Chondrocytes are the only cellular components in cartilage tissue, which plays a role in synthesizing, secreting, and degrading collagen and proteoglycan matrix, which are essential for cartilage tissue to maintain normal function, and decomposing at an appropriate rate, thereby maintaining functional homeostasis of articular cartilage tissue. It plays an essential role in giving. Therefore, maintaining the activity of these chondrocytes is directly linked to the structural functional preservation of joint tissues.

연골조직 내 연골세포의 기능이 정상적으로 수행되기 위해서는 연골세포의 생성 및 분화가 적절히 이루어져야 하고, 생성된 연골세포의 생존이 잘 보호되어야 하며, 또한 존재하고 있는 연골세포의 석회화가 지속적으로 억제되어 연골조직의 경화현상이 방지되어야 한다. 퇴행성 관절염의 가장 원천적인 발병 요인은 이러한 관절 연골세포의 본질적인 기능성이 노화에 따라 상실되는 것이다(도 1).In order for the function of chondrocytes in the chondrocytes to function normally, the chondrocytes should be properly formed and differentiated, the survival of the chondrocytes generated should be well protected, and the calcification of the chondrocytes existing is continuously suppressed. Hardening should be prevented. The most common cause of degenerative arthritis is that the intrinsic functionality of these articular chondrocytes is lost with aging (FIG. 1).

퇴행성 관절염 유발의 핵심 요소 중의 하나는 관절 내 연골조직의 양적 손실이며, 이는 연골조직 내 연골세포의 분화 및 생존 유지와 밀접히 연관되어 있다(도 1). 퇴행성 관절염 유발의 또 다른 핵심 요소 중의 하나는 관절 내 연골조직의 경화현상이며, 이는 연골세포의 석회화 현상과 직접적으로 연관되어 있다(도 1). 퇴행성 관절염이 진행되면, 연골조직의 프로테오글리칸 매트릭스가 기계적으로 마모되면서 연골조직이 소실되고 그 결과로 연골 밑 뼈가 드러나게 된다. 또한 이 단계에서 연골세포의 석회화로 인해 신생되는 작은 돌기성 뼛조각들은 그 주변에 침착되어 연골조직의 경화 현상을 일으킴으로써 마모에 의한 연골조직의 소실을 더욱 가속화시키게 된다. 이와 같은 복합적인 관절조직 구조변형이 염증 및 통증을 유발하게 되고, 증상이 심해지면 관절변형과 운동제한을 초래하게 된다.One of the key factors in inducing degenerative arthritis is the quantitative loss of cartilage tissue in the joint, which is closely related to the differentiation and maintenance of cartilage cells in cartilage tissue (FIG. 1). Another key factor in inducing degenerative arthritis is the hardening of cartilage in the joint, which is directly related to the calcification of chondrocytes (FIG. 1). As degenerative arthritis progresses, the proteoglycan matrix of cartilage tissues wears out mechanically, resulting in the loss of cartilage tissue and the resulting subchondral bones. Also, at this stage, small projections generated by the calcification of cartilage cells are deposited around them, causing hardening of the cartilage tissues, thereby accelerating the loss of cartilage tissues due to abrasion. Such complex joint structure deformation causes inflammation and pain, and when the symptoms worsen, joint deformation and exercise restriction are caused.

따라서 퇴행성 관절염의 치유를 위해 가장 근본적이고도 효율적인 접근은 연골세포의 생성 및 분화, 사멸, 석회화 등의 과정을 조절하는 표적을 확보하고 이에 대한 효과적인 제어 기술을 개발하는 것이다(도 2).Therefore, the most fundamental and efficient approach for the treatment of degenerative arthritis is to secure targets that regulate the processes of chondrocyte production and differentiation, killing, calcification, etc. and developing effective control techniques (Fig. 2).

현존하는 관절염 치료 표적은 주로 염증제어과정과 연관되어 있으며, 류마티스성 관절염 치료에 초점이 맞추어져 있는 것이 대부분이다. 그러나 연골조직의 소실로 인해 통증과 염증이 유발되는 퇴행성 관절염과 면역기능의 이상으로 인한 염증반응의 결과로 관절조직이 파괴되는 류마티스성 관절염은 그 병리학적인 원인과 증상에서 명확히 구분 된다(도 3). 퇴행성 관절염의 경우, 염증발현 자체를 질병의 유발 요인이라고 볼 수 없으므로 염증 제어적 접근을 통해서는 퇴행성 관절염에 대한 근본적인 치유책이 도출되어 질 수 없다.Existing arthritis treatment targets are mainly associated with inflammatory control processes and most are focused on the treatment of rheumatoid arthritis. However, degenerative arthritis, which causes pain and inflammation due to loss of cartilage tissue, and rheumatoid arthritis, in which joint tissue is destroyed as a result of an inflammatory response due to abnormal immune function, are clearly distinguished from pathological causes and symptoms (FIG. 3). . In the case of degenerative arthritis, inflammatory expression itself cannot be regarded as a causative agent of disease, and a inflammatory control approach cannot provide a fundamental cure for degenerative arthritis.

지금까지 퇴행성 관절염 치료를 위해 상용화된 효과적인 표적물질은 전 세계적으로 개발되어진 바가 없으며, 현재 퇴행성 관절염의 근본적인 치유책은 부재하고 있다. 따라서 염증 제어와 같은 대증적 접근이 아닌 퇴행성 관절염의 원천적 유발 요인 자체에 직접적으로 작용하는 근본적인 치료 기술의 개발이 절실히 필요하다.
To date, no effective target material commercialized for the treatment of degenerative arthritis has been developed worldwide, and there is no fundamental cure for degenerative arthritis. Therefore, there is an urgent need to develop a fundamental therapeutic technique that directly acts on the underlying cause of degenerative arthritis, rather than on a symptomatic approach such as inflammation control.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

본 발명자는 관절염에 대한 기존의 대증적인 염증 제어적 치료가 아닌 보다 근본적인 예방 및 치료를 위한 조성물을 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, Barx1 유전자 및 단백질의 발현 변화가 퇴행성 관절염의 발병 및 진행과 매우 밀접하게 연관되어 있다는 사실을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made diligent research efforts to develop compositions for more fundamental prophylaxis and treatment rather than existing symptomatic inflammatory control treatments for arthritis. As a result, the present invention was completed by discovering that the expression changes of Barx1 gene and protein are very closely related to the development and progression of degenerative arthritis.

따라서 본 발명의 목적은 관절염의 예방 또는 치료용 조성물을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a composition for preventing or treating arthritis.

본 발명의 다른 목적은 관절염 진단 키트를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide an arthritis diagnostic kit.

본 발명의 또 다른 목적은 관절염 치료제 조성물의 스크리닝 방법을 제공하는 데 있다.
It is another object of the present invention to provide a method for screening an arthritis therapeutic composition.

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 more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 서열목록 제2서열의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드 서열의 발현을 억제하는 핵산 분자를 포함하는 관절염 예방 또는 치료용 조성물을 제공한다.According to an aspect of the present invention, the present invention provides a composition for preventing or treating arthritis, comprising a nucleic acid molecule that inhibits the expression of a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 sequence.

본 발명자는 관절염에 대한 기존의 대증적인 염증 제어적 치료가 아닌 보다 근본적인 예방 및 치료를 위한 조성물을 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, Barx1 유전자 및 단백질의 발현 변화가 퇴행성 관절염의 발병 및 진행과 매우 밀접하게 연관되어 있다는 사실을 발견하였다. 본 발명에 따르면, 서열목록 제2서열의 아미노산 서열은 Barx1 단백질의 아미노산 서열이다.The present inventors have made diligent research efforts to develop compositions for more fundamental prophylaxis and treatment rather than existing symptomatic inflammatory control treatments for arthritis. As a result, it was found that the expression changes of Barx1 gene and protein are closely related to the onset and progression of degenerative arthritis. According to the present invention, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is an amino acid sequence of the Barx1 protein.

본 발명자들은 연골세포의 생존 유지를 위해 요구되는 Nkx3.2에 의한 I-κB 단백질의 유비퀴틴화(1)를 Barx1 유전자가 저해함을 확인하였으며(도 5), 또한 이와 같은 맥락에서 Nkx3.2에 의해 유도되는 NF-κB의 전사기능 활성화가 Barx1에 의해서 현저히 억제됨을 관찰하였다(도 6). 따라서 본 발명의 뉴클레오타이드 서열의 발현을 억제할 경우, 연골세포의 생존과 관계된 NF-κB의 활성은 증가하게 된다.The inventors have found that the Barx1 gene inhibits ubiquitination (1) of I-κB protein by Nkx3.2, which is required for the maintenance of chondrocyte survival (FIG. 5), and also in this context, Nkx3.2. It was observed that the activation of transcriptional function of NF-κB induced by is significantly inhibited by Barx1 (FIG. 6). Therefore, when inhibiting the expression of the nucleotide sequence of the present invention, NF-κB activity associated with the survival of chondrocytes is increased.

본 명세서에서 용어“발현 억제”는 표적 유전자의 기능 저하를 야기하는 뉴클레오타이드 서열상의 변형을 의미하며, 바람직하게는 이에 의해 표적 유전자 발현이 탐지 불가능해지거나 무의미한 수준으로 존재하게 되는 것을 의미한다.As used herein, the term “inhibition of expression” means a modification on the nucleotide sequence that causes a decrease in the function of the target gene, which preferably means that the target gene expression becomes undetectable or is present at an insignificant level.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 본 발명에서 발현이 억제되는 뉴클레오타이드 서열은 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진다.According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleotide sequence whose expression is inhibited in the present invention consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명에 따르면, 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열은 Barx1 유전자의 뉴클레오타이드 서열이다.According to the present invention, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is the nucleotide sequence of the Barx1 gene.

본 발명에서 발현이 억제되는 뉴클레오타이드 서열은 첨부한 서열목록에 기재된 뉴클레오타이드 서열에 한정되지 않는다는 것은 당업자에게 명확하다.It is apparent to those skilled in the art that the nucleotide sequence whose expression is inhibited in the present invention is not limited to the nucleotide sequence described in the attached sequence listing.

뉴클레오타이드에서의 변이는 단백질에서 변화를 가져오지 않는 것도 있다. 이러한 핵산은 기능적으로 균등한 코돈 또는 동일한 아미노산을 코딩하는 코돈 (예를 들어, 코돈의 축퇴성에 의해, 아르기닌 또는 세린에 대한 코돈은 여섯 개이다), 또는 생물학적으로 균등한 아미노산을 코딩하는 코돈을 포함하는 핵산분자를 포함한다. Variations in nucleotides do not result in changes in proteins. Such nucleic acids include functionally equivalent codons or codons that encode the same amino acid (eg, by degeneracy of the codon, six codons for arginine or serine), or codons that encode biologically equivalent amino acids. And nucleic acid molecules.

상술한 생물학적 균등 활성을 갖는 변이를 고려한다면, 본 발명에서 이용되는 핵산 분자는 서열목록에 기재된 서열과 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기의 실질적인 동일성은, 상기한 본 발명의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 60%의 상동성, 보다 바람직하게는 70%의 상동성, 보다 더 바람직하게는 80%의 상동성, 가장 바람직하게는 90%의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다. Considering the above-described variations having biologically equivalent activity, the nucleic acid molecules used in the present invention are also interpreted to include sequences that exhibit substantial identity with the sequences listed in the Sequence Listing. Such substantial identity is at least 60% when the sequences of the present invention are aligned with each other as closely as possible and the aligned sequences are analyzed using algorithms commonly used in the art. By a sequence that shows homology, more preferably 70% homology, even more preferably 80% homology, and most preferably 90% homology.

서열비교를 위한 얼라인먼트 방법은 당업계에 공지되어 있다. 얼라인먼트에 대한 다양한 방법 및 알고리즘은 Smith and Waterman, Adv . Appl . Math . 2:482(1981); Needleman and Wunsch, J. Mol . Bio. 48:443(1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol . Biol . 24: 307-31(1988); Higgins and Sharp, Gene 73:237-44(1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5:151-3(1989); Corpet et al., Nuc . Acids Res . 16:10881-90(1988); Huang et al., Comp . Appl . BioSci . 8:155-65(1992) and Pearson et al., Meth . Mol . Biol . 24:307-31(1994)에 개시되어 있다. NCBI Basic Local Alignment Search Tool(BLAST)(Altschul et al., J. Mol . Biol . 215:403-10(1990))은 NBCI(National Center for Biological Information) 등에서 접근 가능하며, 인터넷 상에서 blastp, blasm, blastx, tblastn and tblastx와 같은 서열 분석 프로그램과 연동되어 이용할 수 있다. BLSAT는 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/에서 접속 가능하다. 이 프로그램을 이용한 서열 상동성 비교 방법은 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html에서 확인할 수 있다.
Alignment methods for sequence comparison are known in the art. Various methods and algorithms for alignment are described in Smith and Waterman, Adv . Appl . Math . 2: 482 (1981) ; Needleman and Wunsch, J. Mol . Bio. 48: 443 (1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol . Biol . 24: 307-31 (1988); Higgins and Sharp, Gene 73: 237-44 (1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5: 151-3 (1989); Corpet et al., Nuc . Acids Res . 16: 10881-90 (1988); Huang et al., Comp . Appl . BioSci . 8: 155-65 (1992) and Pearson et al., Meth . Mol . Biol . 24: 307-31 (1994). The NCBI Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) (Altschul et al., J. Mol . Biol . 215: 403-10 (1990)) is accessible from the National Center for Biological Information (NBCI) and the like, and is available on the Internet in blastp, blasm, It can be used in conjunction with sequencing programs such as blastx, tblastn and tblastx. BLSAT is accessible at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/. Sequence homology comparison methods using this program can be found at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 본 발명의 핵산 분자는 shRNA, siRNA, miRNA, 리보자임(ribozyme), PNA(peptide nucleic acids) 또는 안티센스 올리고뉴클레오타이드이다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 핵산분자는 shRNA이다.According to a preferred embodiment of the invention, the nucleic acid molecule of the invention is shRNA, siRNA, miRNA, ribozyme, peptide nucleic acids (PNA) or antisense oligonucleotide. More preferably, the nucleic acid molecule of the present invention is shRNA.

본 명세서에서 용어 “shRNA(small hairpin RNA)”는 단일 가닥으로 50-70개로 구성된 뉴클레오타이드를 의미하며, in vivo상에서 스템-루프(stem-loop) 구조를 이루고 있다. 즉, shRNA는 RNA 간섭을 통해 유전자 발현을 억제하기 위한 타이트한 헤어핀 구조를 만드는 RNA 서열이다. 5-10개의 뉴클레오타이드의 루프 부위 양쪽으로 상보적으로 19-29개의 뉴클레오타이드의 긴 RNA가 염기쌍을 이루어 이중가닥의 스템을 형성한다. shRNA는 언제나 발현되도록 하기 위하여 U6 프로모터를 포함하는 벡터를 통해 세포 내로 형질도입되며 대개 딸세포로 전달되어 유전자 발현억제가 유전되도록 한다. shRNA 헤어핀 구조는 세포 내 기작에 의하여 절단되어 siRNA가 된 후 RISC(RNA-induced silencing complex)에 결합한다. 이들 RISC는 mRNA에 결합하여 이를 절단한다. shRNA는 RNA 폴리머레이즈 Ⅲ에 의해 전사된다. As used herein, the term “shRNA (small hairpin RNA)” refers to a nucleotide composed of 50-70 single strands, and in Stem-loop structure in vivo . In other words, shRNAs are RNA sequences that create tight hairpin structures for inhibiting gene expression through RNA interference. Long RNAs of 19-29 nucleotides complementary to both loop regions of 5-10 nucleotides form base pairs to form a double stranded stem. The shRNA is transduced into the cell via a vector containing the U6 promoter so that it is always expressed and is usually delivered to the daughter cell so that gene expression inhibition is inherited. The shRNA hairpin structure is cleaved by intracellular mechanisms, becomes siRNAs, and binds to RISC (RNA-induced silencing complex). These RISCs bind to and cleave mRNA. shRNA is transcribed by RNA polymerase III.

본 명세서에서 용어 “siRNA”는 특정 mRNA의 절단(cleavage)을 통하여 RNAi(RNA interference) 현상을 유도할 수 있는 짧은 이중사슬 RNA를 의미한다. 타겟 유전자의 mRNA와 상동인 서열을 가지는 센스 RNA 가닥과 이와 상보적인 서열을 가지는 안티센스 RNA 가닥으로 구성된다. siRNA는 타겟 유전자의 발현을 억제할 수 있기 때문에 효율적인 유전자 넉다운 방법으로서 또는, 유전자치료(gene therapy)의 방법으로 제공된다.As used herein, the term “siRNA” refers to a short double-chain RNA capable of inducing RNA interference (RNAi) through the cleavage of a particular mRNA. It consists of a sense RNA strand having a sequence homologous to the mRNA of the target gene and an antisense RNA strand having a sequence complementary thereto. Since siRNA can inhibit expression of a target gene, it is provided as an efficient gene knockdown method or as a method of gene therapy.

siRNA는 RNA끼리 짝을 이루는 이중사슬 RNA 부분이 완전히 쌍을 이루는 것에 한정되지 않고 미스매치(대응하는 염기가 상보적이지 않음), 벌지(일방의 사슬에 대응하는 염기가 없음)등에 의하여 쌍을 이루지 않는 부분이 포함될 수 있다. 전체 길이는 10 내지 100 염기, 바람직하게는 15 내지 80 염기, 가장 바람직하게는 20 내지 70 염기이다. siRNA 말단 구조는 타겟 유전자의 발현을 RNAi 효과에 의하여 억제할 수 있는 것이면 평활(blunt)말단 혹은 점착(cohesive) 말단 모두 가능하다. 점착 말단 구조는 3 말단 돌출한 구조와 5 말단 쪽이 돌출한 구조 모두 가능하다. 돌출하는 염기 수는 한정되지 않는다. 예를 들어, 염기 수로는 1 내지 8 염기 , 바람직하게는 2 내지 6 염기로 할 수 있다. 또한, siRNA는 타겟 유전자의 발현억제 효과를 유지할 수 있는 범위에서 예를 들어, 한 쪽 말단의 돌출 부분에 저분자 RNA(예를 들어, tRNA, rRNA, 바이러스 RNA와 같은 천연의 RNA분자 또는 인공의 RNA분자)를 포함할 수 있다. siRNA 말단구조는 양측 모두 절단 구조를 가질 필요는 없고, 이중사슬 RNA의 일방의 말단 부위가 링커 RNA에 의하여 접속된 스템 루프형 구조일 수도 있다. 링커의 길이는 스템 부분의 쌍을 이루는 데 지장이 없는 길이면 특별히 한정되지 않는다.
siRNAs are not limited to the complete pairing of double-stranded RNA pairs paired with RNA, but paired by mismatches (the corresponding bases are not complementary), bulges (there are no bases corresponding to one chain), etc. May be included. The total length is 10 to 100 bases, preferably 15 to 80 bases, most preferably 20 to 70 bases. The siRNA terminal structure can be blunt or cohesive, as long as the expression of the target gene can be suppressed by the RNAi effect. The cohesive end structure is possible in both a three-terminal protruding structure and a five-terminal protruding structure. The number of protruding bases is not limited. For example, the number of bases may be 1 to 8 bases, preferably 2 to 6 bases. In addition, siRNA is a low-molecular RNA (e.g., a natural RNA molecule such as tRNA, rRNA, viral RNA or artificial RNA) in the protruding portion of one end to the extent that can maintain the expression inhibitory effect of the target gene Molecules). The siRNA terminal structure does not need to have a cleavage structure at both sides, and may be a stem loop type structure in which one terminal portion of the double chain RNA is connected by a linker RNA. The length of the linker is not particularly limited as long as it does not interfere with pairing of stem portions.

본 명세서에서 용어 “miRNA(microRNA)”는 유전자 발현을 조절하며, 전장 20-50개 뉴클레오타이드, 바람직하게는 20-45개 뉴클레오타이드, 보다 바람직하게는 20-40개 뉴클레오타이드, 보다 더 바람직하게는 20-30개 뉴클레오타이드, 가장 바람직하게는 21-23개의 뉴클레오타이드로 구성된 단일 가닥 RNA분자를 의미한다. miRNA는 세포내에서 발현되지 않는 올리고뉴클레오타이드이며, 짧은 스템-루프 구조를 가진다. miRNA는 1 또는 2이상의 mRNA(messenger RNA)와 전체 또는 부분적으로 상동성을 가지며, 상기 mRNA와 상보적인 결합을 통하여 타겟 유전자 발현을 억제시킨다.As used herein, the term “miRNA (microRNA)” regulates gene expression and has a total length of 20-50 nucleotides, preferably 20-45 nucleotides, more preferably 20-40 nucleotides, even more preferably 20- It refers to a single stranded RNA molecule consisting of 30 nucleotides, most preferably 21-23 nucleotides. miRNAs are oligonucleotides that are not expressed intracellularly and have a short stem-loop structure. miRNAs are homologous, in whole or in part, with one or more mRNAs (messenger RNAs) and inhibit target gene expression through complementary binding to the mRNAs.

본 명세서에서 용어 “리보자임(ribozyme)”은 RNA의 일종으로 특정한 RNA의 염기 서열을 인식하여 자체적으로 이를 절단하는 효소와 같은 기능을 가진 RNA 분자를 의미한다. 리보자임은 타겟 전령 RNA 가닥의 상보적인 염기서열로 특이성을 가지고 결합하는 영역과 타겟 RNA를 절단하는 영역으로 되어 있다.As used herein, the term “ribozyme” refers to an RNA molecule having a function such as an enzyme that recognizes a base sequence of a specific RNA and cleaves it by itself as a kind of RNA. Ribozyme is a complementary nucleotide sequence of a target messenger RNA strand consisting of a region that binds with specificity and a region that cleaves the target RNA.

본 명세서에서 용어 “PNA(Peptide nucleic acid)”는 핵산과 단백질의 성질을 모두 가지고 있는 분자로서, DNA 또는 RNA와 상보적으로 결합이 가능한 분자를 의미한다. PNA는 핵산염기(nucleobase)가 펩티드 결합으로 연결된 유사 DNA로 1999년에 처음 보고되었다(문헌 [Nielsen PE, Egholm M, Berg RH, Buchardt O, "Sequence-selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-substituted polyamide", Science 1991, Vol. 254: pp1497-1500]). PNA는 자연계에서는 발견되지 않고 인공적으로 화학적인 방법으로 합성된다. PNA는 상보적인 염기 서열의 천연 핵산과 혼성화(hybridization) 반응을 일으켜서 이중가닥을 형성한다. 길이가 같은 경우 PNA/DNA 이중가닥은 DNA/DNA 이중가닥보다, PNA/RNA 이중가닥은 DNA/RNA 이중가닥보다 안정하다. 펩티드 기본 골격으로는 N-(2-아미노에틸)글리신이 아미드 결합에 의해 반복적으로 연결된 것이 가장 흔히 쓰이며, 이 경우 펩티드 핵산의 기본골격(backbone)은 음전하를 띠는 천연 핵산의 기본골격과 달리 전기적으로 중성이다. PNA에 존재하는 4개의 핵산염기는 공간적 크기와 핵산염기 사이의 거리가 천연 핵산의 경우와 거의 같다. PNA는 화학적으로 천연 핵산보다 안정할 뿐 아니라 핵산분해효소(nuclease)나 단백질분해효소(protease)에 의해 분해되지 않아 생물학적으로도 안정하다.As used herein, the term “PNA (Peptide nucleic acid)” refers to a molecule having both nucleic acid and protein properties, and a molecule capable of complementarily binding to DNA or RNA. PNA was first reported in 1999 as analogous DNA with nucleobases linked by peptide bonds (Nielsen PE, Egholm M, Berg RH, Buchardt O, "Sequence-selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-"). substituted polyamide ", Science 1991, Vol. 254: pp 1497-1500]. PNA is not found in nature but is artificially synthesized by chemical methods. PNAs hybridize with native nucleic acids of complementary base sequences to form double strands. PNA / DNA double strands are more stable than DNA / DNA double strands and PNA / RNA double strands are more stable than DNA / RNA double strands. It is most commonly used as a peptide basic skeleton that N- (2-aminoethyl) glycine is repeatedly connected by an amide bond. In this case, the backbone of the peptide nucleic acid is electrically different from that of the negatively charged natural nucleic acid. As neutral. The four nucleic acid bases present in the PNA have approximately the same spatial size and distance between nucleic acid bases as for natural nucleic acids. PNA is not only chemically stable than natural nucleic acids, but also biologically stable because it is not degraded by nucleases or proteases.

본 명세서에서 용어 “안티센스 올리고뉴클레오타이드”란 특정 mRNA의 서열에 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 함유하고 있는 DNA 또는 RNA 또는 이들의 유도체를 의미하고, mRNA내의 상보적인 서열에 결합하여 mRNA의 단백질로의 번역을 저해하는 특징이 오타이드 본 발명의 안티센스 뉴클레오타이드 서열은 타겟 유전자의 mRNA에 상보적이고 타겟 유전자의 mRNA에 결합할 수 있는 DNA 또는 RNA 서열을 의미하고 타겟 유전자의 mRNA의 번역, 세포질내로의 전위(translocation), 성숙(maturation) 또는 다른 모든 전체적인 생물학적 기능에 대한 필수적인 활성을 저해할 수 있다. As used herein, the term “antisense oligonucleotide” refers to DNA or RNA or derivatives thereof that contain a nucleotide sequence complementary to a sequence of a particular mRNA, and binds to a complementary sequence within the mRNA to inhibit translation of the mRNA into a protein. Antisense nucleotide sequence of the present invention refers to a DNA or RNA sequence complementary to the mRNA of the target gene and capable of binding to the mRNA of the target gene, translation of the mRNA of the target gene, translocation into the cytoplasm, May inhibit the essential activity for maturation or any other overall biological function.

상기 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 효능을 증진시키기 위하여 하나 이상의 염기, 당 또는 골격(backbone)의 위치에서 변형될 수 있다(De Mesmaeker et al., Curr Opin Struct Biol ., 5(3):343-55, 1995). 올리고뉴클레오타이드 골격은 포스포로티오에이트, 포스포트리에스테르, 메틸 포스포네이트, 단쇄 알킬, 시클로알킬, 단쇄 헤테로아토믹, 헤테로시클릭 당숄포네이 등으로 변형될 수 있다. 또한, 안티센스 핵산은 하나 이상의 치환된 당 모이어티(sugar moiety)를 포함할 수 있다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 변형된 염기를 포함할 수 있다. 변형된 염기에는 하이포크잔틴, 6-메틸아데닌, 5-메틸 피리미딘(특히 5-메틸시토신), 5-하이드록시메틸시토신(HMC), 글리코실 HMC, 젠토비오실 HMC, 2-아미노아데닌, 2-티오우라실, 2-티오티민, 5-브로모우라실, 5-하이드록시메틸우라실, 8-아자구아닌, 7-데아자구아닌, N6(6-아미노헥실)아데닌, 2,6-디아미노퓨린 등이 있다.
The antisense oligonucleotides can be modified at one or more bases, sugars or backbone positions to enhance efficacy (De Mesmaeker et al., Curr Opin Struct Biol . , 5 (3): 343-55, 1995). Oligonucleotide backbones can be modified with phosphorothioates, phosphoesters, methyl phosphonates, short chain alkyls, cycloalkyls, short chain heteroatomics, heterocyclic sugar schollfonae, and the like. In addition, antisense nucleic acids may comprise one or more substituted sugar moieties. Antisense oligonucleotides may comprise modified bases. Modified bases include hypoxanthine, 6-methyladenine, 5-methyl pyrimidine (particularly 5-methylcytosine), 5-hydroxymethylcytosine (HMC), glycosyl HMC, gentobiosil HMC, 2-aminoadenine, 2 Thiouracil, 2-thiothymine, 5-bromouracil, 5-hydroxymethyluracil, 8-azaguanine, 7-deazaguanine, N6 (6-aminohexyl) adenine, 2,6-diaminopurine, etc. There is this.

본 발명의 조성물은 본 발명의 핵산 분자의 약제학적 유효량이 포함된 약제학적 조성물로 제조될 수 있다. The composition of the present invention may be prepared as a pharmaceutical composition containing a pharmaceutically effective amount of the nucleic acid molecule of the present invention.

본 명세서에서 용어 “약제학적 유효량”은 상술한 본 발명의 관절염 예방, 경감 또는 치료 효능 또는 활성을 달성하는 데 충분한 양을 의미한다.As used herein, the term “pharmaceutically effective amount” means an amount sufficient to achieve the above-described preventive, alleviating or treating efficacy or activity of arthritis.

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. 적합한 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. Suitable pharmaceutically acceptable carriers and agents are Remington's Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995).

본 발명의 약제학적 조성물은 경구 또는 비경구, 바람직하게는 비경구로 투여할 수 있고, 비경구 투여인 경우에는 정맥내 주입, 피하 주입, 근육 주입, 복강 주입, 국소 투여, 경피 투여, 관절강 투여 등으로 투여할 수 있다. 가장 바람직하게는 관절강(joint cavity) 투여로 투여 된다. The pharmaceutical composition of the present invention may be administered orally or parenterally, preferably parenterally, and in the case of parenteral administration, intravenous injection, subcutaneous injection, intramuscular injection, intraperitoneal injection, topical administration, transdermal administration, joint cavity administration, etc. Can be administered. Most preferably, it is administered by joint cavity 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 바람직한 투여량은 1일 당 0.0001-100 mg/kg이다.The appropriate dosage of the pharmaceutical composition of the present invention may vary depending on factors such as the formulation method, administration method, age, body weight, sex, pathological condition, food, administration time, administration route, excretion rate, . Meanwhile, the preferred dosage of the pharmaceutical composition of the present invention is 0.0001-100 mg / kg per day.

본 발명의 약제학적 조성물은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 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 형태이거나 엑스제, 분말제, 과립제, 정제 또는 캅셀제 형태일 수도 있으며, 분산제 또는 안정화제를 추가적으로 포함할 수 있다.
The pharmaceutical compositions of the present invention may be prepared in unit dosage 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 be in the form of solutions, suspensions or emulsions in oils or aqueous media, or in the form of excipients, powders, granules, tablets or capsules, and may additionally contain dispersing or stabilizing agents.

본 발명의 보다 바람직한 구현 예에 따르면, 본 발명의 핵산분자는 유전자 전달체(gene delivery system)에 포함되어 있다.According to a more preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid molecule of the present invention is included in a gene delivery system.

본 명세서에서 용어 “유전자 전달체”는 원하는 타겟 유전자를 대상 세포에 도입하여 발현시키기 위한 매개체를 의미한다. 이상적인 유전자 전달체는 인체에 무해하고 대량생산이 용이하며 효율적으로 유전자를 전달할 수 있어야 한다.As used herein, the term "gene transporter" refers to a medium for introducing and expressing a desired target gene into a target cell. The ideal gene carrier should be harmless to the human body, easy to mass produce, and able to deliver the gene efficiently.

본 명세서에서, 용어“유전자 전달”은 유전자가 세포 내로 운반되는 것을 의미하며, 유전자의 세포내 침투(transduction)와 동일한 의미를 가진다. 조직 수준에서, 상기 용어 유전자 전달은 유전자의 확산(spread)과 동일한 의미를 가진다. 따라서, 본 발명의 유전자 전달체는 유전자 침투 시스템 및 유전자 확산 시스템으로 기재될 수 있다.As used herein, the term “gene delivery” means that a gene is carried into a cell and has the same meaning as intracellular transduction of the gene. At the tissue level, the term gene delivery has the same meaning as spread of a gene. Thus, the gene carriers of the present invention may be described as gene penetration systems and gene diffusion systems.

본 발명의 유전자 전달체을 제조하기 위해, 본 발명의 뉴클레오타이드 서열은 적합한 발현 컨스트럭트(expression construct) 내에 존재하는 것이 바람직하다. 상기 발현 컨스트럭트에서, 본 발명의 뉴클레오타이드 서열은 프로모터에 작동적으로 연결되는 것이 바람직하다. 본 명세서에서, 용어 “작동적으로 결합된”은 핵산 발현 조절 서열 (예: 프로모터, 시그널 서열, 또는 전사조절인자 결합 위치의 어레이)과 다른 핵산 서열사이의 기능적인 결합을 의미하며, 이에 의해 상기 조절 서열은 상기 다른 핵산 서열의 전사 및/또는 해독을 조절하게 된다. 본 발명에 있어서, 본 발명의 뉴클레오타이드 서열에 결합된 프로모터는, 바람직하게는 동물세포, 보다 바람직하게는 포유동물 세포에서 작동하여 릴랙신 유전자의 전사를 조절할 수 있는 것으로서, 포유동물 바이러스로부터 유래된 프로모터 및 포유동물 세포의 지놈으로부터 유래된 프로모터를 포함하며, 예컨대 CMV(포유동물 사이토 메갈로 바이러스) 프로모터, 아데노바이러스 후기 프로모터, 백시니아 바이러스 7.5K 프로모터, SV40 프로모터, HSV의 tk 프로모터, RSV 프로모터, EF1 알파 프로모터, 메탈로티오닌 프로모터, 베타-액틴 프로모터, 인간 IL-2 유전자의 프로모터, 인간 IFN 유전자의 프로모터, 인간 IL-4 유전자의 프로모터, 인간 림포톡신 유전자의 프로모터 및 인간 GM-CSF 유전자의 프로모터, U6 프로모터를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가장 바람직하게는, CMV 프로모터를 이용한다.In order to prepare the gene carriers of the invention, the nucleotide sequences of the invention are preferably present in a suitable expression construct. In the expression construct, the nucleotide sequence of the present invention is preferably operably linked to a promoter. As used herein, the term “operably linked” refers to a functional binding between a nucleic acid expression control sequence (eg, an array of promoters, signal sequences, or transcriptional regulator binding sites) and other nucleic acid sequences, thereby The regulatory sequence will control the transcription and / or translation of said other nucleic acid sequence. In the present invention, the promoter bound to the nucleotide sequence of the present invention is preferably a promoter derived from a mammalian virus that can operate in animal cells, more preferably mammalian cells to regulate transcription of the relaxin gene. And promoters derived from genomes of mammalian cells, such as CMV (mammal cytomegalovirus) promoter, adenovirus late promoter, vaccinia virus 7.5K promoter, SV40 promoter, tk of HSV Promoter, RSV promoter, EF1 alpha promoter, metallothionine promoter, beta-actin promoter, promoter of human IL-2 gene, promoter of human IFN gene, promoter of human IL-4 gene, promoter of human lymphotoxin gene and human Promoters of the GM-CSF gene, including, but not limited to, the U6 promoter. Most preferably, a CMV promoter is used.

본 발명의 유전자 전달체는 다양한 형태로 제작할 수 있는 데, 이는 (ⅰ) 내이키드(naked) 재조합 DNA 분자, (ⅱ) 플라스미드, (ⅲ) 바이러스 벡터, 그리고, (ⅳ) 상기 내이키드 재조합 DNA 분자 또는 플라스미드를 내포하는 리포좀 또는 니오좀의 형태로 제작할 수 있다.The gene carrier of the present invention can be produced in various forms, including (i) naked recombinant DNA molecules, (ii) plasmids, (iii) viral vectors, and (iii) the naked Naked recombinant DNA molecules or It may be prepared in the form of liposomes or niosomes containing plasmids.

Nkx3.2 뉴클레오타이드 서열은 통상적인 유전자 치료에 이용되는 모든 유전자 전달 시스템에 적용될 수 있으며, 바람직하게는 플라스미드, 아데노바이러스(Lockett LJ, et al., Clin . Cancer Res . 3:2075-2080(1997)), 아데노-관련 바이러스(Adeno-associated viruses: AAV, Lashford LS., et al., Gene Therapy Technologies , Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), 레트로바이러스(Gunzburg WH, et al., Retroviral vectors. Gene Therapy Technologies , Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), 렌티바이러스(Wang G. et al., J. Clin . Invest . 104(11):R55-62(1999)), 헤르페스 심플렉스 바이러스(Chamber R., et al., Proc . Natl . Act . Sci USA 92:1411-1415(1995)), 배시니아 바이러스(Puhlmann M. et al., Human Gene Therapy 10:649-657(1999)), 리포좀(Metho s in Molecular Biology, Vol 199, S.C. Basu and M. Basu (Eds.), Human Press 2002) 또는 니오좀에 적용될 수 있다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 유전자 전달체는 본 발명의 뉴클레오타이드 분자를 렌티바이러스에 적용하여 제조된다.Nkx3.2 nucleotide sequence may be applied to any gene transfer system for use in a conventional gene therapy, preferably a plasmid, adenovirus (Lockett LJ, et al., Clin. Cancer Res . 3: 2075-2080 (1997)), Adeno-associated viruses: AAV, Lashford LS., Et al., Gene Therapy Technologies , Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), retroviral (Gunzburg WH, et al., Retroviral vectors. Gene Therapy Technologies , Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), lentiviruses (Wang G. et al., J. Clin . Invest . 104 (11): R55-62 (1999)), herpes simplex virus (Chamber R., et al., Proc . Natl. Act. Sci USA 92: 1411-1415 (1995)), basinian virus (Puhlmann M. et al., Human Gene Therapy 10: 649-657 (1999)), liposomes (Methos in Molecular Biology, Vol 199, SC Basu and M. Basu (Eds.), Human Press 2002) or niosomes. Most preferably, the gene carrier of the present invention is prepared by applying the nucleotide molecule of the present invention to a lentivirus.

본 발명에서, 유전자 전달체가 바이러스 벡터에 기초하여 제작된 경우에는, 상기 접촉시키는 단계는 당업계에 공지된 바이러스 감염 방법에 따라 실시된다. 바이러스 벡터를 이용한 숙주 세포의 감염은 상술한 인용문헌에 기재되어 있다.In the present invention, when the gene carrier is produced based on a viral vector, the contacting step is performed according to a virus infection method known in the art. Infection of host cells with viral vectors is described in the references cited above.

본 발명에서 유전자 전달체가 내이키드(naked) 재조합 DNA 분자 또는 플라스미드인 경우에는, 미세 주입법(Capecchi, M.R., Cell, 22:479(1980); 및 Harland와 Weintraub, J. Cell Biol . 101:1094-1099(1985)), 칼슘 포스페이트 침전법 (Graham, F.L. et al., Virology, 52:456(1973); 및 Chen과 Okayama, Mol . Cell . Biol . 7:2745-2752(1987)), 전기 천공법(Neumann, E. et al., EMBO J., 1:841(1982); 및 Tur-Kaspa et al., Mol . Cell Biol ., 6:716-718(1986)), 리포좀-매개 형질감염법(Wong, T.K. et al., Gene, 10:87(1980); Nicolau. etene, Biochim . Biophys . Acta, 721:185-190(1982); 및 Nicolau.et al., Methods Enzymol ., 149:157-176(1987)), DEAE-덱스트란 처리법(Gopal, Mol . Cell Biol ., 5:1188-1190(1985)), 및 유전자 밤바드먼트(Yang et al., Proc . Natl . Acad. Sci ., 87:9568-9572(1990)) 방법에 의해 유전자를 세포내로 이입시킬 수 있다.
In the present invention, when the gene carrier is a naked recombinant DNA molecule or plasmid, the micro-injection method (Capecchi, MR, Cell , 22: 479 (1980); and Harland and Weintraub, J. Cell) Biol . 101: 1094-1099 (1985)), calcium phosphate precipitation (Graham, FL et al., Virology , 52: 456 (1973); and Chen and Okayama, Mol . Cell . Biol . 7: 2745-2752 (1987) ), Electroporation (Neumann, E. et al., EMBO J. , 1: 841 (1982); and Tur-Kaspa et al., Mol . Cell Biol . , 6: 716-718 (1986)), liposome-mediated transfection (Wong, TK et al., Gene , 10:87 (1980); Nicolau. Etene, Biochim . Biophys . Acta , 721: 185-190 ( 1982) and Nicolau. Et al., Methods Enzymol . , 149: 157-176 (1987)), DEAE-dextran treatment (Gopal, Mol . Cell Biol . , 5: 1188-1190 (1985)), and gene balm (Yang et al., Proc . Natl . Acad. Sci . , 87: 9568-9572 (1990)). have.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에 의해 예방 또는 치료될 수 있는 관절염은 퇴행성 관절염(Osteoarthritis)이다.According to a preferred embodiment of the invention, the arthritis which can be prevented or treated by the present invention is Osteoarthritis.

본 명세서에서 용어 “퇴행성 관절염(Osteoarthritis)”은 관절 운동에 필요한 관절 조직이 연골조직의 양적 손실에 기인하여 손상되는 질환을 의미한다. As used herein, the term "Osteoarthritis" refers to a disease in which joint tissue required for joint movement is damaged due to quantitative loss of cartilage tissue.

본 발명에 따르면, 본 발명의 조성물은 연골세포의 기능 이상을 제어함으로써 연골조직의 회복을 활성화시킨다. 따라서 종래의 염증제어적인 접근방법이 면역기능 이상에 기인한 염증반응으로 관절조직이 파괴되는 류마티스성 관절염을 치료하는 데에 그치는 것과 달리, 본 발명의 조성물은 퇴행성 관절염에 대한 근본적인 치료방법을 제공한다.
According to the present invention, the composition of the present invention activates the recovery of cartilage tissue by controlling the abnormality of the chondrocytes. Thus, unlike conventional inflammatory control approaches to treat rheumatoid arthritis in which joint tissues are destroyed by inflammatory reactions due to immune dysfunction, the compositions of the present invention provide a fundamental treatment for degenerative arthritis. .

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 서열목록 제2서열의 아미노산 서열로 이루어진 폴리펩타이드에 특이적으로 결합하는 항체 또는 앱타머를 포함하는 관절염 진단 키트를 제공한다.According to another aspect of the invention, the invention provides an arthritis diagnostic kit comprising an antibody or aptamer specifically binding to a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 sequence.

본 명세서에서 용어 “진단”은 특정 질병 또는 질환에 대한 한 객체의 감수성(susceptibility)을 판정하는 것, 한 객체가 특정 질병 또는 질환을 현재 가지고 있는 지 여부를 판정하는 것(예컨대, 대사 이상 또는 당뇨병의 동정), 특정 질병 또는 질환에 걸린 한 객체의 예후(prognosis)를 판정하는 것, 또는 테라메트릭스(therametrics)(예컨대, 치료 효능에 대한 정보를 제공하기 위하여 객체의 상태를 모니터링 하는 것)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 폴리펩타이드를 마커로 하여, 이의 발현량이 정상인에 비하여 유의하게 높다는 사실이 상술한 방법을 통해 확인되면 뼈 성장판 연골세포의 생존성 및 활성이 증가되어 관절염의 발병 위험도가 높은 것으로 판단된다. As used herein, the term “diagnosis” refers to determining the susceptibility of an object to a particular disease or condition, determining whether an object currently has a particular disease or condition (eg, metabolic abnormalities or diabetes mellitus). Identification), determining the prognosis of an object with a particular disease or condition, or terrametrics (e.g., monitoring the condition of an object to provide information about treatment efficacy). do. According to the present invention, when using the polypeptide of the present invention as a marker, the expression level thereof is significantly higher than that of a normal person is confirmed by the above-described method increases the viability and activity of bone growth plate cartilage cells increases the risk of developing arthritis It is high.

본 발명에 따르면, 본 발명의 폴리펩타이드를 항원-항체 반응을 이용한 면역분석(immunoassay) 방법에 따라 검출하여 관절염을 진단하는 데 이용될 수 있다.According to the present invention, the polypeptide of the present invention can be detected according to an immunoassay method using an antigen-antibody reaction and used to diagnose arthritis.

이러한 면역분석은 종래에 개발된 다양한 면역분석(immunoassay) 또는 면역염색(immunostaining) 프로토콜에 따라 실시될 수 있다. Such immunoassays can be performed according to various immunoassays or immunostaining protocols developed in the prior art.

예를 들어, 본 발명의 방법이 방사능면역분석 방법에 따라 실시되는 경우, 방사능동위원소(예컨대, C14, I125, P32 및 S35)로 레이블링된 항체가 본 발명의 폴리펩타이드를 검출하는 데 이용될 수 있다.For example, when the method of the invention is carried out in accordance with radioimmunoassay methods, an antibody labeled with a radioisotope (eg, C 14 , I 125 , P 32 and S 35 ) detects the polypeptide of the invention. It can be used to.

본 발명에서 이용되는 서열목록 제2서열의 아미노산 서열로 이루어진 폴리펩타이드에 대한 항체는 폴리클로날 또는 모노클로날 항체이며, 바람직하게는 모노클로날 항체이다.The antibody to the polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 sequence used in the present invention is a polyclonal or monoclonal antibody, preferably a monoclonal antibody.

본 발명의 폴리펩타이드에 대한 항체는 당업계에서 통상적으로 실시되는 방법들, 예를 들어, 융합 방법(Kohler and Milstein, European Journal of Immunology, 6:511-519(1976)), 재조합 DNA 방법(미국 특허 제4,816,567호) 또는 파아지 항체 라이브러리 방법(Clackson et al, Nature, 352:624-628(1991) 및 Marks et al, J. Mol . Biol ., 222:58, 1-597(1991))에 의해 제조될 수 있다. 항체 제조에 대한 일반적인 과정은 Harlow, E. and Lane, D., Using Antibodies : A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, New York, 1999; Zola, H., Monoclonal Antibodies : A Manual of Techniques, CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1984; 및 Coligan, CURRENT PROTOCOLS IN IMMUNOLOGY, Wiley/Greene, NY, 1991에 상세하게 기재되어 있다. 예를 들어, 단일클론 항체를 생산하는 하이브리도마 세포의 제조는 불사멸화 세포주를 항체-생산 림프구와 융합시켜 이루어지며, 이 과정에 필요한 기술은 당업자에게 잘 알려져 있으며 용이하게 실시할 수 있다. 폴리클로날 항체는 서열목록 제2서열의 아미노산 서열로 이루어진 폴리펩타이드 항원을 적합한 동물에게 주사하고, 이 동물로부터 항혈청을 수집한 다음, 공지의 친화성(affinity) 기술을 이용하여 항혈청으로부터 항체를 분리하여 얻을 수 있다.Antibodies to the polypeptides of the invention may be prepared by methods conventionally practiced in the art, for example, by fusion methods (Kohler and Milstein, European). Journal of Immunology , 6: 511-519 (1976)), recombinant DNA methods (US Pat. No. 4,816,567) or phage antibody library methods (Clackson et al, Nature , 352: 624-628 (1991) and Marks et al, J. Mol . Biol, 222:. 58, can be prepared by 1-597 (1991)). General procedures for antibody preparation are described in Harlow, E. and Lane, D., Using Antibodies : A Laboratory Manual , Cold Spring Harbor Press, New York, 1999; Zola, H., Monoclonal Antibodies : A Manual of Techniques , CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1984; And Coligan, CURRENT PROTOCOLS IN IMMUNOLOGY , Wiley / Greene, NY, 1991. For example, the preparation of hybridoma cells producing monoclonal antibodies is accomplished by fusing an immortalized cell line with an antibody-producing lymphocyte, and the techniques necessary for this process are well known and readily practicable by those skilled in the art. Polyclonal antibodies are injected into a suitable animal with a polypeptide antigen consisting of the amino acid sequences of SEQ ID NO: 2, the antiserum collected from the animal, and the antibody isolated from the antiserum using known affinity techniques. Can be obtained.

상술한 면역분석 과정에 의한 최종적인 시그널의 세기를 분석함으로써, 관절염을 진단할 수 있다. 즉, 인간의 시료에서 서열목록 제2서열의 아미노산 서열로 이루어진 폴리펩타이드에 대한 시그널이 정상 시료 보다 강하게 나오는 경우에는 관절염의 발병 위험도가 높은 것으로 진단된다.Arthritis can be diagnosed by analyzing the final signal intensity by the above-described immunoassay process. That is, when a signal for a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 in the human sample is stronger than a normal sample, it is diagnosed that the risk of developing arthritis is high.

본 발명의 키트는 항체 대신에 서열목록 제2서열의 아미노산 서열로 이루어진 폴리펩타이드 마커에 특이적으로 결합하는 앱타머를 이용할 수 있다. 본 명세서에서 용어“앱타머”는 단일 줄기의(single-stranded) 핵산(RNA 또는 DNA) 분자 또는 펩타이드 분자로서 특정 표적물질에 높은 친화력과 특이성으로 결합하여 작용을 나타내는 것을 의미한다. 앱타머의 일반적인 내용은 Bock LC et al., Nature 355(6360):5646(1992); Hoppe-Seyler F, Butz K "Peptide aptamers: powerful new tools for molecular medicine". J Mol Med . 78(8):42630(2000); Cohen BA, Colas P, Brent R . "An artificial cell-cycle inhibitor isolated from a combinatorial library". Proc Natl Acad Sci USA . 95(24):142727(1998)에 상세하게 개시되어 있다.
The kit of the present invention may use an aptamer that specifically binds to a polypeptide marker consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 in place of the antibody. As used herein, the term “aptamer” refers to a single-stranded nucleic acid (RNA or DNA) molecule or peptide molecule that exhibits a high affinity and specificity for binding to a specific target. For general information about aptamers, see Bock LC et al., Nature 355 (6360): 5646 (1992); Hoppe-Seyler F, Butz K "Peptide aptamers: powerful new tools for molecular medicine". J Mol Med . 78 (8): 42630 (2000); Cohen BA, Colas P, Brent R. "An artificial cell-cycle inhibitor isolated from a combinatorial library". Proc Natl Acad Sci USA . 95 (24): 142727 (1998).

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 서열목록 제2서열의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드 서열에 특이적으로 결합하는 프라이머 또는 프로브를 포함하는 관절염 진단 키트를 제공한다.According to another aspect of the invention, the present invention provides a diagnostic kit for arthritis comprising a primer or probe specifically binding to the nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 sequence.

본 명세서에서, 용어“뉴클레오타이드”는 단일가닥 또는 이중가닥 형태로 존재하는 디옥시리보뉴클레오타이드 또는 리보뉴클레오타이드이며, 다르게 특별하게 언급되어 있지 않은 한 자연의 뉴클레오타이드의 유사체를 포함한다(Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York(1980); Uhlman 및 Peyman, Chemical Reviews, 90:543-584(1990)).As used herein, the term “nucleotide” is a deoxyribonucleotide or ribonucleotide present in single- or double-stranded form and includes analogs of natural nucleotides unless otherwise specified (Scheit, Nucleotide). Analogs , John Wiley, New York (1980); Uhlman and Peyman, Chemical Reviews , 90: 543-584 (1990).

본 명세서에서 사용되는 용어 “프라이머”는 올리고뉴클레오타이드를 의미하는 것으로, 핵산쇄(주형)에 상보적인 프라이머 연장 산물의 합성이 유도되는 조건, 즉, 뉴클레오타이드와 DNA 중합효소와 같은 중합제의 존재, 그리고 적합한 온도와 pH의 조건에서 합성의 개시점으로 작용할 수 있다. 바람직하게는, 프라이머는 디옥시리보뉴클레오타이드이며 단일쇄이다. 본 발명에서 이용되는 프라이머는 자연(naturally occurring) dNMP(즉, dAMP, dGMP, dCMP 및 dTMP), 변형 뉴클레오타이드 또는 비-자연 뉴클레오타이드를 포함할 수 있다. 또한, 프라이머는 리보뉴클레오타이드도 포함할 수 있다.As used herein, the term “primer” refers to an oligonucleotide, which is a condition in which the synthesis of a primer extension product complementary to a nucleic acid chain (template) is induced, i.e., the presence of a polymerizer such as nucleotide and DNA polymerase, and It can serve as a starting point for the synthesis at conditions of suitable temperature and pH. Preferably, the primer is deoxyribonucleotide and single chain. Primers used in the present invention may comprise naturally occurring dNMP (ie, dAMP, dGMP, dCMP and dTMP), modified nucleotides or non-natural nucleotides. In addition, the primer may also include ribonucleotides.

본 발명의 프라이머는 타겟 핵산에 어닐링 되어 주형-의존성 핵산 중합효소에 의해 타겟 핵산에 상보적인 서열을 형성하는 연장 프라이머(extension primer)일 수 있으며, 이는 고정화 프로브가 어닐링 되어 있는 위치까지 연장되어 프로브가 어닐링 되어 있는 부위를 차지한다.The primer of the present invention may be an extension primer annealed to the target nucleic acid to form a sequence complementary to the target nucleic acid by a template-dependent nucleic acid polymerase, which extends to the position where the immobilized probe is annealed to Occupies the annealed area.

본 발명에서 이용되는 연장 프라이머는 타겟 핵산의 제1위치에 상보적인 혼성화 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 용어 “상보적”은 소정의 어닐링 또는 혼성화 조건하에서 프라이머 또는 프로브가 타겟 핵산 서열에 선택적으로 혼성화할 정도로 충분히 상보적인 것을 의미하며, 실질적으로 상보적(substantially complementary) 및 완전히 상보적(perfectly complementary)인 것을 모두 포괄하는 의미를 가지며, 바람직하게는 완전히 상보적인 것을 의미한다. 본 명세서에서, 프라이머 서열과 관련하여 사용되는 용어, “실질적으로 상보적인 서열”은 완전히 일치되는 서열뿐만 아니라, 특정 서열에 어닐링하여 프라이머 역할을 할 수 있는 범위 내에서, 비교 대상의 서열과 부분적으로 불일치되는 서열도 포함되는 의미이다.The extension primer used in the present invention includes a hybridizing nucleotide sequence complementary to the first position of the target nucleic acid. The term “complementary” means that the primer or probe is sufficiently complementary to selectively hybridize to a target nucleic acid sequence under certain annealing or hybridization conditions, and is substantially complementary and perfectly complementary. It has the meaning encompassing all, and preferably means completely complementary. As used herein, the term “substantially complementary sequence” as used in connection with a primer sequence is intended to partially match the sequence to be compared, as well as to the exact match, as well as to the extent that it may serve as a primer by annealing to a particular sequence. Mismatched sequences are also included.

프라이머는, 중합제의 존재 하에서 연장 산물의 합성을 프라이밍시킬 수 있을 정도로 충분히 길어야 한다. 프라이머의 적합한 길이는 다수의 요소, 예컨대, 온도, 응용분야 및 프라이머의 소스(source)에 따라 결정되지만 전형적으로 15-30 뉴클레오타이드이다. 짧은 프라이머 분자는 주형과 충분히 안정된 혼성 복합체를 형성하기 위하여 일반적으로 보다 낮은 온도를 요구한다. 용어 “어닐링” 또는 “프라이밍”은 주형 핵산에 올리고디옥시뉴클레오타이드 또는 핵산이 병치(apposition)되는 것을 의미하며, 상기 병치는 중합효소가 뉴클레오타이드를 중합시켜 주형 핵산 또는 그의 일부분에 상보적인 핵산 분자를 형성하게 한다.The primer should be long enough to prime the synthesis of the extension product in the presence of the polymerizer. Suitable lengths of the primers depend on a number of factors, such as temperature, application and source of the primer, but are typically 15-30 nucleotides. Short primer molecules generally require lower temperatures to form hybrid complexes that are sufficiently stable with the template. The term “annealing” or “priming” refers to the placement of an oligodioxynucleotide or nucleic acid into a template nucleic acid, where the polymerase polymerizes the nucleotide to form a nucleic acid molecule that is complementary to the template nucleic acid or portion thereof. Let's do it.

프라이머의 서열은 주형의 일부 서열과 완전하게 상보적인 서열을 가질 필요는 없으며, 주형과 혼성화 되어 프라이머 고유의 작용을 할 수 있는 범위 내에서의 충분한 상보성을 가지면 족하다. 따라서 본 발명에서의 프라이머는 주형인 상술한 뉴클레오티드 서열에 완벽하게 상보적인 서열을 가질 필요는 없으며, 이 유전자 서열에 혼성화되어 프라이머 작용을 할 수 있는 범위 내에서 충분한 상보성을 가지면 충분하다. 이러한 프라이머의 디자인은 상술한 뉴클레오티드 서열을 참조하여 당업자에 의해 용이하게 실시할 수 있으며, 예컨대, 프라이머 디자인용 프로그램(예: PRIMER 3 프로그램)을 이용하여 할 수 있다.The sequence of the primer does not need to have a sequence that is completely complementary to some sequences of the template, and it is sufficient to have sufficient complementarity within a range that can hybridize with the template to perform the primer-specific function. Therefore, the primer in the present invention does not need to have a sequence that is perfectly complementary to the above-described nucleotide sequence as a template, and it is sufficient to have sufficient complementarity within a range capable of hybridizing to the gene sequence and acting as a primer. The design of such primers can be easily carried out by those skilled in the art with reference to the above-described nucleotide sequence, for example, by using a program for primer design (eg, PRIMER 3 program).

본 명세서에서, 용어 “핵산 분자”는 DNA(gDNA 및 cDNA) 그리고 RNA 분자를 포괄적으로 포함하는 의미를 갖으며, 핵산 분자에서 기본 구성 단위인 뉴클레오타이드는 자연의 뉴클레오타이드뿐만 아니라, 당 또는 염기 부위가 변형된 유사체 (analogue)도 포함한다(Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York(1980); Uhlman 및 Peyman, Chemical Reviews, 90:543-584(1990)).As used herein, the term “nucleic acid molecule” is meant to encompass DNA (gDNA and cDNA) and RNA molecules inclusively, and the nucleotides, which are the basic structural units in nucleic acid molecules, modify not only natural nucleotides, but also sugar or base sites. It also includes analogues (Scheit, Nucleotide) Analogs , John Wiley, New York (1980); Uhlman and Peyman, Chemical Reviews , 90: 543-584 (1990).

본 발명의 키트에서 출발물질이 gDNA인 경우, gDNA의 분리는 당업계에 공지된 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다(참조: Rogers & Bendich (1994)). If the starting material in the kit of the invention is gDNA, isolation of gDNA can be carried out according to conventional methods known in the art (Rogers & Bendich (1994)).

출발물질이 mRNA인 경우에는, 당업계에 공지된 통상의 방법에 총 RNA를 분리하여 실시된다(참조: Sambrook, J. et al., Molecular Cloning . A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001); Tesniere, C. et al., Plant Mol . Biol . Rep ., 9:242(1991); Ausubel, F.M. et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Willey & Sons(1987); 및 Chomczynski, P. et al., Anal. Biochem . 162:156(1987)). 분리된 총 RNA는 역전사효소를 이용하여 cDNA로 합성된다. 상기 총 RNA는 인간(예컨대, 비만 또는 당뇨 환자)으로부터 분리된 것이기 때문에, mRNA의 말단에는 폴리-A 테일을 갖고 있으며, 이러한 서열 특성을 이용한 올리고 dT 프라이머 및 역전사 효소를 이용하여 cDNA을 용이하게 합성할 수 있다(참조: PNAS USA, 85:8998(1988); Libert F, et al., Science, 244:569(1989); 및 Sambrook, J. et al., Molecular Cloning . A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001)).If the starting material is mRNA, total RNA is isolated and performed by conventional methods known in the art (see Sambrook, J. et al., Molecular) . Cloning . A Laboratory Manual , 3rd ed. Cold Spring Harbor Press (2001); Tesniere, C. et al., Plant Mol . Biol . Rep . 9: 242 (1991); Ausubel, FM et al., Current Protocols in Molecular Biology , John Willey & Sons (1987); And Chomczynski, P. et al., Anal. Biochem . 162: 156 (1987). The isolated total RNA is synthesized into cDNA using reverse transcriptase. Since the total RNA is isolated from humans (e.g., obese or diabetic patients), it has a poly-A tail at the end of the mRNA and easily synthesizes cDNA using oligo dT primer and reverse transcriptase using this sequence characteristic. (See PNAS) USA , 85: 8998 (1988); Libert F, et al., Science , 244: 569 (1989); And Sambrook, J. et al., Molecular Cloning . A Laboratory Manual , 3rd ed. Cold Spring Harbor Press (2001).

본 발명의 키트에 있어서, 상기 특정 서열을 규명하는 것은 당업계에 공지된 다양한 방법을 응용하여 실시될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 응용될 수 있는 기술은, 형광 시투 혼성화(FISH), 직접적 DNA 서열결정, PFGE 분석, 서던 블롯 분석, 단일-가닥 컨퍼메이션 분석(SSCA, Orita et al., PNAS , USA 86:2776(1989)), RNase 보호 분석(Finkelstein et al., Genomics, 7:167(1990)), 닷트 블롯 분석, 변성 구배 젤 전기영동(DGGE, Wartell et al., Nucl . Acids Res ., 18:2699(1990)), 뉴클레오타이드 미스매치를 인식하는 단백질(예: E. coli의 mutS 단백질)을 이용하는 방법(Modrich, Ann . Rev . Genet ., 25:229-253(1991)), 및 대립형-특이 PCR을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. In the kit of the present invention, the identification of the specific sequence may be carried out by applying various methods known in the art. For example, a technique that can be applied to the present invention is fluorescent phosphorus Sea hybridization (FISH), direct DNA sequencing, PFGE analysis, Southern blot analysis, single-strand conformation analysis (SSCA, Orita et al., PNAS , USA 86: 2776 (1989)), RNase protection assay (Finkelstein et al. ., Genomics, 7:.. 167 (1990)), datteu blot analysis, a modified gradient gel electrophoresis (DGGE, Wartell et al, Nucl Acids Res . , 18: 2699 (1990)), proteins that recognize nucleotide mismatches (for example, a method using the E. coli mutS protein of a) (Modrich, Ann Rev Genet, 25:... 229-253 (1991)), and Allele-specific PCR, including but not limited to.

다른 기술들은 일반적으로 본 발명의 뉴클레오타이드 서열에 상보적인 프로브 또는 프라이머를 이용한다.Other techniques generally employ probes or primers that are complementary to the nucleotide sequences of the present invention.

예를 들어, RNase 보호 분석에서, 본 발명의 뉴클레오타이드를 포함하는 서열에 상보적인 리보프로브가 이용된다. 상기 리보프로브와 인간으로부터 분리한 DNA 또는 mRNA를 혼성화시키고, 이어 미스매치를 검출할 수 있는 RNase A 효소로 절단한다. 만일, 미스매치가 있어 RNase A가 인식을 한 경우에는, 보다 작은 밴드가 관찰된다. For example, in RNase protection assays riboprobes that are complementary to sequences comprising the nucleotides of the invention are used. The riboprobe and DNA or mRNA isolated from humans are hybridized and then cleaved with an RNase A enzyme capable of detecting mismatches. If there is a mismatch and RNase A recognizes, a smaller band is observed.

혼성화 시그널을 이용하는 분석에서, 본 발명의 뉴클레오타이드를 포함하는 서열에 상보적인 프로브가 이용된다. 이러한 기술에서, 프로브와 타깃 서열의 혼성화 시그널을 검출하여 직접적으로 질환의 위험도를 결정한다.In assays using hybridization signals, probes complementary to sequences comprising the nucleotides of the invention are used. In this technique, hybridization signals of probes and target sequences are detected to directly determine the risk of disease.

본 명세서에서, 용어 “프로브”는 특정 뉴클레오타이드 서열에 혼성화될 수 있는 디옥시리보뉴클레오타이드 및 리보뉴클레오타이드를 포함하는 자연 또는 변형되는 모노머 또는 결합을 갖는 선형의 올리고머를 의미한다. 바람직하게는, 프로브는 혼성화에서의 최대 효율을 위하여 단일가닥이다. 프로브는 바람직하게는 디옥시리보뉴클레오타이드이다.As used herein, the term “probe” refers to a linear oligomer having naturally occurring or modified monomers or bonds, including deoxyribonucleotides and ribonucleotides that can hybridize to a particular nucleotide sequence. Preferably, the probe is single stranded for maximum efficiency in hybridization. The probe is preferably deoxyribonucleotide.

본 발명에 이용되는 프로브로서, 상기 뉴클레오타이드를 포함하는 서열에 완전하게(perfectly) 상보적인 서열이 이용될 수 있으나, 특이적 혼성화를 방해하지 않는 범위 내에서 실질적으로(substantially) 상보적인 서열이 이용될 수도 있다. 바람직하게는, 본 발명에 이용되는 프로브는 본 발명의 뉴클레오타이드를 포함하는 서열에 혼성화될 수 있는 서열을 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 프로브의 3’-말단 또는 5’-말단은 상기 뉴클레오타이드에 상보적인 염기를 갖는다. 일반적으로, 혼성화에 의해 형성되는 듀플렉스(duplex)의 안정성은 말단의 서열의 일치에 의해 결정되는 경향이 있기 때문에, 3’-말단 또는 5’-말단에 상기 뉴클레오타이드 염기에 상보적인 염기를 갖는 프로브에서 말단 부분이 혼성화되지 않으면, 이러한 듀플렉스는 엄격한 조건에서 해체될 수 있다. As the probe used in the present invention, a sequence that is perfectly complementary to the sequence including the nucleotide may be used, but a sequence that is substantially complementary to the extent that does not prevent specific hybridization may be used. It may be. Preferably, the probe used in the present invention comprises a sequence that can hybridize to a sequence comprising the nucleotide of the present invention. More preferably, the 3′-end or 5′-end of the probe has a base complementary to the nucleotide. In general, in a probe having a base complementary to the nucleotide base at the 3'- or 5'-end, since the stability of the duplex formed by hybridization tends to be determined by the matching of the terminal sequence If the terminal portion does not hybridize, these duplexes may disintegrate under stringent conditions.

혼성화에 적합한 조건은 Joseph Sambrook, et al., Molecular Cloning , A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.(2001) 및 Haymes, B. D., et al., Nucleic Acid Hybridization , A Practical Approach, IRL Press, Washington, D.C.(1985)에 개시된 사항을 참조하여 결정할 수 있다. 혼성화에 이용되는 엄격한 조건(stringent condition)은 온도, 이온세기(완충액 농도) 및 유기 용매와 같은 화합물의 존재 등을 조절하여 결정될 수 있다. 이러한 엄격한 조건은 혼성화되는 서열에 의존하여 다르게 결정될 수 있다.
Conditions suitable for hybridization are described in Joseph Sambrook, et al.,Molecular Cloning , A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. (2001) and Haymes, B. D., et al.,Nucleic Acid Hybridization , A Practical ApproachDecisions may be made with reference to those disclosed in IRL Press, Washington, D.C. (1985). Stringent conditions used for hybridization can be determined by adjusting temperature, ionic strength (buffer concentration), the presence of compounds such as organic solvents, and the like. Such stringent conditions can be determined differently depending on the sequence being hybridized.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 뉴클레오타이드 서열은 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진다. According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleotide sequence of the present invention consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 본 발명에 의해 진단될 수 있는 관절염은 퇴행성 관절염(Osteoarthritis)이다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the arthritis that can be diagnosed by the present invention is osteoarthritis.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 본 발명의 뉴클레오타이드 또는 폴리펩타이드가 고발현된 인간은 증가된 관절염 위험도를 나타낸다.According to a preferred embodiment of the invention, humans with high expression of the nucleotides or polypeptides of the invention exhibit an increased risk of arthritis.

본 명세서에서 용어“고발현”은 본 발명의 뉴클레오타이드 또는 폴리펩타이드의 발현량이 정상인에 비하여 유의하게 높은 경우를 의미하며, 바람직하게는 본 발명의 뉴클레오타이드 또는 폴리펩타이드의 발현량이 정상인의 130% 이상인 경우를 의미한다.
As used herein, the term “high expression” means a case where the expression level of the nucleotide or polypeptide of the present invention is significantly higher than that of a normal person, and preferably the expression level of the nucleotide or polypeptide of the present invention is 130% or more of a normal person. it means.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 관절염 치료제 조성물의 스크리닝 방법을 제공한다: According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for screening an arthritis therapeutic composition comprising the following steps:

(a) 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 세포에 분석하고자 하는 시료를 접촉시키는 단계; 및 (a) contacting a sample to be analyzed with a cell comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1; And

(b) 상기 뉴클레오타이드 서열의 발현량을 측정하는 단계, 상기 뉴클레오타이드 서열의 발현이 감소되는 경우에는 상기 시료는 관절염 치료제 조성물로 판정된다.(b) measuring the expression level of the nucleotide sequence, and when the expression of the nucleotide sequence is reduced, the sample is determined to be an arthritis therapeutic composition.

본 발명의 스크리닝 방법에 따르면, 우선 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 세포에 분석하고자 하는 시료를 접촉시킨다. 바람직하게는, 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 상기 세포는 인간의 연골 세포(chondrocyte)이다. 본 발명의 스크리닝 방법을 언급하면서 사용되는 용어 “시료”는 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열의 발현량에 영향을 미치는지 여부를 검사하기 위하여 스크리닝에서 이용되는 미지의 물질을 의미한다. 상기 시료는 화학 물질, 뉴클레오타이드, 안티센스-RNA, siRNA(small interference RNA) 및 천연물 추출물을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이어, 시료가 처리된 세포에서 서열목록 제1서열의 뉴클레오티드 서열의 발현량을 측정한다. 발현량의 측정은 상기 기재한 바와 같으며, 측정 결과, 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열의 발현이 억제되는 경우에는 상기 시료는 관절염 치료제 조성물로 판정될 수 있다.
According to the screening method of the present invention, first, a sample to be analyzed is contacted with a cell including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. Preferably, the cell comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is human chondrocyte. As used to refer to the screening method of the present invention, the term "sample" refers to an unknown substance used in screening to examine whether it affects the expression level of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. The sample includes, but is not limited to, chemicals, nucleotides, antisense-RNAs, small interference RNAs (siRNAs), and natural extracts. Next, the expression level of the nucleotide sequence of the first sequence of the sequence list in the cell treated with the sample is measured. The measurement of the expression level is as described above, and when the result of the measurement indicates that the expression of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is inhibited, the sample may be determined as an arthritis therapeutic composition.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 관절염 치료제 조성물의 스크리닝 방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for screening an arthritis therapeutic composition comprising the following steps:

(a) 서열목록 제2서열의 아미노산 서열로 이루어진 폴리펩타이드를 포함하는 세포에 분석하고자 하는 시료를 접촉시키는 단계; 및 (a) contacting a sample to be analyzed with a cell comprising a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; And

(b) 상기 폴리펩타이드와 분석하고자 하는 시료의 결합을 측정하는 단계, 폴리펩타이드와 분석하고자 하는 시료의 결합이 증가되는 경우에는 상기 시료는 관절염 치료제 조성물로 판정된다.
(b) measuring the binding of the sample to be analyzed with the polypeptide, and when the binding between the polypeptide and the sample to be analyzed is increased, the sample is determined as an arthritis therapeutic composition.

본 발명에 따르면, 본 발명자는 Nkx3.2가 I-κB 단백질을 유비퀴틴화하여 NF-κB의 활성화를 유도하는 것을 Barx1이 효과적으로 저해함을 확인하였다(도 5). 또한, Nkx3.2가 NF-κB 활성화를 위해 필수적으로 이루어야 하는 I-κB 단백질과의 결합이 Barx1과 Nkx3.2 간의 직접적인 단백질 결합에 의해 차단되는 것을 확인하였다(도 7). 따라서, Barx1과 경쟁적으로 결합하여 Barx1과 Nkx3.2간의 직접적인 단백질 결합을 저해하는 물질은 NF-κB 활성을 높여 연골세포의 생존성을 높여줄 것이다.
According to the present invention, the inventors confirmed that Barx1 effectively inhibits Nkx3.2 ubiquitination of I-κB protein to induce activation of NF-κB (FIG. 5). In addition, it was confirmed that the binding of the I-κB protein that Nkx3.2 must be essential for NF-κB activation is blocked by direct protein binding between Barx1 and Nkx3.2 (FIG. 7). Thus, a substance that competitively binds with Barx1 and inhibits direct protein binding between Barx1 and Nkx3.2 will increase NF-κB activity and enhance the viability of chondrocytes.

본 발명의 스크리닝 방법에 따르면, 서열목록 제2서열의 아미노산 서열로 이루어진 폴리펩타이드인 Barx1 단백질을 포함하는 세포에 분석하고자 하는 시료를 접촉시킨다. 바람직하게는, 본 발명에서 이용되는 Barx1 단백질은 세포 표면에 전시(displaying)되어 있는 형태, 바이러스(예컨대, 박테리오파아지) 표면에 전시되어 있는 형태 또는 세포 내에 존재하는 것일 수 있고, 또는 분리되거나(isolated) 정제된(purified) 형태일 수 있다.According to the screening method of the present invention, a sample to be analyzed is contacted with a cell containing a Barx1 protein, which is a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. Preferably, the Barx1 protein used in the present invention may be present in the form displayed on the cell surface, in the form displayed on the virus (eg bacteriophage) or in the cell, or isolated. ) May be in purified form.

세포 표면 또는 바이러스 표면에 전시되어 있거나 세포 내에 존재하는 Barx1 단백질을 이용하는 경우, 스크리닝의 신속화 또는 자동화를 위하여 상기 세포 또는 바이러스는 고상의 기질에 고정화시키는 것이 바람직하다. 또한, 분리된(isolated) 또는 정제된(purified) 형태의 Barx1 단백질도 고상의 기질에 고정화시키는 것이 바람직하다. 기질로서 이용가능 한 것은, 당업계에서 통상적으로 이용되는 어떠한 것도 가능하며, 예를 들어, 폴리스틸렌과 폴리프로필렌과 같은 탄화수소 폴리머, 유리, 금속 및 젤을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 고상의 기질은 딥스틱, 마이크로타이터 플레이트, 입자(예컨대, 비드), 친화성 컬럼 및 면역블롯 막(예컨대, 폴리비닐리덴 플루오라이드 막)의 형태로 제공될 수 있다(참조: 미국 특허 제5,143,825호, 제5,374,530호, 제4,908,305호 및 제5,498,551호). 가장 바람직하게는, 상기 고상 기질은 마이크로타이터 플레이트이다.When using the Barx1 protein exhibited or present on the cell surface or on the virus surface, it is preferred that the cell or virus is immobilized on a solid substrate for rapid or automated screening. It is also desirable to immobilize Barx1 protein in isolated or purified form on a solid substrate. Available as substrates can be any conventionally used in the art, including, but not limited to, hydrocarbon polymers such as polystyrene and polypropylene, glass, metals and gels. Solid phase substrates may be provided in the form of dipsticks, microtiter plates, particles (eg beads), affinity columns and immunoblot membranes (eg polyvinylidene fluoride membranes). See US Pat. No. 5,143,825. 5,374,530, 4,908,305 and 5,498,551). Most preferably, the solid substrate is a microtiter plate.

본 발명의 스크리닝 방법은 다양한 방식으로 실시할 수 있으며, 특히 당업계에 공지된 다양한 결합 분석(binding assay)에 따라 고속(high throughput) 방식으로 실시할 수 있다.The screening methods of the present invention can be carried out in a variety of ways, in particular in a high throughput manner according to various binding assays known in the art.

본 발명의 스크리닝 방법에 있어서, 시험물질 또는 Barx1 단백질은 검출가능한 표지(detectable label)로 레이블링될 수 있다. 예를 들어, 상기 검출가능한 표지(detectable label)는, 화학적 표지(예컨대, 바이오틴), 효소 표지(예컨대, 호스래디쉬 퍼옥시다아제, 알칼린 포스파타아제, 퍼옥시다아제, 루시퍼라아제, β-갈락토시다아제 및 β-글루코시다아제), 방사능 표지(예컨대, C14, I125, P32 및 S35), 형광 표지[예컨대, 쿠마린, 플루오레세인, FITC(fluoresein Isothiocyanate), 로다민 6G(rhodamine 6G), 로다민 B(rhodamine B), TAMRA(6-carboxy-tetramethyl-rhodamine), Cy-3, Cy-5, Texas Red, Alexa Fluor, DAPI(4,6-diamidino-2-phenylindole), HEX, TET, Dabsyl 및 FAM], 발광 표지, 화학발광(chemiluminescent) 표지, FRET(fluorescence resonance energy transfer) 표지 또는 금속 표지(예컨대, 금 및 은)이다.In the screening method of the present invention, the test substance or Barx1 protein may be labeled with a detectable label. For example, the detectable label may be a chemical label (eg biotin), an enzyme label (eg horseradish peroxidase, alkaline phosphatase, peroxidase, luciferase, β-galacto Cidase and β-glucosidase), radiolabels (eg, C 14 , I 125 , P 32 And S 35 ), fluorescent labels [eg, coumarin, fluorescein, fluoresein Isothiocyanate (FITC), rhodamine 6G (rhodamine B), rhodamine B (6-carboxy-tetramethyl-rhodamine), Cy -3, Cy-5, Texas Red, Alexa Fluor, DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole), HEX, TET, Dabsyl and FAM], luminescent labels, chemiluminescent labels, fluorescence resonance energy transfer) label or metal label (eg, gold and silver).

검출가능한 표지가 레이블링된 Barx1 단백질 또는 시험물질을 이용하는 경우, Barx1 단백질과 시험물질 사이의 결합 발생 여부는 표지로부터 나오는 시그널을 검출하여 분석할 수 있다. 예를 들어, 표지로서 알칼린 포스파타아제가 이용되는 경우에는, 브로모클로로인돌일 포스페이트(BCIP), 니트로 블루 테트라졸리움(NBT), 나프톨-AS-B1-포스페이트(naphthol-AS-B1-phosphate) 및 ECF(enhanced chemifluorescence)와 같은 발색반응 기질을 이용하여 시그널을 검출한다. 표지로서 호스 래디쉬 퍼옥시다아제가 이용되는 경우에는 클로로나프톨, 아미노에틸카바졸, 디아미노벤지딘, D-루시페린, 루시게닌(비스-N-메틸아크리디늄 니트레이트), 레소루핀 벤질 에테르, 루미놀, 암플렉스 레드 시약(10-아세틸-3,7-디하이드록시페녹사진), HYR(p-phenylenediamine-HCl and pyrocatechol), TMB(tetramethylbenzidine), ABTS(2,2‘-Azine-di[3-ethylbenzthiazoline sulfonate]), o-페닐렌디아민(OPD) 및 나프톨/파이로닌와 같은 기질을 이용하여 시그널을 검출한다. When using a Barx1 protein or test substance labeled with a detectable label, the binding between the Barx1 protein and the test substance can be analyzed by detecting a signal from the label. For example, when alkaline phosphatase is used as a label, bromochloroindolyl phosphate (BCIP), nitro blue tetrazolium (NBT), naphthol-AS-B1-phosphate (naphthol-AS-B1-phosphate) Signal is detected using a chromogenic reaction substrate such as) and enhanced chemifluorescence (ECF). When hose radish peroxidase is used as a label, chloronaphthol, aminoethylcarbazole, diaminobenzidine, D-luciferin, lucigenin (bis-N-methylacridinium nitrate), resorupin benzyl ether, luminol, Amplex Red Reagent (10-acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine), p-phenylenediamine-HCl and pyrocatechol (HYR), tetramethylbenzidine (TMB), ABTS (2,2'-Azine-di [3-ethylbenzthiazoline sulfonate]), o -phenylenediamine (OPD), and substrates such as naphthol / pyronin to detect the signal.

택일적으로, 시험물질의 Barx1 단백질로의 결합 여부는 상호작용물(interactants)의 레이블링 없이 분석할 수도 있다. 예를 들어, 마이크로피지오미터(microphysiometer)를 이용하여 시험물질이 Barx1 단백질에 결합하는 지 여부를 분석할 수 있다. 마이크로피지오미터는 LAPS(light-addressable potentiometric sensor)를 이용하여 셀이 그의 환경을 산성화하는 속도를 측정하는 분석 도구이다. 산성화 속도의 변화는, 시험물질과 Barx1 단백질 사이의 결합에 대한 지시자(indicator)로 이용될 수 있다(McConnell et al., Science 257:19061912(1992)).Alternatively, binding of the test substance to the Barx1 protein may be analyzed without labeling the interactants. For example, a microphysiometer can be used to analyze whether the test substance binds to Barx1 protein. Microphysiometers are analytical tools that measure the rate at which a cell acidifies its environment using a light-addressable potentiometric sensor (LAPS). The change in acidification rate can be used as an indicator for binding between test substance and Barx1 protein (McConnell et al., Science 257: 19061912 (1992).

시험물질의 Barx1 단백질과의 결합 능력은 실시간 이분자 상호작용 분석(BIA)를 이용하여 분석할 수 있다(Sjolander & Urbaniczky, Anal . Chem . 63:23382345(1991), and Szabo et al., Curr . Opin . Struct. Biol . 5:699705(1995)). BIA는 실시간으로 특이적 상호작용을 분석하는 기술로서, 상호작용물(interactants)의 레이블링 없이 실시할 수 있다(예컨대, BIAcore™). 표면 플라즈몬 공명(SPR)에서의 변화는 분자들 사이의 실시간 반응에 대한 지시자(indicator)로 이용될 수 있다.Binding capacity of the Barx1 protein of the test substance can be analyzed with the real-time bimolecular interaction analysis (BIA) (Sjolander & Urbaniczky, Anal Chem 63:.... 23382345 (1991), and Szabo et al, Curr Opin Struct. Biol . 5: 699705 (1995). BIA is a technique for analyzing specific interactions in real time and can be performed without labeling of the interactions (eg, BIAcore ™). Changes in surface plasmon resonance (SPR) can be used as indicators for real-time reactions between molecules.

또한, 본 발명의 스크리닝 방법은, 투-하이브리드 분석 또는 쓰리-하이브리드 분석 방법에 따라 실시할 수 있다(U.S. Pat. No. 5,283,317; Zervos et al., Cell 72, 223232, 1993; Madura et al., J. Biol . Chem . 268, 1204612054, 1993; Bartel et al., BioTechniques 14, 920924, 1993; Iwabuchi et al., Oncogene 8, 16931696, 1993; 및 W0 94/10300). 이 경우, Barx1 단백질을 베이트(bait) 단백질로 이용할 수 있다. 이 방법에 따르면, Barx1 단백질에 결합하는 물질, 특히 단백질을 스크리닝 할 수 있다. 투-하이브리드 시스템은 분할 가능한 DNA-결합 및 활성화 도메인으로 구성된 전사인자의 모듈 특성에 기초한다. 간단하게는, 이 분석 방법은 두 가지 DNA 컨스트럭트를 이용한다. 예컨대, 하나의 컨스트럭트에서, Barx1 단백질 코딩 폴리뉴클레오타이드(예컨대, 서열번호 제1서열의 뉴클레오타이드)를 공지의 전사 인자(예컨대, GAL-4)의 DNA 결합 도메인-코딩 폴리뉴클레오타이드에 융합시킨다. 다른 컨스트럭트에서, 분석 대상의 단백질(“프레이” 또는 “시료”)을 코딩하는 DNA 서열을 상기 공지의 전사인자의 활성화 도메인을 코딩하는 폴리뉴클레오타이드에 융합시킨다. 만일, 베이트 및 프레이가 인 비보에서 상호작용하여 복합체를 형성하면, 전사인자의 DNA-결합 및 활성화 도메인이 인접하게 되며, 이는 리포터 유전자(예컨대, LacZ)의 전사를 촉발하게 된다. 리포터 유전자의 발현을 검출할 수 있으며, 이는 분석 대상의 단백질이 Barx1 단백질과 결합할 수 있음을 나타내는 것이며, 결론적으로 혈관신생 억제제로 이용될 수 있음을 나타내는 것이다.In addition, the screening method of the present invention can be carried out according to a two-hybrid analysis or a three-hybrid analysis method (US Pat. No. 5,283,317; Zervos et al., Cell 72, 223232, 1993; Madura et al., J. Biol . Chem . 268, 1204612054, 1993; Bartel et al., BioTechniques 14, 920924, 1993; Iwabuchi et al., Oncogene 8, 16931696, 1993; And WO 94/10300). In this case, the Barx1 protein can be used as a bait protein. According to this method, substances which bind to Barx1 protein, in particular proteins can be screened. Two-hybrid systems are based on the modular nature of the transcription factors composed of cleavable DNA-binding and activation domains. For simplicity, this assay uses two DNA constructs. For example, in one construct, a Barx1 protein coding polynucleotide (eg, a nucleotide of SEQ ID NO: 1) is fused to a DNA binding domain-encoding polynucleotide of a known transcription factor (eg, GAL-4). In another construct, a DNA sequence encoding a protein of interest (“prey” or “sample”) is fused to a polynucleotide encoding the activation domain of the known transcription factor. If bait and prey interact in in vivo to form a complex, the DNA-binding and activation domains of the transcription factors are contiguous, which triggers transcription of the reporter gene (eg, LacZ). Expression of the reporter gene can be detected, which indicates that the protein of analysis can bind to the Barx1 protein, and consequently, can be used as an angiogenesis inhibitor.

본 발명의 스크리닝 방법을 몇 개의 구체적인 예로 상세히 설명하면 다음과 같다: The screening method of the present invention will be described in detail with several specific examples as follows:

첫 번째 예시적인 방법은 파아지 디스플레이 결합 분석에 따라 실시된다. Barx1 단백질 인코딩 파아지의 표면에는 Barx1 단백질이 전시되어 있다. 파아지(예컨대, T7) 표면에 전시되어 있는 Barx1 단백질에 시험물질을 접촉시켜 시험물질이 Barx1 단백질에 결합하는 지 여부를 측정함으로써, 혈관신생 억제제를 스크리닝한다. The first exemplary method is performed according to phage display binding assays. Barx1 protein encoding phage display Barx1 protein. Angiogenesis inhibitors are screened by contacting the test substance with the Barx1 protein exhibited on the phage (eg, T7) surface to determine whether the test substance binds to the Barx1 protein.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 단계 (a) 이전에 Barx1 단백질을 포함하는 세포에 서열목록 제3서열의 아미노산 서열로 이루어진 폴리뉴클레오타이드를 처리하는 단계를 추가적으로 포함한다. 본 발명에 따르면 서열목록 제3서열의 아미노산 서열은 Nkx3.2(NK3 homeobox 2) 단백질의 아미노산 서열이다. According to a preferred embodiment of the present invention, before the step (a) further comprises the step of treating a polynucleotide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 to the cell comprising the Barx1 protein. According to the present invention, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 is an amino acid sequence of Nkx3.2 (NK3 homeobox 2) protein.

즉, Barx1 단백질을 포함하는 세포에 시험물질을 접촉시키기 전에, Barx1 단백질에 특이적으로 결합하는 Nkx3.2 단백질을 상기 세포에 처리하여 미리 결합시킨 다음, 시험물질을 상기 세포에 처리하여 Barx1 단백질과의 결합에 대하여 시험물질이 Nkx3.2 단백질과 경쟁하는 지 여부를 분석한다. Barx1 단백질에 결합하는 시험물질을 과량 처리하면, Barx1 단백질에 결합되어 있는 Nkx3.2 단백질이 Barx1 단백질로부터 떨어져 나오게 된다.That is, before contacting a test substance to a cell containing Barx1 protein, Nkx3.2 protein that specifically binds to Barx1 protein is treated to the cell and bound to the cell, and then the test substance is treated to the cell and the Barx1 protein. Analyze whether the test compound competes with the Nkx3.2 protein for binding to. Excess treatment of the test substance binding to Barx1 protein causes the Nkx3.2 protein bound to Barx1 protein to be released from the Barx1 protein.

분석을 용이하게 하기 위하여, Nkx3.2 단백질을 검출가능한 표지로 레이블링 할 수 있다. 예를 들어, 상기 검출가능한 표지는 화학적 표지(예컨대, 바이오틴), 효소 표지(예컨대, 호스래디쉬 퍼옥시다아제, 알칼린 포스파타아제, 퍼옥시다아제, 루시퍼라아제, β-갈락토시다아제 및 β-글루코시다아제), 방사능 표지(예컨대, C14, I125, P32 및 S35), 형광 표지[예컨대, 쿠마린, 플루오레세인, FITC(fluoresein Isothiocyanate), 로다민 6G(rhodamine 6G), 로다민 B(rhodamine B), TAMRA(6-carboxy-tetramethyl-rhodamine), Cy-3, Cy-5, Texas Red, Alexa Fluor, DAPI(4,6-diamidino-2-phenylindole), HEX, TET, Dabsyl 및 FAM], 발광 표지, 화학발광(chemiluminescent) 표지, FRET(fluorescence resonance energy transfer) 표지 또는 금속 표지(예컨대, 금 및 은)이다.To facilitate the assay, the Nkx3.2 protein can be labeled with a detectable label. For example, the detectable label may be a chemical label (eg biotin), an enzyme label (eg horseradish peroxidase, alkaline phosphatase, peroxidase, luciferase, β-galactosidase and β- Glucosidase), radiolabels (eg, C 14 , I 125 , P 32 And S 35 ), fluorescent labels [eg, coumarin, fluorescein, fluoresein Isothiocyanate (FITC), rhodamine 6G (rhodamine B), rhodamine B (6-carboxy-tetramethyl-rhodamine), Cy -3, Cy-5, Texas Red, Alexa Fluor, DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole), HEX, TET, Dabsyl and FAM], luminescent labels, chemiluminescent labels, fluorescence resonance energy transfer) label or metal label (eg, gold and silver).

본 발명의 방법은 세포질 염색 방법에 따라 실시될 수 있다. 세포질 염색 방법은 예를 들어 Nkx3.2 단백질-쿠마린 컨쥬게이트를 이용할 수 있우며 세포질의 염색은 형광현미경으로 관찰할 수 있다.The method of the present invention can be carried out according to the cytoplasmic staining method. Cytoplasmic staining methods can utilize, for example, Nkx3.2 protein-coumarin conjugates and cytoplasmic staining can be observed by fluorescence microscopy.

구체적으로, 세포질 염색 방법은 우선 상기 단계 (a) 이전에 Nkx3.2 단백질-쿠마린 컨쥬게이트를 Barx1 단백질 함유 세포에 처리한다. 이어, 과량의 시험물질을 Nkx3.2 단백질-쿠마린 컨쥬게이트 처리된 Barx1 단백질 함유 세포에 처리한다. 이 경우, Nkx3.2 단백질-쿠마린 컨쥬게이트에 의해 세포질 염색된 세포가 시험물질에 의해 탈색화 되면, 시험물질은 Barx1 단백질에 결합 친화도를 갖는 것으로, 즉 관절염 치료제의 후보물질로 판정된다.Specifically, the cytoplasmic staining method first treats Barx1 protein containing cells with Nkx3.2 protein-coumarin conjugate before step (a) above. Excess test material is then treated to Nkx3.2 protein-coumarin conjugated Barx1 protein containing cells. In this case, when the cytoplasmic stained cells by the Nkx3.2 protein-coumarin conjugate are decolorized by the test substance, the test substance has a binding affinity to the Barx1 protein, i.e., it is determined as a candidate of the arthritis therapeutic agent.

선택적으로, 본 발명은 상기 단계 (b)를 시험 물질 처리된 Barx1 단백질 포함 세포에 Nkx3.2 단백질을 처리하여 Nkx3.2 단백질이 Barx1 단백질에 결합하는 지 여부를 조사함으로써 실시할 수도 있다.Optionally, the present invention may be carried out by treating the Nkx3.2 protein with the test substance-treated Barx1 protein-containing cells to examine whether the Nkx3.2 protein binds to the Barx1 protein.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 방법은 퇴행성 관절염 치료제 조성물의 스크리닝에 사용된다.
According to a preferred embodiment of the invention, the method of the invention is used for the screening of degenerative arthritis therapeutic compositions.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(a) 본 발명은 Barx 1 분자를 이용한 관절염 예방 또는 치료용 조성물, 관절염 진단 키트 및 관절염 치료제 조성물의 스크리닝 방법을 제공한다.(a) The present invention provides a composition for preventing or treating arthritis, an arthritis diagnosis kit, and an arthritis therapeutic composition using a Barx 1 molecule.

(b) 본 발명은 관절 조직의 기능 유지 및 연골세포 생존성 향상을 통해 관절염의 근본적인 예방 및 치료에 유용하게 이용될 수 있다.
(b) The present invention can be usefully used for the fundamental prevention and treatment of arthritis through maintaining the function of joint tissues and improving chondrocyte viability.

도 1은 연골조직 기능성 유지 측면에서 분석한 퇴행성 관절염의 병인 기전을 도식적으로 설명한 그림이다.
도 2는 본 발명이 퇴행성 관절염 예방 및 치료에 활용될 수 있는 논리적 근거를 도식적으로 설명한 그림이다.
도 3은 퇴행성 관절염 치유 측면에서 현재 관절염 치료기술의 문제점을 도식적으로 설명한 그림이다.
도 4는 배아 발달 중인 연골 조직 내에서 상보적으로 관찰되는 Nkx3.2와 Barx1의 발현 양상을 나타낸 그림이다. 본 도면은 본 발명의 배경 설명을 위하여 이전에 발표된 문헌에 포함된 결과를 인용한 것이다(2). 연골조직 발생 과정에서 Nkx3.2와 Barx1 사이에 관찰되는 상호 상보적인 발현 양상을 시투 혼성화로 나타냈다.
도 5는 Nkx3.2에 의해서 유도되는 I-κB 단백질의 유비퀴틴화가 Barx1에 의해 억제됨을 나타낸 그림이다.
제 1 패널에서 볼 수 있는 바와 같이 Nkx3.2의 과발현에 의해 유도되는 I-κB 단백질의 유비퀴틴화(2번 레인)가 Barx1이 함께 과발현되는 경우 완벽히 억제될 수 있음을 관찰하였다(4번 레인). 제 2 패널은 I-κB 단백질의 유비퀴틴화를 유도하는 과정에서 이루어진 Nkx3.2와 I-κB 간의 단백질 결합(2번 레인)을 보여주고 있으며, 이 때 Barx1이 함께 존재할 경우 I-κB와 Nkx3.2 간의 단백질 결합이 상실(4번 레인)되는 것을 또한 보여주고 있다.
도 6은 Nkx3.2에 의해서 유도되는 NF-κB 전사기능 활성화가 Barx1에 의해 억제됨을 보여주는 그림이다. 이전에 밝혀진 바와 같은 Nkx3.2에 의한 NF-κB의 기능적인 활성화(2번 레인)가 Barx1에 의해 효과적으로 저해(4번 레인)됨을 확인하였다.
도 7은 Barx1과 Nkx3.2 간의 결합에 의해 Nkx3.2와 I-κB의 결합체 형성이 차단됨을 보여주는 사진이다. 제 1 패널에서 볼 수 있는 바와 같이 Nkx3.2와 I-κB 간의 단백질 결합(2번 레인)이 Barx1이 함께 과발현되는 경우 현저히 억제(3번 레인)됨을 관찰하였다. 제 2 패널은 Nkx3.2, I-κB 및 Barx1이 모두 공존하는 환경에서는 Nkx3.2와 Barx1 간의 단백질 결합이 Nkx3.2와 I-κB 사이의 단백질 결합에 우선함을 보여주고 있다(3번 레인).
도 8은 Barx1 과발현에 의한 연골세포 사멸 촉진 효과를 확인한 결과를 나타낸 그림이다. 3번과 5번 레인에서 볼 수 있는 바와 같이, 대조군 벡터(2번 및 4번 레인)에 비해 Barx1을 과발현하고 있는 연골세포에서 훨씬 높은 수준의 세포 사멸이 관찰되었다.
도 9는 Barx1 녹다운에 의한 연골세포 사멸 억제 효과를 확인한 결과를 나타낸 그림이다. 본 발명자가 이전 연구를 통해 확립한 NF-κB 활성 억제를 통한 연골세포 사멸유도 실험(1)을 통해 분석해 본 경우, 대조군 shRNA 바이러스를 감염시켜준 연골세포(2번 레인)에 반하여, Barx1 shRNA 바이러스가 감염된 연골세포(4번 레인)에서는 매우 효과적으로 세포사멸 현상이 억제됨을 확인할 수 있었다.
도 10은 퇴행성 관절염 환자의 관절 연골세포에서 Barx1의 발현의 변화를 웨스턴 블롯을 통해 확인한 결과를 나타낸 그림이다. 정상인과 퇴행성 관절염 환자의 관절 연골로부터 분리된 연골세포들의 GAPDH 및 Barx1에 대한 웨스턴 블롯팅 분석을 수행한 결과, GAPDH의 발현 정도를 기준으로 정량적인 비교를 하였을 경우 퇴행성 관절염 환자의 관절 연골세포에서 Nkx3.2 단백질 수준이 현저히 높은 수준으로 관찰되었다.
도 11은 정상과 퇴행성 관절염 연골세포의 세포사멸을 FACS 분석을 통해 비교한 결과를 나타낸 그림이다. 연골세포들의 생존도를 Annexin-V의 결합 정도를 측정함으로써 확인하였다. 좌측 레인들에서 보이는 바와 같이 정상(5.15%)에 비해 퇴행성 관절염 환자(24.3%)의 연골세포에서 훨씬 높은 수준의 세포 사멸이 관찰되었으며, 또한 NF-κB 활성 저해에 의해 추가적으로 유도시킨 세포 사멸에 대해서도 정상(19.93%)에 비해 퇴행성 관절염 환자(68.11%)의 연골세포가 현격히 높은 수준의 세포 사멸 현상을 일으켰다.
1 is a diagram schematically illustrating the pathogenesis of degenerative arthritis in terms of maintaining cartilage tissue function.
Figure 2 is a diagram schematically illustrating the logical basis that the present invention can be used to prevent and treat degenerative arthritis.
Figure 3 is a diagram illustrating a problem of current arthritis treatment technology in terms of healing degenerative arthritis.
Figure 4 is a diagram showing the expression patterns of Nkx3.2 and Barx1 complementary observed in embryonic cartilage tissue development. This figure refers to the results contained in a previously published document for the background of the invention (2). Expressed in cartilage tissue generation process mutually complementary expression patterns observed between Nkx3.2 and in situ hybridization to Barx1.
FIG. 5 shows that ubiquitination of I-κB protein induced by Nkx3.2 is inhibited by Barx1.
As can be seen in the first panel, it was observed that the ubiquitination (lane 2) of I-κB protein induced by overexpression of Nkx3.2 can be completely inhibited when Barx1 is overexpressed (lane 4). . The second panel shows the protein binding (lane 2) between Nkx3.2 and I-κB in the process of inducing ubiquitination of I-κB protein, where Barx1 coexists with I-κB and Nkx3. It is also shown that the protein binding between the two is lost (lane 4).
Figure 6 shows that NF-κB transcriptional activation induced by Nkx3.2 is inhibited by Barx1. It was confirmed that functional activation of NF-κB by lane Nkx3.2 (lane 2) as previously revealed was effectively inhibited (lane 4) by Barx1.
FIG. 7 is a photograph showing that the formation of Nkx3.2 and I-κB is blocked by binding between Barx1 and Nkx3.2. As can be seen in the first panel, it was observed that protein binding (lane 2) between Nkx3.2 and I-κB was significantly inhibited (lane 3) when Barx1 was overexpressed together. The second panel shows that protein binding between Nkx3.2 and Barx1 takes precedence over protein binding between Nkx3.2 and I-κB in environments where Nkx3.2, I-κB and Barx1 coexist. ).
Figure 8 is a diagram showing the results confirming the effect of promoting cartilage cell death by overexpression of Barx1. As can be seen in lanes 3 and 5, much higher levels of cell death were observed in chondrocytes overexpressing Barx1 compared to control vectors (lanes 2 and 4).
9 is a diagram showing the results of confirming the inhibitory effect of chondrocyte death by Barx1 knockdown. When analyzed by the chondrocyte death induction experiment (1) through the inhibition of NF-κB activity established in the previous study by the inventor, the Barx1 shRNA virus, in contrast to the chondrocytes (lane 2) infected with the control shRNA virus Was infected with chondrocytes (lane 4) it was confirmed that apoptosis is effectively inhibited.
10 is a graph showing the results of Western blot changes in the expression of Barx1 in articular chondrocytes of patients with degenerative arthritis. Western blotting analysis of GAPDH and Barx1 of chondrocytes isolated from articular cartilage of normal and degenerative arthritis patients showed quantitative comparison of GAPDH expression in Nkx3 in articular chondrocytes of degenerative arthritis patients. .2 protein levels were observed to be significantly higher.
11 is a diagram showing the results of comparing the apoptosis of normal and degenerative arthritis chondrocytes by FACS analysis. The viability of chondrocytes was confirmed by measuring the degree of binding of Annexin-V. As shown in the left lanes, much higher levels of cell death were observed in chondrocytes in patients with degenerative arthritis (24.3%) compared to normal (5.15%), and also for cell death induced additionally by inhibition of NF-κB activity. Cartilage cells in patients with degenerative arthritis (68.11%) caused significantly higher levels of cell death than normal (19.93%).

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 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 will be apparent to those skilled 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. .

실시예Example

실험방법Experiment method

Barx1에 의한 I-κB 단백질의 유비퀴틴화의 억제Inhibition of Ubiquitinylation of I-κB Protein by Barx1

Nkx3.2는 NF-κB의 활성화를 위해 I-κB 단백질을 유비퀴틴화하는데(1), 본 발명자는 Barx1이 Nkx3.2의 이러한 유비퀴틴화를 저해함으로써 NF-κB의 활성화를 저해하는지 여부를 확인하기 위하여 면역침강(immunoprecipitation) 실험을 하였다.Nkx3.2 ubiquitizes the I-κB protein for activation of NF-κB (1), and the inventors have determined whether Barx1 inhibits the activation of NF-κB by inhibiting this ubiquitination of Nkx3.2. In order to perform immunoprecipitation experiments.

각각의 pCS2 백본의 발현 플라스미드 3-6 mg(p100 플레이트 기준)을 Roche사의 FuGene6 제품을 이용하여 ATDC5 연골세포주(3)에 Roche사의 FuGene6 제품을 사용하여 사용자 지침에 따라 일과성 형질전환(transient transfection)을 시켜 I-κB 단백질의 과발현을 유도하였다. 그 후 I-κB 단백질에 표지되어 있는 Myc tag을 인지하는 항-Myc 항체(Upstate Biotechnology)를 이용해 본 발명자가 이전에 발표한 문헌에 기개한 바대로 면역침강을 수행하였다(Park, M., Yong, Y., Choi, S.W., Kim, J.H., Lee, J.E., and Kim, D.W. Constitutive RelA activation mediated by Nkx3.2 controls chondrocyte viability. Nat. Cell Biol. 9:287-298(2007)).3-6 mg of the expression plasmid of each pCS2 backbone (based on p100 plate) was subjected to transient transfection according to user instructions using Roche's FuGene6 product on an ATDC5 chondrocyte line (3) using Roche's FuGene6 product. Overexpression of I-κB protein. Subsequently, immunoprecipitation was performed using the anti-Myc antibody (Upstate Biotechnology) that recognizes the Myc tag labeled on the I-κB protein, as described in the literature previously published by the inventors (Park, M., Yong). , Y., Choi, SW, Kim, JH, Lee, JE, and Kim, DW Constitutive RelA activation mediated by Nkx3.2 controls chondrocyte viability.Nat . Cell Biol . 9: 287-298 (2007)).

면역침강된 I-κB 단백질에 존재하는 유비퀴틴화의 정도를 측정하기 위해 유비퀴틴 단백질에 표지되어 있는 Flag tag을 인지하는 항-Flag 항체로 웨스턴 블롯팅을 수행하였다. 본 발명의 웨스턴 블롯팅 실험은 통상적인 기법으로 수행되었으며(Harlow E., and Lane D. In: Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1988)), 각 항체 별 특이 사항은 아래와 같이 요약할 수 있다: Western blotting was performed with an anti-Flag antibody that recognizes a flag tag labeled on the ubiquitin protein to determine the degree of ubiquitination present in the immunoprecipitated I-κB protein. Western blotting experiments of the invention were performed by conventional techniques (Harlow E., and Lane D. In: Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1988)), each antibody The star specificities can be summarized as follows:

1) 항-GAPDH : AbFrontier사, Cat. No. LF-PA0018, 희석 배수 1:5000, 2% milk 포함 PBST1) Anti-GAPDH: AbFrontier, Cat. No. LF-PA0018, dilution multiple 1: 5000, PBST with 2% milk

2) 항-Barx1 : Abcam사, Cat. No. ab26156, 희석 배수 1:2000, 1% milk 포함 TBST
2) Anti-Barx1: Abcam, Cat. No. ab26156, dilution multiple 1: 2000, TBST with 1% milk

Barx1과 Nkx3.2 간의 결합에 의한 Nkx3.2와 I-κB의 결합체 형성 차단Block formation of Nkx3.2 and I-κB by binding between Barx1 and Nkx3.2

각기 명시된 pCS2 백본의 발현 플라스미드 3-6 mg (p100 플레이트 기준)을 Roche사의 FuGene6 제품을 이용하여 ATDC5 연골세포주(3)에 일과성 형질전환을 시켜 해당 단백질의 과발현을 유도한 뒤, Nkx3.2 단백질에 표지되어 있는 Myc tag을 인지하는 항-Myc 항체를 이용해 면역침강을 수행하였다. 면역침강된 Nkx3.2 단백질과 결합한 I-κB 단백질의 양을 측정하기 위해 I-κB 단백질에 표지되어 있는 Flag tag을 인지하는 항-Flag 항체로 웨스턴 블롯팅을 상기와 같은 방법으로 수행하였다.
3-6 mg of each expressed pCS2 backbone (p100 plate) was transiently transformed into ATDC5 chondrocytes (3) using Roche's FuGene6 product to induce overexpression of the protein and then to Nkx3.2 protein. Immunoprecipitation was performed using an anti-Myc antibody recognizing a labeled Myc tag. In order to measure the amount of I-κB protein bound to immunoprecipitated Nkx3.2 protein, Western blotting was performed with an anti-Flag antibody that recognizes a flag tag labeled on the I-κB protein.

Barx1에 의한 NF-κB의 전사활성실험 Transcriptional Activity of NF-κB by Barx1

각각의 pCS2 백본의 발현 플라스미드 100-200 ng(12 웰 플레이트 기준)을 Roche사의 FuGene6 제품을 이용하여 ATDC5 연골세포주(3)에 일과성 혈질전환시켜 해당 단백질의 과발현을 유도한 뒤, NF-κB에 특이적인 DNA 결합 사이트가 4번 반복된 4x-kB-Luc 리포터(Park, M., Yong, Y., Choi, S.W., Kim, J.H., Lee, J.E., and Kim, D.W. Constitutive RelA activation mediated by Nkx3.2 controls chondrocyte viability. Nat. Cell Biol. 9:287-298(2007))를 활용하여 세포 내 NF-κB의 전사활성화 정도를 측정하였다.
100-200 ng of the expression plasmid of each pCS2 backbone (based on 12 well plates) was transiently hemostatically converted to ATDC5 chondrocytes (3) using Roche's FuGene6 product to induce overexpression of the protein and then specific for NF-κB. 4x-kB-Luc reporter with 4 repeats of DNA binding site (Park, M., Yong, Y., Choi, SW, Kim, JH, Lee, JE, and Kim, DW Constitutive RelA activation mediated by Nkx3.2 Control chondrocyte viability, Nat. Cell Biol . 9: 287-298 (2007)) was used to measure the transcriptional activation of NF-κB in cells.

Barx1 과발현에 의한 연골세포의 생존성 변화Survival Changes of Chondrocytes by Barx1 Overexpression

pCol2 백본의 Barx1 발현 플라스미드 5 mg(p100 플레이트 기준)을 Roche사의 FuGene6 제품을 이용하여 ATDC5 연골세포주(3)에 일과성 형질전환을 시켜 과발현을 유도한 뒤, 연골세포들의 생존도를 Annexin-V의 결합 정도를 측정함으로써 확인하였다. 유전자 과발현에 사용된 렌티바이러스는 pLentiM1.4 백본을 이용하여 제조하였으며, 1ml 당 106-107 TU(transduction unit)을 포함하는 바이러스 용액이 실험에 사용되었다. 전체적인 바이러스 생산은 (주)마크로젠사에 의뢰하여 주문 제작 되었다.5 mg of Barx1 expressing plasmid of pCol2 backbone (based on p100 plate) was transiently transformed to ATDC5 chondrocyte line (3) using Fucheene6 product of Roche, and the overexpression of chondrocytes was determined by Annexin-V binding. It confirmed by measuring a degree. The lentiviral used for gene overexpression was prepared using the pLentiM1.4 backbone, and a virus solution containing 10 6 -10 7 TU (transduction unit) per ml was used for the experiment. Overall virus production was made to order by Macrogen Co., Ltd.

본 발명에 포함된 FACS 분석들은 아래와 같이 수행되었다. TUNEL 분석을 수행할 세포 배양을 트립신 처리 한 뒤, 5% 우아혈청과 0.09% NaN3이 포함된 PBS로 2 차례 세척하고, 10mM HEPES(pH7.4), 140 mM NaCl, 2.5 mM CaCl2가 포함된 1x Annexin-V 결합 완충액으로 한번 더 세척하였다. 이 상태에서 BD Science사에서 구입한 Annexin-V-FITC를 세포와 상온에서 20분간 반응시킨 후, BD Science사의 FACScaliber 기기를 이용해 형광 표지된 세포들을 정량적으로 측정하였다.FACS analyzes included in the present invention were performed as follows. The cell culture to be subjected to the TUNEL assay was trypsinized and then washed twice with PBS containing 5% eluted serum and 0.09% NaN 3 , containing 10 mM HEPES (pH 7.4), 140 mM NaCl, 2.5 mM CaCl 2 . Washed once more with 1 × Annexin-V binding buffer. In this state, the Annexin-V-FITC purchased from BD Science was reacted with the cells at room temperature for 20 minutes, and then fluorescently labeled cells were quantitatively measured using a FA Sciencecaliber instrument of BD Science.

TUNEL 분석은 대상 세포의 배양액을 2% 파라포름알데히드로 고정시키고, 0.1% 소듐 시트레이트와 0.1% Triton-X-100이 포함된 용액으로 세포막 투과화(permeabilization)를 수행한 뒤, 아폽토시스가 일어난 세포에 대한 검출은 Roche사의 In Situ Cell Death Detection kit를 사용자 지침에 따라 수행하였다.
TUNEL assay fixed cell cultures of the target cells with 2% paraformaldehyde, performed cell membrane permeabilization with a solution containing 0.1% sodium citrate and 0.1% Triton-X-100, followed by apoptosis. Detection was performed by Roche's In Situ Cell Death Detection kit according to the user's instructions.

Barx1 녹다운(knockdown)에 의한 연골세포의 생존성 변화Survival Changes of Chondrocytes by Barx1 Knockdown

Barx1 녹다운에 의한 연골세포 사멸 억제 효과를 확인하기 위하여 Barx1의 발현이 특이적으로 억제된 ATDC5 연골세포의 생존도를 Annexin-V의 결합 정도를 측정하였다.In order to confirm the inhibitory effect of chondrocyte death by Barx1 knockdown, the extent of Annexin-V binding was measured for the viability of ATDC5 chondrocytes that specifically inhibited Barx1 expression.

Barx1 RNA 녹다운 실험들을 위한 shRNA 렌티바이러스 용액들은 아래와 같이 준비되었다. ATCC로부터 구입한 HEK293T(CRL-11268)세포를 페니실린-스트렙토마이신이 포함되지 않은 DMEM(10% FBS 포함) 배지를 사용하여 24시간 동안 배양시켜 60%의 컨플루언시에 도달하도록 한 뒤, pLKO.1 대조군 벡터(Openbiosystems Cat. No. RHS4080) 및 인간 Barx1에 특이적인 shRNA 컨스트럭트(Openbiosystems Cat. No. RHS3979-9584168, 헤어핀(hair pin) 서열 : CCGGCGGCCCAAGAAGAACTCAATTCTCGAGAATTGAGTTCTTCTTGGGCCGTTTTT)를 각각 형질도입하였다. 다음날, 페니실린-스트렙토마이신이 포함된 DMEM(10% FBS 포함) 배지 10ml로 교체한 뒤, 48시간 후 상층액을 취하여 RNA 녹다운 실험에 사용하였다. RNA 녹다운을 위해 사용할 세포 배양은 실험 당일 60-70%의 컨플루언시가 되도록 준비하고 위에서 준비된 shRNA 녹다운 렌티바이러스 1 ml 를 페니실린-스트렙토마이신이 포함된 DMEM(10% FBS 포함)에 8mg/ml의 폴리브렌(polybrene)이 첨가된 배지 1ml과 혼합하여 감염시켰다. 24시간 이후, 페니실린-스트렙토마이신이 포함된 신선한 DMEM(10% FBS 포함) 1 ml 로 배지를 교체하고, 24시간 이후 해당 세포 배양을 각 종 분석에 사용하였다.
The shRNA lentivirus solutions for Barx1 RNA knockdown experiments were prepared as follows. HEK293T (CRL-11268) cells purchased from ATCC were incubated for 24 hours using DMEM without penicillin-streptomycin (containing 10% FBS) medium to reach 60% confluency, followed by pLKO .1 Control vectors (Openbiosystems Cat.No.RHS4080) and human Barx1 specific shRNA constructs (Openbiosystems Cat.No.RHS3979-9584168, hairpin sequence: CCGGCGGCCCAAGAAGAACTCAATTCTCGAGAATTGAGTTCTTCTTGGGCCGTTTTT) were respectively transduced. The next day, after replacing with 10 ml of DMEM (containing 10% FBS) medium containing penicillin-streptomycin, the supernatant was taken 48 hours later and used for RNA knockdown experiments. The cell culture to be used for RNA knockdown was prepared to be 60-70% confluence on the day of the experiment and 1 ml of the shRNA knockdown lentivirus prepared above was added to 8 mg / ml in DMEM containing penicillin-streptomycin (containing 10% FBS). Was infected by mixing with 1 ml of medium to which polybrene was added. After 24 hours, the medium was replaced with 1 ml of fresh DMEM containing 10% FBS containing penicillin-streptomycin and after 24 hours the cell culture was used for various assays.

퇴행성 관절염 환자의 Barx1의 발현 관찰Observation of Barx1 Expression in Patients with Degenerative Arthritis

정상인과 퇴행성 관절염 환자의 관절 연골로부터 분리된 연골세포들의 전체 단백질을 분리하고, 이를 이용해 GAPDH 및 Barx1에 대한 웨스턴 블롯팅 분석을 상기와 같은 방법으로 수행하였다.
Total protein of chondrocytes isolated from articular cartilage of normal and degenerative arthritis patients was isolated and Western blotting analysis for GAPDH and Barx1 was performed in the same way.

퇴행성 관절염 환자의 연골세포의 사멸 Killing of Chondrocytes in Patients with Degenerative Arthritis

정상인과 퇴행성 관절염 환자들의 연골세포의 생존도를 상기에 기술된 바와 같이 Annexin-V의 결합 정도 측정을 통한 FACS 분석을 통해 조사하였다.
The viability of chondrocytes in normal subjects and patients with degenerative arthritis was examined by FACS analysis by measuring the degree of binding of Annexin-V as described above.

실험결과Experiment result

Barx1에 의한 I-κB 단백질의 유비퀴틴화의 억제Inhibition of Ubiquitinylation of I-κB Protein by Barx1

본 발명자는 배아 발달 중에 있는 연골조직에서 Nkx3.2와 Barx1이 서로 상보적인 발현 양상(도 4)을 보이고 있다는 사실에 근거하여, 관절염 치료 타겟으로서 Barx1에 관심을 가지게 되었다. 그 결과, 본 발명자는 Barx1이 연골세포의 사멸 조절에 관여하고 있음을 최초로 입증하였다. 우선, 본 발명자는 NF-κB의 활성화를 위해 Nkx3.2가 유도하는 I-κB 단백질의 유비퀴틴화(1)를 Barx1이 효과적으로 저해함을 확인하였다(도 5). 또한, Nkx3.2에 의해 유도되는 NF-κB 전사기능 활성화(1)가 Barx1에 의해서 현저히 억제됨을 관찰하였다(도 6). 이상의 결과는 Barx1이 Nkx3.2의 NF-κB 활성화 기능을 효과적으로 저해할 수 있는 물질임을 입증해 주고 있다.
Based on the fact that Nkx3.2 and Barx1 show complementary expression patterns (Fig. 4) in cartilage tissues during embryonic development, the present inventors became interested in Barx1 as a target for treating arthritis. As a result, the present inventors demonstrated for the first time that Barx1 is involved in the regulation of apoptosis of chondrocytes. First, the present inventors confirmed that Barx1 effectively inhibits ubiquitination (1) of N-kB3-induced ubiquitination (1) for the activation of NF-κB (FIG. 5). In addition, it was observed that NF-κB transcriptional function activation (1) induced by Nkx3.2 was significantly inhibited by Barx1 (FIG. 6). The above results demonstrate that Barx1 can effectively inhibit the NF-κB activation of Nkx3.2.

Barx1과 Nkx3.2 간의 결합에 의한 Nkx3.2와 I-κB의 결합체 형성 차단Block formation of Nkx3.2 and I-κB by binding between Barx1 and Nkx3.2

항-Myc 항체를 이용한 면역침강 결과, Nkx3.2가 NF-κB 활성화를 위해 필수적으로 이루어야 하는 I-κB 단백질과의 결합(1)이 Barx1과 Nkx3.2 간의 직접적인 단백질 결합에 의해 차단될 수 있음을 확인하였다. 도 7에 나타난 바와 같이 Nkx3.2와 I-κB 간의 단백질 결합이 Barx1이 함께 과발현되는 경우 현저히 억제됨을 관찰하였다. 또한 도 7은 Nkx3.2, I-κB 및 Barx1이 모두 공존하는 환경에서는 Nkx3.2와 Barx1 간의 단백질 결합이 Nkx3.2와 I-κB 사이의 단백질 결합에 우선함을 보여주고 있다. 이는 도 5와 도 6에서 관찰된 실험 결과들에 대한 분자 수준에서 해석을 가능하게 한다.
As a result of immunoprecipitation with anti-Myc antibodies, the binding of I-κB protein (1), which Nkx3.2 is essential for NF-κB activation, can be blocked by direct protein binding between Barx1 and Nkx3.2. It was confirmed. As shown in FIG. 7, it was observed that protein binding between Nkx3.2 and I-κB is significantly inhibited when Barx1 is overexpressed together. In addition, FIG. 7 shows that protein binding between Nkx3.2 and Barx1 takes precedence over protein binding between Nkx3.2 and I-κB in an environment where Nkx3.2, I-κB and Barx1 coexist. This allows for interpretation at the molecular level of the experimental results observed in FIGS. 5 and 6.

Barx1 과발현 및 녹다운(knockdown)에 의한 연골세포의 생존성 변화Survival Changes of Chondrocytes by Barx1 Overexpression and Knockdown

상기의 관찰된 결과들이 연골세포의 사멸 조절과 실제로 연관되어 있음을 입증하는 결과로서, 대조군 벡터에 비해 Barx1을 과발현하고 있는 연골세포에서 훨씬 높은 수준의 세포 사멸을 관찰함으로써 Barx1의 과발현이 연골세포의 사멸을 촉진시킴을 확인하였고(도 8), RNA 녹다운 실험 기법을 통해 Barx1 발현이 억제된 연골세포의 사멸이 50-70% 감소됨을 관찰하였다(도 9). 이상의 결과들은 Barx1의 연골세포 사멸 촉진 활성과 Nkx3.2의 연골세포 사멸 억제 활성 간의 균형이 연골세포의 생존 여부에 필수적으로 연관되어 있음을 제시하고 있다.
As a result demonstrating that the observed results are actually associated with the regulation of chondrocyte death, the overexpression of Barx1 was found to be significantly higher in chondrocytes overexpressing Barx1 than in the control vector. It was confirmed that it promotes death (FIG. 8), and it was observed that 50-70% reduction in the death of chondrocytes inhibited by Barx1 expression by RNA knockdown experiment technique (FIG. 9). These results suggest that the balance between chondrocyte apoptosis activity of Barx1 and chondrocyte apoptosis inhibitory activity of Nkx3.2 is essentially related to the survival of chondrocytes.

퇴행성 관절염 환자의 Barx1의 발현Expression of Barx1 in Patients with Degenerative Arthritis

이러한 Barx1의 연골세포 사멸 조절 기능이 퇴행성 관절염과 직접적으로 연결되어 있다는 결정적인 단서로서, 정상에 비하여 퇴행성 관절염 환자조직에서 분리된 연골세포에서 Barx1의 발현이 확연히 증가하여 있음을 웨스턴 블롯팅 결과를 통해 확인하였다(도 10). 이는 앞선 Barx1 과발현 실험 결과와 정확히 일관되는 결과로서 퇴행성 관절염의 발병에 따른 Barx1의 발현 증가가 관절 연골세포의 생존을 저해하였음을 추론할 수 있는 중요한 발견일 뿐만 아니라 Barx1이 퇴행성 관절염에 대한 신규 바이오마커로서 활용될 수 있음을 보여 주고 있다.
As a definitive clue that Barx1's chondrocyte death control function is directly linked to degenerative arthritis, Western blotting confirmed that the expression of Barx1 was significantly increased in chondrocytes isolated from degenerative arthritis patient tissues compared to normal. (FIG. 10). This is exactly the same as the results of previous Barx1 overexpression experiments, and it is an important finding to deduce that increased expression of Barx1 following the onset of degenerative arthritis inhibited the survival of articular chondrocytes, as well as a new biomarker for degenerative arthritis. It can be used as an example.

퇴행성 관절염 환자의 연골세포의 사멸 Killing of Chondrocytes in Patients with Degenerative Arthritis

이를 뒷받침하는 추가적인 실험으로서 Annexin-V의 결합 정도 측정을 통한 FACS 분석을 수행한 결과, 정상에 비하여 퇴행성 관절염 환자로부터 분리된 관절 연골세포에서 현저히 높은 수준의 세포 사멸이 관찰되었다(도 11). 또한 Nkx3.2가 연골세포의 생존을 위해 활성화시키는 NF-κB(1)에 대한 활성 저해제인 BAY 11-7085의 처리에 의해 유도되는 세포 사멸 현상이 퇴행성 관절염 환자의 연골 세포에서 확연히 높게 관찰되었다(도 11).
As a further experiment to support this, FACS analysis was performed by measuring the degree of binding of Annexin-V. As a result, a significantly higher level of cell death was observed in articular chondrocytes isolated from patients with degenerative arthritis (Fig. 11). In addition, apoptosis induced by treatment of BAY 11-7085, an inhibitor of activity against NF-κB (1) that Nkx3.2 activates for the survival of chondrocytes, was clearly observed in chondrocytes of patients with degenerative arthritis. 11).

이상의 결과들은 퇴행성 관절염의 발병과 함께 그 발현이 증가되는 Barx1의 연골세포 사멸 촉진 활성이 Nkx3.2의 연골세포 사멸 억제 기능과 더불어 퇴행성 관절염의 진행과 밀접하게 연관되어 있음을 시사해 주고 있다.
The above results suggest that the cartilage cell death-promoting activity of Barx1, which is increased with the onset of degenerative arthritis, is closely related to the progression of degenerative arthritis with the function of inhibiting cartilage cell death of Nkx3.2.

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.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.

참고문헌references

1. Park, M., Yong, Y., Choi, S.W., Kim, J.H., Lee, J.E., and Kim, D.W. Constitutive RelA activation mediated by Nkx3.2 controls chondrocyte viability. Nat . Cell Biol. 9:287-298(2007).Park, M., Yong, Y., Choi, SW, Kim, JH, Lee, JE, and Kim, DW Constitutive RelA activation mediated by Nkx3.2 controls chondrocyte viability. Nat . Cell Biol . 9: 287-298 (2007).

2. Vicki Church, V., Yamaguchi, K., Tsang, P., Akita, K., Logan, C., Francis-West, P. Expression and function of Bapx1 during chick limb development. Anat . Embryol . 209: 461469(2005).Vicki Church, V., Yamaguchi, K., Tsang, P., Akita, K., Logan, C., Francis-West, P. Expression and function of Bapx1 during chick limb development. Anat . Embryol . 209: 461469 (2005).

3. Atsumi, T., Miwa, Y., Kimata, K. & Ikawa, Y. A chondrogenic cell line derived from a differentiating culture of AT805 teratocarcinoma cells. Cell Differ . Dev . 30:109-16(1990).3.Atsumi, T., Miwa, Y., Kimata, K. & Ikawa, Y. A chondrogenic cell line derived from a differentiating culture of AT805 teratocarcinoma cells. Cell Differ . Dev . 30: 109-16 (1990).

4. Harlow E., and Lane D. In: Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1988).
4. Harlow E., and Lane D. In: Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1988).

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Claims (16)

서열목록 제2서열의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드 서열의 발현을 억제하는 핵산 분자를 포함하는 퇴행성 관절염 예방 또는 치료용 조성물.
A composition for preventing or treating degenerative arthritis, comprising a nucleic acid molecule that inhibits the expression of a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 sequence.
제 1 항에 있어서, 상기 뉴클레오타이드 서열은 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 퇴행성 관절염 예방 또는 치료용 조성물.
According to claim 1, wherein the nucleotide sequence is degenerative arthritis preventing or treating composition, characterized in that consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 sequence.
제 1 항에 있어서, 상기 핵산 분자는 shRNA, siRNA, miRNA, 리보자임(ribozyme), PNA(peptide nucleic acids) 또는 안티센스 올리고뉴클레오타이드인 것을 특징으로 하는 퇴행성 관절염 예방 또는 치료용 조성물.
The composition for preventing or treating degenerative arthritis according to claim 1, wherein the nucleic acid molecule is shRNA, siRNA, miRNA, ribozyme, peptide nucleic acids or antisense oligonucleotides.
제 3 항에 있어서, 상기 핵산 분자는 shRNA인 것을 특징으로 하는 퇴행성 관절염 예방 또는 치료용 조성물.
4. The composition for preventing or treating degenerative arthritis according to claim 3, wherein the nucleic acid molecule is shRNA.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵산분자는 유전자 전달체(gene delivery system)에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 퇴행성 관절염 예방 또는 치료용 조성물.The composition for preventing or treating degenerative arthritis according to any one of claims 1 to 4, wherein the nucleic acid molecule is contained in a gene delivery system. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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