KR101286154B1 - Composition for Promoting Chondrogenesis from Stem Cells and Anti-Tumor Composition Comprising Anti-sense Oligonucleotides - Google Patents

Composition for Promoting Chondrogenesis from Stem Cells and Anti-Tumor Composition Comprising Anti-sense Oligonucleotides Download PDF

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Abstract

본 발명은 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 포함하는 줄기세포로부터 연골세포 분화 촉진용 조성물에 관한 것이다. 또한 본 발명은 연골 분화 촉진용 조성물을 포함하는 연골 손상 치료용 약제학적 조성물에 관한 것이다. 또한 본 발명은 줄기세포로부터 연골세포로의 분화를 유도하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 LEF-1의 단백질의 발현을 억제하는 물질로서 서열목록 제3서열에 상보적인 서열을 가지는 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 유효성분으로 포함하는 항암 약제학적 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 miR-449a에 대한 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 이용하여 줄기세포(바람직하게는, 중간엽 중기세포)의 연골세포로의 분화를 촉진시킨다. 본 발명에서 발굴된 miR-449a의 타겟은 LEF-1으로서 광범위한 생물학적 신호 전달 경로에서 상당히 중요한 역할을 하는 전사 관련 인자이고, 연골세포 분화 및 연골형성에 있어서 중요한 역할을 하며, 이에 연골 손상 질환의 실질적인 치료 타겟이 될 수 있다. 본 발명에 따라 miR-449a에 대한 안티센스 올리고뉴클레오타이드에 의해 형질전환된 줄기세포는 연골세포로의 분화가 촉진되고 연골을 형성한다. 본 발명에서 발굴된 miR-449a는 직접적으로 LEF-1을 타겟팅하여 LEF-1의 발현을 억제한다. 이에 다양한 암에서 과발현되는 LEF-1을 억제할 수 있는 항암 약제학적 조성물로 활용이 가능하다.The present invention relates to a composition for promoting chondrocyte differentiation from stem cells comprising an antisense oligonucleotide. The present invention also relates to a pharmaceutical composition for treating cartilage damage, including a composition for promoting cartilage differentiation. The present invention also relates to a method of inducing differentiation from stem cells to chondrocytes. The present invention also relates to an anticancer pharmaceutical composition comprising an antisense oligonucleotide having a sequence complementary to SEQ ID NO: 3 as an active ingredient as a substance that inhibits the expression of the protein of LEF-1. According to the present invention, the antisense oligonucleotide for miR-449a is used to promote differentiation of stem cells (preferably mesenchymal mesenchymal cells) into chondrocytes. The target of miR-449a discovered in the present invention is LEF-1, a transcription-related factor that plays a significant role in a wide range of biological signal transduction pathways, and plays an important role in chondrocyte differentiation and cartilage formation. It can be a therapeutic target. Stem cells transformed with antisense oligonucleotides to miR-449a according to the present invention promote differentiation into chondrocytes and form cartilage. MiR-449a discovered in the present invention directly inhibits the expression of LEF-1 by targeting LEF-1. This can be utilized as an anticancer pharmaceutical composition that can inhibit LEF-1 overexpressed in various cancers.

Description

안티센스 올리고뉴클레오타이드를 포함하는 줄기세포로부터 연골세포 분화 촉진용 및 항암 약제학적 조성물{Composition for Promoting Chondrogenesis from Stem Cells and Anti-Tumor Composition Comprising Anti-sense Oligonucleotides}Composition for Promoting Chondrogenesis from Stem Cells and Anti-Tumor Composition Comprising Anti-sense Oligonucleotides

본 발명은 줄기세포로부터 연골세포 분화 촉진용 조성물에 관한 것이다. 또한 본 발명은 줄기세포로부터 연골세포로의 분화를 유도하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 항암 약제학적 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a composition for promoting chondrocyte differentiation from stem cells. The present invention also relates to a method of inducing differentiation from stem cells to chondrocytes. The invention also relates to anticancer pharmaceutical compositions.

중간엽 줄기세포는 Frienstein에 의해 처음 알려진 섬유아세포-유사 세포로서, 플라스틱-부착능을 가지고 있는 세포이다1. 초기 발견에 따르면 중간엽 줄기세포는 지방, 힘줄, 연골 및 뼈 등의 다양한 결합조직으로의 분화가 가능하다고 알려졌다2 -6. N-카드헤린 신경세포 접착 물질(N-cadherin, neural cell adhesion moleucule; NCAM)과 피브로넥틴의 상향조절에 의해 세포 응집이 유발되고, 이로 인해 시작되는 복잡한 단계를 통하여 세포와 세포 및 세포와 세포외기질과의 상호작용이 촉진 되면서 연골 형성이 일어난다. 분화하는 세포들이 연골아세포기로 수임되는 동안, 세포들은 세포외 기질의 주요 구성물이 타입 Ⅰ Collagen으로부터 보다 연골질에 가까운 타입 Ⅱ, 타입 Ⅸ 및 타입 Collagen, Cartilage oligomeric matrix protein-1 (COMP-1) 및 아그레칸(aggrecan)으로 전환된다. 결국 연골세포는 연골형성 비대 단계에 특이적으로 발현하는 타입 X Collagen의 발현을 시작하는 비대 단계에 도달한다. 마침내 뼈의 자연적 성장과 발달의 부분으로, 비대성 연골세포는 세포사멸하고 뼈로 대체된다. 여러 종류의 연골형성에 관련된 인자들의 발현 패턴은 연골형성의 각 단계마다 다르게 나타난다7(도 1).Mesenchymal stem cells are fibroblast-like cells first known by Frienstein and are plastic-adhesive 1 . According to initial findings that the mesenchymal stem cells are known to differentiate into various connective tissues such as fat, tendons, cartilage and bone can be 2-6. Cell coagulation is induced by upregulation of N-cadherin, neural cell adhesion moleucule (NCAM) and fibronectin, and through this complex step, cells, cells, cells and extracellular matrix Cartilage formation occurs as a result of the interaction with. While the differentiating cells are entrusted to the chondrocyte phase, the cells are composed of type II, type VII and type collagen, Cartilage oligomeric matrix protein-1 (COMP-1), whose main components of the extracellular matrix are more cartilaginous from Type I Collagen and Switch to agrecan. Eventually, chondrocytes reach the hypertrophy stage that begins the expression of Type X Collagen which specifically expresses the chondrogenic hypertrophy stage. Finally, as part of the natural growth and development of bone, hypertrophic chondrocytes die and are replaced by bone. Expression patterns of the factors involved in various types of cartilage formation appears differently at each stage of bone formation. 7 (FIG. 1).

연골형성의 복잡한 과정은 TGFβ, FGF, Wnt 및 Indian hedgehog(Ihh) 신호를 포함하는 다양한 신호전달 경로에 의해 조절된다. 연골형성에 잠정적으로 관여하는 위와 같은 종류의 조절자들 가운데, Wnt 신호는 많은 연구자들의 특별한 관심을 받고 있다. 그 이유는 Wnt 신호는 배아 발달, 조직 형태 형성, 신체 완성(patterning) 및 종양 형성을 포함하는 광범위한 생물학적 과정에 개입하고 있기 때문이다8.The complex process of cartilage formation is regulated by various signaling pathways including TGFβ, FGF, Wnt and Indian hedgehog (Ihh) signals. Among these types of regulators that are potentially involved in cartilage formation, Wnt signaling is of particular interest to many researchers. The reason for this is because the Wnt signal involved in a wide range of biological processes, including embryonic development, tissue morphogenesis, complete body (patterning) and tumor formation 8.

인간에게 알려져 있는 19개의 Wnt 유전자는 통상적인(canonical) 경로로 알려진 Wnt1, Wnt3a, Wnt7a 및 Wnt8과 비통상적인(non-canonical) 경로로 알려진 Wnt4, Wnt5a 및 Wnt11로 분류될 수 있다. 통상적인 경로로, β-카테닌 은 Wnt 신호 경로의 핵심적인 매개자이고, LEF-1(Lymphoid Enhancer Binding Factor 1)와 T-세포 인자(TCF) 단백질의 전사 공동 활성 인자로 활동한다. 통상적으로, Wnt는 세포막 수용체의 Frz family에 결합하여, 글리코겐 신타아제 카이나아제-3(GSK-3)의 β-카테닌을 인산화 하여, β-카테닌의 유비퀴틴화와 분해를 억제한다. 그 후 β-카테닌은 세포질에 축적되고, 핵 안으로 이동하여 전사 인자인 TCF/LEF family와 결합하고, 궁극적으로 하위 타겟 유전자의 발현을 유도한다9(도 2).The 19 Wnt genes known to humans can be classified into Wnt1, Wnt3a, Wnt7a and Wnt8, which are known as canonical pathways, and Wnt4, Wnt5a, and Wnt11, which are known as non-canonical pathways. In the conventional pathway, β-catenin is a key mediator of the Wnt signaling pathway and acts as a transcriptional co-activator of Lymphoid Enhancer Binding Factor 1 (LEF-1) and T-cell factor (TCF) proteins. Typically, Wnt binds to the Frz family of cell membrane receptors and phosphorylates β-catenin of glycogen synthase kinase-3 (GSK-3) to inhibit ubiquitination and degradation of β-catenin. Β-catenin then accumulates in the cytoplasm, migrates into the nucleus, associates with the transcription factor TCF / LEF family, and ultimately induces expression of downstream target genes 9 (FIG. 2).

본 발명자들은 고효율 탐색방법(high throughput screening)과 함께 정량적 실시간 PCR을 사용하여, β-카테닌의 직접적인 타겟 단백질인 LEF-1이, 연골형성 과정 중 특이적인 발현 패턴을 보이고, 이 특정 유전자에 결합하는 microRNA를 연구하였다.The inventors have used quantitative real-time PCR with high throughput screening to demonstrate that LEF-1, a direct target protein of β-catenin, exhibits a specific expression pattern during cartilage formation and binds to this specific gene. microRNA was studied.

17-23 뉴클레오티드 길이를 가지는 miRNA는 세포 증식10 ,11, 세포사멸12 ,13, 면역반응14, 단백질 발현15 -17 및 조직 발달18 -24을 포함하는 다양한 과정에 영향을 주고 있다. 기능을 할 수 있는 복합체인 RISC(RNA-induced silencing complex)25 단백질 복합체를 형성함으로써, miRNA는 타겟 단백질의 3’UTR의 상보적인 염기서열을 인식하고, mRNA 분해26와 단백질해독(translation) 억제작용27의 두가지 매커니즘으로 유전자 발현을 억제한다. 최근 연골형성에 있어 핵심적인 조절자로 소수의 miRNAs가 실험적으로 확인되었다. 한 연구에 따르면, miRNA-19a의 타겟이 연골 내 뼈 형성의 중요한 단백질인 CCN2/CTGF 라고 밝혀졌다28. 분화 만능 C3H10T1/2 줄기세포의 펠렛 배양에 있어서, miRNA-199a는 초기 단계의 저해제로 알려졌다. mir-199a를 처리하면, 핵심적인 연골형성 마커인 COMP 단백질, SOX9 및 타입 Ⅱ Collagen의 의미 있는 감소가 관찰되는 반면, mir-199a의 억제는 상기 유전자들의 발현 증가가 나타난다29. LEF-1과 함께 일반적인 Wnt 신호 경로는 광범위한 생물학적 신호 전달 경로에서 상당히 중요한 역할을 하고, 암세포의 증식, 성장 및 발달에도 관여하고 있기 때문에 연골형성 또는 발달 생물학의 분야에만 제한될 뿐만 아니라 LEF-1의 발현을 조절하는 잠정적인 microRNA에 대한 정보는 당업게에 인체 생리학의 전반적인 이해에 있어보다 깊은 통찰을 제공한다.
MiRNAs with 17-23 nucleotides length influence a variety of processes including cell proliferation 10 , 11 , apoptosis 12 , 13 , immune response 14 , protein expression 15 -17 and tissue development 18 -24 . By forming a complex of RISC (RNA-induced silencing complex) 25 protein complexes that can function, miRNA recognizes the complementary nucleotide sequence of the 3'UTR of the target protein, mRNA and protein decomposition 26 decrypts (translation) inhibitory activity Two mechanisms of 27 inhibit gene expression. Recently, a few miRNAs have been experimentally identified as key regulators of cartilage formation. One study found that the target of miRNA-19a was CCN2 / CTGF, an important protein for bone formation in cartilage 28 . In pellet culture of differentiated pluripotent C3H10T1 / 2 stem cells, miRNA-199a was known as an early stage inhibitor. Treatment with mir-199a observed a significant decrease in key cartilage markers COMP protein, SOX9 and Type II Collagen, whereas inhibition of mir-199a resulted in increased expression of these genes 29 . The general Wnt signaling pathway, along with LEF-1, plays a significant role in a wide range of biological signaling pathways and is involved in the proliferation, growth and development of cancer cells and is therefore not only limited to the field of cartilage or developmental biology, Information about the potential microRNAs that regulate expression provides the worker with a deeper insight into the overall understanding of human physiology.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 특허문헌 및 논문이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 특허문헌 및 논문의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
A number of patent documents and articles are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited patent documents and papers 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 발명자들은 줄기세포로부터 연골세포로 분화를 촉진할 수 있는 방법을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 miR-449a 안티센스 올리고뉴클레오타이드가 LEF-1(Lymphoid Enhancer Binding Factor 1)의 발현을 유도함으로써 줄기세포로부터 연골세포로의 분화를 촉진하는 것을 규명함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have tried to develop a method that can promote differentiation from stem cells to chondrocytes. As a result, the present inventors have completed the present invention by identifying that miR-449a antisense oligonucleotide promotes differentiation from stem cells to chondrocytes by inducing the expression of Lymphoid Enhancer Binding Factor 1 (LEF-1).

따라서 본 발명의 목적은 줄기세포로부터 연골세포 분화 촉진용 조성물을 제공하는 데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a composition for promoting chondrocyte differentiation from stem cells.

본 발명의 다른 목적은 연골 손상 치료용 약제학적 조성물을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide a pharmaceutical composition for treating cartilage damage.

본 발명의 또 다른 목적은 줄기세포로부터 연골세포를 분화하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide a method for differentiating chondrocytes from stem cells.

본 발명의 또 다른 목적은 LEF-1의 mRNA서열에 상보적인 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 포함하는 항암 약제학적 조성물을 제공하는데 있다.
Still another object of the present invention is to provide an anticancer pharmaceutical composition comprising an antisense oligonucleotide complementary to the mRNA sequence of LEF-1.

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 제1서열의 microRNA-449a에 상보적인 서열을 가지는 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 포함하는 줄기세포로부터 연골세포 분화 촉진용 조성물을 제공한다.
According to an aspect of the present invention, the present invention provides a composition for promoting chondrocyte differentiation from stem cells comprising an antisense oligonucleotide having a sequence complementary to microRNA-449a of SEQ ID NO: 1.

본 발명자들은 줄기세포로부터 연골세포로 분화를 촉진할 수 있는 방법을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 miR-449a 안티센스 올리고뉴클레오타이드가 LEF-1(Lymphoid Enhancer Binding Factor 1)의 발현을 유도함으로써 줄기세포로부터 연골세포로의 분화를 촉진하는 것을 규명하였다.The present inventors have tried to develop a method that can promote differentiation from stem cells to chondrocytes. As a result, the inventors have found that miR-449a antisense oligonucleotide promotes differentiation from stem cells to chondrocytes by inducing expression of Lymphoid Enhancer Binding Factor 1 (LEF-1).

본 발명의 조성물은 서열목록 제1서열의 microRNA-449a(miR-449a)에 상보적인 서열을 가지는 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 포함한다. 본 명세서에서 용어 “안티센스 올리고뉴클레오타이드”는 타겟으로 하는 microRNA(miRNA), 특히 miRNA의 서열에 대한 상보적인 서열을 가지고 있어 miRNA와 이합체(duplex)를 형성할 수 있는 핵산-기반 분자를 포괄한다. 따라서, 본 명세서에서 용어 “안티센스 올리고뉴클레오타이드”는 “상보적 핵산-기반 억제제”로 기재될 수 있다.The composition of the present invention comprises an antisense oligonucleotide having a sequence complementary to microRNA-449a (miR-449a) of SEQ ID NO: 1. As used herein, the term “antisense oligonucleotide” encompasses nucleic acid-based molecules that have a complementary sequence to the target of a microRNA (miRNA), in particular a miRNA, to form a duplex with the miRNA. Thus, the term "antisense oligonucleotide" can be described herein as a "complementary nucleic acid-based inhibitor."

서열목록 제1서열은 miR-449a의 성숙 서열을 나타낸다. 서열목록 제1서열에서 2번째부터 8번째까지의 뉴클레오타이드 서열은 miR-449a의 씨드 서열이다. 일반적으로 miRNA의 씨드 서열은 타겟 인지에 매우 중요한 서열로서, 다양한 종에 대하여 보존적(conserved)이다(Krenz, M. et al., J. Am. Coll . Cardiol . 44:2390-2397(2004); H. Kiriazis, et al., Annu . Rev . Physiol . 62:321(2000)). Sequence Listing 1 shows the mature sequence of miR-449a. The 2nd to 8th nucleotide sequence in SEQ ID NO: 1 is the seed sequence of miR-449a. In general, the seed sequence of miRNA is a very important sequence and is conserved for various species (Krenz, M. et al., J. Am. Coll . Cardiol . 44: 2390-2397 (2004) ; H. Kiriazis, et al, Annu Rev Physiol 62:.... 321 (2000)).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용되는 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 서열목록 제1서열의 2번째 내지 8번째 뉴클레오타이드 서열에 상보적인 서열을 갖는다. According to a preferred embodiment of the present invention, the antisense oligonucleotides used in the present invention have a sequence complementary to the second to eighth nucleotide sequences of the first sequence.

본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용되는 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열(즉, miR-449a의 성숙 서열)중 1번째 내지 22번째 뉴클레오타이드 서열에 상보적인 서열을 갖는다. 가장 바람직하게는, 상기 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 서열목록 제2서열의 뉴클레오타이드 서열을 갖는다.According to a more preferred embodiment of the present invention, the antisense oligonucleotide used in the present invention comprises a sequence complementary to the 1st to 22nd nucleotide sequence in the nucleotide sequence of the first sequence (ie, the mature sequence of miR-449a) Have Most preferably, the antisense oligonucleotide has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.

본 명세서에서 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 언급하면서 사용되는 용어 “상보적”은 소정의 혼성화 또는 어닐링 조건, 바람직하게는 생리학적 조건 하에서 안티센스 올리고뉴클레오타이드가 miR-449a 타겟에 선택적으로 혼성화 할 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.The term “complementary” as used herein referring to antisense oligonucleotides means that the antisense oligonucleotides are sufficiently complementary to selectively hybridize to miR-449a targets under certain hybridization or annealing conditions, preferably physiological conditions. It has the meaning encompassing both substantially complementary and completely complementary, and preferably means completely complementary.

본 발명에서 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 다양한 분자를 포함한다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 DNA 또는 RNA 분자이며, 보다 바람직하게는 RNA 분자이다. 선택적으로 , 본 발명에서 이용되는 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 리보뉴클레오타이드(RNA), 디옥시리보뉴클레오타이드(DNA), 2‘-O-변형 올리고뉴클레오타이드, 포스포로티오에이트-백본 디옥시리보뉴클레오타이드, PNA(peptide nucleic acid) 또는 LNA(locked nucleic acid)이다. 2‘-O-변형 올리고뉴클레오타이드는 바람직하게는 2’-O-알킬 올리고뉴클레오타이드이고, 보다 바람직하게는 2’-O-C1 -3 알킬 올리고뉴클레오타이드이며, 가장 바람직하게는 2’-O-C1 -3 메틸 올리고뉴클레오타이드이다.Antisense oligonucleotides in the present invention include various molecules. Antisense oligonucleotides are DNA or RNA molecules, more preferably RNA molecules. Optionally, the antisense oligonucleotides used in the present invention include ribonucleotides (RNA), deoxyribonucleotides (DNA), 2'-0-modified oligonucleotides, phosphorothioate-backbone deoxyribonucleotides, peptide nucleic acid (PNA) or LNA. (locked nucleic acid). 2'-O- modified oligonucleotides are preferably 2'-O- alkyl oligonucleotide, more preferably 2'-OC 1 -3 and oligo-alkyl nucleotides, most preferably 2'-OC 1 -3-methyl Oligonucleotides.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 miR-449a에 상보적인 서열을 가지는 핵산-기반 억제제를 포함하는 포괄적인 의미를 갖는다. 본 발명의 안티센스 올리고뉴클레오타이드에 포함되는 것은, 예를 들어 좁은 의미의 안티센스 올리고뉴클레오타이드, 안타고미어 및 억제 RNA 분자를 포함한다.As mentioned above, antisense oligonucleotides in the present invention have a broad meaning including nucleic acid-based inhibitors having a sequence complementary to miR-449a. Included in the antisense oligonucleotides of the present invention include, for example, antisense oligonucleotides, antagonists and inhibitory RNA molecules in a narrow sense.

용어 “안타고미어”는 단일-가닥 화학적-변형 리보뉴클레오타이드로서 miR-449a에 적어도 부분적으로 바람직하게는 완전하게 상보적인 서열을 갖는다. 안타고미어는 하나 또는 그 이상의 변형 뉴클레오타이드(예컨대, 2'-O-메틸-당 변형)를 포함한다. 어떤 구현예에 따르면, 안타고미어는 변형 뉴클레오타이드만을 포함한다. 안타고미어는 하나 또는 그 이상의 포스포로티오에이트 결합을 포함하며 이에 부분적으로 또는 완전히 포스포로티오에이트 백본을 갖게 된다. 인 비보 운반 및 안정성을 개선하기 위하여, 안타고미어는 그의 3‘-말단에 콜레스테롤 또는 다른 부위를 결합시킬 수 있다. miR-449a을 억제하기 위하여 적합하여 안타고미어의 길이는 7-50 뉴클레오타이드, 바람직하게는 10-40 뉴클레오타이드, 보다 바람직하게는 15-30 뉴클레오타이드, 가장 바람직하게는 20-25 뉴클레오타이드이다.The term “antagomere” is a single-stranded chemically-modified ribonucleotide having a sequence that is at least partially preferably completely complementary to miR-449a. Antagonists include one or more modified nucleotides (eg, 2′-O-methyl-sugar modifications). According to certain embodiments, the antagonist comprises only modified nucleotides. Antagonists include one or more phosphorothioate linkages and have a partially or completely phosphorothioate backbone. To improve in vivo transport and stability, antagonists may bind cholesterol or other sites at their 3′-end. Suitable for inhibiting miR-449a, the length of the antagonists is 7-50 nucleotides, preferably 10-40 nucleotides, more preferably 15-30 nucleotides, most preferably 20-25 nucleotides.

miR-449a 기능의 억제는 전형적인 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 투여하여 달성될 수 있다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 리보뉴클레오타이드 또는 디옥시리보뉴클레오타이드이다. 바람직하게는, 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 적어도 하나의 화학적 변형을 포함한다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 하나 또는 그 이상의 LNAs(Locked nucleic acids)를 포함할 수 있다. LNA는 변형 리보뉴클레오타이드로서 리보오스 당 부위의 2‘ 내지 4’ 탄소 사이에 추가적인 브리지를 포함하여 잠금(locked) 형태를 가지게 되며 이에 LNA가 있는 올리고뉴클레오타이드는 개선된 열 안정성을 가지게 된다. 택일적으로, 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 PNAs(peptide nucleic acids)를 포함할 수 있으며, 이는 당-포스페이트 백본 대신에 펩타이드-기반 백본을 포함한다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드가 포함할 수 있는 다른 화학적 변형은, 2'-O-알킬(예컨대, 2'-O-메틸, 2'-O-메톡시에틸), 2'-플루오로 및 4'-티오 변형과 같은 당 변형; 포스포로티오에이트, 모포리노 또는 포스포노카복실레이트 결합과 같은 백본 변형(예컨대, 미국 특허 제6,693,187호 및 제7,067,641호)을 포함한다. 다른 구현예에서, 적합한 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 2'-O-메톡시에틸 "갭머"이며 이는 5‘-말단 및 3’-말단에 2'-O-메톡시에틸-변형 리보뉴클레오타이드를 포함하며 중앙에 적어도 10개의 디옥시리보뉴클레오타이드를 갖는다. 이 "갭머"는 RNA 타겟의 RNase I 의존성 파쇄 기전을 촉발시킬 수 있다. 안틴센스 올리고뉴클레오타이드의 길이는 7-50 뉴클레오타이드, 바람직하게는 10-40 뉴클레오타이드, 보다 바람직하게는 15-30 뉴클레오타이드, 가장 바람직하게는 20-25 뉴클레오타이드이다.Inhibition of miR-449a function can be achieved by administering a typical antisense oligonucleotide. Antisense oligonucleotides are ribonucleotides or deoxyribonucleotides. Preferably, the antisense oligonucleotides comprise at least one chemical modification. Antisense oligonucleotides may comprise one or more locked nucleic acids (LNAs). LNAs are modified ribonucleotides that have a locked form, including additional bridges between the 2 'to 4' carbons of the ribose sugar moiety, so that the oligonucleotides with LNA have improved thermal stability. Alternatively, antisense oligonucleotides may comprise peptide nucleic acids (PNAs), which include peptide-based backbones instead of sugar-phosphate backbones. Other chemical modifications that antisense oligonucleotides may include include 2'-0-alkyl (eg, 2'-0-methyl, 2'-0-methoxyethyl), 2'-fluoro and 4'-thio modifications. Sugar modifications such as; Backbone modifications such as phosphorothioate, morpholino or phosphonocarboxylate linkages (eg, US Pat. Nos. 6,693,187 and 7,067,641). In another embodiment, a suitable antisense oligonucleotide is a 2'-0-methoxyethyl "gapmer" which comprises a 2'-0-methoxyethyl-modified ribonucleotide at the 5'-end and a 3'-end and is centrally located. At least 10 deoxyribonucleotides. This "gapmer" can trigger the RNase I dependent disruption mechanism of the RNA target. The antisense oligonucleotides are 7-50 nucleotides in length, preferably 10-40 nucleotides, more preferably 15-30 nucleotides, and most preferably 20-25 nucleotides.

miR-449a의 기능을 억제하는 다른 접근 방식은 억제 RNA 분자를 투여하는 것이며, 상기 억제 RNA 분자는 miR-449a의 성숙 서열에 상보적인 서열을 포함한다. 이러한 억제 RNA 분자는 이중가닥 siRNA(small interfering RNA), shRNA(short hairpin RNA) 및 라이보자임을 포함한다.Another approach to inhibit the function of miR-449a is to administer an inhibitory RNA molecule, said inhibitory RNA molecule comprising a sequence complementary to the mature sequence of miR-449a. Such inhibitory RNA molecules include small interfering RNA (siRNA), short hairpin RNA (shRNA) and ribozymes.

본 발명의 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 miR-449a와 상보적인 서열을 가지며 miR-449a를 억제하여 그 타겟 유전자인 LEF-1의 발현을 유도한다.The antisense oligonucleotide of the present invention has a sequence complementary to miR-449a and inhibits miR-449a to induce the expression of its target gene, LEF-1.

본 발명의 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 줄기세포로부터 연골세포 분화를 촉진한다. 상기 줄기세포는 당업계에 공지된 모든 줄기세포, 예컨대 전능성 줄기세포(pluripotent stem cell) 및 다능성 줄기세포(multipotent stem cell)를 포함한다. 바람직하게는, 줄기세포는 다능성 줄기세포이다. 보다 바람직하게는, 상기 다능성 줄기세포는 중간엽 줄기세포, 근육 줄기세포, 조혈모 줄기세포, 신경 줄기세포, 간 줄기세포, 췌장 줄기세포, 내피 줄기세포 및 표피 줄기세포이고, 보다 더 바람직하게는 중간엽 줄기세포, 가장 바람직하게는 골수-유래 중간엽 줄기세포이다.
Antisense oligonucleotides of the present invention promote chondrocyte differentiation from stem cells. The stem cells include all stem cells known in the art, such as pluripotent stem cells and multipotent stem cells. Preferably, the stem cells are pluripotent stem cells. More preferably, the pluripotent stem cells are mesenchymal stem cells, muscle stem cells, hematopoietic stem cells, neural stem cells, liver stem cells, pancreatic stem cells, endothelial stem cells and epidermal stem cells, even more preferably Are mesenchymal stem cells, most preferably bone marrow-derived mesenchymal stem cells.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 서열목록 제1서열의 microRNA-449a에 상보적인 서열을 가지는 안티센스 올리고뉴클레오타이드로 형질전환된 줄기세포로부터 연골세포로의 분화를 유도하는 단계를 포함하는 줄기세포로부터 연골세포 분화 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a stem cell comprising the step of inducing differentiation into chondrocytes from stem cells transformed with antisense oligonucleotides having a sequence complementary to microRNA-449a of SEQ ID NO: 1 From a chondrocyte differentiation method.

본 발명의 방법은 상기 연골세포 분화 조성물을 이용하기 때문에, 이 둘 사이에 공통된 내용은 반복 기재에 따른 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.Since the method of the present invention utilizes the chondrocyte differentiation composition, the contents in common between the two are omitted in order to avoid excessive complexity of the present specification according to the repetitive description.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 분화를 유도하는 단계는 상기 안티센스 올리고뉴클레오타이드에 의해 LEF-1(Lymphoid Enhancer Binding Factor 1)의 발현을 증가시켜 실시된다. 본 발명의 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 miR-449a를 억제하여, 그 타겟 유전자인 LEF-1의 발현을 유도함으로써 줄기세포로부터 연골세포로의 분화를 촉진할 수 있다. LEF-1은 광범위한 생물학적 신호 전달 경로에서 상당히 중요한 역할을 하는 전사 관련 인자로, 연골형성 또는 발달 생물학의 분야에만 제한되지 않고, 인체 생리학 전체 영향을 준다는 것이 당업계에 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려져 있다. 또한 LEF-1의 상위의 주요한 신호전달 경로는 Wnt-β-카테닌 신호전달 경로로 알려졌다. 통상적인 Wnt는 세포막 수용체의 Frz family에 결합하여, 글리코겐 신타제 키나제-3(GSK-3)의 β-카테닌을 인산화 하여, β-카테닌의 유비퀴틴화와 분해를 억제한다. 그 후 β-카테닌은 세포질에 축적되고, 핵 안으로 이동하여 전사인자인 TCF/LEF family와 결합하고, 궁극적으로 하위 타겟 유전자의 발현을 유도한다. 결과적으로 LEF-1의 증가는 연골세포의 분화와 연골형성을 나타내는 마커인 타입 Ⅱ 세포, SOX9, 타입 X Collagen 및 MMP13을 증가시키므로 줄기세포를 연골세포로 분화시키며, 연골을 형성할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the step of inducing differentiation is performed by increasing the expression of Lymphoid Enhancer Binding Factor 1 (LEF-1) by the antisense oligonucleotide. The antisense oligonucleotide of the present invention can promote differentiation from stem cells to chondrocytes by inhibiting miR-449a and inducing expression of its target gene, LEF-1. LEF-1 is a transcription-related factor that plays a significant role in a wide range of biological signal transduction pathways, and is commonly known to those of skill in the art that it is not limited to the fields of cartilage or developmental biology, but has an overall impact on human physiology. have. In addition, the major signaling pathway upstream of LEF-1 is known as the Wnt-β-catenin signaling pathway. Conventional Wnt binds to the Frz family of cell membrane receptors and phosphorylates β-catenin of glycogen synthase kinase-3 (GSK-3) to inhibit ubiquitination and degradation of β-catenin. Β-catenin then accumulates in the cytoplasm, migrates into the nucleus, binds to the transcription factor TCF / LEF family, and ultimately induces expression of downstream target genes. As a result, the increase of LEF-1 increases the type II cells, SOX9, Type X Collagen and MMP13, which are markers of chondrocyte differentiation and chondrogenesis, thus differentiating stem cells into chondrocytes and forming cartilage.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 microRNA-449a에 대한 안티센스 올리고뉴클레오타이드로 형질전환된 줄기세포는 당업계에 공지된 다양한 형질전환 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 미세 주입법 (Capecchi, M.R., Cell, 22:479(1980)), 칼슘 포스페이트 침전법 (Graham, F.L. et al., Virology, 52:456(1973)), 전기 천공법 (Neumann, E. et al., EMBO J., 1:841(1982)), 리포좀-매개 형질감염법 (Wong, T.K. et al., Gene, 10:87(1980)), 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)) 등에 의해 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 줄기세포 내로 주입할 수 있다.In the method of the present invention, the stem cells transformed with the antisense oligonucleotide for the microRNA-449a may be prepared by various transformation methods known in the art. For example, micro-injection (Capecchi, MR, Cell , 22: 479 (1980)), calcium phosphate precipitation (Graham, FL et al., Virology , 52: 456 (1973)), electroporation (Neumann, E et al., EMBO J. , 1: 841 (1982)), liposome-mediated transfection (Wong, TK et al., Gene , 10:87 (1980)), DEAE-dextran treatment (Gopal, Mol. . Cell Biol, 5:. 1188-1190 (1985)), and gene night Bard treatment (Yang et al, Proc Natl Acad Sci, 87:..... 9568-9572 (1990) antisense oligonucleotides or the like) Can be injected into stem cells.

상기 microRNA-449a에 대한 안티센스 올리고뉴클레오타이드로 형질전환된 줄기세포로부터 연골세포로의 분화를 유도하는 방법은 당업계에 공지된 다양한 연골세포 분화 방법을 통하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 분화 유도는 당업계에 공지된 통상적인 연골세포 분화용 배지(예컨대, DMEM-High Glucose, 인슐린 트렌스페린 셀레니움A, 아스코르브산 및 TGF-β3 포함)에서 줄기세포를 배양하여 실시할 수 있다.
The method of inducing differentiation of stem cells transformed with antisense oligonucleotides to chondrocytes with respect to the microRNA-449a may be performed through various chondrocyte differentiation methods known in the art. For example, differentiation induction can be carried out by culturing stem cells in conventional chondrocyte differentiation media known in the art (eg, including DMEM-High Glucose, insulin transferrin selenium A, ascorbic acid, and TGF-β3). have.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상술한 연골 분화 촉진용 조성물을 포함하는 연골 손상 치료용 약제학적 조성물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a pharmaceutical composition for treating cartilage damage comprising the composition for promoting cartilage differentiation.

본 발명의 약제학적 조성물은 상기 연골세포 분화 조성물을 유효성분으로 이용하기 때문에, 이 둘 사이에 공통된 내용은 반복 기재에 따른 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.Since the pharmaceutical composition of the present invention uses the chondrocyte differentiation composition as an active ingredient, the common content between the two is omitted in order to avoid excessive complexity of the present specification according to the repeated description.

본 발명의 약제학적 조성물은 단독 투여 또는 병용 투여 방식으로 투여 될 수 있다. 예를 들어, 중간엽 줄기세포와 함께 연골 손상 부위에 국소 투여되어 연골 손상을 치료하는 효능을 발휘할 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention may be administered alone or in combination. For example, it can be administered topically to the site of cartilage damage along with mesenchymal stem cells to exert the effect of treating cartilage damage.

본 발명의 약제학적 조성물을 이용하여 치료할 수 있는 연골손상 질환은 바람직하게는, 골 관절염, 퇴행성 관절염, 류마티스 관절염 및 외상에 의한 관절 손상을 포함한다.Cartilage injury diseases that can be treated using the pharmaceutical compositions of the present invention preferably include osteoarthritis, degenerative arthritis, rheumatoid arthritis and joint damage by trauma.

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 formulations include, but are not limited to, Remington's Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995).

본 발명의 약제학적 조성물은 비경구로 투여할 수 있고, 비경구 투여인 경우에는 관절강내 주입, 정맥내 주입, 피하 주입, 근육 주입, 복강 주입 등으로 투여할 수 있다. The pharmaceutical composition of the present invention may be administered parenterally, and in the case of parenteral administration, it may be administered by intraarticular injection, intravenous injection, subcutaneous injection, intramuscular injection, intraperitoneal injection and the like.

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 다양하며, 보통으로 숙련된 의사는 소망하는 치료 또는 예방에 효과적인 투여량을 용이하게 결정 및 처방할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 약제학적 조성물의 1일 투여량은 0.001-100 ㎎/㎏이다.The appropriate dosage of the pharmaceutical composition of the present invention varies depending on factors such as the formulation method, administration method, age, body weight, sex, pathological condition, food, administration time, administration route, excretion rate and responsiveness of the patient, Usually, a skilled physician can readily determine and prescribe dosages effective for the desired treatment or prophylaxis. According to a preferred embodiment of the present invention, the daily dosage of the pharmaceutical composition of the present invention is 0.001-100 mg / kg.

본 발명의 약제학적 조성물은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 방법에 따라, 약제학적으로 허용되는 담체 및/또는 부형제를 이용하여 제제화 함으로써 단위 용량 형태로 제조되거나 또는 다용량 용기 내에 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 composition of the present invention may be formulated into a unit dose form by formulating it with a pharmaceutically acceptable carrier and / or excipient according to a method which can be easily carried out by a person skilled in the art to which the present invention belongs Or by intrusion 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 약제학적 조성물은 투여되는 관절 내 부위에 있는 줄기세포 또는 병용 투여되는 줄기세포가 연골세포로 분화되는 것을 촉진시킴으로써, 연골 손상 관련 다양한 질환을 치료할 수 있다.
The pharmaceutical composition of the present invention can treat a variety of diseases related to cartilage damage by promoting the differentiation of stem cells at the site within the joint to be administered or stem cells administered in combination into chondrocytes.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 LEF-1의 단백질의 발현을 억제하는 물질로서 서열번호 3에 상보적인 서열을 가지는 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 유효성분으로 포함하는 항암 약제학적 조성물이다. According to another aspect of the present invention, the present invention is an anticancer pharmaceutical composition comprising an antisense oligonucleotide having a sequence complementary to SEQ ID NO: 3 as an active ingredient as a substance which inhibits the expression of the protein of LEF-1.

본 발명의 조성물에 포함되는 안티센스 올리고뉴클레오타이드 및 약제학적 조성물에 대한 설명은 상기 연골세포 분화 조성물과 동일하기 때문에, 이 둘 사이에 공통된 내용은 반복 기재에 따른 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.Since the description of the antisense oligonucleotide and the pharmaceutical composition included in the composition of the present invention is the same as that of the chondrocyte differentiation composition, the contents in common between the two are described in order to avoid excessive complexity of the present specification according to the repeated description. Omit.

본 발명의 조성물은 서열목록 제3서열의 LEF-1의 mRNA 서열, 바람직하게는 LEF-1의 3'UTR 서열에 상보적인 서열을 가지는 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 포함한다. 본 명세서에서 용어 “안티센스 올리고뉴클레오타이드”는 타겟으로 하는 LEF-1, 특히 LEF-1의 mRNA의 서열에 대한 상보적인 서열을 가지고 있어 mRNA와 이합체(duplex)를 형성할 수 있는 핵산-기반 분자를 포괄한다. The composition of the present invention comprises an antisense oligonucleotide having a mRNA sequence of LEF-1, preferably a sequence complementary to the 3'UTR sequence of LEF-1, of SEQ ID NO: 3. As used herein, the term “antisense oligonucleotide” encompasses nucleic acid-based molecules that have a complementary sequence to the sequence of the mRNA of the targeted LEF-1, in particular LEF-1, to form a duplex with the mRNA. do.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 조성물은 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열을 가지는 것을 특징으로 하는 항암 약제학적 조성물이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the composition of the present invention is an anticancer pharmaceutical composition, characterized in that it has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 sequence.

서열목록 제1서열은 miR-449a 서열로, 2번째부터 8번째까지의 뉴클레오타이드 서열은 miR-449a의 씨드 서열이다. 일반적으로 miRNA의 씨드 서열은 타겟 인지에 매우 중요한 서열로서, 다양한 종에 대하여 보존적(conserved)이다(Krenz, M. et al., J. Am . Coll . Cardiol . 44:2390-2397(2004); H. Kiriazis, et al., Annu . Rev . Physiol . 62:321(2000)). Sequence Listing 1 is the miR-449a sequence, and the 2nd to 8th nucleotide sequences are the seed sequences of miR-449a. In general, the seed sequence of miRNA is a very important sequence and is conserved for various species (Krenz, M. et al., J. Am . Coll . Cardiol . 44: 2390-2397 (2004). ; H. Kiriazis, et al, Annu Rev Physiol 62:.... 321 (2000)).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 볼 발명의 조성물인 올리고뉴클레오타이드에 의해 LEF-1(Lymphoid Enhancer Binding Factor 1)의 발현이 억제된다. 본 발명의 실시예에서 상술한 바와 같이, miR-449a는 LEF-1에 직접적으로 결합하여 그 발현을 억제한다. LEF-1은 Wnt 신호 전달의 하위 물질로 Wnt 신호에 의해 β-카테닌이 세포질에 축적되어 핵 안으로 이동하면, 전사인자인 TCF/LEF family와 결합하고, 궁극적으로 하위 타겟 유전자의 발현을 유도함으로써 세포의 성장, 분화 및 다양한 유전자 발현을 초래한다. 다양한 암세포에서는 LEF-1을 과발현하여 암세포의 성장을 위한 메커니즘으로 사용하고 있는 것은 당업계에 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려져 있다. 특별히 대장암에서 LEF-1의 과발현 되었다는 보고가 많아 많은 연구자들이 관심을 갖고 있다(Karine H. et al., Nature. vol29. may 2011). LEF-1을 억제함으로써 대장암을 억제하려는 노력이 진행되고 있으며(Tony W. et al., Mol and Cel Biol. vol. 26. 2006. p5284-5299), 본 발명에서는 LEF-1을 억제하는 물질로 miR-449a를 규명함으로써, 다양한 암에서 과발현 된 LEF-1을 억제하여 암 치료에 응용이 가능함을 제시 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the expression of Lymphoid Enhancer Binding Factor 1 (LEF-1) is inhibited by the oligonucleotide which is the composition of the present invention. As described above in the embodiments of the present invention, miR-449a directly binds to LEF-1 and inhibits its expression. LEF-1 is a sub-material of Wnt signal transduction. When β-catenin accumulates in the cytoplasm and moves into the nucleus by Wnt signaling, it binds to the transcription factor TCF / LEF family and ultimately induces expression of lower target genes. Results in growth, differentiation and expression of various genes. It is commonly known to those skilled in the art that overexpression of LEF-1 in various cancer cells is used as a mechanism for growth of cancer cells. In particular, many researchers are interested in the overexpression of LEF-1 in colorectal cancer (Karine H. et al., Nature . Vol29. May 2011). Efforts have been made to inhibit colorectal cancer by inhibiting LEF-1 (Tony W. et al., Mol and Cel Biol. Vol. 26. 2006. p5284-5299), and in the present invention, substances that inhibit LEF-1. By identifying miR-449a, we suggest that it can be applied to the treatment of cancer by inhibiting LEF-1 overexpressed in various cancers.

본 발명의 조성물로 예방 또는 치료될 수 있는 암은 위암, 폐암, 유방암, 난소암, 간암, 기관지암, 비인두암, 후두암, 췌장암, 방광암, 대장암, 결장암, 자궁경부암, 뇌암, 전립선암, 골암, 두경부암, 피부암, 갑상선암, 부갑상선암 및 요관암이고, 가장 바람직하게는 대장암이다.Cancers that can be prevented or treated with the compositions of the present invention include gastric cancer, lung cancer, breast cancer, ovarian cancer, liver cancer, bronchial cancer, nasopharyngeal cancer, laryngeal cancer, pancreatic cancer, bladder cancer, colon cancer, colon cancer, cervical cancer, brain cancer, prostate cancer, bone cancer , Head and neck cancer, skin cancer, thyroid cancer, parathyroid cancer and ureter cancer, most preferably colon cancer.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 조성물은 대장암 질환에 대하여 예방 또는 치료 효능이 있는 것을 특징으로 하는 항암 약제학적 조성물이다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the composition of the present invention is an anticancer pharmaceutical composition characterized in that it is effective in preventing or treating colon cancer disease.

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

(a) 본 발명에 따르면 miR-449a에 대한 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 이용하여 줄기세포(바람직하게는, 중간엽 중기세포)의 연골세포로의 분화를 촉진시킨다.(a) According to the present invention, the antisense oligonucleotide for miR-449a is used to promote the differentiation of stem cells (preferably mesenchymal mesenchymal cells) into chondrocytes.

(b) 본 발명에서 발굴된 miR-449a의 타겟은 LEF-1으로서 광범위한 생물학적 신호 전달 경로에서 상당히 중요한 역할을 하는 전사 관련 인자이고, 연골세포 분화 및 연골형성에 있어서 중요한 역할을 하며, 이에 연골 손상 질환의 실질적인 치료 타겟이 될 수 있다.(b) The target of miR-449a discovered in the present invention is a transcription-related factor that plays a significant role in a wide range of biological signal transduction pathways as LEF-1, and plays an important role in chondrocyte differentiation and cartilage formation. It can be a practical therapeutic target for the disease.

(c) 본 발명에 따라 miR-449a에 대한 안티센스 올리고뉴클레오타이드에 의해 형질전환된 줄기세포는 연골세포로의 분화가 촉진되고 연골을 형성한다.(c) Stem cells transformed with antisense oligonucleotides against miR-449a according to the present invention promote differentiation into chondrocytes and form cartilage.

(d) 본 발명에서 발굴된 miR-449a는 직접적으로 LEF-1을 타겟팅하여 LEF-1의 발현을 억제한다. 이에 다양한 암에서 과발현되는 LEF-1을 억제할 수 있는 항암 약제학적 조성물로 활용이 가능하다.
(d) miR-449a discovered in the present invention directly inhibits the expression of LEF-1 by targeting LEF-1. This can be utilized as an anticancer pharmaceutical composition that can inhibit LEF-1 overexpressed in various cancers.

도 1은 연골형성의 과정 중 중요한 연골형성 마커 유전자들의 발현 패턴을 나타내는 모식도이다.
도 2는 일반적인 Wnt 신호전달 경로와 Wnt와 LEF/TCF 전사인자와의 상호작용을 보여주는 모식도이다.
도 3은 미세배양을 통해 연골형성을 최적화한 데이터로, 연골형성의 마커인 타입 Ⅱ Collagen, SOX9, 타입 X Collagen의 증가를 보여준다.
도 4는 연골형성의 정도를 보여주는 데이터로, 연골분화를 하지 못하는 배양액에서 배양한 줄기세포와 비교하여 연골형성을 일으키는 배양액에서 배양한 중간엽 줄기세포에서 타입 Ⅱ Collagen의 증가를 보여준다.
도 5는 연골형성을 확인할 수 있는 연골형성 마커 유전자들의 발현 패턴을 보여주는 실시간 PCR 결과이다. (A)는 아그레칸(aggrecan), (B) SOX9 및 (C) 타입 X collagen에 관한 데이터로, 아그레칸과 SOX9는 중간엽 줄기세포에서 증가되었고, 연골세포 비대의 마커인 타입 X Collagen거의 변화되지 않았음을 보여준다.
오른쪽 패널은 연골형성이 유도된 군과 그렇지 않은 군에서 가장 큰 발현 패턴의 차이를 보이는 3개의 유전자를 보여주는 데이터로, (D) LEF-1, (E) c-Jun 및 (F) FOCO4의 발현 차이를 보여준다. Day 0 CT는 배양 0일째의 정상대조군이고, Day 10 CT는 연골형성이 되지 않는 배지에서 10일 배양한 정상대조군 나타태고, Day 10 CH는 연골형성이 되는 배지에서 10일 배양한 연골형성군을 나타낸다.
도 6은 발현 패턴의 변화가 유사한 것을 기준으로 6개 클러스터 그룹으로 분류한 모식도이다. (A) CT0은 배양 0일째의 정상대조군이고, CT10은 연골형성이 되지 않는 배지에서 10일 배양한 정상대조군 나타태고, CH10은 연골형성이 되는 배지에서 10일 배양한 연골형성군을 나타낸다. 연골형성이 유도된 중간엽줄기세포(MSC, mesenchymal stem cell)에서 증가하거나 감소한 유전자들의 스캐터 플롯을 보여준다. (B) LEF-1은 클러스터 6의 그룹에 존재하고 있다.
도 7은 3명의 기증자로부터 확보된 연골형성이 유도된 중간엽줄기세포에서 LEF-1의 발현 프로파일을 보여주는 데이터로 (A) 기증자 1, (B) 기증자 2 및 (C) 기증자 3 이다. 이전의 결과와 비교하여 보면, LEF-1은 분화의 초기 단계에서 발현이 증가하고, 이어 급격하게 감소한다.
도 8은 인간의 골수 유래 연골세포의 연골형성에서 LEF-1 역할을 보여주는 실험결과이다. 중간엽 줄기세포에 siLEF-1 형질전환 후 7일까지 중간엽 줄기세포에서 연골 분화 마커유전자인 타입 Ⅱ Collagen(Col2A1) 및 SOX9가 감소하였고, 연골성숙에 관련된 MMP13 및 타입 X Collagen의 감소를 보여준다.
도 9는 여러 microRNA의 과발현이 (A) SW1353 및 (B) JJ 세포주에서 세포내 LEF-1의 발현에 미치는 영향을 보여주는 데이터이다(** p-value<0.01).
도 10은 miR-449a의 과발현이 세포내 LEF-1의 발현을 조절하는 것을 보여주는 데이터이다. miR-449a를 과발현 시키면 세포내 LEF-1의 발현이 줄어들고, 반대로 miR-449a를 억제하면 세포내 LEF-1의 발현이 증가함을 보여준다. (A) SW1353 및 (B) JJ 세포주에서 실험한 데이터이고, (C) 웨스턴 블롯 결과로 유사한 패턴 관찰되는 것을 보여주는 결과이다(** p-value<0.01).
도 11은 miR-449a가 LEF-1의 3‘UTR의 시드 서열에 특이적으로 결합하는 것을 보여주는 데이터이다. pGL3 대조벡터와 miR-449a를 함께 형질전환시켜 miR-449a에 의해 서열 특이적 LEF-1의 발현 감소를 보여준다. (A) LEF-1 mRNA와 결합하는 miR-449a의 서열을 보여주는 모식도이고 (B) pGL3 벡터의 루시페라아제 뒷부분에 1.2 kb LEF-1의 3'UTR을 클로닝한 구조를 보여주는 모식도이고, (C) miR-449a의 존재로 루시페라아제의 기능이 80% 감소한 것을 보여주는 데이터이고, (D) miR-449a 농도 의존적으로 루시페라아제의 기능의 감소를 보여준다.
도 12는 LEF-1에 있어 miR-449a의 서열 특이적 기능을 보여주는 데이터이다. LEF-1의 3'UTR을 클로닝한 pGL3의 LEF-1 3'UTR 서열을 다양하게 변형시켜 LEF-1의 3'UTR에서 miR-449a의 정확한 씨드서열을 확인하였다(A). (B) JJ 세포주와 (C) HeLa 세포주 모두에서 씨드 서열의 돌연 변이로 인해, miR-449a에 대한 루시페라아제의 기능의 억제가 확연하게 회복되는 것을 보여준다(** p-value<0.01).
도 13은 LEF-1의 직접적인 타겟으로 하는 miR-449a가 연골 형성에 미치는 영향을 나타내는 모식도이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing the expression patterns of cartilage marker genes important in the process of cartilage formation.
Figure 2 is a schematic diagram showing the interaction between the Wnt signaling pathway and Wnt and LEF / TCF transcription factors in general.
Figure 3 shows the optimization of cartilage formation through microculture, showing the increase of type II collagen, SOX9, type X collagen, markers of cartilage formation.
Figure 4 is a data showing the degree of cartilage formation, showing the increase in type II Collagen in mesenchymal stem cells cultured in the culture medium causing cartilage compared to stem cells cultured in the culture medium that does not differentiate cartilage.
Figure 5 is a real-time PCR results showing the expression pattern of cartilage marker genes that can confirm the cartilage formation. (A) is data for agrecan, (B) SOX9 and (C) type X collagen, with aggrecan and SOX9 increased in mesenchymal stem cells and type X collagen, a marker of chondrocyte hypertrophy. Shows little change.
The right panel shows three genes with the largest difference in expression patterns in the cartilage-induced and non-cartilage-induced groups (D) LEF-1, (E) c-Jun and (F) FOCO4. Show the difference. Day 0 CT is the normal control group on day 0 of cultivation, Day 10 CT is the normal control group incubated for 10 days in a medium that does not form cartilage. Indicates.
6 is a schematic diagram classified into six cluster groups based on similar changes in expression patterns. (A) CT0 is a normal control group on day 0 of culture, CT10 is a normal control group incubated for 10 days in a medium that does not form cartilage, and CH10 represents a cartilage forming group that was cultured in a medium that forms cartilage for 10 days. Scatter plots of genes increased or decreased in mesenchymal stem cells (MSCs) induced by chondrogenesis. (B) LEF-1 is present in the cluster 6 group.
FIG. 7 shows (A) donor 1, (B) donor 2 and (C) donor 3 as data showing the expression profile of LEF-1 in chondrogenic induced mesenchymal stem cells obtained from three donors. Compared with previous results, LEF-1 increases expression at an early stage of differentiation and then decreases rapidly.
8 is an experimental result showing the role of LEF-1 in cartilage formation of human bone marrow-derived chondrocytes. The mesenchymal stem cells had decreased cartilage differentiation marker genes Type II Collagen (Col2A1) and SOX9 up to 7 days after siLEF-1 transformation and showed a decrease in MMP13 and Type X Collagen related to cartilage maturation.
9 is data showing the effect of overexpression of several microRNAs on the expression of intracellular LEF-1 in (A) SW1353 and (B) JJ cell lines ( ** p-value <0.01).
10 is data showing that overexpression of miR-449a regulates expression of LEF-1 in cells. Overexpression of miR-449a decreases the expression of intracellular LEF-1, whereas inhibition of miR-449a increases the expression of intracellular LEF-1. Data from (A) SW1353 and (B) JJ cell lines and (C) Western blot results show similar patterns observed ( ** p-value <0.01).
FIG. 11 is data showing that miR-449a specifically binds to the seed sequence of the 3′UTR of LEF-1. The pGL3 control vector and miR-449a were transformed together to show reduced expression of sequence specific LEF-1 by miR-449a. (A) Schematic diagram showing the sequence of miR-449a binding to LEF-1 mRNA, (B) Schematic diagram showing the structure cloned into the 3'UTR of 1.2 kb LEF-1 at the back of luciferase of the pGL3 vector, (C) miR The data show an 80% decrease in luciferase function in the presence of -449a, and (D) miR-449a concentration dependent decrease in function of luciferase.
12 is data showing the sequence specific function of miR-449a for LEF-1. The correct seed sequence of miR-449a was confirmed in the 3'UTR of LEF-1 by various modifications of the LEF-1 3'UTR sequence of pGL3 cloned from the 3'UTR of LEF-1 (A). Mutations in the seed sequence in both (B) JJ and (C) HeLa cell lines show that the inhibition of luciferase's function on miR-449a is remarkably restored ( ** p-value <0.01).
Fig. 13 is a schematic diagram showing the effect of miR-449a, which is a direct target of LEF-1, on cartilage formation.

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. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example

재료 및 방법Materials and methods

1. 초대 1. Invitation 중간엽Intermediate lobe 줄기세포( Stem Cells( MSCMSC ) 배양) Culture

임상시험심사위원회(IRB)의 승인에 따른 20-69세의 10명의 성인 기증자로부터 후장 골능(posterior iliac crest)으로부터 골수를 추출하였다. 조형 배양 용기의 표면에 부착하는 타고난 성질을 따라 구체적으로 중간엽 줄기세포를 선별하였다. 세포들은 LG(low glucose)-DMEM (DMEM-LG, Invitrogen, Grand Island, NY, 미국), 10% (v/v)우태아 혈청(FBS) 및 1 x 항생-항진균제(Invitrogen)를 포함하는 배지에서 7일 동안 배양 후에 부유하는 세포들은 제거하고 부착된 세포들을 계속 배양하였다. 평균 약 10일 배양으로, 세포들이 70%의 콘플루언스에 도달하였을 때, 0.25% 트립신-EDTA(Invitrogen)를 이용해서 분리한 후, 1,300 rpm으로 3분간 원심분리 하였다. 초기 배양 세포의 배치를 1로 하였고, 세포들은 6-7세대까지 새로운 10 cm2 플라스크에 배양하였다.
Bone marrow was extracted from the posterior iliac crest from 10 adult donors aged 20-69 with the approval of the Institutional Review Board (IRB). The mesenchymal stem cells were specifically selected according to the innate properties attached to the surface of the model culture vessel. Cells are medium containing low glucose (DMEM) -DMEM (DMEM-LG, Invitrogen, Grand Island, NY, USA), 10% (v / v) fetal bovine serum (FBS) and 1 × antibiotic-antifungal (Invitrogen) After 7 days of incubation, the floating cells were removed and the attached cells continued to be cultured. With an average of about 10 days of culture, when the cells reached 70% confluence, they were separated using 0.25% trypsin-EDTA (Invitrogen) and then centrifuged at 1,300 rpm for 3 minutes. Placement of initial cultured cells was 1, cells were fresh 10 cm 2 to 6-7 generations Incubated in the flask.

2. 2. 알지네이트Alginate 비드(Alginate bead)와Alginate bead and 미세 배양 방법을 이용한 연골형성 Cartilage Formation Using Microculture

3-5 세대 사이로 배양한 중간엽 줄기세포는 이전과 동일한 방법으로 수확하였다. 알지네이트 비드 배양으로는, 중간엽 줄기세포를 1.2% (w/v) 알지네이트 비드(Sigma-Aldrich, St.Louis, MO, 미국)로 캡슐레이션 하였다. 보다 구체적으로, 배양액에 존재하는 세포들을 드랍 방식으로 19-게이지 주사바늘에 통과시켜 캡슐레이션하고 102 mM CaCl2 용액이 존재하는 6 well 플레이트에 2×106세포/㎖의 농도가 되게 하였다. 세포들을 약 5분 동안 중합 반응시키고, 알지네이트 비드를 염수로 세척하고, 10% 우혈청-DMEM-HG에서 배양하였다.Mesenchymal stem cells cultured between 3-5 generations were harvested in the same manner as before. In alginate bead culture, mesenchymal stem cells were encapsulated with 1.2% (w / v) alginate beads (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA). More specifically, the cells present in the culture were encapsulated by passing through a 19-gauge needle in a drop manner to a concentration of 2 × 10 6 cells / ml in a 6 well plate in which 102 mM CaCl 2 solution was present. The cells were polymerized for about 5 minutes, the alginate beads were washed with brine and incubated in 10% bovine serum-DMEM-HG.

미세 배양으로는, 세포들은 8,000 세포/㎕의 농도로 10% 우혈청-DMEM-HG에 재부유 하였고, 부유하는 세포들 중 10㎕를 24 well 플레이트의 중앙에 떨어뜨렸다. 세포들의 과건조예방을 위해 1x 인산완충식염수(Thermo Scientific, Logan, Utah, 미국)를 한 방울 추가하였다. 세포들은 37℃에서 5% CO2를 포함하는 조건에서 2시간 동안 배양을 통해, 세포들이 플레이트에 부착하도록 자극하였다. 대조군으로 DMEM-High Glucose(DMEM-HG, Invitrogen) 1 ml 배양액에, 1 x 항생-항진균제, 1x 인슐린 트렌스페린 셀레니움A (Invitrogen) 및 50 μg/ml 아스코르브산을 첨가하였고, 연골형성 배양액에는 10 ng/ml TGF-β3(R&D systems, Minneapolis, MN, 미국)를 첨가하였다. 배양액은 2 내지 3일 마다 교체하였다. 인산 완충 식염수로 3번 세척 후, 캡슐레이션비드를 용해하기 위하여 40 mM EDTA를 10분 동안 처리하였다.
By microculture, cells were resuspended in 10% bovine serum-DMEM-HG at a concentration of 8,000 cells / μl and 10 μl of floating cells were dropped in the center of a 24 well plate. A drop of 1 × phosphate buffered saline (Thermo Scientific, Logan, Utah, USA) was added to prevent overdrying of the cells. Cells were stimulated to adhere to the plates by incubating for 2 hours at 37 ° C. with 5% CO 2 . As a control, 1 ml of DMEM-High Glucose (DMEM-HG, Invitrogen) was added, 1 x antibiotic-antifungal, 1x insulin transferrin selenium A (Invitrogen) and 50 μg / ml ascorbic acid, and 10 ng to the chondrogenic culture. / ml TGF-β3 (R & D systems, Minneapolis, MN, USA) was added. Cultures were changed every 2-3 days. After washing three times with phosphate buffered saline, 40 mM EDTA was treated for 10 minutes to dissolve the encapsulation beads.

3. 3. mRNAmRNA 레벨에서의 유전자 발현 분석  Gene Expression Analysis at the Level

중간엽 세포로부터 RNA를 분리는 RNAiso plus(Takara, 일본)을 사용하였다. RNAiso plus 용액 1 ㎖을 수득된 세포에 첨가한 후 파이펫팅을 반복하면서 세포를 충분히 융해시켰다. 세포들은 실온에서 10분 배양한 뒤 클로로포름 200 ㎕를 첨가한 후 혼탁한 색을 나타낼 때까지 볼텍싱 하였다. 5분간 실온에서 배양한 후 4℃에서 15분간 13,000 rpm으로 원심분리를 하였다. 제일 상층부위를 새로운 튜브에 옮긴 후 100% 아이소프로파놀 500 ㎕를 첨가하였다. 볼텍싱 후에 용액을 실온에서 10분간 배양한 후 다시 4℃에서 10분간 13,000 rpm으로 원심분리를 하였다. RNA 펠렛이 잘 유지되게 하면서 상층액을 제거하고, 70% 에탄올을 첨가하여 4℃에서 5분간 10,000 rpm의 속도로 원심분리하였다. 마지막으로 RNA 펠렛을 디에틸피로카보네이트수용액(DEPC water) 30 ㎕에 용해시켰다. 각각의 RNA샘플의 전체적인 양과 농도의 정량은 스펙트로포토미터를 사용하였다. DNA의 역전사는 Omniscript reverse transcription Kit (Qiagen, Venlo, 네털란드)을 사용하였다. 특정한 유전자의 증폭을 위한 PCR 조건과 프라이머(primer) 리스트는 유전자은행과 제조업체로부터 확보하였다(표 1 및 표 2). 모든 유전자의 상대적인 발현보정을 위해 GAPDH을 사용하였다. microRNA 전구체(precursor) 역전사를 위해, NCodeTM miRNA First-Strand cDNA Synthesis and qRT-PCRKit 및 MIRC-50(Invitrogen, 미국)를 사용하였고, 그 방법은 제조업체의 설명서에 따랐다. 특정 pre-miRNA를 증폭하기 위한 프라이머 리스트는 Invitrogen 프라이머 데이터베이스(http://escience.invitrogen.com/ncode/)에서 확보하였다(표 3). 모든 pre-miRNAs의 상대적인 발현량 표준화를 위해 U6 snRNA를 사용하였다.RNAiso plus (Takara, Japan) was used to separate RNA from mesenchymal cells. 1 ml of RNAiso plus solution was added to the obtained cells, and the cells were thawed sufficiently with repeated pipetting. Cells were incubated at room temperature for 10 minutes, followed by the addition of 200 μl of chloroform and vortexed until they had a cloudy color. After incubation for 5 minutes at room temperature it was centrifuged at 13,000 rpm for 15 minutes at 4 ℃. The top layer was transferred to a new tube and 500 μl of 100% isopropanol was added. After vortexing, the solution was incubated at room temperature for 10 minutes and then centrifuged at 13,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C. The supernatant was removed while keeping the RNA pellet well maintained and centrifuged at 70 rpm for 5 minutes at 4 ° C. with 70% ethanol. Finally, the RNA pellet was dissolved in 30 μl of diethylpyrocarbonate aqueous solution (DEPC water). Spectrophotometer was used to quantify the total amount and concentration of each RNA sample. Reverse transcription of DNA was performed using Omniscript reverse transcription kit (Qiagen, Venlo, Netherlands). PCR conditions and primer lists for amplification of specific genes were obtained from gene banks and manufacturers (Tables 1 and 2). GAPDH was used for the relative expression correction of all genes. NCode for microRNA precursor reverse transcription miRNA First-Strand cDNA Synthesis and qRT-PCRKit and MIRC-50 (Invitrogen, USA) were used and the method was according to the manufacturer's instructions. A list of primers for amplifying specific pre-miRNAs was obtained from the Invitrogen primer database ( http://escience.invitrogen.com/ncode/ ) (Table 3). U6 snRNA was used for standardizing relative expression levels of all pre-miRNAs.

PCR 조건PCR conditions 유전자gene 조건Condition 사이클cycle Cbfa1/runx2Cbfa1 / runx2 94 °C 30초 - 59°C 30초 - 72 °C - 30초94 ° C 30 s-59 ° C 30 s-72 ° C-30 s 3434 SOX-6SOX-6 94 °C 30초 - 58°C 30초 - 72 °C - 30초94 ° C 30 s-58 ° C 30 s-72 ° C-30 s 3030 SOX-9SOX-9 94 °C 30초 - 58°C 30초 - 72 °C - 30초94 ° C 30 s-58 ° C 30 s-72 ° C-30 s 3030 타입 II CollagenType II Collagen 94 °C 30초 - 58°C 30초 - 72 °C - 30초94 ° C 30 s-58 ° C 30 s-72 ° C-30 s 3030 타입 X CollagenType X Collagen 94 °C 30초 - 60°C 30초 - 72 °C - 30초94 ° C 30 sec-60 ° C 30 sec-72 ° C-30 sec 2929 GAPDHGAPDH 94 °C 30초 - 57°C 30초 - 72 °C - 30초94 ° C 30 s-57 ° C 30 s-72 ° C-30 s 3131

RT PCR용 프라이머 서열Primer Sequence for RT PCR 유전자gene 나선spiral 프라이머primer 염기서열 Base sequence 크기 (size ( bpbp )) Cbfa1/runx2Cbfa1 / runx2 센스sense 5'-CCACCTCTGACTTCTGCCTC-3'5'-CCACCTCTGACTTCTGCCTC-3 ' 172172 안티센스Antisense 5'-GACTGGCGGGGTGTAAGTAA-3'5'-GACTGGCGGGGTGTAAGTAA-3 ' SOX-6SOX-6 센스sense 5'-ACTGTGGCTGAAGCACGAGTC-3'5'-ACTGTGGCTGAAGCACGAGTC-3 ' 562562 안티센스Antisense 5'TCCGCCATCTGTCTTCATACC-3'5'TCCGCCATCTGTCTTCATACC-3 ' SOX-9SOX-9 센스sense 5'-GAACGCACATCAAGACGGAG-3'5'-GAACGCACATCAAGACGGAG-3 ' 631631 안티센스Antisense 5'-TCTCGTTGATTTCGCTGCTC-3'5'-TCTCGTTGATTTCGCTGCTC-3 ' 타입 II CollagenType II Collagen 센스sense 5'-TTCAGCTATGGAGATGACAATC-3'5'-TTCAGCTATGGAGATGACAATC-3 ' 472472 안티센스Antisense 5'-AGAGTCCTAGAGTGACTGAG-3'5'-AGAGTCCTAGAGTGACTGAG-3 ' 타입 X CollagenType X Collagen 센스sense 5'-GCCCAAGAGGTGCCCCTGGA-3'5'-GCCCAAGAGGTGCCCCTGGA-3 ' 570570 안티센스Antisense 5'-CCTGAGAAAGAGGAGTGGAC-3'5'-CCTGAGAAAGAGGAGTGGAC-3 ' GAPDHGAPDH 센스sense 5'-GAAGGTGAAGGTCGGAGTC-3'5'-GAAGGTGAAGGTCGGAGTC-3 ' 220220 안티센스Antisense 5'-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3'5'-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3 '

miRNA PCR 분석용 프라이머 서열Primer Sequence for miRNA PCR Analysis microRNAmicroRNA  나선spiral 프라이머primer 염기서열 Base sequence 크기(size( bpbp )) Hsa-miR-449aHsa-miR-449a 센스*sense* 5'-TGGCAGTGTATTGTTAGCTGGT-3‘5'-TGGCAGTGTATTGTTAGCTGGT-3 ’ 약 70 bpAbout 70 bp Hsa-miR-106aHsa-miR-106a 센스*sense* 5'-GAAAAGTGCTTACAGTGCAGGTAG-3'5'-GAAAAGTGCTTACAGTGCAGGTAG-3 ' Hsa-miR-548c-5pHsa-miR-548c-5p 센스*sense* 5'-AAAAGTAATTGCGGTTTTTGCC-3'5'-AAAAGTAATTGCGGTTTTTGCC-3 ' Hsa-miR-629Hsa-miR-629 센스*sense* 5'-TGGGTTTACGTTGGGAGAACT-3'5'-TGGGTTTACGTTGGGAGAACT-3 ' Hsa-miR-299-5pHsa-miR-299-5p 센스*sense* 5'-TGGTTTACCGTCCCACATACAT -3'5'-TGGTTTACCGTCCCACATACAT -3 ' Hsa-miR-411Hsa-miR-411 센스*sense* 5'-CGTAGTAGACCGTATAGCGTACG-3'5'-CGTAGTAGACCGTATAGCGTACG-3 ' Hsa-miR-218Hsa-miR-218 센스*sense* 5'-CGTTGTGCTTGATCTAACCATGT-3'5'-CGTTGTGCTTGATCTAACCATGT-3 ' Hsa-miR-450b-5pHsa-miR-450b-5p 센스*sense* 5'-GCTTTTGCAATATGTTCCTGAATA -3'5'-GCTTTTGCAATATGTTCCTGAATA -3 ' Hsa-miR-421Hsa-miR-421 센스*sense* 5'-AACAGACATTAATTGGGCGC-3'5'-AACAGACATTAATTGGGCGC-3 ' Hsa-miR-149Hsa-miR-149 센스*sense* 5'-GCTCCGTGTCTTCACTCCC -3'5'-GCTCCGTGTCTTCACTCCC -3 ' Hsa-miR-138Hsa-miR-138 센스*sense* 5'-GTGTTGTGAATCAGGCCG -3'5'-GTGTTGTGAATCAGGCCG -3 ' Hsa-miR-767-3pHsa-miR-767-3p 센스*sense* 5'-TGCTCATACCCCATGGTTTCT -3'5'-TGCTCATACCCCATGGTTTCT -3 ' Hsa-miR-550Hsa-miR-550 센스*sense* 5'-CCTGAGGGAGTAAGAGCCC -3'5'-CCTGAGGGAGTAAGAGCCC -3 ' U6 snRNAU6 snRNA 센스sense 5'-CTCGCTTCGGCAGCACA-3'5'-CTCGCTTCGGCAGCACA-3 ' 94 bp94 bp

별표(*)는 microRNA PCR 반응에 사용된 센스 가닥
Asterisk (*) indicates sense strand used in microRNA PCR reaction

mRNA 레벨에서의 유전자 발현 분석에 사용된 실험방법으로서 RT-PCR 및 정량적 실시간 PCR을 사용하였고, 폴리머라아제로는 Takara Ex TaqTM(Takara, Shiga, 일본)을 사용하였다. 정량적 실시간 PCR 실험 및 분석용 기계로 ABI7500(ABI, Carlsbad, 미국)을 사용하였고, 사용된 프라이머 및 유니버셜 프라이머(Bioneer, 한국)는 다음의 표 4 및 표 5와 같다:RT-PCR and quantitative real-time PCR were used as an experimental method for gene expression analysis at the mRNA level, and Takara Ex Taq (Takara, Shiga, Japan) was used as polymerase. ABI7500 (ABI, Carlsbad, USA) was used as a quantitative real-time PCR experiment and analysis machine, and the primers and universal primers (Bioneer, Korea) used are shown in Tables 4 and 5 below:

정략적 실시간 PCR 분석용 프라이머 서열Primer sequences for quantitative real-time PCR analysis GeneGene StrandStrand PrimerPrimer SequenceSequence β-actinβ-actin 센스sense 5' GTCCTCTCCCAAGTCCACACAG 3'5 'GTCCTCTCCCAAGTCCACACAG 3' 안티센스Antisense 5' GGGCACGAAGGCTCATCATTC 3'5 'GGGCACGAAGGCTCATCATTC 3' LEF-1LEF-1 센스sense 5' GCCACGGACGAGATGATCC 3'5 'GCCACGGACGAGATGATCC 3' 안티센스Antisense 5' TGTCTGGCCACCTCGTGTC 3'5 'TGTCTGGCCACCTCGTGTC 3' AggrecanAggrecan 센스sense 5' CCACTGTTACCGCCACTT 3'5 'CCACTGTTACCGCCACTT 3' 안티센스Antisense 5' GTAGTCTTGGGCATTGTTGT 3'5 'GTAGTCTTGGGCATTGTTGT 3' 센스OX9Sense OX9 센스sense 5' CGACTACGCTGACCATCAGA 3'5 'CGACTACGCTGACCATCAGA 3' 안티센스Antisense 5' AGACTGGTTGTTCCCAGTGC 3'5 'AGACTGGTTGTTCCCAGTGC 3' 타입 X collagenType X collagen 센스sense 5' CCAGGACAGCCAGGCATCAA 3'5 'CCAGGACAGCCAGGCATCAA 3' 안티센스Antisense 5' ATGCCTTCTGGCCCTCGTTC 3'5 'ATGCCTTCTGGCCCTCGTTC 3' cJUNcJUN P155634 (Bioneer)P155634 (Bioneer) FOXO4FOXO4   P269629 (Bioneer)P269629 (Bioneer)

정략적 실시간 PCR 조건Qualitative Real-Time PCR Conditions 과정process 온도Temperature 시간time 초기 변성단계Initial denaturation stage 95°C95 ° C 30 초30 seconds 변성단계Denaturation stage 95°C95 ° C 5 초5 seconds 어닐링/익스텐션Annealing / Extension 60°C60 ° C 34 초34 seconds 해리 단계Harry steps    

PCR 진행시 총 40 사이클 조건으로 수행하였고, 어닐링/익스텐션이 진행되는 동안 사이버그린 형광을 탐지하였다.
PCR progress was performed in a total of 40 cycle conditions, and cyberrin fluorescence was detected during annealing / extension.

5. 5. cDNAcDNA Wow microRNAmicroRNA 마이크로어레이Microarray 분석 analysis

배양된 중간엽 줄기세포의 RNA는 제조자의 설명서에 따라 RNAiso Plus(Takara, 일본)를 사용하여 분리하였고, 전체 RNA 샘플의 양과 농도 정량은 스펙트로포토미터를 사용하였다. cDNA 발현을 분석을 위해 Affymetrix GeneChipHuman Gene 1.0 ST Array(Affymetrix, Santa Clara, 미국)을 사용하였고, 피어슨 상관분석을 이용하여 연골 형성이 유도된 중간엽 줄기세포에서 특이적으로 발현하는 유전자를 분석하였다. 분별적 발현 유전자(Differentially Expressed Genes; DEGs)는 관심 집단과 대조 집단의 차이에 대한 통상적인 식을 사용하였다: DEGs = [Day 10 연골형성군 (Day 0 대조군 + Day 10 대조군)]
RNA of cultured mesenchymal stem cells was isolated using RNAiso Plus (Takara, Japan) according to the manufacturer's instructions, and the spectrophotometer was used to quantify the amount and concentration of the total RNA samples. Affymetrix GeneChipHuman Gene 1.0 ST Array (Affymetrix, Santa Clara, USA) was used to analyze cDNA expression, and Pearson correlation analysis was used to analyze genes specifically expressed in cartilage-induced mesenchymal stem cells. Differentially Expressed Genes (DEGs) used the conventional formula for the difference between the interest group and the control group: DEGs = [Day 10 cartilage group (Day 0 control + Day 10 control)]

적어도 두 배 이상의 발현 차이를 보이는 유전자만을 선별하는 엄격한 기준(cut-off threshold)을 사용하였다.
Strict cut-off thresholds were used to select only those genes that showed at least two or more expression differences.

6. 면역 6. Immunity 블로팅Blotting 분석 analysis

전체 세포 분해물의 준비를 위해 분해 버퍼(Promega, Madison, 미국), 프로테아제 10 ㎍/㎖ 및 포스파타아제 저해제를 사용하였다. 준비된 세포 분해물을 4℃에서 15분 동안 13,000rpm의 속도로 원심분리하여 투명한 셀 분해물을 수득하였고, 정량은 수정된 브레드포드 방법을 사용하였다. 세포 분해물은 총 30㎍씩 분주하여 10% SDS-PHAGE에 로딩하였다. 단백질을 PVDF(Amersham, Pharmacia, Piscataway, 미국)막으로 트랜스퍼하기 위하여 트랜스퍼 버퍼[글리신 1.4%, 메탄올 20% 및 Tris-HCL 25 mM(pH 8.3)]를 첨가한 후 50V에서 90분간 반응켰다. PVDF막을 꺼내어 1X TBST(Tris-HCl 50 mM, NaCl 150mM, Tween-20 0.1%)에 스킴밀크를 1%를 첨하한 블로킹 용액에 담근 후 실온에서 1시간동안 회전진탕배양 하였다. LEF-1의 일차 항체(Cell Signaling, Danvers, 미국)를 1:10,000 비율로 사용하여 4℃에서 하루 밤동안 배양하였고, 1X TBST로 워시한 후 안티-토키 겨자무과산효소(HRP) 2차 항체(Amersham Pharmacia, 미국)를 1:5,000 비율로 사용하여 단백질을 검출하였다. β-액틴의 항체(Santa Cruz, 미국)는 내부적 표준 정량물질로 사용하였다.
Digestion buffer (Promega, Madison, USA), protease 10 μg / ml and phosphatase inhibitors were used for the preparation of whole cell lysates. The prepared cell lysates were centrifuged at 13,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C. to obtain clear cell lysates, and the quantification was performed using a modified Bradford method. Cell lysates were aliquoted in total at 30 μg and loaded into 10% SDS-PHAGE. The protein was transferred to PVDF (Amersham, Pharmacia, Piscataway, USA) membrane and transfer buffer [1.4% glycine, 20% methanol and Tris-HCL 25 mM (pH 8.3)] was added and reacted at 50V for 90 minutes. The PVDF membrane was taken out and soaked in 1x TBST (Tris-HCl 50 mM, NaCl 150mM, Tween-20 0.1%) in a blocking solution with 1% added milk, and then incubated for 1 hour at room temperature. LEF-1 primary antibody (Cell Signaling, Danvers, USA) was incubated overnight at 4 ° C using a 1: 10,000 ratio, washed with 1X TBST and then anti-Toki mustard peroxidase (HRP) secondary antibody Proteins were detected using (Amersham Pharmacia, USA) in a 1: 5,000 ratio. Antibody of β-actin (Santa Cruz, USA) was used as internal standard quantitative material.

7. 7. microRNAmicroRNA 의 과발현과 억제 및 Overexpression and inhibition of LEFLEF -1의 -1 of siRNAsiRNA

검출된 microRNA 기능 분석과 타겟 유전자(LEF-1)에 미치는 영향 알기 위하여, microRNA-mimic(제놀루션, 한국)을 구입하여 microRNA를 과발현 시켰다. 구입한 microRNA는 이중가닥의 형태이고, 내부적인 메커니즘에 의해 성숙된 microRNA로 프로세싱 된다. miR-1은 타겟 유전자인 TWf-1을 억제하는 양성 대조군으로 사용하였고 음성 대조군으로 스크램블 microRNA를 사용하였다(표 6). Lipofectamine 2000(Invitrogen, 미국) 7㎕ 및 4㎕에 microRNA 구조물을 첨가하여 SW1353, JJ 세포주 및 중간엽줄기세포를 형질전환시켰다. In order to analyze the detected microRNA function and its effect on the target gene (LEF-1), microRNA-mimic (Genolus, Korea) was purchased to overexpress the microRNA. The purchased microRNA is double stranded and processed into mature microRNA by internal mechanisms. miR-1 was used as a positive control to inhibit the target gene TWf-1 and scrambled microRNA as a negative control (Table 6). MicroRNA constructs were added to 7 μl and 4 μl of Lipofectamine 2000 (Invitrogen, USA) to transform SW1353, JJ cell lines and mesenchymal stem cells.

과발현에 사용된 microRNA 미믹MicroRNA mimics used for overexpression microRNAmicroRNA 가닥piece 이합체Dimer 서열 order hsa-miR-1hsa-miR-1 SS 5’ UGGAAUGUAAAGAAGUAUGUAU 3’5 ’UGGAAUGUAAAGAAGUAUGUAU 3’ ASAS 5’ AUACAUACUUCUUUACAUUCCA 3’5 ’AUACAUACUUCUUUACAUUCCA 3’ hsa-miR-SChsa-miR-SC SS 5’ UUACCAGACGUGUCUUCACUCCC 3’5 ’UUACCAGACGUGUCUUCACUCCC 3’ ASAS 5’ GGGAGUGAAGACACGUCUGGUAA 3’5 ’GGGAGUGAAGACACGUCUGGUAA 3’ hsa-miR-138hsa-miR-138 SS 5’ AGCUGGUGUUGUGAAUCAGGCCG 3’5 ’AGCUGGUGUUGUGAAUCAGGCCG 3’ ASAS 5’ CGGCCUGAUUCACAACACCAGCU 3’5 ’CGGCCUGAUUCACAACACCAGCU 3’ hsa-miR-411hsa-miR-411 SS 5’ UAGUAGACCGUAUAGCGUACG 3’5 ’UAGUAGACCGUAUAGCGUACG 3’ ASAS 5’ CGUACGCUAUACGGUCUACUA 3’5 ’CGUACGCUAUACGGUCUACUA 3’ hsa-miR-449ahsa-miR-449a SS 5’ UGGCAGUGUAUUGUUAGCUGGU 3’5 ’UGGCAGUGUAUUGUUAGCUGGU 3’ ASAS 5’ ACCAGCUAACAAUACACUGCCA 3’5 ’ACCAGCUAACAAUACACUGCCA 3’ hsa-miR-548c-5phsa-miR-548c-5p SS 5’ AAAAGUAAUUGCGGUUUUUGCC 3’5 ’AAAAGUAAUUGCGGUUUUUGCC 3’ ASAS 5’ GGCAAAAACCGCAAUUACUUUU 3’5 ’GGCAAAAACCGCAAUUACUUUU 3’ hsa-miR-767-3p
 
hsa-miR-767-3p
SS 5’ UCUGCUCAUACCCCAUGGUUUCU 3’5 ’UCUGCUCAUACCCCAUGGUUUCU 3’
ASAS 5’ AGAAACCAUGGGGUAUGAGCAGA 3’5 ’AGAAACCAUGGGGUAUGAGCAGA 3’

한편, miRNA449a의 기능을 억제하기 위하여 안타고미어로 상보적인 서열의 2’-OME RNA(ST pharm, 한국)를 사용하였다(표 3). 안타고미어의 5' 끝 쪽에는 형질전환 후 시각화를 위하여 FAM 형광물질을 부착된 변형된 형태의 안타고미어를 사용하였고 그 서열은 다음 표 7과 같다:Meanwhile, in order to suppress the function of miRNA449a, 2′-OME RNA (ST pharm, Korea) having a sequence complementary to antagonists was used (Table 3). At the 5 'end of the antagonist, a modified form of antagonist with FAM fluorescent material was used for visualization after transformation and the sequence is shown in Table 7 below:

miR-449a와 안타고미어 염기서열miR-449a and antagonist sequences 이름name 나선spiral 염기서열Base sequence hsa-miR-449ahsa-miR-449a 센스sense 5’UGGCAGUGUAUUGUUAGCUGGU 35’UGGCAGUGUAUUGUUAGCUGGU 3 안티센스Antisense 5’ACCAGCUAACAAUACACUGCCA 35'ACCAGCUAACAAUACACUGCCA 3 anti-hsa-miR-449aanti-hsa-miR-449a -- 5' ACCAGCUAACAAUACACUGCCA 3'5 'ACCAGCUAACAAUACACUGCCA 3'

실험에 사용된 siRNA 이합체는 형질전환 후 시각화를 위해 5’끝에 FITC 형광물질이 부착된 것을 사용하였고 그 서열을 다음 표 8과 같다.The siRNA dimer used in the experiment was a FITC fluorescent substance attached to the 5 'end for visualization after transformation and the sequence is shown in Table 8.

siRNA 이합체 서열siRNA dimer sequences siRNAsiRNA StrandStrand DuplexDuplex sequencesequence siControlsiControl SS 5' CCUACGCCACCAAUUUGGU 3'5 'CCUACGCCACCAAUUUGGU 3' ASAS 5' ACGAAAUUGGUGGCGUAGG 3'5 'ACGAAAUUGGUGGCGUAGG 3' siLEF-1 siLEF-1 SS 5' GUUAUUCCGGGUACAUAAU 3'5 'GUUAUUCCGGGUACAUAAU 3' ASAS 5' AUUAUGUACCCGGAAUAAC 3'5 'AUUAUGUACCCGGAAUAAC 3'

8. 루시페라아제 리포터 벡터의 제작8. Construction of Luciferase Reporter Vector

LEF-1의 3’UTR에 결합하는 microRNA와 상기 microRNA가 정확히 인식하는 염기서열을 확인하기 위하여, 다양한 형태의 LEF-1 3’UTR을 pGL3 대조 벡터(Promega, 미국)에 클로닝 하였다. 보다 구체적으로는, LEF-1 3’UTR의 1.2 kb와 microRNA-449a의 결합이 예측되는 약 100 bp의 지역을 Xba-I을 이용하여 루시페라아제 뒤쪽에 클로닝 하였고, 사용된 프라이머는 다음 표 9과 같고, Xba-I 제한효소의 인식 부위는 밑줄로 나타내었다:In order to identify the microRNA that binds to 3′UTR of LEF-1 and the nucleotide sequence recognized by the microRNA, various forms of LEF-1 3′UTR were cloned into a pGL3 control vector (Promega, USA). More specifically, the region of about 100 bp where 1.2 kb of LEF-1 3'UTR and microRNA-449a are predicted to be cloned was cloned behind luciferase using Xba-I, and the primers used are shown in Table 9 below. The recognition sites for Xba-I restriction enzymes are underlined:

miR-449a와 안타고미어 염기서열miR-449a and antagonist sequences 이름name 나선spiral 염기서열Base sequence LEF-1 3‘UTR
클로닝용 프라이머
LEF-1 3'UTR
Cloning Primer
센스sense 5’ATGCTCTAGAGTGGAAAACGAAGCTCATTCC 35'ATGC TCTAGA GTGGAAAACGAAGCTCATTCC 3
안티센스Antisense 5’ATGCTCTAGATTAAAAAAATGCTCAGCACATTAACT 35'ATGC TCTAGA TTAAAAAAATGCTCAGCACATTAACT 3

9. 통계적 분석9. Statistical Analysis

모든 데이터 분석에 적절한 통계적 분석방법을 사용하였고, 모든 도면 및 표에 통계적 유의성을 나타내는 값은 “*” 및 “**”로 기재하였고, “*”는 p-value<0.05 이고, “**”는 p-value<0.01을 의미한다.
Appropriate statistical analysis method was used for all data analysis. Values indicating statistical significance in all figures and tables are indicated by “*” and “**”, “*” is p-value <0.05, “**” Means p-value <0.01.

결과result

1. 중간엽 세포의 연골형성은 미세 배양 시스템에서 매우 효과적이었다.1. Cartilage formation of mesenchymal cells was very effective in the micro culture system.

이전 연구 결과의 보고에 의하면, 연골형성의 종합적인 과정이 진행되는 동안 타입 Ⅱ Collagen과 SOX9와 같은 핵심적인 마커 유전자의 발현 패턴이 밝혀졌다. 본 발명자들은 다른 배양 방법에 비교하여 미세배양으로 배양된 중간엽 줄기세포에서, 타입 Ⅱ Collagen 및 SOX9의 발현 비율이 상당히 증가한 것을 확인하였다. 미세 배양을 통해 중간엽 줄기세포에서 타입 X Collagen 유전자 발현은 관찰하였지만, 다른 대응 유전자 발현에 비해 타입 X Collagen 유전자 발현의 큰 변화는 관찰하지 못하였다(도 3).Previous studies have reported patterns of expression of key marker genes such as type II Collagen and SOX9 during the overall process of cartilage formation. The inventors confirmed that the expression rate of type II Collagen and SOX9 was significantly increased in mesenchymal stem cells cultured in microculture compared to other culture methods. While microculture, type X Collagen gene expression was observed in mesenchymal stem cells, but no significant change in type X Collagen gene expression was observed compared to other counterpart gene expression (FIG. 3).

다른 배양과는 다른 미세 배양을 통해, 볼 발명자들은 기존의 발현 프로파일에서 보고된 타입 Ⅱ Collagen 및 SOX9 같은 마커 유전자들의 발현 패턴을 구별할 수 있었다. 본 발명자들은 미세 배양 시스템으로 배양된 중간엽 줄기세포들에서, 보고된 마커 유전자들의 발현 프로파일을 RT-PCR을 통하여 정확하게 확인하였다(도 4).By microculture different from other cultures, the inventors were able to distinguish the expression patterns of marker genes such as Type II Collagen and SOX9 reported in existing expression profiles. The present inventors accurately confirmed the expression profile of the reported marker genes in RT-PCR in mesenchymal stem cells cultured in a micro culture system (FIG. 4).

종합해보면, a)다른 방법에 비하여 미세 배양 방법의 우세한 효용성을 타입 Ⅱ Collagen의 발현 프로파일을 통해 확인하였고, b)미세 배양 방법에 의한 연골형성이, 이전의 보고된 결과와 일치하는 발현 패턴을 보이는 것을 확인하였다.Taken together, a) the preponderance of the microculture method compared to other methods was confirmed by the expression profile of Type II Collagen, and b) cartilage formation by the microculture method showed an expression pattern consistent with the previously reported results. It was confirmed.

아래에 언급되는 모든 실험은 미세 배양 방법을 사용하였다. 연골형성을 유도하는 가장 적합한 방법을 확립한 후에, 다양한 기증자로부터 받은 중간엽 줄기세포들은 대조 배양액 또는 연골형성 배양액에서 10일 동안 배양하였다. 이후 배양 첫날(0일)의 대조군, 배양 10일 후의 대조집단 및 연골형성 집단으로부터 추출한 RNA는, 고효율 탐색방법인 마이크로어레이를 사용하기에 앞서, 정량적 실시간 PCR을 통해 연골형성의 효능을 확인하였다. 연골형성이 진행되는 동안 증가되는 마커 유전자인 아그레칸 및 SOX9는 0일, 10일 중간엽 줄기세포 대조군에 비하여 상당히 증가된 발현을 확인하였고, 미세 배양 방법에 의해 유도된 연골형성의 효능도 확인할 수 있었다(도 5A-B). 연골 비대성 마커인 타입 X Collagen의 발현 변화가 없는 상태에서 연골형성이 유도된 중간엽 줄기세포에서 SOX9이 증가된 것을 확인 할 수 있었다. 마이크로 어레이 분석결과 연골형성 특이적으로 알려진 유전자들의 발현 패턴은 정량적 실시간 PCR을 통해 확인 하였다. LEF-1은 연골형성이 유도된 중간엽 줄기세포에서 인상적인 증가를 보였다. 모든 실험은 서로 다른 세명의 기부자에서 유래된 중간엽 줄기세포에서 3번 이상 반복 실험을 하였다.
All experiments mentioned below used a microculture method. After establishing the most suitable method of inducing chondrogenesis, mesenchymal stem cells from various donors were cultured for 10 days in control culture or chondrogenic culture. Then, RNA extracted from the control group on the first day of culture (day 0), the control group and the cartilage forming population after 10 days of culture, was confirmed the efficacy of cartilage formation through quantitative real-time PCR before using the microarray which is a highly efficient search method. Marker genes agrecan and SOX9 increased during chondrogenesis were confirmed to be significantly increased expression compared to mesenchymal stem cell control on day 0 and day 10, and also confirmed the efficacy of cartilage induced by microculture. Could be (FIGS. 5A-B). It was confirmed that SOX9 was increased in cartilage-induced mesenchymal stem cells in the absence of a change in the expression of cartilage hypertrophy type X Collagen. As a result of microarray analysis, the expression patterns of cartilage-specific genes were confirmed by quantitative real-time PCR. LEF-1 showed an impressive increase in cartilage-induced mesenchymal stem cells. All experiments were repeated three or more times in mesenchymal stem cells from three different donors.

2. 마이크로 어레이 분석을 통해 연골형성이 유도된 중간엽 줄기세포에서 특이적으로 증가하거나 감소한 발현 패턴을 보이는 유전자들의 클러스터를 규명하였다.2. Microarray analysis identified clusters of genes with specific increased or decreased expression patterns in cartilage-induced mesenchymal stem cells.

연골형성이 유도된 중간엽 줄기세포에서 특이적으로 발현하는 유전자의 패턴을 확인하기 위하여, 상기 샘플에서 microRNA와 cDNA 마이크로어레이 분석을 수행하였다. 피어슨 상관계수법과 그룹간의 적어도 두 배 이상의 발현의 차이를 보이는 유전자만을 선별하는 엄격한 기준을 사용하여, 계층적 군집 분석에서 보이는 바와 같이 발현패턴이 다른 유전자를 분류하였다. 연골형성이 유도되지 않은 대조군을 0일 배양한 군과 10일 배양한 군과 비교하여 연골형성이 유도된 그룹에서 발현이 유의하게 증가하거나 감소된 패턴을 보이는 총 418개의 유전자를 규명하였다. 보다 구체적으로 128개의 유전자들이 연골형성이 유도된 그룹에서 발현 패턴이 증가되었고, 290개의 유전자들은 발현이 감소된 것을 확인하였다. 그 발현 패턴의 변화가 유사한 것을 기준으로 분류해보면 6개 클러스터 그룹으로 분류되었다(도 6). 분별적 발현 유전자를 보다 자세하게 규명하기 위하여 10일간 연골형성이 유도된 그룹에서만 나타나는 유전자 발현 패턴을 분석하였고, 제공된 알고리즘을 사용하여 유전자들의 정보를 수집하였다. 그 중 상위 20개의 유전자들을 다음 표 10에 나타내었다:In order to confirm the pattern of genes specifically expressed in chondrogenic induced mesenchymal stem cells, microRNA and cDNA microarray analysis was performed on the samples. Genes with different expression patterns were classified, as shown in the hierarchical cluster analysis, using Pearson's correlation coefficient and stringent criteria to select only those genes that showed at least twice the difference in expression between groups. A total of 418 genes with a significantly increased or decreased expression in the cartilage-induced group were identified, compared to the 0-day culture group and the 10-day culture group. More specifically, it was confirmed that 128 genes had increased expression patterns in the group in which cartilage was induced, and 290 genes had decreased expression. When the change in expression pattern was classified on the basis of similarity, it was classified into 6 cluster groups (FIG. 6). In order to elucidate the genes of fractional expression, gene expression patterns appearing only in the group in which cartilage was induced for 10 days were analyzed, and information of genes was collected using the provided algorithm. The top 20 genes are shown in Table 10 below:

연골형성이 유도된 그룹에서 특이적으로 발현이 증가된 상위 20개 유전자Top 20 genes with increased expression in the cartilage-induced group 프로브 세트 ID Probe Set ID 유전자 기호 Genetic symbol 유전자 설명Gene description 발현율 변화Change in expression rate 80921698092169 TNFSF10 TNFSF10 tumor necrosis factor (ligand) superfamily, member 10 tumor necrosis factor (ligand) superfamily, member 10 14.914.9 80958868095886 CXCL13 CXCL13 chemokine (C-X-C motif) ligand 13 chemokine (C-X-C motif) ligand 13 13.813.8 81077228107722 MEGF10 MEGF10 multiple EGF-like-domains 10 multiple EGF-like-domains 10 11.511.5 81136668113666 SEMA6A SEMA6A sema domain, transmembrane domain (TM), and cytoplasmic domain, (semaphorin) 6A sema domain, transmembrane domain (TM), and cytoplasmic domain, (semaphorin) 6A 10.910.9 79244617924461 --- --- --- --- 10.710.7 81022328102232 LEF1 LEF1 lymphoid enhancer-binding factor 1 lymphoid enhancer-binding factor 1 10.410.4 81290828129082 COL10A1 COL10A1 collagen, type X, alpha 1 collagen, type X, alpha 1 9.19.1 80950438095043 RASL11B RASL11B RAS-like, family 11, member B RAS-like, family 11, member B 8.98.9 79527857952785 OPCML OPCML opioid binding protein/cell adhesion molecule-like opioid binding protein / cell adhesion molecule-like 88 79166547916654 KANK4 KANK4 KN motif and ankyrin repeat domains 4 KN motif and ankyrin repeat domains 4 7.37.3 80559698055969 ERMN ERMN ermin, ERM-like protein ermin, ERM-like protein 7.37.3 81557548155754 MAMDC2 MAMDC2 MAM domain containing 2 MAM domain containing 2 7.37.3 80207798020779 DSG2 DSG2 desmoglein 2 desmoglein 2 6.76.7 81199748119974 SLC29A1 SLC29A1 solute carrier family 29 (nucleoside transporters), member 1 solute carrier family 29 (nucleoside transporters), member 1 6.66.6 80799318079931 SLC38A3 SLC38A3 solute carrier family 38, member 3 solute carrier family 38, member 3 6.26.2 79166677916667 --- --- --- --- 5.65.6 79471847947184 --- --- --- --- 5.55.5 80672338067233 PMEPA1 PMEPA1 prostate transmembrane protein, androgen induced 1 prostate transmembrane protein, androgen induced 1 5.35.3 80636348063634 MGC4294 MGC4294 hypothetical protein MGC4294 hypothetical protein MGC4294 4.84.8 80544398054439 ST6GAL2 ST6GAL2 ST6 beta-galactosamide alpha-2,6-sialyltranferase 2 ST6 beta-galactosamide alpha-2,6-sialyltranferase 2 4.74.7

3. 3. LEFLEF -1(-One( LymphoidLymphoid EnhancerEnhancer BindingBinding FactorFactor 1)은 연골형성의 과정에서 매우 중요한 역할을 한다. 1) plays a very important role in the process of cartilage formation.

본 발명자들은 초기단계의 고효율 탐색법으로 발견된 418개의 유전자들에서, 연골형성의 전체적인 과정에 영향을 줄 수 있는 각각의 유전자의 존재를 규명하였다. 분석된 유전자들 중에서, c-Jun, FOXO4 및 LEF-1는 Wnt 신호전달에서 다양한 발달 과정에서 보다 중요한 역할을 할 것으로 구별하였다. 본 발명자들은 분석된 유전자들의 발현 패턴에 대한 실험적 결과가 마이크로어레이 데이터와 부합하는지 확인하기 위하려 정량적 실시간 PCR을 수행하였고, 그 결과 두 실험의 데이터가 완벽하게 일치함을 확인하였다(도 5B-F).The inventors have identified the presence of individual genes in 418 genes found by early high-efficiency screening that can affect the overall process of cartilage formation. Among the genes analyzed, c-Jun, FOXO4 and LEF-1 were distinguished to play a more important role in various developmental processes in Wnt signaling. The present inventors performed quantitative real-time PCR to confirm that the experimental results on the expression patterns of the analyzed genes are consistent with the microarray data, and as a result, the data of the two experiments were found to be in perfect agreement (FIGS. 5B-F). ).

중간엽 줄기세포의 연골형성에 있어 Wnt 신호전달의 중요한 역할에 대해 보고한 이전 연구에 기초하여, 본 발명자들은 Wnt 매개자로, β-카테닌 시그널링의 매개자인 LEF-1에 중점을 두고 연구하였다. 마이크로어레이 데이터 결과, LEF-1은 배양 10일 대조군에 비하여, 배양 10일 연골형성군에서 10.4배 높은 것을 확인하였고, 이는 418개의 유전자중 6번째로 높았다. 본 발명자들은 연골형성 진행 과정에서 나타나는 다양한 LEF-1의 발현 프로파일 확인하기 위하여, 연골형성이 진행되는 다양한 날짜 따라 세 명의 기증자의 RNA 샘플을 추출하였고, 실시간 PCR을 사용하여 발현 패턴을 확인하였다(도 7).Based on previous studies reporting on the important role of Wnt signaling in cartilage formation of mesenchymal stem cells, we studied WF mediators, focusing on LEF-1, a mediator of β-catenin signaling. As a result of the microarray data, LEF-1 was found to be 10.4 times higher in the 10-day cartilage forming group than the 10-day control group, which was the sixth highest among 418 genes. The present inventors extracted RNA samples of three donors according to various dates of cartilage formation in order to confirm the expression profile of various LEF-1 in the process of cartilage formation, and confirmed the expression pattern using real-time PCR (Fig. 7).

마이크로 어레이 데이터와 정량적 실시간 PCR 결과가 일치함을 확인한 후 본 발명자들은 연골형성이 진행되는 동안 LEF-1의 구체적인 역할을 규명하기 위하여 억제제 실험을 수행하였다. 인간의 골수줄기세포(BMSC, Bone Marrow Stem Cell) 세포주에 siControl 또는 siLEF-1 각각 100 nM 을 형질전환하여 연골형성이 가능한 배지에서 10일간 배양하였다. 전체 RNA는 0일, 1일, 3일, 5일, 6일, 7일 및 10일에서 수득하였고, 연골형성에서 LEF-1의 효능 분석을 위해 RT-PCR을 수행하였다(도 8). After confirming the agreement between the microarray data and the quantitative real-time PCR results, the inventors performed an inhibitor experiment to elucidate the specific role of LEF-1 during cartilage formation. Human bone marrow stem cells (BMSC, Bone Marrow Stem Cell) cell lines were transformed with siControl or siLEF-1 100 nM, respectively, and cultured in a medium capable of cartilage formation for 10 days. Total RNA was obtained at days 0, 1, 3, 5, 6, 7 and 10 and RT-PCR was performed for potency analysis of LEF-1 in cartilage formation (FIG. 8).

LEF-1을 억제한 결과 LEF-1이 연골의 분화와 성숙의 두 과정에 관련이 있음을 보다 분명하게 확인할 수 있었다. 연골의 분화와 관련된 것으로 알려진 타입 Ⅱ Collagen과 SOX9의 발현이 감소되었을 뿐 아니라, 연골의 성숙에 관련된 MMP13 및 타입 X Collagen 역시 감소되는 것을 확인하였다. 이 결과는 LEF-1이 다양한 단계의 연골 전체적 진행과정에 있어서 중요한 역할을 하고 있다는 이전의 연구결과들과 일치 하였다(30-37).
Inhibition of LEF-1 clearly shows that LEF-1 is involved in two processes of cartilage differentiation and maturation. Not only was the expression of Type II Collagen and SOX9 known to be involved in cartilage differentiation decreased, but MMP13 and Type X Collagen related to cartilage maturation were also reduced. This result is consistent with previous findings that LEF-1 plays an important role in the overall process of cartilage at various stages (30-37) .

4. 4. 중간엽Intermediate lobe 줄기세포의 연골형성이 진행되는 동안  During chondrogenesis of stem cells LEFLEF -1 특이적인 -1 specific 타겟target microRNAmicroRNA 의 탐색Navigation in

연골형성 초기 단계에서 LEF-1의 특이적인 발현 패턴을 확인하였고, 중간엽 줄기세포의 전반적인 연골형성이 진행되는 동안 LEF-1의 중요한 역할을 확인 한 후, LEF-1의 발현을 조절하기 위하여 LEF-1에 특이적으로 결합하는 타겟 micoRNA를 확인하려고 예의 노력하였다. 가장 널리 사용되는 두 개의 microRNA 예측 데이터베이스인, TargetScan(www.targetscan.org)과 miRanda(www.microRNA.org)를 이용하여 LEF-1의 3’UTR에 결합하는 microRNA들을 탐색하였다. 본 발명자들은 상기 데이터베이스로부터 유래된 리스트에서, 마이크로어레이 데이터의 LEF-1의 발현 패턴과 반대되는 현상을 보이는 microRNA를 교차확인 하였다.In the early stages of cartilage formation, we identified specific expression patterns of LEF-1. After identifying the important role of LEF-1 during the whole cartilage of mesenchymal stem cells, LEF-1 expression was regulated. Efforts have been made to identify target micoRNAs that specifically bind -1. Two of the most widely used microRNA prediction databases, TargetScan (www.targetscan.org) and miRanda (www.microRNA.org), were used to search for microRNAs that bind to the 3'UTR of LEF-1. The inventors have cross-identified microRNAs in a list derived from the database, showing a phenomenon opposite to the expression pattern of LEF-1 of the microarray data.

연골형성이 진행되는 동안 microRNA의 발현 프로파일을 관찰하였다. 발현 프로파일과 함께 생각해야할 중요한 사항은 miRNA가 타겟인 LEF-1에 직접적으로 결합을 하는지와, 만약 결합한다면 microRNA가 타겟 유전자 발현을 어떻게 조절하는지를 규명하는 것이었다. 이러한 취지에 맞추어 본 발명자들은 연골 분화의 과정에서 LEF-1에 반대되는 발현 패턴을 보이는 5개의 microRNAs를 규명하였다. 발견한 microRNA는 miR-138, -411, -449a, -548 및 -767이고, 이들의 microRNA 미믹을 인간의 연골육종 세포주인 SW1353 및 JJ에 형질전환하여 과발현을 유도하였다. 이후 microRNA가 내부의 LEF-1의 발현에 어떠한 영향을 주는지 정량적 실시간 PCR을 통하여 관찰하였다(도 9). 연골형성에 있어서 miR-449a의 영향을 가장 직접적으로 규명하기 위해서는 BMSC 세포주에서 기능 실험을 수행하는 것이지만, BMSC세포주에 microRNA 미믹 또는 안타고미어를 형질전환 시켜 충분한 시간만큼 형질전환된 물질들을 안정적으로 발현을 유도하도록 형질전환 하는 것은 상당히 난해하였다. 따라서 인간의 연골육종 세포주인 SW1353 및 JJ의 사용은 가장 최선의 대안이었다. The expression profile of microRNA was observed during cartilage progression. An important point to consider with the expression profile was to determine if miRNA binds directly to the target LEF-1, and if so, how the microRNA regulates target gene expression. To this end, the present inventors have identified five microRNAs showing an expression pattern opposite to LEF-1 in the process of cartilage differentiation. The microRNAs found were miR-138, -411, -449a, -548 and -767, and their microRNA mimics were transformed into human chondroma cell lines SW1353 and JJ to induce overexpression. It was then observed through quantitative real-time PCR how the microRNA affects the expression of LEF-1 inside (Fig. 9). In order to most directly identify the effect of miR-449a on cartilage formation, functional experiments were performed in BMSC cell lines, but the BMSC cell line was transformed with microRNA mimics or antagonists to stably express the transformed substances for a sufficient time. Transformation to induction was quite difficult. Therefore, the use of human chondroma cell lines SW1353 and JJ was the best alternative.

다양한 microRNA 서치 툴을 활용하여, 마이크로어레이 데이터 및 RT-PCR 데이터에서 LEF-1과 반대되는 발현 프로파일을 보이는 microRNA 중에서 LEF-1을 타겟으로 하는 상위 5개의 후보 microRNA를 시험하였고, 그 중 오직 miR-449a만이 인간의 연골육종 세포주인 SW1353 및 JJ에서 LEF-1의 세포내 발현을 유효하게 감소시켰다. 특히 LEF-1이 과발현된 경우 miR449-a는 LEF-1의 발현을 70%이상 감소시켰다.
Using various microRNA search tools, the top five candidate microRNAs targeting LEF-1 were tested among the microRNAs showing expression profiles opposite to LEF-1 in microarray data and RT-PCR data, of which only miR- Only 449a effectively reduced the intracellular expression of LEF-1 in human chondrosarcoma cell lines SW1353 and JJ. In particular, when LEF-1 was overexpressed, miR449-a reduced the expression of LEF-1 by more than 70%.

5. 5. miRmiR -449a는 -449a is LEFLEF -1의 3’-1 of 3 UTRUTR 에 결합을 통해 직접적으로 Directly through LEFLEF -1을 -1 타겟팅Targeting 한다. do.

초기의 스크리닝 방법으로 miR-449a이 LEF-1의 조절 후보자임을 밝혔고, 본 발명자들은 LEF-1에 대한 miR-449a 기능을 규명하기 위하여 연골육종 세포주인 SW1353 및 JJ에 miR-449a의 안타고미어(antagomir)와 미믹(mimic)을 형질전환하였다. 형질전환 24시간 후, miR-499a가 존재 할 때 LEF-1은 통계적으로 유의한 감소를 보였고, anti-miR-a499a가 존재 할 때 LEF-1은 증가하였다(도 10). Initial screening methods revealed that miR-449a is a regulatory candidate for LEF-1, and the present inventors have identified the antagomir of miR-449a in the chondrosarcoma cell lines SW1353 and JJ to elucidate the miR-449a function for LEF-1. ) And mimic were transformed. 24 hours after transformation, LEF-1 showed a statistically significant decrease in the presence of miR-499a, and LEF-1 increased in the presence of anti-miR-a499a (FIG. 10).

LEF-1에 대한 miR-449a의 염기서열 특이적 조절을 확인하기 위하여, LEF-1 3’UTR을 pGL3 컨트롤 벡터에 클로닝 하였다(도 11A 및 11B). HeLa 세포주에 miR-449a를 형질전환 함에 따라 루시페라아제 기능이 약 70% 감소하였다(도 11C). 게다가, 루시페라아제 기능은 LEF-1을 타겟으로 하는 miR-449a의 농도 의존적으로 감소하였다(도 11D). 실험 결과에 따르면, miR-449와 LEF-1 3’UTR 씨드 서열을 정확하게 알 수 있다. miR-449a 씨드 서열로 예측되는 자리에 특이적인 돌연변이를 가진 구조물을 포함하는 LEF-1 3’UTR의 다양한 구조물을 만들어 리포터 분석을 하였다(도 12A). HeLa 및 JJ 세포주에서 실험한 결과, LEF-1 3’UTR을 포함하는 구조물과 miR-449a의 씨드 서열의 측면 서열을 가진 구조물에서 miR-449a 미믹 transfetion은 루시페라아제 기능을 약 50% 및 60% 감소시켰다(도 12B 및 12C). 게다가 LEF-1의 3’UTR의 miR449a 결합 예측 자리가 돌연변이 되면, 구조물의 루시페라아제 기능이 완벽하게 회복되었고, 이로 인하여 miR-449a 씨드 서열은 정확히 예측되었음을 확인하였다.
To confirm sequencing specific regulation of miR-449a for LEF-1, LEF-1 3′UTR was cloned into pGL3 control vectors (FIGS. 11A and 11B). Transformation of miR-449a into the HeLa cell line reduced luciferase function by about 70% (FIG. 11C). In addition, luciferase function decreased concentration dependent of miR-449a targeting LEF-1 (FIG. 11D). According to the experimental results, the miR-449 and LEF-1 3'UTR seed sequences can be accurately known. Various constructs of LEF-1 3′UTR, including constructs with mutations specific for sites predicted by the miR-449a seed sequence, were generated and analyzed by reporter (FIG. 12A). Experiments in HeLa and JJ cell lines showed that miR-449a mimic transfetion reduced luciferase function by about 50% and 60% in constructs containing LEF-1 3'UTR and constructs flanking the seed sequence of miR-449a. (FIGS. 12B and 12C). In addition, when the miR449a binding predictor site of the 3'UTR of LEF-1 was mutated, the luciferase function of the construct was completely restored, thereby confirming that the miR-449a seed sequence was correctly predicted.

고찰Review

이전 연구에 따르면, Wnt 신호와 LEF-1은 연골형성의 전반적인 과정에서 중요한 역할을 한다(도 12)30. Wnt4 및 Wnt9a는 관절의 발달 과정에서 높은 발현을 보이는 반면, Wnt7a 및 Wnt8a는 연골의 발달 과정에서 발견되었다. Wnt5a 및 Wnt11은 연골막에서 발현이 확인되는 반면, Wnt5b는 전 비대 연골세포에서만 한정적으로 관찰된다. Wnt4, Wnt8 및 Wnt11와 같은 Wnt 구성원은 연골형성 분화를 억제하고 연골 비대를 촉진하는 연골형성 억제 기능을 하지만, Wnt3a, Wnt5a 및 Wnt5b 같은 다른 Wnt 구성원은 연골형성을 증진시키는 것으로 알려졌다31 -36, 38.According to previous studies, Wnt signaling and LEF-1 play an important role in the overall process of cartilage formation (FIG. 12) 30 . Wnt4 and Wnt9a showed high expression during joint development, while Wnt7a and Wnt8a were found during cartilage development. Wnt5a and Wnt11 were found to be expressed in the chondrocytes, whereas Wnt5b was only observed in pre-hypertrophic chondrocytes. Wnt members, such as Wnt4, Wnt8 and Wnt11, inhibit cartilage differentiation and promote cartilage hypertrophy, while other Wnt members, such as Wnt3a, Wnt5a, and Wnt5b, have been shown to enhance cartilage formation. 31 -36, 38 .

다른 연구에 의하면, C3H10T1/2 세포의 고농도 배양에서 chondro-stimulatory factor(BMP-2)의 처리로 Wnt3a의 증가를 보고하였다30. 게다가 Wnt3a 및 GSK-3β가 과발현 되면, 핵 속의 LEF-1 및 β-카테닌의 주목할 만한 증가를 보였고, 이는 LEF-1 및 β-카테닌이 연골형성 과정에서 BMP-2와의 활발한 상호작용이 일어남을 보여준다31. 결과적으로 이런 발견은 Wnt3a같은 Wnt 구성원은 연골형성 과정에서 중요한 역할을 하고, 보고된 β-카테닌/LEF-1 상호작용을 통하여 이루어짐을 보여준다.Other studies have reported an increase in Wnt3a by treatment with chondro-stimulatory factor (BMP-2) in high concentration cultures of C3H10T1 / 2 cells 30 . In addition, overexpression of Wnt3a and GSK-3β resulted in a notable increase in LEF-1 and β-catenin in the nucleus, indicating that LEF-1 and β-catenin are actively interacting with BMP-2 during cartilage. 31 . Consequently, these findings show that Wnt members such as Wnt3a play an important role in the cartilage process and are made through reported β-catenin / LEF-1 interactions.

Fumiko Yano의 연구에 따르면, C3H10T1/2, ATDC5 및 primary 연골세포주에서 LEF-1의 과발현이 연골형성 마커 유전자인 SOX9의 발현을 유도한다는 보고와 일치한다37. 그러나 항상 활성화되는 LEF-1 과발현 벡터를 이용한 LEF-1의 지속적 존재는 중간엽 줄기세포가 급속하게 비대 단계에 들어가게 하였다41. Tamamura의 연구에 따르면, 타입 Ⅱ Collagen 프로모터에 의한 형질전환된 LEF-1의 과발현은 연골세포의 성숙을 오히려 불완전하게 하고, 닭 배아에서 돌연 변이된 β-카테닌의 과발현은 연골 발달과 비대를 억제하였다. 이 결과는 통상적 Wnt 신호가 발달 단계에 따라 연골의 분화와 비대에 영향을 준다는 것을 제시한다42. Fumiko Yano 's study is consistent with reports that overexpression of LEF-1 induces the expression of the chondrogenic marker gene SOX9 in C3H10T1 / 2, ATDC5 and primary chondrocyte lines 37 . However, the persistent presence of LEF-1 using the always active LEF-1 overexpression vector caused mesenchymal stem cells to rapidly enter the hypertrophy phase 41 . According to Tamamura 's study, overexpression of transformed LEF-1 by the Type II Collagen promoter resulted in rather incomplete maturation of chondrocytes and overexpression of mutated β-catenin in chicken embryos inhibited cartilage development and hypertrophy. . These results suggest that normal Wnt signaling affects cartilage differentiation and hypertrophy at different stages of development 42 .

결과적으로 이전의 연구결과에 따르면, LEF-1은 연골형성의 적절한 단계에서 중요한 역할을 하고, 중간엽 줄기세포의 연골형성의 초기단계뿐만 아니라, 연골 비대의 시작과 조절에서 매우 중요한 영향을 주고 있음을 보여준다. 이와 동시에, 본 발명자들은 마이크로어레이를 통한 고효율 탐색법과 RT-PCR 및 정량적 실시간 PCR을 사용하여 확인한 데이터를 통해, 중간엽 줄기세포의 연골형성이 진행되는 동안 LEF-1 유전자의 발현 증가를 보여주었다.As a result, previous studies have shown that LEF-1 plays an important role in the proper stages of cartilage formation and plays an important role in the initiation and control of cartilage hypertrophy, as well as in the early stages of cartilage formation of mesenchymal stem cells. Shows. At the same time, the present inventors showed an increase in expression of the LEF-1 gene during chondrogenesis of mesenchymal stem cells through data confirmed using high-efficiency search through microarray and RT-PCR and quantitative real-time PCR.

LEF-1의 잠정적인 타겟 microRNA를 확인하기 위하여, 본 발명자들은 널리 사용되는 타겟 예측 데이터베이스(TargetScan 및 miRanda)를 사용하였고, LEF-1 발현의 조절자로 miR-449a를 밝혔다. 두 개의 연골 육종 세포주(SW1353 및 JJ)에서 테스트한 결과, miR-449a는 LEF1의 발현을 유의하게 감소시켰고, miR-449a의 안타고미어를 형질전환하여 miR-499a를 억제함으로, LEF-1의 발현이 다시 회복되는 것을 관찰하였다(도 10). 게다가 miR-449a mimic과 pGL3-LEF-1 구조물을 공동-형질전환하면, 루시페라아제 기능이 농도 의존적으로 감소하는 현상을 관찰함으로써, LEF-1의 miR-449a의 조절 기능을 확인하였다(도 11). 결과적으로, miR-449a 결합 예측 자리의 돌연변이를 통하여, LEF-1에 대한 mi-449a의 정확안 염기서열을 성공적으로 확인하였고, miR-449a는 LEF-1의 음성 조절자라는 사실을 제시하였다(도 12).To identify potential target microRNAs of LEF-1, we used widely used target prediction databases (TargetScan and miRanda) and identified miR-449a as a modulator of LEF-1 expression. Tested in two cartilage sarcoma cell lines (SW1353 and JJ), miR-449a significantly reduced the expression of LEF1 and transformed the antagonists of miR-449a to inhibit miR-499a, resulting in expression of LEF-1. This recovery was observed again (FIG. 10). Furthermore, co-transformation of miR-449a mimic and pGL3-LEF-1 constructs confirmed the regulation of miR-449a of LEF-1 by observing a concentration-dependent decrease in luciferase function (FIG. 11). As a result, the mutation of the miR-449a binding predictor site successfully confirmed the correct sequence of mi-449a for LEF-1, suggesting that miR-449a is a negative regulator of LEF-1 (Fig. 12).

요약해보면, 본 연구는 a) LEF-1이 이전에 보고된 내용처럼, 인간의 BMSC의 연골의 적절한 분화와 성숙에 관여하는 중요한 인자이고, b) miR-449a가 LEF-1의 3‘UTR에 직접적으로 결합하여 LEF-1의 발현을 효과적으로 억제한다는 것을 성공적으로 규명하였다(도 13).In summary, this study suggests that a) LEF-1 is an important factor involved in the proper differentiation and maturation of cartilage in human BMSCs, as previously reported, and b) miR-449a is involved in the 3'UTR of LEF-1. It was successfully identified that it directly binds to effectively inhibit the expression of LEF-1 (FIG. 13).

궁극적으로 본 연구는 LEF-1이 연골형성에 국한될 뿐 아니라 종양 형성과 발달 이르기까지 다양한 생물학적 과정에서 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였고, LEF-1을 타겟으로 하는 내부의 microRNA를 완벽하게 실험적 규명함으로써, 인간 생리학 분야에 전반적으로 큰 밑거름이 될 수 있는 발견임이 틀림없다.
Ultimately, this study confirmed that LEF-1 plays an important role not only in cartilage formation but also in a variety of biological processes, from tumor formation and development, to fully experimental identification of internal microRNAs targeting LEF-1. It must be a discovery that can be a big foundation for human physiology.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 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. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

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Claims (20)

서열목록 제1서열의 microRNA-449a에 상보적인 서열을 가지는 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 포함하는 줄기세포로부터 연골세포 분화 촉진용 조성물.
Composition for promoting chondrocyte differentiation from stem cells comprising an antisense oligonucleotide having a sequence complementary to microRNA-449a of SEQ ID NO: 1 sequence.
제 1 항에 있어서, 상기 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 서열목록 제1서열의 1번째 내지 22번째 뉴클레오타이드 서열에 상보적인 서열을 가지는 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 1, wherein the antisense oligonucleotide has a sequence complementary to the 1st to 22nd nucleotide sequences of the first sequence of the Sequence Listing.
제 2 항에 있어서, 상기 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 서열목록 제2서열의 뉴클레오타이드 서열을 가지는 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 2, wherein the antisense oligonucleotide has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.
제 1 항에 있어서, 상기 줄기세포는 다능성 줄기세포(multipotent stem cell)인 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 1, wherein the stem cells are multipotent stem cells.
제 4 항에 있어서, 상기 다능성 줄기세포는 중간엽 줄기세포, 근육 줄기세포, 조혈모 줄기세포, 신경 줄기세포, 간 줄기세포, 췌장 줄기세포, 내피 줄기세포 또는 표피 줄기세포인 것을 특징으로 하는 조성물.
The method of claim 4, wherein the pluripotent stem cells are mesenchymal stem cells, muscle stem cells, hematopoietic stem cells, neural stem cells, liver stem cells, pancreatic stem cells, endothelial stem cells or epidermal stem cells, characterized in that Composition.
제 5 항에 있어서, 상기 다능성 줄기세포는 중간엽 줄기세포인 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 5, wherein the pluripotent stem cells are mesenchymal stem cells.
제 6 있어서, 상기 중간엽 줄기세포는 골수-유래 중간엽 줄기세포인 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 6, wherein the mesenchymal stem cells are bone marrow-derived mesenchymal stem cells.
상기 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 연골 분화 촉진용 조성물을 포함하는 연골 손상 치료용 약제학적 조성물.
A pharmaceutical composition for treating cartilage damage, comprising the composition for promoting cartilage differentiation according to any one of claims 1 to 7.
서열목록 제1서열의 microRNA-449a에 상보적인 서열을 가지는 안티센스 올리고뉴클레오타이드로 형질전환된 줄기세포로부터 연골세포로의 분화를 유도하는 단계를 포함하는 줄기세포로부터 연골세포 분화 방법.
A method of differentiating chondrocytes from stem cells comprising inducing differentiation from stem cells transformed with antisense oligonucleotides having a sequence complementary to microRNA-449a of SEQ ID NO: 1 to chondrocytes.
제 9 항에 있어서, 상기 분화를 유도하는 단계는 상기 안티센스 올리고뉴클레오타이드에 의해 LEF-1(Lymphoid Enhancer Binding Factor 1)의 발현을 증가시켜 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. The method of claim 9, wherein inducing differentiation is performed by increasing expression of Lymphoid Enhancer Binding Factor 1 (LEF-1) by the antisense oligonucleotide.
제 9 항에 있어서, 상기 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 서열목록 제1서열의 1번째 내지 22번째 뉴클레오타이드 서열에 상보적인 서열을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
10. The method of claim 9, wherein the antisense oligonucleotide is characterized in that it has a sequence complementary to the 1 to 22 nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 sequence.
제 11 항에 있어서, 상기 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 서열목록 제2서열의 뉴클레오타이드 서열을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 11, wherein the antisense oligonucleotide is characterized in that it has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 sequence.
제 9 항에 있어서, 상기 줄기세포는 다능성 줄기세포(multipotent stem cell)인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 9, wherein the stem cells are multipotent stem cells.
제 13 항에 있어서, 상기 다능성 줄기세포는 중간엽 줄기세포, 근육 줄기세포, 조혈모 줄기세포, 신경 줄기세포, 간 줄기세포, 췌장 줄기세포, 내피 줄기세포 또는 표피 줄기세포인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 13, wherein the pluripotent stem cells are mesenchymal stem cells, muscle stem cells, hematopoietic stem cells, neural stem cells, liver stem cells, pancreatic stem cells, endothelial stem cells or epidermal stem cells, characterized in that Way.
제 14 항에 있어서, 상기 다능성 줄기세포는 중간엽 줄기세포인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 14, wherein the pluripotent stem cells are mesenchymal stem cells.
제 15 항에 있어서, 상기 중간엽 줄기세포는 골수-유래 중간엽 줄기세포인 것을 특징으로 하는 방법.
16. The method of claim 15, wherein said mesenchymal stem cells are bone marrow-derived mesenchymal stem cells.
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