KR101342035B1 - Biomaker and screening method of drug having nephyrotoxicity and side effects using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 바이오마커 및 이를 이용한 검색 방법에 관한 것으로, 구체적으로 다양한 신장독성 유발 약물에 공통적으로 유전자 발현이 증가 또는 감소하는 바이오마커 및 이를 이용한 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바이오마커는 DNA 마이크로어레이 칩을 통하여 선별된 반응 유전자들을 바이오마커로 이용하여 새로운 신장독성 및 부작용의 위험성을 지닌 약물 또는 화학물질을 모니터링 및 판정하는데 유용하게 사용될 수 있으며, 신장독성을 일으키는 작용 기작을 규명하는 도구로 이용될 수 있다.The present invention relates to a biomarker for searching for renal toxicity and side effects-inducing drugs and a search method using the same. Specifically, a biomarker for increasing or decreasing gene expression in common to various renal toxicity-inducing drugs and a renal toxicity and side effects-inducing drug using the same It is about a search method. The biomarker of the present invention can be usefully used to monitor and determine drugs or chemicals having new kidney toxicity and side effects risk by using the reaction genes selected through the DNA microarray chip as biomarkers. It can be used as a tool to identify mechanisms of action.
신장독성 약물, 마이크로어레이 Renal Toxicity Drugs, Microarrays
Description
도 1은 신장독성 유발 약물(암포테리신 B 및 시스플라틴)의 인간 정상 신장 세포주에서의 세포 독성을 조사한 그래프이다.1 is a graph of cytotoxicity of nephrotoxicity-inducing drugs (amphotericin B and cisplatin) in human normal kidney cell lines.
도 2는 마이크로어레이 칩을 이용한 신장독성 유발물질을 처리한 인간 정상 신장 세포주의 발현 양상을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a view showing the results of analyzing the expression of human normal kidney cell line treated with a nephrotoxic agent using a microarray chip.
도 3은 신장독성 유발 약물들에 의해 공통적으로 발현 변화하는 유전자의 개수를 도식화한 밴다이어그램 도면이다.3 is a band diagram showing the number of genes that are commonly expressed and changed by nephrotoxicity-inducing drugs.
본 발명은 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 바이오마커 및 이를 이용한 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신장독 성 유발 약물에 공통적으로 유전자 발현 증가 또는 감소하는 바이오마커 및 이를 이용한 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biomarker for searching for renal toxicity and side effects-inducing drugs and a method for searching for renal toxicity and side effects-inducing drugs using the same. More specifically, a biomarker for increasing or decreasing gene expression in common to renal toxicity-inducing drugs and the same The present invention relates to a method for searching for nephrotoxicity and side effects causing drugs.
신장독성은 항생제나 다양한 약물을 투여했을 때 발생하는 부작용이다. 이런 신장독성은 다양한 네프론 부위의 세포에 유독한 상해를 입히고 사구체에 존재하는 특수한 세포에도 영향을 미치게 된다(Toback, Kidney Int. 41:226-246, 1992). 신장독성과 관련된 유전자는 인간에서 보다는 동물에서 많이 알려져 있는데 MAPKK(mitogen-activated protein kinase kinase) 6의 경우, S.D. 랫트(rat)에서 세포 분열을 저해하여 세포 성장을 억제해서 신장독성을 일으키는 표적 유전자로 알려져 있다(Yan et al ., J. Ethnopharmacol . 2006 Apr 15). Kidney injury molecule-1은 잘 알려진 신장독성 마커 유전자로 신장이 손상을 입으면 세포 밖 표면의 세포막에 존재하는 단백질을 제거하는 것으로 알려져 있다(Bailly et al ., J. Biol . Chem . 277: 39739-39748, 2002). Clusterin, EGF(Epidermal growth factor), TIMP-3(Tissue inhibitor of metalloproteinases-3), IGFBP-1(Insulin-like growth factor binding protein 1)은 급성 신장장애의 경우 신장을 재생하기위하여 발현되는 유전자들이다(Bohe et al .,, Kidney Int . 54:1070-1082, 1998; Gobe et al ., Kidney Int. 4:411-420. 1995; Lee et al ., Proc . Soc . Exp . Biol . Med . 216:319-357, 1997; Leonard et al ., Ren . Fail . 16:583-608., 1994; Silkensen et al ., J. Am . Soc . Nephrol . 8:302-305, 1997). 그러나 이러한 유전자만으로 신장독성 물질을 검색하고 평가하기에는 아직 불충분하다. Kidney toxicity is a side effect of antibiotics and various medications. This nephrotoxicity causes toxic injuries to cells in various nephron sites and affects specific cells in the glomeruli (Toback, Kidney). Int . 41: 226-246, 1992). Renal toxicity-related genes are more known in animals than in humans. In the case of mitogen-activated protein kinase kinase (MAPKK) 6, SD rats are known to target cell growth by inhibiting cell division and inhibiting cell growth. Yan et al ., J. Ethnopharmacol . 2006 Apr 15). Kidney injury molecule-1 is a well-known renal virulence marker gene and is known to remove proteins present in the cell membranes on the extracellular surface when the kidney is damaged (Bailly et al. al ., J. Biol . Chem . 277: 39739-39748, 2002). Clusterin, EGF (Epidermal growth factor), TIMP-3 (Tissue inhibitor of metalloproteinases-3), and IGFBP-1 (Insulin-like growth factor binding protein 1) are genes that are expressed to regenerate kidneys in acute kidney disorders. Bohe et al ., Kidney Int . 54: 1070-1082, 1998; Gobe et al ., Kidney Int. 4: 411-420. 1995; Lee et al ., Proc . Soc . Exp . Biol . Med . 216: 319-357, 1997; Leonard et al ., Ren . Fail . 16: 583-608., 1994; Silkensen et al ., J. Am . Soc . Nephrol . 8: 302-305, 1997). However, these genes alone are still insufficient to detect and evaluate renal toxicants.
포유류 6종, 미생물 292종 등 여러 종의 게놈(genome) 염기서열 프로젝트가 완성되어 NCBI(National Center for Biotechnology Information)에 보고 되었다. 이렇게 얻어진 막대한 양의 데이터를 기본으로 유전자의 기능을 연구하기 위하여 게놈-와이드 익스프레션(genome-wide expression) 연구가 이루어지고 있다. 한번의 실험으로 수천 개의 유전자의 발현을 분석하기 위하여 DNA 마이크로어레이(microarray) 분석을 수행한다(Schena, M., et al ., Proc. Natl . Acad . Sci . USA 93:10614-10619, 1996). Several genome sequencing projects, including six mammals and 292 microbes, have been completed and reported to the National Center for Biotechnology Information (NCBI). Genome-wide expression studies have been conducted to study the function of genes based on the vast amount of data thus obtained. DNA microarray analysis is performed to analyze the expression of thousands of genes in one experiment (Schena, M., et. al ., Proc. Natl . Acad . Sci . USA 93: 10614-10619,1996).
마이크로어레이는 cDNA(complementary DNA)나 20-25 염기쌍(base pair) 길이의 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)들의 세트를 유리에 집적화한 것이다. cDNA 마이크로어레이는 학교 내의 연구실 또는 Agilent, Genomic Solutions 등의 회사에서 칩 위에 cDNA 수집물을 기계적로 고정화 하거나 잉크젯(ink jetting) 방법을 이용하여 생산하고 있다(Sellheyer, K and Belbin, T.J., J. Am . Acad . Dermatol. 51:681-692, 2004). 올리고뉴클레오티드 마이크로어레이는 Affymetrix사에서 사진 식각 공정(photolithography)을 이용하여 칩 위에서 직접 합성 방법에 의해 만들고 있으며, Agillent사 등에는 합성된 올리고뉴클레오티드를 고정화하는 방법으로 생산하고 있다(Sellheyer, K. and Belbin, T.J., J. Am . Acad . Dermatol. 51:681-692, 2004).Microarrays integrate a set of oligonucleotides of complementary DNA (cDNA) or 20-25 base pairs in length on glass. cDNA microarrays are produced by labs in schools or by companies such as Agilent and Genomic Solutions, by mechanically immobilizing cDNA collections on chips or by using ink jetting (Sellheyer, K and Belbin, TJ, J. Am). . Acad Dermatol 51:.. 681-692 , 2004). Oligonucleotide microarrays are made by Affymetrix using a photolithography method directly on the chip, and Agillent, etc. are produced by immobilizing synthesized oligonucleotides (Sellheyer, K. and Belbin). , TJ, J. Am . Acad . Dermatol . 51: 681-692, 2004).
유전자의 발현을 분석을 위해서는 조직 등 시료에서 RNA를 얻어 DNA 마이크로어레이에 있는 올리고뉴클레오티드와 교잡반응을 수행한다. 얻어진 RNA는 형광 이나 동위원소로 표지화하며, cDNA로 전환시킨다. cDNA 마이크로어레이는 주로 두개의 다른 형광(예: Cye3과 Cye5)으로 대조군과 실험군을 각각 표지화하여 같은 칩 상에서 동시에 교잡 반응을 수행한 후 광학적으로 이미지를 스캔하여 형광의 세기를 얻고 그 결과를 분석한다. 두개의 형광 세기의 비율에 따라 유전자의 발현 여부를 결정한다(Somasundaram, K., et al ., Genomics Proteomics I:1-10, 2002).To analyze gene expression, RNA is obtained from samples such as tissues and hybridized with oligonucleotides in DNA microarrays. The obtained RNA is labeled with fluorescence or isotope and converted to cDNA. The cDNA microarray is mainly labeled with two different fluorescences (eg, Cye3 and Cye5) to perform the hybridization reaction on the same chip at the same time. . Gene expression is determined according to the ratio of the two fluorescence intensities (Somasundaram, K., et al ., Genomics Proteomics I: 1-10, 2002).
최근 DNA 마크로어레이 기술을 이용한 첨단 기법인 독성 유전체학(Toxicogenomics) 연구 등과 접목하여 대량(high throughput)으로 의약품 및 신의약 후보물질은 물론 모든 화학물질에 의한 특정 조직이나 세포주에서 발현되는 유전자들의 발현 패턴의 분석, 양적 분석이 가능해졌다. 이에 따라 특정 세포 내에서 특정 유전자의 발현 빈도를 분석함으로써 약물의 부작용과 관련된 유전자의 발굴이 가능하며, 이를 통하여 약물의 작용 및 부작용에 따른 분자적 메커니즘을 이해하게 될 것이며 나아가 독성 및 부작용을 유발하는 물질의 검색 및 진단이 가능하게 될 것이다. In combination with the recent research on toxic genomics (Toxicogenomics), which is an advanced technique using DNA macroarray technology, the expression pattern of genes expressed in specific tissues or cell lines by all chemicals as well as drug and new drug candidates in high throughput. Analysis and quantitative analysis are now possible. Accordingly, by analyzing the frequency of expression of specific genes in specific cells, it is possible to discover genes related to side effects of drugs, and through this, we will understand the molecular mechanisms according to the actions and side effects of drugs, Search and diagnosis of the material will be possible.
이에 본 발명자들은 인간 유전자 3만 6천개가 집적된 올리고마이크로어레이를 이용하여 신장독성을 유발하는 대표적인 2종의 약물들의 유전자 발현 프로파일을 인간 정상 신장 세포주에서 관찰 및 분석함으로써 신장독성 유발 약물에 의해 공통적으로 과발현 또는 저발현 되는 유전자를 발굴하고, 실시간(real-time) RT-PCR 방법에 의해 상기 유전자들의 발현 양상을 확인함으로써 신장독성 및 부작용 유발 약물을 검출할 수 있는 바이오마커 및 이를 이용한 검색 방법을 확립하여 본 발명을 완성하였다.In this regard, the present inventors observed and analyzed gene expression profiles of two representative drugs that induce nephrotoxicity using oligomicroarrays in which 36,000 human genes were accumulated. The biomarker and detection method using the same can be used to detect overexpressed or underexpressed genes and to detect the expression of the genes by real-time RT-PCR. The present invention has been completed.
본 발명의 목적은 신장독성 및 부작용 유발 약물에 의해 공통적으로 과발현 또는 저발현되는 바이오마커 및 상기 바이오마커를 이용한 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a biomarker commonly overexpressed or low expressed by a renal toxicity and side effect causing drug, and a method for searching for renal toxicity and side effect causing drug using the biomarker.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 신장독성 및 부작용 유발 약물에 의해 자극받은 인간 신장세포에서 발현 변화를 일으키는 것을 특징으로 하는 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 바이오마커를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a biomarker for renal toxicity and side effects induced drug search characterized in that the expression changes in human kidney cells stimulated by the renal toxicity and side effects causing drugs.
또한, 본 발명은 상기 바이오마커 유전자 서열의 전부 또는 일부를 포함하는 올리고뉴클레오티드 또는 그의 상보가닥 분자가 집적된 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 DNA 마이크로어레이 칩을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a DNA microarray chip for renal toxicity and side effect-induced drug search in which the oligonucleotide or its complementary strand molecules containing all or part of the biomarker gene sequence are integrated.
또한, 본 발명은 상기 바이오바커를 이용한 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for screening a drug for renal toxicity and side effects using the biobarker.
아울러, 본 발명은 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색 키트를 제공한다.In addition, the present invention provides a kit for searching for nephrotoxicity and side effects.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 신장독성 및 부작용 유발 약물에 의해 자극받은 인간 신장세포에 서 발현 변화를 일으키는 것을 특징으로 하는 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 바이오마커를 제공한다.The present invention provides a biomarker for renal toxicity and side effects induced drug search characterized in that the expression changes in human kidney cells stimulated by the renal toxicity and side effects causing drugs.
상기 신장독성 및 부작용 유발 약물은 암포테리신 B 및 시스플라틴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 바이오마커는 아팝토시스, 전사 조절, 신호 전달, 전달, 및 대사 관련 유전자로 구성되어 있다.The drug for causing nephrotoxicity and side effects is preferably selected from the group consisting of amphotericin B and cisplatin, but is not limited thereto. The biomarker consists of genes related to apoptosis, transcriptional regulation, signal transduction, transduction, and metabolism.
본 발명은 하기와 같이 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오마커를 제공한다: 유전자 등록번호(Genebank) XM_498383(similar to Aldo-keto reductase family 1, member B1), 유전자 등록번호 AK001361[Protein phosphatase 1, regulatory(inhibitor) subunit 15A], 유전자 등록번호 AJ002535(Obscurin, cytoskeletal calmodulin and titin-interacting RhoGEF), 유전자 등록번호 AK095253(Bystin-like), 유전자 등록번호 AK026909(Disrupter of silencing 10), 유전자 등록번호 CR612719(Growth arrest and DNA-damage-inducible, alpha), 유전자 등록번호 NM_138417(KTI12 homolog, chromatin associated(S. cerevisiae)), 유전자 등록번호 CR601067(Plasminogen activator, urokinase receptor), 유전자 등록번호 AK074052(Tripartite motif-containing 41), 유전자 등록번호 XM_039495[(synonym: DJ347H13.4; Homo sapiens DNA segment, Chr 15, Wayne State University 75, expressed(D15Wsu75e)], 유전자 등록번호 BC067751[V-maf musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog F(avian)], 유전자 등록번호 BM555452(Tumor necrosis factor receptor superfamily, member 12A), 유전자 등록 번호 AK025974(Hypothetical protein MGC2574), 유전자 등록번호 NM_152392[AHA1, activator of heat shock 90kDa protein ATPase homolog 2(yeast)], 유전자 등록번호 CR613579(Growth arrest and DNA-damage-inducible, gamma), 유전자 등록번호 NM_031298(Transmembrane protein 93), 유전자 등록번호 BU673968[RIO kinase 3(yeast)], 유전자 등록번호 D67025[Proteasome(prosome, macropain) 26S subunit, non-ATPase, 3], 유전자 등록번호 BC040191(Solute carrier family 35, member E4), 유전자 등록번호 XM_371569[Similar to Probable mitochondrial import receptor subunit TOM40 homolog(p38.5)], 유전자 등록번호 NM_015946[Pelota homolog(Drosophila)], 유전자 등록번호 BX537620[3-hydroxy-3-methylglutaryl-Coenzyme A synthase 1(soluble)], 유전자 등록번호 NM_005203(Collagen, type XIII, alpha 1), 유전자 등록번호 BC004102(Aldehyde dehydrogenase 3 family, memberA1), 유전자 등록번호 AB075871[Golgi transport 1 homolog A(S. cerevisiae)], 유전자 등록번호 NM_005310(Growth factor receptor-bound protein 7), 유전자 등록번호 NM_173160(FXYD domain containing ion transport regulator 4), 유전자 등록번호 XM_499262(similar to procollagen, type VI, alpha 2), 유전자 등록번호 NM_080542[Collagen-like tail subunit(single strand of homotrimer) of asymmetric acetylcholinesterase], 유전자 등록번호 AY203954[RNA binding motif(RNP1, RRM) protein 3], 유전자 등록번호 NM_001005190(Olfactory receptor, family 7, subfamily A, member 10), 유전자 등록번호 NM_005247[Fibroblast growth factor 3(murine mammary tumor virus integration site(v-int-2) oncogene homolog)], 유전자 등록번호 BC033515(LysM, putative peptidoglycan-binding, domain containing 2), 유전자 등록번호 NM_000134(Fatty acid binding protein 2, intestinal), 유전자 등록번호 BC051890(Tubulin, gamma 2), 유전자 등록번호 AY008294[Zinc finger protein, subfamily 1A, 2(Helios)], 유전자 등록번호 NM_014323(Zinc finger protein 278), 유전자 등록번호 NM_001215(Carbonic anhydrase VI), 유전자 등록번호 AY706204[SIN3 homolog B, transcription regulator(yeast)], 유전자 등록번호 NM_001004703(Olfactory receptor, family 4, subfamily C, member 46), 유전자 등록번호 NM_002409[Mannosyl(beta-1,4-)-glycoprotein beta-1,4-N-acetylglucosaminyltransferase], 유전자 등록번호 AK094580(Serine/threonine kinase 32A), 유전자 등록번호 NM_002918[Regulatory factor X, 1(influences HLA class II expression)], 유전자 등록번호 AF097935(Desmoglein 1), 유전자 등록번호 NM_012110(Cysteine-rich hydrophobic domain 2), 유전자 등록번호 NM_001001524(Transmembrane 6 superfamily member 2), 유전자 등록번호 BE889572(28kD interferon responsive protein), 유전자 등록번호 BX640959(Hypothetical protein FLJ14213), 유전자 등록번호 AK122912(Zinc finger, CCCH-type with G patch domain), 유전자 등록번호 XM_495909(Ovostatin), 유전자 등록번호 NM_020458(Tetratricopeptide repeat domain 7A), 유전자 등록번호 NM_145202(Proline-rich acidic protein 1), 유전자 등록번호 AF307451(Cat eye syndrome chromosome region, candidate 6), 유전자 등록번호 AK024144(Hypothetical protein FLJ14082), 유전자 등록번호 AB040955(KIAA1522), 유전자 등록번호 AL833764[Fer-1-like 4(C. elegans)], 유전자 등록번호 AY129013(TBC1 domain family, member 17), 유전자 등록번호 AK096289(Thrombospondin, type I, domain containing 1), 유전자 등록번호 BM542003(WD repeat domain 54), 유전자 등록번호 AB018270(Myosin ID), 유전자 등록번호 BC073828[Protein phosphatase 1J(PP2C domain containing)], 유전자 등록번호 AF279145(Anthrax toxin receptor 1), 유전자 등록번호 AY358993(Keratinocyte associated protein 3), 유전자 등록번호 BG167195(Similar to D-PCa-2 protein), 유전자 등록번호 XM_498695(LOC440488), 유전자 등록번호 XM_373266(Similar to sphingomyelin phosphodiesterase 3, neutral membrane), 유전자 등록번호 AK096265(Sushi domain containing 4), 유전자 등록번호 XM_378608(Hypothetical gene supported by AK096066), 유전자 등록번호 AW575256(LOC441281), 유전자 등록번호 NM_001010867, 유전자 등록번호 AK023662, 유전자 등록번호 XM_290629, 유전자 등록번호 AL136662 및 유전자 등록번호 BC025741.The present invention provides a biomarker, characterized in that selected from the group consisting of: Genebank (Genebank) XM_498383 (similar to Aldo-
1) 상기 바이오마커 중에서 신경 독성 및 부작용 유발 약물로 자극하여 발현이 증가하는 바이오마커 유전자는 하기와 같다: 유전자 등록번호(Genebank) XM_498383(similar to Aldo-keto reductase family 1, member B1), 유전자 등록번호 AK001361[Protein phosphatase 1, regulatory(inhibitor) subunit 15A], 유전자 등록번호 AJ002535(Obscurin, cytoskeletal calmodulin and titin-interacting RhoGEF), 유전자 등록번호 AK095253(Bystin-like), 유전자 등록번호 AK026909(Disrupter of silencing 10), 유전자 등록번호 CR612719(Growth arrest and DNA-damage-inducible, alpha), 유전자 등록번호 NM_138417[KTI12 homolog, chromatin associated(S. cerevisiae)], 유전자 등록번호 CR601067(Plasminogen activator, urokinase receptor), 유전자 등록번호 AK074052(Tripartite motif-containing 41), 유전자 등록번호 XM_039495[synonym: DJ347H13.4; Homo sapiens DNA segment, Chr 15, Wayne State University 75, expressed(D15Wsu75e)], 유전자 등록번호 BC067751[V-maf musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog F(avian)], 유전자 등록번호 BM555452(Tumor necrosis factor receptor superfamily, member 12A), 유전자 등록번호 AK025974(Hypothetical protein MGC2574), 유전자 등록번호 NM_152392[AHA1, activator of heat shock 90kDa protein ATPase homolog 2(yeast)], 유전자 등록번호 CR613579(Growth arrest and DNA-damage-inducible, gamma), 유전자 등록번호 NM_031298(Transmembrane protein 93), 유전자 등록번호 BU673968[RIO kinase 3(yeast)], 유전자 등록번호 D67025[Proteasome(prosome, macropain) 26S subunit, non-ATPase, 3], 유전자 등록번호 BC040191(Solute carrier family 35, member E4), 유전자 등록번호 XM_371569[Similar to Probable mitochondrial import receptor subunit TOM40 homolog(p38.5)] 및 유전자 등록번호 NM_015946[Pelota homolog(Drosophila)]. 1) Among the biomarkers, biomarker genes whose expression is increased by stimulation with neurotoxicity and side effect-inducing drugs are as follows: Genebank No. XM_498383 (similar to Aldo-
2) 상기 바이오마커 중에서, 신경 독성 및 부작용 유발 약물로 자극하여 발현이 감소하는 바이오마커 유전자는 하기와 같다: 유전자 등록번호 BX537620[3-hydroxy-3-methylglutaryl-Coenzyme A synthase 1 (soluble)], 유전자 등록번호 NM_005203(Collagen, type XIII, alpha 1), 유전자 등록번호 BC004102(Aldehyde dehydrogenase 3 family, memberA1), 유전자 등록번호 AB075871[Golgi transport 1 homolog A(S. cerevisiae)], 유전자 등록번호 NM_005310(Growth factor receptor-bound protein 7), 유전자 등록번호 NM_173160(FXYD domain containing ion transport regulator 4), 유전자 등록번호 XM_499262(similar to procollagen, type VI, alpha 2), 유전자 등록번호 NM_080542[Collagen-like tail subunit(single strand of homotrimer) of asymmetric acetylcholinesterase], 유전자 등록번호 AY203954[RNA binding motif(RNP1, RRM) protein 3], 유전자 등록번호 NM_001005190(Olfactory receptor, family 7, subfamily A, member 10), 유전자 등록번호 NM_005247[Fibroblast growth factor 3(murine mammary tumor virus integration site(v-int-2) oncogene homolog)], 유전자 등록번호 BC033515(LysM, putative peptidoglycan-binding, domain containing 2), 유전자 등록번호 NM_000134(Fatty acid binding protein 2, intestinal), 유전자 등록번호 BC051890(Tubulin, gamma 2), 유전자 등록번호 AY008294[Zinc finger protein, subfamily 1A, 2 (Helios)], 유전자 등록번호 NM_014323(Zinc finger protein 278), 유전자 등록번호 NM_001215(Carbonic anhydrase VI), 유전자 등록번호 AY706204[SIN3 homolog B, transcription regulator(yeast)], 유전자 등록번호 NM_001004703(Olfactory receptor, family 4, subfamily C, member 46), 유전자 등록번호 NM_002409[Mannosyl(beta-1,4-)-glycoprotein beta-1,4-N-acetylglucosaminyltransferase], 유전자 등록번호 AK094580(Serine/threonine kinase 32A), 유전자 등록번호 NM_002918[Regulatory factor X, 1(influences HLA class II expression)], 유전자 등록번호 AF097935(Desmoglein 1), 유전자 등록번호 NM_012110(Cysteine-rich hydrophobic domain 2), 유전자 등록번호 NM_001001524(Transmembrane 6 superfamily member 2), 유전자 등록번호 BE889572(28kD interferon responsive protein), 유전자 등록번호 BX640959(Hypothetical protein FLJ14213), 유전자 등록번호 AK122912(Zinc finger, CCCH-type with G patch domain), 유전자 등록번호 XM_495909(Ovostatin), 유전자 등록번호 NM_020458(Tetratricopeptide repeat domain 7A), 유전자 등록번호 NM_145202(Proline-rich acidic protein 1), 유전자 등록번호 AF307451(Cat eye syndrome chromosome region, candidate 6), 유전자 등록번호 AK024144(Hypothetical protein FLJ14082), 유전자 등록번호 AB040955(KIAA1522), 유전자 등록번호 AL833764[Fer-1-like 4(C. elegans)], 유전자 등록번호 AY129013(TBC1 domain family, member 17), 유전자 등록번호 AK096289(Thrombospondin, type I, domain containing 1), 유전자 등록번호 BM542003(WD repeat domain 54), 유전자 등록번호 AB018270(Myosin ID), 유전자 등록번호 BC073828[Protein phosphatase 1J(PP2C domain containing)], 유전자 등록번호 AF279145(Anthrax toxin receptor 1), 유전자 등록번호 AY358993(Keratinocyte associated protein 3), 유전자 등록번호 BG167195(Similar to D-PCa-2 protein), 유전자 등록번호 XM_498695(LOC440488), 유전자 등록번호 XM_373266(Similar to sphingomyelin phosphodiesterase 3, neutral membrane), 유 전자 등록번호 AK096265(Sushi domain containing 4), 유전자 등록번호 XM_378608(Hypothetical gene supported by AK096066), 유전자 등록번호 AW575256(LOC441281), 유전자 등록번호 NM_001010867, 유전자 등록번호 AK023662, 유전자 등록번호 XM_290629, 유전자 등록번호 AL136662 및 유전자 등록번호 BC025741.2) Among the biomarkers, biomarker genes whose expression is reduced by stimulation with neurotoxic and adverse drug-inducing drugs are as follows: gene registration number BX537620 [3-hydroxy-3-methylglutaryl-Coenzyme A synthase 1 (soluble)], Gene registration number NM_005203 (Collagen, type XIII, alpha 1), gene registration number BC004102 (
본 발명자들은 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 바이오마커를 발굴하기 위하여, 기존에 신경독성을 유발하는 암포테리신 B(Amphotericine B) 및 시스플라틴(cisplatin)을 인간 정상 신장 세포주(HK-2)에 처리하여 세포 독성을 확인하였다. 그 결과, 상기 2 종의 신경독성 약물은 인간 정상 신장 세포주에 독성을 가짐이 확인되었고(도 1 참조), 상기 실험을 바탕으로 각각의 약물의 농도를 결정하였다. 이후 상기 결정된 농도로 각각의 신경독성 유발 약물을 인간 정상 신장 세포주에 처리하고, 상기 약물을 처리한 세포주에서 mRNA를 분리하여 cDNA를 합성하면서 형광물질로 표지하였다. 상기 형광표지된 cDNA를 36k 올리고마이크로어레이 칩 Human V4.0 OpArray(Operon, Germany)과 혼성화하였고, 형광 이미지를 스캔하여 유전자 발현 양상의 차이를 분석하였다(도 2 참조). 분석시 Cy5/Cy3 비율이 1.5 배 이상을 발현 증가된 유전자로 분류하였고, 0.5 배 이하를 발현 감소된 유전자로 분류하였다. 분석 결과, 발현 증가된 유전자는 암포테리신 B의 경우 2.94%(36910개의 유전자 중 1086개), 시스플라틴은 2.58%(36910개의 유전자 중 954개)임을 확인하였다. 또한, 발현이 감소된 유전자는 암포테리신 B의 경우, 9.92%(36910개의 유전자 중 3657개), 시스플라틴은 4.74%(36910개의 유전자 중 1747개)임을 확인하였다(도 3 참조). 이때, 2종의 신장독성 유발 약물들에 의해 공통적으로 1.5배 이상 과발현 되거나 저발현 되는 유전자들을 분류하였으며, 127개의 유전자 발현이 증가하고, 781개의 유전자 발현이 감소하였다. 이들 유전자들을 기능별로 분류하면 아팝토시스(apoptosis), 전사(transcription), 신호 전달(signal transduction), 대사(metabolism) 및 전달(transport)에 관련된 유전자들이었다(표 2,3 및 도 3 참조). 상기 유전자들은 급성 신장장애 (acute renal failure)와 관련이 있다는 보고는 있지만, 본 발명에서 사용한 신장독성을 유발하는 약물(암포테리신 B 및 시스플라틴)을 처리 했을 때, 인간 신장 세포주에서 신장독성과 관련이 있다는 보고는 없다. In order to discover biomarkers for renal toxicity and side effects-inducing drug screening, the present inventors have previously treated neurotoxicity with amphotericine B and cisplatin in human normal kidney cell lines (HK-2). Was confirmed for cytotoxicity. As a result, the two neurotoxic drugs were confirmed to be toxic to human normal kidney cell lines (see FIG. 1), and the concentration of each drug was determined based on the experiment. Each neurotoxic inducing drug was then treated in human normal kidney cell lines at the determined concentration, mRNA was isolated from the drug treated cell line, and labeled with fluorescent material while synthesizing cDNA. The fluorescently labeled cDNA was hybridized with a 36k oligomicroarray chip Human V4.0 OpArray (Operon, Germany), and the fluorescence images were scanned to analyze differences in gene expression patterns (see FIG. 2). In analysis, the Cy5 / Cy3 ratio was classified as 1.5 times or more genes with increased expression, and 0.5 times or less as genes with reduced expression. As a result, it was confirmed that the expression increased gene was 2.94% (1086 of 36910 genes) for amphotericin B and 2.58% (954 of 36910 genes) with cisplatin. In addition, it was confirmed that the genes with reduced expression were 9.92% (3657 out of 36910 genes) and 4.74% (1747 out of 36910 genes) for amphotericin B (see FIG. 3). In this case, genes overexpressed or underexpressed by 1.5 times or more by two kinds of nephrotoxic drugs were classified, 127 gene expressions increased, and 781 gene expressions decreased. Classifying these genes by function was those involved in apoptosis, transcription, signal transduction, metabolism and transport (see Tables 2, 3 and 3). . Although these genes have been reported to be associated with acute renal failure, they have been associated with renal toxicity in human renal cell lines when treated with drugs that induce nephrotoxicity (amphotericin B and cisplatin) used in the present invention. There is no report of this.
이후, 본 발명자들은 상기 유전자 중 아팝토시스 관련 유전자와 신장독성과 연관된 유전자 4종을 분리하여 실시간 RT-PCR(real-time reverse transcript polymerase chain reaction) 방법으로 발현 양상을 조사하였다. 그 결과, 4종의 과발현 유전자들의 유전자 발현 양상이 올리고마이크로어레이 칩 결과와 유사하게 나타남을 확인하였다(표 5 참조).Then, the inventors separated the four apoptosis-related genes and the kidney-associated genes of the genes and examined the expression pattern by real-time reverse transcript polymerase chain reaction (RT-PCR) method. As a result, it was confirmed that the gene expression patterns of the four overexpressed genes appeared similar to the oligomicroarray chip results (see Table 5).
또한, 본 발명은 상기 바이오마커 유전자 서열의 전부 또는 일부를 포함하는 올리고뉴클레오티드 또는 그의 상보가닥 분자가 집적된 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 DNA 마이크로어레이 칩을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a DNA microarray chip for renal toxicity and side effect-induced drug search in which the oligonucleotide or its complementary strand molecules containing all or part of the biomarker gene sequence are integrated.
본 발명의 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 DNA 마이크로어레이 칩은 당업자에게 알려진 방법으로 제작할 수 있다. 상기 마이크로어레이칩을 제작하는 방법은 하기와 같다. 상기 탐색된 바이오마커를 탐침 DNA 분자로 이용하여 DNA 칩의 기판 상에 고정화시키기 위해 파이조일렉트릭(piezoelectric) 방식을 이용한 마이크로피펫팅(micropipetting)법 또는 핀(pin) 형태의 스폿터(spotter)를 이용한 방법 등을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 핀 형태의 스폿터인 마이크로어레이를 이용하였다. 상기 DNA 마이크로어레이 칩의 기판은 아미노-실란(amino-silane), 폴리-L-라이신(poly-L-lysine) 및 알데히드(aldehyde)로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 활성기가 코팅된 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 기판은 슬라이드 글래스, 플라스틱, 금속, 실리콘, 나일론 막, 및 니트로셀룰로스 막(nitrocellulose membrane)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 본 발명의 바람직한 실시예에서는 아미노-실란이 코팅된 슬라이드 글래스를 이용하였다. The DNA microarray chip for renal toxicity and drug-induced drug screening of the present invention can be manufactured by methods known to those skilled in the art. The method of manufacturing the microarray chip is as follows. In order to immobilize the searched biomarker as a probe DNA molecule on a substrate of a DNA chip, a micropipetting method or a pin-shaped spotter using a piezoelectric method is used. It is preferable to use the method, but the present invention is not limited thereto. In a preferred embodiment of the present invention, a microarray which is a pin-shaped spotter is used. The substrate of the DNA microarray chip is preferably coated with one active group selected from the group consisting of amino-silane, poly-L-lysine, and aldehyde, It is not limited to this. In addition, the substrate may be selected from the group consisting of slide glass, plastic, metal, silicon, nylon membrane, and nitrocellulose membrane, but is not limited thereto, and in the preferred embodiment of the present invention, amino-silane may be used. Coated slide glass was used.
또한, 본 발명은 상기 바이오바커를 이용한 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for screening a drug for renal toxicity and side effects using the biobarker.
본 발명의 하기와 같은 과정을 포함하는 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색 방법을 제공한다: 1) 인간 정상 신장세포에 피검화합물을 처리하는 단계; 2) 단계 1)의 피검 화합물을 처리한 실험군 세포와 피검화합물을 처리하지 않은 대조군 세포에서 RNA를 분리하는 단계; 3) 단계 2)의 실험군과 대조군의 RNA를 cDNA로 합성 하면서 실험군과 대조군을 각기 다른 형광물질을 표지하는 단계; 4) 단계 3)의 각기 다른 형광물질로 표지된 cDNA를 DNA 마이크로어레이칩과 혼성화시키는 단계; 5) 단계 4)의 반응한 DNA 마이크로어레이칩을 분석하는 단계; 및 6) 단계 5)의 분석한 데이터에서 제 1항의 바이오마커의 발현 정도를 대조군과 비교하여 확인하는 단계.The present invention provides a method for screening for renal toxicity and side effects-inducing drugs comprising the following steps: 1) treating a test compound with human normal kidney cells; 2) separating RNA from the experimental group cells treated with the test compound of step 1) and control cells not treated with the test compound; 3) labeling the fluorescent substance of the experimental group and the control group while synthesizing the RNA of the experimental group and the control group of step 2) with cDNA; 4) hybridizing cDNA labeled with different fluorescent materials of step 3) with DNA microarray chips; 5) analyzing the reacted DNA microarray chip of step 4); And 6) confirming the expression level of the biomarker of
상기 검색 방법에 있어서, 단계 1)의 인간 정상 신장세포는 HK-2를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 인간의 정상 신장 조직에서 유래한 세포라면 모두 사용 가능하다.In the above search method, the human normal kidney cells of step 1) preferably use HK-2, but are not limited thereto. Any cell can be used.
상기 검색 방법에 있어서, 단계 3)의 형광물질은 Cy3, Cy5, FITC(poly L-lysine-fluorescein isothiocyanate), RITC(rhodamine-B-isothiocyanate), 로다민(rhodamine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자에게 알려진 형광물질은 모두 사용 가능하다.In the above-mentioned search method, the fluorescent material of step 3) is preferably selected from the group consisting of Cy3, Cy5, poly L-lysine-fluorescein isothiocyanate (RITC), rhodamine-B-isothiocyanate (RITC), and rhodamine But it is not limited thereto, and fluorescent materials known to those skilled in the art are all usable.
상기 검색 방법에 있어서, 단계 5)의 DNA 마이크로어레이 칩은 36k 올리고마이크로어레이 Human V4.0 OpArray(Operon, Germany), Whole human genome oligo microarray (Agilent, USA) 등을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 인간 지놈 중 본 발명에서 상기 공통적으로 과발현 또는 저발현 유전자(표 2 및 포 3 참조)가 탑재된 마이크로어레이 칩이라면 사용 가능하고, 상기 본 발명자가 제작한 DNA 마이크로어레이 칩을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 또한, 단계 5)의 분석 방법은 GenePix 4.1 소프트웨어(Axon Instruments, USA)를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자에게 알려진 분석 소프트웨어를 사용하여도 무방하다.In the search method, the DNA microarray chip of step 5) is preferably using 36k oligomicroarray Human V4.0 OpArray (Operon, Germany), Whole human genome oligo microarray (Agilent, USA), but not limited thereto. In the present invention, it is possible to use a microarray chip equipped with the above-described overexpression or low expression gene (see Tables 2 and 4) among the human genomes, and use the DNA microarray chip manufactured by the present inventors. Most preferred. In addition, although the analysis method of step 5) is preferably GenePix 4.1 software (Axon Instruments, USA), it is not limited thereto, and analysis software known to those skilled in the art may be used.
또한, 본 발명의 하기와 같은 과정을 포함하는 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색 방법을 제공한다: 1) 인간 정상 신장 세포에 피검화합물을 처리하는 단계; 2) 단계 1)의 피검화합물을 처리한 실험군 세포와 피검화합물을 처리하지 않은 대조군 세포에서 RNA를 분리하는 단계; 3) 단계 2)의 RNA를, 제 1항의 바이오마커에 상보적이고 바이오마커 유전자를 증폭할 수 있는 프라이머를 사용하여 실시간 RT-PCR(Real-time reverse transcript polymerase chain reaction)을 수행하는 단계; 및 4) 단계 3)의 유전자 산물을 대조군과 비교하여 발현 정도를 확인하는 단계.In addition, the present invention provides a method for screening for nephrotoxicity and side effect-inducing drugs comprising the following steps: 1) treating a test compound with human normal kidney cells; 2) separating RNA from the test cell treated with the test compound of step 1) and the control cell not treated with the test compound; 3) performing a real-time reverse transcript polymerase chain reaction (RT-PCR) using a primer complementary to the biomarker of
상기 검색 방법에 있어서, 단계 1)의 인간 정상 신장세포는 HK-2를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 인간의 정상 신장 조직에서 유래한 세포라면 모두 사용 가능하다.In the above search method, the human normal kidney cells of step 1) preferably use HK-2, but are not limited thereto. Any cell can be used.
상기 검색 방법에 있어서, 프라이머는 본 발명에서 탐색된 바이오마커 유전자와 상보적이고, 바이오마커를 증폭할 수 있는 프라이머라면 모두 사용가능하다. 본 발명에서는 서열번호 1 내지 8로 기재되는 정방향 및 역방향 프라이머 4쌍을 제시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.In the above search method, primers can be used as long as they are complementary to the biomarker genes found in the present invention and can amplify the biomarker. In the present invention, four pairs of forward and reverse primers set forth in SEQ ID NOs: 1 to 8 are provided, but the present invention is not limited thereto.
아울러, 본 발명은 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 키트를 제공한다.In addition, the present invention provides a kit for screening drug for nephrotoxicity and side effects.
본 발명은 상기 본 발명에서 제작한 DNA 마이크로어레이 칩을 포함하는 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 키트를 제공한다. The present invention provides a kit for detecting nephrotoxicity and side effect-inducing drug comprising the DNA microarray chip prepared in the present invention.
본 발명은 상기 검색 키트에 추가적으로 인간 정상 신장 세포를 포함하는 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 키트를 제공한다. 상기 인간 정상 신장세포는 HK-2를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 인간의 정상 신장 조직에서 유래한 세포라면 모두 사용 가능하다.The present invention provides a kit for searching for nephrotoxicity and side effect-inducing drugs including human normal kidney cells in addition to the search kit. The human normal kidney cells are preferably HK-2, but are not limited thereto. Any human kidney cells may be used as long as they are derived from normal human kidney tissue.
상기 검색 키트에 추가적으로 형광물질을 포함할 수 있으며, 상기 형광물질은 스트렙타비딘-알칼리 탈인화효소 접합물질(strepavidin-like phosphatease conjugate), 화학형광물질(chemiflurorensce) 및 화학발광물질(chemiluminescent)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 Cy3와 Cy5를 사용하였다. 아울러, 상기 검색 키트에 추가적으로 반응 시약을 포함시킬 수 있으며, 상기 반응 시약은 혼성화에 사용되는 완충용액, RNA로부터 cDNA를 합성하기 위한 역전사효소, cNTPs 및 rNTP(사전 혼합형 또는 분리 공급형), 형광 염색제의 화학적 유도제와 같은 표식시약, 세척 완충용액 등으로 구성될 수 있으나 이에 한정된 것은 아니며, 당업자에게 알려진 DNA 마이크로어레이 칩의 혼성화 반응에 필요한 반응 시약은 모두 포함시킬 수 있다.In addition to the search kit, the fluorescent substance may include a strepavidin-like phosphatease conjugate, a chemiluminescent substance, and a chemiluminescent substance. But it is not limited thereto. In a preferred embodiment of the present invention, Cy3 and Cy5 are used. In addition, the detection kit may further include a reaction reagent, which is a buffer solution used for hybridization, reverse transcriptase for synthesizing cDNA from RNA, cNTPs and rNTP (premixed or separated feed), fluorescent dye It may be composed of a labeling reagent, such as a chemical inducing agent, washing buffer, and the like, but is not limited thereto, and any reaction reagents required for hybridization of DNA microarray chips known to those skilled in the art may be included.
또한, 본 발명은 상기 바이오마커 유전자에 상보적이고, 바이오마커 유전자를 증폭할 수 있는 프라이머를 포함하는 신장독성 및 부작용 유발 약품 검색용 키트를 제공한다. The present invention also provides a kit for renal toxicity and side effects-inducing drug search comprising a primer that is complementary to the biomarker gene, and can amplify the biomarker gene.
상기 검색 키트의 프라이머는 서열번호 1 내지 8로 기재되는 서열로 구서된 군으로부터 선택되는 2개 이상의 정방향 및 역방향 프라이머를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 바이오마커에 상보적이며, 바이오마커 유전자를 증폭할 수 있는 정방향 및 역방향 프라이머쌍은 모두 사용 가능하다. Primer of the search kit is preferably to use two or more forward and reverse primers selected from the group consisting of the sequence described in SEQ ID NO: 1 to 8, but is not limited to, complementary to the biomarker, Both forward and reverse primer pairs capable of amplifying biomarker genes can be used.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
<< 실시예Example 1> 세포 배양 및 화학물질 처리 1> Cell culture and chemical treatment
<1-1> 세포배양<1-1> Cell culture
인간 정상 신장 세포주인 HK-2 세포(서울대학교 비뇨기과교실)를 10% FBS가 첨가된 DMEM 배지(Gibro-BRL, USA)에서 디쉬의 80% 정도 채워질 때까지 배양하였다. 본 발명자들은 기존의 연구와 보고를 통해 이미 약물 투여시 부작용으로써 신장독성을 보이는 약물인 암포테리신 B(amphotericin B) 및 시스플라틴(cisplatin) 등의 2종을 선정하였으며, DMSO에 용해시켰다. 매질(vehicle) 농도는 모든 실험에서 0.1% 이하였다.Human normal kidney cell line HK-2 cells (Seoul National University Urology) were incubated in DMEM medium (Gibro-BRL, USA) with 10% FBS until 80% of the dish was filled. The present inventors have selected two types of drugs, amphotericin B and cisplatin, which are drugs that show nephrotoxicity as a side effect of drug administration through existing studies and reports, and were dissolved in DMSO. Vehicle concentration was less than 0.1% in all experiments.
<1-2> 세포 독성 실험 (<1-2> Cytotoxicity Test ( MTTMTT assayassay ) 및 화학 물질 처리) And chemical treatment
Mossman 등(1995)의 방법으로 HK-2 세포주를 이용한 MTT 실험을 수행하였다. 세포는 24-웰 플레이트(well plate)에 웰 당 3×104 세포수로 DMEM 배지(Gibro-BRL, USA)에서 24 시간 동안 처리하여 부착시켰다. 각 매질에 용해된 2종의 신장독성 유발 약물(암포테리신 B, 시스플라틴)들을 처리하고 24시간 후에 MTT(3-(4,5-dimethylthiazol-2,5-diphenyltetra zolium bromide) 5 ㎎/㎖을 혼합하여 플레이트에 가하여 37℃에서 3 시간 동안 배양하였다. 이 후 배지를 제거하고 형성된 포르마잔 크리스탈(formazan crystal)을 DMSO 500 ㎕에 용해하였다. 96-웰 플레이트로 옮겨 분주(aliquot)하고 흡광도 540 nm에서 O.D.값을 측정하였다.MTT experiment using HK-2 cell line was performed by the method of Mossman et al. (1995). Cells were attached to 24-well plates by treatment for 24 hours in DMEM medium (Gibro-BRL, USA) at 3 × 10 4 cells per well. After 24 hours of treatment with two nephrotoxic drugs (amphotericin B, cisplatin) dissolved in each medium, MTT (3- (4,5-dimethylthiazol-2,5-diphenyltetra zolium bromide) 5 mg / ml The mixture was added to the plate and incubated for 3 hours at 37 ° C. Then, the medium was removed and the formed formazan crystal was dissolved in 500 µl of DMSO, transferred to a 96-well plate, aliquoted, and had an absorbance of 540 nm. OD value was measured at.
HK-2 세포주에서 각 신장독성 유발 약물들의 세포독성을 살펴본 결과, 30% 생존율을 보이는 농도(IC30)는 암포테리신 B의 경우 4.23 ㎍/㎖, 시스플라틴은 8.84 ㎍/㎖이었으며(도 1), 상기 농도들로 결정하여 마이크로어레이 실험을 수행하였다. As a result of examining the cytotoxicity of each nephrotoxic drug in HK-2 cell line, the concentration showing 30% survival rate (IC 30 ) was 4.23 μg / ml for amphotericin B and 8.84 μg / ml for cisplatin (FIG. 1). The microarray experiment was performed by determining the concentrations.
<< 실시예Example 2> 2> 마이크로어레이Microarray 실험 Experiment
<2-1> 표적 <2-1> target RNARNA 의 분리 및 형광 물질 표지Separation of fluorescent material and labeling
1×106 cell/㎖ 농도로 100 mm 디쉬에 HK-2 세포에 분주한 후, 24 시간 후 실시예 1-2에서 결정된 각 신장독성 유발 약물들의 농도대로 각 신장독성 유발 약물들을 24 시간 동안 처리하였다. 이후, 상기 처리한 세포에서 트리졸(trizol) 시약(Invitrogen life technologies, USA)을 사용하여 제조사의 방법대로 전체 RNA를 분리하고, RNeasy mini kit(Qiagen, USA)를 사용하여 정제하였다. 게놈 DNA는 RNA 정제 동안 RNase-free DNase set(Qiagen, USA)를 사용하여 제거하였다. 각 전체 RNA 시료의 양은 분광광도계로 측정하였고, 농도는 Agilent 2100 Bioanalyzer(Agilent Technologies, USA)와 아가로스 젤 전기영동으로 확인하였다. After dispensing HK-2 cells in 100 mm dishes at a concentration of 1 × 10 6 cells / ml, 24 hours later, each kidney toxicity-inducing drug was treated for 24 hours at the concentration of each kidney-inducing drug determined in Example 1-2. It was. Thereafter, the whole cells were separated from the treated cells using a trizol reagent (Invitrogen life technologies, USA) according to the manufacturer's method, and purified using the RNeasy mini kit (Qiagen, USA). Genomic DNA was removed using an RNase-free DNase set (Qiagen, USA) during RNA purification. The amount of each total RNA sample was measured by spectrophotometer and the concentration was confirmed by Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, USA) and agarose gel electrophoresis.
<2-2> <2-2> 표지된Labeled cDNAcDNA 제조 Produce
올리고 마이크로어레이 분석을 위하여 실시예 2-1에서 수득한 신장독성 유발 약물 처리군의 전체 RNA를 사용하여 cDNA를 제조하였다. 상기 수득한 전체 RNA 30 ㎍과 올리고(dT) 프라이머 2 ㎍(1 ㎍/㎕)과 혼합하고 65℃에서 10분간 반응시킨 후 바로 얼음에 넣어 어닐링(annealing)시켰다. 상기 어닐링된 RNA의 역전사(Reverse Transcript) 반응을 위해 표 1과 같이 시약을 혼합하였다. CDNA was prepared using the total RNA of the nephrogenicity-inducing drug treatment group obtained in Example 2-1 for oligo microarray analysis. The total RNA obtained above was mixed with 30 μg of oligo (dT) primer and 2 μg (1 μg / μl), reacted at 65 ° C. for 10 minutes, and then annealed in ice. Reagents were mixed as shown in Table 1 for Reverse Transcript reaction of the annealed RNA.
대조군인 HK-2 세포주에서 분리한 전체 RNA는 Cy3-dUTP(녹색)으로 표지화하였고, 신장독성 유발 약물들을 처리한 HK-2 세포주로부터 분리한 RNA는 Cy5-dUTP(적색)를 표지화 하였다. 이때 두 시료는 Microcon YM-30 컬럼(Millipore, USA)을 사용하여 혼합, 정제되었다. Total RNA isolated from control HK-2 cell line was labeled with Cy3-dUTP (green), and RNA isolated from HK-2 cell line treated with nephrotoxic drugs was labeled with Cy5-dUTP (red). At this time, the two samples were mixed and purified using a Microcon YM-30 column (Millipore, USA).
<2-3> <2-3> 혼성화Hybridization 반응 reaction
혼성화 및 세척 과정은 지노첵(주)의 지시방법에 따라 수행되었다. 혼성화는 12시간 동안 62℃ 오븐에서 수행되었다. DNA 마이크로어레이 칩으로 36k 마이크로어레이 Human V4.0 OpArray(Operon, Germany)를 이용하였다. 세척(2분간 2×SSC/0.1% SDS에 세척, 3분간 1×SSC, 2분간 0.2×SSC에 세척) 후 슬라이드는 3분간 800 rpm으로 원심분리하여 건조하였다. Hybridization and washing procedures were carried out according to the instructions of Genome Co., Ltd .. Hybridization was performed in a 62 ° C. oven for 12 hours. As a DNA microarray chip, a 36k microarray Human V4.0 OpArray (Operon, Germany) was used. After washing (washing in 2 × SSC / 0.1% SDS for 2 minutes, washing in 1 × SSC for 3 minutes, 0.2 × SSC for 2 minutes), the slides were dried by centrifugation at 800 rpm for 3 minutes.
<2-4> 형광 이미지 획득<2-4> Fluorescence image acquisition
슬라이드 상의 혼성화 이미지는 Genepix 4000B(Axon Instruments, USA)로 스캔하였다. 결합되지 않은 유전자를 세척한 칩은 레이저 광 스캐너(laser fluorescence scanner)를 사용하여 형광 이미지를 획득하였다. 이때 녹색 형광 이미지는 대조군에서, 적색 형광 이미지는 실험군에서만 특이하게 발현되는 유전자의 활성정도를 나타내게 되며, 노란색 형광 이미지는 녹색과 적색의 보색으로 두 군의 발현이 큰 차이가 없음을 의미한다. 스캔한 이미지들은 유전자 발현 비율을 얻기 위하여 GenePix 4.1 소프트웨어(Axon Instruments, USA)로 분석하였다. 이렇게 얻어진 데이터로부터 각각의 신장독성 유발 약물에 대한 마커 유전자를 선별하였다(도 2). Hybridization images on the slides were scanned with the Genepix 4000B (Axon Instruments, USA). Chips washed with unbound genes were obtained with a fluorescence image using a laser fluorescence scanner. In this case, the green fluorescence image in the control group, the red fluorescence image represents the activity level of the gene specifically expressed only in the experimental group, and the yellow fluorescence image is the complementary color of green and red, which means that there is no significant difference between the two groups. Scanned images were analyzed with GenePix 4.1 software (Axon Instruments, USA) to obtain gene expression rates. Marker genes for each nephrotoxic drug were selected from the data thus obtained (FIG. 2).
그 결과, 올리고 칩 상에 존재하는 대략 3만 6천 개의 유전자 중에서 Cy5/Cy3의 비율이 1.5배 이상으로 유전자 발현 증가를 보이는 유전자는 암포테리신 B의 경우, 2.94%(36910개의 유전자 중 1086개), 시스플라틴은 2.58%(36910개의 유전자 중 954개)임을 확인하였다. 또한, Cy5/Cy3의 비율이 0.5배 이하로 유전자 발현 감소를 보이는 유전자는 암포테리신 B의 경우, 9.92%(36910개의 유전자 중 3657개), 시스플라틴은 4.74%(36910개의 유전자 중 1747개)임을 확인하였다(도 3). As a result, among the approximately 36,000 genes present on the oligo chip, the ratio of Cy5 / Cy3 increased by 1.5 times or more was 2.94% for amphotericin B (1086 genes among 36910 genes). Cisplatin was 2.58% (954 out of 36910 genes). In addition, the genes showing a decrease in the expression of Cy5 / Cy3 by 0.5 times or less were 9.92% (3657 out of 36910 genes) and cisplatin (4747 out of 36910 genes) for amphotericin B. It was confirmed (FIG. 3).
이때, 종의 신장독성 유발 약물들에 의해 공통적으로 1.5배 이상 과발현 되거나 저발현 되는 유전자들을 분류시, 21개의 유전자 발현이 증가하고, 53개의 유전자 발현이 감소하였다(표 2 및 3, 도 2). 이들 유전자들을 기능별로 분류하면 아팝토시스(apoptosis), 전사(transcription), 신호 전달(signal transduction), 대사(metabolism) 및 전달(transport)에 관련된 유전자들이었다. At this time, when classifying genes overexpressed or underexpressed by 1.5 times or more in common by renal toxicity-inducing drugs of the species, 21 gene expressions increased and 53 gene expressions decreased (Tables 2 and 3, FIG. 2). . These genes were grouped by function in terms of apoptosis, transcription, signal transduction, metabolism, and transport.
(GeneBank)(GeneBank)
* AmpB : 암포테리신 BAmpB: amphotericin B
Cis : 시스플라틴 Cis: Cisplatin
삭제delete
(GeneBank)(GeneBank)
* AmpB : 암포테리신 BAmpB: amphotericin B
Cis : 시스플라틴 Cis: Cisplatin
삭제delete
<< 실시예Example 3> 실시간 3> Real time RTRT -PCR(-PCR ( RealReal -- timetime reversereverse transcriptasetranscriptase polymerase중합체 chainchain reaction) 정량 reaction)
신장독성 유발 약물에 의해 발현 유도된 상기 실시예 2의 과발현된 유전자 중 신장독성의 특징인 아팝토시스 관련 유전자와 신장독성과의 연관이 보고된 유전자 4종을 선별하였다. 이들 유전자들은 유전자 등록번호 NM_152392(AHA1, activator of heat shock 90kDa protein ATPase homolog 2(yeast)(AHSA2)), 유전자 등록번호 S62138(DNA-damage-inducible transcript 3(DDIT3)), 유전자 등록번호 BM555452(Tumor necrosis factor receptor superfamily, member 12A (TNFRS12A)), 유전자 등록번호 CR612719(Growth arrest and DNA-damage-inducible, alpha(GADD45A))이다. 상기 GADD45A(Growth arrest and DNA-damage-inducible, alpha)는 DNA 수복(repair)에서 templates concurrent의 크로마틴 재생에 영향을 미치는 유전자로서, 크로마틴 합성과 DNA 수복 사이의 결합에 관여하는 것으로 보고되어 있다(Smith et al ., Mol . Cell . Biol . 20(10):3705-14, 2000). TNFRSF12A(Tumor necrosis factor receptor superfamily, member 12A)는 종양 세포주의 사멸을 유발하는 것으로 알려져 있으며(Chicheportiche et al ., J. Biol . Chem . 272:32401-32410, 1997), 최근 연구에 의하면 세포증식, 신생혈관생성(angiogenesis), 염증(inflammation)을 조절하는 다기능성 싸이토카인(cytokine)으로 작용한다고 보고되고 있다(Wiley et al ., Cytokine Growth Factor Rev . 14: 241-249, 2003). DDIT3(DNA-damage-inducible transcript 3)는 세포 손상이나 세포 분열이 저해되는 경우 현저하게 발현이 증가되는 것으로 보고된 바 있다(Gately et al ., Br J. Cancer . 73(1):18-23, 1996). ASHA2(AHA1, activator of heat shock 90kDa protein ATPase homolog 2(yeast))의 경우 Hsp90의 보조 샤페론(cochaperones)으로 Hsp90 ATPase의 활성을 조절하며, 다양한 스트레스 상태에서 발현하는 유전자로 보고되어 있다(Gasch et al ., Mol . Biol . Cell 11:4241-4257, 2000). 상기 유전자들의 발현변화 정도를 조사 및 정량하기 위해 My IQ 실시간 PCR(My IQ Real-time PCR)(Bio-rad, USA)을 이용하여 정량적인 실시간 RT-PCR을 실시하였다.Among the overexpressed genes of Example 2 induced by nephrotoxicity-inducing drugs, four genes in which apoptosis-related genes, which are characteristic of nephrotoxicity, and association with nephrotoxicity were reported were selected. These genes include gene registration number NM_152392 (AHA1, activator of heat shock 90kDa protein ATPase homolog 2 (yeast) (AHSA2)), gene registration number S62138 (DNA-damage-inducible transcript 3 (DDIT3)), gene registration number BM555452 (Tumor necrosis factor receptor superfamily, member 12A (TNFRS12A)), gene accession number CR612719 (Growth arrest and DNA-damage-inducible, alpha (GADD45A)). The GARD45A (Growth arrest and DNA-damage-inducible, alpha) is a gene that affects chromatin regeneration of templates concurrent in DNA repair, and has been reported to be involved in the binding between chromatin synthesis and DNA repair. Smith et al ., Mol . Cell . Biol . 20 (10): 3705-14, 2000). Tumor necrosis factor receptor superfamily (member 12A) is known to cause death of tumor cell lines (Chicheportiche et. al ., J. Biol . Chem . 272: 32401-32410, 1997), recent studies have reported that it acts as a multifunctional cytokine that regulates cell proliferation, angiogenesis, and inflammation (Wiley et. al ., Cytokine Growth Factor Rev. 14: 241-249, 2003). DNA-damage-inducible transcript 3 (DDIT3) has been reported to significantly increase expression when cell damage or cell division is inhibited (Gately et al. al ., Br J. Cancer . 73 (1): 18-23, 1996). ASHA2 (AHA1, an activator of heat shock 90kDa protein ATPase homolog 2 (yeast)) is an adjuvant chaperone of Hsp90 that regulates Hsp90 ATPase activity and has been reported to be a gene expressed under various stress conditions (Gasch et. al ., Mol . Biol . Cell 11: 4241-4257, 2000). Quantitative real-time RT-PCR was performed using My IQ Real-time PCR (Bio-rad, USA) to investigate and quantify the expression changes of the genes.
구체적으로, 올리고 dT 프라이머와 Superscript kit(Omniscipt™ kit , Qiagen, Co., USA)를 이용하여 역전사반응을 수행하여 cDNA를 합성하였다. PCR 산물을 정량하기 위하여 사이버그린(SYBR Green) I 염색 (Bio-rad, USA)으로 염색하였다. 사이버그린 I 염색은 이중나선 DNA에 결합하는 염색법으로서, PCR 과정 동안 이중나선 DNA가 생성될수록 형광강도(fluroscense intensity)가 증가하게 된다. 먼저 PCR에 이용한 표적 유전자와 내재성(endogenous) 대조군(GAPDH)에 대한 프라이머를 사이버그린 마스터 믹스(Master mix)에 첨가하여 PCR을 실시한 후, 적절한 농도를 선택하는 프라이머 적합화(primer optimization) 과정을 수행하였다. 합성된 cDNA 시료와 각각의 프라이머(표 4)를 혼합하고, 사이버그린 마스터 믹스를 첨가한 후 PCR를 수행하였고, 정량 소프트웨어(software)를 사용하여 분석하였다(표 5).Specifically, cDNA was synthesized by performing reverse transcription using an oligo dT primer and a Superscript kit (Omniscipt ™ kit, Qiagen, Co., USA). To quantify the PCR products were stained with SYBR Green I stain (Bio-rad, USA). Cyberrin I staining is a staining method that binds to double-stranded DNA. As the double-stranded DNA is generated during PCR, the fluorescence intensity increases. First, primers for the target gene and endogenous control (GAPDH) used for PCR were added to the Cyberrin master mix, followed by PCR, followed by a primer optimization process to select an appropriate concentration. Was performed. Synthesized cDNA samples and each primer (Table 4) were mixed, PCR was performed after the addition of the Cyberrin master mix and analyzed using quantification software (Table 5).
(5'->3')(5 '-> 3')
(서열번호 1)sense
(SEQ ID NO: 1)
(서열번호 2)Antisense
(SEQ ID NO: 2)
(서열번호 3)sense
(SEQ ID NO: 3)
(서열번호 4)Antisense
(SEQ ID NO: 4)
(서열번호 5)sense
(SEQ ID NO: 5)
(서열번호 6)Antisense
(SEQ ID NO: 6)
(서열번호 7)sense
(SEQ ID NO: 7)
(서열번호 8)Antisense
(SEQ ID NO: 8)
(상대적 배율)(Relative magnification)
(Cy3/Cy5 비율)(Cy3 / Cy5 ratio)
그 결과, 4종의 과발현 유전자들의 유전자 발현 양상은 신장독성 유발 약물들에 의한 유전자 발현을 조사한 올리고 마이크로어레이 결과와 매우 유사하게 나타남을 확인하였다.As a result, it was confirmed that the gene expression patterns of the four overexpressed genes were very similar to the oligo microarray results of the gene expression by the nephrotoxic drugs.
본 발명의 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색용 바이오마커 및 이를 이용한 신장독성 및 부작용 유발 약물 검색 방법은 DNA 마이크로어레이 칩을 통하여 선별된 반응 유전자들을 바이오마커로 이용하여 새로운 신장독성 및 부작용의 위험성을 지닌 약물 또는 화학물질의 모니터링 및 판정하는데 유용하며, 신장독성을 일으키는 작용 기작을 규명하는 도구로 이용할 수 있다.The biomarker for detecting nephrotoxicity and side effect-inducing drugs of the present invention and the method for renal toxicity and side-effect drug searching using the same have new risks of nephrotoxicity and side effects by using the reaction genes selected through DNA microarray chips as biomarkers. Useful for monitoring and determining drugs or chemicals, and as a tool for identifying mechanisms of action that cause renal toxicity.
<110> Korea Institute of Science and Technology <120> Biomaker and screening method of drug having nephyrotoxicity and side effects using thereof <130> 6p-06-36 <160> 8 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 25 <212> DNA <213> AHSA2 sense primer <400> 1 gctgattttc ttctatgagt ggaac 25 <210> 2 <211> 23 <212> DNA <213> AHSA2 antisense primer <400> 2 cttgtgcttc actccagatt ctt 23 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> DDIT3 sense primer <400> 3 aaggcactga gcgtatcatg t 21 <210> 4 <211> 25 <212> DNA <213> DDIT3 antisense primer <400> 4 tgaagataca cttccttctt gaaca 25 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> TNFRS12A sense primer <400> 5 gcaggagaga gaagttcacc a 21 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> TNFRS12A antisense primer <400> 6 ggcacattgt cactggatca 20 <210> 7 <211> 19 <212> DNA <213> GADD45A sense primer <400> 7 tcagcgcacg atcactgtc 19 <210> 8 <211> 19 <212> DNA <213> GADD45A antisense primer <400> 8 ccagcaggca caacaccac 19 <110> Korea Institute of Science and Technology <120> Biomaker and screening method of drug having nephyrotoxicity and side effects using pretty <130> 6p-06-36 <160> 8 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 25 <212> DNA <213> AHSA2 sense primer <400> 1 gctgattttc ttctatgagt ggaac 25 <210> 2 <211> 23 <212> DNA <213> AHSA2 antisense primer <400> 2 cttgtgcttc actccagatt ctt 23 <210> 3 <211> 21 <212> DNA 213 DDIT3 sense primer <400> 3 aaggcactga gcgtatcatg t 21 <210> 4 <211> 25 <212> DNA <213> DDIT3 antisense primer <400> 4 tgaagataca cttccttctt gaaca 25 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> TNFRS12A sense primer <400> 5 gcaggagaga gaagttcacc a 21 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> TNFRS12A antisense primer <400> 6 ggcacattgt cactggatca 20 <210> 7 <211> 19 <212> DNA <213> GADD45A sense primer <400> 7 tcagcgcacg atcactgtc 19 <210> 8 <211> 19 <212> DNA <213> GADD45A antisense primer <400> 8 ccagcaggca caacaccac 19
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-
2006
- 2006-06-20 KR KR1020060055307A patent/KR101342035B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (2)
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