KR101323652B1 - Methods for Screening Therapeutics for X-linked Adrenoleukodystrophy and Autologous Differentiated Oligodendrocytes Therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 역분화 유도만능 줄기세포를 제조하는 방법 및 역분화 유도만능 줄기세포에서 분화한 세포를 이용한 X-연관 부신백질이영양증 질환 스크리닝 방법에 관한 것이다. 본 발명은 X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD) 환자로부터 유래된 인간 섬유아세포에서 역분화 유도만능 줄기세포를 제조할 수 있다. 또한 역분화 유도만능 줄기세포에 분화된 희돌기교세포를 이용하여 X-연관 부신백질이영양증 치료제 후보물질의 스크리닝 방법을 통해 약물의 효능을 확인할 수 있다. 특히 역분화 유도만능 줄기세포 제조 방법을 통한 자가(autologous) 희돌기교세포를 제작하여 환자 맞춤형 치료가 가능하다는 장점이 있다.The present invention relates to a method for preparing inverted pluripotent stem cells and a method for screening X-linked adrenal protein dystrophy disease using cells differentiated from inverted pluripotent stem cells. The present invention can prepare induction of differentiated pluripotent stem cells in human fibroblasts derived from X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) patients. In addition, the efficacy of the drug can be confirmed by screening a candidate drug for X-linked adrenal protein dystrophy by using oligodendrocytes differentiated into pluripotent stem cells. In particular, the production of autologous oligodendrocytes through a method for producing pluripotent stem cells has the advantage of allowing patient-specific treatment.
Description
본 발명은 역분화 유도만능 줄기세포를 제조하는 방법 및 역분화 유도만능 줄기세포에서 분화한 세포를 이용한 X-연관 부신백질이영양증 질환 스크리닝 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for preparing inverted pluripotent stem cells and a method for screening X-linked adrenal protein dystrophy disease using cells differentiated from inverted pluripotent stem cells.
X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD)은 C26:0 및 C24:0인 긴꼬리 지방산(Very long chain fatty acids, VLCFAs)을 분해하는 기능을 가지는 부신백질이영양증 단백질(Adrenoleukodystrophy protein, ALDP 또는 ABCD1)(1)을 인코딩하는 ABCD1(an ATP-binding-cassette transporter superfamily D member 1)의 유전자 변이에 의해 발생하는 질병이다(2). 비정상적으로 높은 수준의 VLCFA에 의해, 신경계, 부신 피질 및 정소의 레이디히 세포에서 일차적인 증세가 나타난다(3, 4). 20,000명 당 1명의 유병률을 보이는 X-ALD 증세는 다양한 표현형을 보이는데, 대표적으로 1) 가장 치명적인 빠른 진행성 염증 탈수초화를 동반하는 소아형 대뇌형 X-ALD(Childhood Cerebral form ALD, CCALD, 3-10세 무렵에 발병)은 증세 발병 후 수년 내에 사망에 이르며, 2) 부신척추 신경병증(adrenomyeloneuropathy, AMN, 28-9세 정도에 발병)이라 불리우는 온화한 성인형은 척수 및 말초 신경에 국한된 초기 증세와 함께 천천히 진행되는 특성을 가진다(5). 흥미롭게도, ABCD1 유전자 변이와 임상적 표현형 사이에는 직접적인 연관을 갖지 않는 것으로 보이며(6), ABCD1 유전자의 동일한 변이를 가지는 일란성쌍자 조차도 다른 표현형으로 발달한다(7).X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) is an adrenoleukodystrophy protein, which has the ability to break down long chain fatty acids (VLCFAs) of C26: 0 and C24: 0. A disease caused by genetic mutation of ABCD1 (an ATP-binding-cassette transporter superfamily D member 1) encoding ALDP or ABCD1) (1) (2). Abnormally high levels of VLCFA result in primary symptoms in neural cells of the nervous system, adrenal cortex and testes (3, 4). X-ALD symptoms, with a prevalence of 1 per 20,000, show a variety of phenotypes, typically 1) Childhood Cerebral form ALD (CCALD, 3-10) with the most lethal fast progressive inflammation demyelination. Onset) dies within a few years after the onset of symptoms, and 2) a mild adult form called adrenomyeloneuropathy (AMN, about 28-9 years old) with early symptoms limited to the spinal cord and peripheral nerves. Slow progression (5). Interestingly, there seems to be no direct link between the ABCD1 gene variant and the clinical phenotype (6), and even identical pairs with the same variant of the ABCD1 gene develop into other phenotypes (7).
현재, X-ALD에 대한 성공적인 치료법은 개발되어 있지 않다. 보존적 요법으로 로렌조 오일(Lorenzo's oil)은 X-ALD 환자의 혈청 내에 VLCFA 수준을 정상화시키지만 이는 신경학적 증세를 보이는 환자의 진행 경과를 막을 수 없다(5). 조혈줄기세포이식(Hematopoietic stem cell transplantation, HSCT)(8) 및 유전적으로 개질된 자가 HSCT는 오직 초기 단계의 CCALD에서만 치료 효과가 나타나는 것으로 알려졌다. ABCD2의 약리학적 도입을 포함한 몇 가지 가능성들로, ABCD1 운반체의 가장 가까운 상동기관(10, 11) 및 면역-조절 약물을 이용한 염증 감소(12)도 또한 시도되었다. X-ALD 환자를 치료하기 어려운 이유의 하나로, 임상적 표현형 및 질병 진행 단계에 좌우되어 환자에게 처방되는 치료 선택이 극히 제한적이라는 점이다. 비록 통상적으로 혈청(또는 섬유아세포)에서의 C22:0에 대한 VLCFA의 비율(보통 C26:0)을 가지고 X-ALD의 진단하지만, 이러한 비가 아형(subtype) 또는 질병의 진행과 훌륭한 상관관계를 보여주지 않는다(13, 14). 반면에, 사후 뇌를 가지고 한 최근 연구에서는 백질 내의 VLCFA의 축적이 질병 표현형 및 심각성과 관련이 있음이 보고되었다(15, 16). 그러나, 불행하게도, 희돌기교세포(oligodendrocyte, OL)의 VLCFA 레벨은 생존한 X-ALd 환자로부터 쉽게 측정할 수 없다. 이러한 면에서, 환자-특이적 역분화 전능성 줄기 세포(induced pluripotent stem cells, iPSC)에서 분화된 희돌기교세포는 환자의 희돌기교세포 내 VLCFA의 수준 즉, 표현형 및 질병의 강도율을 조절하는 특별한 기회를 제공할 것이다.
Currently, no successful treatment for X-ALD has been developed. In conservative therapy, Lorenzo's oil normalizes VLCFA levels in the serum of X-ALD patients, but this cannot prevent the progression of patients with neurological symptoms (5). Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) (8) and genetically modified autologous HSCT have been shown to have therapeutic effects only in the early CCALD. With several possibilities, including pharmacological introduction of ABCD2, the closest homologs of ABCD1 carriers (10, 11) and inflammation reduction (12) using immunomodulatory drugs have also been attempted. One of the reasons why it is difficult to treat X-ALD patients is that treatment options prescribed to patients are extremely limited, depending on the clinical phenotype and disease progression stage. Although typically diagnosed of X-ALD with the ratio of VLCFA to C22: 0 (usually C26: 0) in serum (or fibroblasts), this ratio shows good correlation with the progression of subtypes or disease (13, 14). On the other hand, a recent study with post-mortem brains reported that accumulation of VLCFA in white matter was associated with disease phenotype and severity (15, 16). Unfortunately, however, VLCFA levels of oligodendrocytes (OL) cannot be readily measured from surviving X-ALd patients. In this respect, oligodendrocytes differentiated from patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSCs) have a special opportunity to control the levels of VLCFA in patients' oligodendrocytes, ie phenotype and disease intensity rate. Will provide.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.
본 연구에서 발명자들은 X-ALD에서, CCALD 및 AMN의 두 가지 주요 타입의 iPSC를 확립하였고, 이를 희돌기교세포 및 뉴런 내부에서 분화시켰다. X-ALD의 이들 iPSC-기반 세포 모델은 예컨대, 세포 타입 및 질병 아형에 따라 다른 정도로 VLCFA 축적이 일어난다고 하는 X-ALD에 대한 귀중한 정보를 제공하였다. 추가적으로, X-ALD-희돌기교세포 내의 VLCFA의 비정상적 축적은 로바스타틴(Lovastatin)에 의해 감소될 수 있거나(17), 4-PBA(4-phenylbutyrate)로 X-ALD 섬유아세포의 인 비트로 세포에서 VLCFA의 수준이 정상화됨을 보여주었다(10). X-ALD 마우스 모델은 인간 병리학적 비정상을 충실히 반영하지 않기 때문에, 본 발명의 X-ALD-iPSC를 사용하는 세포 모델 시스템은 X-ALD의 원인 병태 생리학을 조사하고, 질병 표현형-특이 치료법을 발달하는데 훌륭한 기회를 제공할 것이다.
In this study, the inventors established two major types of iPSCs in X-ALD, CCALD and AMN, and differentiated them inside oligodendrocytes and neurons. These iPSC-based cell models of X-ALD provided valuable information about X-ALD, for example, that VLCFA accumulation occurs to varying degrees depending on cell type and disease subtype. In addition, abnormal accumulation of VLCFA in X-ALD-oligodendrocytes can be reduced by lovastatin (17), or in vitro of X-ALD fibroblasts with 4-PBA (4-phenylbutyrate). Levels were shown to be normalized (10). Since the X-ALD mouse model does not faithfully reflect human pathological abnormalities, the cell model system using the X-ALD-iPSC of the present invention investigates the causative pathophysiology of X-ALD and develops disease phenotype-specific therapies. It will provide you with a great opportunity.
따라서, 본 발명의 목적은 역분화 유도만능 줄기세포의 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing a differentiated induced pluripotent stem cell.
본 발명의 다른 목적은 역분화에 의해 제조된 유도성 전능줄기세포를 희돌기교세포로 분화시키는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for differentiating induced pluripotent stem cells prepared by reverse differentiation into oligodendrocytes.
본 발명의 또 다른 목적은 X-ALD 치료제 후보물질의 스크리닝 방법을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for screening an X-ALD therapeutic agent candidate.
본 발명의 다른 목적은 역분화 유도만능 줄기세포의 제조방법에 의해 제조된 X-ALD 환자의 역분화 유도만능 줄기세포를 제공하는데 있다.Another object of the present invention to provide a differentiation-induced pluripotent stem cells of the X-ALD patient prepared by the method for producing a differentiation-induced pluripotent stem cells.
본 발명의 또 다른 목적은 역분화 유도만능 줄기세포의 제조방법에 의해 제조된 역분화 유도만능 줄기세포로부터 분화된 X-ALD 환자의 자가(autologous) 희돌기교세포(oligodendrocyte)를 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to provide autologous oligodendrocytes of X-ALD patients differentiated from pluripotent stem cells prepared by pluripotent stem cells.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 역분화 유도만능 줄기세포(induced pluripotent stem cell)의 제조방법을 제공한다.According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing induced differentiated pluripotent stem cells, comprising the following steps.
(a) 벡터에 트랜스유전자로서 OCT4, SOX2, KLF4 및 c-MYC의 유전자의 조합을 도입시키는 단계;(a) introducing a combination of genes of OCT4, SOX2, KLF4 and c-MYC as a transgene into a vector;
(b) 상기 트랜스유전자가 삽입된 벡터를 X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD) 환자로부터 유래된 인간 체세포에 형질전환 시키는 단계; 및(b) transforming the transgene-inserted vector into human somatic cells derived from an X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) patient; And
(c) 형질전환 후 상기 인간 섬유아세포를 배양하여 역분화 유도만능 줄기세포 형태를 제조하는 단계.(c) culturing the human fibroblasts after transformation to produce a reverse differentiated pluripotent stem cell form.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD) 환자의 역분화 유도만능 줄기세포(induced pluripotent stem cell)를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, the present invention provides an induced pluripotent stem cell of an X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) patient prepared by the above method. .
본원 명세서에서 용어 ‘역분화 유도만능 줄기세포(induced pluripotent stem cell) 분화된 세포들로부터 인위적인 역분화 과정을 통해 다능성 분화능을 가지도록 유도된 세포를 지칭하는 것으로 유도만능줄기세포라고도 한다. 역분화 유도만능 줄기세포는 배아줄기세포와 거의 같은 특성을 가지며, 구체적으로는 비슷한 세포 모양을 보여주며, 유전자, 단백질 발현 패턴이 유사하며, in vitro 및 in vivo에서 전분화능을 가지며, 테라토마(teratoma)를 형성하고, 생쥐의 배반포(blastocyst)에 삽입시켰을 때, 키메라(chimera) 생쥐를 형성하고, 유전자의 생식선 전이 (germline transmission)이 가능하다. 본 발명의 역분화 유도만능 줄기세포로는 인간, 원숭이, 돼지, 말, 소, 양, 개, 고양이, 생쥐, 토끼 등의 모든 유래의 역분화 유도만능 줄기세포를 포함하나, 바람직하게는 인간 유래의 역분화 유도만능 줄기세포이며, 가장 바람직하게는 X-ALD 환자로부터 유래한 역분화 유도만능 줄기세포이다.As used herein, the term 'induced pluripotent stem cell' refers to a cell induced to have pluripotent differentiation ability through artificial dedifferentiation from differentiated cells, also referred to as induced pluripotent stem cell. Induction of pluripotent stem cells has almost the same characteristics as embryonic stem cells, specifically similar cell morphology, similar gene and protein expression patterns, in vitro and in It has pluripotency in vivo , forms teratoma, inserts into blastocyst of mouse, forms chimera mice, and allows germline transmission of genes. The reverse differentiated induced pluripotent stem cells of the present invention include all derived derived differentiated pluripotent stem cells such as humans, monkeys, pigs, horses, cows, sheep, dogs, cats, mice, rabbits, and the like. Induction of differentiation of pluripotent stem cells, most preferably induction of pluripotent stem cells derived from X-ALD patients.
본 명세서에서 용어 ‘트랜스유전자(transgene)’는 한 생물체에서 다른 생물체로 자연적인 이동에 의하거나 유전공학 기술에 의해 옮겨지는 유전자 또는 유전 물질을 의미한다. 구체적으로는 한 생물체에서 분리하여 다른 생물체에 도입하는 유전자 서열을 포함하는 DNA 세그먼트이다. 본 발명에서 트랜스 유전자로서 사용되는 유전자 서열은 벡터에 트랜스유전자로서 OCT4, SOX2, KLF4 및 c-MYC을 사용하며 이는 본래 분화된 세포에서 역분화 유도만능 줄기세포로 역분화시키기 위해 필요하다. 역분화란 존재하는 분화된 세포들을 미분화 상태로 되돌려 새로운 분화 조직 형성이 가능하도록 하는 후성학적인 역행과정을 의미하는 것으로 리프로그래밍 과정이라고도 말하며 세포 유전체의 후성학적인 변형(epigenetic changes)의 가역성에 기초한 것이다. 본 발명에서의 목적에 따라, 상기 ‘역분화’란 0% 이상 내지 100% 미만의 분화능을 가지는 분화된 세포들을 미분화 상태로 되돌리는 과정이라면 모두 이에 포함되고 예를 들어 0%의 분화능을 가지는 분화된 세포를 1%의 분화능을 가지는 분화된 세포로 미분화시키는 과정도 이에 포함될 수 있다.As used herein, the term “transgene” refers to a gene or genetic material that is transferred by natural migration or by genetic engineering technology from one organism to another. Specifically, it is a DNA segment containing a gene sequence which is separated from one organism and introduced into another organism. The gene sequence used as a trans gene in the present invention uses OCT4, SOX2, KLF4 and c-MYC as transgenes in a vector, which is necessary for reverse differentiation from dedifferentiated to pluripotent stem cells. Reverse differentiation is an epigenetic retrograde process that returns existing differentiated cells to an undifferentiated state to enable formation of new differentiated tissues, also called reprogramming, and is based on the reversibility of epigenetic changes in the cell genome. will be. According to the object of the present invention, the 'de-differentiation' is a process for returning the differentiated cells having a differentiation capacity of 0% or more and less than 100% to the undifferentiated state is all included therein, for example, differentiation having a differentiation capacity of 0% It may also include the process of undifferentiated cells into differentiated cells having a differentiation capacity of 1%.
상기 단계 (b) 및 단계 (c)를 진행시키는 방법은 Addgene(Cambridge, MA)에서 구입한 레트로 바이러스 벡터에 역분화시킬 수 있는 유전자인 OCT4, SOX2, KLF4 및 c-MYC의 유전자의 조합을 도입하기 위해 인간 X-ALD-섬유아세포(GM04496 and GM17819, Coriell Inst.)를 12-웰 플레이트에 5 x104 cells/well 수준으로 접종하고, 이에 2-7 mg/ml 농도의 황산 프로타민, 보다 바람직하게는 5 mg/ml의 농도의 황산 프로타민의 존재 하에 4개의 바이러스 벡터를 포함하는 상층액으로 섬유아세포를 24시간 동안 형질 전환시킨다. 형질 전환 후 5일 후, 섬유아세포를 미토마이신-C(Mitomycin-C, MMC)로 처리된 STO 세포(ATCC)의 피더층이 있는 플레이트에 재접종하면 형질 전환 20일 후, 인간 배아줄기 세포(human Embryonic Stem Cell, hESC) 형태를 갖는 콜로니를 기계적으로 분해하여 얻을 수 있다.The method of proceeding to the steps (b) and (c) introduces a combination of genes of OCT4, SOX2, KLF4 and c-MYC, which are genes capable of reverse differentiation into retroviral vectors purchased from Addgene (Cambridge, MA). In order to inoculate human X-ALD-fibroblasts (GM04496 and GM17819, Coriell Inst.) In a 12-well plate at a level of 5 x 10 4 cells / well, to 2-7 mg / ml concentration of protamine sulfate, more preferably Transforms fibroblasts for 24 hours with supernatant containing four viral vectors in the presence of protamine sulfate at a concentration of 5 mg / ml. Five days after transformation, fibroblasts were re-inoculated into a plate with a feeder layer of STO cells (ATCC) treated with mitomycin-C (Mitomycin-C, MMC), and 20 days after transformation, human embryonic stem cells ( Colony in human Embryonic Stem Cell (hESC) form can be obtained by mechanical degradation.
형질전환 후 상기 역분화 유도만능 줄기세포를 얻기 위해 인간 체세포를 배양하기 위해 이용되는 배지는 통상적인 어떠한 배지도 포함한다. 예를 들어, Eagles's MEM (Eagle's minimum essential medium, Eagle, H. Science 130:432(1959)), α-MEM (Stanner, C.P. et al., Nat . New Biol . 230:52(1971)), Iscove's MEM (Iscove, N. et al., J. Exp. Med. 147:923(1978)), 199 배지 (Morgan et al., Proc . Soc . Exp . Bio . Med ., 73:1(1950)), CMRL 1066, RPMI 1640 (Moore et al., J. Amer . Med . Assoc . 199:519(1967)), F12 (Ham, Proc . Natl . Acad . Sci . USA 53:288(1965)), F10 (Ham, R.G. Exp . Cell Res . 29:515(1963)), DMEM (Dulbecco's modification of Eagle's medium, Dulbecco, R. et al., Virology 8:396(1959)), DMEM과 F12의 혼합물 (Barnes, D. et al., Anal . Biochem. 102:255(1980)), Way-mouth's MB752/1 (Waymouth, C. J. Natl . Cancer Inst . 22:1003(1959)), McCoy's 5A (McCoy, T.A., et al., Proc . Soc . Exp . Biol . Med . 100:115(1959)) 및 MCDB 시리즈 (Ham, R.G. et al., In Vitro 14:11(1978)) 등이 이용될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The medium used for culturing human somatic cells to obtain the dedifferentiation induced pluripotent stem cells after transformation includes any conventional medium. For example, Eagles' MEM (Eagle's minimum essential medium, Eagle, H. Science 130: 432 (1959)), α-MEM (Stanner, CP et al., Nat . New Biol . 230: 52 (1971)), Iscove's MEM (Iscove, N. et al, J. Exp Med 147:... 923 (1978).....), 199 medium (Morgan et al, Proc Soc Exp Bio Med ., 73: 1 (1950) ), CMRL 1066, RPMI 1640 (Moore et al, J. Amer Med Assoc 199:.... 519 (1967)....), F12 (Ham, Proc Natl Acad Sci USA 53: 288 (1965)), F10 (Ham, RG Exp . Cell Res . 29: 515 (1963)), DMEM (Dulbecco's modification of Eagle's medium, Dulbecco, R. et al., Virology 8: 396 (1959)), a mixture of DMEM and F12 (Barnes, D. et al., Anal . Biochem . 102:. 255 (1980) ), Waymouth's MB752 / 1 (Waymouth, C. J. Natl Cancer Inst . 22: 1003 (1959)), McCoy's 5A (McCoy, TA, et al, Proc Soc Exp Biol Med 100:...... 115 (1959).) And MCDB series (Ham, RG et al, In Vitro 14:11 (1978)) may be used, but is not necessarily limited thereto.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용되는 벡터는 레트로바이러스 및 렌티바이러스를 이용한 바이러스-매개 또는 비바이러스성 벡터 이용, 단백질 및 세포 추출물 등을 이용하는 비바이러스-매개 역분화 인자의 도입에 의해 수행되거나, 줄기세포 추출물, 화합물 등에 의한 역분화 과정을 포함하나, 보다 바람직하게는 레트로바이러스이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the vector used in the present invention is used for the introduction of non-viral mediated dedifferentiation factors using viral-mediated or non-viral vectors using retroviruses and lentiviruses, protein and cell extracts, and the like. Or reverse differentiation with stem cell extracts, compounds, and the like, more preferably retroviruses.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 역분화 유도만능 줄기세포를 얻기 위해 인간 섬유아세포를 이용한다. 보다 바람직하게는 X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD) 환자로부터 유래된 인간 섬유아세포이며, 가장 바람직하게는 소아형 대뇌형 X-ALD소아형 대뇌형 X-ALD(Childhood Cerebral form ALD, CCALD) 또는 부신척추 신경병증(adrenomyeloneuropathy, AMN) 환자로부터 유래된 인간섬유아세포이다.
According to a preferred embodiment of the present invention, human fibroblasts are used to obtain pluripotent stem cells in differentiation in the present invention. More preferably human fibroblasts derived from X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) patients, most preferably pediatric cerebral type X-ALD pediatric cerebral type X-ALD (Childhood Cerebral) human fibroblasts derived from patients with form ALD, CCALD) or adrenomyeloneuropathy (AMN).
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명의 상기 (a),(b),(c) 단계에 의해 제조된 역분화 유도만능 줄기세포를 희돌기교세포(oligodendrocyte)로 분화시키는 단계 (post-c)를 포함하는 방법을 포함한다.According to another aspect of the invention, the step of differentiating induction of differentiated induced pluripotent stem cells prepared by the steps (a), (b), (c) of the present invention into oligodendrocyte (post-c) It includes a method comprising a.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 post-c 단계는 다음의 소단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다:According to a preferred embodiment of the present invention, the post-c step comprises a method comprising the following substeps:
(post-c-1) 상기 제조된 역분화 유도만능 줄기세포를 배양하여 배아유사세포덩어리(Embryoid Body, EB)를 얻고 이를 신경 로제트 구조(Neural Rosette structure)로 분화하는 단계;(post-c-1) culturing the prepared differentiated induced pluripotent stem cells to obtain embryonic-like cell mass (Embryoid Body, EB) and to differentiate them into neural rosette structure (Neural Rosette structure);
(post-c-2) 상기 신경 로제트 구조를 신경 전구체(spherical neural masses, SNMs)로 분화하는 단계;(post-c-2) differentiating the neural rosette structure into spherical neural masses (SNMs);
(post-c-3) 상기 신경 전구체를 희돌기교세포 전구체(oligodendrocyte precursor cells, OPCs)로 분화하는 단계; 및 (post-c-3) differentiating the neural precursors into oligodendrocyte precursor cells (OPCs); And
(post-c-4) 상기 희돌기교세포 전구체를 희돌기교세포로 분화시키는 단계.(post-c-4) differentiating the oligodendrocyte precursors into oligodendrocytes.
배아유사세포덩어리(EB)의 분화를 위해, hESC/hiPSC 콜로니를 콜로나아제 IV 형으로 떼어내고, EB를 저분자 화학물질인 도소모핀(dorsomorphin, SB431542) 또는 SD431542가 첨가된 염기성 섬유아세포 증식인자-결핍된(basic Fibroblast Growth Factor-depleted, bFGF-depleted) ES 세포 배양 배지에서 배양하여 형성시킨다. 4일 경과 후, N2 첨가제(R&D System) 및 20 ng/ml의 bFGF를 포함하는 DMEM/F12 배지의 Matrigel(BD)로 코팅된 배양 접시 위에 EB를 접종시켜 신경계 로제트 조직(Neural Rosette structure)을 얻는다. 구형 신경 덩어리(Spherical neural mass, SNM)을 제조하기 위해 10 ng/ml의 bFGF를 처리하여 현탁 배양(suspension-culture)시킨다. SNM을 Matrigel으로 코팅된 배양 접시 위에 재접종시켰고, 10 ng/ml bFGF 및 10 ng/ml 표피성장인자 수용체(epidermal growth factor, EGF, PeproTech)를 포함하는 N2 배지에 있는 희돌기교세포 전구 세포(oligodendrocyte precursor cells, OPC)에서 4-8일 동안 분화시키고, 그 뒤에 세포를 10 ng/ml bFGF 및 10 ng/ml 혈소판 유래 성장인자(platelet-derived growth factor, PDGF, PeproTech)가 첨가된 N2 배지에서 8일 동안 추가 배양시킨다. 희돌기교세포의 최종 분화는 성장 인자를 제거하고, 30 ng/ml의 3,3′5-트라이아이도-L-타이로닌(T3)(Sigma)를 3-4주 동안 첨가하는 것에 의해 유도된다(배지 구성: N2 및 T3가 첨가된 DMEM/F12)(19, 23, 24). 뉴런의 분화는 기존의 방식에 약간 수정을 가하여 진행시킨다(19, 25)For differentiation of embryonic-like cell masses (EBs), hESC / hiPSC colonies were separated into colonase type IV, and EBs were isolated from basic fibroblast proliferation factor with the addition of the low molecular chemical dosomorphin (dorsomorphin, SB431542) or SD431542. Formed by culturing in basic Fibroblast Growth Factor-depleted (bFGF-depleted) ES cell culture medium. After 4 days, EB was inoculated onto a culture dish coated with Matrigel (BD) in DMEM / F12 medium containing N2 additive (R & D System) and 20 ng / ml bFGF to obtain a neural rosette structure. . Suspension-culture is performed by treatment with 10 ng / ml of bFGF to produce spherical neural mass (SNM). SNM was re-inoculated onto Matrigel-coated petri dishes and oligodendrocytes in N2 medium containing 10 ng / ml bFGF and 10 ng / ml epidermal growth factor receptor (EGF, PeproTech). precursor cells (OPC) for 4-8 days, followed by 8 cells in N2 medium supplemented with 10 ng / ml bFGF and 10 ng / ml platelet-derived growth factor (PDGF, PeproTech). Incubate further for days. Final differentiation of oligodendrocytes is induced by removing the growth factor and adding 30 ng / ml of 3,3′5-triido-L-tyronein (T3) (Sigma) for 3-4 weeks (Medium constitution: DMEM / F12 with N2 and T3 added) (19, 23, 24). Neuronal differentiation proceeds with minor modifications to existing methods (19, 25).
보다 바람직한 구현예에 따르면, 본원발명의 상기 희돌기교세포는 정상인의 희돌기교세포와 비교하여 세포내 긴꼬리지방산(Very long-chain Fatty Acid, VLCFA)의 함량이 증가된 것을 특징으로 한다. 정상인의 희돌기세포와 비교하여 X-ALD에 걸린 환자의 세포로부터 역분화하고 이를 다시 재분화하여 얻은 희돌기교세포에서 나타나는 긴꼬리지방산은 약 2배-30배 높은 농도로 나타나는 희돌기교세포이며, 보다 바람직하게는 5배-20배 정도 높은 수치가 나타난다.
According to a more preferred embodiment, the oligodendrocytes of the present invention are characterized in that the content of intracellular long tail chain fatty acid (Very long-chain fatty acid, VLCFA) is increased compared to normal oligodendrocytes. Long tail fatty acids in oligodendrocytes obtained by dedifferentiation from and re-differentiation from cells of patients with X-ALD compared to oligodendrocytes of normal people are oligodendrocytes, which appear at about 2 to 30 times higher concentration, more preferably. It is about 5-20 times higher.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본원 발명은 다음의 단계를 포함하는 X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD) 치료제 후보물질의 스크리닝 방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for screening an X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) therapeutic agent candidate comprising the following steps:
(a) X-ALD 환자의 세포로부터 역분화시켜 제조된 역분화 유도만능 줄기세포로부터 분화된 세포에 치료제 후보물질을 처리하는 단계; 및 (a) treating a therapeutic candidate to cells differentiated from dedifferentiation induced pluripotent stem cells prepared by dedifferentiation from cells of an X-ALD patient; And
(b) 상기 분화된 세포 내의 긴꼬리지방산(Very long-chain Fatty Acid, VLCFA)의 양의 감소, ABCD2 유전자의 발현의 상향조절 또는 ELOVL1 유전자의 발현의 하향조절을 분석하는 단계.(b) analyzing a decrease in the amount of Very long-chain Fatty Acid (VLCFA) in the differentiated cells, upregulation of the expression of ABCD2 gene or downregulation of the expression of ELOVL1 gene.
상기 X-ALD 환자의 세포로부터 역분화시켜 제조된 역분화 유도만능 줄기세포로부터 분화된 세포는 상기 단계 (a) 내지 단계 (c) 및 상기 단계 post c-1 내지 post c-4의 방식을 통해 제작된다. 상기 방법에 의해 제작된 상기 분화된 세포 내에 치료제 후보물질을 처리하여 긴꼬리지방산의 농도가 감소됨이 관찰되었을 때, 상기 치료제 후보물질이 X-ALD 질환 치료에 효과적이라는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 긴꼬리지방산의 농도는 치료제 후보물질을 처리하지 않았을 때 보다 20% 이상 감소하였을 시 후보물질의 치료효능이 존재하는 것으로 보고, 보다 바람직하게는 40% 이상 감소한 것으로 보며, 가장 바람직하게는 60% 이상 감소한 경우에 후보물질의 치료효능이 존재한다고 판단한다.Cells differentiated from dedifferentiation-induced pluripotent stem cells prepared by dedifferentiating from the cells of the X-ALD patient are carried out in the manner of step (a) to step (c) and step post c-1 to post c-4 Is produced. When the concentration of long tail fatty acid is observed by treating the therapeutic candidate in the differentiated cells produced by the method, it can be confirmed that the therapeutic candidate is effective for treating X-ALD disease. At this time, the concentration of long tail fatty acid is reported that the therapeutic effect of the candidate substance is present when the decrease in the concentration of 20% or more than the treatment without the candidate drug, more preferably 40% or more, and most preferably 60 In case of decrease of more than%, it is determined that the therapeutic effect of the candidate substance exists.
본원 발명에서 X-연관 부신백질이영양증의 치료제 후보물질의 효과를 판단하는 기준은 긴꼬리지방산의 농도 감소 여부만을 관찰하는 것에 그치지 않는다. X-연관 부신백질이영양증 환자의 경우 ABCD1 유전자가 손상되어 유전자 발현이 감소하고, 이에 긴꼬리지방산의 분해가 정상적으로 원활하지 못하는바, ABCD1 유전자의 손상을 대체하는 ABCD2 유전자의 발현의 상향조절 여부를 판단하여 간접적으로 긴꼬리지방산의 농도를 판단할 수 있다. 본원 발명에서 치료제 후보물질을 투여하였을 때, ABCD2 유전자의 발현량이 대조군과 비교하여 1.5배 이상인 경우 후보물질의 치료효능이 존재한다고 보며, 보다 바람직하게는 2배 이상 상향조절된 때 치료효능이 존재한다고 본다. In the present invention, the criterion for judging the effect of a candidate drug for treating X-linked adrenal protein dystrophy is not limited to observing whether the concentration of long tail fatty acid is decreased. X- association for adrenoleukodystrophy patient is ABCD1 gene is damaged, it is determined whether the up-regulation of gene expression is reduced, whereby a fatty acid tail is unable to smoothly decompose properly bar, the ABCD2 gene that replaces a gene of the damage to the ABCD1 Indirectly, the concentration of long tail fatty acids can be determined. When the therapeutic candidate is administered in the present invention, when the expression level of the ABCD2 gene is 1.5 times or more compared to the control group, the therapeutic efficacy of the candidate is present, and more preferably, the therapeutic effect is present when it is upregulated by 2 or more times. see.
또한 긴꼬리지방산의 농도에 영향을 주는 유전자인 ELOVL1 유전자는 긴꼬리지방산의 합성에 관여하는 유전자이며, 상향조절시 높은 농도의 긴고리지방산이 세포내 축적된다. 본원 발명에서 치료제 후보물질을 투여하였을 때, ELOVL1 유전자 하향조절 여부를 판단하여 의약후보물질의 치료효능을 판단할 수 있다.In addition, ELOVL1 gene, a gene affecting the concentration of long-tail fatty acids, is a gene involved in the synthesis of long-tail fatty acids, and high concentration of long-ring fatty acids accumulates intracellularly during upregulation. When the candidate drug is administered in the present invention, ELOVL1 gene down-regulation can be determined to determine the therapeutic efficacy of the drug candidate.
치료제 후보물질을 투여 후 유전자의 발현량이 대조군과 비교하여 약 30-0% 만큼 하향조절된 때 후보물질의 치료효능이 존재한다고 보며, 보다 바람직하게는 20-0% 하향조절된 때이다.When the expression level of the gene after administration of the therapeutic candidate is downregulated by about 30-0% compared to the control group, the therapeutic efficacy of the candidate is present, and more preferably 20-0%.
상향조절 또는 하향조절 여부를 확인하기 위해, 시료가 처리된 세포에서 ABCD2 및 ELOVL1 유전자의 발현량, ABCD2 및 ELOVL1 단백질의 양 또는 ABCD2 및 ELOVL1 단백질의 활성을 측정한다. 측정 결과, ABCD2 및 ELOVL1 유전자의 발현량, ABCD2 및 ELOVL1 단백질의 양 또는 ABCD2 및 ELOVL1 단백질의 활성이 상향조절(up-regulation) 또는 하향조절(down-regulation)되는 것이 측정되면, 상기 시료는 X-ALD 질환의 치료 물질로 판정될 수 있다.To determine whether upregulation or downregulation, the expression levels of ABCD2 and ELOVL1 genes, the amount of ABCD2 and ELOVL1 proteins or the activity of ABCD2 and ELOVL1 proteins are measured in the cells treated with the sample. As a result of the measurement, if the expression level of ABCD2 and ELOVL1 genes, the amount of ABCD2 and ELOVL1 proteins or the activity of ABCD2 and ELOVL1 proteins were up-regulated or down-regulated, the sample was X- It can be determined as a therapeutic substance for ALD disease.
ABCD2 및 ELOVL1 유전자의 발현량 변화의 측정은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 실시될 수 있다. 예를 들어, RT-PCR(Sambrook 등, Molecular Cloning . A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001)), 노던 블롯팅(Peter B. Kaufma et al., Molecular and Cellular Methods in Biology and Medicine, 102-108, CRC press), cDNA 마이크로어레이를 이용한 혼성화 반응(Sambrook 등, Molecular Cloning . A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001)) 또는 인 시투(in situ) 혼성화 반응(Sambrook 등, Molecular Cloning . A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001))을 이용하여 실시할 수 있다.Measurement of the change in the expression level of the ABCD2 and ELOVL1 gene can be carried out through various methods known in the art. For example, RT-PCR (Sambrook et al., Molecular Cloning . A Laboratory Manual , 3rd ed. Cold Spring Harbor Press (2001)), Northern blotting (Peter B. Kaufma et al., Molecular and Cellular Methods in Biology and Medicine , 102-108, CRC press), hybridization reaction using a cDNA microarray (Sambrook et al., Molecular Cloning . A Laboratory Manual , 3rd ed. Cold Spring Harbor Press (2001)) or in situ (in situ ) Hybridization reaction (Sambrook et al., Molecular Cloning . A Laboratory Manual , 3rd ed. Cold Spring Harbor Press (2001)).
RT-PCR 프로토콜에 따라 실시하는 경우에는 우선, 시료를 처리한 세포에서 총 RNA를 분리한 다음, 올리고 dT 프라이머 및 역전사효소를 이용하여 제1쇄 cDNA를 제조한다. 이어, 제1쇄 cDNA를 주형으로 이용하고, ABCD2 및 ELOVL1 유전자-특이적 프라이머 세트를 이용하여 PCR 반응을 실시한다. ABCD2 및 ELOVL1 유전자-특이적 프라이머 세트는 서열목록 제3서열 및 제4서열에 예시되어 있다. 그런 다음, PCR 증폭 산물을 전기영동하고, 형성된 밴드를 분석하여 ABCD2 및 ELOVL1 유전자의 발현량 변화를 측정한다.When carrying out according to the RT-PCR protocol, first, total RNA is isolated from the cells treated with the sample, and first strand cDNA is prepared using oligo dT primer and reverse transcriptase. Subsequently, the first chain cDNA is used as a template, and PCR reaction is performed using the ABCD2 and ELOVL1 gene-specific primer sets. ABCD2 and ELOVL1 gene-specific primer sets are illustrated in SEQ ID NOs: 3 and 4. Then, PCR amplification products are electrophoresed and the formed bands are analyzed to measure changes in expression levels of the ABCD2 and ELOVL1 genes.
보다 바람직한 구현예에 따르면, 본원발명의 상기 X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD)은 소아형 대뇌형 X-ALD소아형 대뇌형 X-ALD(Childhood Cerebral form ALD, CCALD) 또는 부신척추 신경병증(adrenomyeloneuropathy, AMN)인 것을 특징으로 한다.According to a more preferred embodiment, the X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) of the present invention is a pediatric cerebral type X-ALD pediatric cerebral type X-ALD (Childhood Cerebral form ALD, CCALD) Or adrenal spinal neuropathy (adrenomyeloneuropathy, AMN).
보다 바람직한 구현예에 따르면, 본원발명의 상기 분화시킨 세포는 희돌기교세포인 것을 특징으로 하나, 반드시 희돌기교세포에만 국한된 것은 아니다.
According to a more preferred embodiment, the differentiated cells of the present invention is characterized in that the oligodendrocytes, but is not necessarily limited to oligodendrocytes.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명의 상기 (a),(b),(c) 단계에 의해 제조된 역분화 유도만능 줄기세포를 희돌기교세포(oligodendrocyte)로 분화시키는 단계 (post-c-1 내지 c-4)를 포함하는 방법에 의해 제조된 역분화 유도만능 줄기세포로부터 분화된 X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD) 환자의 신경 로제트 구조(Neural Rosette structure)를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, the step of differentiating the reverse differentiation induced pluripotent stem cells prepared by the step (a), (b), (c) of the present invention into oligodendrocyte (post-c- Neural Rosette structure of X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) patients differentiated from dedifferentiation-induced pluripotent stem cells prepared by the method comprising 1 to c-4). to provide.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명의 상기 (a),(b),(c) 단계에 의해 제조된 역분화 유도만능 줄기세포를 희돌기교세포(oligodendrocyte)로 분화시키는 단계 (post-c-1 내지 c-4)를 포함하는 방법에 의해 제조된 역분화 유도만능 줄기세포로부터 분화된 X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD) 환자의 신경 전구체(spherical neural masses, SNMs)를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, the step of differentiating the reverse differentiation induced pluripotent stem cells prepared by the step (a), (b), (c) of the present invention into oligodendrocyte (post-c Neuronal precursors (SNMs) of X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) patients differentiated from inverted induced pluripotent stem cells prepared by methods comprising -1 to c-4). ).
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명의 상기 (a),(b),(c) 단계에 의해 제조된 역분화 유도만능 줄기세포를 희돌기교세포(oligodendrocyte)로 분화시키는 단계 (post-c-1 내지 c-4)를 포함하는 방법에 의해 제조된 역분화 유도만능 줄기세포로부터 분화된 X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD) 환자의 희돌기교세포 전구체(oligodendrocyte precursor cells, OPCs)를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, the step of differentiating the reverse differentiation induced pluripotent stem cells prepared by the step (a), (b), (c) of the present invention into oligodendrocyte (post-c Oligodendrocyte precursor cells of X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) patients differentiated from dedifferentiation-induced pluripotent stem cells prepared by methods comprising -1 to c-4) , OPCs).
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명의 상기 (a),(b),(c) 단계에 의해 제조된 역분화 유도만능 줄기세포를 희돌기교세포(oligodendrocyte)로 분화시키는 단계 (post-c-1 내지 c-4)를 포함하는 방법에 의해 제조된 역분화 유도만능 줄기세포로부터 분화된 X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD) 환자의 희돌기교세포를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, the step of differentiating the reverse differentiation induced pluripotent stem cells prepared by the step (a), (b), (c) of the present invention into oligodendrocyte (post-c Provided are oligodendrocytes of X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) patients differentiated from pluripotent induced pluripotent stem cells prepared by the method comprising -1 to c-4).
의약 후보 물질을 직접 환자에게 투여하지 않고, 환자의 체세포를 역분화시켜 얻은 역분화 유도만능 줄기세포를 다시 희돌기교세포로 재분화 시키는 방법을 이용하여, 신경 로제트 구조(Neural Rosette structure), 신경 전구체(spherical neural masses, SNMs), 희돌기교세포 전구체(oligodendrocyte precursor cells, OPCs)를 거치며 자가(autologous) 희돌기교세포(oligodendrocyte)를 제작할 수 있으며, 환자에 직접 약물을 투여하는 방식에 의하지 않고 간접적으로 자가 희돌기교세포에 약물을 처리하여 나타나는 긴꼬리지방산 감소를 판단할 수 있다. 이로써, 개개인마다 상이할 수 있는 의약 물질의 효능에 관계없이 가장 우수한 효과를 보이는 약물인 환자 맞춤형 의약을 선택할 수 있고, 여러 약물 중에서 어느 약물이 가장 세포 독성이 없는지 사전에 확인할 수 있다는 장점이 있다.
Instead of directly administering a drug candidate to the patient, a neural rosette structure, a neural precursor, may be obtained by re-differentiating pluripotent stem cells obtained by dedifferentiating the somatic cells of the patient into oligodendrocytes. autologous oligodendrocytes can be produced through spherical neural masses (SNMs) and oligodendrocyte precursor cells (OPCs), and indirectly by self-heeding without the direct administration of drugs to patients. Decreased long-tailed fatty acid may be determined by treating drugs on oligodendrocytes. As a result, it is possible to select a patient-specific medicine, which is the drug that shows the best effect regardless of the efficacy of the drug substance that can be different for each individual, there is an advantage that can be confirmed in advance which drug among the various drugs is not the most cytotoxic.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:
(a) 본 발명에 따르면, X-연관 부신백질이영양증(X-linked adrenoleukodystrophy, X-ALD) 환자로부터 유래된 인간 섬유아세포에서 역분화 유도만능 줄기세포를 제조할 수 있다.(a) According to the present invention, induction of pluripotent stem cells from human fibroblasts derived from X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) patients can be prepared.
(b) 역분화 유도만능 줄기세포에 분화된 희돌기교세포를 이용하여 X-연관 부신백질이영양증 치료제 후보물질의 스크리닝 방법을 통해 약물의 효능의 유무를 확인 가능하다.(b) Screening of candidate drugs for X-linked adrenal protein dystrophy by using oligodendrocytes differentiated into pluripotent stem cells can confirm the efficacy of the drug.
(c) 역분화 유도만능 줄기세포 제조 방법을 통한 자가(autologous) 희돌기교세포를 제작하여 환자 맞춤형 치료가 가능하다.
(c) patient-specific treatment is possible by preparing autologous oligodendrocytes using a method of preparing pluripotent stem cells.
도 1은 X-ALD 환자의 피부 섬유아세포에서 유래한 iPSC의 특성을 보여주는 사진이다. 각각 6세 및 32세 환자로부터의 CCALD-iPSC 및 AMN-iPSC은 섬유아세포의 방추사 형태와 대조적으로 빽빽하게 패킹된 콜로니를 형성하였다. 전능성 마커인 NANOG 및 Tra 1-60에 대한 CCALD-iPSC-10 및 AMN-iPSC-3 세포주알칼리성 인산분해효소(AP) 염색 및 면역형광 분석은 CCALD- 및 AMN-iPSC가 ESC-유사 특성을 보여줌을 나타내었다. 스케일 바는 100 ㎛이다.
도 2는 X-ALD 환자의 피부 섬유아세포에서 유래한 iPSC의 특성을 보여주는 사진으로 CCALD-iPSC-10 및 AMN-iPSC-3의 10대 계대배양한 염색체 핵형 분석(46, XY)에서 어떠한 비정상적 특성이 나타나지 않았음을 보여준다.
도 3은 X-ALD 환자의 피부 섬유아세포에서 유래한 iPSC의 특성을 보여주는 사진으로 SCID/베이지 마우스 내에 CCALD- 및 AMN-iPSC를 주입한 후 관찰한 테라토마의 형성은 분비 상피(외배엽, PAS), 장 상피(내배엽, H&E) 및 연골(중배엽, 알리시안 블루)을 예시로 하여 세 종류의 배엽을 나타내었다.
도 4는 X-ALD 환자의 피부 섬유아세포에서 유래한 iPSC의 특성을 보여주는 사진으로 CCALD- 또는 AMN-iPSC 및 CCALD- 또는 AMN-섬유아세포(좌측 패널)과 CCALD- 및 H9 hESC(우측 패널) 사이의 전반적인 유전자 발현 프로파일을 비교한 다중산점도이다. 붉은 점은 두 샘플 사이의 유전자 발현 정도의 차이가 2배 이상인 경우를 표시한 것이다.
도 5는 대조군(WT), CCALD 및 AMN로부터의 희돌기교세포의 발생에 대하여, 희돌기교세포 분화 프로토콜에 대한 개요도이다. DM은 도소모핀(Dorsomorphin)이고, SB는 SB431542이다.
도 6은 대조군(WT), CCALD 및 AMN로부터의 희돌기교세포의 발생에 대하여, 희돌기교세포 분화 동안에 형태적 변화를 보여주는 대표적인 사진이다. CCALD-SNM, CCALD-OPC 및 CCALD-OL의 위상차 사진이다. CCALD-OPC는 PDGF-R+(적색 화살표)(삽입된 사진: PDGF-R, 녹색 & DAPI, 청색)을 보여주었다. 전형적인 마지막으로 분화된 매우 가지화된 희돌기교세포(화살표)는 CCALD-OL에서 관찰되었다. 스케일 바는 20 ㎛이다.
도 7은 대조군(WT), CCALD 및 AMN로부터의 희돌기교세포의 발생에 대하여, 면역형광 분석은 WT-CCALD 및 AMN-iPSC에서 발생하는 A2B5(적색)과 PDGF-R(녹색)인 OPC 마커를 발현하는 전형적 OPC 형태를 갖는 세포를 보여주었다. 스케일 바는 20 ㎛이다.
도 8은 대조군(WT), CCALD 및 AMN로부터의 희돌기교세포의 발생에 대하여, WT-, CCALD- 및 AMN-OPC에서 분화된 수초 염기성 단백질(Myelin basic protein, MBP)-면역 반응성의 성숙한 희돌기교세포가 갑상선 호르몬(T3)을 포함하는 N2 배지에서 3-4주 후에 관찰되었다. 매우 가지화된 수상돌기가 WT-희돌기교세포, CCALD-희돌기교세포 및 AMN-희돌기교세포에서 관찰되었다. OL은 희돌기교세포이며, 스케일 바는 20 ㎛이다.
도 9는 CCALD- 및 AMN-희돌기교세포와 약리학적 유효성 사이의 X-ALD-관련 표현형의 비교를 보여주는 것으로, hESC, WT-iPSC, WT-희돌기교세포, CCALD-iPSC 및 CCALD-희돌기교세포의 VLCFA 농도를 표시하였다. 지방을 추출하였고, 메틸 에스터로 유도체 변형을 시키고 기체 크로마토그래피로 분리하였다. C26:0/C22:0 비는 공지의 기준과 비교한 메틸 에스터로 확인하였다. 이 데이터는 C22:0에 대한 C26:0의 비율을 표현한 것이다. OL은 희돌기교세포이다. 모든 수치는 평균 ± 표준편차이다. n=4; *P < 0.05이다.
도 10은 CCALD- 및 AMN-희돌기교세포와 약리학적 유효성 사이의 X-ALD-관련 표현형의 비교를 보여주는 것으로, hESC, WT-iPSC, WT-희돌기교세포, CCALD-iPSC 및 CCALD-희돌기교세포 안의 EVOVL1 유전자의 상대적 발현량을 보여주었다. 모든 수치는 평균 ± 표준편차이다. n=4; **P < 0.001이다.
도 11은 CCALD- 및 AMN-희돌기교세포와 약리학적 유효성 사이의 X-ALD-관련 표현형의 비교를 보여주는 것으로, WT-, CCALD- 및 AMN-iPSC로부터 분화된 뉴런과 희돌기 세포 모두의 VLCFA 농도를 각각 보여주었다. 이 데이터는 C22:0에 대한 C26:0의 비율을 표시한 것이다. n=4; *P < 0.05, **P < 0.001이다.
도 12는 CCALD- 및 AMN-희돌기교세포와 약리학적 유효성 사이의 X-ALD-관련 표현형의 비교를 보여주는 것으로, 4-PBA가 아닌 로바스타틴이 C26:0/C22:0 비율을 매우 감소시켰다. CCALD-iPSC 및 WT-iPSC에서 분화한 희돌기교세포를 표시된 약물로 6일 동안 처리하였고, VLCFA 비율을 측정하였다. 모든 수치는 평균 ± 표준편차이다. n=4; **P < 0.001이다.
도 13은 CCALD- 및 AMN-희돌기교세포와 약리학적 유효성 사이의 X-ALD-관련 표현형의 비교를 보여주는 것으로, 4-PBA 또는 로바스타틴 치료는 CCALD-iPSC 및 WT-iPSC 모두에서 희돌기교세포 내 ABCD2의 발현을 유도하였다. 희돌기교세포를 표시된 약물로 3일간 처리하였고, 정량적 RT-PCR을 이용하였다. 전사 수준을 베타-액틴 발현으로 정규화하였다. n=5; *P < 0.05, **P < 0.001이다.
도 14는 ALD 환자의 피부 섬유아세포로부터 유래된 iPSC의 특성에 대한 형광 사진으로, 전능성 마커인 OCT4, SSEA4, SOX2 및 Tra 1-81에 대한 CCALD-iPSC의 면역형광 분석은 CCALD-iPSC가 ESC-유사 특징이 나타남을 보여주었다. 스케일 바는 100 ㎛이다.
도 15는 ALD 환자의 피부 섬유아세포로부터 유래된 iPSC의 특성에 대한 RT-PCR 분석 사진으로, ABCD1 유전자의 지노믹 시퀀싱으로 8-10개의 엑손의 큰 결실을 확인하였다. RT-PCR 분석으로 엑손 10번(*:cDNA 시작 구역부터 3206-3534 번째 염기)의 특정 구역에 대한 ABCD1 유전자 전사가 섬유아세포 대조군, iPSC 대조군 및 hESC에서 일어난데 반하여, CCALD-섬유아세포 및 CCALD-iPSC 세포주에서 나타나지 않았다. 1. 증류수(D.W.); 2. 섬유아세포-대조군; 3. CCALD-섬유아세포; 4. hESC; 5. iPSC-대조군; 6. CCALD-iPSC-2; 7. CCALD-iPSC-10
도 16은 ALD 환자의 피부 섬유아세포로부터 유래된 iPSC의 특성에 대하여, CCALD-섬유아세포(1), CCALD-iPSC-2(2), CCCALD-iPSC-10(3), hESC(4)에서 전능성 마커인 OCT4, SOX2, NANOG, hTERT, REX1 및 GDF3의 발현에 대한 RT-PCR 결과 사진이다.
도 17은 ALD 환자의 피부 섬유아세포로부터 유래된 iPSC의 특성에 대한 RT-PCR 사진으로, 레트로바이러스 트랜스유전자의 발현은 iPSC 세포주에서 거의 발견되지 않았다. CCALD-섬유아세포, CCALD-iPSC 및 hESC에서 레트로바이러스 트랜스유전자의 발현에 대한 반-정량 RT-PCR 분석으로 전체, 내인적(엔도) 및 레트로바이러스에 의해 전달된(트랜스) 유전자(OCT4, SOX2, MYC 및 KLF4)의 상대적 발현량을 결정할 수 있다. 로딩 컨트롤로 GAPDH을 사용하였다. 1. 대조군 WT-섬유아세포; 2. CCALD-섬유아세포; 3. CCALD-iPSC-2; 4. CCALD-iPSC-6; 5. CCALD-iPSC-10; 6. CCALD-iPSC-14; 7. hESC.
도 18은 ALD 환자의 피부 섬유아세포로부터 유래된 iPSC의 특성에 대하여CCALD-섬유아세포, CCALD-iPSC-2 및 CCALD-iPSC-10에서 OCT4 및 NANOG 프로모터 구역의 바이설파이트 지노믹 스퀀싱 분석 결과이다. 개방형 또는 폐쇄형 원은 지시된 프로모터 구역에서 각각, 메틸화 되지 않은 CpG 및 메틸화된 CpG를 나타낸다. 좌측 행에 적힌 숫자는 전사 개시 위치에 상대적인 CpG 구역를 표시한다.
도 19는 ALD 환자의 피부 섬유아세포로부터 유래된 iPSC의 특성에 대하여 iPSC의 -기반의 분화는 모든 세 배엽 세포를 발생시킨다: 외배엽(Nestin, 녹색; Sox1, 적색), 내배엽(AFP(α-태아단백질), 녹색; HNF3β, 적색) 및 중배엽(단미증, 녹색). 척도는 100 ㎛이다.
도 20은 hESC, WT-iPSC, CCALD-iPSC 및 AMN-iPSC로부터 OPC 발생에 관한 것으로, 전체 단백질 중 A2B5-(패널 A) 및 PDGF-R-발현 세포(패널 B)의 백분율은 WT-, CCALD- 및 ANM-iPSC로부터 유래한 OPC와 대략 > 70%으로 유사하다. 모든 수치는 평균 ± 표준편차이며, n=10이다.
도 21은 WT-iPSC, CCALD-iPSC 및 AMN-iPSC에서 뉴런의 발생에 대한 면역 형광 사진(패널 A) 및 도표(패널 B)이다. WT-, CCALD- 및 AMN-iPSC로부터의 신경 분화는 영향을 받지 않았다. 전체 세포에서 Tuj-1-발현 세포는 WT-, CCALD- 및 AMN-iPSC(적색, Tuj-1 및 청색, DAPI)에서 유래한 것과 비교하여 대략 75%이상 유사하다. WT-, CCALD- 및 AMN-iPSC로부터 뉴런의 면역 형광 이미지(적색, Tuj-1 및 청색, DAPI)(패널 A) Tuj-1+ 세포의 분화능(패널 B)를 보여준다. 모든 수치는 평균 ± 표준편차이며, n=10이다.1 is a photograph showing the characteristics of iPSC derived from skin fibroblasts of X-ALD patients. CCALD-iPSC and AMN-iPSCs from 6 and 32 year old patients, respectively, formed tightly packed colonies as opposed to the spindle form of fibroblasts. CCALD-iPSC-10 and AMN-iPSC-3 cell line alkaline phosphatase (AP) staining and immunofluorescence analysis of the omnipotent markers NANOG and Tra 1-60 showed that the CCALD- and AMN-iPSCs showed ESC-like properties. Indicated. The scale bar is 100 탆.
Figure 2 is a photograph showing the characteristics of iPSC derived from dermal fibroblasts of X-ALD patients, any abnormal characteristics in the teen passaged chromosome karyotype analysis (46, XY) of CCALD-iPSC-10 and AMN-iPSC-3 Shows that it did not appear.
Figure 3 is a photograph showing the characteristics of iPSC derived from dermal fibroblasts of X-ALD patients, the formation of teratoma observed after injecting CCALD- and AMN-iPSC into SCID / beige mice secreted epithelium (ectoderm, PAS), Intestinal epithelium (endoderm, H & E) and cartilage (mesoderm, Alicia blue) are illustrated as three types of germ layers.
Figure 4 is a photograph showing the characteristics of iPSC derived from dermal fibroblasts of X-ALD patients between CCALD- or AMN-iPSC and CCALD- or AMN-fibroblasts (left panel) and CCALD- and H9 hESC (right panel). This is a multiscatter plot comparing the overall gene expression profile of. Red dots indicate cases where the difference in gene expression between two samples is more than twofold.
5 is a schematic diagram of the oligodendrocyte differentiation protocol for the generation of oligodendrocytes from the control group (WT), CCALD and AMN. DM is dosomorphin and SB is SB431542.
6 is a representative photograph showing morphological changes during oligodendrocyte differentiation for the generation of oligodendrocytes from control (WT), CCALD and AMN. Phase difference picture of CCALD-SNM, CCALD-OPC and CCALD-OL. CCALD-OPC showed PDGF-R + (red arrow) (inset: PDGF-R, green & DAPI, blue). A typical, finally differentiated highly branched oligodendrocyte (arrow) was observed in CCALD-OL. The scale bar is 20 μm.
FIG. 7 shows OPC markers of A2B5 (red) and PDGF-R (green) occurring in WT-CCALD and AMN-iPSCs for the generation of oligodendrocytes from control (WT), CCALD and AMN. Cells with typical OPC forms were shown. The scale bar is 20 μm.
FIG. 8 shows mature oligodendrocytes of Myelin basic protein (MBP) -immune reactive differentiated from WT-, CCALD- and AMN-OPCs against development of oligodendrocytes from control (WT), CCALD and AMN. Glial cells were observed after 3-4 weeks in N2 medium containing thyroid hormone (T3). Highly branched dendrites were observed in WT-oligodendrocytes, CCALD-oligodendrocytes, and AMN-diligate glial cells. OL is a oligodendrocyte and the scale bar is 20 micrometers.
9 shows a comparison of X-ALD-related phenotypes between CCALD- and AMN-oligodendrocytes and pharmacological efficacy, with hESC, WT-iPSC, WT-oligodendrocytes, CCALD-iPSC and CCALD-oligodendrocytes VLCFA concentration is indicated. The fat was extracted and the derivative was modified with methyl ester and separated by gas chromatography. The C26: 0 / C22: 0 ratio was confirmed by methyl esters compared to known standards. This data represents the ratio of C26: 0 to C22: 0. OL is a oligodendrocyte. All values are mean ± standard deviation. n = 4; * P <0.05.
10 shows a comparison of X-ALD-related phenotypes between CCALD- and AMN-oligodendrocytes and pharmacological efficacy, with hESC, WT-iPSC, WT-oligodendrocytes, CCALD-iPSC and CCALD-oligodendrocytes The relative expression level of EVOVL1 gene in the stomach was shown. All values are mean ± standard deviation. n = 4; ** P <0.001.
FIG. 11 shows a comparison of X-ALD-related phenotypes between CCALD- and AMN-oligodendrocytes and pharmacological efficacy, showing VLCFA concentrations of both neurons and oligodendrocytes differentiated from WT-, CCALD- and AMN-iPSCs. Showed respectively. This data represents the ratio of C26: 0 to C22: 0. n = 4; * P <0.05, ** P <0.001.
FIG. 12 shows a comparison of the X-ALD-related phenotype between CCALD- and AMN-oligodendrocytes and pharmacological efficacy, where lovastatin but not 4-PBA significantly reduced the C26: 0 / C22: 0 ratio. The oligodendrocytes differentiated from CCALD-iPSC and WT-iPSC were treated with the indicated drug for 6 days and the VLCFA ratio was measured. All values are mean ± standard deviation. n = 4; ** P <0.001.
FIG. 13 shows a comparison of X-ALD-related phenotypes between CCALD- and AMN-oligodendrocytes and pharmacological efficacy, with 4-PBA or lovastatin treatment showing ABCD2 in oligodendrocytes in both CCALD-iPSC and WT-iPSC. Was induced. The oligodendrocytes were treated with the indicated drug for 3 days and quantitative RT-PCR was used. Transcription levels were normalized to beta-actin expression. n = 5; * P <0.05, ** P <0.001.
14 is a fluorescence photograph of iPSCs derived from dermal fibroblasts of ALD patients. Similar features were shown. The scale bar is 100 탆.
Figure 15 is a RT-PCR analysis of the characteristics of iPSC derived from dermal fibroblasts of ALD patients, a large deletion of 8-10 exons by genomic sequencing of the ABCD1 gene. RT-PCR analysis showed that ABCD1 gene transcription for a particular region of exon 10 (*: cDNA starting region 3206-3534 base) occurred in fibroblast control, iPSC control and hESC, whereas CCALD-fibroblast and CCALD- It did not appear in the iPSC cell line. 1. distilled water (DW); 2. fibroblast-control; 3. CCALD-fibroblasts; 4. hESC; 5. iPSC-control; 6. CCALD-iPSC-2; 7.CCALD-iPSC-10
Figure 16 shows the pluripotency of CCALD-fibroblasts (1), CCALD-iPSC-2 (2), CCCALD-iPSC-10 (3), and hESC (4) for the characteristics of iPSCs derived from dermal fibroblasts from ALD patients. RT-PCR result photo for the expression of markers OCT4, SOX2, NANOG, hTERT, REX1 and GDF3.
FIG. 17 is an RT-PCR photograph of the characteristics of iPSCs derived from dermal fibroblasts of ALD patients, with little expression of retroviral transgenes found in iPSC cell lines. Semi-quantitative RT-PCR analysis of the expression of retroviral transgenes in CCALD-fibroblasts, CCALD-iPSCs and hESCs, as a whole, endogenous (endo) and retrovirus delivered (trans) genes (OCT4, SOX2, Relative expression levels of MYC and KLF4) can be determined. GAPDH was used as the loading control. 1. Control WT-fibroblasts; 2. CCALD-fibroblasts; 3. CCALD-iPSC-2; 4. CCALD-iPSC-6; 5. CCALD-iPSC-10; 6. CCALD-iPSC-14; 7. hESC.
FIG. 18 shows bisulfite genomic sequencing analysis of OCT4 and NANOG promoter regions in CCALD-fibroblasts, CCALD-iPSC-2 and CCALD-iPSC-10 for the characteristics of iPSCs derived from dermal fibroblasts from ALD patients. . Open or closed circles represent unmethylated CpG and methylated CpG, respectively, in the indicated promoter regions. The numbers in the left row indicate the CpG regions relative to the transcription start position.
FIG. 19 shows that the iPSC-based differentiation of iPSCs derived from dermal fibroblasts from ALD patients results in all three germ cells: ectoderm (Nestin, green; Sox1, red), endoderm (AFP (α-fetus). Protein), green; HNF3β, red) and mesoderm (sproutitis, green). The scale is 100 μm.
FIG. 20 relates to OPC development from hESCs, WT-iPSCs, CCALD-iPSCs, and AMN-iPSCs, wherein the percentage of A2B5- (panel A) and PDGF-R-expressing cells (panel B) in total proteins was WT-, CCALD -And approximately> 70% similar to OPC derived from ANM-iPSC. All values are mean ± standard deviation, n = 10.
FIG. 21 is an immunofluorescence picture (panel A) and plot (panel B) for the development of neurons in WT-iPSC, CCALD-iPSC and AMN-iPSC. Nerve differentiation from WT-, CCALD- and AMN-iPSCs was not affected. Tuj-1-expressing cells in total cells are approximately 75% or more similar to those derived from WT-, CCALD- and AMN-iPSCs (red, Tuj-1 and blue, DAPI). Immunofluorescence images (red, Tuj-1 and blue, DAPI) (panel A) of neurons from WT-, CCALD- and AMN-iPSCs show panel differentiation (Panel B) of Tuj-1 + cells. All values are mean ± standard deviation, n = 10.
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
실험재료 및 실험 방법Experimental Materials and Experimental Methods
인간 iPSC 생성 Human iPSC Generation
레트로 바이러스 벡터는 Addgene(Cambridge, MA)에서 구입하였다. 간단히 말해, 인간 X-ALD-섬유아세포(GM04496 and GM17819, Coriell Inst.)를 12-웰 플레이트에 5 x104 cells/well 수준으로 접종 하였다. 다음날 5 mg/ml의 황산 프로타민(헤파린의 길항제)의 존재 하에, 4개의 바이러스 벡터를 포함하는 상층액으로 섬유아세포를 24시간 동안 형질 전환시켰다. 형질 전환 후 5일 후, 섬유아세포를 미토마이신-C(Mitomycin-C, MMC)로 처리된 STO 세포(ATCC)의 피더층이 있는 플레이트에 재접종하였다. 형질 전환 20일 후, 인간 배아줄기 세포(human Embryonic Stem Cell, hESC) 형태를 갖는 콜로니를 기계적으로 분해하였다.
Retroviral vectors were purchased from Addgene (Cambridge, Mass.). In brief, human X-ALD-fibroblasts (GM04496 and GM17819, Coriell Inst.) Were seeded in 12-well plates at 5 × 10 4 cells / well. The next day fibroblasts were transformed for 24 hours with supernatant containing four viral vectors in the presence of 5 mg / ml protamine sulfate (antagonist of heparin). Five days after transformation, fibroblasts were re-inoculated onto a plate with a feeder layer of STO cells (ATCC) treated with Mitomycin-C (MMC). Twenty days after transformation, colonies with human Embryonic Stem Cell (hESC) morphology were mechanically digested.
세포 배양Cell culture
섬유아세포를 DMEM(Dulbecco’s modified Eagle’s medium), 15% 또는 10%의 FBS(fetal bovine serum, GIBCO), 1 mM의 글루타민(GIBCO), 1%의 불필수 아미노산(Invitrogen) 및 페니실린/스트렙토마이신(Invitrogen)이 첨가된 섬유아세포 용 배지에서 배양하였다. 10%의 KnockOut Serum Replacement(Invitrogen), 1 mM의 글루타민(Invitrogen), 1% 불필수 아미노산(Invitrogen), 0.1 mM의 β-머캅토 에탄올(Sigma) 및 4 ng/ml의 bFGF가 보충된 hESC 배지(DMEM/F12 (Invitrogen)) 내 MMC-비활성 피더층상에 hiPSC(human-induced Pluripotent Stem Cell) 및 hESC 세포주를 유지하였다. 매 5-7 일마다 한 번씩 패시지를 진행하였으며 이 경우 매뉴얼적으로 또는 1.5 mg/ml의 콜라게나제 IV형(Invitrogen)을 이용하였다. hESC 세포주 H9를 제조사의 프로토콜에 따라, MMC-비활성화 MEF(Mouse Embryonic Fibroblasts)에 배양시켰다. 배아유사세포덩어리(Embryoid Body, EB)-기반 분화를 위해, hESC/hiPSC 콜로니를 1.5 mg/ml의 콜라게나제 4형으로 모으고, 중력을 이용하여 피더(feeder) 세포로부터 분리하고, 곱게 분쇄하여 비부착성 부유 배양 접시(Corning)에서 15%의 FBS가 첨가된 DMEM에서 10일 동안 배양시켰다.
Fibroblasts were collected from Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM), 15% or 10% fetal bovine serum (GIBCO), 1 mM glutamine (GIBCO), 1% non-essential amino acids (Invitrogen) and penicillin / streptomycin (Invitrogen). ) Was cultured in the medium for fibroblasts. HESC medium supplemented with 10% KnockOut Serum Replacement (Invitrogen), 1 mM glutamine (Invitrogen), 1% non-essential amino acids (Invitrogen), 0.1 mM β-mercapto ethanol (Sigma) and 4 ng / ml bFGF Human-induced Pluripotent Stem Cell (hiPSC) and hESC cell lines were maintained on an MMC-inactive feeder layer in (DMEM / F12 (Invitrogen)). Passage was performed once every 5-7 days, in which case collagenase type IV (Invitrogen) of 1.5 mg / ml was used. hESC cell line H9 was incubated in MMC-inactivated Mouse Embryonic Fibroblasts (MEFs) according to the manufacturer's protocol. For embryonic body (EB) -based differentiation, hESC / hiPSC colonies were collected into 1.5 mg /
희돌기교세포 및 신경 분화Oligodendrocytes and neural differentiation
상기 언급한 방법으로 희돌기교세포의 분화를 수행하였다(19). 간략히 말해, hESC/hiPSC 콜로니를 콜로나아제 IV 형으로 떼어내고, EB를 저분자 화학물질인 도소모핀(dorsomorphin, SB431542) 또는 SD431542가 첨가된 염기성 섬유아세포 증식인자-결핍된(basic Fibroblast Growth Factor-depleted, bFGF-depleted) ES 세포 배양 배지에서 배양하여 형성시켰다(20). 4일 경과 후, N2 첨가제(R&D System) 및 20 ng/ml의 bFGF를 포함하는 DMEM/F12 배지의 Matrigel(BD)로 코팅된 배양 접시 위에 EB를 접종하였다(21). 5일 경과 후, 신경계 로제트 조직(Neural Rosette structure)을 기계적으로 격리시키고, 구형 신경 덩어리(Spherical neural mass, SNM)을 제조하기 위해 10 ng/ml의 bFGF를 처리하여 현탁 배양(suspension-culture)시켰다(22). 신경 전구 세포(neural precursor cell, NPC)를 늘리기 위해 SNM를 진행시켰다. SNM을 Matrigel으로 코팅된 배양 접시 위에 재접종시켰고, 10 ng/ml bFGF 및 10 ng/ml 표피성장인자 수용체(epidermal growth factor, EGF, PeproTech)를 포함하는 N2 배지에 있는 희돌기교세포 전구체(oligodendrocyte precursor cells, OPC)에서 4-8일 동안 분화시켰다. 그 뒤에, 세포를 10 ng/ml bFGF 및 10 ng/ml 혈소판 유래 성장인자(platelet-derived growth factor, PDGF, PeproTech)가 첨가된 N2 배지에서 8일 동안 추가 배양시켰다. 희돌기교세포의 최종 분화는 성장 인자를 제거하고, 30 ng/ml의 3,3′5-트라이아이도-L-타이로닌(T3)(Sigma)를 3-4주 동안 첨가하는 것에 의해 유도되었다(배지 구성: N2 및 T3가 첨가된 DMEM/F12)(19, 23, 24). 뉴런의 분화는 기존의 방식에 약간 수정을 가하여 진행되었다(19, 25).
Differentiation of oligodendrocytes was carried out by the above-mentioned method (19). Briefly, the hESC / hiPSC colonies are separated into colonase type IV, and EB is removed from the basic fibroblast growth factor-deficient with the small molecule chemical dorsomorphin (SB431542) or SD431542. and formed by culturing in depleted, bFGF-depleted) ES cell culture medium (20). After 4 days, EB was inoculated onto a culture dish coated with Matrigel (BD) in DMEM / F12 medium containing N2 additive (R & D System) and 20 ng / ml bFGF (21). After 5 days, the neural rosette structure was mechanically isolated and suspended-cultured with 10 ng / ml of bFGF to produce spherical neural mass (SNM). (22). SNM was advanced to increase neural precursor cell (NPC). SNM was re-inoculated onto a Matrigel-coated culture dish and oligodendrocyte precursor in N2 medium containing 10 ng / ml bFGF and 10 ng / ml epidermal growth factor receptor (EGF, PeproTech). cells, OPC) for 4-8 days. Thereafter, cells were further cultured for 8 days in N2 medium to which 10 ng / ml bFGF and 10 ng / ml platelet-derived growth factor (PDGF, PeproTech) were added. Final differentiation of oligodendrocytes was induced by removing the growth factor and adding 30 ng / ml of 3,3′5-triido-L-tyronein (T3) (Sigma) for 3-4 weeks. (Medium constitution: DMEM / F12 with N2 and T3 added) (19, 23, 24). Differentiation of neurons proceeded with some modifications to existing methods (19, 25).
VLCFA 어세이VLCFA Assay
서울 의과학 연구소(SCL, http://www.scllab.co.kr) 및 서울 하나로 의료센터(http://www.hanaromf.com)에서 VLCFA 분석을 시행하였다. 이미 알려진 Moser 접근법에 따라 VLCFA의 메틸 에스터를 결정하였다(26). 간략히 말해, 100 ㎕의 heptacosanoic acid(C27:0)(20 ㎍/ml)를 내부 표준에 의해, 250 ㎕d의 샘플에 첨가하였다(2× 105 cells in 300 ㎕ of dPBS). 이후, 메탄올 용매 안에 25%(v/v) 염화 메틸렌 1 ml 및 염화 아세틸 200 ㎕를 첨가하여 메틸 에스터를 합성하기 위해 75℃에서 1시간 동안 가열하였다. 식힌 후에 7.0 중량 퍼센트의 4 ml의 K2CO3를 첨가하여 중화시켜 반응을 중지시켰다. 지방산 메틸 에스터의 최종 생성물을 5 ml의 헥세인으로 추출하였고, 그 뒤에 2.5 ml의 아세토 나이트릴을 이용하여 극성 분자를 제거하고 정제하였다. 헥세인 층을 약한 기류의 질소 가스로 증발시켰다. 건조한 잔류물을 가스 크로마토그래피(GC)로 분석하기 위해 헥세인 100 ㎕에서 재구축하였다.
The VLCFA analysis was conducted at the Seoul Medical Research Institute (SCL, http://www.scllab.co.kr) and Seoul Hanaro Medical Center (http://www.hanaromf.com). The methyl ester of VLCFA was determined according to the known Moser approach (26). Briefly, 100 μl of heptacosanoic acid (C27: 0) (20 μg / ml) was added to a 250 μd sample by internal standard (2 × 10 5 cells in 300 μl of dPBS). Thereafter, 1 ml of 25% (v / v) methylene chloride and 200 µl of acetyl chloride were added to methanol solvent, and heated at 75 ° C. for 1 hour to synthesize methyl ester. After cooling, 7.0 weight percent of 4 ml K 2 CO 3 was added to neutralize to stop the reaction. The final product of fatty acid methyl ester was extracted with 5 ml of hexane, then polar molecules were removed and purified using 2.5 ml of acetonitrile. The hexane layer was evaporated with a weak stream of nitrogen gas. The dry residue was reconstituted in 100 μl of hexane for analysis by gas chromatography (GC).
RNA 동정 및 PCR 분석RNA Identification and PCR Analysis
온 컬럼(on-column) DNase Ⅰ 소화효소 또는 Trizolreagent(Invitrogen)가 포함된 RNeasy Mini Kit(iNtRON Biotechnology)를 이용하여 총 RNA를 분리 하였다. Power cDNA synthesis kit(iNtRON Biotechnology)을 이용하여 1-4 ㎍의 총 RNA에서 상보적 DNA를 수득하였다. 종전에 기술된 바와 같이 특이적 프라이머 서열을 이용하여 RT-PCR 및/또는 qRT-PCR을 수행하였다(27, 28)Total RNA was isolated using an RNeasy Mini Kit (iNtRON Biotechnology) containing on-column DNase I digestive enzyme or Trizolreagent (Invitrogen). Complementary DNA was obtained from 1-4 μg of total RNA using a Power cDNA synthesis kit (iNtRON Biotechnology). RT-PCR and / or qRT-PCR were performed using specific primer sequences as previously described (27, 28)
ABCD1용, 정방향 프라이머, GCACTGCCTGCCAAGCGAGA;For ABCD1, forward primer, GCACTGCCTGCCAAGCGAGA;
역방향 프라이며, CTCCGCAGACAGCTCCCCCT;Reverse fryer, CTCCGCAGACAGCTCCCCCT;
ABCD2용 정방향 프라이며, CTGGCCTGTGTATGAAGGAGT;Forward fryer for ABCD2, CTGGCCTGTGTATGAAGGAGT;
역방향 프라이머, TCCCGAAGACTTCCAAGAGA
Reverse primer, TCCCGAAGACTTCCAAGAGA
핵형 분석 및 DNA 핑거프린팅Karyotyping and DNA Fingerprinting
표준 G-밴딩(Giemsa banding) 염색체 분석을 GenDix Inc(대한민국, http://www.gendix.com)에서 수행하였다. CCALD-iPSC가 CCALD-섬유아세포에서 유래하고 있음을 확인하기 위해, STR(Short Tamdem Repeat) 분석을 이용하였다(대한민국, HumanPass Inc., http://www.humanpass.co.kr). QIAamp DNA Mini Kit(Qiagen, Hilden, Germany) 및 지노믹 DNA를 CCALD-섬유아세포 및 정량적 형광측정기를 이용하여 CCALD-iPSC에서 분리하였다. 제조사의 지시에 따라 1-2 ng의 표적 DNA을 이용한 멀티플렉스 PCR을 15개의 STR 위치(D8S1179, D21S11, D7S820, CSF1PO, D3S1358, THO1, D13S317, D16S539, D2S1338, D19S433, VWA, TPOX, D18S51, D5S818 및 FGA) 가 들어있는 AmpFISTR Identifiler PCR Amplification Kit(Applied Biosystems, Forster City, CA, USA)을 이용하여 수행하였다.Standard G- banding chromosome analysis was performed by GenDix Inc (Republic of Korea, http://www.gendix.com). To confirm that CCALD-iPSCs are derived from CCALD-fibroblasts, Short Tamdem Repeat (STR) analysis was used (HumanPass Inc., Korea, http://www.humanpass.co.kr). QIAamp DNA Mini Kit (Qiagen, Hilden, Germany) and genomic DNA were isolated from CCALD-iPSC using CCALD-fibroblasts and quantitative fluorometry. Multiplex PCR using 1-2 ng of target DNA according to the manufacturer's instructions was performed on 15 STR positions (D8S1179, D21S11, D7S820, CSF1PO, D3S1358, THO1, D13S317, D16S539, D2S1338, D19S433, VWA, TPOX, D18S51, D5S818). And FGA) containing AmpFISTR Identifiler PCR Amplification Kit (Applied Biosystems, Forster City, CA, USA).
PCR의 증폭된 생산물을 ABI PRISM 310 Genetic Analyzer instrument(Applied Biosystems, Forster City, CA, USA)의 모세 전기영동에 걸었다. GeneScan 수집 및 분석 소프트웨어 패키지를 데이터 수집 및 형광 표지 DNA 절편의 크기를 판단하기 위해 사용하였다. 표준시료 및 키트가 부착된 지노타이퍼 매크로를 이용한 자동화 지노타이핑을 위해 Genotyper solfware(버전 3.7)을 사용하였다.
The amplified product of PCR was subjected to capillary electrophoresis of the ABI PRISM 310 Genetic Analyzer instrument (Applied Biosystems, Forster City, Calif., USA). GeneScan collection and analysis software packages were used to determine data collection and size of fluorescently labeled DNA fragments. Genotyper solfware (version 3.7) was used for automated genotyping using standard samples and kitotype macros with kits.
테라토마Teratoma 형성 formation
중증 합병 면역결핍증(Severe combined immunodeficient, SCID)이 걸린 베이지 마우스를 이용하여 CCALD- 및 AMN-iPSC의 테라토마 형성 능력을 하기 기술한 바와 같이 테스트하였다. 20 ㎕의 dPBS 안에 약 1× 106 iPS 세포를 SCID 마우스(Charles River Laboratories, Yokohama, Japan)의 정소 내부에 주입하였다. 주입 후 3-4 개월 후, 이종이식(xenograted)된 군 들을 모아, 고정시키고, 파라핀에 끼워 넣고 절개 하였다. 조직 절편에 헤마톡실린/에오신, 알리시안 블루 및 과옥소산-시프 염색(Periodic acid-Schiff, PAS)을 이용하여 염색하였다. 실험은 동물실험윤리 위원회에서 검토 및 승인을 받았다. 모든 과정은 실험동물 사용과 관리에 대한 가이드라인(NIH publication no. 85-23, revised 1996)에 따라 수행하였다.
The beige mice with severe combined immunodeficient (SCID) were used to test the teratoma-forming ability of CCALD- and AMN-iPSCs as described below. About 1 × 10 6 iPS cells in 20 μl dPBS were injected into the testis of SCID mice (Charles River Laboratories, Yokohama, Japan). 3-4 months after injection, xenograted groups were collected, fixed, inserted in paraffin and incised. Tissue sections were stained using hematoxylin / eosin, Alicia Blue and Periodic acid-Schiff (PAS) staining. The experiment was reviewed and approved by the Animal Experimentation Ethics Committee. All procedures were performed in accordance with the guidelines for the use and care of laboratory animals (NIH publication no. 85-23, revised 1996).
마이크로어레이Microarray 분석 analysis
H9 hESCs, CCALD-iPSC-2, CCALD-iPSC-10, CCALD-iPSC-14, AMN-iPSC-3 및 fibroblasts에서 분리한 총 RNA를 Macrogen Inc.(http://dna.macrogen.com/kor/)에서 수행하였다. 바이오틴이 부착된 cRNA을 얻기 위해 제조사의 지시에 따라 Ambion Illumina RNA amplification kit(Ambion, Austin, USA)를 이용하여 총 RNA를 증폭하고, 정제하였다. 제조사의 지시(Illumina, Inc., San Diego, USA)에 따라 58℃에서 16-18 시간 동안 표지된 cRNA 샘플 750 ng을 각 인간-8 발현 비드 어레이와 혼성화 하였다. 어레이 신호 탐지는 비드 어레이 매뉴얼의 지침에 따라 Amersham fluorolink streptavidin-Cy3(GE Healthcare Bio-Sciences, Little Chalfont, UK)를 이용하여 수행하였다. 제조사의 지시에 따라 어레이를 Illumina bead array Reader 컨포컬 스캐너로 스캔하였다. 어레이 데이터 송달 프로세싱 및 분석을 Illumina BeadStudio v3.1.3(Gene Expression Module v3.3.8)을 이용하여 수행하였다. 혼성 품질 및 전반적 칩 성능을 내부적 품질 조절 검사 및 미가공 스캔 데이터 모두를 외관 검사를 통해 모니터링 하였다. 미가공 데이터를 제조사가 제공한 소프트웨어(Illumina BeadStudio v3.1.3 (Gene Expression Module v3.3.8)를 이용하여 추출하였다. 모든 탐침 신호 값은 로그 및 분위수 방식에 의한 정규화에 의해 수치를 변환하였다. 테스트 샘플 및 표본 샘플 사이의 비교 분석은 폴드-체인지(fold-change)를 이용하여 수행하였다. 유사 측정으로 완전 연관 및 유클리디안 거리를 이용하여 위계적 군집 분석을 시행하였다. 모든 데이터 분석 및 유의 유전자(DEG)의 시각화를 ArrayAssist(Stratagene, La Jolla, USA)를 이용하였고, R statistical language v. 2.4.1. 생물학적 온톨로지-기반 분석은 Panther database (http://www.pantherdb.org)를 이용하였다.
Total RNA isolated from H9 hESCs, CCALD-iPSC-2, CCALD-iPSC-10, CCALD-iPSC-14, AMN-iPSC-3 and fibroblasts was analyzed by Macrogen Inc. (http://dna.macrogen.com/eng/ ). To obtain biotinylated cRNA, total RNA was amplified and purified using an Ambion Illumina RNA amplification kit (Ambion, Austin, USA) according to the manufacturer's instructions. According to the manufacturer's instructions (Illumina, Inc., San Diego, USA), 750 ng of labeled cRNA sample was hybridized with each human-8 expressing bead array for 16-18 hours at 58 ° C. Array signal detection was performed using Amersham fluorolink streptavidin-Cy3 (GE Healthcare Bio-Sciences, Little Chalfont, UK) according to the instructions in the Bead Array Manual. The array was scanned with an Illumina bead array Reader confocal scanner according to the manufacturer's instructions. Array data delivery processing and analysis was performed using Illumina BeadStudio v3.1.3 (Gene Expression Module v3.3.8). Hybrid quality and overall chip performance were monitored by visual inspection of both internal quality control and raw scan data. Raw data was extracted using manufacturer-provided software (Illumina BeadStudio v3.1.3 (Gene Expression Module v3.3.8). All probe signal values were numerically transformed by log and quantile normalization. Comparative analysis between sample samples was performed using fold-change, hierarchical clustering analysis using full association and Euclidean distance with similar measurements All data analysis and significant genes (DEG) ) Was visualized using ArrayAssist (Stratagene, La Jolla, USA), and R statistical language v. 2.4.1 Biological ontology-based analysis using a Panther database (http://www.pantherdb.org).
바이설파이트Bisulfite (( bisulfitebisulfite ) 유전자 ) gene 스퀀싱Sequencing
지노믹 DNA를 Qiagen kit를 이용하여 환자 섬유아세포 및 iPSC로부터 분리하였다. 지노믹 시퀀싱을 연세대학교 연구실(이진성 박사팀, 서울, 대한민국)에서 수행하였다. 시퀀싱의 유효성 판단을 위해, 일반 PCR을 이용하였다. 바이설파이트 지노믹 시퀀싱을 위해, 지노믹 DNA 샘플을 CCALD-섬유아세포 및 CCALD-iPSC로부터 추출하였다. 지노믹 DNA의 비스설파이트 치료는 제조자의 지시에 따라 CpGenome DNA Modification Kit(Chemicon)을 이용하여 수행하였다. 변환된 지노믹 DNA를 NANOG primer를 이용한 PCR을 통해 증폭하였다(28, 29). 프라이머 시퀀스는 OCT4의 PCR 증폭으로 이용하였고, Nanog 프로모터 염기서열은 각각, Genomic DNA was isolated from patient fibroblasts and iPSCs using the Qiagen kit. Genomic sequencing was performed at Yonsei University Laboratory (Dr. Jin-Sung Lee, Seoul, Korea). To determine the validity of sequencing, general PCR was used. For bisulfite genomic sequencing, genomic DNA samples were extracted from CCALD-fibroblasts and CCALD-iPSCs. Bissulphite treatment of genomic DNA was performed using the CpGenome DNA Modification Kit (Chemicon) according to the manufacturer's instructions. The converted genomic DNA was amplified by PCR using NANOG primers (28, 29). The primer sequence was used for PCR amplification of OCT4, and Nanog promoter sequences were respectively,
5’- TAGTTGGGATGTGTAGAGTTTGAGA-3’, 5’- TAAACCAAAACAATCCTTCTACTCC -3’ 및 5’- GAGTTAAAGAGTTTTGTTTTTAAAAATTAT-3’, 5’-TCCCAAATCTAATAATTTATCATATCTTTC-3’이다.5'- TAGTTGGGATGTGTAGAGTTTGAGA-3 ', 5'- TAAACCAAAACAATCCTTCTACTCC -3' and 5'- GAGTTAAAGAGTTTTGTTTTTAAAAATTAT-3 ', 5'-TCCCAAATCTAATAATTTATCATATCTTTC-3'.
PCR 생성물을 겔-정제 및 T-easy 벡터(Promega)를 이용하여 박테리아에서 클로닝하였다. 비-CpG 사이토신의 바이설파이트 변환율은 각 샘플의 각 클론 당 80%에서 99%에 이르렀다.
PCR products were cloned in bacteria using gel-purified and T-easy vectors (Promega). Bisulfite conversion of non-CpG cytosine ranged from 80% to 99% for each clone of each sample.
면역세포화학Immune cell chemistry
세포를 4% 파라포름알데하이드에서 고정시켰고, 트리톤 X-100을 함유하는 완충용액으로 투과시키고, 일차 항체를 부착하여 염색하였다[Nanog (R&D systems), Oct4 (Santa Cruz), SOX2 (Chemicon), SSEA4 (Chemicon), TRA-1-81 (Chemicon), TRA-1-60 (Chemicon), HNF3γ (Santa Cruz), Brachyury (Santa Cruz), PAX6 (DSHB), Tuj1 (COVANCE), Nestin (Chemicon), A2B5 (R&D systems), NG2 (Chemicon), PDGF-R (R&D systems), 및 MBP (Chemicon)]. 적절한 Alexa Fluor 488- or 568로 레이블된 이차 항체(Molecular Probes) 및/또는 DAPI 대비염색체를 시각화에 이용하였다.
Cells were fixed in 4% paraformaldehyde, permeated with buffer containing Triton X-100 and stained by attachment of primary antibody [Nanog (R & D systems), Oct4 (Santa Cruz), SOX2 (Chemicon), SSEA4 (Chemicon), TRA-1-81 (Chemicon), TRA-1-60 (Chemicon), HNF3γ (Santa Cruz), Brachyury (Santa Cruz), PAX6 (DSHB), Tuj1 (COVANCE), Nestin (Chemicon), A2B5 (R & D systems), NG2 (Chemicon), PDGF-R (R & D systems), and MBP (Chemicon)]. Secondary antibodies (Molecular Probes) and / or DAPI counterchromosomes labeled with the appropriate Alexa Fluor 488- or 568 were used for visualization.
실험결과Experiment result
X-X- ALDALD 환자 섬유아세포의 두 가지 주요 타입에서 얻은 Obtained from two main types of patient fibroblasts iPSCiPSC 의 분화 및 특성Differentiation and properties of
6세의 CCALD 소년에서 채취한 피부 섬유아세포(CCALD-섬유아세포라 명명) 및 32세 AMN 남성의 피부 섬유아세포(AMN-섬유아세포라 명명)를 4개의 재프로그래밍 유전자(또는 트랜스유전자)(OCT4, SOX2, KLF4 및 c- MYC)를 포함하는 레트로 바이러스 벡터를 형질전환하였다. 바이러스성 형질전환 4주 후, CCALD- 및 AMN-섬유아세포에서 각각 16개 및 4개의 ES-유사 콜로니를 얻었다(도 1). 이들 CCALD-iPSC 또는 AMN-iPSC이라 명명된 세포들은 기계적인 계대배양에 의해 성공적으로 성장하였다. CCALD-iPSC-2 또는 10 및 AMN-iPSC-3 클론을 본 연구에서 추가적인 평가를 위해 사용하였다. 강력한 염기성 인산가수분해 효소 활성을 보이는 이들 모든 것은 인간 배아 줄기 세포(hESC) 형태학적 특성을 보여주었고, OCT4, NANOG, SOX2, SSEA4, TRA1-60 및 TRA1-81을 포함하는 전능성 분화 마커로 발현하였고,(도 1 및 도 14) 10대 계대배양에서 보통의 핵형(46 XY)을 보여주었다(도 2). 지노믹 DNA 시퀀싱으로 ALD-섬유아세포의 두 가지 타입 모두에서 ABCD1 유전자의 거대결실을 발견하였다; 각각 CCALD-섬유아세포의 엑손 8-10 및 AMN-섬유아세포의 엑손 7-10 이었다(도 15, 데이터는 없음)Dermal fibroblasts (named CCALD-fibroblasts) from 6-year-old CCALD boys and cutaneous fibroblasts (named AMN-fibroblasts) from 32-year-old AMN males were identified as four reprogramming genes (or transgenes) ( OCT4 , Retroviral vectors comprising SOX2 , KLF4 and c- MYC ) were transformed. Four weeks after viral transformation, 16 and four ES-like colonies were obtained in CCALD- and AMN-fibroblasts, respectively (FIG. 1). These cells named CCALD-iPSC or AMN-iPSC have been successfully grown by mechanical passage. CCALD-iPSC-2 or 10 and AMN-iPSC-3 clones were used for further evaluation in this study. All of these exhibiting potent basic phosphatase activity showed human embryonic stem cell (hESC) morphological properties and expressed as omnipotent differentiation markers including OCT4, NANOG, SOX2, SSEA4, TRA1-60 and TRA1-81. (FIG. 1 and FIG. 14) showed normal karyotype (46 XY) in teenage passages (FIG. 2). Genomic DNA sequencing found a macrodeletion of the ABCD1 gene in both types of ALD-fibroblasts; Exon 8-10 of CCALD-fibroblasts and exon 7-10 of AMN-fibroblasts, respectively (FIG. 15, no data).
RT-PCR으로 CCALD-iPSC과 마찬가지로 CCALD-섬유아세포로부터 전체 길이의 ABCD1 전사가 일어나지 않음을 확인하였다(도 15). 마이크로새틀라이트 마커를 통한 DNA 지문 분석으로 CCALD- 및 AMN-iPSC 두 세포주 모두 그들의 전세대 피부 섬유아세포로부터 유래하게 됨을 증명하였다(표 1 및 2).
RT-PCR confirmed that full-length ABCD1 transcription did not occur from CCALD-fibroblasts as well as CCALD-iPSC (FIG. 15). DNA fingerprinting analysis via microsatellite markers demonstrated that both CCALD- and AMN-iPSC cell lines were derived from their previous generation dermal fibroblasts (Tables 1 and 2).
표 1은 CCALD-iPSC의 DNA 지문 분석을 통해 16 군데 독립적 부위에서 CCALD-iPSC 및 CCALD-섬유아세포가 유전적인 동일성이 있음을 보여준다.
Table 1 shows the genetic identity of CCALD-iPSC and CCALD-fibroblasts at 16 independent sites through DNA fingerprinting of CCALD-iPSC.
표 2는 AMN-iPSC의 DNA 지문 분석을 통해 16 군데 독립적 부위에서 AMN-iPSC 및 AMN-섬유아세포가 유전적인 동일성이 있음을 보여준다.
Table 2 shows the genetic identity of AMN-iPSC and AMN-fibroblasts at 16 independent sites through DNA fingerprinting of AMN-iPSC.
RT-PCR을 통해 내인성 전능성-관련 유전자인 OCT4, SOX2, NANOG, hTERT, REX1 및 GDF3가 hESC과 마찬가지로 iPSC에서도 활발히 발현된다는 사실을 발견하였고(도 16), 그에 반해 레트로바이러스-전달 트랜스 유전자의 발현은 iPSC주에서 거의 발견할 수 없었다(도 17). OCT4 및 NONOG의 프로모터는 iPSC에서 메틸화 감소가 일어났다(도 18). iPSC의 전능성을 인 비트로에서의 배아유사세포덩어리(embryoid body, ) 형성 여부로 평가하였다(25). 면역염색법 및 RT-PCR 분석 모두 iPSC 세포주가 세 가지 배아 배엽(외배엽, 내배엽 및 중배엽)으로 자발적으로 분화될 수 있음을 보여주었다(도 19).Through RT-PCR endogenous omnipotence-related genes OCT4, SOX2, NANOG, hTERT, REX1 and GDF3 is like the hESC was found that actively expressed in iPSC (16), whereas it retroviral expression of delivery transgene Was hardly found in iPSC strains (FIG. 17). Promoters of OCT4 and NONOG resulted in decreased methylation in iPSCs (FIG. 18). The omnipotence of iPSCs was assessed by embryonic body mass formation in vitro (25). Both immunostaining and RT-PCR analysis showed that iPSC cell lines can spontaneously differentiate into three embryonic germ layers (ectoderm, endoderm and mesoderm) (FIG. 19).
SCID 마우스에 CCALD- 및 AMN-iPSC의 주입 시 모든 배아단계의 세 개의 배엽을 대표하는 성숙한 낭종으로 구성된 테라토마의 형성을 초래하였고(도 3), 나아가 X-ALD-iPSC가 전능성을 유지하고 있음을 확인하였다. CCALD- 및 AMN-iPSC의 전반적 유전자 발현 패턴은 CCALD- 및 AMN-섬유아세포 보다 H9-hESC의 발현 패턴과 유사하였다(도 4).Injection of CCALD- and AMN-iPSCs into SCID mice resulted in the formation of teratomas consisting of mature cysts representing the three germ layers of all embryonic stages (FIG. 3), furthermore indicating that X-ALD-iPSCs remain omnipotent. Confirmed. Overall gene expression patterns of CCALD- and AMN-iPSCs were similar to those of H9-hESC than CCALD- and AMN-fibroblasts (FIG. 4).
총체적으로, 본원 발명은 CCALD- 및 AMN-iPSC 모두 hESC와 매우 유사하며, 인체의 모든 세포타입으로의 분화능이 유지되는 것을 설명해주었다.
Overall, the present invention demonstrated that both CCALD- and AMN-iPSCs are very similar to hESCs, and that the ability to differentiate into all cell types in the human body is maintained.
WTWT -, -, CCALDCCALD - 및 - and AMNAMN -- iPSCiPSC 로부터의 희돌기교세포 분화Glial cell differentiation from
희돌기교세포는 X-ALD에 주요하게 영향을 주는 세포타입 중의 하나이다. 희돌기교세포 분화에 ABCD1 유전자의 어느 부위가 영향을 주는지 확인하기 위해, 본 발명자들에 의해 확립된 원 프로토콜을 조금 수정한 것에 따라 WT-, CCALD 및 AMN-iPSC로부터 희돌기교세포를 제작하였다(19, 25). 우선, 를 Matrigel-코팅된 디쉬에 부착하기 전에 도소모핀(DM) 및 SB431542과 함께 4일간 배양하였다(도 5)(25). 5일후, 이 컬처들은 우선적으로 신경계 줄기 세포 마커인 Nestin 및 Pax6로 발현되는 신경 로제트 구조로 발생하였다(도 5, 데이터로 표시되지 않음).The oligodendrocytes are one of the major cell types that affect X-ALD. To confirm which site of the ABCD1 gene affects oligodendrocyte differentiation, oligodendrocytes were prepared from WT-, CCALD and AMN-iPSC following a slight modification of the original protocol established by the inventors (19). , 25). First, incubated for 4 days with doxomorphine (DM) and SB431542 before attaching to the Matrigel-coated dish (FIG. 5) (25). After 5 days, these cultures developed with neural rosette structures expressed preferentially with the neural stem cell markers Nestin and Pax6 (FIG. 5, not shown in data).
그 후, 신경 로제트 구조에서 형성된 신경 전구체(spherical neural masses, SNMs)는 신경 줄기 세포(neural precursors cells, NPCs)로 증식하는데 사용되었다(19, 23, 24)(도 5 및 6). 희돌기교세포 전구체(oligodendrocyte precursor cells, OPCs)로의 추가적인 분화를 위해, 신경전구체(SNMs)를 Matrigel-코팅 디쉬 위에 접종하였고, EGF(epidermal growth factor) 및 혈소판 유도성 성장 인자(platelet-derived growth factor, PDGF)가 있는 환경에서 약 2주 동안 배양하였다(도 5 및 6) A2B5 및 PDGF-R 항체에 의한 면역 염색 실험에 따르면, 유도된 세포는 committed OPCs에 대한 마커를 발현한다는 것을 발견하였다(도 7). OPC의 유도 동안에, hESCs, WT-, CCALD-, 및 AMN-iPSCs로부터 분화된 여러 OPC 중에서 세포 형태학 또는 분화 능에 있어 아무런 차이가 없고; hESC-, WT-, CCALD-, 및 AMN-OPCs은 각각 전체 세포 중에서 A2B5+ 세포에서 [83.6 ± 0.90 %, 73.1 ± 2.39 %, 79.2 ± 2.06 % (CCALD-iPSC-2 세포주; 74.7 ± 2.01 %) 및 75.2 ± 2.16 %] 정도 발생하였고, of A PDGF-R+세포에서는 [82.5 ± 2.25 %, 90.27 ± 1.25 %, 82.7 ± 1.27 % (CCALD-iPSC-2 세포주; 68.0 ± 2.21) 및 70.9 ± 1.46 %] 정도 발생하였다(도 20).
Subsequently, neural precursors (SNMs) formed in the neural rosette structure were used to proliferate to neural precursors cells (NPCs) (19, 23, 24) (FIGS. 5 and 6). For further differentiation into oligodendrocyte precursor cells (OPCs), neural precursors (SNMs) were inoculated onto Matrigel-coated dishes, EGF (epidermal growth factor) and platelet-derived growth factor (EPC). Cultured for about 2 weeks in the presence of PDGF (FIGS. 5 and 6). Immunostaining experiments with A2B5 and PDGF-R antibodies revealed that induced cells express markers for committed OPCs (FIG. 7). ). During induction of OPC, there is no difference in cell morphology or differentiation capacity among the various OPCs differentiated from hESCs, WT-, CCALD-, and AMN-iPSCs; hESC-, WT-, CCALD-, and AMN-OPCs were [83.6 ± 0.90%, 73.1 ± 2.39%, 79.2 ± 2.06% (CCALD-iPSC-2 cell line; 74.7 ± 2.01%) in A2B5 + cells among total cells, respectively And 75.2 ± 2.16%], and in of PDPD-R + cells [82.5 ± 2.25%, 90.27 ± 1.25%, 82.7 ± 1.27% (CCALD-iPSC-2 cell line; 68.0 ± 2.21) and 70.9 ± 1.46% ] Occurred (FIG. 20).
접종 2주 후, 최종 분화를 위해 이후의 3-4주 동안 주갑상선 호르몬(T3)이 있는 환경에서 OPC를 배양하였다(도 5). 수초 염기성 단백질(Myelin basic protein, MBP, 성숙한 희돌기교세포에 대한 마커)-면역반응 세포를 분화 후 관찰하였다(도 8). 본 발명자들은 hESCs, WT-iPSCs, CCALD-iPSCs 및 AMN-iPSCs 중에서 희돌기교세포의 분화 능력의 차이를 발견하는데 실패하였고, 이는 희돌기교세포 분화 및 발달 단계 동안 ABCD1 유전자의 결실에 직접적인 상호 관련이 없음을 나타내는 것이다.Two weeks after inoculation, OPCs were incubated in the presence of Thyroid Hormone (T3) for the next 3-4 weeks for final differentiation (FIG. 5). Myelin basic protein (MBP, marker for mature oligodendrocytes) -immunoreactive cells were observed after differentiation (FIG. 8). We failed to find a difference in the differentiation capacity of oligodendrocytes among hESCs, WT-iPSCs, CCALD-iPSCs, and AMN-iPSCs, which are not directly correlated to the deletion of the ABCD1 gene during oligodendrocyte differentiation and developmental stages. To indicate.
X-X- ALDALD -관련 표현형의 특징The characteristics of the relevant phenotype
X-ALD 환자로부터 얻은 피부 섬유아세포에서 포화 VLCFA의 비정상적인 축적이 높은 C26:0/C22:0비로 나타남이 보고되었다(30). 본 발명자들은 이들 세포가 X-ALD에서 보여지는 생화학적 특성을 대표화하는지 알아보기 위해 CCALD-희돌기교세포 및 CCALD-iPSC에서 VLCFA 농도를 분석하였다. 흥미롭게도 CCALD-iPSC의 VLCFA 농도가 hESCs, WT-iPSCs 및 WT-희돌기교세포에서 낮게 유지되었다. 그러나 CCALD-iPSC에서 분화된 CCALD-희돌기교세포에서는 CCALD-iPSC와 비교하여 매우 높은 C26:0/C22:0비(약 5.18배 증가)를 보여주었다(도 9). 이 결과는 VLCFA가 CCALD-iPSC의 희돌기교세포 분화 중에 증가한 것임을 시사한다.Abnormal accumulation of saturated VLCFAs in skin fibroblasts from X-ALD patients has been reported with high C26: 0 / C22: 0 ratios (30). We analyzed VLCFA concentrations in CCALD-oligodendrocytes and CCALD-iPSCs to determine if these cells represent the biochemical properties seen in X-ALD. Interestingly, the VLCFA concentration of CCALD-iPSC was kept low in hESCs, WT-iPSCs and WT-oligodendrocytes. However, CCALD-oligodendrocytes differentiated from CCALD-iPSC showed a very high C26: 0 / C22: 0 ratio (about 5.18-fold increase) compared to CCALD-iPSC (FIG. 9). This result suggests that VLCFA was increased during oligodendrocyte differentiation of CCALD-iPSC.
VLCFA 항상성은 ELOVL1 단백질의 내인적 합성 및 퍼옥시좀 베타-산화를 경유하는 분해 사이에서 균형이 유지되고, 본 발명자들은 혹시 ELOVL1 유전자 발현이 희돌기교세포에서 상향조절되는지 알아보았다. 예상했던대로, WT- 및 CCALD-희돌기교세포의 ELOVL1 유전자의 발현 수준은 각각 WT- 및 CCALD-iPSC와 비교하여 상당히 증가하였다(도 10). 이들 결과는 CCALD-희돌기교세포에서 비정상적인 VLCFA의 높은 농도가 ELOVL1 유전자의 증가된 발현 및 ABCD1 유전자의 돌연변이에서 기인한 균형이 깨진 VLCFA 항상성 때문이라고 본다. X-ALD의 아형들 사이의 모든 차이점을 밝히기 위한 노력에서, 본 발명자들은 CCALD- 및 AMN-iPSC에서 분화한 희돌기교세포 및 뉴런에서 VLCFA의 농도를 측정하였다(도 9 내지 13, 도 21). 예상했던 대로, X-ALD 아형 모두의 희돌기교세포 및 뉴런에서 VLCFA의 농도는 그들의 WT-대조군들의 농도와 비교하여 매우 높게 나타났다. 현저하게, CCALD-희돌기교세포는 AMN-희돌기교세포보다 매우 높은 농도의 VLCFA(C26:0/C22:0)를 포함하고 있는 것으로 나타났고(도 11), CCALD-타입 사후 뇌에서 심각한 탈수초화와 연관이 있는 것으로 우선적으로 관찰되었다(15). 반면에, AMN- 및 CCALD-뉴런 사이에서 VLCFA 농도의 통계적으로 상당한 변화가 나타남을 찾지 못하였다(도 11). 이러한 결과들은 모두 CCALD에서 심각한 임상양상은 희돌기교세포에서 비정상적인 VLCFA 축적과 관련이 있을 것임을 시사하며, 본 발명자들의 모델 시스템은 X-ALD 뇌의 전형적인 표현형에 대한 실마리를 제공한다.
VLCFA homeostasis is balanced between endogenous synthesis of ELOVL1 protein and degradation via peroxysome beta-oxidation, and we have seen whether ELOVL1 gene expression is upregulated in oligodendrocytes. As expected, the expression levels of ELOVL1 genes in WT- and CCALD-oligodendrocytes were significantly increased compared to WT- and CCALD-iPSC, respectively (FIG. 10). These results indicate that the looks, because the balance is broken VLCFA homeostasis resulting in increased expression of the mutant gene and ABCD1 a high concentration of an abnormal gene ELOVL1 VLCFA in CCALD- diluent projection glial cells. In an effort to uncover all the differences between the subtypes of X-ALD, we measured the concentration of VLCFA in oligodendrocytes and neurons differentiated from CCALD- and AMN-iPSCs (FIGS. 9-13, 21). As expected, the concentration of VLCFA in oligodendrocytes and neurons of both X-ALD subtypes was very high compared to the concentration of their WT-controls. Remarkably, CCALD-oligodendrocytes contained a much higher concentration of VLCFA (C26: 0 / C22: 0) than AMN-oligodendrocytes (FIG. 11) and severe demyelination in the CCALD-type postmortem brain. It was first observed to be associated with (15). On the other hand, no statistically significant change in VLCFA concentration was found between AMN- and CCALD-neurons (FIG. 11). These results all suggest that a serious clinical picture in CCALD may be associated with abnormal VLCFA accumulation in oligodendrocytes, and our model system provides a clue to the typical phenotype of the X-ALD brain.
X-X- ALDALD -희돌기교세포의 약리학적 특징Pharmacological characteristics of oligodendrocytes
4-PBA 및 로바스타틴은 ABCD2 유전자의 상향조절을 경유하여 X-ALD 섬유아세포 내의 VLCFA 농도를 효율적으로 낮춘다(10, 31). 그러나 지금까지, 이들 약물들이 또한 X-ALD 환자의 희돌기교세포 내의 VLCFA 축적에 영향을 주는지 여부가 증명되지 않았다. 따라서 본 발명자들은 CCALD-섬유아세포 내의 VLCFA 농도에 4-PBA 및 로바스타틴의 효과를 조사하기 위해 모색하였다.4-PBA and lovastatin effectively lower VLCFA concentrations in X-ALD fibroblasts via upregulation of the ABCD2 gene (10, 31). To date, however, it has not been demonstrated whether these drugs also affect VLCFA accumulation in oligodendrocytes in X-ALD patients. We therefore sought to investigate the effects of 4-PBA and lovastatin on VLCFA concentrations in CCALD-fibroblasts.
로바스타틴(6일 동안 1 mM) 및 4-PBA(6일 동안 1 mM)의 치료 후, CCALD-섬유아세포 내의 C26:0/C22:0는 각각 64.6% 및 26.4% 감소하였고(도 12), VLCFA 농도는 이들 약물들에 의해 상당히 감소하였음을 보여준다. 4-PBA에 의한 적정한 효과는 본 연구에서 사용된 약물의 낮은 복용량(1 mM)에 기인한 것으로 보인다: 4-PBA의 복용량이 5 mM이면, CCALD-섬유아세포 내의 VLCFA의 농도의 급격한 감소는 희돌기교세포 및 OPC에 높은 세포 독성이 있음을 보여주었다(데이터로 표시되지 않음). 본 발명자는 또한 약물 치료가 WT- 및 CCALD-섬유아세포 내의 ABCD2 mRNA 농도를 상당히 증가시킨다는 점을 발견하였다(도 13). 이러한 결과는 약물에 의한 CCALD-섬유아세포 내의 VLCFA 농도의 감소가 ABCD2 유전자 발현의 증가와 관련이 있음을 시사한다. 전부 고려해보건대, 본 발명의 iPSC-기반 세포 모델은 약물의 치료적 효능을 측정하는 것 뿐 아니라, 약효 기저의 메커니즘을 연구하는데 유용한 토대를 제공한다.After treatment with lovastatin (1 mM for 6 days) and 4-PBA (1 mM for 6 days), C26: 0 / C22: 0 in CCALD-fibroblasts decreased 64.6% and 26.4%, respectively (FIG. 12), VLCFA The concentration shows a significant decrease by these drugs. The moderate effect by 4-PBA seems to be due to the low dose (1 mM) of the drug used in this study: If the dose of 4-PBA is 5 mM, a sharp decrease in the concentration of VLCFA in CCALD-fibroblasts is rare. It has been shown to have high cytotoxicity to dendritic cells and OPC (not shown in data). We also found that drug treatment significantly increased ABCD2 mRNA concentrations in WT- and CCALD-fibroblasts (FIG. 13). These results suggest that a decrease in VLCFA concentration in CCALD-fibroblasts by drugs is associated with increased ABCD2 gene expression. All considered, the iPSC-based cell model of the present invention not only measures the therapeutic efficacy of a drug, but also provides a useful basis for studying the mechanisms underlying drug efficacy.
요약컨대, 본 연구의 X-ALD-iPSC 모델은 병 진전의 중요한 현상들을 요약 제시하며(예컨대, 희돌기교세포 내에서 VLCFA가 축적됨), 질병의 보다 나은 이해를 위한 실마리를 제공하며, 질병 아류형의 조기 진단 및 정확한 진단이 가능케 한다. 본 발명자가 알고 있는 바로는, 이것은 X-ALD 환자로부터 유래한 iPSC의 최초 논문이며, 이것은 X-ALD 연구에 대한 기초와 더불어 새로운 치료상 기초를 제공할 수 있다.
In summary, the X-ALD-iPSC model of this study summarizes important phenomena of disease progression (eg, VLCFA builds up in oligodendrocytes), provides clues for better understanding of disease, and Early diagnosis and accurate diagnosis are possible. To the best of our knowledge, this is the first paper in iPSCs derived from X-ALD patients, which may provide a new therapeutic basis along with the basis for the X-ALD study.
토의discussion
X-ALD는 진행성 질환으로 주로 뇌의 희돌기교세포, 척수의 축삭 및 말초 신경, 정소의 레이디그 세포 및 부신 피질 세포에 일차적으로 영향을 준다. 1919년에 첫 번째 사례로 보고된 이래 100여 년간의 연구에도 불구하고(32), 이 질병의 원인병태생리학의 기저에 있는 분자수준의 메커니즘의 상세한 이해 및 효율적 치료 요법의 발달은 아직 해결되지 않았다.X-ALD is a progressive disease that primarily affects oligodendrocytes in the brain, spinal cord axons and peripheral nerves, testicular lady cells, and adrenal cortex cells. Despite more than 100 years of research since its first case was reported in 1919 (32), a detailed understanding of the molecular mechanisms underlying the causative pathophysiology of the disease and the development of efficient treatment regimens have not yet been resolved. .
ABCD1 유전자에서 동일한 돌연변이로부터 조차 매우 다양한 표현형의 존재 및 이 질병의 모든 아형을 대표하는 신뢰할만한 세포 또는 동물 모델의 부족은 X-ALD 연구를 항상 진보를 지연시켰다. 최근 iPSC 기술의 도입은 cell replacement 치료 뿐 아니라(33), 질병 모델에 대해서 새로운 길을 열었다(27). 이 연구에서 본 발명자들은 환자의 섬유아세포로부터 두 가지 주요 X-ALD의 아형 iPSC 세포주를 성공적으로 제작하였고, 가장 심각한 CCALD, 후발성 AMD 및 희돌기교세포 내에서 그들을 분화시켰고, 해당 세포 타입은 주로 X-ALD 뇌에 영향을 주었다.The presence of a wide variety of phenotypes, even from the same mutations in the ABCD1 gene, and the lack of reliable cell or animal models representing all subtypes of this disease have always delayed progress in X-ALD studies. The recent introduction of iPSC technology has opened new avenues for disease models as well as cell replacement therapy (33). In this study, we have successfully constructed two major X-ALD subtype iPSC cell lines from patients' fibroblasts and differentiated them in the most severe CCALD, late AMD and oligodendrocytes, the cell type mainly X -ALD affected the brain.
흥미롭게도, X-ALD-iPSC는 ABCD1 유전제의 돌연변이에도 불구하고 hESC 및 WT-iPSC가 포함하고 있는 것만큼 VLCFA를 적게 포함한다(도 9). 이 현상의 그럴듯한 설명은 엄청난 세포 증식에 의해 VLCFA를 축적하는 것의 빠른 dilution을 포함하며, 느린 VLCFA 생합성은 ELOVL1 단백질의 제한적인 양, 그리고 예컨대 ABCD2와 같은 대체 수송체의 증가에 기인한다. 본 발명의 데이터는 X-ALD-iPSC 내에서 ELOVL1 유전자의 낮은 발현이 최소한 부분적으로는 상기 관찰과 관련이 있을 것이다(도 10). 희돌기교세포의 퇴화로부터 초래된 대뇌 탈수초화는 X-ALD의 가장 치명적인 표현형이고, 본 발명자는 X-ALD-iPSC의 두 형태(CCALD- 및 AMN-iPSC)를 희돌기교세포로 분화하여 확인하였다. WT- 및 X-ALD-iPSC로부터 희돌기교세포 분화에서 차이점이 없는 것은 명백하였고, 이는 ABCD1 유전자가 분화 단계에 영향을 주지 않는 것을 의미한다. 이 개념은 본 질환의 발병 전 인간 X-ALD 환자 및 ABCD1 녹아웃 마우스의 뇌에서 발달 장애가 나타나지 않은 것으로부터 뒷받침된다. Interestingly, X-ALD-iPSCs contain as little VLCFA as hESCs and WT-iPSCs, despite mutations in the ABCD1 gene (FIG. 9). A plausible explanation for this phenomenon involves the rapid dilution of accumulating VLCFAs by massive cell proliferation, and the slow VLCFA biosynthesis is due to a limited amount of ELOVL1 protein and an increase in alternative transporters such as ABCD2 . The data of the present invention will relate at least in part to the low expression of the ELOVL1 gene in X-ALD-iPSC (FIG. 10). Cerebral demyelination resulting from the degeneration of oligodendrocytes is the most lethal phenotype of X-ALD, and we have identified two forms of X-ALD-iPSC (CCALD- and AMN-iPSC) by differentiating oligodendrocytes. It was evident that there was no difference in oligodendrocyte differentiation from WT- and X-ALD-iPSCs, meaning that the ABCD1 gene did not affect the differentiation stage. This concept is supported by the absence of developmental disorders in the brain of human X-ALD patients and ABCD1 knockout mice prior to the onset of the disease.
놀랍게도, 본 연구 결과는 VLCFA 농도가 희돌기교세포 내 X-ALD-iPSC의 분화 후 매우 증가하였음을 나타내었다(도 9 및 11). 더 나아가 본 발명자들은 최소한 어느 정도는 VLCFA 농도가 ELOVL1 유전자의 발현의 증가 때문이라는 것을 보여주었다(도 10). 이 신규한 발명은 마우스의 출생 후 20일 무렵 수초 발달 동안 미소체형 VLCFA 신장 활동이 높다는 이전 발견과 같은 선상에 있다(34, 35). 더욱 인상깊게도, 본 발명의 결과는 AMN-희돌기교세포에서보다 CCALD-희돌기교세포에서 VLCFA 농도가 더욱 높다는 것을 보여주었고(도 11), 이것은 사후 뇌에서 만들어진 관찰을 설명한다; Asheuer et al., CCALD 뇌의 백질에서 VLCFA 농도가 (정상적) 대조군 뇌에서의 농도보다 3배 높았으나, AMN 백질에서는 단지 1.9배 정도 높았을 뿐이다(16).Surprisingly, the results showed that VLCFA concentrations increased significantly after differentiation of X-ALD-iPSCs in oligodendrocytes (FIGS. 9 and 11). Furthermore we have shown that at least to some extent the VLCFA concentration is due to an increase in the expression of the ELOVL1 gene (FIG. 10). This novel invention is in line with previous findings of high microsomal VLCFA kidney activity during myelin development around 20 days after birth of mice (34, 35). More impressively, the results of the present invention showed that the VLCFA concentration was higher in CCALD-oligodendrocytes than in AMN-oligodendrocytes (FIG. 11), which illustrates the observations made in post-mortem brain; Asheuer et al., VLCFA concentrations in CCALD brain whites were three times higher than those in (normal) control brains, but only 1.9 times higher in AMN whites (16).
본 발명의 i-PSC-유래의 세포 모델 시스템은 특정의 X-ALD 아형에 특이적인 귀중한 정보를 제공하는 유일한 기회를 제공하는 것은 분명하며, 이것은 이전 모델 시스템에서는 가능한 것이 아니었다. 비록 X-ALD 착상전 유전자 검사(Preimplantation Genetic Diagnosis, PDG)-ESC가 확립되었으나(36), 특성 분석이 전혀 이뤄지지 않았고, 이 질병의 유전형적-표현형적간 상관관계의 부재로 아형-특이적 세포 모델을 얻지 못하였다. 게다가, ABCD1 녹아웃 마우스 모델은 단지 인간 X-ALD, AMN의 경증에 대한 치료적, 병리학적 이상만을 반영할 뿐, CCALD은 그렇지 않다(18). 더욱이, X-ALD 환자의 인간 희돌기교세포 및 뉴런에의 접근 부족은 X-ALD의 세포 모델로서 1차 배양세포주로 사용하기 불가능한 옵션이 되도록 한다. 따라서, 본 발명의 X-ALD 세포 모델 시스템은 X-ALD의 원인 병태 생리학 및 신규의 효과적 치료법의 개발에 아형-특이적 메커니즘의 체계적인 설명을 제시해 준다.It is clear that the i-PSC-derived cell model system of the present invention offers the only opportunity to provide valuable information specific to a particular X-ALD subtype, which was not possible in previous model systems. Although X-ALD Preimplantation Genetic Diagnosis (PDG) -ESC has been established (36), no characterization has been performed and subtype-specific cell models in the absence of genotypic-phenotype correlation of the disease. Did not get. In addition, the ABCD1 knockout mouse model only reflects the therapeutic and pathological abnormalities for mild of human X-ALD, AMN, but not CCALD (18). Moreover, lack of access to human oligodendrocytes and neurons in X-ALD patients makes it an unusable option for primary culture cell lines as a cell model of X-ALD. Thus, the X-ALD cell model system of the present invention provides a systematic description of subtype-specific mechanisms in the causative pathophysiology of X-ALD and in the development of new effective therapies.
X-ALD 환자에 대한 확실한 치료 요법의 효능은 엄밀히 특정 질병 표현형에 의존하고, 이는 환자의 질병 아형의 초기 및 정확한 진단이 매우 중요함을 의미한다. 혈장 또는 섬유아세포 내의 VLCFA 농도(예컨대, C26:0/C22:0)가 질병의 아형과의 좋은 상관관계를 보여주지 않으므로, 본 발명의 iPSC-유래의 환자 특이적 희돌기교세포는 효과적인 치료가 이뤄지도록 환자의 X-ALD 아형을 예견하는 필수적인 선택일 것이다.
The efficacy of a definite therapeutic regimen for X-ALD patients is strictly dependent on the specific disease phenotype, which means that early and accurate diagnosis of the disease subtype of the patient is of great importance. Since VLCFA concentrations in plasma or fibroblasts (eg, C26: 0 / C22: 0) do not show a good correlation with disease subtypes, the iPSC-derived patient specific oligodendrocytes of the present invention are not treated effectively. May be an essential choice for predicting the patient's X-ALD subtype.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.
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Claims (14)
(a) 벡터에 트랜스유전자로서 OCT4, SOX2, KLF4 및 c-MYC로 구성된 군으로부터 선택되는 1개 이상의 유전자를 도입시키는 단계;
(b) 상기 트랜스유전자가 삽입된 벡터를 진단대상 환자로부터 유래된 인간 체세포에 형질전환 시키는 단계;
(c) 형질전환 후 상기 인간 체세포를 배양하여 역분화 유도만능 줄기세포를 제조하는 단계; 및
(d) 상기 제조된 역분화 유도만능 줄기세포를 희돌기교세포로 분화시키는 단계.
A method for preparing autologous oligodendrocytes for diagnosing X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) comprising the following steps:
(a) introducing into the vector one or more genes selected from the group consisting of OCT4, SOX2, KLF4 and c-MYC as transgenes;
(b) transforming the transgene-inserted vector into human somatic cells derived from a patient to be diagnosed;
(c) culturing the human somatic cells after transformation to produce dedifferentiation-induced pluripotent stem cells; And
(d) differentiating the prepared pluripotent stem cells into oligodendrocytes.
The method of claim 1, wherein the vector is a retrovirus.
The method of claim 1, wherein the X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) is Childhood Cerebral form ALD (CCALD) or Adrenomyeloneuropathy (AMN). Characterized in that the method.
(d-1) 상기 제조된 역분화 유도만능 줄기세포를 배양하여 배아유사세포덩어리(Embryoid Body, EB)를 얻고 이를 신경 로제트 구조(Neural Rosette structure)로 분화하는 단계;
(d-2) 상기 신경 로제트 구조를 신경 전구체(spherical neural masses, SNMs)로 분화하는 단계;
(d-3) 상기 신경 전구체를 희돌기교세포 전구체(oligodendrocyte precursor cells, OPCs)로 분화하는 단계; 및
(d-4) 상기 희돌기교세포 전구체를 희돌기교세포로 분화시키는 단계.
The method of claim 1 wherein step (d) comprises the following substeps:
(d-1) culturing the prepared differentiated induced pluripotent stem cells to obtain an embryonic body cell mass (EB) and differentiating it into a neural rosette structure;
(d-2) differentiating the neural rosette structure into spherical neural masses (SNMs);
(d-3) differentiating the neural precursor into oligodendrocyte precursor cells (OPCs); And
(d-4) differentiating the oligodendrocyte precursors into oligodendrocytes.
(a) X-ALD 환자의 세포로부터 역분화시켜 제조된 역분화 유도만능 줄기세포로부터 분화시킨 희돌기교세포(oligodendrocyte)에 치료제 후보물질을 처리하는 단계; 및
(b) 상기 희돌기교세포 내의 긴꼬리지방산(Very long-chain Fatty Acid, VLCFA)의 양의 감소, ABCD2 유전자의 발현의 상향조절 또는 ELOVL1 유전자의 발현의 하향조절을 분석하는 단계.
Screening methods for X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) therapeutic candidates comprising the following steps:
(a) treating a therapeutic candidate with oligodendrocytes differentiated from dedifferentiation-induced pluripotent stem cells prepared by dedifferentiation from cells of X-ALD patients; And
(b) analyzing a decrease in the amount of long long-chain fatty acid (VLCFA), upregulation of the expression of ABCD2 gene or downregulation of the expression of ELOVL1 gene in the oligodendrocytes .
8. The method of claim 7, wherein the X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) is Childhood Cerebral form ALD (CCALD) or Adrenomyeloneuropathy (AMN). Characterized in that the method.
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