KR101548989B1 - Screening Methods of a Substance for Preventing or Treating a Joint Disease Using SirT1 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SirT1의 활성화를 통한 연골퇴행에 대한 마스터 조절인자인 HIF-2α의 안정성 및 전사 활성 조절 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 SirT1의 활성화는 HIF-2α 또는 Nampt-유도된 관절 질환의 발병 과정에 필수적으로 필요하다. 특히, SirT1의 활성화는 HIF-2α 단백질의 안정성 및 전사 활성을 증가시키고, 다양한 매트릭스-분해 효소들(예컨대, Mmp3, Mmp12, Mmp13, Adamts4, 등)의 발현을 촉발한다. 따라서, 본 발명의 SirT1은 관절 질환의 진단 또는 예후에 이용될 수 있으며, 이를 이용하여 관절 질환 치료제의 개발에도 이용될 수 있다.The present invention relates to the regulation of the stability and transcriptional activity of HIF-2α, the master regulator of cartilage regression through activation of SirT1, and its use. According to the present invention, the activation of SirTl of the present invention is essential for the onset of HIF-2 alpha or Nampt-induced arthritic disease. In particular, activation of SirT1 increases the stability and transcriptional activity of the HIF-2 alpha protein and triggers the expression of various matrix-degrading enzymes (e.g., Mmp3, Mmp12, Mmp13, Adamts4, etc.). Therefore, SirTl of the present invention can be used for diagnosis or prognosis of joint diseases, and can be used for the development of therapeutic agents for joint diseases.

Description

SirT1을 이용한 관절 질환의 예방 또는 치료용 물질의 스크리닝 방법{Screening Methods of a Substance for Preventing or Treating a Joint Disease Using SirT1}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for screening a substance for preventing or treating joint disease using SirT1,

본 발명은 SirT1의 활성화를 통한 연골퇴행에 대한 마스터 조절인자인 HIF-2α의 안정성 및 전사 활성 조절, 그리고 이의 용도에 관한 것이다.
The present invention relates to the regulation of the stability and transcriptional activity of HIF-2α, the master regulator of cartilage regression through activation of SirT1, and its use.

골관절염(osteoarthritis, OA)은 주로 연골 파괴(cartilage destruction)로 특징지울 수 있는 퇴행성 관절 질환(degenerative joint disease)이다. 많은 병인학적 위험 인자들과 병리생리학적 과정들이 골관절염의 진행에 기여한다. 관절 불안정성 및 손상을 포함하는 기계적 스트레스 및 OA에 걸리기 쉽게 하는 노화 같은 인자들이 잠재적인 OA-야기 기작들 중 중요하다. 상술한 인자들은 다양한 이화 및 동화 인자들을 생산하는 독특한 세포 타입인 연골세포 내 생화학적 경로들의 활성화를 야기하여 매트릭스 메탈로프로테나제(matrix metalloproteinases, MMPs) 및 아그레카나제(aggrecanases, ADMTS)에 의한 ECM(extracellular matrix)의 분해, 그리고 연골세포의 탈분화(dedifferentiation) 및 아팝토시스(apoptosis)을 통한 ECM 합성의 중단을 초래한다(1, 2).Osteoarthritis (OA) is a degenerative joint disease that can be characterized as cartilage destruction. Many pathologic risk factors and pathophysiological processes contribute to the progression of osteoarthritis. Factors such as mechanical stress including joint instability and injury and aging which is prone to OA are important among potential OA-induced mechanisms. The factors described above lead to the activation of biochemical pathways in chondrocytes, a unique cell type that produces a variety of catabolism and assimilation factors, which are induced by matrix metalloproteinases (MMPs) and aggrecanases (ADMTS) Degradation of the extracellular matrix (ECM), and dedifferentiation of cartilage cells and the arrest of ECM synthesis through apoptosis (1, 2).

이전 연구를 통해, 본 발명자들(3) 및 Saito 등(4)은 EPAS1 유전자에 의해 인코딩되는 HIF(hypoxia-inducible factor)-2α가 저산소 상태(hypoxia)에 대한 적응 반응의 마스터 조절인자(master regulator)로서의 주요 기능을 가지는 전사인자로, Mmp1, Mmp3, Mmp9, Mmp12, Mmp13 및 Adamts4 같은 매트릭스-분해 효소들의 연골세포 발현을 상향-조절함으로써 OA 연골 파괴를 촉발한다고 증명하였다. HIF-2αα 발현은 OA 연골 조직에서 현저하게 증가하고 관절 조직에서 HIF-2αα의 이상(ectopic) 발현은 실험적인 OA를 유발한다. 더욱이, 연골세포-특이적 HIF-2α 트랜스제닉(transgenic, TG) 마우스는 자발성(spontaneous) 연골조직 파괴를 나타내는 반면에 이질성(heterozygous) HIF-2α 넉-아웃(knockout, KO) 마우스(Epas1 +/ ) 또는 연골조직-특이적 Epas1 조건 KO(conditional KO, CKO) 마우스(Epas1 fl/fl ;Col2a1-Cre)는 DMM(destabilization of medial meniscus) 수술에 따른 연골조직 파괴가 감소된다(3, 7, 8).Through previous studies, the inventors (3) and Saito et al. (4) reported that HIF (hypoxia-inducible factor) -2α encoded by the EPAS1 gene is a master regulator of the adaptive response to hypoxia ) As a transcription factor with major functions as a promoter of OA cartilage degradation by up-regulating chondrocyte expression of matrix-degrading enzymes such as Mmp1, Mmp3, Mmp9, Mmp12, Mmp13 and Adamts4. HIF-2αα expression is markedly elevated in OA cartilage tissue, and ectopic expression of HIF-2αα in joint tissues induces experimental OA. Moreover, while chondrocyte-specific HIF-2 alpha transgenic (TG) mice exhibit spontaneous cartilage tissue destruction, heterozygous HIF-2 alpha knockout (KO) mice ( Epas1 + ) Or cartilage tissue-specific Epas1 condition KO (conditional KO, CKO) mice ( Epas1 fl / fl ; Col2a1-Cre ) decreased cartilage tissue destruction following DMM (destabilization of medial meniscus) ).

예비 연구로, 본 발명자들은 마우스 관절 연골세포(articular chondrocytes)에서 마이크로어레이 스크리닝을 통해 HIF-2α에 의해 상향-조절되는 유전자로서 Nampt를 동정하였다. Nampt 유전자는 니코틴아마이드 포스포리보실트랜스퍼라제(nicotinamide phosphoribosyltransferase)를 인코딩하고 세포내 형태(form; iNampt) 또는 세포외 형태(eNampt or visfatin)로 기능한다. eNampt는 해당 분자적 기작이 아직까지 확립되어 있지 않을 지라도 아디포카인(adipokine)으로서 기능하는 반면에, iNampt의 니코틴아마이드 포스포리보실트랜스퍼라제 효소 활성은 NAD+ 합성의 재생산(salvage) 경로를 조절한다(9, 10). eNampt는 친-염증성(pro-inflammatory) 기능들을 나타내고 류마티스 관절염(rheumatoid arthritis, RA) 같은 염증 질환들(inflammatory diseases)과 연관되어 있는 것처럼 보인다(11, 12). 예를 들어, RA 환자의 혈청 및 활막액(synovial fluids) 내 eNampt의 레벨은 질병 심각성(disease severity)과 양성적으로 관련되어 있다(13-15). 또한, eNampt는 RA 발병 과정(pathogenesis)에 포함된 다양한 세포 타입들에서 케모카인 및 사이토카인의 발현을 조절하는 것으로 알려져 있다(11, 12, 16, 17). 추가적으로, 비-경쟁적 억제자인 FK866(18)의 처리를 통한 iNampt 효소 활성의 억제는 실험적으로 유발된 RA를 차단하였다(19, 20). RA와의 연관성과 유사하게도, 증가된 eNampt 레벨은 OA 발병 과정과 양성적으로 연결되어 있다(21). 인간 OA 연골세포에서 eNampt는 프로테오글라이칸(proteoglycan) 합성을 억제하고(22), MMP3, MMP13, ADAMTS4, 및 ADMTS5 같은 이화 인자들(catabolic factors)의 발현을 증가시킨다(23). 또한, Nampt의 과다발현은 연골세포에서 IL(interleukin) 1β-유도된 Col2a1 발현의 억제를 매개한다(24). 상술한 결과들이 OA 발병 과정에서 Nampt의 관련 기능들을 제시할 지라도, OA 발병 과정에서 eNampt의 인 비보 기능이 확인된 것은 아니다.In a preliminary study, we identified Nampt as a gene up-regulated by HIF-2? Through microarray screening in articular chondrocytes. The Nampt gene encodes nicotinamide phosphoribosyltransferase and functions as an intramolecular (eNampt) or extracellular form (eNampt or visfatin). eNampt functions as an adipokine even though its molecular mechanism has not yet been established, whereas iNampt's nicotinamide phospholibosyltransferase enzyme activity regulates the salvage pathway of NAD + synthesis (9, 10). eNampt exhibits pro-inflammatory functions and appears to be associated with inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis (RA) (11, 12). For example, levels of eNampt in serum and synovial fluids in patients with RA are positively associated with disease severity (13-15). In addition, eNampt is known to modulate the expression of chemokines and cytokines in a variety of cell types involved in RA pathogenesis (11,12,16,17). In addition, inhibition of iNampt enzyme activity through the treatment of the non-competitive inhibitor FK866 (18) blocked experimentally induced RA (19,20). Similar to association with RA, increased eNampt levels are positively associated with OA pathogenesis (21). In human OA chondrocytes, eNampt inhibits proteoglycan synthesis (22) and increases the expression of catabolic factors such as MMP3, MMP13, ADAMTS4, and ADMTS5 (23). In addition, overexpression of Nampt mediates the inhibition of IL2 (interleukin) 1β-induced expression of Col2a1 in chondrocytes (24). Although the above results suggest Nampt related functions in the OA outbreak process, the in vivo function of eNampt in OA outbreak is not confirmed.

Nampt의 주요 활성은 NAD+ 합성의 재생산 경로들의 자극이다(10, 25). NAD+는 단백질 디아세틸라제인 SirT1(Sirtuin 1)의 중요 보조인자(cofactor)이다(10, 26). 상기 SirT1은 히스톤에 대한 직접적 탈아세틸화(deacetylation)를 통한 크로마틴 기능 및 폭넓은 전사인자 및 공동-조절인자들(coregulators)을 조절함으로써 유전자 발현을 조절한다(25, 26). 여러 증거들이 연골조직-특이적 유전자 발현의 조절 및 연골세포의 아팝토시스를 통해 OA 발병 과정에서의 SirT1의 기능을 제시하고 있다(27, 28). 예를 들어, SirT1은 연골세포 생존에 필수적인 것처럼 보이는데, SirT1 기능의 결핍(loss)은 연골세포 아팝토시스를 초래한다(29-32). 또한, 논란의 여지가 있을 지라도 SirT1은 연골조직-특이적 유전자 발현을 조절하는 것으로 보인다. 한편, SirT1 활성은 Col2a1을 포함하는 연골조직 ECM 유전자들의 발현에 필수적인 것으로 제안되어 왔다(33-35). 또 다른 한편으로는, SirT1 활성의 상향-조절(upregulation)은 관절 연골세포에서 IL 1β-유도된 관절 연골세포의 탈분화 과정 동안 Col2a1 발현을 억제하는 것으로도 보고되었다(24). 하지만, MMPs 같은 조직-파괴성(destructive) 단백질들을 인코딩하는 유전자들의 발현을 조절하는 데 있어서의 SirT1 기능을 아직까지 이해되고 있지 않다. 더 나아가, Nampt의 경우와 유사하게도, OA 발병 과정에서 SirT1의 인 비보 기여 (contribution)는 아직까지 정확하게 규명되지 않았다. 한편, HIF-2α 단백질은 SirT1 디아세틸라제 활성의 타겟으로, SirT1은 저산소 상태 하에서 Hep38 세포 및 HEK293 세포에서 HIF-2α 전사 활성을 자극하는 것으로 알려져 있다(36, 37). 따라서, Nampt/NAD+/SirT1 경로가 관절 연골세포에서 HIF-2α 시그널링을 조절하여 OA 발병 과정에 기여하는 지 여부를 조사하는 것은 매우 흥미로운 주제이다.
The main activity of Nampt is the stimulation of the reproductive pathways of NAD + synthesis (10, 25). NAD + is an important cofactor of SirT1 (Sirtuin 1), a protein deacetylase (10, 26). The SirT1 regulates gene expression by modulating chromatin function through direct deacetylation of histones and a wide range of transcription factors and co-regulators (25, 26). Several evidence suggests the function of SirT1 in the pathogenesis of OA through modulation of cartilage tissue-specific gene expression and apoptosis of cartilage cells (27, 28). For example, SirT1 appears to be essential for cartilage cell survival, and a loss of SirT1 function results in cartilage cell apoptosis (29-32). Also, although controversial, SirT1 appears to modulate cartilage tissue-specific gene expression. On the other hand, SirT1 activity has been suggested to be essential for the expression of EC2 genes in cartilage tissue containing Col2a1 (33-35). On the other hand, upregulation of SirT1 activity was also reported to inhibit the expression of Col2a1 during IL1β-induced articular cartilage cell de-differentiation in articular cartilage cells (24). However, the function of SirT1 in regulating the expression of genes encoding tissue-destructive proteins such as MMPs is not yet understood. Furthermore, similar to the case of Nampt, the in vivo contribution of SirT1 in the course of OA development has not yet been accurately determined. On the other hand, HIF-2α protein is a target of SirT1 deacetylase activity, and SirT1 is known to stimulate HIF-2α transcription activity in Hep38 cells and HEK293 cells under hypoxic conditions (36, 37). Therefore, it is a very interesting topic to investigate whether the Nampt / NAD + / SirT1 pathway regulates HIF-2α signaling in articular cartilage cells and contributes to the pathogenesis of OA.

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 발명자들은 관절 질환(joint diseases)을 효율적으로 예방 또는 치료할 수 있는 신규한 생체분자를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 SirT1(silent information regulator 1)의 활성화가 HIF-2α(hypoxia-inducible factor-2α) 단백질의 아세틸화를 증가시키는 것이 아니라 HIF-2α 단백질의 안정화(stability) 및 전사 활성(transcriptional activity)을 증대시켜, 다양한 매트릭스-분해 효소의 발현을 유도하고 관절 질환을 유발한다는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have sought to develop a novel biomolecule capable of effectively preventing or treating joint diseases. As a result, we found that the activation of SirT1 (silent information regulator 1) does not increase the acetylation of HIF-2? (Hypoxia-inducible factor-2?) Protein but the stability and transcriptional activity of HIF- activity of the matrix-degrading enzyme to induce the expression of various matrix-degrading enzymes and induce joint diseases, thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 관절 질환(joint diseases)의 예방 또는 치료용 물질의 스크리닝 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a screening method for substances for the prevention or treatment of joint diseases.

본 발명의 또 다른 목적은 관절 질환의 진단 또는 예후에 필요한 정보를 제공하기 위하여 관절 질환 진단 또는 예후 분석 마커를 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for detecting a joint disease diagnosis or prognostic analysis marker to provide information necessary for diagnosis or prognosis of a joint disease.

본 발명의 또 다른 목적은 관절 질환-유발용 유전자 전달 시스템을 제공하는 데 있다.
It is another object of the present invention to provide a gene delivery system for joint disease.

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 다음의 단계를 포함하는 관절 질환(joint diseases)의 예방 또는 치료용 물질의 스크리닝 방법을 제공한다: (a) HIF-2α(hypoxia-inducible factor-2α)-인코딩 뉴클레오타이드 서열 및 SirT1(silent information regulator 1)-인코딩 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 세포 또는 조직에 분석하고자 하는 시험물질을 처리하는 단계; 및 (b) 상기 세포 또는 조직에서 상기 SirT1 단백질을 분석하는 단계로서, 상기 시험물질이 상기 SirT1 단백질의 활성화 억제를 통해 HIF-2α 단백질의 안정성(stability) 및 전사 활성(transcriptional activity)을 억제시키면 관절 질환의 예방 또는 치료용 물질로 판단되는 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method of screening a substance for the prevention or treatment of joint diseases comprising the steps of: (a) contacting a hypoxia-inducible factor-2 alpha (HIF- -Encoding nucleotide sequence and a silent information regulator 1 (SirT1) -encoding nucleotide sequence to a cell or tissue; And (b) analyzing the SirT1 protein in the cell or tissue, wherein when the test substance inhibits the stability and transcriptional activity of the HIF-2α protein through inhibition of activation of the SirT1 protein, Wherein the substance is judged to be a substance for preventing or treating a disease.

발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 관절 질환 진단 또는 예후 분석에 필요한 정보를 제공하기 위하여 분리된 인간의 생물학적 시료에 있는 SirT1 단백질 또는 SirT1 단백질을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열의 발현을 검출하는 방법을 통해 관절 질환 진단 또는 예후 분석 마커를 검출하는 방법을 제공한다.
According to another aspect of the invention, the present invention provides a method for detecting the expression of a nucleotide sequence encoding a SirT1 protein or a SirTl protein in a separate human biological sample in order to provide information necessary for diagnosis of a joint disease or prognosis, A disease diagnosis or a prognostic analysis marker.

발명자들은 본 발명자들은 관절 질환을 효율적으로 예방 또는 치료할 수 있는 신규한 생체분자를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 SirT1의 활성화가 HIF-2α 단백질의 아세틸화를 증가시키는 것이 아니라 HIF-2α 단백질의 안정화 및 전사 활성을 증대시켜, 다양한 매트릭스-분해 효소의 발현을 유도하고 관절 질환을 유발한다는 것을 확인하였다.The present inventors have sought to develop a novel biomolecule capable of effectively preventing or treating joint diseases. As a result, the present inventors have found that activation of SirT1 does not increase the acetylation of HIF-2? Protein but increases stabilization and transcriptional activity of HIF-2? Protein, induces expression of various matrix-degrading enzymes, Respectively.

관절(joint)는 2개의 뼈가 만나는 지점으로, 통상적으로 섬유성 관절(fibrous joint), 연골성 관절(cartilagenous joint) 및 활막성 관절(synoval joint)로 분류될 수 있다. 관절 질환(joint diseases)은 포유동물(예를 들어, 인간) 관절에 영향을 미치는 질병 또는 상해로, 가장 잘 알려진 관절 질환으로 관절염이 있지만, 이 외에도 많은 질환들이 포함된다. 관절 질환은 지속적인 고통 또는 불편함, 일시적이거나 지속적인 만성 통증 또는 매우 큰 고통을 수반하며, 하나의 관절에 국한될 수 있을 뿐 아니라, 많은 부분의 골격에서도 발생할 수 있다.A joint is the point where two bones meet, and can usually be classified as a fibrous joint, a cartilagenous joint, and a synoval joint. Joint diseases are diseases or injuries affecting mammalian (eg, human) joints, arthritis is the most well known joint disease, but many other diseases are also included. Joint disease involves permanent pain or discomfort, transient or persistent chronic pain, or very great pain, which can not only be limited to one joint, but can also occur in many parts of the skeleton.

본 명세서에서 사용되는 용어 "관절 질환"은 관절을 둘러싼 관절 연골 조직의 점진적인 변성(deterioration) 또는 파괴(destruction)를 의미한다. 관절염(arthritis)은 여러 가지 원인에 의해 관절에 염증이 생긴 질환으로, 특히 골관절염(osteoarthritis, OA)은 관절염 질환들 중에서 가장 오래되고 가장 일반적인 질환들 중 하나로, 관절 연골(joint's cartilage)의 파괴로 특징화되는 만성 상태를 나타내는 비염증성 관절 질환이며, 퇴행성 경관절 질환(degenerative joint disease), 변형성 관절증(ostoarthrosis), 비대성 관절염(hypertrophic arthritis) 또는 퇴행성관절염(degenerative arthritis)으로도 알려져 있다. 따라서, 본 명세서에서는 언급하는 골관절염은 상술한 다른 명칭들과 상호 호환되어 사용될 수 있다.The term "joint disease" as used herein refers to the gradual deterioration or destruction of articular cartilage tissue surrounding the joint. Arthritis is an inflammation of joints caused by various causes. Especially, osteoarthritis (OA) is one of the oldest and most common diseases of arthritic diseases. It is characterized by destruction of joint's cartilage And is also known as degenerative joint disease, ostoarthrosis, hypertrophic arthritis, or degenerative arthritis. It is also known as degenerative arthritis. Thus, osteoarthritis referred to herein may be used interchangeably with other names mentioned above.

퇴행성 관절 질환(degenerative joint diseases)은 무게를 함유한 관절들의 비감염성 진행성 질환(noninfectious progressive disorders)이다. 정상적인 관절 연골 조직은 부드럽고 투명한 백색을 나타내고, 콜라겐, 단백질 폴리사카라이드(polysaccharides) 및 물로 구성된 스폰지-유사 매트릭스에 임베드된 연골세포(chondrocytes)로 구성되어 있다. 초기 원발성 관절염 단계에서, 연골 조직은 불투명한 노란색으로 변하면서 국소적으로 부드러운 부위 및 거친 부위의 표면을 나타낸다. 퇴행이 진행됨에 따라서 상기 부드러운 부위(soft areas)가 점점 갈라지고 닳아서 연골 조직 내 뼈가 노출되게 된다. 이후, 상기 뼈는 리모델링을 시작하여 밀도를 증가시킨다. 최종적으로, 연골 조직에 의해 둘러쌓여졌던 골증식체(osteophytes; 신생 형성 뼈 돌출부)가 관절의 가장자리를 형성한다. 이로 인한 기계적 마모가 증대됨에 따라 연골 조직은 정비(repair)될 필요가 있지만, 손상된 연골세포는 충분한 양의 스폰지-유사 매트릭스를 생산할 수 없어서 자체적으로 이를 극복할 수 없다. 더욱이, 연골 조직은 치유를 수행하기 위한 혈액 공급도 원활하게 이루어지지 않는다. 대부분의 퇴행성 관절 질환은 기계적 불안정성(mechanical instabilities) 또는 관절 내 노화 상태의 변화로 인해 초래되며, 노인성 퇴행성 관절염(old age degenerative arthritis)을 포함한다. 젊은이들의 경우는, 손상, 타박상, 고관절 이형성증(hip dysplasia) 같은 비정상적 관절 형상(configuration) 또는 전방 십자인대 파열, 슬개골 탈구 또는 박리성 골연골염에 따른 기계적 마모에 의한 결과일 수 있다. 퇴행성 관절 질환은 무릎, 엉덩이, 어깨, 손 및 척추를 포함하는 신체의 관절 어디에서나 발생할 수 있다.Degenerative joint diseases are noninfectious progressive disorders of joints that contain weight. Normal articular cartilage tissue is soft and transparent white and consists of collagen, protein polysaccharides and chondrocytes embedded in a sponge-like matrix composed of water. In the initial primary arthritis stage, cartilage tissue turns opaque yellow, locally showing soft and rough areas. As the degeneration progresses, the soft areas become more and more fragile and worn out, exposing the bone in cartilage tissue. The bones then begin remodeling to increase density. Finally, osteophytes, which are surrounded by cartilage tissue, form the edges of joints. As the resulting mechanical wear increases, cartilage tissue needs to be repaired, but damaged cartilage cells can not produce enough sponge-like matrices and can not overcome it. Furthermore, cartilage tissue does not smoothly supply blood to perform healing. Most degenerative joint diseases are caused by changes in mechanical instabilities or aging of the joints, and include old age degenerative arthritis. Younger cases may be the result of mechanical abrasion due to abnormal anatomic configuration or anterior cruciate ligament rupture such as injury, bruise, hip dysplasia, patellar dislocation or peelable osteochondritis. Degenerative joint disease can occur anywhere in the body's joints, including the knees, hips, shoulders, hands and spine.

연골은 뼈의 끝 부위에 완충 기능(cushion)을 하여 관절이 쉽게 움직일 수 있도록 하는 관절의 한 부위이다. 연골의 파괴는 인접한 뼈들 간의 마모를 야기하고, 관절의 이동의 어려움으로 인한 경직(stiffness) 및 고통을 초래한다. 현재 관절염을 가지고 살아가는 사람의 수가 우리나라에서 약 200만명, 미국에서 약 2,700만 내지 3,500만 명으로 추산될 정도로 관절염은 발생빈도가 매우 높은 질환이다(Helmick, C., et al., Estimates of the Prevalence of Arthritis and Other Rheumatic conditions in the United States. Arthritis & Rheumatism, 58(1): 15-25(2008)). 불행하게도, 아직까지 발병원인에 대한 명확한 이해가 부족하기 때문에 그 치료법 또한 없는 실정이다. 실제로, 관절염은 많은 인자들(예를 들어, 나이, 비만, 상처, 관절의 과도한 사용, 유전적 원인, 등)에 의해 발병할 수 있기 때문에 발병 상황에 따라 그 치료 방법이 다양할 수 있다.Cartilage is a part of the joint that allows the joint to move easily by cushioning the tip of the bone. The destruction of the cartilage causes abrasion between adjacent bones, resulting in stiffness and suffering due to the difficulty of movement of the joints. Arthritis is a highly prevalent disease in which the number of people living with arthritis is estimated to be about 2 million in Korea and about 27 to 35 million in the US (Helmick, C., et al. , Estimates of the Prevalence Arthritis & Rheumatism , 58 (1): 15-25 (2008)). Unfortunately, there is still no cure because of a lack of clear understanding of the etiology. Indeed, since arthritis can be caused by many factors (eg, age, obesity, wounds, excessive use of joints, genetic causes, etc.), treatment methods can vary depending on the onset of the disease.

골관절염은 다음과 같은 다양한 단계로 나뉘어진다: (a) 연골이 탄력성을 잃어 상처나 이용에 의해 보다 더 쉽게 상처받는 단계; (b) 연골의 마모가 밑에 있는 뼈에 변화를 야기시키는 단계로, 뼈가 비후화되고 낭종이 발생할 수 있다. 돌기(spurs) 또는 골증식체(osteophytes)로 불리는 뼈의 증식이 영향 받은 관절에 있는 뼈의 말단에서 일어난다. 가려움과 고통을 야기한다; (c) 뼈 또는 연골의 조각이 관절강(joint space)에 느슨하게 부유하는 단계; 및 (d) 연골 파괴(breakdown)로 인해 관절막 또는 활액막에 염증을 일으키는 단계로, 연골에 손상을 입히는 사이토카인 및 효소를 추가적으로 야기시킨다.Osteoarthritis is divided into various stages: (a) the cartilage is more vulnerable to injury by injury or use; (b) The wear of the cartilage causes a change in the underlying bone, which can result in thickening of the bone and cyst formation. Proliferation of bones called spurs or osteophytes occurs at the ends of the bones in the affected joints. Itching and pain; (c) loosely floating a piece of bone or cartilage in a joint space; And (d) inflammation of the synovial membrane or synovial membrane caused by cartilage breakdown, which additionally causes cytokines and enzymes that damage cartilage.

본 발명은 SirT1 단백질의 활성화를 통해 관절 질환의 마스터 조절인자인 HIF-2α 단백질의 안정화 및 전사 활성을 증대시킬 수 있다는 것을 최초로 규명하였으며, 이를 이용하여 관절 질환을 예방 또는 치료할 수 있다는 것을 증명하였다.The present invention firstly proved that activation of SirT1 protein can increase the stabilization and transcriptional activity of HIF-2 alpha protein, which is a master regulator of joint diseases, and it has been proved that joint disease can be prevented or treated by using this.

본 발명에 따르면, HIF-2α 또는 이의 다운스트림 타겟인 Nampt의 과다발현(즉, iNampt의 활동)은 NAD+ 및 총 NAD의 레벨을 현저하게 증가시킬 뿐 아니라(참고: 도 7a 내지 도 7c), SirT1 활성을 약 1.5배 이상 증가시켰다(참고: 도 7d). 상기 SirT1 활성의 증가는 HIF-2α의 아세틸화를 유발하는 것이 아니라 HIF-2α 단백질의 전사 활성을 증대시켰다(참고: 도 7e 및 도 8a). 더 나아가, 상기 HIF-2α 단백질의 전사 활성 조절은 HIF-2α 단백질의 안정화에 기반한다(참고: 도 8b 내지 도 8k).In accordance with the present invention, overexpression of HIF-2 alpha or its downstream target Nampt (i. E. Activity of iNampt) not only not only significantly increases the levels of NAD + and total NAD (see Figures 7a-7c) RTI ID = 0.0 > SirTl < / RTI > The increase in SirT1 activity did not cause acetylation of HIF-2? But increased the transcriptional activity of HIF-2? Protein (cf. FIGS. 7e and 8a). Furthermore, the regulation of the transcriptional activity of the HIF-2.alpha. Protein is based on the stabilization of the HIF-2.alpha. Protein (see FIGS. 8B-8K).

SirT1은 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)의 Sir2 유전자의 상동체(homologs)로 sirtuin 패밀리 단백질의 한 멤버이다. SirT1은 히스톤의 탈아세틸화를 통해 밀집화된 크로마틴으로 유지시키는 데 핵심적인 기능을 수행한다. 또한, SirT1은 스트레스 저항성, 대사과정, 골격근 이상(dysfunction), 아팝토시스(apoptosis), 노화(senescence 또는 aging) 및 분화를 포함하는 다양한 생리학적 과정들에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, SirT1은 고 인슐린 저항성을 가지는 세포에서 하향-조절되고 상기 유전자의 발현 증가는 인슐린 민감성을 증가시키는 데, 이는 SirT1이 인슐린 민감성을 개선시키는 데 관여한다는 것을 의미한다(Liang, F., et al., Nature reviews Endocrinology, 5: 367-373(2009)).SirT1 is a homolog of the Sir2 gene of Saccharomyces cerevisiae and a member of the sirtuin family of proteins. SirT1 plays a key role in maintaining deacetylation of histones into dense chromatin. In addition, SirT1 is known to play an important role in a variety of physiological processes including stress resistance, metabolic processes, dysfunction, apoptosis, senescence or aging and differentiation. For example, SirT1 is down-regulated in cells with high insulin resistance and increased expression of the gene increases insulin sensitivity, which implies that SirT1 is involved in improving insulin sensitivity (Liang, F., et al. , Nature reviews Endocrinology, 5: 367-373 (2009)).

본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 SirT1의 활성화는 매트릭스-분해 효소의 발현을 mRNA 또는 단백질 레벨에서 증가시키고, 보다 구체적으로는 매트릭스 메탈로프로티나제(matrix metalloprotenase, MMP)-3, Mmp-9, Mmp-12, Mmp-13 및 Adamts4의 mRNA 또는 단백질 레벨을 증가시킨다(참고: 도 9b).According to certain embodiments of the invention, activation of SirT1 of the present invention increases the expression of the matrix-degrading enzyme at the mRNA or protein level, and more specifically, matrix metalloproteinase (MMP) -3, MMP-9, Mmp-12, Mmp-13 and Adamts4 (see Figure 9b).

본 발명의 방법에 따르면, 먼저 HIF-2α(hypoxia-inducible factor-2)-인코딩 뉴클레오타이드 서열 및 SirT1-인코딩 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 세포 또는 조직에 분석하고자 하는 시험물질을 처리한다.According to the method of the present invention, a test substance to be analyzed is first treated with a cell or tissue containing a hypoxia-inducible factor-2 (HIF-2 alpha) -encoding nucleotide sequence and a SirTl-encoding nucleotide sequence.

본 명세서에서 사용되는 용어 "처리(treatment)"는 세포 또는 조직에 시험물질을 투여하여 세포 또는 조직과 시험물질의 접촉을 유도하여 시험물질의 효능을 분석 가능하게 하는 투여과정을 의미하며, 상기 용어는 '투여(administration)' 또는 '접촉(contact)'과 상호 호환되어 사용될 수 있다. 본 발명의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 세포 또는 조직은 특별하게 제한되지 않으며, 구체적으로는 포유동물 세포 또는 조직이고, 보다 구체적으로는 관절(joint)-유래된 세포 또는 관절 조직을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.As used herein, the term " treatment "means an administration process in which the test substance is administered to a cell or tissue to induce contact between the cell or tissue and the test substance, May be used interchangeably with " administration " or " contact. &Quot; The cells or tissues comprising the nucleotide sequence of the present invention are not particularly limited and specifically include mammalian cells or tissues, and more specifically, cells or tissues including, but not limited to, joint- It is not.

본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용될 수 있는 세포 또는 조직은 관절(joint)-유래된 세포 또는 관절 조직이고, 보다 구체적으로는 가동관절(articulating joints)-유래된 세포 또는 가동관절 조직이다.According to some embodiments of the present invention, the cells or tissues that can be used in the present invention are joint-derived cells or joint tissues, and more specifically articulating joints-derived cells or movable joints Organization.

본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용될 수 있는 가동관절 조직은 손목, 팔꿈치, 어깨, 발목, 무릎, 엉덩이, 척추, 측두-하악 및 수근중수 관절을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 구체적으로는, 관절 조직은 대퇴골두(femoral heads), 대퇴골 관절(femoral condyles), 경골 고원부(tibial plateaus), 관골구관절(acetabulofemoral joint), 견쇄관절(acromioclavicular joint), 대퇴무릎관절(femoropatellar joint), 대퇴경골관절(femorotibial joint), 상완와관절(glenohumeral joint), 완요관절(humeroradial joint), 완척관절(humeroulnar joint), 지간관절(interphalangeal joint), 중수골관절(metacarpal joint), 요척관절(radioulnar joint) 및 발목관절(talocrural joint)로부터 유래될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.According to some embodiments of the present invention, the movable joint tissue that may be used in the present invention includes, but is not limited to, wrists, elbows, shoulders, ankles, knees, hips, vertebrae, temporomandibular and carpometacarpal joints . More specifically, the joint tissue includes femoral heads, femoral condyles, tibial plateaus, acetabulofemoral joints, acromioclavicular joints, femoropatellar joints, A femorotibial joint, a glenohumeral joint, a humeroradial joint, a humeroulnar joint, an interphalangeal joint, a metacarpal joint, a radioulnar joint, And talocalcial joints, but are not limited thereto.

본 발명의 방법은 상기 세포 또는 조직에 관절 질환을 유발시키는 단계(pre-a)를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, DMM 수술 같은 기계적 스트레스 또는 IL 1β 같은 친-염증성 사이토카인들 또는 바이러스 주입, 구체적으로는 아데노바이러스(예컨대, Ad-Epas1) 주입을 통해 HIF-2α의 발현을 증가시켜 세포 또는 조직에 관절 질환의 상태를 유발함으로써 하기 단계의 분석을 보다 명확하게 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 아데노바이러스는 관절내(IA) 주입 또는 복강내(IP) 주입을 통해 실시한다.The method of the present invention may further comprise a step (pre-a) of inducing a joint disease in said cell or tissue. For example, expression of HIF-2 alpha is increased by mechanical stress such as DMM surgery or proinflammatory cytokines such as IL 1 beta or viral injection, specifically adenovirus (e.g., Ad- Epasl ) By inducing the condition of the joint disease, the following step analysis can be performed more clearly. According to certain embodiments of the invention, the adenovirus of the invention is administered via intra-articular (IA) injection or intraperitoneal (IP) injection.

본 발명의 스크리닝 방법을 언급하면서 사용되는 용어 "시험물질"은 SirT1 단백질의 활성화 억제를 통해 HIF-2α 단백질의 안정성(stability) 및 전사 활성(transcriptional activity)을 억제시키는 지 여부를 검사하기 위하여 스크리닝에서 이용되는 미지의 물질을 의미한다. 본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용될 수 있는 시험물질은 HIF-2α와 Nampt 유전자의 프로모터 내 HIF-2α-결합 위치 간의 상호작용을 방해하는 물질로 화학물질, siRNA(small interference RNA), shRNA(small hairpin RNA 또는 short hairpin RNA), miRNA(microRNA), 리보자임(ribozyme), DNAzyme, PNA(peptide nucleic acids), 안티센스 올리고뉴클레오타이드, 펩타이드, 항체, 앱타머 및 천연추출물을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The term "test substance" used in referring to the screening method of the present invention is used in screening to check whether stability of HIF-2? Protein and transcriptional activity is inhibited through inhibition of activation of SirT1 protein Means an unknown substance used. According to some embodiments of the present invention, the test material that can be used in the present invention is a substance that interferes with the interaction between HIF-2? And HIF-2? -Binding sites in the promoter of Nampt gene, ), shRNA (small hairpin RNA or short hairpin RNA), miRNA (microRNA), ribozyme, DNAzyme, peptide nucleic acids, antisense oligonucleotides, peptides, antibodies, aptamers and natural extracts, But is not limited thereto.

본 발명의 스크리닝 방법에 의해 분석되는 시험물질이 화학물질인 경우, 단일 화합물 또는 화합물들의 혼합물(예컨대, 세포 또는 조직 배양물)일 수 있다. 시험물질은 합성 또는 천연 화합물의 라이브러리로부터 얻을 수 있다. 이러한 화합물의 라이브러리를 얻는 방법은 당업계에 공지되어 있다. 합성 화합물 라이브러리는 Maybridge Chemical Co.(UK), Comgenex(USA), Brandon Associates(USA), Microsource(USA) 및 Sigma-Aldrich(USA)에서 상업적으로 구입 가능하며, 천연 화합물의 라이브러리는 Pan Laboratories(USA) 및 MycoSearch(USA)에서 상업적으로 구입 가능하다. 시험물질은 당업계에 공지된 다양한 조합 라이브러리 방법에 의해 얻을 수 있으며, 예를 들어, 생물학적 라이브러리, 공간 어드레서블 패러럴 고상 또는 액상 라이브러리(spatially addressable parallel solid phase or solution phase libraries), 디컨볼루션이 요구되는 합성 라이브러리 방법, '1-비드 1-화합물' 라이브러리 방법, 그리고 친화성 크로마토그래피 선별을 이용하는 합성 라이브러리 방법에 의해 얻을 수 있다. 분자 라이브러리의 합성 방법은, DeWitt, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 90, 6909, 1993; Erb, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91, 11422, 1994; Zuckermann, et al., J. Med. Chem. 37, 2678, 1994; Cho et al., Science 261, 1303, 1993; Carell, et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33, 2059, 1994; Carell, et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33, 2061; Gallop, et al., J. Med. Chem. 37, 1233, 1994 등에 개시되어 있다.When the test substance to be analyzed by the screening method of the present invention is a chemical, it may be a single compound or a mixture of compounds (e.g., a cell or a tissue culture). The test substance can be obtained from a library of synthetic or natural compounds. Methods for obtaining libraries of such compounds are known in the art. Synthetic compound libraries are commercially available from Maybridge Chemical Co., Comgenex (USA), Brandon Associates (USA), Microsource (USA) and Sigma-Aldrich (USA) ) And MycoSearch (USA). The test materials can be obtained by various combinatorial library methods known in the art and include, for example, biological libraries, spatially addressable parallel solid phase or solution phase libraries, deconvolution Be obtained by the synthetic library method required, the '1-bead 1-compound' library method, and the synthetic library method using affinity chromatography screening. Methods for the synthesis of molecular libraries are described in DeWitt, et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 6909, 1993; Erb, et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 11422, 1994; Zuckermann, et al. , J. Med. Chem. 37, 2678, 1994; Cho et al., Science 261, 1303, 1993; Carell, et al. , Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33,2059,1994; Carell, et al. , Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33, 2061; Gallop, et al. , J. Med. Chem. 37, 1233, 1994, and the like.

본 발명의 스크리닝 방법은 SirT1 단백질의 활성화를 억제하여 HIF-2α 단백질의 안정화 및 전사 활성을 억제하는 시험물질을 동정하는 것이지만, HIF-2α, Nampt 또는 SirT1의 단백질 발현을 직접적으로 억제하는 물질, HIF-2α의 전사 활성 억제제, 하이드록실라제 활성을 억제하여 HIF-2α의 프로테아좀 분해를 억제하는 물질 등도 포함할 수 있다. 본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명에서 하이드록실라제 활성을 가지는 단백질은 PHD(prolyl-4-hydroxylase domain)2 및 PHD3 단백질을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 어떤 구현예에 따르면, HIF-2-인코딩 뉴클레오타이드 서열(서열목록 제1서열) 또는 SirT1-인코딩 뉴클레오타이드 서열(서열목록 제3서열)에 대한 siRNA, shRNA, miRNA, 리보자임, DNAzyme 및 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 HIF-2 또는 SirT1의 발현을 억제할 수 있다. 하지만, 본 발명의 방법의 주요 타겟은 SirT1 단백질의 활성화를 억제하여 HIF-2 단백질의 안정화를 억제하는 물질의 동정으로, HIF-2의 프로테아좀 경로를 통한 분해를 저해하는 물질이다.The screening method of the present invention identifies a test substance that inhibits the activation of SirT1 protein and inhibits the stabilization and transcriptional activity of HIF-2 alpha protein, but it is a substance that directly inhibits protein expression of HIF-2 alpha, Nampt or SirT1, -2α, a substance inhibiting hydrolytic activity and inhibiting proteasome degradation of HIF-2α, and the like. According to some embodiments of the present invention, the protein having hydroxylase activity in the present invention includes, but is not limited to, prolyl-4-hydroxylase domain (PHD) 2 and PHD3 protein. According to some embodiments of the invention, siRNAs, shRNAs, miRNAs, ribozymes, DNAzymes and antisense sequences for HIF-2-encoding nucleotide sequences (SEQ ID No. 1) or SirTl-encoding nucleotide sequences (SEQ ID No. 3) Oligonucleotides can inhibit the expression of HIF-2 or SirTl. However, the main target of the method of the present invention is to identify the substance which inhibits the activation of SirT1 protein and inhibits the stabilization of HIF-2 protein, thereby inhibiting degradation of HIF-2 through the proteasome pathway.

본 발명에서 사용되는 용어 "안티센스 올리고뉴클레오타이드(antisense oligonucleotide)"는 특정 mRNA의 서열에 상보적인 핵산 서열을 함유하고 있는 DNA 또는 RNA 또는 이들의 유도체를 의미하고, mRNA 내의 상보적인 서열에 결합하여 mRNA의 단백질로의 번역을 저해하는 작용을 한다. 본 명세서에서 언급되는 용어 "상보적(complementary)"은 소정의 혼성화 또는 어닐링 조건, 바람직하게는 생리학적 조건 하에서 안티센스 올리고뉴클레오타이드가 타겟에 선택적으로 혼성화할 정도로 충분히 상보적인 것을 의미하는 것으로 하나 또는 그 이상의 미스매치(mismatch) 염기서열을 가질 수 있으며, '실질적으로 상보적(substantially complementary)' 및 '완전히 상보적(perfectly complementary)'인 것을 모두 포괄하는 의미를 가지며, 보다 구체적으로는 완전히 상보적인 것을 의미한다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드의 길이는 6 내지 100 염기이고, 보다 구체적으로는 8 내지 60 염기이고, 가장 구체적으로는 10 내지 40 염기이다.The term "antisense oligonucleotide" used in the present invention means DNA or RNA or a derivative thereof containing a nucleic acid sequence complementary to the sequence of a specific mRNA, and binds to a complementary sequence in the mRNA, It acts to inhibit the translation into protein. As used herein, the term "complementary" means that the antisense oligonucleotide is sufficiently complementary to hybridize selectively under a given hybridization or annealing condition, preferably physiological conditions, to one or more Mismatch nucleotide sequence and has a meaning that encompasses both 'substantially complementary' and 'perfectly complementary', and more specifically means that it is completely complementary do. The length of the antisense oligonucleotide is 6 to 100 bases, more specifically 8 to 60 bases, most specifically 10 to 40 bases.

본 발명에서 사용되는 용어 "siRNA"는 RNA 방해 또는 유전자 사일런싱을 매개할 수 있는 핵산 분자를 의미한다(참조: WO 00/44895, WO 01/36646, WO 99/32619, WO 01/29058, WO 99/07409 및 WO 00/44914). siRNA는 표적 유전자의 발현을 억제할 수 있기 때문에 효율적인 유전자 넉다운 방법으로서 또는 유전자치료 방법으로 제공된다. siRNA는 식물, 벌레, 초파리 및 기생충에서 처음으로 발견되었으나, 최근에 siRNA를 개발/이용하여 포유류 세포 연구에 응용되었다(Degot S, et al. 2002; Degot S, et al. 2004; Ballut L, et al. 2005).The term "siRNA" as used herein means a nucleic acid molecule capable of mediating RNA interference or gene silencing (see WO 00/44895, WO 01/36646, WO 99/32619, WO 01/29058, WO 99/07409 and WO 00/44914). Since siRNA can inhibit the expression of a target gene, it is provided as an efficient gene knockdown method or as a gene therapy method. siRNA has been first discovered in plants, worms, fruit flies and parasites, and the recent development / use of siRNA to have been applied to mammalian-cell research (Degot S, et al 2002; . Degot S, et al 2004;. Ballut L, et al., 2005).

본 발명의 siRNA 분자는, 타겟 센스 가닥과 안티센스 가닥이 서로 반대쪽에 위치하여 이중쇄를 이루는 구조를 가질 수 있다. 또한, 다른 구현 예에 따르면, 본 발명의 siRNA 분자는, 자기-상보성(self-complementary) 센스 및 안티센스 가닥을 가지는 단일쇄 구조를 가질 수 있다. siRNA는 RNA끼리 짝을 이루는 이중사슬 RNA 부분이 완전히 쌍을 이루는 것에 한정되지 않고 미스매치(대응하는 염기가 상보적이지 않음), 벌지(일방의 사슬에 대응하는 염기가 없음) 등에 의하여 쌍을 이루지 않는 부분이 포함될 수 있다. 전체 길이는 10 내지 100 염기, 구체적으로는 15 내지 80 염기, 더욱 구체적으로는 20 내지 70 염기, 그리고 가장 구체적으로는 20-30 염기이다.The siRNA molecule of the present invention may have a structure in which the target sense strand and the antisense strand are located on opposite sides to form a double strand. Also, according to another embodiment, the siRNA molecules of the invention may have a single stranded structure with self-complementary sense and antisense strands. The siRNA is not limited to a complete pair of double-stranded RNA portions that are paired with each other, but is paired by a mismatch (the corresponding base is not complementary), a bulge (no base corresponding to one chain) May be included. The total length is 10 to 100 bases, specifically 15 to 80 bases, more specifically 20 to 70 bases, and most particularly 20 to 30 bases.

siRNA 말단 구조는 타겟의 발현을 RNAi(RNA interference) 효과에 의하여 억제할 수 있는 것이면 평활(blunt) 말단 혹은 점착(cohesive) 말단 모두 가능하다. 점착 말단 구조는 3'-말단 돌출 구조와 5'-말단 돌출 구조 모두 가능하다. 본 발명의 siRNA 분자는, 자기-상보성 센스 및 안티센스 가닥 사이에 짧은 뉴클레오타이드 서열(예컨대, 약 5-15 nt)이 삽입된 형태를 가질 수 있으며, 이 경우 뉴클레오타이드 서열의 발현에 의해 형성된 siRNA 분자는 분자내 혼성화에 의하여 헤어핀 구조를 형성하게 되며, 전체적으로는 스템-앤드-루프 구조를 형성하게 된다. 이 스템-앤드-루프 구조는 인 비트로 또는 인 비보에서 프로세싱되어 RNAi를 매개할 수 있는 활성의 siRNA 분자를 생성한다.The siRNA terminal structure is capable of blunt or cohesive termini as long as it can inhibit expression of the target by RNAi (RNA interference) effect. The sticky end structure can be a 3'-end protruding structure and a 5'-end protruding structure. SiRNA molecules of the present invention may have a form in which a short nucleotide sequence (e.g., about 5-15 nt) is inserted between the self-complementary sense and antisense strands, wherein the siRNA molecule formed by the expression of the nucleotide sequence is a molecule The hairpin structure is formed by hybridization, and the stem-and-loop structure as a whole is formed. This stem-and-loop structure is processed in vitro or in vivo to produce an active siRNA molecule capable of mediating RNAi.

본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 siRNA는 서열목록 제3서열에 기재된 뉴클레오타이드 서열에 상보적인 서열을 갖는다. 본 발명에 따르면, Ad-Epas1 또는 Ad-Nampt로 감염된 연골세포(예: 마우스 관절 연골세포)에서 SirT1 억제제(예컨대, EX527, SirT1-타겟팅 siRNA)를 처리함에 따라 HIF-2- 또는 Nampt-유도된 매트릭스-분해 효소(예컨대, Mmmp3, Mmp9, Mmp12, Mmp13Adamts4)의 발현 레벨이 뚜렷하게 감소하였다(참조: 도 9b).According to some embodiments of the invention, the siRNA of the invention has a sequence complementary to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3. According to the invention, Ad- Epas1 or cartilage cells infected with Ad- Nampt: (for example, mouse articular cartilage cells), as handles SirT1 inhibitors (e.g., EX527, SirT1- targeting siRNA) or HIF-2- induced Nampt- The expression levels of matrix-degrading enzymes (e.g., Mmmp3, Mmp9 , Mmp12, Mmp13 and Adamts4 ) were markedly reduced (see FIG.

본 발명에서 언급되는 용어 "shRNA(small hairpin RNA 또는 short hairpin RNA)"는 견고한 헤어핀 턴을 만드는 RNA의 서열을 나타내며, 이는 RNA 간섭을 통해 유전자 발현을 사일런스시키는 데 이용될 수 있다. shRNA는 세포 도입용 벡터를 이용하며 shRNA를 발현할 수 있는 U6 프로모터를 주로 이용한다. 이러한 벡터는 항상 딸세포로 전달되어 유전자 사일런싱이 유전될 수 있도록 한다. shRNA 헤어핀 구조는 세포 내 기작(machinery)인 siRNA로 분해되어 RNA-유도 사일런싱 복합체(RNA-induced silencing complex)에 결합된다. 상술한 복합체는 이에 결합된 siRNA에 상응하는(matched) mRNA에 결합하여 분해시킨다. shRNA는 RNA 폴리머라제 III에 의해 전사되며, 포유동물 세포에서 shRNA 생산은 세포가 shRNA를 바이러스 공격으로 인식하여 방어 수단을 찾는 것처럼 인터페론 반응을 야기시킬 수도 있다. 또한, shRNA는 식물 및 다른 시스템에서도 이용될 수 있으며 U6 프로모터가 반드시 필요한 것은 아니다. 식물의 경우에는 매우 강력한 연속적인 발현 능력을 보유한 전통적인 프로모터인 CaMV(cauliflower mosaic virus) 35S 프로모터가 이용될 수 있다.The term "shRNA (small hairpin RNA or short hairpin RNA) " referred to in the present invention refers to a sequence of RNA that produces a robust hairpin turn, which can be used to silence gene expression through RNA interference. shRNA uses a vector for introducing cells and mainly uses a U6 promoter capable of expressing shRNA. These vectors are always transferred to daughter cells, allowing genetic silencing to be inherited. The shRNA hairpin structure is degraded into an intracellular machinery siRNA and bound to an RNA-induced silencing complex. The above-described complex binds to and degrades mRNA matched to the siRNA bound thereto. shRNAs are transcribed by RNA polymerase III, and production of shRNAs in mammalian cells may cause interferon responses as cells recognize shRNA as a viral attack and find defensive means. In addition, shRNAs can also be used in plants and other systems, and the U6 promoter is not necessary. In the case of plants, the CaMV (cauliflower mosaic virus) 35S promoter, which is a conventional promoter having a very strong continuous expression ability, can be used.

본 명세서의 사용되는 용어 "마이크로RNA(microRNA, miRNA)"는 21-25개의 뉴클레오타이드의 단일가닥 RNA 분자로서 mRNA(messengerRNA)의 3'-UTR에 결합하여 진핵생물의 유전자 발현을 제어하는 물질을 나타낸다(Bartel DP, et al., Cell, 23;116(2): 281-297(2004)). miRNA의 생성은 Drosha(RNaseIII type 효소)에 의해 스템-루프 구조의 전구체 miRNA(pre-miRNA)로 만들어지고, 세포질로 이동하여 다이서(Dicer)에 의해 절단되어 성숙한 miRNA로 만들어진다[Kim VN, et al., Nat Rev Mol Cell Biol., 6(5): 376-385(2005)]. 상술한 바와 같이 제조된 miRNA는 표적단백질의 발현을 조절함으로써 발생, 세포증식 및 사멸, 지방대사, 종양형성 등에 관여한다[Wienholds E, et al., Science, 309(5732): 310-311(2005); Nelson P, et al., Trends Biochem Sci., 28: 534-540(2003); Lee RC, et al., Cell, 75: 843-854(1993); 및 Esquela-Kerscher A, et al., Nat Rev Cancer, 6: 259-269(2006)].As used herein, the term "microRNA (miRNA)" refers to a material that binds to the 3'-UTR of mRNA (messenger RNA) as a single strand RNA molecule of 21-25 nucleotides and controls gene expression of eukaryotes (Bartel DP, et al. , Cell, 23: 116 (2): 281-297 (2004)). The production of miRNA is made into a stem-loop structure precursor miRNA (pre-miRNA) by Drosha (RNase III type enzyme), and it is transferred to the cytoplasm and cleaved by Dicer to make mature miRNA [Kim VN, et al. , Nat Rev Mol Cell Biol., 6 (5): 376-385 (2005)]. MiRNAs prepared as described above are involved in development, cell proliferation and death, lipid metabolism, tumor formation, etc. by controlling the expression of target proteins [Wienholds E, et al. , ≪ / RTI > Science, 309 (5732): 310-311 (2005); Nelson P, et al. , Trends Biochem Sci., 28: 534-540 (2003); Lee RC, et al. , Cell, 75: 843-854 (1993); And Esquela-Kerscher A, et al. , Nat Rev Cancer, 6: 259-269 (2006)].

본 명세서에서 사용되는 용어 "펩타이드"는 펩타이드 결합에 의해 아미노산 잔기들이 서로 결합되어 형성된 선형의 분자를 의미한다. 본 발명의 펩타이드는 당업계에 공지된 화학적 합성 방법, 특히 고상 합성 기술(solid-phase synthesis techniques; Merrifield, J. Amer. Chem. Soc. 85: 2149-54(1963); Stewart, et al., Solid Phase Peptide Synthesis, 2nd. ed., Pierce Chem. Co.: Rockford, 111(1984)) 또는 액상 합성 기술(US 등록특허 제5,516,891호)에 따라 제조될 수 있다.As used herein, the term "peptide" refers to a linear molecule formed by peptide bonds and amino acid residues joined together. . The peptide of the present invention the chemical synthesis methods known in the art, particularly solid-phase synthesis technique (solid-phase synthesis techniques; Chem Merrifield, J. Amer Soc 85:. 2149-54 (1963); Stewart, et al,. Solid Phase Peptide Synthesis , 2nd ed., Pierce Chem. Co .: Rockford, 111 (1984)) or liquid phase synthesis technology (US Patent No. 5,516,891).

이어, 시험물질이 처리된 세포에서 SirT1 단백질의 활성을 측정한다. 발현량 및 활성의 측정은 하기 기재한 바와 같이 실시할 수 있으며, 측정 결과, 본 발명의 마커인 SirT1 단백질의 활성이 감소되는 경우에 상기 시험물질은 관절 질환의 예방 또는 치료용 물질로 판정될 수 있다.Next, the activity of the SirT1 protein is measured in the cells treated with the test substance. The expression level and activity can be measured as described below. When the activity of the SirT1 protein, which is a marker of the present invention, is reduced, the test substance can be determined as a substance for preventing or treating joint disease have.

본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 관절 질환은 퇴행성 관절염(degenerative arthritis), 박리성 골연골염, 반월상 연골판 손상 후 관절증 또는 관절염, 관절의 부정정렬, 무혈성 괴사증, 관절증(arthroses), 연골 결손(isolated chondral defect), 무릎 연골연화증(chondromalacia patellae), 활막염, 활액낭염, 외상성 삼출(traumatic effusion), 인대 결핍 관절증(ligamentous deficiency arthroses), 이단성 골연골염(osteochondritis dissecans, OCD), 슬개골 불안정성(patellar instability), 류마티스성 관절염, 소아 특발성 관절염, 소년성 관절염(juvenile arthritis), 외상 후 관절염, 염증성 관절염, 감염으로 인한 관절염(septic arthritis), 낭창(lupus), 공피증(scleroderma), 건염, 섬유조직염, 섬유근육염 및 다발성 근염을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 관절 질환은 퇴행성 관절염이다.According to some embodiments of the present invention, the joint disease of the present invention is useful for the treatment and / or prophylaxis of degenerative arthritis, peelable osteochondritis, arthritis or arthritis after meniscus injury, malunion of joints, avascular necrosis, arthroses, Chondromalacia patellae, synovitis, bursitis, traumatic effusion, ligamentous deficiency arthroses, osteochondritis dissecans (OCD), patellar instability (patellar instability) ), Rheumatoid arthritis, childhood idiopathic arthritis, juvenile arthritis, traumatic arthritis, inflammatory arthritis, septic arthritis, lupus, scleroderma, tendonitis, But are not limited to, fibromuscular and multifocal myositis. More specifically, the joint disease of the present invention is degenerative arthritis.

본 발명에서 이용되는 HIF-2α-인코딩 뉴클레오타이드 서열 및 SirT1-인코딩 뉴클레오타이드 서열은 각각 서열목록 제1서열(GenBank Accession No. NM_010137.3) 및 서열목록 제3서열(GenBank Accession No. NM_001159589.1)로 예시되어 있으며, 각 뉴클레오타이드 서열로부터 발현되는 단백질들의 아미노산 서열은 서열목록 제2서열(GenBank Accession No. NP_034267.3) 및 서열목록 제4서열(GenBank Accession No. NP_001153061.1)에 예시되어 있다.The HIF-2 alpha -encoding nucleotide sequence and the SirTl-encoding nucleotide sequence used in the present invention are represented by SEQ ID NO: 1 (GenBank Accession No. NM_010137.3) and SEQ ID NO: 3 (GenBank Accession No. NM_001159589.1) And the amino acid sequences of the proteins expressed from the respective nucleotide sequences are shown in SEQ ID No. 2 (GenBank Accession No. NP_034267.3) and Sequence Listing No. 4 (GenBank Accession No. NP_001153061.1).

SirT1 단백질의 양 변화는 종래에 개발된 다양한 정량적 또는 정성적 면역분석 프로토콜에 따라 실시될 수 있으며, 예를 들어 면역염색, 방사능면역분석, 방사능면역침전, 웨스턴 블랏팅, 면역침전, ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay), 캡처-ELISA, 억제 또는 경쟁 분석, 샌드위치 분석, 유세포 분석(flow cytometry), 면역형광염색 및 면역친화성 정제를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.Changes in the amount of SirT1 protein can be performed according to various quantitative or qualitative immunoassay protocols developed conventionally and include, for example, immuno staining, radioimmunoassay, radioimmunoprecipitation, Western blotting, immunoprecipitation, ELISA linked immunosorbent assay, capture-ELISA, inhibition or competition assay, sandwich assay, flow cytometry, immunofluorescent staining and immunoaffinity purification.

상기 면역분석 또는 면역염색의 방법은 Enzyme Immunoassay, E. T. Maggio, ed., CRC Press, Boca Raton, Florida, 1980; Gaastra, W., Enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA), in Methods in Molecular Biology, Vol. 1, Walker, J.M. ed., Humana Press, NJ, 1984; 및 Ed Harlow and David Lane, Using Antibodies:A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1999에 기재되어 있으며, 상기 문헌은 본 명세서에 참조로서 삽입된다.Methods of immunoassay or immunostaining are described in Enzyme Immunoassay, E. T. Maggio, ed., CRC Press, Boca Raton, Florida, 1980; Gaastra, W., Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), in Methods in Molecular Biology, Vol. 1, Walker, J.M. ed., Humana Press, NJ, 1984; And Ed Harlow and David Lane, Using Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1999, which is incorporated herein by reference.

예를 들어, 본 발명의 방법이 방사능면역분석 방법에 따라 실시되는 경우, 방사능동위원소(예컨대, C14, I125, P32 및 S35)로 레이블링된 항체가 본 발명의 마커 분자를 검출하는 데 이용될 수 있다.For example, if the method of the present invention is carried out according to the method radioactive immunoassay, radioactive isotope is an antibody labeled (e.g., C 14, I 125, P 32 and S 35) of detecting the marker molecules of the present invention .

본 발명의 방법이 ELISA 방식으로 실시되는 경우, 본 발명은 (i) 분석하고자 하는 미지의 세포 시료 분해물을 고체 기질의 표면에 코팅하는 단계; (ii) 일차항체로서의 타겟에 대한 항체와 상기 세포 분해물을 반응시키는 단계; (iii) 상기 단계 (ii)의 결과물을 효소가 결합된 이차항체와 반응시키는 단계; 및 (iv) 상기 효소의 활성을 측정하는 단계를 추가적으로 포함한다.When the method of the present invention is carried out by an ELISA method, the present invention relates to a method for screening a solid substrate, comprising the steps of: (i) coating the surface of a solid substrate with an analyte of an unknown cell sample to be analyzed; (ii) reacting said cell lysate with an antibody to a target as a primary antibody; (iii) reacting the result of step (ii) with an enzyme-conjugated secondary antibody; And (iv) measuring the activity of the enzyme.

상기 고체 기질로 적합한 것은 탄화수소 폴리머(예컨대, 폴리스틸렌 및 폴리프로필렌), 유리, 금속 또는 젤이며, 보다 구체적으로는 마이크로타이터 플레이트이다.Suitable as said solid substrate are hydrocarbon polymers (e.g., polystyrene and polypropylene), glass, metal or gel, and more particularly microtiter plates.

상기 이차항체에 결합된 효소는 발색반응, 형광반응, 발광반응 또는 적외선 반응을 촉매하는 효소를 포함하나, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 알칼린 포스파타아제, β-갈락토시다아제, 호스 래디쉬 퍼옥시다아제, 루시퍼라아제 및 사이토크롬 P450을 포함한다. 상기 이차항체에 결합하는 효소로서 알칼린 포스파타아제가 이용되는 경우에는, 기질로서 브로모클로로인돌일 포스페이트(BCIP), 니트로 블루 테트라졸리움(NBT), 나프톨-AS-B1-포스페이트(naphthol-AS-B1-phosphate) 및 ECF(enhanced chemifluorescence)와 같은 발색반응 기질이 이용되고, 호스 래디쉬 퍼옥시다아제가 이용되는 경우에는 클로로나프톨, 아미노에틸카바졸, 디아미노벤지딘, D-루시페린, 루시게닌(비스-N-메틸아크리디늄 니트레이트), 레소루핀 벤질 에테르, 루미놀, 암플렉스 레드 시약(10-아세틸-3,7-디하이드록시페녹사진), HYR(p-phenylenediamine-HCl and pyrocatechol), TMB(tetramethylbenzidine), ABTS(2,2'-Azine-di[3-ethylbenzthiazoline sulfonate]), o-페닐렌디아민(OPD) 및 나프톨/파이로닌, 글루코스 옥시다아제와 t-NBT(nitroblue tetrazolium) 및 m-PMS(phenzaine methosulfate)과 같은 기질이 이용될 수 있다.The enzyme bound to the secondary antibody may include an enzyme catalyzing a chromogenic reaction, a fluorescence reaction, a luminescent reaction, or an infrared reaction, but is not limited thereto. For example, an alkaline phosphatase,? -Galactosidase, Radish peroxidase, luciferase, and cytochrome P 450 . In the case where alkaline phosphatase is used as an enzyme binding to the secondary antibody, it is preferable that the substrate is selected from the group consisting of bromochloroindole phosphate (BCIP), nitroblue tetrazolium (NBT), naphthol-AS -Bl-phosphate and ECF (enhanced chemifluorescence) are used. When horseradish peroxidase is used, chloronaphthol, aminoethylcarbazole, diaminobenzidine, D-luciferin, lucigenin (10-acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine), HYR (p-phenylenediamine-HCl and pyrocatechol), TMB (tetramethylbenzidine), ABTS (2,2'- Azine-di [3-ethylbenzthiazoline sulfonate]), o - phenylenediamine (OPD) and naphthol / pie Ronin, glucose oxidase and t-NBT (nitroblue tetrazolium) and m-PMS a substrate such as phenzaine methosulfate may be used All.

본 발명의 방법이 캡처-ELISA 방식으로 실시되는 경우, 본 발명의 특정 실시예는 (i) 포획항체(capturing antibody)로서 본 발명의 타겟(예컨대, SirT1 단백질)에 대한 항체를 고체 기질의 표면에 코팅하는 단계; (ii) 포획항체와 세포 시료를 반응시키는 단계; (iii) 상기 단계 (ii)의 결과물을 시그널을 발생시키는 레이블이 결합되어 있고, SirT1 단백질에 특이적으로 반응하는 검출항체(detecting antibody)와 반응시키는 단계; 및 (iv) 상기 레이블로부터 발생하는 시그널을 측정하는 단계를 포함한다.When the method of the present invention is carried out in a Capture-ELISA fashion, certain embodiments of the present invention comprise (i) incubating an antibody against a target of the invention (e. G., A SirTl protein) as a capturing antibody on the surface of a solid substrate Coating; (ii) reacting the capture antibody with a cell sample; (iii) reacting the result of step (ii) with a detecting antibody which is labeled with a signal generating label and specifically reacts with a SirT1 protein; And (iv) measuring a signal originating from the label.

상기 검출 항체는 검출 가능한 시그널을 발생시키는 레이블을 가지고 있다. 상기 레이블은 화학물질(예컨대, 바이오틴), 효소(알칼린 포스파타아제, β-갈락토시다아제, 호스 래디쉬 퍼옥시다아제 및 사이토크롬 P450), 방사능물질(예컨대, C14, I125, P32 및 S35), 형광물질(예컨대, 플루오레신), 발광물질, 화학발광물질( chemiluminescent) 및 FRET(fluorescence resonance energy transfer)을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다양한 레이블 및 레이블링 방법은 Ed Harlow and David Lane, Using Antibodies:A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1999에 기재되어 있다.The detection antibody has a label that generates a detectable signal. Wherein the label is a chemical (e.g., biotin), an enzyme (alkaline phosphatase, β- galactosidase, horseradish peroxidase, and cytochrome P 450), the radioactive material (for example, 14 C, 125 I, P 32 and S 35 ), fluorescent materials (e.g., fluorescein), luminescent materials, chemiluminescent materials and fluorescence resonance energy transfer (FRET). Various labels and labeling methods are described in Ed Harlow and David Lane, Using Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press,

상기 ELISA 방법 및 캡처-ELISA 방법에서 최종적인 효소의 활성 측정 또는 시그널의 측정은 당업계에 공지된 다양한 방법에 따라 실시될 수 있다. 이러한 시그널의 검출은 본 발명의 타겟의 정성적 또는 정량적 분석을 가능하게 한다. 만일, 레이블로서 바이오틴이 이용된 경우에는 스트렙타비딘으로, 루시퍼라아제가 이용된 경우에는 루시페린으로 시그널을 용이하게 검출할 수 있다.In the ELISA method and the capture-ELISA method, measurement of the activity of the final enzyme or measurement of the signal can be performed according to various methods known in the art. The detection of such signals enables a qualitative or quantitative analysis of the target of the present invention. If biotin is used as a label, it can be easily detected by streptavidin. When luciferase is used, luciferin can easily detect a signal.

또한, SirT1 단백질의 활성은 상업적으로 이용가능한 키트를 이용하여 형광 분석을 통해 분석할 수 있다. 본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 SirT1 단백질 활성은 Ad-Epas1 또는 Ad-Nampt 주입에 의해 약 1.5배 이상 증가된다(참고: 도 7d).In addition, the activity of the SirT1 protein can be analyzed by fluorescence analysis using commercially available kits. According to some embodiments of the invention, the SirTl protein activity of the present invention is increased about 1.5-fold by Ad- Epasl or Ad- Nampt infusion (see Figure 7d).

본 명세서에서 사용되는 용어 "생물학적 시료"는 인체 또는 포유동물로부터 얻어지는 모든 시료, 예컨대, 연골(특히, 관절 연골)의 세포 또는 조직을 의미하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 SirT1은 연골 조직, 특히 관절 연골 시료에 포함되어 있다. 따라서, 본 발명의 SirT1은 관절 질환의 발생 및 발전에 대한 지표가 될 수 있으며, 관절 질환의 발생 및 발전의 진단에도 이용될 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 용어 "진단"은 특정 질병 또는 질환에 대한 한 객체의 감수성(susceptibility)을 판정하는 것, 한 객체가 특정 질병 또는 질환을 현재 가지고 있는 지 여부를 판정하는 것, 특정 질병 또는 질환에 걸린 한 객체의 예후(prognosis)(예컨대, 관절 질환 상태의 동정 또는 단계 결정, 또는 치료에 대한 관절 질환의 반응성 결정)를 판정하는 것, 또는 테라메트릭스(therametrics)(예컨대, 치료 효능에 대한 정보를 제공하기 위하여 객체의 상태를 모니터링 하는 것)을 포함한다.As used herein, the term "biological sample " means, but is not limited to, any sample obtained from a human or mammal, for example, a cell or tissue of cartilage (especially articular cartilage). According to some embodiments of the present invention, the SirTl of the present invention is included in a cartilage tissue, particularly an articular cartilage sample. Therefore, SirTl of the present invention can be an index for the generation and development of joint diseases, and can be used for diagnosing the occurrence of joint diseases and development. As used herein, the term "diagnosis" is intended to include determining the susceptibility of an object to a particular disease or disorder, determining whether an object currently has a particular disease or disorder, Determining the prognosis (e.g., determining the identity or stage of a joint disease condition, or determining the responsiveness of a joint disease to treatment), or determining the prognosis (e.g., Lt; / RTI > to monitor the state of the object in order to provide < RTI ID = 0.0 >

본 명세서에서 사용되는 용어 "예후"는 질병의 진행 가능성 과정, 특히, 질병의 차도, 질병의 재생, 관절 질환의 재발 측면에서의 예측을 포함한다. 구체적으로는는, 본 발명에서의 예후는 관절 질환을 가진 환자의 질병이 완치될 가능성을 의미한다.As used herein, the term "prognosis " includes disease progression processes, in particular disease progression, disease regeneration, and prediction in terms of recurrence of joint disease. Specifically, the prognosis in the present invention means the possibility that a disease of a patient having a joint disease is cured.

본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명은 면역분석(immunoassay) 방식, 즉 항원-항체 반응 방식으로 실시될 수 있다. 이 경우, 상술한 본 발명의 관절 질환의 마커(예컨대, SirT1)에 특이적으로 결합하는 항체 또는 앱타머를 이용하여 실시된다.According to some embodiments of the present invention, the present invention may be practiced by an immunoassay method, that is, an antigen-antibody reaction method. In this case, an antibody or an aptamer that specifically binds to a marker (e.g., SirTl) of the above-mentioned joint disease of the present invention is used.

본 발명에서 이용되는 항체는 다중클론 또는 단일클론 항체이며, 구체적으로는 단일클론 항체이다. 항체는 당업계에서 통상적으로 실시되는 방법들, 예를 들어, 융합 방법(Kohler and Milstein, European Journal of Immunology, 6:511-519(1976)), 재조합 DNA 방법(미국 특허 제4,816,56호) 또는 파아지 항체 라이브러리 방법(Clackson et al, Nature, 352:624-628(1991) 및 Marks et al, J. Mol. Biol., 222:58, 1-597(1991))에 의해 제조될 수 있다. 항체 제조에 대한 일반적인 과정은 Harlow, E. and Lane, D., Using Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, New York, 1999; Zola, H., Monoclonal Antibodies: A Manual of Techniques, CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1984; 및 Coligan , CURRENT PROTOCOLS IN IMMUNOLOGY, Wiley/Greene, NY, 1991에 상세하게 기재되어 있으며, 상기 문헌들은 본 명세서에 참조로서 삽입된다. 예를 들어, 단일클론 항체를 생산하는 하이브리도마 세포의 제조는 불사멸화 세포주를 항체-생산 림프구와 융합시켜 이루어지며, 이 과정에 필요한 기술은 당업자에게 잘 알려져 있으며 용이하게 실시할 수 있다. 다중클론 항체는 단백질 항원을 적합한 동물에게 주사하고, 이 동물로부터 항혈청을 수집한 다음, 공지의 친화성(affinity) 기술을 이용하여 항혈청으로부터 항체를 분리하여 얻을 수 있다.The antibody used in the present invention is a polyclonal or monoclonal antibody, specifically a monoclonal antibody. Antibodies can be produced using methods commonly practiced in the art, such as the fusion method (Kohler and Milstein, European Journal of Immunology, 6: 511-519 (1976)), the recombinant DNA method (US Patent No. 4,816,56) Or phage antibody library methods (Clackson et al., Nature , 352: 624-628 (1991) and Marks et al . , J. Mol. Biol. , 222: 58, 1-597 (1991)). General procedures for antibody preparation are described in Harlow, E. and Lane, D., Using Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, New York, 1999; Zola, H., Monoclonal Antibodies: A Manual of Techniques, CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1984; And Coligan, CURRENT PROTOCOLS IN IMMUNOLOGY, Wiley / Greene, NY, 1991, the disclosures of which are incorporated herein by reference. For example, the preparation of hybridoma cells producing monoclonal antibodies is accomplished by fusing an immortalized cell line with an antibody-producing lymphocyte, and the techniques necessary for this process are well known and readily practicable by those skilled in the art. Polyclonal antibodies can be obtained by injecting a protein antigen into a suitable animal, collecting the antiserum from the animal, and then separating the antibody from the antiserum using a known affinity technique.

본 발명의 방법을 항체 또는 앱타머를 이용하여 실시하는 경우, 본 발명은 통상적인 면역분석 방법에 따라 실시하여 관절 질환을 진단하는 데 이용될 수 있다.When the method of the present invention is carried out using an antibody or an aptamer, the present invention can be carried out according to a conventional immunoassay method and used to diagnose joint diseases.

본 발명의 다른 변형예에 따르면, 항체 대신에 본 발명의 마커에 특이적으로 결합하는 앱타머를 이용할 수 있다. 앱타머는 올리고핵산 또는 펩타이드 분자이며, 앱타머의 일반적인 내용은 Bock LC et al., Nature 355 (6360):5646 (1992); Hoppe-Seyler F, Butz K "Peptide aptamers: powerful new tools for molecular medicine". J Mol Med. 78(8):42630(2000); Cohen BA, Colas P, Brent R . "An artificial cell-cycle inhibitor isolated from a combinatorial library". Proc Natl Acad Sci USA. 95(24):142727(1998)에 상세하게 개시되어 있다.According to another variant of the invention, an aptamer which specifically binds to the marker of the invention can be used in place of the antibody. Aptamers are oligonucleic acid or peptide molecules, and the general contents of aptamers are described in Bock LC et al., Nature 355 (6360): 5646 (1992); Hoppe-Seyler F, Butz K "Peptide aptamers: powerful new tools for molecular medicine". J Mol Med. 78 (8): 42630 (2000); Cohen BA, Colas P, Brent R. "An artificial cell-cycle inhibitor isolated from a combinatorial library". Proc Natl Acad Sci USA . 95 (24): 142727 (1998).

상술한 면역분석 과정에 의한 최종적인 시그널의 세기를 분석함으로써, 관절질환을 진단할 수 있다. 즉, 생물학적 시료에서 본 발명의 마커 단백질이 고발현 되어 시그널이 정상 생물학적 시료(예컨대, 관절연골 세포 또는 조직)보다 강하게 나오는 경우에는 관절 질환으로 진단된다. 또한, 본 발명의 마커 단백질에 의해 발현이 조절되는 매트릭스-분해 효소(예를 들어, Mmp3, Mmp9, Mmp12, Mmp13, 등)가 정상 생물학적 시료보다 고발현되는 경우에는 관절 질환으로 진단된다.By analyzing the intensity of the final signal by the above-described immunoassay procedure, the joint disease can be diagnosed. That is, when the marker protein of the present invention is highly expressed in a biological sample and the signal is stronger than a normal biological sample (for example, articular cartilage cell or tissue), it is diagnosed as a joint disease. In addition, when a matrix-degrading enzyme (for example, Mmp3, Mmp9, Mmp12, Mmp13, etc.) whose expression is controlled by the marker protein of the present invention is highly expressed than a normal biological sample, it is diagnosed as a joint disease.

본 발명의 방법을 이용한 진단에서 이용되는 프로브 또는 프라이머는 SirT1 뉴클레오타이드 서열에 대하여 상보적인 서열을 갖는다.The probe or primer used in the diagnosis using the method of the present invention has a sequence complementary to the SirTl nucleotide sequence.

본 발명의 관절 질환 진단용 키트는 혼성화에 기초하여 실시할 수 있다. 이 경우, 상술한 본 발명의 마커의 뉴클레오타이드 서열에 대하여 상보적인 서열을 가지는 프로브가 이용된다. 상술한 본 발명의 마커의 뉴클레오타이드 서열에 혼성화되는 프로브를 이용하여 혼성화-기초 분석을 하여 관절염 여부를 판단할 수 있다.The kit for diagnosing joint diseases of the present invention can be carried out based on hybridization. In this case, a probe having a sequence complementary to the nucleotide sequence of the marker of the present invention described above is used. Hybridization-based analysis may be performed using a probe hybridized to the nucleotide sequence of the marker of the present invention to determine whether arthritis is present.

프로브의 표지는 혼성화 여부를 검출케 하는 시그널을 제공할 수 있으며, 이는 올리고뉴클레오타이드에 연결될 수 있다. 적합한 표지는 형광단(예컨대, 플루오리신(fluorescein), 피코에리트린(phycoerythrin), 로다민, 리사민(lissamine), 그리고 Cy3와 Cy5(Pharmacia)), 발색단, 화학발광단, 자기입자, 방사능동위원소(P32 및 S35), 매스 표지, 전자밀집입자, 효소(알칼린 포스파타아제 또는 호스래디쉬 퍼옥시다아제), 조인자, 효소에 대한 기질, 중금속(예컨대, 금) 그리고 항체, 스트렙타비딘, 바이오틴, 디곡시게닌과 킬레이팅기와 같은 특정 결합 파트너를 갖는 햅텐을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 표지는 당업계에서 통상적으로 실시되는 다양한 방법, 예컨대, 닉 트랜스레이션(nick translation) 방법, 무작위 프라이밍 방법(Multiprime DNA labelling systems booklet, "Amersham"(1989)) 및 카이네이션 방법(Maxam & Gilbert, Methods in Enzymology, 65:499(1986))을 통해 실시될 수 있다. 표지는 형광, 방사능, 발색 측정, 중량 측정, X-선 회절 또는 흡수, 자기, 효소적 활성, 매스 분석, 결합 친화도, 혼성화 고주파, 나노크리스탈에 의하여 검출할 수 있는 시그널을 제공한다.The label of the probe may provide a signal to detect hybridization, which may be linked to an oligonucleotide. Suitable labels include fluorescent moieties (e.g., fluorescein, phycoerythrin, rhodamine, lissamine, and Cy3 and Cy5 (Pharmacia)), chromophores, chemiluminescent moieties, magnetic particles, (P 32 and S 35 ), mass labels, electron dense particles, enzymes (alkaline phosphatase or horseradish peroxidase), joins, substrates for enzymes, heavy metals such as gold and antibodies, streptavidin , Haptens with specific binding partners such as biotin, digoxigenin and chelating groups. Markers can be generated using a variety of methods routinely practiced in the art such as the nick translation method, the Multiprime DNA labeling systems booklet (Amersham, 1989) and the kaination method (Maxam & Gilbert, Methods in Enzymology , 65: 499 (1986)). The label provides signals that can be detected by fluorescence, radioactivity, color measurement, weighing, X-ray diffraction or absorption, magnetism, enzymatic activity, mass analysis, binding affinity, hybridization high frequency, and nanocrystals.

분석 대상이 되는 핵산 시료는 다양한 생물학적 시료(biosamples)에서 얻은 mRNA를 이용하여 제조할 수 있으며, 바람직하게는 관절 연골(articular cartilage) 조직세포에서 얻은 mRNA를 이용하여 제조할 수 있다. 프로브 대신에 분석 대상이 되는 cDNA를 표지하여 혼성화 반응-기초 분석을 실시할 수도 있다.The nucleic acid sample to be analyzed can be prepared using mRNA obtained from various biological samples (biosamples), preferably using mRNA obtained from articular cartilage tissue cells. Instead of the probe, the cDNA to be analyzed may be labeled and subjected to a hybridization reaction-based analysis.

프로브를 이용하는 경우, 프로브를 cDNA 분자와 혼성화시킨다. 본 발명에서, 적합한 혼성화 조건은 최적화 절차에 의하여 일련의 과정으로 결정될 수 있다. 이런 절차는 연구실에서 사용을 위한 프로토콜을 수립하기 위하여 당업자에 의하여 일련의 과정으로 실시된다. 예를 들어, 온도, 성분의 농도, 혼성화 및 세척 시간, 완충액 성분 및 이들의 pH 및 이온세기 등의 조건은 프로브의 길이 및 GC 양 및 타깃 뉴클레오타이드 서열 등의 다양한 인자에 의존한다. 혼성화를 위한 상세한 조건은 Joseph Sambrook, et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.(2001); 및 M.L.M. Anderson, Nucleic Acid Hybridization, Springer-Verlag New York Inc. N.Y.(1999)에서 확인할 수 있다. 예를 들어, 상기 엄격조건 중에서 고 엄격조건은 0.5 M NaHPO4, 7% SDS(sodium dodecyl sulfate), 1 mM EDTA에서 65℃ 조건으로 혼성화하고, 0.1 x SSC(standard saline citrate)/0.1% SDS에서 68℃ 조건으로 세척하는 것을 의미한다. 또는, 고 엄격조건은 6 x SSC/0.05% 소듐 파이로포스페이트에서 48℃ 조건으로 세척하는 것을 의미한다. 저 엄격조건은 예를 들어, 0.2 x SSC/0.1% SDS에서 42℃ 조건으로 세척하는 것을 의미한다.When a probe is used, the probe is hybridized with the cDNA molecule. In the present invention, suitable hybridization conditions can be determined by a series of procedures by an optimization procedure. This procedure is performed by a person skilled in the art in a series of procedures to establish a protocol for use in the laboratory. Conditions such as, for example, temperature, concentration of components, hybridization and washing time, buffer components and their pH and ionic strength depend on various factors such as probe length and GC amount and target nucleotide sequence. The detailed conditions for hybridization are described in Joseph Sambrook, et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY (2001); And MLM Anderson, Nucleic Acid Hybridization, Springer-Verlag New York Inc .; NY (1999). For example, high stringency conditions were hybridized at 65 ° C in 0.5 M NaHPO 4 , 7% SDS (sodium dodecyl sulfate) and 1 mM EDTA, followed by addition of 0.1 x SSC / 0.1% SDS Lt; RTI ID = 0.0 > 68 C < / RTI > Alternatively, high stringency conditions means washing at < RTI ID = 0.0 > 48 C < / RTI > in 6 x SSC / 0.05% sodium pyrophosphate. Low stringency conditions mean, for example, washing in 0.2 x SSC / 0.1% SDS at 42 ° C.

혼성화 반응 이후에, 혼성화 반응을 통하여 나오는 혼성화 시그널을 검출한다. 혼성화 시그널은 예컨대, 프로브에 결합된 표지의 종류에 따라 다양한 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들어, 프로브가 효소에 의해 표지된 경우, 이 효소의 기질을 혼성화 반응 결과물과 반응시켜 혼성화 여부를 확인할 수 있다. 이용될 수 있는 효소/기질의 조합은, 퍼옥시다아제(예컨대, 호스래디쉬 퍼옥시다아제)와 클로로나프톨, 아미노에틸카바졸, 디아미노벤지딘, D-루시페린, 루시게닌(비스-N-메틸아크리디늄 니트레이트), 레소루핀 벤질 에테르, 루미놀, 암플렉스 레드 시약 (10-아세틸-3,7-디하이드록시페녹사진), HYR(p-phenylenediamine-HCl and pyrocatechol), TMB(tetramethylbenzidine), ABTS(2,2'-Azine-di[3-ethyl benzthiazoline sulfonate]), o-페닐렌디아민(OPD) 및 나프톨/파이로닌; 알칼린 포스파타아제와 브로모클로로인돌일 포스페이트(BCIP), 니트로 블루 테트라졸리움(NBT), 나프톨-AS-B1-포스페이트(naphthol-AS-B1-phosphate) 및 ECF 기질; 글루코스 옥시다아제와 t-NBT(nitroblue tetrazolium) 및 m-PMS(phenzaine methosulfate) 등이다. 프로브가 금 입자로 표지된 경우에는 실버 나이트레이트를 이용하여 실버 염색 방법으로 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 관절 질환 마커를 검출하는 방법을 혼성화에 기초하여 실시하는 경우에는, 구체적으로 (i) 본 발명의 마커의 뉴클레오타이드 서열에 대하여 상보적인 서열을 가지는 프로브를 핵산 시료에 혼성화시키는 단계; (ii) 상기 혼성화 반응 발생 여부를 검출하는 단계를 포함한다. 혼성화 과정에 의한 혼성화 시그널의 세기를 분석함으로써, 관절 질환 여부를 판단할 수 있다. 즉, 시료에서 본 발명의 마커의 뉴클레오타이드 서열에 대한 혼성화 시그널이 정상 시료(예컨대, 관절 연골세포 또는 연골 조직)보다 강하게 나오는 경우에는 관절 질환으로 진단된다.After the hybridization reaction, a hybridization signal generated through the hybridization reaction is detected. The hybridization signal can be carried out in various ways depending on, for example, the type of label attached to the probe. For example, when a probe is labeled with an enzyme, the substrate of the enzyme can be reacted with the result of hybridization reaction to confirm hybridization. Combinations of enzymes / substrates that may be used include, but are not limited to, peroxidases (such as horseradish peroxidase) and chloronaphthol, aminoethylcarbazole, diaminobenzidine, D-luciferin, lucigenin (bis- Acetyl-3,7-dihydroxyphenox), HYR (p-phenylenediamine-HCl and pyrocatechol), TMB (tetramethylbenzidine), ABTS (2) , 2'-Azine-di [3-ethyl benzthiazoline sulfonate]), o-phenylenediamine (OPD) and naphthol / pyronine; (BCIP), nitroblue tetrazolium (NBT), naphthol-AS-B1-phosphate, and ECF substrate; alkaline phosphatase and bromochloroindoleyl phosphate; Glucose oxidase and t-NBT (nitroblue tetrazolium) and m-PMS (phenzaine methosulfate). When the probe is labeled with gold particles, it can be detected by a silver staining method using silver nitrate. Therefore, when the method for detecting a joint disease marker of the present invention is carried out based on hybridization, specifically (i) hybridizing a probe having a sequence complementary to the nucleotide sequence of the marker of the present invention to a nucleic acid sample; (ii) detecting whether the hybridization reaction has occurred. By analyzing the intensity of the hybridization signal by the hybridization process, it is possible to judge whether or not the joint disease is present. That is, when the hybridization signal to the nucleotide sequence of the marker of the present invention is stronger than the normal sample (for example, articular cartilage cell or cartilage tissue) in the sample, it is diagnosed as a joint disease.

본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 인간의 관절 질환 진단용 키트는 유전자 증폭 키트일 수 있다. 본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 SirT1 유전자의 발현은 PCR(polymerase chain reaction)에 따라 검출될 수 있다. PCR은 가장 잘 알려진 핵산 증폭 방법으로, 그의 많은 변형과 응용들이 개발되어 있다. 본 명세서에 기재된 용어 "증폭 반응"은 핵산 분자를 증폭하는 반응을 의미한다. 다양한 증폭 반응들이 당업계에 보고되어 있으며, 이는 중합효소 연쇄반응(PCR)(미국 특허 제4,683,195호, 제4,683,202호 및 제4,800,159호), 역전사-중합효소 연쇄반응(RT-PCR)(Sambrook 등, Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001)), Miller, H. I.(WO 89/06700) 및 Davey, C. 등(EP 329,822)의 방법, 멀티플렉스 PCR(McPherson and Moller, 2000), 리가아제 연쇄 반응(ligase chain reaction; LCR), Gap-LCR(WO 90/01069), 복구 연쇄 반응(repair chain reaction; EP 439,182), 전사-중재 증폭(transcription-mediated amplification, TMA; WO 88/10315), 자가 유지 염기서열 복제(self sustained sequence replication; WO 90/06995), 타깃 폴리뉴클레오타이드 염기서열의 선택적 증폭(selective amplification of target polynucleotide sequences)(미국 특허 제6,410,276호), 컨센서스 서열 프라이밍 중합효소 연쇄 반응(consensus sequence primed polymerase chain reaction, CP-PCR; 미국 특허 제4,437,975호), 임의적 프라이밍 중합효소 연쇄 반응(arbitrarily primed polymerase chain reaction, AP-PCR; 미국 특허 제5,413,909호 및 제5,861,245호), 핵산 염기서열 기반 증폭(nucleic acid sequence based amplification, NASBA; 미국 특허 제5,130,238호, 제5,409,818호, 제5,554,517호 및 제6,063,603호) 및 가닥 치환 증폭(strand displacement amplification)을 포함하나, 이에 한정되지는 않으며 그의 교시사항은 본 명세서에 참조로 삽입된다. 사용 가능한 다른 증폭 방법들은 미국특허 제5,242,794호, 제5,494,810호, 제4,988,617호 및 미국 특허 제09/854,317호에 기술되어 있다.According to some embodiments of the present invention, the human joint disease diagnostic kit of the present invention may be a gene amplification kit. According to some embodiments of the present invention, the expression of the SirTl gene of the present invention can be detected according to a polymerase chain reaction (PCR). PCR is the most well-known nucleic acid amplification method, and many variations and applications thereof have been developed. The term "amplification reaction" as used herein refers to a reaction to amplify a nucleic acid molecule. A variety of amplification reactions have been reported in the art, including PCR (PCR) (US Pat. Nos. 4,683,195, 4,683,202 and 4,800,159), reverse-transcription polymerase chain reaction (RT- Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 3rd Ed. Cold Spring Harbor Press (2001)), Miller, HI (WO 89/06700) and Davey, C. et al (EP 329,822), multiplex PCR (McPherson and Moller, 2000 ), Ligase chain reaction (LCR), Gap-LCR (WO 90/01069), repair chain reaction (EP 439,182), transcription-mediated amplification (TMA) / 10315), self sustained sequence replication (WO 90/06995), selective amplification of target polynucleotide sequences (US Patent No. 6,410,276), consensus sequence primer polymerase The consensus sequence primed polymerase chain reaction, CP-PCR, U.S. Patent No. 4,437,975), arbitrarily primed polymerase chain reaction (AP-PCR; U.S. Patent Nos. 5,413,909 and 5,861,245), nucleic acid sequence based amplification , NASBA; U.S. Pat. Nos. 5,130,238; 5,409,818; 5,554,517; and 6,063,603) and strand displacement amplification, the teachings of which are incorporated herein by reference . Other amplification methods that may be used are described in U.S. Patent Nos. 5,242,794, 5,494,810, 4,988,617, and U.S. Patent No. 09 / 854,317.

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

프라이머는, 중합제의 존재 하에서 연장 산물의 합성을 프라이밍시킬 수 있을 정도로 충분히 길어야 한다. 프라이머의 적합한 길이는 다수의 요소, 예컨대, 온도, 응용분야 및 프라이머의 소스(source)에 따라 결정된다. 본 명세서의 용어 '어닐링' 또는 '프라이밍'은 주형 핵산에 올리고디옥시뉴클레오타이드 또는 핵산이 병치(apposition)되는 것을 의미하며, 상기 병치는 중합효소가 뉴클레오타이드를 중합시켜 주형 핵산 또는 그의 일부분에 상보적인 핵산 분자를 형성하게 한다.The primer should be long enough to be able to prime the synthesis of the extension product in the presence of the polymerizing agent. The appropriate length of the primer is determined by a number of factors, such as temperature, application, and the source of the primer. The term " annealing " or " priming " as used herein means that an oligodeoxynucleotide or nucleic acid is apposited to a template nucleic acid, wherein the polymerase is capable of polymerizing a nucleotide to form a nucleic acid complementary to the template nucleic acid, To form molecules.

본 발명의 방법을 프라이머를 이용하여 실시하는 경우에는, 유전자 증폭 반응을 실시하여 분석 대상(예컨대, 관절 조직-유래된 세포)에서 mRNA를 추출하여 검출하는 것이다. 따라서, 본 발명은 원칙적으로 시료 내의 mRNA를 주형으로 하고 mRNA 또는 cDNA에 결합하는 프라이머를 이용하여 유전자 증폭 반응을 실시한다.When the method of the present invention is carried out using a primer, the gene amplification reaction is performed to extract and detect mRNA from an analyte (for example, a joint tissue-derived cell). Therefore, in principle, the present invention uses a mRNA in a sample as a template and performs a gene amplification reaction using a primer that binds to mRNA or cDNA.

mRNA를 얻기 위하여, 시료(구체적으로는, 세포)에서 총 RNA를 분리한다. 총 RNA를 분리하는 것은 당업계에 공지된 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다(참조: Sambrook, J., et al., Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001); Tesniere, C., et al., Plant Mol. Biol. Rep., 9: 242(1991); Ausubel, F. M., et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Willey & Sons(1987); 및 Chomczynski, P., et al., Anal. Biochem. 162: 156(1987)). 예컨대, Trizol을 이용하여 용이하게 세포내의 총 RNA를 분리할 수 있다. 이어, 분리된 mRNA로부터 cDNA를 합성하고, 이 cDNA를 증폭한다. 본 발명의 총 RNA는 진핵세포로부터 분리되는 것이기 때문에, mRNA의 말단에는 폴리-A 테일을 갖고 있으며, 이러한 서열 특성을 이용한 올리고 dT 프라이머 및 역전사 효소를 이용하여 cDNA을 용이하게 합성할 수 있다(참조: PNAS USA, 85: 8998(1988); Libert F, et al., Science, 244: 569(1989); 및 Sambrook, J., et al., Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001)). 이어, 유전자 증폭 반응을 통하여 합성된 cDNA를 증폭한다.To obtain mRNA, total RNA is isolated from a sample (specifically, cells). The isolation of total RNA can be carried out according to conventional methods known in the art (see Sambrook, J., et al. , Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press (2001); Tesniere, C., et al, Plant Mol Biol Rep, 9:..... 242 (1991); Ausubel, FM, et al, Current Protocols in Molecular Biology, John Willey & Sons (1987); and Chomczynski, P , et al. , Anal. Biochem., 162: 156 (1987)). For example, Trizol can be used to easily isolate total RNA in a cell. Next, cDNA is synthesized from the separated mRNA, and this cDNA is amplified. Because the total RNA of the present invention is isolated from eukaryotic cells, it has a poly-A tail at the end of mRNA, and cDNA can be easily synthesized using oligo dT primers and reverse transcriptase using such sequence characteristics : PNAS USA, 85: 8998 ( 1988); Libert F, et al, Science, 244:.... 569 (1989); and Sambrook, J., et al, Molecular Cloning A Laboratory Manual, 3rd ed Cold Spring Harbor Press (2001)). Next, the synthesized cDNA is amplified through gene amplification reaction.

본 발명에 이용되는 프라이머는 주형의 한 부위에 혼성화 또는 어닐링되어, 이중쇄 구조를 형성한다. 이러한 이중쇄 구조를 형성하는 데 적합한 핵산 혼성화의 조건은 Joseph Sambrook, 등, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.(2001) 및 Haymes, B. D., 등, Nucleic Acid Hybridization, A Practical Approach, IRL Press, Washington, D.C. (1985)에 개시되어 있다.The primer used in the present invention is hybridized or annealed at one site of the template to form a double-stranded structure. Nucleic acid hybridization conditions suitable for forming such a double-stranded structure can be found in Nucleic Acid Hybridization < RTI ID = 0.0 > (" , A Practical Approach, IRL Press, Washington, DC (1985).

본 명세서 용어 "혼성화(hybridization)"는 2개의 단일 가닥 핵산이 상보적인 염기 서열들의 페어링(pairing)에 의하여 이합체 구조(duplex structure)를 형성하는 것을 의미한다. 혼성화는 단일 가닥 핵산 서열 간의 상보성이 완전할 경우(perfect match) 일어나거나 일부 미스매치(mismatch) 염기가 존재하여도 일어날 수 있다. 혼성화에 필요한 상보성의 정도는 혼성화 반응 조건에 따라 달라질 수 있으며, 특히 온도에 의하여 조절될 수 있다. 용어 '어닐링'과 '혼성화'는 차이가 없으며, 본 명세서에서 혼용된다.The term "hybridization " in this specification means that two single-stranded nucleic acids form a duplex structure by pairing complementary base sequences. Hybridization can occur either in perfect match between single stranded nucleic acid sequences or in the presence of some mismatching nucleotides. The degree of complementarity required for hybridization can vary depending on hybridization reaction conditions, and can be controlled by temperature. The terms " annealing " and " hybridization " are not different and are used interchangeably herein.

다양한 DNA 중합효소가 본 발명의 증폭에 이용될 수 있으며, E. coli DNA 중합효소 I의 '클레나우' 단편, 열안정성 DNA 중합효소 및 박테리오파아지 T7 DNA 중합효소를 포함한다. 바람직하게는, 중합효소는 다양한 박테리아 종으로부터 얻을 수 있는 열안정성 DNA 중합효소이고, 이는 Thermus aquaticus(Taq), Thermus thermophilus(Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis, Pyrococcus furiosus(Pfu), Thermus antranikianii, Thermus caldophilus, Thermus chliarophilus, Thermus flavus, Thermus igniterrae, Thermus lacteus, Thermus oshimai, Thermus ruber, Thermus rubens, Thermus scotoductus, Thermus silvanus, Thermus species Z05, Thermus species sps 17, Thermus thermophilus, Thermotoga maritima, Thermotoga neapolitana 및 Thermosipho africanus의 DNA 중합효소를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.A variety of DNA polymerases may be used in the amplification of the present invention, including the 'cleaun' fragment of E. coli DNA polymerase I, the thermostable DNA polymerase and the bacteriophage T7 DNA polymerase. Preferably, the polymerase is a thermostable DNA polymerase that can be obtained from a variety of bacterial species, Thermus aquaticus (Taq), Thermus thermophilus (Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis, Pyrococcus furiosus (Pfu), Thermus Thermus spp. 17, Thermus thermophilus, Thermotoga maritima, Thermotoga neapolitana, Thermus spp. 17, Thermus spp. 17, Thermus spp. 17, Thermus spp. 17, Thermus calbiophilus, Thermus caldophilus, Thermus chliarophilus, Thermus flavus, Thermus igniterrae, Thermus lacteus, Thermus oshimai, Thermus ruber, Thermus rubens, But are not limited to, DNA polymerase from Thermosipho africanus .

중합 반응을 실시할 때, 반응 용기에 반응에 필요한 성분들을 과량으로 제공하는 것이 바람직하다. 증폭 반응에 필요한 성분들의 과량은, 증폭반응이 성분의 농도에 실질적으로 제한되지 않는 정도의 양을 의미한다. Mg2+와 같은 조인자, dATP, dCTP, dGTP 및 dTTP를 소망하는 증폭 정도가 달성될 수 있을 정도로 반응 혼합물에 제공하는 것이 소망된다. 증폭 반응에 이용되는 모든 효소들은 동일한 반응 조건에서 활성 상태일 수 있다. 사실, 완충액은 모든 효소들이 최적의 반응 조건에 근접하도록 한다. 따라서 본 발명의 증폭 과정은 반응물의 첨가와 같은 조건의 변화 없이 단일 반응물에서 실시될 수 있다.When performing the polymerization reaction, it is preferable to provide the reaction vessel with an excessive amount of the components necessary for the reaction. The excess amount of the components required for the amplification reaction means an amount such that the amplification reaction is not substantially restricted to the concentration of the component. It is desirable to provide the reaction mixture with such joins as Mg 2+ , dATP, dCTP, dGTP and dTTP to such an extent that the desired degree of amplification can be achieved. All enzymes used in the amplification reaction may be active under the same reaction conditions. In fact, buffers make all enzymes close to optimal reaction conditions. Therefore, the amplification process of the present invention can be carried out in a single reaction without changing the conditions such as the addition of reactants.

본 발명에 있어서 어닐링은 타깃 뉴클레오타이드 서열과 프라이머 사이에 특이적 결합을 가능하게 하는 엄격조건 하에서 실시된다. 어닐링을 위한 엄격조건은 서열-의존적이며 주위 환경적 변수에 따라 다양하다.In the present invention, annealing is carried out under stringent conditions that allow specific binding between the target nucleotide sequence and the primer. The stringent conditions for annealing are sequence-dependent and vary with environmental variables.

따라서, 본 발명의 방법을 cDNA를 이용하는 증폭반응에 기초하여 실시하는 경우에는, 구체적으로 (i) SirT1 유전자의 뉴클레오타이드 서열에 상보적인 프라이머 서열을 이용하여 증폭 반응을 실시하는 단계; 및 (ii) 상기 증폭 반응의 결과물을 분석하는 단계를 포함한다.Therefore, when the method of the present invention is carried out based on the amplification reaction using cDNA, specifically, (i) performing amplification reaction using a primer sequence complementary to the nucleotide sequence of the SirTl gene; And (ii) analyzing the result of the amplification reaction.

상술한 증폭 반응 결과물을 젤 전기영동을 하고, 그 결과 형성되는 밴드를 관찰 및 분석함으로써 SirT1 유전자의 발현 및 존재 유무를 확인할 수 있다.The result of the amplification reaction is subjected to gel electrophoresis and the resultant band is observed and analyzed to confirm the expression and presence of the SirT1 gene.

본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 인간의 관절 질환 진단용 키트는 유전자 증폭 키트일 수 있다. 본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 키트는 실시간(real-time) PCR을 이용하여 실시한다. 실시간 PCR은 PCR 증폭 산물의 증가를 실시간으로 모니터링하여 분석하는 기술이다(Levak KJ, et al., PCR Methods Appl., 4(6): 357-62(1995)). PCR 생산물의 증가가 타겟 템플레이트의 초기 양과 비례하는 지수기(exponential phase) 동안 각 사이클에서 형광 방출량을 기록하여 PCR 반응을 모니터링할 수 있다. 핵산 타겟의 출발 카피 수가 높을수록, 형광 증가가 더 빨리 관찰되고 더 낮은 C T 값(threshold cycle)을 가지게 된다. 3-15 사이클 사이에서 측정된 기준값보다 높은 형광의 뚜렷한 증가는 축적된 PCR 생산물의 검출을 의미한다. 종래의 PCR 방법에 비해, 실시간 PCR은 다음과 같은 장점을 가진다: (a) 종래의 PCR은 정체 상태(plateau)에서 측정되는 반면에, 실시간 PCR은 지수성장기(exponential growth phase) 동안 데이터를 얻을 수 있다; (b) 리포터 형광 시그널의 증가는 발생된 앰플리콘(amplicons)의 수와 직접적으로 비례한다; (c) 분해된 프로브는 앰플리콘의 영구적인 기록 증폭(record amplification)을 제공한다; (d) 검출 범위의 증가; (e) 종래 PCR 방법에 비해 1,000배 이상 적은 핵산을 필요로 한다; (f) 전기영동을 통한 분리 없이 증폭된 DNA의 검출이 가능하다; (g) 작은 앰플리콘 크기를 이용하여 증가된 증폭 효율을 획득할 수 있다; 및 (h) 오염 위험성이 적다.According to some embodiments of the present invention, the human joint disease diagnostic kit of the present invention may be a gene amplification kit. According to some embodiments of the present invention, the kit of the present invention is performed using real-time PCR. Real-time PCR is a technique for monitoring and analyzing the increase of PCR amplification products in real time (Levak KJ, et al. , PCR Methods Appl. , 4 (6): 357-62 (1995)). The PCR reaction can be monitored by recording fluorescence emission in each cycle during the exponential phase, during which the increase in PCR product is proportional to the initial amount of target template. The higher the starting copy number of the nucleic acid target, the faster the fluorescence increase is observed and the lower the C T threshold cycle. A pronounced increase in fluorescence above the baseline value measured between 3-15 cycles implies detection of accumulated PCR products. Compared to conventional PCR methods, real-time PCR has the following advantages: (a) conventional PCR is measured in a plateau, while real-time PCR provides data during the exponential growth phase have; (b) the increase in the reporter fluorescence signal is directly proportional to the number of amplicons generated; (c) The degraded probe provides permanent record amplification of the amplicon; (d) increase in detection range; (e) requires at least 1,000 times less nucleic acid than conventional PCR methods; (f) detection of amplified DNA without separation by electrophoresis is possible; (g) using a small amplicon size can achieve increased amplification efficiency; And (h) the risk of contamination is low.

PCR 증폭 산물량은 형광으로 검출 가능한 양에 도달하면 증폭곡선이 일어나기 시작해 지수적으로 시그널이 상승하다가 정체 상태에 도달한다. 초기 DNA량이 많을수록 증폭 산물량이 검출 가능한 양에 달하는 사이클 수가 적어지므로 증폭곡선이 빨리 나타난다. 따라서, 단계적으로 희석한 표준시료를 사용하여 실시간 PCR 반응을 하면 초기 DNA량이 많은 순서로 같은 간격으로 늘어선 증폭 곡선이 얻어진다. 여기서 적당한 지점에 한계치(threshold)를 설정하면 한계치와 증폭 곡선이 교차하는 지점 C T 값이 산출된다.When the amount of PCR amplified acid reaches a detectable amount by fluorescence, the amplification curve begins to occur, and the signal rises exponentially to reach the stagnation state. The higher the amount of initial DNA, the faster the amplification curve because the amount of amplified acid is less than the detectable amount of cycles. Therefore, when real-time PCR is performed using a stepwise diluted standard sample, an amplification curve is obtained in which the initial DNA amounts are arranged in the order of the same intervals. Here, when a threshold is set at an appropriate point, a point C T at which the threshold and the amplification curve intersect is calculated.

실시간 PCR에서는 PCR 증폭 산물을 형광을 통해 검출한다. 검출 방법은 크게 interchelating 방법(SYBR 그린 I 방법), 형광 표지 프로브를 이용하는 방법(TaqMan 프로브 방법) 등이 있다.In real-time PCR, PCR amplification products are detected through fluorescence. The detection methods are largely an interchelating method (SYBR Green I method) and a method using a fluorescent label probe (TaqMan probe method).

먼저, interchelating 방법은 이중 가닥 DNA 결합 다이를 이용하는 방법으로, 비-서열 특이적 형광 intercalating 시약(SYBR 그린 I 또는 ethidium bromide)을 이용하여 비-특이적 증폭 및 프라이머-다이머 복합체를 포함하는 앰플리콘 생산을 정량하는 것이다. 상기 시약은 ssDNA와는 결합하지 않는다. SYBR 그린 I은 이중 가닥 DNA의 마이너 그루브(minor groove)에 결합하는 형광성 다이로, 용액 상에서는 거의 형광을 보이지 않지만 이중 가닥 DNA와 결합하면 강한 형광을 나타내는 시약(interchelator)이다(Morrison TB, Biotechniques., 24(6): 954-8, 960, 962(1998)). 따라서, SYBR 그린 I과 이중 가닥 DNA 간의 결합을 통해 형광을 방출하기 때문에 증폭 산물의 생성량을 측정할 수 있다. SYBR 그린 실-시간 PCR은 앰플리콘 동정을 위해 융해점(melting point) 또는 해리 곡선(dissociation curve) 분석과 같은 최적화 과정을 동반한다. 정상적으로 SYBR 그린은 싱글플렉스(singleplex) 반응에 이용되지만, 융해곡선(melting curve) 분석이 동반되면 멀티플렉스(multiplex) 반응에 이용될 수 있다(Siraj AK, et al., Clin Cancer Res., 8(12): 3832-40(2002); 및 Vrettou C., et al., Hum Mutat., Vol 23(5): 513-521(2004)).First, the interchelating method is a method using a double-stranded DNA-binding die, in which an amplicon production including non-specific amplification and primer-dimer complexes is performed using a non-sequence specific fluorescent intercalating reagent (SYBR Green I or ethidium bromide) . The reagent does not bind ssDNA. SYBR Green I is a fluorescent dye that binds to the minor groove of double-stranded DNA. It is an interchelator that shows little fluorescence in solution but strong fluorescence when combined with double-stranded DNA (Morrison TB, Biotechniques. 24 (6): 954-8, 960, 962 (1998)). Therefore, since the fluorescence is released through the linkage between SYBR Green I and double-stranded DNA, the amount of amplification product can be measured. SYBR green-silk-time PCR is accompanied by optimization procedures such as melting point or dissociation curve analysis for amplicon identification. Normally, SYBR green is used in a singleplex reaction, but can be used in a multiplex reaction if accompanied by a melting curve analysis (Siraj AK, et al. , Clin Cancer Res. , 8 12: 3832-40 (2002); and Vrettou C., et al. , Hum. Mut. , Vol 23 (5): 513-521 (2004)).

C t (cycle threshold) 값은 반응에서 발생된 형광이 역치(threshold)를 넘어서는 사이클 수를 의미하며, 이는 초기 카피 수의 대수에 반비례한다. 그러므로, 특정 웰에 할당된 C t 값은 반응에서 앰플리콘의 충분한 수가 축적된 사이클의 수를 반영한다. C t 값은 ΔRn의 증가가 처음으로 검출된 사이클이다. Rn은 각 시점에서 PCR 동안 발생된 형광 시그널의 크기를 의미하며, ΔRn은 레퍼런스 다이의 형광 방출 강도로 나뉘어진 리포터 다이의 형광방출 강도(표준화된 리포터 시그널)를 의미한다. C t 값은 LightCycler에서는 Cp(crossing point)로도 명명된다. C t 값은 시스템이 로그-선형 단계(log-linear phase)에서 PCR 생산물의 지수성장과 관련된 형광 시그널의 증가를 검출하기 시작하는 시점을 나타낸다. 이 시기는 반응에 대한 가장 유용한 정보를 제공한다. 로그-선형 단계의 기울기는 증폭 효율(amplification efficiency, Eff)을 나타낸다(http://www.appliedbiosystems.co.kr/).The C t (cycle threshold) value is the number of cycles over which the fluorescence generated in the reaction exceeds the threshold, which is inversely proportional to the number of initial copies. Therefore, the C t value assigned to a particular well reflects the number of cycles in which a sufficient number of amplicons have accumulated in the reaction. The C t value is the cycle in which the increase of DELTA Rn is detected for the first time. Rn denotes the magnitude of the fluorescence signal generated during PCR at each time point, and? Rn denotes the fluorescence emission intensity (normalized reporter signal) of the reporter die divided by the fluorescence emission intensity of the reference die. The C t value is also referred to as Cp (crossing point) in the LightCycler. The C t value indicates when the system begins to detect an increase in fluorescence signal associated with exponential growth of the PCR product in the log-linear phase. This period provides the most useful information about the reaction. The slope of the log-linear phase represents the amplification efficiency (Eff) ( http://www.appliedbiosystems.co.kr/ ).

한편, TaqMan 프로브는 전형적으로 5'-말단에 형광물질(fluorophore) 및 3'-말단에 퀀처(quencher; 예컨대, TAMRA 또는 비-형광 퀀처(NFQ))를 포함하는 프라이머(예컨대, 20-30 뉴클레오타이드) 보다 더 긴 올리고뉴클레오타이드이다. 여기된 형광물질은 형광을 내기 보다는 근처의 퀀처에 에너지를 전달한다(FRET = Frster or fluorescence resonance energy transfer; Chen, X., et al., Proc Natl Acad Sci USA, 94(20): 10756-61(1997)). 그러므로, 프로브가 정상인 경우, 어떠한 형광도 발생되지 않는다. TaqMan 프로브는 PCR 생산물의 내부 부위에 어닐링할 수 있도록 고안된다. 구체적으로는, TaqMan 프로브는 서열목록 제3서열의 SirT1 유전자의 내부서열로 고안될 수 있다.TaqMan probes, on the other hand, typically contain primers (e.g., 20-30 nucleotides) that include a fluorophore at the 5'-end and a quencher (e.g., TAMRA or non-fluorescent quencher (NFQ) Lt; RTI ID = 0.0 > oligonucleotides. ≪ / RTI > The excited fluorescent material transfers energy to nearby quenchers rather than to fluorescence (FRET = Frster or fluorescence resonance energy transfer; Chen, X., et al. , Proc Natl Acad Sci USA 94 (20): 10756-61 (1997)). Therefore, when the probe is normal, no fluorescence is generated. The TaqMan probes are designed to anneal to internal parts of the PCR product. Specifically, the TaqMan probe can be designed as an internal sequence of the SirTl gene of the third sequence of the sequence listing.

TaqMan 프로브는 어닐링 단계에서 템플레이트 DNA에 특이적으로 혼성화하지만, 프로브 상에 퀀처에 의해 형광 발색이 억제된다. 연장 반응 시에 Taq DNA 폴리머라제가 갖는 5' to 3' 뉴클레아제 활성에 의해 템플레이트에 혼성화한 TaqMan 프로브가 분해되어 형광 색소가 프로브로부터 유리되면서 퀀처에 의한 억제가 해제되어 형광은 나타낸다. 이 때, TaqMan 프로브의 5'-말단은 상기 연장 프라이머의 3'-말단의 다운스트림에 위치하여야 한다. 즉, 연장 프라이머의 3'-말단이 주형-의존성 핵산 중합효소에 의해 연장되는 경우, 이 중합효소의 5' to 3' 뉴클레아제 활성에 의해 TaqMan 프로브의 5'-말단이 절단되어 리포터 분자의 형광 시그널이 발생하게 된다.The TaqMan probe specifically hybridizes to the template DNA in the annealing step, but the fluorescence is inhibited by the quencher on the probe. During the extension reaction, the TaqMan probe hybridized to the template is degraded by the 5 'to 3' nuclease activity of the Taq DNA polymerase, and the fluorescent dye is released from the probe and the inhibition by the quencher is released, indicating fluorescence. At this time, the 5'-end of the TaqMan probe should be located downstream of the 3'-terminal of the extension primer. That is, when the 3'-end of the extension primer is extended by a template-dependent nucleic acid polymerase, the 5'-3 'nuclease activity of the polymerase cleaves the 5'-end of the TaqMan probe, A fluorescence signal is generated.

TaqMan 프로브에 결합되어 있는 상기 리포터 분자 및 퀀처 분자는 형광성 물질 및 비형광성 물질을 포함한다. 본 발명에 이용될 수 있는 형광성 리포터 분자 및 퀀처 분자는 당업계에 공지되어 있는 어떠한 것도 이용할 수 있으며, 그 예는 다음과 같다(괄호의 숫자는 나노미터 단위로 표시한 발광 최대 파장이다): Cy2TM (506), YO-PROTM-1 (509), YOYOTM-1 (509), Calcein (517), FITC (518), FluorXTM (519), AlexaTM (520), Rhodamine 110 (520), 5-FAM (522), Oregon GreenTM 500 (522), Oregon GreenTM 488 (524), RiboGreenTM (525), Rhodamine GreenTM (527), Rhodamine 123 (529), Magnesium GreenTM (531), Calcium GreenTM (533), TO-PROTM-1 (533), TOTO1 (533), JOE (548), BODIPY530/550 (550), Dil (565), BODIPY TMR (568), BODIPY558/568 (568), BODIPY564/570 (570), Cy3TM (570), AlexaTM 546 (570), TRITC (572), Magnesium OrangeTM (575), Phycoerythrin R&B (575), Rhodamine Phalloidin (575), Calcium OrangeTM (576), Pyronin Y (580), Rhodamine B (580), TAMRA (582), Rhodamine RedTM (590), Cy3.5TM (596), ROX (608), Calcium CrimsonTM (615), AlexaTM 594 (615), Texas Red (615), Nile Red (628), YO-PROTM-3 (631), YOYOTM-3 (631), R-phycocyanin (642), C-Phycocyanin (648), TO-PROTM-3 (660), TOTO3 (660), DiD DilC(5) (665), Cy5TM (670), Thiadicarbocyanine (671), Cy5.5 (694), HEX (556), TET (536), VIC (546), BHQ-1 (534), BHQ-2 (579), BHQ-3 (672), Biosearch Blue (447), CAL Fluor Gold 540 (544), CAL Fluor Orange 560 (559), CAL Fluor Red 590 (591), CAL Fluor Red 610 (610), CAL Fluor Red 635 (637), FAM (520), Fluorescein (520), Fluorescein-C3 (520), Pulsar 650 (566), Quasar 570 (667), Quasar 670 (705) 및 Quasar 705 (610). 괄호의 숫자는 나노미터 단위로 표시한 발광 최대 파장이다.The reporter molecule and the quencher molecule attached to the TaqMan probe include a fluorescent substance and a non-fluorescent substance. Fluorescent reporter molecules and quencher molecules that can be used in the present invention can be any of those known in the art, examples of which are (the number of parentheses is the maximum emission wavelength in nanometers): Cy2 TM (506), YO-PRO TM -1 (509), YOYO TM -1 (509), Calcein (517), FITC (518), FluorX TM (519), Alexa TM (520), Rhodamine 110 (520) , 5-FAM 522, Oregon Green TM 500 522, Oregon Green TM 488 524, RiboGreen TM 525, Rhodamine Green TM 527, Rhodamine 123 529, Magnesium Green TM 531, 565, BODIPY TMR 568, BODIPY 558/568 (568), BODIPY 558/550 (550), Calcium Green TM 533, TO-PRO TM -1 533, TOTO 1 533, JOE 548, ), BODIPY564 / 570 (570) , Cy3 TM (570), Alexa TM 546 (570), TRITC (572), Magnesium Orange TM (575), Phycoerythrin R & B (575), Rhodamine Phalloidin (575), Calcium Orange TM ( 576), Pyronin Y 580, Rhodamine B 580, TAMRA 582, Rhodamine Red TM 590, Cy3.5 TM 596, ROX 608, Calcium Crimson TM 615, A lexa TM 594 (615), Texas Red (615), Nile Red (628), YO-PRO TM -3 (631), YOYO TM -3 (631), R-phycocyanin (642), C-Phycocyanin (648) , TO-PRO TM -3 (660), TOTO 3 (660), DiD DilC (5) 665, Cy5 TM 670, Thiadicarbocyanine 671, Cy5.5 694, HEX 556, TET 536, VIC 546, BHQ-1 534, BHQ-2 579, BHQ-3 672, Biosearch Blue 447, CAL Fluor Gold 540 544, CAL Fluor Orange 560 559, , CAL Fluor Red 590 (591), CAL Fluor Red 610 (610), CAL Fluor Red 635 (637), FAM 520, Fluorescein 520, Fluorescein-C3 520, Pulsar 650 566, Quasar 570 (667), Quasar 670 (705) and Quasar 705 (610). The number in parentheses is the maximum emission wavelength in nanometers.

적합한 리포터-퀀처 쌍(pairs)은 많은 문헌에 개시되어 있다: Pesce et al., editors, FLUORESCENCE SPECTROSCOPY(Marcel Dekker, New York, 1971); White et al., FLUORESCENCE ANALYSIS: A PRACTICAL APPROACH (Marcel Dekker, New York, 1970); Berlman, HANDBOOK OF FLUORESCENCE SPECTRA OF AROMATIC MOLECULES, 2nd EDITION (Academic Press, New York, 1971); Griffiths, COLOUR AND CONSTITUTION OF ORGANIC MOLECULES(Academic Press, New York, 1976); Bishop, editor, INDICATORS(Pergamon Press, Oxford, 1972); Haugland, HANDBOOK OF FLUORESCENT PROBES AND RESEARCH CHEMICALS(Molecular Probes, Eugene, 1992); Pringsheim, FLUORESCENCE AND PHOSPHORESCENCE(Interscience Publishers, New York, 1949); Haugland, R. P., HANDBOOK OF FLUORESCENT PROBES AND RESEARCH CHEMICALS, Sixth Edition, Molecular Probes, Eugene, Oreg., 1996; U.S. Pat. Nos. 3,996,345 and 4,351,760.Suitable reporter-quencher pairs are disclosed in many references: Pesce et al. editors, FLUORESCENCE SPECTROSCOPY (Marcel Dekker, New York, 1971); White et al. , FLUORESCENCE ANALYSIS: A PRACTICAL APPROACH (Marcel Dekker, New York, 1970); Berlman, HANDBOOK OF FLUORESCENCE SPECTRA OF AROMATIC MOLECULES, 2nd EDITION (Academic Press, New York, 1971); Griffiths, COLOR and CONSTITUTION OF ORGANIC MOLECULES (Academic Press, New York, 1976); Bishop, editor, INDICATORS (Pergamon Press, Oxford, 1972); Haugland, HANDBOOK OF FLUORESCENT PROBES AND RESEARCH CHEMICALS (Molecular Probes, Eugene, 1992); Pringsheim, FLUORESCENCE AND PHOSPHORESCENCE (Interscience Publishers, New York, 1949); Haugland, RP, HANDBOOK OF FLUORESCENT PROBES AND RESEARCH CHEMICALS, Sixth Edition, Molecular Probes, Eugene, Oreg., 1996; US Pat. Nos. 3,996,345 and 4,351,760.

또한, TaqMan 프로브에 결합되어 있는 상기 리포터 분자 및 퀀처 분자에 이용되는 비형광성 물질은 마이너 그루브 결합 모이어티(minor groove binding(MGB) moiety)를 포함할 수 있다. 본 명세서의 용어 "TaqMan MGB-컨쥬게이트 프로브(MGB-conjugate probe)"는 프로브의 3'-말단에 MGB와 컨쥬게이션된 TaqMan 프로브를 의미한다. MGB는 높은 친화도로 DNA의 마이너 그루브에 결합하는 물질로서, DPI3(dihydrocyclopyrroloindole tripeptide), 네트롭신(netropsin), 디스타마이신(distamycin), 렉시트롭신(lexitropsin), 미트라마이신(mithramycin), 크로모마이신(chromomycin) A3, 올리보마이신(olivomycin), 안트라마이신(anthramycin), 시비로마이신(sibiromycin), 펜타미딘(pentamidine), 스틸바미딘(stilbamidine), 베레닐(berenil), CC-1065, Hoechst 33258, DAPI(4-6-diamidino-2-phenylindole), CDPI의 다이머, 트리머, 테트라머 및 펜타머, MPC(N-methylpyrrole-4-carbox-2-amide) 및 이의 다이머, 트리머, 테트라머 및 펜타머를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the reporter molecule coupled to the TaqMan probe and the non-transmembrane material used in the quencher molecule may comprise a minor groove binding (MGB) moiety. The term "TaqMan MGB-conjugate probe" as used herein means a TaqMan probe conjugated with MGB at the 3'-end of the probe. MGB is a substance that binds to the minor groove of DNA with a high affinity. It is composed of dihydrocyclopyrrolloindole tripeptide (DPI3), netropsin, distamycin, lexitropsin, mithramycin, Chromomycin A3, olivomycin, anthramycin, sibiromycin, pentamidine, stilbamidine, berenyl, CC-1065, Hoechst 33258, Dimer, tetramer and pentamer of CDPI, N-methylpyrrole-4-carbox-2-amide (MPC) and its dimers, trimers, tetramers and pentamers of DAPI (4-6-diamidino- But is not limited thereto.

상기 Taqman 프로브와 MGB의 컨쥬게이션(conjugation)은 프로브와 이의 타겟 간에 형성되는 하이브리드의 안정성을 현저하게 증가시킨다. 보다 상세하게는, 증가된 안정성(즉, 혼성화 정도의 증가)는 정상 프로브와 비교하여 MGB-컨쥬게이트 프로브에 의해 형성된 하이브리드 듀플렉스의 증가된 Tm(melting temperature)을 유발한다. 따라서, MGB는 반데르발스 힘을 안정화시켜 프로브 길이의 증가 없이 MGB-컨쥬게이트 프로브의 Tm(melting temperature)를 증가시킴으로써 보다 엄격 조건 하의 Taqman 실-시간 PCR에서 더 짧은 프로브(예컨대, 21개 이하의 뉴클레오타이드)의 이용을 가능하게 해 준다. 또한, MGB-컨쥬게이트 프로브는 백그라운드 형광을 보다 효율적으로 제거시켜 준다. 구체적으로는, 본 발명의 TaqMan MGB-컨쥬게이트 프로브의 길이는 15-21 뉴클레오타이드를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The conjugation of the Taqman probe and MGB significantly increases the stability of the hybrid formed between the probe and its target. More specifically, increased stability (i.e., increased hybridization degree) results in increased melting temperature of the hybrid duplex formed by the MGB-conjugated probe as compared to the normal probe. Thus, MGB stabilizes Van der Waals forces to increase the melting temperature of MGB-conjugated probes without increasing the probe length, resulting in shorter probes in Taqman real-time PCR under more stringent conditions Nucleotides. In addition, MGB-conjugated probes remove background fluorescence more efficiently. Specifically, the length of the TaqMan MGB-conjugate probe of the present invention includes, but is not limited to, 15-21 nucleotides.

본 발명에서 이용되는 타겟 핵산은 특별하게 제한되지 않으며, DNA(gDNA 또는 cDNA) 또는 RNA 분자를 모두 포함하며, 보다 구체적으로는 cDNA이다. 타겟 핵산이 RNA 분자인 경우에는 cDNA로 역전사 하여 사용한다. 본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 타겟 핵산은 진핵세포(예컨대, 인간을 포함하는 포유동물) 핵산을 포함한다.The target nucleic acid used in the present invention is not particularly limited and includes all of DNA (gDNA or cDNA) or RNA molecules, more specifically cDNA. When the target nucleic acid is an RNA molecule, reverse transcription is used with the cDNA. According to some embodiments of the present invention, the target nucleic acid of the present invention comprises a eukaryotic cell (e. G., A mammal comprising a human) nucleic acid.

타겟 핵산을 연장 프라이머 및 프로브에 어닐링 또는 혼성화 시키는 방법은 당업계에 공지된 혼성화 방법에 의해 실시할 수 있다. 본 발명에서, 적합한 혼성화 조건은 최적화 절차에 의하여 일련의 과정으로 결정될 수 있다. 이런 절차는 연구실에서 사용을 위한 프로토콜을 수립하기 위하여 당업자에 의하여 일련의 과정으로 실시된다. 예를 들어, 온도, 성분의 농도, 혼성화 및 반응 시간, 완충액 성분 및 이들의 pH 및 이온세기 등의 조건은 올리고뉴클레오타이드의 길이 및 GC 양 및 타깃 뉴클레오타이드 서열 등의 다양한 인자에 의존한다. 혼성화를 위한 상세한 조건은 Joseph Sambrook, et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.(2001); 및 M.L.M. Anderson, Nucleic Acid Hybridization, Springer-Verlag New York Inc. N.Y.(1999)에서 확인할 수 있다.Methods for annealing or hybridizing a target nucleic acid to an extension primer and a probe can be carried out by a hybridization method known in the art. In the present invention, suitable hybridization conditions can be determined by a series of procedures by an optimization procedure. This procedure is performed by a person skilled in the art in a series of procedures to establish a protocol for use in the laboratory. Conditions such as, for example, temperature, concentration of components, hybridization and reaction time, buffer components and their pH and ionic strength depend on various factors such as the length and GC amount of the oligonucleotide and the target nucleotide sequence. Detailed conditions for hybridization can be found in Joseph Sambrook, et al. , Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY (2001); And MLM Anderson, Nucleic Acid Hybridization, Springer-Verlag New York Inc .; NY (1999).

본 발명에 이용되는 주형-의존성 핵산 중합효소는 5' to 3' 뉴클레아제 활성을 가지는 효소이다. 구체적으로는, 본 발명에 이용되는 주형-의존성 핵산 중합효소는 바람직하게는 DNA 중합효소이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "주형-의존성 연장반응"은 주형의 서열에 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 합성하는 반응을 의미한다. 본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 실-시간 PCR은 TaqMan 프로브 방법으로 실시된다.The template-dependent nucleic acid polymerase used in the present invention is an enzyme having 5 ' to 3 ' nuclease activity. Specifically, the template-dependent nucleic acid polymerase used in the present invention is preferably a DNA polymerase. As used herein, the term "template-dependent extension reaction" refers to a reaction that synthesizes a nucleotide sequence complementary to the sequence of a template. According to some embodiments of the present invention, the real-time PCR of the present invention is performed by the TaqMan probe method.

본 발명의 마커는 관절 질환에서 고발현되는 생체 분자이다. 이러한 마커의 고발현은 mRNA 또는 단백질 수준에서 측정될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "고발현"은 조사 대상의 시료에서의 대상이 되는 뉴클레오타이드 서열의 발현 정도가 정상 시료와 비교하여 높은 경우를 의미한다. 예컨대, 당업계에서 통상적으로 이용되는 발현 분석 방법, 예컨대 RT-PCR 방법 또는 ELISA 방법(참조: Sambrook, J. et al., Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001))에 따라 발현 분석을 한 경우, 발현이 높은 것으로 분석되는 경우를 의미한다. 예를 들어, 상술한 분석 방법에 따라 분석한 결과, 본 발명의 마커가 정상세포 또는 조직과 비교하여 5배 이상 고발현 되는 경우, 본 발명에서의 '고발현'으로 판정하고 관절 질환이 발병 또는 발생했다고 판정한다.
The marker of the present invention is a biomolecule which is highly expressed in joint diseases. High expression of these markers can be measured at the mRNA or protein level. As used herein, the term "high expression" means that the degree of expression of a nucleotide sequence of interest in a sample to be investigated is higher than that of a normal sample. For example, expression analysis methods conventionally used in the art, such as RT-PCR or ELISA methods (see Sambrook, J. et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press (2001) In the case of expression analysis, it means that the expression is analyzed to be high. For example, when the marker according to the present invention is highly expressed 5 times or more as compared with normal cells or tissues, it is determined that the marker is 'highly expressed' in the present invention, Is determined to have occurred.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 세포 내로 운반하고자 하는 목적 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 유전자 전달 시스템에 있어서, 상기 목적 뉴클레오타이드 서열은 SirT1 단백질을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열인 것을 특징으로 하는 관절 질환-유발용 유전자 전달 시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gene delivery system comprising a target nucleotide sequence to be delivered into a cell, wherein the target nucleotide sequence is a nucleotide sequence encoding a SirT1 protein. Lt; / RTI > gene delivery system.

본 발명의 방법은 상술한 관절 질환의 예방 또는 치료용 물질의 스크리닝 방법에 기재된 내용을 포함하기 때문에, 중복된 내용의 기재에 의한 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여 그 기재를 생략한다.Since the method of the present invention includes the contents described in the method for screening substances for preventing or treating joint diseases described above, the description thereof will be omitted in order to avoid the excessive complexity of the present specification by the description of the duplicated contents.

SirT1-인코딩 뉴클레오타이드 서열은 통상적인 유전자 치료에 이용되는 모든 유전자 전달 시스템에 적용될 수 있으며, 구체적으로는 플라스미드, 아데노바이러스(Lockett LJ, et al., Clin. Cancer Res. 3:2075-2080(1997)), 아데노-관련 바이러스(Adeno-associated viruses: AAV, Lashford LS., et al., Gene Therapy Technologies, Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), 레트로바이러스(Gunzburg WH, et al., Retroviral vectors. Gene Therapy Technologies, Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), 렌티바이러스(Wang G. et al., J. Clin. Invest. 104(11):R55-62(1999)), 헤르페스 심플렉스 바이러스(Chamber R., et al., Proc. Natl. Acad. Sci USA 92:1411-1415(1995)), 배시니아 바이러스(Puhlmann M. et al., Human Gene Therapy 10:649-657(1999)), 리포좀(Methods in Molecular Biology, Vol 199, S.C. Basu and M. Basu (Eds.), Human Press 2002) 또는 니오좀에 적용될 수 있다. 가장 구체적으로는, 본 발명의 유전자 전달 시스템은 SirT1-인코딩 뉴클레오타이드 서열을 아데노바이러스에 적용하여 제조된다.
The SirTl-encoding nucleotide sequence can be applied to all gene delivery systems used in conventional gene therapy, and specifically includes plasmids, adenoviruses (Lockett LJ, et al., Clin. Cancer Res. 3: 2075-2080 (1997) ), Adeno-associated viruses (AAV, Lashford LS., Et al., Gene Therapy Technologies, Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), retroviruses (Gunzburg WH, et al., Retroviral vectors .. Gene Therapy Technologies, Applications and Regulations Ed A. Meager, 1999), lentivirus (Wang G. et al, J. Clin Invest 104 (11...): R55-62 (1999)), herpes simplex virus (Chamber R., et al, Proc Natl Acad Sci USA 92:.... 1411-1415 (1995)), Bash Catania virus (Puhlmann M. et al, Human Gene Therapy 10:. 649-657 (1999)) , Liposomes (Methods in Molecular Biology, Vol. 199, SC Basu and M. Basu (Eds.), Human Press 2002) or niosomes. Most specifically, the gene delivery system of the present invention is prepared by applying a SirTl-encoding nucleotide sequence to an adenovirus.

i. 아데노바이러스 i. Adenovirus

아데노바이러스는 중간 정도의 지놈 크기, 조작의 편의성, 높은 타이터, 광범위한 타깃세포 및 우수한 감염성 때문에 유전자 전달 벡터로서 많이 이용되고 있다. 지놈의 양 말단은 100-200 bp의 ITR(inverted terminal repeat)를 포함하며, 이는 DNA 복제 및 패키징에 필수적인 시스 엘리먼트이다. 지놈의 E1 영역(E1A 및 E1B)은 전사 및 숙주 세포 유전자의 전사를 조절하는 단백질을 코딩한다. E2 영역(E2A 및 E2B)은 바이러스 DNA 복제에 관여하는 단백질을 코딩한다.Adenoviruses are widely used as gene transfer vectors because of their moderate size, ease of manipulation, high titer, broad target cells and excellent infectivity. Both ends of the genome contain an inverted terminal repeat (ITR) of 100-200 bp, which is a sis element essential for DNA replication and packaging. The E1 regions of the genome (E1A and E1B) encode proteins that regulate transcription and transcription of host cell genes. The E2 regions (E2A and E2B) encode proteins involved in viral DNA replication.

현재 개발된 아데노바이러스 벡터 중에서, E1 영역이 결여된 복제 불능 아데노바이러스가 많이 이용되고 있다. 한편, E3 영역은 통상적인 아데노바이러스 벡터에서 제거되어 외래 유전자가 삽입되는 자리를 제공한다(Thimmappaya, B. et al., Cell, 31:543-551(1982); 및 Riordan, J. R. et al., Science, 245:1066-1073(1989)). 따라서, 본 발명의 HIF-2α 유전자는 결실된 E1 영역 (E1A 영역 및/또는 E1B 영역, 바람직하게는 E1B 영역) 또는 E3 영역에 삽입되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 결실된 E3 영역에 삽입된다. 본 명세서에서 바이러스 지놈 서열과 관련하여 사용되는 용어 "결실"은 해당 서열이 완전히 결실된 것뿐만 아니라, 부분적으로 결실된 것도 포함하는 의미를 가진다. Of currently developed adenovirus vectors, non-replicable adenoviruses lacking the E1 region are widely used. On the other hand, the E3 region is removed from the conventional adenoviral vector to provide a site for insertion of a foreign gene (Thimmappaya, B. et al., Cell , 31: 543-551 (1982); and Riordan, JR et al. Science , 245: 1066-1073 (1989)). Therefore, the HIF-2? Gene of the present invention is preferably inserted into the deleted E1 region (E1A region and / or E1B region, preferably E1B region) or E3 region, and more preferably inserted into the deleted E3 region . The term "deletion" as used herein in connection with a viral genome sequence has the meaning not only of a complete deletion of the sequence but also of a partial deletion thereof.

본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 아데노바이러스 유전자 전달 시스템은 '프로모터-SirT1 유전자-폴리 A 서열'이 연결된 구조를 갖으며, 결실된 E1 영역(E1A 영역 및/또는 E1B 영역, 보다 구체적으로는 E1B 영역) 또는 E3 영역, 바람직하게는 결실된 E3 영역에 삽입된 것이다.According to some embodiments of the present invention, the adenovirus gene delivery system of the present invention has a structure in which the 'promoter-SrT1 gene-polyA sequence' is linked and the deleted E1 region (E1A region and / or E1B region, Or the E3 region, preferably the deleted E3 region.

또한, 아데노바이러스는 야생형 지놈의 약 105%까지 패킹할 수 있기 때문에, 약 2 kb를 추가적으로 패키징할 수 있다(Ghosh-Choudhury et al., EMBO J., 6:1733-1739(1987)). 따라서, 아데노바이러스에 삽입되는 SirT1 유전자는 아데노바이러스의 지놈에 추가적으로 결합시킬 수도 있다.In addition, since the adenovirus can pack up to about 105% of the wild type genome, about 2 kb can be additionally packaged (Ghosh-Choudhury et al., EMBO J. , 6: 1733-1739 (1987)). Thus, the SirTl gene inserted into the adenovirus may additionally bind to the genome of the adenovirus.

아데노바이러스는 42개의 상이한 혈청형 및 A-F의 서브그룹을 갖는다. 이 중에서, 서브그룹 C에 속하는 아데노바이러스 타입 5가 본 발명의 아데노바이러스 벡터를 얻기 위한 가장 바람직한 출발물질이다. 아데노바이러스 타입 5에 대한 생화학적 및 유전적 정보는 잘 알려져 있다. 아데노바이러스에 의해 운반되는 SirT1 유전자는 에피좀과 동일한 방식으로 복제되며, 이에 숙주세포에 대해 유전독성이 매우 낮다.
The adenovirus has 42 different serotypes and subgroups of AF. Of these, adenovirus type 5 belonging to subgroup C is the most preferable starting material for obtaining the adenovirus vector of the present invention. Biochemical and genetic information on adenovirus type 5 is well known. The SirT1 gene carried by the adenovirus is replicated in the same manner as the episomes, and the genotoxicity of the host cell is very low.

ii. 레트로바이러스 ii. Retrovirus

레트로바이러스는 자신의 유전자를 숙주의 지놈으로 삽입시키고, 대량의 외래 유전 물질을 운반할 수 있으며, 감염시킬 수 있는 세포의 스펙트럼이 넓기 때문에 유전자 전달 벡터로서 많이 이용되고 있다.Retroviruses are widely used as gene transfer vectors because they can insert their genes into host genomes, carry large quantities of foreign genetic material, and have a broad spectrum of cells that can be infected.

레트로바이러스 벡터를 구축하기 위하여, SirT1 유전자는 레트로바이러스의 서열 대신에 레트로바이러스 지놈에 삽입되어 복제 불능의 바이러스를 생산한다. 비리온을 생산하기 위하여, gag, pol 및 env 유전자를 포함하지만 LTR(long terminal repeat)와 Ψ 서열이 없는 패키징 세포주를 구축한다(Mann et al., Cell, 33:153-159(1983)). Nampt 유전자, LTR 및 Ψ 서열을 포함하는 재조합 플라스미드를 상기 세포주에 이입하면, Ψ 서열은 재조합 플라스미드의 RNA 전사체의 생산을 가능하게 하며, 이 전사체는 바이러스로 패키징되고, 바이러스는 배지로 배출된다(Nicolas and Rubinstein "Retroviral vectors" In: Vectors: A survey of molecular cloning vectors and their uses, Rodriguez and Denhardt (eds.), Stoneham: Butterworth, 494-513(1988)). 재조합 레트로바이러스를 함유하는 배지를 수집하고 농축하여 유전자 전달 시스템으로 이용한다.To construct a retroviral vector, the SirT1 gene is inserted into the retroviral genome in place of the sequence of the retrovirus to produce a non-replicable virus. To produce virion, a packaging cell line is constructed that contains the gag, pol, and env genes, but lacks the LTR (long terminal repeat) and the? Sequences (Mann et al., Cell , 33: 153-159 (1983)). Upon insertion of the recombinant plasmid containing the Nampt gene, LTR and the? Sequence into the cell line, the? Sequence enables the production of the RNA transcript of the recombinant plasmid, which is packaged with the virus and the virus is exported to the medium (Nicolas and Rubinstein "Retroviral vectors" In: Vectors: A survey of molecular cloning vectors and their uses , Rodriguez and Denhardt (eds.), Stoneham: Butterworth, 494-513 (1988)). The medium containing the recombinant retrovirus is harvested and concentrated to use as a gene delivery system.

2세대 레트로바이러스 벡터를 이용한 유전자 전달이 발표되었다. Kasahara et al.(Science, 266: 1373-1376(1994))는 몰로니 뮤라인 류케미아 바이러스의 변이체를 제조하였고, 여기에서 EPO(erythropoietin) 서열을 엔벨로프 부위에 삽입하여 새로운 결합 특성을 갖는 키메릭 단백질을 생산하였다. 본 발명의 유전자 전달 시스템도 이와 같은 2세대 레트로바이러스 벡터의 구축 전략에 따라 제조할 수 있다.
Genetic transfer using a second generation retroviral vector was announced. Kasahara et al. ( Science , 266: 1373-1376 (1994)) prepared a variant of Molonimurine leukemia virus, in which an EPO (erythropoietin) sequence was inserted into the envelope region to generate a chimeric Protein. The gene delivery system of the present invention can also be produced according to the construction strategy of the second generation retroviral vector.

iii. AAV 벡터 iii. AAV vector

아데노-관련 바이러스(AAV)는 비분열 세포를 감염시킬 수 있고, 다양한 종류의 세포에 감염할 수 있는 능력을 갖고 있기 때문에 본 발명의 유전자 전달 시스템으로 적합하다. AAV 벡터의 제조 및 용도에 대한 상세한 설명은 미국 특허 제5,139,941호 및 제4,797,368호에 상세하게 개시되어 있다.Adeno-associated virus (AAV) is suitable for the gene delivery system of the present invention because it can infect non-dividing cells and has the ability to infect various kinds of cells. A detailed description of the preparation and use of AAV vectors is disclosed in detail in U.S. Patent Nos. 5,139,941 and 4,797,368.

유전자 전달 시스템으로서의 AAV에 대한 연구는 LaFace et al, Viology, 162:483486(1988), Zhou et al., Exp. Hematol. (NY), 21:928-933(1993), Walsh et al, J. Clin. Invest., 94:1440-1448(1994) 및 Flotte et al., Gene Therapy, 2:29-37(1995)에 개시되어 있다.A study of AAV as a gene delivery system is described in LaFace et al, Viology , 162: 483486 (1988), Zhou et al., Exp. Hematol. (NY), 21: 928-933 (1993), Walsh et al, J. Clin. Invest. , 94: 1440-1448 (1994) and Flotte et al., Gene Therapy , 2: 29-37 (1995).

전형적으로, AAV 바이러스는 두 개의 AAV 말단 리피트가 옆에 위치되어 있는 목적의 유전자 서열(SirT1 유전자)을 포함하는 플라스미드(McLaughlin et al., J. Virol., 62:1963-1973(1988); 및 Samulski et al., J. Virol., 63:3822-3828(1989)) 및 말단 리피트가 없는 야생형 AAV 코딩 서열을 포함하는 발현 플라스미드(McCarty et al., J. Virol., 65:2936-2945( 1991))를 동시에 형질전환시켜 제조될 수 있다.
Typically, the AAV virus is a plasmid (McLaughlin et al., J. Virol. , 62: 1963-1973 (1988)) containing a gene sequence of interest (SirTl gene) in which two AAV end- Samulski et al, J. Virol, 63 :.. 3822-3828 (1989)) and terminal repeat expression plasmid that contains a wild-type AAV coding sequences without (McCarty et al, J. Virol, 65:.. 2936-2945 ( 1991)). ≪ / RTI >

iv. 다른 바이러스 벡터 iv. Other viral vectors

다른 바이러스 벡터들도 본 발명의 유전자 전달 시스템으로 이용할 수 있다. 배시니아 바이러스(Puhlmann M. et al., Human Gene Therapy 10:649-657(1999); Ridgeway, "Mammalian expression vectors," In: Vectors: A survey of molecular cloning vectors and their uses. Rodriguez and Denhardt, eds. Stoneham: Butterworth, 467-492(1988); Baichwal and Sugden, "Vectors for gene transfer derived from animal DNA viruses: Transient and stable expression of transferred genes," In: Kucherlapati R, ed. Gene transfer. New York: Plenum Press, 117-148( 1986) 및 Coupar et al., Gene, 68:1-10(1988)), 렌티바이러스(Wang G. et al., J. Clin. Invest. 104(11):R55-62(1999)) 또는 헤르페스 심플렉스 바이러스(Chamber R., et al., Proc. Natl. Acad. Sci USA 92:1411-1415(1995))로부터 유래된 벡터들도, SirT1 유전자를 세포 내로 운반할 수 있는 운반 시스템으로 이용할 수 있다.
Other viral vectors may also be used as the gene delivery system of the present invention. Bash Catania virus (Puhlmann M. et al, Human Gene Therapy 10:.. 649-657 (1999); Ridgeway, "Mammalian expression vectors," In: Vectors: A survey of molecular cloning vectors and their uses Rodriguez and Denhardt, eds "Transgenic and stable expression of transferred genes," In: Kucherlapati R, ed Gene transfer New York: Plenum (1988); (1986) and Coupar et al., Gene , 68: 1-10 (1988)), lentivirus (Wang G. et al., J. Clin. Invest. 104 (11): R55-62 (1999)) or vectors derived from herpes simplex virus (Chamber R., et al., Proc. Natl. Acad. Sci USA 92: 1411-1415 (1995)) can also carry the SirT1 gene into cells It can be used as a portable system.

v. 리포좀 v. Liposome

리포좀은 수상에 분산된 인지질에 의해 자동적으로 형성된다. 외래 DNA 분자를 리포좀으로 성공적으로 세포 내로 운반한 예는 Nicolau 및 Sene, Biochim. Biophys. Acta, 721:185-190(1982) 및 Nicolau et al., Methods Enzymol., 149:157-176(1987)에 개시되어 있다. 한편, 리포좀을 이용한 동물세포의 형질전환에 가장 많이 이용되는 시약으로는 리포펙타민이 있다. SirT1 유전자를 내포한 리포좀은 엔도사이토시스, 세포 표면에로의 흡착 또는 플라즈마 세포막과의 융합 등의 기전을 통해 세포와 상호작용하여 세포 내로 SirT1 유전자를 운반한다.Liposomes are formed automatically by phospholipids dispersed in the aqueous phase. Examples of successful delivery of exogenous DNA molecules into liposomes into cells include Nicolau and Sene, Biochim. Biophys. Acta , 721: 185-190 (1982) and Nicolau et al., Methods Enzymol. , 149: 157-176 (1987). On the other hand, lipofectamine is the most widely used reagent for transformation of animal cells using liposomes. Liposomes containing the SirT1 gene interact with cells through mechanisms such as endocytosis, adsorption to the cell surface or fusion with the plasma membrane, and carry the SirT1 gene into the cell.

상술한 본 발명의 유전자 전달 시스템을 세포내로 도입하는 방법은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 실시될 수 있다. 본 발명에서, 유전자 전달 시스템이 바이러스 벡터에 기초하여 제작된 경우에는, 당업계에 공지된 바이러스 감염 방법에 따라 실시된다. 바이러스 벡터를 이용한 숙주 세포의 감염은 상술한 인용문헌에 기재되어 있다. 본 발명에서 유전자 전달 시스템은 내이키드 재조합 DNA 분자 또는 플라스미드인 경우에는, 마이크로인젝션법(Capecchi, M.R., Cell, 22:479(1980); 및 Harland와 Weintraub, J. Cell Biol. 101:1094-1099(1985)), 칼슘 포스페이트 침전법 (Graham, F.L. et al., Virology, 52:456(1973); 및 Chen과 Okayama, Mol. Cell. Biol. 7:2745-2752(1987)), 전기 천공법(Neumann, E. et al., EMBO J., 1:841(1982); 및 Tur-Kaspa et al., Mol. Cell Biol., 6:716-718(1986)), 리포좀-매개 형질감염법(Wong, T.K. et al., Gene, 10:87(1980); Nicolau 및 Sene, Biochim. Biophys. Acta, 721:185-190(1982); 및 Nicolau et al., Methods Enzymol., 149:157-176(1987)), DEAE-덱스트란 처리법(Gopal, Mol. Cell Biol., 5:1188-1190(1985)), 및 유전자 밤바드먼트(Yang et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 87:9568-9572(1990)) 방법에 의해 유전자를 세포 내로 이입시킬 수 있으며, 가장 구체적으로는 마이크로인젝션법에 의해 실시한다.The method of introducing the above-described gene delivery system of the present invention into cells can be carried out through various methods known in the art. In the present invention, when the gene delivery system is constructed based on a viral vector, it is carried out according to a virus infection method known in the art. Infection of host cells with viral vectors is described in the above cited documents. In the present invention, when the gene delivery system is an innoculated recombinant DNA molecule or a plasmid, a microinjection method (Capecchi, MR, Cell , 22: 479 (1980); and Harland and Weintraub, J. Cell Biol. 101: 1094-1099 (1985)), calcium phosphate precipitation method (Graham, FL et al., Virology , 52: 456 (1973) and Chen and Okayama, Mol. Cell. Biol. 7: 2745-2752 6, 716-718 (1986)), liposome-mediated transfection methods (Neumann, E. et al., EMBO J. 1: 841 (1982), and Tur-Kaspa et al., Mol. Cell Biol. (Wong, TK et al, Gene , 10:87 (1980); Nicolau and Sene, Biochim Biophys Acta, 721: ... 185-190 (1982); and Nicolau et al, Methods Enzymol, 149 :.. 157- 176 (1987)), DEAE-dextran treatment (Gopal, MoI. Cell Biol. , 5: 1188-1190 (1985)), and gene bendard (Yang et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 87: 9568-9572 (1990)), the gene can be introduced into cells, and most specifically, microinjection is performed.

본 발명의 어떤 구현예에 따르면, 본 발명의 유전자 전달 시스템은 세포 내에서 매트릭스-분해 효소의 발현을 증가시키고, 상기 매트릭스-분해 효소는 매트릭스 메탈로프로티나제(matrix metalloprotenase, MMP)-3, Mmp-9, Mmp-12, Mmp-13Adamts4(a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs)을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
According to some embodiments of the present invention, the gene delivery system of the present invention increases the expression of the matrix-degrading enzyme in a cell, and the matrix-degrading enzyme is matrix metalloproteinase (MMP) -3, But are not limited to, Mmp-9 , Mmp-12 , Mmp-13 and Adamts4 (a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs).

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

(a) 본 발명은 SirT1의 활성화를 통한 연골퇴행에 대한 마스터 조절인자인 HIF-2의 안정성 및 전사 활성 조절 및 이의 용도에 관한 것이다.(a) The present invention relates to the regulation of the stability and transcriptional activity of HIF-2, the master regulator of cartilage regression through activation of SirT1, and its use.

(b) 본 발명에 따르면, 본 발명의 SirT1의 활성화는 HIF-2 또는 Nampt-유도된 관절 질환의 발병 과정에 필수적으로 필요하다.(b) According to the present invention, activation of SirTl of the present invention is essential for the onset of HIF-2 or Nampt-induced arthritic disease.

(c) 특히, SirT1의 활성화는 HIF-2 단백질의 안정성 및 전사 활성을 증가시키고, 다양한 매트릭스-분해 효소들(예컨대, Mmp3, Mmp12, Mmp13, Adamts4, 등)의 발현을 촉발한다.(c) In particular, activation of SirT1 increases the stability and transcriptional activity of the HIF-2 protein and triggers the expression of various matrix-degrading enzymes (e.g., Mmp3, Mmp12, Mmp13, Adamts4, etc.).

(d) 따라서, 본 발명의 SirT1은 관절 질환의 진단 또는 예후에 이용될 수 있으며, 이를 이용하여 관절 질환 치료제의 개발에도 이용될 수 있다.
(d) Therefore, the SirT1 of the present invention can be used for diagnosis or prognosis of joint diseases, and can be used for the development of therapeutic agents for joint diseases.

도 1a-1e는 Nampt 유전자가 마우스 관절 연골세포에서 HIF-2α의 직접적인 타겟이라는 것을 보여주는 결과이다. 도 1a는 Ad-EPas1(800 MOI)로 24시간 동안 감염된 마우스 관절 연골세포의 1차 배양체에 대한 마이크로어레이 분석 결과이다(n = 4). 약어: Retn, 레지스틴; Adipoq, 아디포넥틴; 및 Lep, 렙틴. 도 1b는 마우스 관절 연골세포의 1차 배양체에 처리하지 않거나(none) 또는 Ad-C(800 MOI) 또는 지정된 농도의 Ad-EPas1을 24시간 동안 감염시킨 후, 지시된 아디포카인들을 RT-PCR(좌측 패널)로 검출하고 이의 발현 레벨을 qRT-PCR(우측 패널)로 정량화시킨 결과이다(n = 6). GAPDH는 로딩 대조군으로 이용되었다. 도 1c는 1차 배양된 연골세포에 24시간 동안 Ad-C(800 MOI) 또는 지시된 MOI의 Ad-EPas1을 감염시킨 후, Epas1Nampt의 발현 레벨을 qRT-PCR롤 측정(n = 6)한 결과이다(좌측 패널). HIF-2α, iNampt 및 eNampt는 웨스턴 블랏팅으로 검출하였다(우측 패널). 도 1d는 Nampt 프로모터 내 HIF-2α-결합 위치를 분석한 결과이다. 연골세포에 처리하지 않거나(none), IL-1(1 ng/ml)을 처리하거나 또는 Ad-EPas1로 연골세포를 감염시켰다. Nampt 프로모터 내 3개의 다른 HIF-2α-결합 위치들이 PCR로 검출되었다. Nampt CDS(coding sequence)에 대한 프라이머가 음성 대조군으로 이용되었다. 도 1e의 좌측 패널은 ΔEpas1 벡터의 존재 또는 부존재 하에서 공벡터(EV; 1.0 μg) 또는 다른 양(μg)의 Epas1 벡터로 트랜스펙션된 연골세포에서 3개의 HIF-2α-결합 위치들을 포함하는 Nampt 리포터 유전자의 활성을 측정한 결과(n = 6)이다. 도 1e의 우측 패널은 리포터 유전자 활성을 측정한 결과로, 상기 활성은 WT 및 HIF-2α 결합 위치-돌연변이된(CGTG -> AAAG) 리포터 유전자들을 이용하여 측정하였다(n = 6). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001; NS, 통계적으로 유의하지 않음)로 제시되어 있다.
도 2a-2e는 Nampt가 관절 연골세포에서 HIF-2α-유도된 이화 인자들(catabolic factors)의 발현에 필요하다는 것을 보여주는 결과이다. 도 2a는 처리하지 않거나(none), 연골세포에 24시간 동안 Ad-C(800 MOI) 또는 Ad-Nampt(800 MOI)를 감염시킨 후, mRNA 및 단백질 레벨을 각각 qRT-PCR(좌측 패널) 및 웨스턴 블랏팅(우측 패널)으로 측정한 결과이다(n > 6). 도 2b는 처리하지 않거나(none), 연골세포에 36시간 동안 Ad-C(800 MOI) 또는 Ad-Nampt(800 MOI)를 감염시킨 후, iNampt 및 eNampt를 ELISA로 측정한 그래프이다(n = 6). 도 2c는 FK866(100 μM)의 존재 또는 부존재 하에서 연골세포에 36시간 동안 Ad-C(800 MOI) 또는 Ad-Nampt(800 MOI)를 감염시킨 후, mRNA 레벨을 qRT-PCR로 측정한 그래프이다(n = 6). 도 2d는 연골세포에 24시간 동안 운반체(vehicle) 단독 또는 재조합 Nampt(rNampt; Nampt의 전장 서열)을 처리한 후, 지시된 유전자의 발현 레벨을 qRT-PCR로 측정한 결과이다(n = 6). 도 2e는 100 nM의 대조군 siRNA(C-siRNA) 또는 Nampt-특이적 siRNA를 연골세포에 트랜스펙션시키거나 또는 연골세포에 FK866( 100 μM)으로 처리하고 Ad-EPas1로 36시간 동안 감염시킨 후, mRNA 레벨을 qRT-PCR로 측정하였다(n > 6). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001; NS, 통계적으로 유의하지 않음)로 제시되어 있다.
도 3a-3c는 NAMPT가 인간 및 마우스 OA 연골세포에서 과다발현된다는 것을 보여주는 결과이다. 도 3a는 4등급 ICRS 인간 OA 연골 조직 절편을 알시안 블루로 염색한 결과이다. NAMPT 단백질은 면역염색(좌측 패널)을 통해 검출되었으며, 이의 발현 레벨은 qRT-PCR(우측 패널)로 측정되었다(n = 10). 도 3b는 STR/ort OA 마우스 및 CBA 대조군 마우스로부터 얻어진 연골 조직 절편들 내 Nampt에 대한 사프라닌-O 염색 및 면역염색 결과이다. 연골 조직 파괴는 만킨스 방법(Mankin's method)를 이용하여 스코어링되었으며, Nampt 발현 레벨은 qRT-PCR로 정량화시켰다(n = 10). 도 3c는 모의수술된(sham)- 및 DMM-수술된 마우스로부터 얻어진 연골 조직 절편들 내 Nampt에 대한 사프라닌-O 염색 및 면역염색 결과이다. 연골 조직 파괴는 만킨스 방법을 이용하여 스코어링되었으며, Nampt 발현 레벨은 qRT-PCR로 정량화시켰다(n = 10). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001)로 제시되어 있다. 크기 막대(scale bar): 50 μm.
도 4a-4c는 OA 연골 조직 내 Nampt 발현이 HIF-2α에 의해 조절된다는 것을 보여주는 결과이다. 도 4a는 Ad-C 또는 Ad-EPas1 바이러스(1×109 PFU)를 마우스 무릎 관절에 주입한 후, 얻어진 연골 조직 절편들에서 HIF-2α 및 Nampt에 대한 사프라닌-O 염색 및 면역검출 결과이다. 연골 조직 파괴는 만킨스 방법을 이용하여 스코어링되었으며, NamptEpas1의 발현 레벨은 qRT-PCR로 정량화시켰다(n > 6). 도 4b는 DMM 또는 모의수술 후 대조군(Epas1 fl/fl ) 및 CKO(Epas1 fl/fl ;Col2a1-Cre) 마우스에서 HIF-2α 및 Nampt에 대한 사프라닌-O 및 면역염색한 결과이다. 도 4c는 연골 조직 파괴를 만킨스 방법으로 스코어링하고, NamptEpas1의 발현 레벨을 qRT-PCR로 정량화시킨 결과이다(n > 10). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.001)로 제시되어 있다. 크기 막대: 100 μm.
도 5a-5h는 연골세포에서 Nampt의 과다발현이 OA 연골 조직 파괴를 야기한다는 것을 보여주는 결과이다. 도 5a: 마우스에 Ad-C 또는 Ad-Nampt(1×109 PFU)를 주입하고 21일째에 마우스를 희생시켰다. Nampt 발현이 면역염색으로 확인되었다. 연골 조직 파괴는 사프라닌-O 염색으로 검출되고 만킨스 방법으로 스코어링되었다(n > 6). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001)로 제시되어 있다. 도 5b: 마우스에 Ad-C 또는 Ad-Nampt(1×109 PFU; 일주일에 한 번씩 3주 동안)을 IA 주입하고, 21일 째에 희생시켰다. 반월상 연골판(M), 연골조직(C) 및 활막(S)에서 Nampt 발현이 면역염색으로 조사되었다. 도 5c: 마우스에 Ad-Gfp(1×109 PFU; 일주일에 한 번씩 3주 동안)을 IA 주입하고, 21일 째에 희생시켰다. GFP 발현이 면역형광 현미경을 이용하여 검출되었고, 핵은 DAPI 염색으로 검출되었다(좌측 패널). GFP-양성 관절 연골세포의 백분율이 4개의 독립적인 실험들로부터 얻어진 200개 이상의 세포들에 대한 카운팅으로부터 계산되었다(우측 패널). 측정값은 평균값±표준오차(* P = 0.001)로 제시되어 있다. 도 5d: 마우스에 Ad-C 또는 Ad-Nampt(1×109 PFU)를 주입하고 21일째에 마우스를 희생시켰다. Ad-C- 및 Ad-Nampt-주입된 연골 조직에서 지시된 이화 인자들의 발현이 qRT-PCR로 측정되었다(n = 6). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001)로 제시되어 있다. 도 5e: Ad-C- 또는 Ad-Nampt-주입된 마우스에서 활막염이 사프라닌-O 및 헤마톡실린 염색으로 검출되어 정량화되었다(n = 10). 측정값은 평균값±표준오차(* P = 0.001)로 제시되어 있다. 도 5f는 Col2a1-Nampt TG 마우스 및 WT 새끼(littermates)로부터 유래된 1차 배양된 연골세포에서 지시된 유전자들의 발현 레벨을 qRT-PCR로 측정한 결과이다(n > 7). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001)로 제시되어 있다. 도 5g는 DMM 또는 모의 수술된 Col2a1-Nampt TG 마우스 및 WT 새끼-유래된 연골 조직에서 면역염색을 통해 관찰된 Nampt 발현 결과이다. 연골 조직 파괴는 사프라닌-O 염색으로 결정되고 만킨스 방법으로 정량화되었다(n > 13). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001)로 제시되어 있다. 도 5h는 12-개월된 TG 마우스 및 WT 새끼에서 자발성 연골 조직 파괴를 보여주는 결과로, 연골 조직 파괴는 사프라닌-O 염색으로 결정되고 만킨스 방법으로 정량화되었다(n = 10). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001)로 제시되어 있다. 크기 막대: 100 μm. 약어: C, 관절 조직; M, 반월상 연골판; 및 S, 활막.
도 6a-6g는 Nampt 효소 활성의 억제가 Ad-Nampt, Ad-EPas1 또는 DMM 수술에 의해 유도된 OA 연골 조직 파괴를 차단하고 FK866가 활막염 및 이화 인자들의 인 비보 발현을 억제한다는 것을 보여주는 결과이다. 도 6a: 마우스에 Ad-C 또는 Ad-Nampt(1×109 PFU)을 IA 주입하고 FK866(10 mg/kg)를 IA 또는 IP 공동-주입하였다. 연골 조직 파괴는 사프라닌-O 염색으로 검출되고 만킨스 방법으로 정량화되었다(n = 10). 도 6b: FK866(10 mg/kg)의 존재 또는 부존재 하에서 Ad-C 또는 Ad-Nampt(1×109 PFU)를 마우스에 IA 주입하였다. 연골 조직에서 지시된 유전자들의 발현 레벨이 qRT-PCR로 정량화되었다(n = 10). 도 6c: DMM 또는 모의 수술 후 마우스에 FK866을 IP 주입하였다. 연골 조직 파괴는 사프라닌-O 염색으로 검출되고 만킨스 방법으로 정량화되었다(n = 10). 도 6d는 DMM 또는 모의(sham) 수술 후, 마우스에 FK866(10 mg/kg)를 3일에 한 번씩 총 8주 동안 IP 주입하였다. 연골 조직에서 지시된 유전자들의 발현 레벨이 qRT-PCR로 정량화되었다(n = 10). 도 6e: 마우스에 Ad-C 또는 Ad-EPas1(1×109 PFU)을 IA 주입하고 FK866(10 mg/kg)를 IA 또는 IP 공동-주입하였다. 연골 조직 파괴는 사프라닌-O 염색으로 검출되고 만킨스 방법으로 정량화되었다(n = 10). 도 6f: 마우스에 Ad-C 또는 Ad-EPas1(1×109 PFU)을 IA 주입하고, FK866(10 mg/kg)을 IA 또는 IP 공동-주입하였다. 연골 조직에서 지시된 유전자들의 발현 레벨이 qRT-PCR로 정량화되었다(n = 6). 도 6g: 마우스에 Ad-C 또는 Ad-EPas1(1×109 PFU)을 IA 주입하고, FK866(10 mg/kg)을 IA 공동-주입하였다. 활막염이 사프라닌-O 및 헤마톡실린 염색으로 검출되었다(n = 10). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001; NS, 통계적으로 유의하지 않음)로 제시되어 있다. 크기 막대: 100 μm.
도 7a-7e는 HIF-2α-유도된 Nampt 발현이 NAD+ 레벨을 증가시키고 HIF-2α를 탈아세틸화시키지 않으면서 SirT1을 활성화시킨다는 것을 보여주는 결과이다. 도 7a 및 도 7d: 처리하지 않거나(none), eNampt(5 μg/ml)에 대한 중화항체(Ab) FK866(100 μM), EX527(100 μM) 또는 니코틴아마이드(NIC; 15 mM)의 존재 또는 부존재 하에서 연골세포에 36시간 동안 Ad-C(800 MOI) 또는 지시된 MOI의 Ad-Nampt 또는 Ad-EPas1을 감염시킨 후, NAD+ 레벨(도 7a) 및 SirT1 활성(도 7d)을 6개의 독립적인 실험들로부터 측정한 결과이다. 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001; NS, 통계적으로 유의하지 않음)로 제시되어 있다. 도 7b 및 도 7c: 연골세포의 1차 배양체에 처리하지 않거나(none) 또는 FK866(100 μM) 또는 eNampt에 대한 중화항체(Ab; 5 μg/ml)의 존재 또는 부존재 하에서 Ad-C(800 MOI) 또는 지시된 MOI의 Ad-Nampt(도 7b) 또는 Ad-EPas1(도 7c)로 36시간 동안 감염시켰다. 총 NAD(NAD+ 및 NADH) 레벨을 측정하였다(n = 6). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.001, ** P < 0.0001; NS, 통계적으로 유의하지 않음)로 제시되어 있다. 도 7e: 연골세포에 처리하지 않거나(none), Ad-C(800 MOI) 또는 지시된 MOI의 Ad-EPas1로 감염시키거나 또는 Ad-Nampt(800 MOI)와 공동-감염시켰다. 상기 세포에 처리하지 않거나, 또는 배양 마지막 8시간 동안 FK866(100 μM), 니코틴아마이드(NIC; 5 mM), 레스베라트롤(Res; 100 μM) 또는 MG132(MG; 1 μM)을 처리하였다. 감염 후 36시간 째에 HIF-2α를 면역침전시켜 HIF-2α 및 아세틸화된 HIF-2α를 웨스턴 블랏팅으로 검출하였다. 화살표는 HIF-2α의 크기를 나타낸다.
도 8a-8k는 Nampt/SirT1 경로가 HIF-2α의 안정성 및 전사 활성을 조절한다는 것을 보여주는 것으로 연골세포에서 HIF-2α의 프로테아좀 분해를 보여주는 결과이다. 도 8a 및 도 8b: FK866, EX527, 니코틴아마이드(NIC) 또는 레스베라트롤(Res)의 존재 하에서 연골세포에 Ad-C 또는 Ad-EPas1을 감염시켰다. HIF-2α 리포터 유전자 활성은 감염 후 36시간 째에 측정하였다(n = 6)(도 8a). Epas1 발현 및 HIF-2α 단백질 레벨은 각각 RT-PCR 및 웨스턴 블랏팅으로 결정하였다(n = 6)(도 8b). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.0005, ** P < 0.00005)로 제시되어 있다. 도 8c: 연골세포에 지시된 농도의 MG132를 8시간 동안 처리하였다. HIF-1는 웨스턴 블랏팅으로 검출되었다. HIF-2α는 상기 조건 하에서 검출되지 않았다. 도 8d: 연골세포에 처리되지 않거나(none) 또는 Ad-C 또는 Ad-EPas1(800 MOI)로 36시간 동안 감염시켰다. MG132은 배양 마지막 8시간 동안 첨가하였다. HIF-2α는 웨스턴 블랏팅을 통해 검출되었다. 도 8e 및 도 8h: 처리되지 않거나(none) 또는 연골세포에 Ad-C 또는 Ad-EPas1(800 MOI)를 감염시킨 후, FK866 또는 니코틴아마이드(NIC)의 존재 하에서 48시간 동안 배양하였다. MG132는 배양 마지막 8시간 동안 첨가되었다(도 8e). DMOG는 하이드록실라제 활성을 억제하기 위해 48시간 동안 처리되었다(도 8h). Epas1 발현 및 HIF-2α 단백질 레벨은 각각 RT-PCR 및 웨스턴 블랏팅으로 검출하였다. 도 8f: 연골세포에 처리되지 않거나(none) 또는 EX527, FK866 또는 니코틴아마이드(NIC)의 존재 하에서 Ad-C 또는 Ad-EPas1(800 MOI)로 36시간 동안 감염시켰다. MG132 또는 PS-341은 세포 배양 마지막 8시간 동안 처리되었다. Epas1 및 HIF-2α는 각각 RT-PCR 및 웨스턴 블랏팅으로 검출하였다. 도 8g: 연골세포에 처리되지 않거나(none) 또는 FK866 또는 니코틴아마이드(NIC)의 존재 또는 부존재 하에서 Ad-C 또는 Ad-EPas1(800 MOI)로 16시간 동안 감염시켰다. 상기 세포에 MG132를 8시간 동안 추가적으로 처리하였다. HIF-2α 및 유비퀴틴화된 HIF-2α(Ub)는 HIF-2α 면역침전물에 대한 웨스턴 블랏팅으로 검출되었다. 제시된 결과들은 5개의 독립적인 실험들 중 대표적인 결과이다. 도 8i-8k는 PHD(prolyl-4-hydroxylase)에 의한 HIF-2α 분해 조절을 보여주는 결과이다. 도 8i: 연골세포에 처리되지 않거나(none) 또는 EX527(100 μM)의 존재 하에서 Ad-C(800 MOI) 또는 Ad-EPas1(800 MOI)로 48시간 동안 감염시켰다. DMOG는 하이드록실라제 활성을 억제하기 위해 첨가하였다. Epas1 및 HIF-2α는 각각 RT-PCR 및 웨스턴 블랏팅으로 검출하였다. 도 8j: 연골세포에 처리되지 않거나(none) 또는 Ad-C(800 MOI) 또는 지시된 농도의 Ad-EPas1로 24시간 동안 감염시켰다. PHD 이소형들의 상대적인 발현 레벨은 RT-PCR로 결정하였다(n = 8). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.001; NS, 통계적으로 유의하지 않음)로 제시되어 있다. 도 8k: 연골세포에 처리되지 않거나(none) 또는 Ad-C(800 MOI) 또는 Ad-EPas1(800 MOI)로 감염시키고 FK866(100 μM), 니코틴아마이드(NIC; 15 mM) 또는 EX527(100 μM)의 존재 하에서 24시간 동안 배양하였다. PHD2가 웨스턴 블랏팅에 의해 검출되었다. ERK는 로딩 대조군으로 이용되었다.
도 9a-9g는 SirT1 활성이 Ad-Nampt 또는 Ad-EPas1에 의해 유도된 OA 발병 과정에 필요하다는 것을 보여주는 결과이다. 도 9a: EX527(1.25 mg/kg)의 존재 또는 부존재 하에서 마우스에 Ad-C, Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt(1×109 PFU)을 IA 주입하였다. 연골 조직 파괴는 사프라닌-O 염색으로 검출되고 만킨스 방법으로 정량화되었다(n > 12). 측정값은 평균값±표준오차(** P < 0.01, ** P < 0.001)로 제시되어 있다. 도 9b: 지시된 농도의 EX527의 존재 하에서 1차 배양된 연골세포가 처리되지 않거나 또는 Ad-C, Ad-Nampt 또는 Ad-EPas1(800 MOI)로 감염되었다. 지시된 유전자들의 발현 레벨이 qRT-PCR로 정량화되었다(n = 6). 측정값은 평균값±표준오차(** P < 0.01, ** P < 0.001)로 제시되어 있다. 도 9c는 SirT1 활성이 OA 연골 조직에서 이화 인자들의 발현을 조절한다는 것을 보여주는 결과이다. EX527(1.25 mg/kg)의 존재 또는 부존재 하에서 마우스에 Ad-C, Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt(1×109 PFU)를 IA 주입하였다. 지시된 단백질들은 연골 조직 절편들을 면역염색함으로써 검출하였다(n > 6). 크기 막대: 100 μm. 도 9d-9e는 니코틴아마이드의 IA 주입이 Ad-Nampt 또는 Ad-EPas1에 의해 유도된 OA 발병 과정을 억제한다는 것을 보여주는 결과이다. 도 9d: 니코틴아마이드(NIC; 300 mg/kg)의 존재 또는 부존재 하에서 마우스에 Ad-C, Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt(1×109 PFU)를 IA 주입하였다. 연골 조직 파괴는 사프라닌-O 염색으로 검출되고 만킨스 방법으로 스코어링되었다(n > 12). 도 9e: 연골세포에 처리되지 않거나(none) 또는 지시된 농도의 니코틴아마이드(NIC)의 존재 또는 부존재 하에서 마우스에 Ad-C(800 MOI), Ad-EPas1(800 MOI) 또는 Ad-Nampt(800 MOI)를 감염시켰다. 지시된 유전자들의 발현 레벨은 qRT-PCR로 정량화하였다(n = 6). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.01, ** P < 0.001)로 제시되어 있다. 크기 막대: 100 μm. 도 9f는 SirT1 활성의 억제가 Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt.의 IA 주입에 의해 야기된 활막염을 차단한다는 것을 보여주는 결과이다. 마우스에 니코틴아마이드(NIC; 300 mg/kg) 또는 EX527(1.25 mg/kg)의 존재 또는 부존재 하에서 Ad-C, Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt(1×109 PFU)를 IA 주입하였다. 활막염은 사프라닌-O 및 헤마톡실린 염색으로 검출하고 정량화하였다(n = 10). 측정값은 평균값±표준오차(* P < 0.001)로 제시되어 있다. 크기 막대: 100 μm. 도 9g는 HIF-2α 및 Nampt/NAD+/SirT1 경로에 의한 OA 발병 과정의 상호 조절을 도식적으로 보여주는 도면이다. 측정값은 평균값±표준오차(** P < 0.01, ** P < 0.001)로 제시되어 있다. 크기 막대: 100 μm.
Figures 1a-1e are results showing that the Nampt gene is a direct target of HIF-2 alpha in mouse articular cartilage cells. FIG. 1A is a microarray analysis ( n = 4) of primary cultures of mouse articular cartilage cells infected with Ad- EPas1 (800 MOI) for 24 hours. Abbreviations: Retn, Resistin; Adipoq, adiponectin; And Lep, leptin. Figure 1b is then the Ad- EPas1 of treatment does not in primary cultures of mouse articular cartilage cells (none) or Ad-C (800 MOI), or infected with a specified concentration for 24 hours, RT-PCR of the instructions of adipic myrtle (Left panel) and its expression level was quantified by qRT-PCR (right panel) ( n = 6). GAPDH was used as a loading control. Figure 1c shows the expression levels of Epas1 and Nampt in the qRT-PCR roll assay ( n = 6) after infecting primary cultured chondrocytes with Ad-C (800 MOI) or Ad- EPas1 of indicated MOI for 24 hours, (Left panel). HIF-2 alpha, iNampt and eNampt were detected by Western blotting (right panel). Figure 1d shows the results of analysis of HIF-2? -Binding positions in the Nampt promoter. (None), treated with IL-1 (1 ng / ml) or infected with cartilage cells with Ad- EPas1 . Three different HIF-2 [alpha] -binding sites in the Nampt promoter were detected by PCR. A primer for the Nampt CDS (coding sequence) was used as a negative control. The left panel of FIG. 1e shows that the expression of Nampt (SEQ ID NO: 1) containing three HIF-2? -Linked positions in chondrocytes transfected with an empty vector (EV; 1.0 μg) or another amount (μg) of Epas1 vector under the presence or absence of ΔEpas1 vector The activity of the reporter gene was measured ( n = 6). As shown in the right panel of FIG. 1 (e), the activity was measured using reporter gene activity of WT and HIF-2α binding site-mutated (CGTG -> AAAG) reporter genes ( n = 6). The measurements are presented as means ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001; NS, not statistically significant).
Figures 2a-2e show that Nampt is required for the expression of HIF-2? -Induced catabolic factors in articular cartilage cells. Figure 2a shows the mRNA and protein levels after qRT-PCR (left panel) and after treatment with Ad-C (800 MOI) or Ad- Nampt (800 MOI) This is the result of Western blotting (right panel) ( n > 6). Figure 2b is a graph (n = 6) of iNampt and eNampt measured by ELISA after infecting chondrocytes with Ad-C (800 MOI) or Ad- Nampt (800 MOI) for 36 h ). FIG. 2C is a graph showing mRNA levels measured by qRT-PCR after infecting cartilage cells with Ad-C (800 MOI) or Ad- Nampt (800 MOI) for 36 hours in the presence or absence of FK866 ( n = 6). Figure 2d shows the results of qRT-PCR ( n = 6) of expression levels of the indicated genes after treatment of cartilage cells alone or recombinant Nampt (rNampt; Nampt full-length sequence) . Figure 2e is then treated with FK866 (100 μM) to the transfected the control siRNA (siRNA-C) of 100 nM or Nampt- specific siRNA in chondrocytes or cartilage cells and infected for 36 hours with Ad- EPas1 , mRNA levels were measured by qRT-PCR ( n > 6). The measurements are presented as means ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001; NS, not statistically significant).
Figures 3A-3C are results showing that NAMPT is overexpressed in human and mouse OA chondrocytes. FIG. 3A shows the result of staining the fourth grade ICRS human OA cartilaginous tissue section with Alcian blue. NAMPT protein was detected via immunostaining (left panel) and its expression level was measured by qRT-PCR (right panel) ( n = 10). Figure 3b shows the results of saprinin-O staining and immunostaining for Nampt in cartilaginous tissue sections obtained from STR / ort OA mice and CBA control mice. Cartilage tissue destruction was scored using the Mankin's method and Nampt expression levels were quantified by qRT-PCR ( n = 10). Figure 3c shows the results of sapranin-O staining and immunostaining for Nampt in cartilaginous tissue sections obtained from sham- and DMM-operated mice. Cartilage tissue destruction was scored using the Mankins method, and Nampt expression levels were quantified by qRT-PCR ( n = 10). The measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001). Scale bar: 50 μm.
Figures 4A-4C are results showing that Nampt expression in OA cartilage tissue is regulated by HIF-2 alpha . FIG. 4A shows the results of sapranin-O staining and immuno-detection of HIF-2α and Nampt in the obtained cartilaginous tissue sections after injection of Ad-C or Ad- EPas1 virus (1 × 10 9 PFU) to be. Cartilage tissue destruction was scored using the Mankins method and the expression levels of Nampt and Epas1 were quantified by qRT-PCR ( n > 6). FIG. 4B shows the results of saprinin-O and immunostaining for HIF-2α and Nampt in DMM or post-simulated control ( Epas1 fl / fl ) and CKO ( Epas1 fl / fl ; Col2a1-Cre ) mice. FIG. 4c shows the results of scoring cartilage tissue destruction by the Mann-Kins method and quantifying the expression levels of Nampt and Epas1 by qRT-PCR ( n > 10). The measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.001). Size bar: 100 μm.
Figures 5a-5h are results showing that overexpression of Nampt in cartilage cells causes OA cartilage tissue destruction. Figure 5a: Mice were injected with Ad-C or Ad- Nampt (1 x 10 9 PFU) and mice were sacrificed on day 21. Nampt expression was confirmed by immunostaining. Cartilage tissue destruction was detected by sapranin-O staining and scored by the Mankins method ( n > 6). The measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001). Figure 5b: Mice were injected with either Ad-C or Ad- Nampt (1 x 10 9 PFU; once a week for 3 weeks) and sacrificed on day 21. Nampt expression in the meniscus (M), cartilaginous tissue (C), and synovial membrane (S) was examined by immunostaining. 5c: mice were injected with Ad- Gfp (1 x 10 9 PFU; once a week for 3 weeks) and sacrificed on day 21. GFP expression was detected using immunofluorescence microscopy and nuclei were detected by DAPI staining (left panel). The percentage of GFP-positive articular cartilage cells was calculated from counting over 200 cells from four independent experiments (right panel). The measurements are presented as means ± standard error ( * P = 0.001). Figure 5d: Mice were injected with Ad-C or Ad- Nampt (1 x 10 9 PFU) and mice were sacrificed on day 21. Expression of the cognitive factors indicated in Ad-C- and Ad- Nampt -injected cartilage tissues was measured by qRT-PCR ( n = 6). The measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001). Figure 5e: Synovitis in Ad-C- or Ad- Nampt -injected mice was detected and quantified by saffranin -O and hematoxylin staining ( n = 10). The measurements are presented as means ± standard error ( * P = 0.001). FIG. 5f shows the expression levels of genes indicated in primary cultured chondrocytes derived from Col2a1 - Nampt TG mouse and WT littermates by qRT-PCR ( n > 7). The measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001). FIG. 5g is a result of Nampt expression observed through immunostaining in DMM or simulated Col2a1 - Nampt TG mouse and WT pup-derived cartilage tissue. Cartilage tissue destruction was determined by sapranin-O staining and quantified by the Mankins method ( n > 13). The measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001). Figure 5h shows spontaneous cartilage tissue destruction in 12-month old TG mice and WT pups, and cartilage tissue destruction was determined by sapranin-O staining and quantified by the Mann-Kinth method ( n = 10). The measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001). Size bar: 100 μm. Abbreviation: C, joint tissue; M, meniscus plate; And S, synovial membrane.
FIGS. 6a-6g show that inhibition of Nampt enzyme activity blocks OA cartilage tissue destruction induced by Ad- Nampt , Ad- EPas1, or DMM surgery, and that FK866 inhibits in vivo expression of synovitis and catabolic factors. 6a: mice were injected with either Ad-C or Ad- Nampt (1 x 10 9 PFU) IA and FK866 (10 mg / kg) IA or IP co-injected. Cartilage tissue destruction was detected by sapranin-O staining and quantified by the Mankins method ( n = 10). 6b: Ad-C or Ad- Nampt (1 x 10 9 PFU) was injected into mice in the presence or absence of FK866 (10 mg / kg). Expression levels of the indicated genes in cartilage tissue were quantified by qRT-PCR ( n = 10). Figure 6c: IP injection of FK866 into the mice after DMM or simulated surgery. Cartilage tissue destruction was detected by sapranin-O staining and quantified by the Mankins method ( n = 10). Figure 6d shows that after DMM or sham surgery, mice were IP injected with FK866 (10 mg / kg) every 3 days for a total of 8 weeks. Expression levels of the indicated genes in cartilage tissue were quantified by qRT-PCR ( n = 10). 6E: mice were injected IA with Ad-C or Ad- EPas1 (1 x 10 9 PFU) and IA or IP co-injected with FK866 (10 mg / kg). Cartilage tissue destruction was detected by sapranin-O staining and quantified by the Mankins method ( n = 10). 6f: mice were injected with either Ad-C or Ad- EPas1 (1 x 10 9 PFU) and FK866 (10 mg / kg) IA or IP co-injected. Expression levels of the indicated genes in cartilage tissue were quantified by qRT-PCR ( n = 6). 6g: Ad-C or Ad- EPas1 (1 x 10 9 PFU) was injected into mice and IA co-injected with FK866 (10 mg / kg). Synovial inflammation was detected by saffranin-O and hematoxylin staining ( n = 10). The measurements are presented as means ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001; NS, not statistically significant). Size bar: 100 μm.
FIGS. 7A-7E are results showing that HIF-2? -Induced Nampt expression increases SIRT1 without increasing NAD + levels and deacetylating HIF-2 ?. Figures 7a and 7d show the presence or absence of neutralizing antibodies (Ab) FK866 (100 μM), EX527 (100 μM) or nicotinamide (NIC; 15 mM) against eNampt (5 μg / ml) for 36 hours in the absence of cartilage cells were infected with Ad-C (MOI 800) or the indicated MOI Ad- Nampt or Ad- EPas1 of, a NAD + level (Fig. 7a) and SirT1 activity (Fig. 7d) 6 independent The results are shown in Fig. The measurements are presented as means ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001; NS, not statistically significant). Figures 7b and 7c: Ad-C (800 MOIs) in the presence or absence of untreated (none) or FK866 (100 μM) or neutralizing antibody (Ab; 5 μg / ml) against eNampt in primary cultures of chondrocytes ) Or Ad- Nampt (Figure 7b) or Ad- EPasl (Figure 7c) of the indicated MOI for 36 hours. Total NAD (NAD + and NADH) levels were measured ( n = 6). Measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.001, ** P <0.0001; NS, not statistically significant). Figure 7e: it does not process the cartilage cells (none), Ad-C ( 800 MOI) or to infection by Ad- EPas1 of the indicated MOI or Ad-Nampt (800 MOI) with co-infected. (100 μM), nicotinamide (NIC; 5 mM), resveratrol (Res; 100 μM) or MG132 (MG; 1 μM) for the final 8 hours of culture. At 36 hours after infection, HIF-2α was immunoprecipitated and HIF-2α and acetylated HIF-2α were detected by Western blotting. The arrow indicates the size of HIF-2α.
Figures 8a-8k show that the Nampt / SirT1 pathway regulates the stability and transcriptional activity of HIF-2 alpha, which is the result of proteasome degradation of HIF-2 alpha in chondrocytes. 8a and 8b: Chondrocytes were infected with Ad-C or Ad- EPas1 in the presence of FK866, EX527, nicotinamide (NIC) or resveratrol (Res). HIF-2 alpha reporter gene activity was measured at 36 hours post-infection ( n = 6) (Fig. 8A). Epas1 expression and HIF-2 alpha protein levels were determined by RT-PCR and Western blotting, respectively ( n = 6) (Fig. 8b). The measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.0005, ** P <0.00005). 8c: MG132 at the indicated concentration in chondrocytes was treated for 8 hours. HIF-1 was detected by Western blotting. HIF-2? Was not detected under these conditions. 8d: Chondrocyte cells were either untreated (none) or infected with Ad-C or Ad- EPas1 (800 MOI) for 36 hours. MG132 was added during the last 8 hours of incubation. HIF-2? Was detected by Western blotting. 8e and 8h: either untreated or chondrocytes were infected with Ad-C or Ad- EPas1 (800 MOI) and then cultured for 48 hours in the presence of FK866 or nicotinamide (NIC). MG132 was added during the last 8 hours of culture (Figure 8e). DMOG was treated for 48 hours to inhibit hydroxylase activity (Figure 8h). Epas1 expression and HIF-2α protein levels were detected by RT-PCR and Western blotting, respectively. Fig. 8f: Chondrocyte cells were either untreated (none) or infected with Ad-C or Ad- EPasl (800 MOI) for 36 hours in the presence of EX527, FK866 or nicotinamide (NIC). MG132 or PS-341 were treated for the last 8 hours of cell culture. Epas1 and HIF-2? Were detected by RT-PCR and Western blotting, respectively. 8g: Infected with Ad-C or Ad- EPas1 (800 MOI) for 16 hours in untreated chondrocytes (none) or in the presence or absence of FK866 or nicotinamide (NIC). The cells were further treated with MG132 for 8 hours. HIF-2α and ubiquitinated HIF-2α (Ub) were detected by Western blotting against HIF-2α immunoprecipitates. The results presented are representative of five independent experiments. Figures 8i-8k show the results of control of HIF-2 alpha degradation by prolyl-4-hydroxylase (PHD). 8i: Chondrocyte cells were infected with Ad-C (800 MOI) or Ad- EPasl (800 MOI) for 48 hours in the absence of (none) or in the presence of EX527 (100 μM). DMOG was added to inhibit hydroxylase activity. Epas1 and HIF-2? Were detected by RT-PCR and Western blotting, respectively. 8j: Chondrocyte cells were either untreated (none) or infected with Ad-C (800 MOI) or Ad- EPas1 at indicated concentrations for 24 hours. Relative expression levels of PHD isoforms were determined by RT-PCR ( n = 8). Measurements are presented as means ± standard error ( * P <0.001; NS, not statistically significant). 8k: Chondrocyte cells were either untreated (none) or infected with Ad-C (800 MOI) or Ad- EPas1 (800 MOI) and incubated with FK866 (100 μM), nicotinamide (NIC; 15 mM) or EX527 ) For 24 hours. PHD2 was detected by Western blotting. ERK was used as a loading control.
Figures 9a-9g are results showing that SirT1 activity is required for the OA outbreak process induced by Ad- Nampt or Ad- EPas1 . 9a: Ad-C, Ad- EPas1 or Ad- Nampt (1 x 10 9 PFU) was injected into the mice in the presence or absence of EX527 (1.25 mg / kg). Cartilage tissue destruction was detected by saffranin-O staining and quantified by the Mankins method ( n > 12). The measurements are presented as means ± standard error ( ** P <0.01, ** P <0.001). 9b: In the presence of the indicated concentration of EX527, primary cultured chondrocytes were either untreated or infected with Ad-C, Ad- Nampt or Ad- EPas1 (800 MOI). Expression levels of the indicated genes were quantified by qRT-PCR ( n = 6). The measurements are presented as means ± standard error ( ** P <0.01, ** P <0.001). Figure 9c shows the results showing that SirTl activity modulates the expression of catabolic factors in OA cartilage tissue. Ad-C, Ad- EPas1 or Ad- Nampt (1 x 10 9 PFU) was injected into the mice in the presence or absence of EX527 (1.25 mg / kg). The indicated proteins were detected by immunostaining of cartilaginous tissue sections ( n > 6). Size bar: 100 μm. Figures 9d-9e are results showing that IA injection of nicotinamide inhibits the OA outbreak process induced by Ad- Nampt or Ad- EPas1 . 9d: mice were injected with IA with Ad-C, Ad- EPas1 or Ad- Nampt (1 x 10 9 PFU) in the presence or absence of nicotinamide (NIC; 300 mg / kg). Cartilage tissue destruction was detected by saffranin-O staining and scored by the Mankins method ( n > 12). 9e: Ad-C (800 MOI), Ad- EPas1 (800 MOI) or Ad- Nampt (800) were administered to the mice in the absence or in the presence or absence of the indicated concentrations of nicotinamide MOI). Expression levels of the indicated genes were quantified by qRT-PCR ( n = 6). The measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.01, ** P <0.001). Size bar: 100 μm. Figure 9f shows that inhibition of SirT1 activity blocks synovitis caused by IA injection of Ad- EPas1 or Ad- Nampt . Ad-C, Ad- EPas1 or Ad- Nampt (1 x 10 9 PFU) was injected in the presence or absence of nicotinamide (NIC; 300 mg / kg) or EX527 (1.25 mg / kg) in mice . Synovial inflammation was detected and quantified by saffranin-O and hematoxylin staining ( n = 10). The measurements are presented as mean ± standard error ( * P <0.001). Size bar: 100 μm. Figure 9g is a graphical representation of reciprocal control of OA outbreaks by HIF-2 alpha and Nampt / NAD + / SirT1 pathways. The measurements are presented as means ± standard error ( ** P <0.01, ** P <0.001). Size bar: 100 μm.

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 실험방법Materials and Experiments

인간 OA 연골조직Human OA cartilage tissue

4등급 ICRS(International Cartilage Repair Society grade 4) 인간 OA 연골조직은 인공관절(arthroplasty) 수술을 받은 개인들(51세부터 72세까지)로부터 얻어졌다(3, 7, 8). 상기 물질들의 이용이 원광대학교 병원의 IRB(Institutional Review Board)에 의해 승인되었으며, 모든 개인들이 수술 전에 동의서(full written informed consent)를 제공하였다.
Human OA cartilage tissue was obtained from individuals who underwent arthroplasty (aged 51 to 72 years) (3, 7, 8). The use of these substances was approved by the Institutional Review Board (IRB) of Wonkwang University Hospital and all individuals provided full written informed consent.

마우스 및 실험적 OAMouse and experimental OA

수컷 마우스(C57BL/6, STR/ort, CBA/CaCrl, Col2a1-Nampt TG, Epas1 +/- 또는 Epas1 fl/fl ;Col2a1-Cre)가 본 발명의 실험적 OA 연구들에 이용되었다. 연골세포-특이적 Nampt TG(Col2a1-Nampt) 마우스는 Col2a1 프로모터 및 인핸서를 이용하여 제조되었으며, 이전에 기재된 바(3, 40)와 같이 Col2a1-Epas1 TG 마우스도 Col2a1 프로모터 및 인핸서를 이용하여 제조되었다. Epas1 +/- 마우스, Epas1 fl/fl 마우스 및 Col2a1-Cre TG 마우스는 잭슨 실험실(Jackson Laboratories)로부터 얻었다. 연골세포-특이적 CKO 마우스(Epas1 fl/fl ;Col2a1-Cre)는 이전에 기재된 바와 같이 제조되었다(7). 동물들은 병원체-부재(pathogen-free) 조건 하에서 사육되었다. 모든 실험들은 광주과기원 동물실험윤리위원회(animal care and use committee)에 의해 승인되었다. STR/ort 마우스(53), Epas1 TG 마우스(3) 및 Nampt TG 마우스에서의 자발성 OA는 각각 28주, 45주 및 55주 째에 조사하였다. 실험적 OA는 DMM 수술에 의해 유도되었으며 모의 수술(sham operation)은 대조군으로서 실시되었다(3, 53). 또한, 마우스는 3일에 한 번씩 FK886(10 mg/kg)로 복강내(IP) 주입되었고, 조직학적 및 생화학적 분석을 위해 DMM 수술 후 8주 째에 희생되었다. 실험적 OA는 10주 내지 12주-령의 수컷 마우스에 Ad-Nampt 또는 Ad-EPas1(10 l의 총 용량에 1×109 PFUs)을 일주일에 한 번씩 3주 동안 IA(intra-articular) 주입으로 유도되었다(3, 7, 8, 40): 공벡터 아데노바이러스(Ad-C)의 IA 주입이 대조군으로서 사용되었다. 마우스는 조직학적 및 생화학적 분석을 위한 첫 번째 IA 주입 후 21일 째에 희생시켰다.
Male mice (C57BL / 6, STR / ort, CBA / CaCrl, Col2a1-Nampt TG, Epasl +/- or Epasl fl / fl ; Col2a1-Cre ) were used in the experimental OA studies of the present invention. Chondrocyte-specific Nampt TG (Col2a1-Nampt) mice were produced by using a Col2a1 promoter and enhancer, was prepared by Col2a1-Epas1 TG mice as in the previous bar (3, 40) as described in FIG using a Col2a1 promoter and enhancer . Epas1 +/- mice, Epas1 fl / fl mice and Col2a1-Cre TG mice were obtained from Jackson Laboratories. Chondrocyte-specific CKO mice ( Epas1 fl / fl ; Col2a1-Cre ) were prepared as previously described (7). Animals were kept under pathogen-free conditions. All experiments were approved by the animal care and use committee of the Gwangju Institute of Ginseng. Spontaneous OA in STR / ort mice (53), Epas1 TG mice (3) and Nampt TG mice were investigated at 28, 45 and 55 weeks, respectively. Experimental OA was induced by DMM surgery and sham operation was performed as a control (3, 53). In addition, mice were injected intraperitoneally (IP) with FK886 (10 mg / kg) once every three days and sacrificed at 8 weeks after DMM surgery for histological and biochemical analysis. Experimental OA was induced by intra-articular injection (IA) for 3 weeks once a week with Ad- Nampt or Ad- EPas1 (1 x 10 9 PFUs in a total volume of 10 l) to male mice 10 to 12 weeks old (3, 7, 8, 40): IA infusion of co-vector adenovirus (Ad-C) was used as a control. Mice were sacrificed 21 days after the first IA injection for histological and biochemical analysis.

조직학 및 면역조직학 분석Histology and Immunohistochemical Analysis

동결건조된 인간 OA 연골조직이 6-μm의 두께로 절편화시켜 파라포름알데하이드에 고정되었다. 설페이트 프로테오글라이칸(sulfate proteoglycan)이 알시안 블루(alcian blue) 염색으로 검출되었다. 인간 NAMPT은 아디포젠(Adipogen)으로부터 구입된 항체를 이용한 면역염색을 통해 검출하였다. 마우스 연골조직 파괴는 사프라닌(safranin)-O 염색으로 조사하여 만킨스 방법(Mankin's method)로 스코어링되었다. 간략하게는, 무릎 관절 조직이 4% 파라포름알데하이드에 고정되고 0.5 M EDTA로 칼슘이 제거된 후, 파라핀에 임베드(embed)되었다. 파라핀 블락이 6-μm 두께로 절편화되었다. 연속 절편들이 70-μm 간격으로 전체 관절로부터 얻어졌다. 상기 절편들은 자일렌으로 탈파라핀화시키고 등급 에탄올로 수화시킨 후 사프라닌-O로 염색하였다. 연골조직 파괴는 만킨스 방법을 이용하여 2명의 관찰자(blinded observers)에 의해 스코어링되었다(3, 40). 활막염(synovitis)은 사프라닌-O 및 헤마톡실린 염색으로 조사하여 이전에 기재된 방법(40)에 따라 정량하였다. 마우스 연골조직 내 HIF-2α 및 Nampt는 각각 Abcam 및 아디포젠으로부터 구입된 항체를 이용한 면역염색으로 검출하였다. 이전에 기재된 방법(3, 40)에 따라, 활막염(synovitis)은 사프라닌-O 및 헤마톡실린 염색으로 검사하였다.
The lyophilized human OA cartilage tissue was sectioned into 6-μm thickness and fixed to paraformaldehyde. Sulfate proteoglycan was detected by alcian blue staining. Human NAMPT was detected by immunostaining with antibodies purchased from Adipogen. Mouse cartilage tissue destruction was scored with the safranin-O stain and the Mankin's method. Briefly, the knee joint tissue was fixed in 4% paraformaldehyde and calcium was removed with 0.5 M EDTA and then embedded in paraffin. The paraffin block was sectioned to a thickness of 6-μm. Serial sections were obtained from whole joints at 70-μm intervals. The sections were deparaffinized with xylenes, hydrated with graded ethanol and stained with sapranin-O. Cartilage tissue destruction was scored by blinded observers using the Mankins method (3, 40). Synovitis was quantitated according to the previously described method (40) by irradiation with saffranin-O and hematoxylin staining. HIF-2α and Nampt in mouse cartilage tissues were detected by immunostaining using antibodies purchased from Abcam and Adipogen, respectively. According to the previously described method (3, 40), synovitis was examined by sapranin-O and hematoxylin staining.

관절 연골세포의 1차 배양Primary culture of articular chondrocytes

WT, TG 및 KO 마우스-유래된 관절 연골 조직은 생후 5일 마우스의 대퇴골두(femoral heads), 대퇴골 관절(femoral condyles) 및 경골 고원부(tibial plateaus)로부터 얻었고, 연골세포는 이전에 기재된 바와 같이 분리되었다(3, 40). 연골세포는 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium)에서 단일층(monolayer)으로 유지되었으며, 각 실험에서 지시된 바와 같이 배양 3일 차 세포들에 처리되었다.
WT, TG and KO mouse-derived articular cartilage tissues were obtained from the femoral heads, femoral condyles and tibial plateaus of mice 5 days after birth and chondrocytes were isolated (3, 40). Chondrocyte cells were maintained in a monolayer in DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) and were treated at day 3 of cultured cells as indicated in each experiment.

아데노바이러스, 연골세포 감염 및 IA 주입Adenovirus, chondrocyte infections and IA infusion

마우스 Epas1(Ad-EPas1)을 발현하는 아데노바이러스는 이전에 기재된 방법과 같이 제조되었다(3, 7, 8). Ad-Nampt는 마우스 Nampt cDNA를 pShuttle-CMV 벡터의 NotI 위치로 삽입시켜 제조하였다. Ad-Nampt는 pAdEasy 시스템(QBiogene)을 이용하는 서린바이오사이언스에서 제조되었다. 마우스 관절 연골세포는 3일 동안 배양하여 지시된 MOI(multiplicity of infection)의 공벡터 바이러스(Ad-C), Ad-Nampt, 또는 Ad-EPas1로 3시간 동안 감염시킨 후 약물학적 제제의 존재 또는 부존재 하에서 배양시켰다. 아데노바이러스의 IA 주입을 위해, Ad-Nampt, Ad-EPas1, Ad-Gfp 또는 Ad-C(1×109 PFU)가 1주일에 한 번씩 3주 동안 마우스 무릅 관절에 주입되었다. 상기 마우스는 5 μl(v/v)의 FK866(10 mg/kg 체중), EX527(1.25 mg/kg 체중) 또는 니코틴아마이드(300 mg/kg 체중)로 IA 공동-주입되었다.
Adenovirus expressing mouse Epas1 (Ad- EPas1 ) was prepared as previously described (3, 7, 8). Ad- Nampt was constructed by inserting mouse Nampt cDNA into the Not I site of the pShuttle-CMV vector. Ad- Nampt was manufactured in Surin Bioscience using the pAdEasy system (QBiogene). The mouse articular chondrocytes were cultured for 3 days and infected with the indicated vector multiplicity of infection (MOI) of co-vector virus (Ad-C), Ad- Nampt , or Ad- EPas1 for 3 hours and then the presence or absence of the pharmacological agent &Lt; / RTI &gt; Ad- Nampt , Ad- EPas1 , Ad- Gfp or Ad-C (1 x 10 9 PFU) were injected into the mouse knee joint for 3 weeks, once a week, for IA infusion of adenovirus. The mice were IA co-injected with 5 μl (v / v) of FK866 (10 mg / kg body weight), EX527 (1.25 mg / kg body weight) or nicotinamide (300 mg / kg body weight).

RT-PCR(Reverse transcription-polymerase chain reaction), 정량적 RT-PCR(qRT-PCR) 및 siRNAReverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR), quantitative RT-PCR (qRT-PCR) and siRNA

총 RNA는 TRI 시약(Molecular Research Center Inc.)을 이용하여 1차 배양된 연골세포로부터 추출하였다. 연골 조직의 경우, WT, TG 또는 KO 마우스의 무릎 관절은 연골 조직을 제거하기 위한 DMM 수술 또는 아데노바이러스 주입 후 칼(blade)로 긁어서 얻은 후 TRI 시약을 이용하여 RNA를 추출하였다. 상기 RNA를 역전사시켜 얻은 cDNA를 PCR로 증폭하였다. PCR 프라이머 및 실험 조건은 표 1에 요약되어 있다.Total RNA was extracted from primary cultured chondrocytes using TRI reagent (Molecular Research Center Inc.). In the case of cartilage tissue, knee joints of WT, TG or KO mouse were obtained by DMM surgery to remove cartilage tissue or by scraping with a blade after adenovirus injection and then extracted with TRI reagent. The cDNA obtained by reverse transcription of the RNA was amplified by PCR. PCR primers and experimental conditions are summarized in Table 1.

PCR 프라이머 서열 및 조건.PCR primer sequences and conditions. 유전자gene 가닥piece 서열(5'->3')Sequences (5 '-> 3') 크기(bp)Size (bp) AT(℃)AT (占 폚) 기원origin AcanAcan S
AS
S
AS
GAAGACGACATCACCATCCCAG
CTGTCTTTGTCACCCACACATG
GAAGACGACATCACCATCCCAG
CTGTCTTTGTCACCCACACATG
581581 5555 마우스mouse
Adamts4Adamts4 S
AS
S
AS
CATCCGAAACCCTGTCAACTTG
GCCCATCATCTTCCACAATAGC
CATCCGAAACCCTGTCAACTTG
GCCCATCATCTTCCACAATAGC
281281 5858 마우스mouse
Adamts5Adamts5 S
AS
S
AS
GCCATTGTAATAACCCTGCACC
TCAGTCCCATCCGTAACCTTTG
GCCATTGTAATAACCCTGCACC
TCAGTCCCATCCGTAACCTTTG
292292 5858 마우스mouse
AdipoqAdipoq S
AS
S
AS
TCTTAATCCTGCCCAGTCATGC
TGCTGCCGTCATAATGATTCTG
TCTTAATCCTGCCCAGTCATGC
TGCTGCCGTCATAATGATTCTG
420420 5858 마우스mouse
Col2a1Col2a1 S
AS
S
AS
CACACTGGTAAGTGGGGCAAGA
GGATTGTGTTGTTTCAGGGTTCG
CACACTGGTAAGTGGGGCAAGA
GGATTGTGTTGTTTCAGGGTTCG
173173 5555 마우스mouse
Epas1Epas1 S
AS
S
AS
CGAGAAGAACGACGTGGTGTTC
GTGAAGGCGGGCAGGCTCC
CGAGAAGAACGACGTGGTGTTC
GTGAAGGCGGGCAGGCTCC
370370 6262 마우스mouse
GapdhGapdh S
AS
S
AS
TCACTGCCACCCAGAAGAC
TGTAGGCCATGAGGTCCAC
TCACTGCCACCCAGAAGAC
TGTAGGCCATGAGGTCCAC
450450 6262 마우스mouse
LepLep S
AS
S
AS
CCAAAACCCTCATCAAGACC
ATCCAACTGTTGAAGAATGTCC
CCAAAACCCTCATCAAGACC
ATCCAACTGTTGAAGAATGTCC
395395 5858 마우스mouse
NamptNampt S
AS
S
AS
ACAGATACTGTGGCGGGATTG
TGATATCCACGCCATCTCCTTG
ACAGATACTGTGGCGGGATTG
TGATATCCACGCCATCTCCTTG
424424 5858 마우스mouse
NAMPTNAMPT S
AS
S
AS
GAACAGGATCTTTCGTTCCATA
TTCCTGAGGGCTTTGTCATTCC
GAACAGGATCTTTCGTTCCATA
TTCCTGAGGGCTTTGTCATTCC
357357 5858 인간human
Nampt#1
(ChIP)
Nampt # 1
(ChIP)
S
AS
S
AS
GGTGACGGTCGGCTTTAGGC
CTGCGCGTGCGCAGCGCAGG
GGTGACGGTCGGCTTTAGGC
CTGCGCGTGCGCAGCGCAGG
120120 5858 마우스mouse
Nampt#2
(ChIP)
Nampt # 2
(ChIP)
S
AS
S
AS
GTGGGTGGCTCCTTGGCCTTAG
CCGCCCCAACCCGGACCTTCCT
GTGGGTGGCTCCTTGGCCTTAG
CCGCCCCAACCCGGACCTTCCT
100100 5858 마우스mouse
Nampt#3
(ChIP)
Nampt # 3
(ChIP)
S
AS
S
AS
GAGGATCGGAATCCACAAGACG
ACCCACTGTCGTCTCCCTGTTC
GAGGATCGGAATCCACAAGACG
ACCCACTGTCGTCTCCCTGTTC
100100 5858 마우스mouse
Nampt
프로모터
Nampt
Promoter
S
AS
S
AS
CGCATAAAACAGCCTAAAATGG
CTCGGCCCGGACCGGAGACGCCG
CGCATAAAACAGCCTAAAATGG
CTCGGCCCGGACCGGAGACGCCG
1,2301,230 5555 마우스mouse
Nampt
TG
Nampt
TG
S
AS
S
AS
ATAAGAATGCGGCCGCATGAATGCTGCTGCGGCAGAAGCCGA
ATAAGAATGCGGCCGCCGCCTAATGAGGTGCCACGTCCTGC
ATAAGAATGCGGCCGCATGAATGCTGCTGCGGCAGAAGCCGAGA
ATAAGAATGCGGCCGCCGCCTAATGAGGTGCCACGTCCTGC
1,4761,476 5555 마우스mouse
Mmp2Mmp2 S
AS
S
AS
CCAACTACGATGATGAC
ACCAGTGTCAGTATCAG
CCAACTACGATGATGAC
ACCAGTGTCAGTATCAG
233233 6060 마우스mouse
Mmp3Mmp3 S
AS
S
AS
TCCTGATGTTGGTGGCTTCAG
TGTCTTGGCAAATCCGGTGTA
TCCTGATGTTGGTGGCTTCAG
TGTCTTGGCAAATCCGGTGTA
102102 5555 마우스mouse
Mmp9Mmp9 S
AS
S
AS
ACCACATCGAACTTCGA
CGACCATACAGATACTG
ACCACATCGAACTTCGA
CGACCATACAGATACTG
212212 5858 마우스mouse
Mmp12Mmp12 S
AS
S
AS
CCCAGAGGTCAAGATGGATG
GGCTCCATAGAGGGACTGAA
CCCAGAGGTCAAGATGGATG
GGCTCCATAGAGGGACTGAA
482482 6060 마우스mouse
Mmp13Mmp13 S
AS
S
AS
TGATGGACCTTCTGGTCTTCTGG
CATCCACATGGTTGGGAAGTTCT
TGATGGACCTTCTGGTCTTCTGG
CATCCACATGGTTGGGAAGTTCT
473473 5555 마우스mouse
Mmp14Mmp14 S
AS
S
AS
GTGCCCTAGGCCTACATCCG
TTGGGTATCCATCCATCACT
GTGCCCTAGGCCTACATCCG
TTGGGTATCCATCCATCACT
580580 5555 마우스mouse
Mmp15Mmp15 S
AS
S
AS
GAGAGATGTTTGTGTTCAAGGG
TGTGTCAATGCGGTCATAGGG
GAGAGATGTTTGTGTTCAAGGG
TGTGTCAATGCGGTCATAGGG
260260 6262 마우스mouse
RetnRetn S
AS
S
AS
TTCTTCCTTGTCCCTGAACTG
TGTCCAGTCTATCCTTGCACAC
TTCTTCCTTGTCCCTGAACTG
TGTCCAGTCTATCCTTGCACAC
276276 5858 마우스mouse
Egln1
(PHD2)
Egln1
(PHD2)
S
AS
S
AS
TTGAAGCTGGCTCTGGAGTACATC
ACAGCAGTCTATCAAATTTGGGTTC
TTGAAGCTGGCTCTGGAGTACATC
ACAGCAGTCTATCAAATTTGGGTTC
523523 6464 마우스mouse
Egln2
(PHD1)
Egln2
(PHD1)
S
AS
S
AS
CTGGGCAACTACGTCATCAATGG
TTGGCTGTGATACTGGTACTTGAAC
CTGGGCAACTACGTCATCAATGG
TTGGCTGTGATACTGGTACTTGAAC
400400 6464 마우스mouse
Egln3
(PHD3)
Egln3
(PHD3)
S
AS
S
AS
GGCTTCTGCTACCTGGACAACTTC
GATGAGGGACAGGAGGAAGTTGATG
GGCTTCTGCTACCTGGACAACTTC
GATGAGGGACAGGAGGAAGTTGATG
216216 6464 마우스mouse

약어: AT, 어닐링 온도; S, 센스; 및 AS, 안티센스.
Abbreviation: AT, annealing temperature; S, sense; And AS, antisense.

전사체 레벨은 qRT-PCR을 이용하여 정량하였다. HIF-2α 또는 Nampt을 가장 효과적으로 넉-다운시키는 siRNA 서열들이 본 연구에서 이용되었으며, 하기 표 2에 기재되어 있다.Transcript levels were quantified using qRT-PCR. SiRNA sequences that most effectively knock-down HIF-2 alpha or Nampt were used in this study and are shown in Table 2 below.

siRNA 서열.siRNA sequence. 타겟target 가닥piece 서열(5'->3')Sequences (5 '-> 3') 대조군
siRNA
Control group
siRNA
S
AS
S
AS
CCUACGCCACCAAUUUCGU
ACGAAAUUGGUGGCGUAGG
CCUACGCCACCAAUUUCGU
ACGAAAUUGGUGGCGUAGG
Epas1Epas1 S
AS
S
AS
CUCAGUUACAGCCACAUCGUCACUG
CAGUGACGAUGUGGCUGUAACUGAG
CUCAGUUACAGCCACAUCGUCACUG
CAGUGACGAUGUGGCUGUAACUGAG
NamptNampt S
AS
S
AS
UUCUCAAGGAUGUAGUUCCAUCCUC
GAGGAUGGAACUACAUCCUUGAGAA
UUCUCAAGGAUGUAGUUCCAUCCUC
GAGGAUGGAACUACAUCCUUGAGAA

약어: S, 센스; 및 AS, 안티센스
Abbreviation: S, Sense; And AS, antisense

비-타겟팅(스크램블(scrambled)) siRNA가 음성 대조군으로서 이용되었다. 연골세포는 제조자의 지시에 따라 siRNA 및 리포펙타민 2000(Invitrogen)과 6시간 동안 배양시키거나 또는 상술한 바와 같이 아데노바이러스로 감염시켜 트랜스펙션(transfection)되었다.
Non-targeting (scrambled) siRNA was used as a negative control. Chondrocyte cells were transfected with siRNA and lipofectamine 2000 (Invitrogen) for 6 hours according to the manufacturer's instructions or infected with adenovirus as described above.

면역침전, 웨스턴 블랏팅 및 면역형광 현미경 분석Immunoprecipitation, Western blotting and immunofluorescence microscopy analysis

총 세포 용해물이 용해 완충액(150 mM NaCl, 1% NP-40, 50 mM Tris, 5 mM NaF)을 이용하여 제조되었고 iNampt 및 PHD2 같은 세포내 단백질의 검출에 이용되었다. 분비된 단백질(eNampt, Mmp3, Mmp12, and Mmp13)은 900 μl의 혈청-부재 조건 배지(conditioned medium)를 TCA(trichloroacetic acid) 침전시킨 후 검출하였다. HIF-2α, 핵 라민(nuclear lamin), 히스톤 H3 및 아세틸화된-라이신의 웨스턴 블랏팅을 위해, 세포 용해물이 0.5% 소듐 데옥시콜레이트(sodium deoxycholate)를 추가적으로 포함하는 상기 용해 완충액을 이용하여 제조되었다. 모든 용해 완충액은 프로테아제 억제제들 및 포스파타제 억제제들(Roche)의 칵테일을 포함하였다. 아세틸화된 단백질들의 웨스턴 블랏팅의 경우에는, 디아세틸라제 억제제들(5 μM 트리코스타틴 A 및 5 mM 니코틴아마이드)도 용해 완충액들에 포함되었다. 항체들에 대한 정보들은 하기 표 3에 요약되어 있다.Total cell lysates were prepared using lysis buffer (150 mM NaCl, 1% NP-40, 50 mM Tris, 5 mM NaF) and were used to detect intracellular proteins such as iNampt and PHD2. Secreted proteins (eNampt, Mmp3, Mmp12, and Mmp13) were detected after precipitating TCA (trichloroacetic acid) in a 900 μl serum-free conditioned medium. For western blotting of HIF-2 alpha, nuclear lamin, histone H3 and acetylated-lysine, the cell lysate was eluted using the lysis buffer additionally containing 0.5% sodium deoxycholate . All lysis buffers contained cocktails of protease inhibitors and phosphatase inhibitors (Roche). In the case of Western blotting of acetylated proteins, deacetylase inhibitors (5 [mu] M tricostatin A and 5 mM nicotinamide) were also included in lysis buffers. The information on the antibodies is summarized in Table 3 below.

항체 및 소스(sources).Antibodies and sources. 항체 특이성Antibody specificity 항원antigen 생산production 용도Usage 소스sauce 아세틸화된-라이신Acetylated-Lysine 합성 펩타이드Synthetic peptide 토끼(rabbit)Rabbit WBWB Cell SignalingCell Signaling ERKERK 래트 재조합Rat recombination 마우스mouse WBWB BD Transduction LabBD Transduction Lab HIF-2αHIF-2? 인간 재조합Human recombination 마우스mouse WBWB Santa Cruz BiotechnologySanta Cruz Biotechnology HIF-2αHIF-2? 마우스 펩타이드Mouse peptide 토끼rabbit IPIP Novus BiologicalNovus Biological HIF-2αHIF-2? 인간 재조합Human recombination 마우스mouse IH, IFIH, IF AbcamAbcam 라민 BLamin B 인간 펩타이드Human peptide 염소Goat WBWB Santa Cruz BiotechnologySanta Cruz Biotechnology NamptNampt 인간 재조합Human recombination 마우스mouse WB, IHWB, IH AdipogenAdipogen NamptNampt 마우스 재조합Mouse recombination 토끼rabbit 중화Neutralization Bio VisionBio Vision Mmp3Mmp3 인간 펩타이드Human peptide 토끼rabbit WBWB EpitomicsEpitomics Mmp12Mmp12 인간 펩타이드Human peptide 토끼rabbit WBWB EpitomicsEpitomics Mmp13Mmp13 인간 펩타이드Human peptide 토끼rabbit WBWB EpitomicsEpitomics PHD2PHD2 인간 펩타이드Human peptide 토끼rabbit WBWB Cell SignalingCell Signaling 유비퀴틴Ubiquitin 소 유비퀴틴Soviaticin 마우스mouse WBWB Cell SignalingCell Signaling

HIF-2α의 아세틸화 상태(acetylation status)는 면역침전된 HIF-2α를 이용하여 검출하였다. 핵 단백질은 핵 단백질 추출 키트(NE-PER Nuclear and Cytoplasmic Extraction Reagents; Thermo Scientific)를 이용하여 추출하였다. 상기 추출액을 항-HIF-2α 항체(Novus Biologicals)와 4℃에서 12시간 동안 반응시키고 Dynabeads Protein G(Invitrogen)로 침전시켰다. 분취액(aliquots)이 HIF-2α 및 아세틸 라이신(acetyl lysine)에 대해 면역블랏팅되었다. 유비퀴틴화된 HIF-2α를 검출하기 위해, 세포들을 유비퀴틴-컨쥬게이션된(ubiquitin-conjugating) 효소들을 억제하기 위해 0.5% 소듐 데옥시콜레이트 및 10 mM N-에틸말레이미드(ethylmaleimide)로 보충된 용해 완충액(150 mM NaCl, 1% NP-40, 50 mM Tris, 5 mM NaF)으로 용해시켰다. HIF-2α는 총 200 μg의 세포 용해물으로부터 면역침전되었다. 전기영동 후, 단백질이 옮겨진 니트로셀룰로오스 막이 변성 완충액(denaturing buffer; 6 M 구아니딘(guanidine)-HCl, 20 mM Tris-HCl, pH 7.5, 5 mM β-머캅토에탄올(mercaptoethanol), 1 mM PMSF)과 4℃에서 30분 동안 반응된 후, 해당 항체를 이용하여 HIF-2α 및 유비퀴틴을 검출하였다.
The acetylation status of HIF-2α was detected using immunoprecipitated HIF-2α. Nuclear proteins were extracted using a nuclear protein extraction kit (NE-PER Nuclear and Cytoplasmic Extraction Reagents; Thermo Scientific). The extract was reacted with anti-HIF-2? Antibody (Novus Biologicals) at 4 占 폚 for 12 hours and precipitated with Dynabeads Protein G (Invitrogen). Aliquots were immunoblotted against HIF-2α and acetyl lysine. To detect ubiquitinated HIF-2 alpha, the cells were lysed in lysis buffer supplemented with 0.5% sodium deoxycholate and 10 mM N-ethylmaleimide to inhibit ubiquitin-conjugating enzymes (150 mM NaCl, 1% NP-40, 50 mM Tris, 5 mM NaF). HIF-2α was immunoprecipitated from a total of 200 μg of cell lysate. After electrophoresis, the nitrocellulose membrane onto which the protein was transferred was washed with denaturing buffer (6 M guanidine-HCl, 20 mM Tris-HCl, pH 7.5, 5 mM? -Mercaptoethanol, 1 mM PMSF) After reacting at 4 ° C for 30 minutes, the antibodies were used to detect HIF-2α and ubiquitin.

클로닝, 리포터 유전자 어세이, 프로모터 결합 어세이 및 ChIP 어세이Cloning, reporter gene assay, promoter binding assay and ChIP assay

Epas1 및 우성-열성(dominant-negative) Epas1(dnEpas1)용 발현 벡터들이 이전에 기재된 바와 같이 제조되었다(3). Nampt 프로모터 부위가 C57BL/6 마우스의 게놈 DNA에 특이적인 프라이머를 이용하여 클로닝되었다(표 1). 증폭된 산물들은 pGL3 벡터(Promega)에 삽입되었으며, 리포터 유전자 활성은 이전에 기재된 바(3)와 같이 어세이되었다. Nampt 프로모터 내 HIF-2α 결합 위치(CGTG)가 위치-지정된 돌연변이유발 키트(iNtRON Biotech)를 이용하여 'AAAG'로 돌연변이되었고, 상기 돌연변이 프로모터의 리포터 유전자 활성은 WT 리포터 유전자의 활성과 비교하였다. HIF-2α 리포터 유전자는 SV40 프로모터의 업스트림 부위에 4개의 반복서열(tandem repeats; 5'-GATCGCCCTACGTGCTGTCTCA-3')을 삽입함으로써 pGL3 벡터에 컨스트럭션되었다. 리포펙타민 2000(Invitrogen)을 이용하여 연골세포에 HIF-2α 리포터 유전자(1 μg) 및 β-갈락토시다제 발현 벡터(0.1 μg)을 3시간 동안 트랜스펙션시켰다. 트랜스펙션된 세포들에 Ad-EPas1을 3시간 동안 감염시키고 지시된 농도의 FK866(Cayman), EX527(Sigma), 니코틴아마이드(Sigma) 또는 레스베라트롤(resveratrol; Sigma)을 처리하였다. 36시간 처리 후 세포를 수득하여 루스퍼라제 활성을 측정하고 트랜스펙션 효율을 표준화시키기 위해 상대적인 β-갈락토시다제 활성으로 표현하였다. IL 1β로 처리되거나 또는 800 MOI의 Ad-EPas1로 감염된 마우스 관절 연골세포의 ChIP 어세이는 이전에 기재된 바(7, 8)와 같이 키트(Millipore)를 이용하여 실시하였다. ChIP 어세이용 프라이머들은 Nampt 프로모터의 3개의 다른 HRE-포함 부위들를 증폭할 수 있도록 디자인되었다(표 1).
Expression vectors for Epas1 and dominant-negative Epas1 (dn Epas1 ) were prepared as previously described (3). The Nampt promoter region was cloned using a primer specific for the genomic DNA of C57BL / 6 mice (Table 1). The amplified products were inserted into the pGL3 vector (Promega), and the reporter gene activity was assayed as previously described (3). The HIF-2 alpha binding site (CGTG) in the Nampt promoter was mutated to 'AAAG' using a locus-designated mutagenic kit (iNtRON Biotech) and the reporter gene activity of the mutant promoter was compared to the activity of the WT reporter gene. The HIF-2alpha reporter gene was constructed into a pGL3 vector by inserting four repeating sequences (tandem repeats: 5'-GATCGCCCTA CGTG CTGTCTCA-3 ') in the upstream region of the SV40 promoter. HIF-2 alpha reporter gene (1 μg) and β-galactosidase expression vector (0.1 μg) were transfected into chondrocytes using lipofectamine 2000 (Invitrogen) for 3 hours. Transfected cells were infected with Ad- EPas1 for 3 hours and treated with indicated concentrations of FK866 (Cayman), EX527 (Sigma), nicotinamide (Sigma) or resveratrol (Sigma). Cells were obtained after 36 hours of treatment and expressed as relative beta -galactosidase activity to measure luciferase activity and normalize transfection efficiency. ChIP assays of mouse articular cartilage cells treated with IL-1β or infected with 800 MOI of Ad- EPas1 were performed using a kit (Millipore) as previously described (7, 8). ChIP-assemble primers were designed to amplify three different HRE-containing regions of the Nampt promoter (Table 1).

NAD 생산 및 SirT1 활성 어세이NAD production and SirT1 activation assay

세포내 NAD+ 및 총 NAD(NAD+ 및 NADH) 레벨은 NAD/NADH 정량 키트(BioVision Inc)를 이용하여 측정하였다. 간략하게는, 연골세포가 NAD/NADH 추출 완충액에서 동결/용해의 2가지 사이클을 통해 추출되었으며, 총 추출액은 10-kDa 컷-오프(cutoff) 필터로 여과되었다. 상기 용해물의 반이 총 NAD 농도를 결정하는 데 이용되었고, 나머지 반은 30분 동안 60℃로 가열되어 NADH 농도를 측정하는 데 이용되었다. 상기 반응은 96-웰 플레이트에서 실시되어 450 nm에서 판독하였다. NAD+ 농도는 총 NAD 농도에서 NADH 농도를 제함으로써 결정되었다.Intracellular NAD + and total NAD (NAD + and NADH) levels were measured using an NAD / NADH quantitation kit (BioVision Inc). Briefly, chondrocyte cells were extracted through two cycles of freezing / thawing in NAD / NADH extraction buffer, and the total extract was filtered with a 10-kDa cutoff filter. Half of the lysate was used to determine the total NAD concentration and the other half was heated to 60 占 폚 for 30 minutes to measure the NADH concentration. The reactions were performed in 96-well plates and read at 450 nm. The NAD + concentration was determined by subtracting the NADH concentration from the total NAD concentration.

SirT1 활성은 제조자의 지시에 따라 형광 어세이 키트(Sigma CS1040)를 이용하여 측정하였다. 간략하게는, 전체-세포 추출액이 1 μM 트리코스타틴(trichostatin) A, 10 mM DTT(dithiothreitol), 그리고 포스파타제 및 프로테아제 억제제들이 보충된 용해 완충액(20 mM Tris-HCl, pH 8.0; 100 mM NaCl, 1 mM EDTA, 및 0.5% NP-40)을 이용하여 제조되었다. 상기 용해물(20 μl)은 동량의 아세틸화된 Fluor-de-Lys 기질과 37℃에서 1시간 동안 반응시키고, 현상액(developing solution; 5 μl)을 첨가하여 반응을 정지시켰다. 형광 강도는 355 nm에서 여기시킨 후 형광 플레이트 판독기(Spectramax Gemini XS, Molecular Devices)를 이용하여 450 nm에서 측정하였다. 각 수치들은 단백질 양(μg)에 따라 표준화되었다.
SirTl activity was measured using a fluorescence assay kit (Sigma CS1040) according to the manufacturer's instructions. Briefly, whole-cell extracts were resuspended in 1 ml of trichostatin A, 10 mM DTT (dithiothreitol), and in lysis buffer (20 mM Tris-HCl, pH 8.0; 100 mM NaCl, 1 mM) supplemented with phosphatase and protease inhibitors mM EDTA, and 0.5% NP-40). The lysate (20 μl) was reacted with an equal amount of acetylated Fluor-de-Lys substrate at 37 ° C for 1 hour and the developing solution (5 μl) was added to stop the reaction. Fluorescence intensity was measured at 450 nm using a fluorescence plate reader (Spectramax Gemini XS, Molecular Devices) after excitation at 355 nm. Each value was normalized according to the amount of protein (μg).

ELISA(Enzyme-linked immunosorbent assay)Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)

Nampt 생성량은 마우스 Nampt ELISA 키트(Adipogen)를 이용하여 정량하였다. 간략하게는, 마우스 관절 연골세포는 Ad-C 또는 Ad-Nampt로 감염되거나 또는 감염시키지 않았다. 36시간 동안 배양 후, 제조자의 지시에 따라 iNampt의 양은 전체-세포 용해물에서 측정하였고, eNampt는 배양 상층액에서 측정하였다.
The amount of Nampt produced was quantitated using a mouse Nampt ELISA kit (Adipogen). Briefly, mouse articular cartilage cells did not infect or infect with Ad-C or Ad- Nampt . After incubation for 36 hours, the amount of iNampt was measured in whole-cell lysates according to the manufacturer's instructions, and eNampt was measured in the culture supernatant.

통계 분석Statistical analysis

만킨 스코어(Mankin score) 같은 서수 등급 시스템에 기반하여 정량된 데이터는 비모수(non-parametric) 통계학적 방법들을 이용하여 분석하였다. 상대적인 배수 변화(fold changes)로 표시된 qRT-PCR 데이터는 먼저 샤피로-윌크(Shapiro-wilk) 검정을 이용하여 정규 분포(normal distribution)을 확인한 후 쌍대 비교(pair-wise comparisons) 및 다중 비교(multi-comparisons)를 위해 각각 Student's t-검정 및 사후검정(post hoc test)을 포함하는 ANOVA(analysis of variance)를 이용하였다. 통계적으로 유의성은 0.05 레벨의 확률로 받아들여졌다(P < 0.05).
Quantified data based on an ordinal grade system such as the Mankin score were analyzed using non-parametric statistical methods. QRT-PCR data, represented by relative fold changes, were first identified using a Shapiro-Wilk test, followed by pair-wise comparisons and multi- ANOVA (analysis of variance) including Student's t-test and post hoc test was used for each test. Statistically significant significance was accepted at a 0.05 level of probability (P <0.05).

실험결과Experiment result

HIF-2αHIF-2? 는 마우스 관절 연골세포에서 Nampt 유전자를 직접 타겟팅하여 이의 발현을 상향-조절한다Targets the Nampt gene directly in mouse articular cartilage cells and up-regulates its expression

Epas1을 포함하는 아데노바이러스(Ad-EPas1)로 감염된 연골세포에서 마이크로어레이를 이용한 HIF-2α 타겟 유전자들의 스크리닝은 아디포카인의 서로 다른 발현 조절을 나타냈다: Nampt(비스파틴(visfatin))의 상향-조절(upregulation) 및 Adipoq(아디포넥틴), Retn(레지스틴) 및Lep(렙틴)의 하향-조절(도 1a 및 도 1b). 또한, 아디포카인 발현의 상이한 조절은 전사체 및/또는 단백질 레벨에서 Ad-EPas1로 감염된 1차 배양된 연골세포에서도 확인되었다(도 1a 내지 도 1c). 마이크로어레이를 통해 동정된 아디포카인들 중, 본 발명자들은 OA 발병 과정(pathogenesis)의 조절에서 Nampt(HIF-2α에 의해 양성적으로 조절됨)의 가능한 기능에 초점을 맞추었다. Screening of HIF-2? Target genes using microarray in chondrocytes infected with adenovirus (Ad- EPas1 ) containing Epas1 showed different expression control of adipokines : uptake of Nampt (visfatin) - upregulation and down -regulation of Adipoq (adiponectin), Retn (resistin) and Lep (leptin) (FIGS. 1a and 1b). In addition, different modulation of adipocyte expression was also confirmed in primary cultured chondrocytes infected with Ad- EPasl at transcript and / or protein levels (Figures Ia-Ic). Of the adipocytes identified through microarray, the present inventors focused on the possible function of Nampt (positively regulated by HIF-2 alpha) in the regulation of OA pathogenesis.

먼저, 본 발명자들은 Nampt 유전자가 HIF-2α의 직접적인 타겟인 지 여부를 크로마틴 면역침전(chromatin immunoprecipitation(ChIP) assay) 및 1,208 bp의 마우스 Nampt 프로모터 컨스트럭트를 이용한 리포터 유전자 어세이를 통해 조사하였다. 마우스 Nampt의 프로모터는 전사 시작점으로부터 -89, -309 및 -361 위치에 3개의 HIF-2α 결합 위치(CGTG; 38)를 포함한다. ChIP 어세이는 근접 위치(proximal site; -89 위치)-결합된 HIF-2α를 확인시켜 주었다(도 1d). Epas1 발현 벡터를 이용한 트랜스펙션(transfection)은 Nampt 프로모터의 전사 활성을 자극하였으나, 상기 효과는 우성-열성(Δ) Epas1의 공동-트랜스펙션에 의해 억제되었다(3, 39; 도 1e). 다른 HIF-2α 결합 위치(-309 및 -361 위치)가 아닌 근접 HIF-2α 위치(-89 위치)의 돌연변이(CGTG 서열의 AAAG 서열로 돌연변이시킴)는 리포터 유전자 활성의 억제를 초래하였다(도 1e). 종합해 보면, 상술한 결과들은 Nampt 유전자가 연골세포에서 HIF-2α의 직접적인 타겟이라는 것을 보여준다.
First, we examined whether the Nampt gene is a direct target of HIF-2α through a chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay and a reporter gene assay using the 1,208 bp mouse Nampt promoter construct . The promoter of mouse Nampt contains three HIF-2 alpha binding sites (CGTG; 38) at positions -89, -309 and -361 from the transcription start point. The ChIP assay identified the proximal site (-89 position) -binding HIF-2 alpha (FIG. 1d). Transfection with the Epas1 expression vector stimulated the transcriptional activity of the Nampt promoter, but the effect was inhibited by co-transfection of dominant-recessive (Δ) Epas1 (3, 39; Mutation of the proximal HIF-2 alpha position (-89 position) (mutation to the AAAG sequence of the CGTG sequence) but not other HIF-2 alpha binding sites (positions -309 and -361) resulted in inhibition of reporter gene activity ). Taken together, the above results show that the Nampt gene is a direct target of HIF-2α in chondrocytes.

Nampt는 Mmp3, Mmp12 및 Mmp13의 HIF-2α-유도된 발현에 필요하다Nampt is required for HIF-2? -Induced expression of Mmp3, Mmp12 and Mmp13

다음으로, 본 발명자들은 1차 배양된 관절 연골세포에서 매트릭스-분해(matrix-degrading) 효소들의 발현에서 Nampt의 가능한 기능을 조사하였다. Ad-Nampt 감염에 의한 Nampt의 과다발현은 Mmp3, Mmp12 및 Mmp13의 발현을 mRNA 및 단백질 레벨 모두에서 현저한 상향-조절을 야기하였다(도 2a). Ad-Nampt 감염이 iNampt 및 eNampt 모두 상향-조절시키기 때문에(도 1c), 본 발명자들은 MMP 발현 상에 iNampt 및 eNampt 활성(action)의 중요성을 설명하기 위해 ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay)를 이용하여 Nampt 생성량을 정량하였다. iNampt 생성량은 처리되지 않은 연골세포에서 eNampt 생성량보다 5.6-배 더 많았으며, Ad-Nampt-감염된 세포에서는 2-배 이상 높았다(도 2b). MMP 발현에서 iNampt의 중요성은 비-경쟁적 억제제인 FK866에 의한 iNampt 효소 활성의 억제를 통해 분석되었다(18). FK866은 Mmp3, Mmp12Mmp13의 Ad-Nampt-유도된 상향-조절을 현저하게 차단하였다(도 2c). eNampt 활성은 연골세포에 재조합 마우스 Nampt 단백질(rNampt)을 처리함으로써 조사하였다. rNampt은 Ad-Nampt 감염보다는 덜 할 지라도 연골세포에서 Mmp3, Mmp12Mmp13의 발현을 자극하였다(도 2d). 더 나아가, HIF-2α-유도된 Mmp3, Mmp12Mmp13 발현은 siRNA-매개된 Nampt의 넉-다운(knockdown) 또는 FK866에 의한 iNampt 효소 활성의 억제를 통해 뚜렷하게 차단되었다(도 2e). 결과적으로, 본 발명자들의 결과들은 이화 효소들의 HIF-2α-유도된 발현에 필요한 활성으로서 Nampt가 연골세포에서 Mmp3, Mmp12Mmp13의 상향-조절을 촉진한다는 것을 나타낸다.
Next, we examined the possible function of Nampt in the expression of matrix-degrading enzymes in primary cultured articular cartilage cells. Overexpression of Nampt due to Ad- Nampt infection caused significant up-regulation of Mmp3, Mmp12 and Mmp13 expression at both mRNA and protein levels (Fig. 2a). Since Ad- Nampt infection up-regulates both iNampt and eNampt (Figure 1c), we used an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) to explain the importance of iNampt and eNampt activity on MMP expression Nampt yield was quantified. iNampt production was 5.6-fold higher than eNampt production in untreated chondrocytes and 2-fold higher in Ad- Nampt -infected cells (Fig. 2b). The importance of iNampt in MMP expression was analyzed through the inhibition of iNampt enzyme activity by the non-competitive inhibitor FK866 (18). FK866 markedly blocked Ad- Nampt -induced up-regulation of Mmp3, Mmp12 and Mmp13 (Figure 2c). eNampt activity was investigated by treating recombinant mouse Nampt protein (rNampt) on cartilage cells. rNampt stimulated the expression of Mmp3, Mmp12 and Mmp13 in chondrocytes, albeit less than Ad- Nampt infection (Fig. 2d). Furthermore, HIF-2? -Induced Mmp3, Mmp12 and Mmp13 expression was markedly blocked by knockdown of siRNA-mediated Nampt or inhibition of iNampt enzyme activity by FK866 (FIG. 2e). As a result, our results indicate that Nampt promotes up-regulation of Mmp3, Mmp12 and Mmp13 in chondrocytes as an activity required for HIF-2? -Induced expression of lysing enzymes.

OA 연골 조직에서 Nampt 발현은 HIF-2α에 의해 조절된다In OA cartilage tissue, Nampt expression is regulated by HIF-2α

이화 인자들의 발현을 촉진하는 Nampt의 활성은 Nampt가 OA 발병 과정에서 이화성 기능(catabolic role)을 수행한다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명자들은 인간 OA 연골 조직 및 마우스 모델에서 Nampt의 mRNA 및 단백질 레벨을 조사하여 Nampt가 인 비보에서 OA 연골 조직 파괴에 기능하는 지 여부를 우선 확인하였다. OA-발병된(affected) 인간 연골 조직의 손상(damage)은 알시안 블루(alcian blue) 염색을 통해 확인하였다(도 3a). NAMPT mRNA 및 단백질은 OA-발병된 인간 연골 조직에서 현저하게 증가되었지만, 관절염성 연골 조직의 손상되지 않은 부위에서는 거의 검출할 수 없었다(도 3a). 또한, Nampt mRNA 및 단백질 레벨도 마우스 OA 모델에서 증가하였다. 예를 들어, 상기 마우스 OA 모델은 CBA 대조군 마우스의 정상 연골 조직과 비교된 STR/ort 마우스 OA 연골 조직(도 3b) 및 모의 수술된(sham-operated) 마우스 내 정상 연골조직과 비교된 DMM 수술에 의해 유도된 OA 연골 조직(도 3c)을 포함한다. 인간 및 마우스 모델 모두에서 OA 연골 조직은 HIF-2α의 증가된 발현을 나타내기 때문에(3, 7, 8), 본 발명자들은 OA 연골 조직에서 Nampt 레벨의 증가가 HIF-2α에 의해 조절되는 지 여부를 조사하였다. 관절 연골조직에서 Ad-EPas1의 IA(intra-articular) 주입에 의한 HIF-2α의 과다발현은 OA 연골 조직 파괴와 함께 Nampt 발현을 증가시켰다(도 4a). 또한, DMM-유도된 Nampt 상향-조절 및 OA 연골 조직 파괴는 연골세포-특이적 Epas1 CKO(Epas1 fl/fl ;Col2a1-Cre) 마우스에서 현저하게 차단되었다(도 4b 및 도 4c). 따라서, 상술한 결과들은 OA 연골 조직의 연골세포에서 Nampt 발현이 HIF-2α에 의해 조절된다는 것을 보여준다.
The activity of Nampt, which promotes the expression of catabolic factors, implies that Nampt performs a catabolic role in the pathogenesis of OA. Thus, we examined the mRNA and protein levels of Nampt in human OA cartilage tissue and mouse model to first determine whether Nampt functions in OA cartilage tissue destruction in In vivo . Damage to OA-affected human cartilage tissue was confirmed by alcian blue staining (Fig. 3a). NAMPT mRNA and protein were significantly increased in OA-induced human cartilage tissue, but were almost undetectable in uninjured areas of arthritic cartilage tissue (Fig. 3a). In addition, Nampt mRNA and protein levels were also increased in the mouse OA model. For example, the mouse OA model can be used for DMM surgery compared to STR / ort mouse OA cartilage tissue (FIG. 3b) and normal cartilage tissue in sham-operated mice compared to normal cartilage tissue of CBA control mice OA &lt; / RTI &gt; cartilage tissue (FIG. Because OA cartilage tissue in both the human and mouse models exhibits increased expression of HIF-2? (3, 7, 8), the inventors have determined whether the increase in Nampt level in OA cartilage tissue is mediated by HIF-2? Respectively. Overexpression of HIF-2α by IA (intra-articular) injection of Ad-EPas1 in articular cartilage tissue increased Nampt expression along with OA cartilage tissue destruction (FIG. 4A). In addition, DMM-induced Nampt up-regulation and OA cartilage tissue destruction were markedly blocked in chondrocyte-specific Epas1 CKO ( Epasl fl / fl ; Col2a1-Cre ) mice (Fig. 4b and Fig. 4c). Thus, the above results show that Nampt expression in chondrocytes of OA cartilage tissue is regulated by HIF-2α.

Nampt는 마우스에서 실험적 OA를 야기한다Nampt causes experimental OA in mice

OA 연골 조직 파괴에서 Nampt의 역할은 마우스 무릎 관절로 Ad-Nampt의 IA 주입을 통해 직접적으로 조사하였다. 본 발명자들의 이전 결과들(3, 7, 8, 40)과 일치하게도, Ad-Nampt 주입은 관절 연골 조직, 반월상 연골판(meniscus) 및 활막(synovium)에서 Nampt의 과다발현을 초래하였다(도 5a 및 도 5b). 아데노바이러스의 IA 주입에 의한 유전자 전달은 Ad-Gfp를 주입하여 확인하였으며, 약 50%까지의 연골세포 감염 효율을 나타냈다(도 5c). 사프라닌-O 염색 및 만킨스 스코어 데이터에 의해 확인된 바와 같이, Ad-Nampt의 IA 주입은 연골 조직 파괴를 촉발시켰다(도 5a). Ad-Nampt-주입된 마우스의 연골 조직은 Nampt 타겟 이화 인자들인 Mmp3, Mmp12 및 Mmp13의 mRNA 레벨을 현저하게 증가시켰다(도 5d). 추가적으로, 활막에서의 Nampt 과다발현은 활막염을 초래하였다(도 2e).The role of Nampt in OA cartilage tissue destruction was directly investigated by IA injection of Ad- Nampt into the mouse knee joint. Consistent with our previous results (3, 7, 8, 40), Ad- Nampt infusion resulted in overexpression of Nampt in articular cartilage, meniscus and synovium And Figure 5b). Gene delivery by IA injection of adenovirus was confirmed by injecting Ad- Gfp and showed up to about 50% of cartilage cell infection efficiency (FIG. 5c). IA injection of Ad- Nampt triggered cartilage tissue destruction, as confirmed by the saffranin- O stain and Mankins score data (Fig. 5A). The cartilage tissue of Ad- Nampt -injected mice markedly increased the mRNA levels of the Mpt3, Mmp12 and Mmp13 targets of the Nampt targeting agents (Fig. 5d). In addition, Nampt overexpression in synovial membrane resulted in synovitis (Figure 2e).

OA 발병 과정에서 Nampt의 인 비보 역할은 마우스 Col2a1의 프로모터 및 인핸서 부위를 이용한 연골세포-특이적 Col2a1-Nampt TG 마우스를 제조함으로써 추가적으로 확인되었다(3, 40). 상기 마우스는 활막염의 징후 없이 정상적인 골격 발달을 나타냈다(결과를 보이지 않음). WT 마우스의 연골세포와 비교하여, Nampt TG 마우스-유래된 연골세포는 Nampt의 증가된 발현 레벨을 나타내고, Nampt의 타겟 유전자들인 Mmp3, Mmp12Mmp13 뿐 아니라 비-타겟 유전자인 Mmp9의 현저하게 증가된 발현 레벨을 나타냈다(도 5f). 이와 같은 맥락으로, Col2a1-Nampt TG 마우스는 WT 새끼(littermates)와 비교하여 DMM 수술에 따른 OA 연골 조직 파괴가 뚜렷하게 증가하는 것으로 관찰되었다(도 5g). 더욱이, 사프라닌-O 염색 및 만킨스 스코어 데이터에서 볼 수 있듯이, 12개월된 Col2a1-Nampt TG 마우스는 동일 나이의 WT 마우스와 비교하여 자발성 연골 조직 파괴를 나타냈다(도 5h). 따라서, 본 발명자들의 Nampt 기능-획득(gain-of-function) 연구 결과들은 Nampt가 연골세포에서 매트릭스-분해 효소들을 상향-조절시켜 OA 발병 과정의 중요한 이화 조절인자(catabolic regulator)라는 것을 보여준다.
In the OA outbreak, the in vivo role of Nampt was further confirmed by producing chondrocyte-specific Col2a1-Nampt TG mice using the promoter and enhancer region of mouse Col2a1 (3, 40). The mice exhibited normal skeletal development (no results) without signs of synovitis. In contrast to the chondrocytes of WT mice, Nampt TG mouse-derived chondrocytes exhibit an increased expression level of Nampt and are associated with a significantly increased level of Nampt target genes Mmp3, Mmp12 and Mmp13 as well as the non-target gene Mmp9 Expression levels (Figure 5f). In this context, Col2a1-Nampt TG mice showed a marked increase in OA cartilage tissue destruction following DMM surgery compared to WT littermates (Figure 5g). Moreover, as can be seen from the saffranin- O staining and Mankins score data, 12-month - old Col2a1-Nampt TG mice exhibited spontaneous cartilage tissue destruction compared to WT mice of the same age (Fig. 5h). Thus, our Namct-gain-of-function studies show that Nampt up-regulates matrix-degrading enzymes in chondrocytes, which is an important catabolic regulator of OA pathogenesis.

Nampt는 HIF-2α-유도된 실험적 OA의 발병 과정에 필요하다Nampt is required for the onset of HIF-2α-induced experimental OA

iNampt 효소 활성은 연골세포에서 이화 인자의 발현에 필요하기 때문에, 본 발명자들은 비-경쟁적 억제제인 FK866를 이용하여 iNampt가 OA 발병 과정을 조절하는 지 여부를 조사하였다. 사프라닌-O 염색 및 만킨스 스코어 데이터에서 볼 수 있듯이, FK866의 IP(intra-peritoneal) 및 IA 주입 모두 Ad-Nampt 주입에 의해 유도된 연골 조직 파괴를 명확하게 억제하였고(도 6a), 연골 조직에서 Nampt 타겟 유전자들인 Mmp3, Mmp12 및 Mmp13의 발현을 억제하였다(도 6b). 또한, IP 주입에 의한 FK866의 투여는 DMM-유도된 연골 조직 파괴를 억제하였고(도 6c) Nampt 타겟 유전자들의 상향-조절을 억제하였다(도 6d). 마지막으로, FK866의 IP 및 IA 주입은 Ad-EPas1-유도된 연골 조직 파괴 및 연골 조직에서 Mmp3, Mmp9, Mmp12Mmp13의 발현을 현저하게 차단하였다(도 6e 및 도 6f). 또한, Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt 주입에 의해 야기된 활막염은 FK866의 IA 공동-주입에 의해 명확하게 차단되었다(도 6g). 하지만, Epas1 +/- 이질접합체(heterozygous) 마우스에서 Epas1의 넉-다운 또는 Epas1 fl/fl ;Col2a1-Cre 마우스에서 연골 조직-특이적 Epas1 CKO는 Ad-Nampt 주입에 의해 유도된 연골 조직 파괴에 영향을 미치지 않았다(결과를 보이지 않음). 상기 결과는 Nampt가 HIF-2α의 다운스트림이라는 가설과 일치하는 결과이다. 종합해 보면, 상술한 결과들은 iNampt 효소 활성이 DMM 수술 또는 Ad-Nampt 또는 Ad-EPas1의 IA 주입에 의해 유도된 OA 발병 과정에 필수적이라는 것을 의미한다.
Because iNampt enzyme activity is required for the expression of the transcription factor in cartilage cells, we investigated whether iNampt regulates the onset of OA using the noncompetitive inhibitor FK866. As can be seen from the saffranin-O staining and Mankins score data, both IP (intra-peritoneal) and IA injection of FK866 specifically inhibited cartilage tissue destruction induced by Ad- Nampt infusion (Fig. 6A) MMP3, Mmp12, and Mmp13, which are targets of Nampt genes (Fig. 6B). In addition, administration of FK866 by IP injection inhibited DMM-induced cartilage tissue destruction (Fig. 6c) and inhibited the up-regulation of Nampt target genes (Fig. 6d). Finally, IP and IA infusion of FK866 markedly blocked the expression of Mmp3, Mmp9, Mmp12 and Mmp13 in Ad- EPas1 -induced cartilage tissue destruction and cartilage tissue (FIGS. 6E and 6F). In addition, synovitis caused by Ad- EPas1 or Ad- Nampt infusion was clearly blocked by IA co-injection of FK866 (Fig. 6g). However, knockdown of Epas1 or Epas1 fl / fl in Epas1 +/- heterozygous mice; Cartilage tissue-specific Epas1 CKO in Col2a1-Cre mice did not affect cartilage tissue destruction induced by Ad- Nampt injection (results not shown). The results are consistent with the hypothesis that Nampt is downstream of HIF-2 ?. Taken together, the above results indicate that iNampt enzyme activity is essential for the OA outbreak process induced by DMM surgery or IA injection of Ad- Nampt or Ad- EPas1 .

Nampt는 HIF-2α 탈아세틸화(deacetylation)를 조절하는 것이 아니라 SirT1을 활성화시킨다Nampt does not regulate HIF-2? Deacetylation but activates SirT1

iNampt 효소 활성은 NAD+ 생산을 유도하고, 이는 SirT1의 활성화를 유발하기 때문에(10, 25), 본 발명자들은 Nampt 및 HIF-2α가 관절 연골세포에서 NAD+ 합성을 조절하여 SirT1 활성화를 유도하는 지 여부를 조사하였다.Since iNampt enzyme activity induces NAD + production, which leads to the activation of SirT1 (10, 25), the inventors have found that Nampt and HIF-2α induce SirT1 activation by modulating NAD + synthesis in articular cartilage cells .

아데노바이러스 감염에 의한 연골세포에서 Nampt 또는 HIF-2α의 과다발현은 NAD+(도 7a) 및 총 NAD 레벨(도 7b 및 도 7c)의 현저한 증가를 야기했다. NAD+ 레벨은 FK866에 의한 iNampt의 억제를 통해 현저하게 감소되는 반면에, 항체를 이용한 eNampt의 중화는 NAD+ 레벨에 영향을 미치지 않았다(도 7a). 예상한 바와 같이, 연골세포에서 Nampt 또는 HIF-2α의 과다발현은 SirT1 형광 측정 키트를 이용하여 확인된 바와 같이 SirT1 활성을 촉진하였고, SirT1-특이적 디아세틸라제 활성은 FK866, EX527 및 니코틴아마이드(41) 같은 Nampt 또는 SirT1의 억제제들을 이용하여 확인되었다(도 7d). SirT1는 HIF-2α를 탈아세틸화시켜 저산소 상태의 Hep3B 및 HEK293 세포에서 HIF-2α의 전사 활성을 자극하는 것으로 알려져 있다(36, 37). 이를 토대로, 본 발명자들은 연골세포에서 활성화된 SirT1이 HIF-2α의 탈아세틸화를 조절하는 지를 조사하였다. 하지만, 본 발명자들은 Nampt 또는 SirT1의 억제제/활성제의 존재 또는 부존재 하에서 HIF-2α 과다발현의 조건에서 HIF-2α 아세틸화(acetylation) 상태에서의 변화에 대한 어떠한 증거도 발견하지 못 했다(도 7e). 따라서, 본 발명자들의 결과들은 Nampt가 HIF-2α 아세틸화 상태를 조절하지 않으면서 NAD+ 생성을 유도함으로써 관절 연골세포에서 SirT1을 활성화시킨다는 것을 제시한다.
Overexpression of Nampt or HIF-2 alpha in cartilage cells due to adenovirus infection resulted in a significant increase in NAD + (Fig. 7a) and total NAD levels (Fig. 7b and Fig. 7c). NAD + levels were markedly reduced through inhibition of iNampt by FK866, whereas neutralization of eNampt with antibodies did not affect NAD + levels (FIG. 7A). As expected, overexpression of Nampt or HIF-2 alpha in cartilage cells promoted SirTl activity as confirmed using the SirTl fluorescence assay kit, and SirTl -specific deacetylase activity was inhibited by FK866, EX527 and nicotinamide ( 41), using inhibitors of Nampt or SirTl (Fig. 7d). SirT1 is known to deacetylate HIF-2α and stimulate the transcriptional activity of HIF-2α in hypoxic Hep3B and HEK293 cells (36, 37). Based on this, the present inventors investigated whether SirTl activated in chondrocytes regulates deacetylation of HIF-2 ?. However, the present inventors found no evidence for changes in the HIF-2? Acetylation state under the condition of HIF-2? Overexpression in the presence or absence of Nampt or SirT1 inhibitors / activators (FIG. 7e) . Thus, our results suggest that Nampt activates SirT1 in articular cartilage cells by inducing NAD + production without regulating HIF-2? Acetylation status.

Nampt 및 SirT1는 HIF-2α 단백질의 안정성(stability) 및 전사 활성을 조절한다Nampt and SirT1 regulate the stability and transcriptional activity of the HIF-2 alpha protein

HIF-2α의 아세틸화 상태가 SirT1에 의해 조절되지 않을 지라도, HIF-2α 리포터 유전자 어세이 결과들은 HIF-2α 전사 활성이 Nampt(FK866) 또는 SirT1(EX527, 니코틴아마이드)의 억제에 의해 현저하게 감소되는 반면에, 레스베라트롤에 의한 SirT1 활성화가 HIF-2α 전사 활성을 증가시키는 것으로 보여졌다(도 8a). Nampt 또는 SirT1에 의한 HIF-2α 전사 활성의 조절은 HIF-2α 단백질 레벨과 연관되어 있었다: Nampt 또는 SirT1의 억제는 HIF-2α 단백질 레벨을 감소시키는 반면에, SirT1의 활성화는 HIF-2α 단백질 레벨을 증가시켰다(도 8b). HIF-2α 단백질 레벨을 조절하는 데 포함된 기작들을 규명하기 위해, 본 발명자들은 먼저 프로테아좀 분해 경로(proteasomal degradation pathway)를 조사하였다. MG132 처리를 통한 26S 프로테아좀 경로의 억제가 연골세포에서 HIF-1의 축적을 야기하지만, HIF-2α의 축적을 초래하지 않았다(도 8c). 하지만, Ad-EPas1 감염에 의해 과다발현된 HIF-2α는 프로테아좀 분해 경로에 의해 조절되었다(도 8d). MG132 또는 PS-341 처리에 의한 26S 프로테아좀 경로의 억제는 Nampt 또는 SirT1의 억제에 의해 야기된 HIF-2α 단백질 레벨의 감소를 억제하였다(도 8e 및 도 8f). 또한, HIF-2α는 유비퀴틴화되었으며, 상기 효과는 FK866에 의한 Nampt의 억제 또는 니코틴아마이드에 의한 SirT1의 억제에 의해 추가적으로 증가되었다(도 8g). 상술한 결과는 관찰된 HIF-2α 단백질 레벨과 일치하는 결과이다(도 8e 및 도 8f).Although the acetylation status of HIF-2α is not regulated by SirT1, the HIF-2α reporter gene assay results show that HIF-2α transcriptional activity is markedly reduced by inhibition of Nampt (FK866) or SirT1 (EX527, nicotinamide) While SirTl activation by resveratrol was shown to increase HIF-2 alpha transcriptional activity (Fig. 8A). Regulation of HIF-2α transcriptional activity by Nampt or SirT1 was associated with HIF-2α protein levels: inhibition of Nampt or SirT1 reduced HIF-2α protein levels, whereas activation of SirT1 reduced HIF-2α protein levels (Fig. 8B). To characterize the mechanisms involved in regulating HIF-2 alpha protein levels, the inventors first investigated the proteasomal degradation pathway. Inhibition of the 26S proteasome pathway through MG132 treatment caused accumulation of HIF-1 in chondrocytes but did not result in accumulation of HIF-2 (Fig. 8c). However, HIF-2 alpha overexpressed by Ad- EPas1 infection was regulated by proteasome degradation pathways (Figure 8d). Inhibition of the 26S proteasome pathway by MG132 or PS-341 treatment inhibited the reduction of HIF-2 alpha protein levels caused by the inhibition of Nampt or SirT1 (Fig. 8E and Fig. 8F). In addition, HIF-2 alpha was ubiquitinated and this effect was additionally increased by inhibition of Nampt by FK866 or inhibition of SirT1 by nicotinamide (Fig. 8g). The above results are consistent with the observed HIF-2 alpha protein levels (Figures 8e and 8f).

HIF-2α 프로테아좀 분해는 HIF-2α를 수산화시켜 유비퀴틴화(ubiquination)를 유도하는 PHD(prolyl-4-hydroxylase domain) 단백질(5)에 의해 조절된다. 이와 일치하게도, DMOG(dimethyloxalylglycine) 처리에 의한 하이드록실라제 활성의 억제는 Nampt 또는 SirT1의 억제에 의해 감소된 HIF-2α 단백질 레벨을 회복시켰다(도 8h 및 도 8i). 1차 배양된 연골세포에서 HIF-2α 수산화(hydroxylation)를 담당하는 PHD 이소형(isoforms)을 동정하기 위해, 본 발명자들은 qRT-PCR 분석을 통해 PHD 이소형의 상대적인 발현 레벨을 조사하였다. 자극되지 않은 연골세포에서, PHD2를 인코딩하는 Egln1이 가장 많이 존재하는 이소형인 데 반해 PHD3를 인코딩하는 Egln3가 가장 적게 존재하는 이소형이었다. Ad-EPas1 감염에 의한 HIF-2α 과다발현은 PHD1을 인코딩하는 Egln2의 발현을 조절하지 않았다. 하지만, Egln1(PHD2) 발현은 HIF-2α 과다발현에 의해 약간 증가하였으며, Egln3(PHD3) 발현은 현저하게 증가하였다(도 8j). HIF-2α 과다발현에 의해 유도된 Egln3(PHD3)의 발현 증가는 HIF-의 프로테아좀 분해 과정의 음성 피드백(negative feedback) 조절을 기재한 이전 보고들과 일치되는 결과이다(43, 44). 또한, PHD2가 프로테아좀 분해 과정 동안 HIF-2α 수산화를 조절하는 주요 이소형이라는 사실이 보고되었다(44, 45). 이에, 본 발명자들은 웨스턴 블랏팅을 이용하여 PHD2 단백질 레벨을 조사하였는데, PHD2 단백질 레벨은 FK866에 의한 Nampt의 억제 또는 니코틴아마이드 또는 EX527에 의한 SirT1의 억제를 통해 증가되었다(도 8k). 이전의 다른 보고들과 일치하게도(44, 45), PHD2는 관절 연골세포에서 HIF-2α 수산화를 조절하는 주된 이소형인 것으로 보인다. 종합해 보면, 상술한 결과들은 Nampt 및 SirT1 활성들이 HIF-2α 하이드록실라제 활성을 음성적으로 조절함으로써 HIF-2α 단백질 안정화에 필요하다는 것을 의미한다.
HIF-2α proteasome degradation is regulated by the prolyl-4-hydroxylase domain (PHD) protein (5), which hydrolyzes HIF-2α and induces ubiquitination. Consistently, inhibition of hydroxylase activity by DMOX (dimethyloxalylglycine) treatment restored HIF-2α protein levels reduced by inhibition of Nampt or SirT1 (FIGS. 8h and 8i). To identify PHD isoforms responsible for hydroxylation of HIF-2 alpha in primary cultured chondrocytes, we investigated the relative expression levels of PHD isoforms through qRT-PCR analysis. In unstimulated chondrocytes, Egln1 encoding PHD2 was the most abundant isoform, while Egln3 encoding PHD3 was the least abundant isoform. HIF-2? Overexpression by Ad- EPas1 infection did not regulate the expression of Egln2 encoding PHD1. However, Egln1 (PHD2) expression was slightly increased by HIF-2α overexpression, and Egln3 (PHD3) expression was significantly increased (FIG. 8j). Increased expression of Egln3 (PHD3) induced by HIF-2α overexpression is consistent with previous reports describing negative feedback regulation of the proteasome degradation process of HIF- (43, 44). It has also been reported that PHD2 is the major isoform that regulates HIF-2α hydroxylation during proteasome degradation (44, 45). Thus, we examined the level of PHD2 protein using Western blotting, where the PHD2 protein level was increased through inhibition of Nampt by FK866 or inhibition of SirT1 by nicotinamide or EX527 (FIG. 8k). Consistent with previous reports (44, 45), PHD2 appears to be the predominant isoform of HIF-2α hydrolysis in articular cartilage cells. Taken together, the above results indicate that Nampt and SirT1 activities are required for HIF-2 alpha protein stabilization by negatively regulating HIF-2 alpha hydroxylase activity.

SirT1 활성은 HIF-2α 및 Nampt에 의해 야기된 OA 발병 과정에 필요하다SirT1 activity is required for OA pathogenesis caused by HIF-2 alpha and Nampt

OA 발병 과정에서 HIF-2α 단백질 안정성 및 전사 활성에 대한 Nampt 및 SirT1 조절의 중요성은 Ad-EPas1- 또는 Ad-Nampt-유도된 OA 과정 동안 SirT1 억제제의 IA 공동-주입을 통해 모니터링되었다. FK866에 의한 연골 조직 파괴의 억제와 유사하게도(도 6), SirT1 억제제인 EX527의 IA 주입은 사프라닌-O 염색 및 만킨스 스코어에 의해 확인된 바와 같이 Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt에 의해 유도된 연골 조직 파괴를 현저하게 차단하였다(도 9a). OA 발병 과정을 조절하는 데 관여하는 SirT1의 역할에 대한 일관된 결과로, 1차 배양된 연골세포에 EX527을 처리하여 SirT1을 억제하는 것은 Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt 감염에 의해 유도된 매트릭스-분해 효소들(Mmp3, Mmp9, Mmp12, Mmp13 및 Adamts4)의 상향-조절을 차단하였다(도 9b). 또한, 연골 조직에서 Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt에 의해 유도된 Mmp3 및 Mmp13 레벨의 증가는 EX527의 IA 공동-주입에 의해 억제되었다(도 9c). EX527 처리와 유사하게도, 니코틴아마이드의 IA 공동-주입도 Ad-EPas1- 및 Ad-Nampt-유도된 연골 조직 파괴를 뚜렷하게 차단하였을 뿐 아니라, 매트릭스-분해 효소들의 발현을 억제하였다(도 9d 및 도 9e). 마지막으로, Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt 주입에 의해 야기된 활막염은 니코틴아마이드 또는 EX527 처리에 의한 SirT1 억제를 통해 현저하게 억제되었다(도 9f).
In OA disease process and the importance of Nampt SirT1 control for HIF-2α protein stability and transcriptional activity is Ad- EPas1 - or Ad- Nampt - was monitored by injection - IA co SirT1 inhibitors during the induction process of OA. Similar to inhibition of cartilage tissue destruction by FK866 (Fig. 6), IA infusion of the SirT1 inhibitor EX527 was induced by Ad- EPas1 or Ad- Nampt , as confirmed by the saffranin- O stain and Manckins score Lt; RTI ID = 0.0 &gt; (FIG. 9A). &Lt; / RTI &gt; With consistent results on the role of SirT1 who is responsible for controlling the OA disease process, the primary process the EX527 to cultured chondrocytes to suppress the SirT1 induced by Ad- EPas1 or Ad- Nampt infection matrix-degrading enzyme (Mmp3, Mmp9, Mmp12, Mmp13 and Adamts4) (Fig. 9b). In addition, the increase in Mmp3 and Mmp13 levels induced by Ad- EPas1 or Ad-Nampt in cartilage tissue was inhibited by IA co-injection of EX527 (Fig. 9c). Similar to the process EX527, the nicotinamide IA co-injection also Ad- EPas1 - and Ad- Nampt-hayeoteul as well as significantly block the induced cartilage destruction, matrix was inhibiting the expression of the lyase (FIG. 9d and 9e ). Finally, synovitis induced by Ad- EPas1 or Ad- Nampt infusion was markedly inhibited via nicotinamide or SIRT1 inhibition by EX527 treatment (Fig. 9f).

추가논의사항Additional discussion

연골 조직 항상성을 조절하는 분자적 기작들을 규명하는 것이 OA 연구의 주된 초점이다. OA 발병 과정에 관여하는 이화 시그널들(catabolic signals)은 2가지 주요 경로로 카테고리화될 수 있다: (a) 조직-파괴 효소들(즉, Mmp3, Mmp13 및 Adamts5)의 상향-조절; 및 (b) 연골 조직 ECM(즉, 제2형 콜라겐 및 아그레칸)의 하향-조절. HIF-2α는 염증성 및 조직-파괴 유전자들을 상향-조절하여 OA 발병 과정의 핵심적인 이화 조절인자이다(3). HIF-2α와 Nampt/NAD+/SirT1 축에 의해 상호 조절의 필수적인 기능을 규명한 본 발명자들의 발견은 OA 발병 과정의 분자적 기작들에 대한 새로운 이해를 제공한다. HIF-2α는 Nampt 발현 및 SirT1 활성화를 촉진하고, 이에 따라 Nampt 및 SirT1은 HIF-2α 단백질 안정성 및 전사 활성을 자극한다. Nampt는 이중 경로를 통해 HIF-2α-매개된 OA 발병 과정에 기여한다: (a) eNampt 활동에 의한 매트릭스-분해 효소들의 발현 증폭; 및 (b) iNampt 활동에 의한 NAD+ 합성 및 SirT1 활성화의 촉진. 이후, SirT1은 HIF-2α의 안정성 및 전사 활성을 촉진시켜 이화 인자 발현 및 OA 발병 과정을 증폭시킨다. 결론적으로, 본 발명자들의 결과들은 도 9g에 예시된 바와 같이 HIF-2α 및 Nampt/NAD+/SirT1 경로에 의한 상호 조절의 핵심적인 역할을 확증하고 이에 따른 OA 발병 과정에서 HIF-2α 시그널링의 증폭을 확인시켜 준다.Identifying molecular mechanisms that regulate cartilage tissue homeostasis is the main focus of OA research. Catabolic signals involved in the OA outbreak process can be categorized into two major pathways: (a) up-regulation of tissue-destroying enzymes (i. E., Mmp3, Mmp13 and Adamts5); And (b) down-regulation of cartilage tissue ECM (i.e., type II collagen and aggrecan). HIF-2α is a key regulatory factor in the pathogenesis of OA by up-regulating inflammatory and tissue-destroying genes (3). Our findings, which identified essential functions of mutual regulation by HIF-2? And Nampt / NAD + / SirT1 axes, provide a new understanding of the molecular mechanisms of OA pathogenesis. HIF-2α promotes Nampt expression and SirT1 activation, thus Nampt and SirT1 stimulate HIF-2α protein stability and transcriptional activity. Nampt contributes to the HIF-2α-mediated OA pathogenesis through dual pathways: (a) expression amplification of matrix-degrading enzymes by eNampt activity; And (b) NAD + synthesis by iNampt activity and promotion of SirT1 activation. Subsequently, SirT1 promotes the stability and transcriptional activity of HIF-2 alpha, thereby amplifying the expression of cingulate factors and the pathogenesis of OA. In conclusion, our results confirm the key role of mutual regulation by the HIF-2α and Nampt / NAD + / SirT1 pathways as illustrated in FIG. 9g, and consequently the amplification of HIF-2α signaling during OA development It confirms.

먼저, 본 발명자들은 Nampt 유전자가 연골세포에서 HIF-2α의 직접적인 타겟이라는 것을 발견하였다. 저산소 상태의 지방세포(46) 및 MCF7 유방암세포(47)에서 HIF-1가 Nampt(비스파틴)의 발현을 직접적으로 타겟팅하여 조절한다는 것이 알려져 있을 지라도, Nampt 발현에서 HIF-2α의 역할은 이전까지 보고되어 있지 않다. 특히, 본 발명자들은 HIF-2α가 정상 상태(normoxic conditions)의 연골세포에서 Nampt 발현을 유도한다는 것을 증명하였다. 또한, 본 발명자들은 HIF-2α가 OA 연골 조직에서 Nampt를 상향-조절한다는 것을 확인하였다. 더 나아가, 본 발명자들의 결과들은 마우스에서 실험적 OA의 이화 조절인자로서 Nampt를 확인시켜 주었는데, 이는 Col2a1-Nampt TG 마우스에서 OA 연골조직 파괴 또는 Ad-Nampt 주입된 관절 조직에서 Nampt의 과다발현에 의해 증명된다. Nampt는 OA 발병 과정에서 핵심적인 이펙터(effector)로 기능하는 Mmp3, Mmp12 및 Mmp13(48, 49)을 상향-조절시킴으로써 이화 기능들(catabolic functions)을 수행한다. Ad-Nampt 또는 Ad-EPas1 감염은 iNampt 및 eNampt 모두의 증가를 야기하였다. 더욱이, rNampt의 처리는 Mmp3, Mmp12Mmp13의 상향-조절을 야기하였는 데, 이는 eNampt가 MMP 발현에 기여한다는 것을 의미한다. FK866에 의한 iNampt 억제가 매트릭스-분해 효소들의 Nampt-유도된 발현을 차단한다는 결과로 확인된 바와 같이, iNampt 효소 활성도 MMP 발현에 중요한 기능을 한다. 이와 같은 맥락으로, FK866의 투여는 마우스에서 DMM 수술 또는 Ad-Nampt 또는 Ad-EPas1의 주입에 의해 유도된 실험적 OA를 억제하였다. 현재까지, OA 발병 과정에서 Nampt의 가능한 기능들을 제시하는 인 비트로 연구들(21-24)이 있을 지라도, OA 발병 과정에서의 Nampt의 인 비보 기여는 확립되어 있지 않다. 따라서, 본 발명자들의 결과들은 OA 발병 과정에서 Nampt의 인 비보 이화 기능에 대한 첫 번째 증거이다. Nampt와 다르게, 다른 아디포카인들(즉, 레지스틴, 아디포넥틴 및 렙틴)은 연골세포에서 HIF-2α에 의해 하향-조절되었다. Ad-EPas1-감염된 연골세포에 상술한 아디포카인들의 처리는 MMPs의 HIF-2α-유도된 상향-조절에 영향을 미치지 않았는 데(결과를 보이지 않음), 이는 상술한 아디포카인의 하향-조절이 MMPs의 HIF-2α-유도된 상향-조절에 중요하지 않다는 것을 의미한다.First, the present inventors found that the Nampt gene is a direct target of HIF-2? In chondrocytes. Although it is known that HIF-1 directly targets and regulates the expression of Nampt (non- spontaneous ) in hypoxic adipocytes (46) and MCF7 breast cancer cells (47), the role of HIF- Have not been reported. In particular, the inventors have demonstrated that HIF-2 alpha induces Nampt expression in chondrocytes in normoxic conditions. In addition, the present inventors have confirmed that HIF-2 alpha upregulates Nampt in OA cartilage tissue. Furthermore, our results confirmed Nampt as a cognitive regulator of experimental OA in mice, which was demonstrated by overexpression of Nampt in OA cartilage tissue destruction or Ad- Nampt injected joint tissue in Col2a1-Nampt TG mice do. Nampt performs catabolic functions by up-regulating Mmp3, Mmp12, and Mmp13 (48, 49), which function as key effectors in the OA outbreak process. Ad- Nampt or Ad- EPas1 infection caused an increase in both iNampt and eNampt. Moreover, treatment of rNampt resulted in up-regulation of Mmp3, Mmp12 and Mmp13 , which implies that eNampt contributes to MMP expression. INampt enzyme activity also plays an important role in MMP expression, as confirmed by the inhibition of iNampt by FK866, which blocks Nampt -induced expression of matrix-degrading enzymes. In this context, administration of FK866 inhibited experimental OA induced by DMM surgery or injection of Ad- Nampt or Ad- EPas1 in mice . To date, there is no in vivo contribution of Nampt in the OA outbreak, although there are in-vitro studies (21-24) that suggest possible functions of Nampt in OA outbreaks. Thus, our results are the first evidence for the in vivo function of Nampt in the course of OA outbreaks. Unlike Nampt, other adipokines (ie, resistin, adiponectin and leptin) were down-regulated by HIF-2α in chondrocytes. Treatment of Ad- EPas1 -infected chondrocytes with the above-mentioned adipocines did not affect HIF-2? -Induced up-regulation of MMPs (results not shown), indicating that the adipocine down- Lt; / RTI &gt; is not critical for HIF-2? -Induced up-regulation of MMPs.

HIF-2α-유도된 MMP 발현은 Nampt 효소 활성에 의존적이다. 하지만, Nampt 과다발현은 HIF-2α 발현 또는 전사 활성을 조절함이 없이 MMP 발현을 유도하였는데(결과를 보이지 않음), 이는 MMP 발현의 조절에서 Nampt의 HIF-2α-독립적 기능의 존재를 나타낸다. 이와 함께, Nampt 또는 HIF-2α에 의해 유도된 MMP 발현을 차단한다는 결과에서 증명되듯이, Nampt은 SirT1을 통해 MMP 발현을 유도하였다. 하지만, SirT1 단독의 과다발현은 MMP 발현을 야기하지 않았고, SirT1의 업스트림 엘리먼트인 Nampt 및 HIF-2α의 발현을 조절하지 않았다(결과를 보이지 않음). SirT1 활성이 Nampt- 또는 HIF-2α-유도된 MMP 발현에 필요할 지라도, 상술한 결과들은 HIF-2α 과다발현의 부재 하에서 SirT1 만의 과다발현이 MMP 발현을 유도하기에 충분하지 않다는 것을 의미한다. 또한, 상술한 결과들은 SirT1 기능이 HIF-2α가 과다발현되는 경우에만 핵심적으로 기능한다는 것을 나타낸다. 추가적인 연구들이 MMP 발현 상 Nampt 조절의 SirT1-독립적 경로를 설명하기 위해 필요하지만, 본 발명자들은 p38 미토겐(mitogen)-활성화된 단백질 키나제 또는 JNK(C-Jun N-terminal kinase)의 약리학적 억제가 Nampt-유도된 MMP 발현을 현저하게 차단하는 반면에 NF-κB 또는 ERF(extracellular-signal regulated kinase)의 억제는 MMP 발현을 조절하지 않는다는 것을 발견하였다(결과를 보이지 않음).HIF-2? -Induced MMP expression is dependent on Nampt enzyme activity. However, Nampt overexpression induced MMP expression without modulating HIF-2α expression or transcriptional activity (no results), indicating the presence of Nampt's HIF-2α-independent function in the regulation of MMP expression. In addition, Nampt induced MMP expression through SirT1, as evidenced by the results of blocking Nampt or HIF-2α-induced MMP expression. However, overexpression of SirT1 alone did not induce MMP expression, nor did it regulate the expression of the upstream elements of SirT1, Nampt and HIF-2? (Results not shown). Although SirT1 activity is required for Nampt- or HIF-2? -Induced MMP expression, the above results indicate that overexpression of SirTl alone in the absence of HIF-2? Overexpression is not sufficient to induce MMP expression. In addition, the above results indicate that the SirT1 function is critical only when HIF-2 alpha is overexpressed. Although further studies are needed to account for the SirT1-independent pathway of Nampt regulation on MMP expression, the present inventors have found that pharmacological inhibition of p38 mitogen-activated protein kinase or JNK (C-Jun N-terminal kinase) Found that inhibition of NF-κB or ERF (extracellular-signal regulated kinase) does not regulate MMP expression, while blocking Nampt-induced MMP expression markedly.

iNampt는 NAD+ 생산을 유발하고, 이는 NAD+-의존성 디아세틸라제인 SirT1를 활성화시킨다(25, 26). 본 발명자들은 Nampt 또는 HIF-2α의 과다발현이 연골세포에서 NAD+ 레벨을 증가시키고 이를 통해 SirT1 활성화를 유발한다는 것을 발견하였다. SirT1은 히스톤 및 다양한 전사 인자들을 탈아세틸화시켜 타겟 유전자 발현을 조절한다(26). 연골세포에서 OA 발병 과정을 조절하는 이화 시그널들 중에서 SirT1은 논란의 여지가 있을 지라도 연골 조직 ECM 유전자 발현을 조절하는 것으로 보인다. 예를 들어, SirT1 활성화는 IL 1β-유도된 연골세포의 탈분화(dedifferentiation) 과정 동안 Col2a1 발현을 억제한다(24). 이와 대조적으로, SirT1 활성은 전사 인자 Sox-9의 조절을 통해 Col2a1을 포함하는 연골 조직 ECM 유전자들의 발현에 필수적인 데(33-35), 이는 Nampt의 다운스트림에서 기능하는 SirT1이 연골 조직-보호 동화 기능을 수행할 수 있다(27, 28)는 것을 제시한다. 상기 예측은 SirT1의 업스트림 활성인자인 Nampt의 친-염증성 및 이화 기능들(9-12)과 다소 모순적이다. 연골 조직 ECM 유전자들의 조절과 달리, MMPs 같은 조직-파괴 효소들의 발현에서 SirT1의 역할이 이전까지 보고되지 않았다. 본 연구에서, 본 발명자들은 SirT1 단독 과다발현이 매트릭스-분해 효소들의 발현을 유발하지 않을 지라도 SirT1 활성이 연골세포에서 Nampt- 및 HIF-2α-유도된 MMP 발현에 중요하다는 것을 발견하였다. 이는 SirT1 억제제의 처리가 Nampt- 및 HIF-2α-유도된 MMP 발현을 거의 완벽하게 억제한다는 결과로 증명된다. 이러한 SirT1의 인 비트로(즉, 1차 배양된 연골세포) 이화 기능들은 SirT1의 인 비보(즉, 매트릭스-분해 효소들의 증가된 발현에 따른 OA 연골 조직 파괴) 이화 기능들과 잘 부합된다.iNampt induces NAD + production, which activates the NAD + -dependent diacetylase, SirT1 (25, 26). The present inventors have found that overexpression of Nampt or HIF-2 alpha increases NAD + levels in chondrocytes and thereby induces SirT1 activation. SirT1 deacetylates histones and a variety of transcription factors to regulate target gene expression (26). Of the echogenic signals that regulate the onset of OA in chondrocytes, SirT1 seems to regulate cartilage tissue ECM gene expression, albeit controversial. For example, SirT1 activation inhibits expression of Col2a1 during dedifferentiation of IL 1β-induced chondrocytes (24). In contrast, SirT1 activity is essential for the expression of EC2 genes in the cartilage including Col2a1 through modulation of the transcription factor Sox-9 (33-35), suggesting that SirT1 functioning downstream of Nampt is involved in cartilage tissue- (27, 28), as shown in Fig. The prediction is somewhat contradictory to the proinflammatory and catabolic functions (9-12) of Nampt, the upstream activator of SirTl. Unlike the regulation of cartilage ECM genes, the role of SirT1 in the expression of tissue-destructive enzymes such as MMPs has not been previously reported. In this study, we found that SirTl activity is important for Nampt- and HIF-2? -Induced MMP expression in chondrocytes, even though SirTl alone overexpression does not induce expression of matrix-degrading enzymes. This proves that the treatment of the SirT1 inhibitor almost completely inhibits Nampt- and HIF-2? -Induced MMP expression. These in vitro (ie, primary cultured chondrocytes) catabolic functions of SirT1 are in good agreement with the in vivo function of SirT1 (ie OA cartilage tissue destruction due to increased expression of matrix-degrading enzymes).

수많은 인 비트로 연구들에도 불구하고, 매우 적은 연구들만이 인 비보 OA 발병 과정에서의 SirT1 기능을 제안하였다. HIF-2α 시그널링에서 SirT1의 자극 효과에 따른 연골세포에서 MMPs 발현과 함께, 본 발명자들은 SirT1이 OA 발병 과정에서 이화 기능들을 수행한다는 것을 발견하였다. SirT1의 이화 기능은 SirT1 활성의 약리학적 억제 또는 SirT1의 업스트림 활성인자인 Nampt의 억제가 마우스에서 DMM 수술 또는 Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt의 IA 주입에 의해 유도된 실험적 OA를 차단한다는 결과에 의해 확인된다. 하지만, 본 발명자들의 결과들과 달리 이질접합체 SirT1-KO 마우스(Sirt1 +/- )가 증가된 연골세포 아팝토시스 및 증대된 OA 심각성을 보인다는 것이 최근에 보고되었다(31). 유사하게도, SirT1-결핍(lacking) 효소 활성을 가지는 변이체(variant)를 동반하는 돌연변이 마우스는 나이가 들어감에 따라 증가된 연골 조직 분해율을 나타내는 손상된 연골 조직을 가진다(50). 본 발명자들의 결과와 Sirt1 +/- 및 SirT1 돌연변이 마우스를 이용하여 얻어진 상기 결과들 간의 불일치는 어느 정도 모순적이다. 이와 관련하여, Sirt1 +/- 및 SirT1 돌연변이 마우스는 연골 조직 및 뼈 발달에 결함을 나타내 작은 골격 크기; 무릎 관절, 두개골, 흉곽 및 척추 내 연골 조직의 감소; 및 낮은 골 미네랄화(less bone mineralization)을 초래한다(31, 50). 상술한 표현형은 상기 마우스에서 관찰되는 이화 효과들에 기여할 수 있다. 또한, 상기 불일치는 실험 조건의 차이를 반영하는 것일 수 있다. 본 발명자들은 DMM 수술 또는 Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt의 IA 주입에 의해 실험적 OA를 마우스에 유도하였다. 상기 조건들 하에서, Nampt 활성화의 다운스트림 이벤트들인 NAD+ 생산 및 SirT1 활성화가 OA 발병 과정에 필수적인 HIF-2α 단백질의 안정성 및 전사 활성을 증가시킨다. 하지만, SirT1 단독의 과다발현은 이화 인자들의 발현을 유도하기에 충분하지 않다. 본 발명자들의 실험 조건과 달리, 이전 연구들은 노화에 따른 자발성 연골 조직 퇴행을 조사하기 위해 Sirt1 +/- 및 SirT1 돌연변이 마우스를 이용하였다(31, 50). 그럼에도 불구하고, SirT1은 연골세포 아팝토시스를 억제하고 ECM 유전자 발현을 자극함으로써 연골 조직에서 동화 효과들(anabolic effects)를 나타내는 것처럼 보일 지라도, 본 연구에서 증명된 Nampt 및 SirT1의 인 비보 이화 효과들은 조직-파괴 유전자들(예컨대, Mmp3, Mmp12Mmp13)을 상향-조절하는 Nampt/SirT1 경로의 능력이 연골 조직에서 SirT1의 동화 효과들을 압도하여 OA 발병 과정을 야기한다는 것을 보여준다.Despite numerous in vitro studies, very few studies have suggested SirT1 function in the in vivo OA outbreak process. Along with the expression of MMPs in chondrocytes following stimulation of SirT1 in HIF-2? Signaling, the present inventors have found that SirT1 performs catabolic functions in the course of OA development. The catabolic function of SirT1 is confirmed by the results of pharmacological inhibition of SirT1 activity or inhibition of Nampt, an upstream activator of SirT1, blocking experimental OA induced by DMM surgery or IA injection of Ad- EPas1 or Ad- Nampt in mice do. However, unlike the results of the present inventors, heterozygous SirTl-KO mice ( Sirt1 +/- ) have recently been reported to exhibit increased chondrocyte apoptosis and increased OA severity (31). Similarly, mutant mice with variants with SirT1-deficient enzyme activity have damaged cartilage tissue that exhibit increased cartilage degradation rates as they age (50). Discrepancies between the results of the present inventors and the above results obtained using Sirt1 +/- and SirTl mutant mice are somewhat contradictory. In this regard, Sirt1 +/- and SirTl mutant mice exhibit defects in cartilage tissue and bone development with small skeletal size; Reduction of cartilage tissue in the knee joints, skulls, thorax and vertebrae; And less bone mineralization (31, 50). The above-described phenotype can contribute to the catabolic effects observed in the mouse. In addition, the discrepancy may reflect the difference in experimental conditions. We induced experimental OA in mice by DMM surgery or IA injection of Ad- EPas1 or Ad- Nampt . Under these conditions, the downstream events of Nampt activation, NAD + production and SirT1 activation, increase the stability and transcriptional activity of the HIF-2 [alpha] protein essential for OA pathogenesis. However, overexpression of SirT1 alone is not sufficient to induce the expression of catabolic factors. Unlike our experimental conditions, previous studies used Sirt1 +/- and SirTl mutant mice to investigate spontaneous cartilage regression following aging (31, 50). Nonetheless, although SirT1 appears to exhibit anabolic effects in cartilage tissue by inhibiting chondrocyte apoptosis and stimulating ECM gene expression, the in vivo effects of Nampt and SirT1 demonstrated in this study The ability of the Nampt / SirT1 pathway to up-regulate tissue-destroying genes (e.g., Mmp3, Mmp12, and Mmp13 ) overwhelms the assimilation effects of SirT1 in cartilage tissue, resulting in OA pathogenesis.

또한, 본 발명자들은 Nampt/SirT1 경로의 이화 기능들이 HIF-2α의 증가된 안정성 및 전사 활성에 기여한다는 것을 발견하였다. SirT1은 저산소 상태의 Hep3B 및 HEK293 세포에서 HIF-2α을 탈아세틸화시켜 HIF-2α의 전사 활성을 자극한다고 알려져 있다(36, 37). 항-아세틸(Ac-Histone 3 또는 Ac-Lys) 항체들을 이용하여, 본 발명자들은 탈아세틸화된 히스톤 H3를 검출하였다(결과를 보이지 않음). 하지만, 본 발명자들은 본 발명자들의 실험 조건 하의 연골세포에서 HIF-2α 탈아세틸화에 대한 어떠한 증거도 찾을 수 없었다. 무엇보다도, 본 발명자들은 Nampt/SirT1 경로가 HIF-2α 수산화를 음성적으로 조절한다는 것을 발견하였는데, 이는 프로테아좀 분해를 위해 필수적인 전제조건이다(5, 6). 더욱이, Sirt1가 저산소 상태의 Hep3B 및 HT1080 세포에서 HIF-2α에 의해 상향-조절될 지라도(37), 본 발명자들은 HIF-2α가 Sirt1 발현 상의 변화 없이 Nampt 활성화의 결과로서 연골세포에서 SirT1를 활성화시킨다는 것을 발견하였다(결과를 보이지 않음). 최근 보고(51)에 따르면, 저산소 상태의 간세포성 암종 세포에서 HIF-1 안정성이 SirT1에 의해 조절되는 데, 이는 SirT1의 억제가 HIF-1 축적을 억제하고 SirT1 과다발현이 저산소 상태에서의 HIF-1 단백질의 안정성을 증가시킨다는 것을 의미한다. 상기 결과는 SirT1에 의한 HIF-2α 단백질 안정성의 조절과 유사하다. HIF-1 및 HIF-2α 간의 많은 유사한 세포내 활성에도 불구하고, HIF-1와 HIF-2α는 독특한 세포내 활성을 나타낼 뿐 아니라 몇몇 경우에는 반대 활성을 나타내는 경우도 있다(5). HIF-2α와 유사하게도, HIF-1도 SirT1에 의해 탈아세틸화되지만, HIF-2α의 경우와는 대조적으로 HIF-1 전사 활성의 억제를 야기한다(52). 본 발명자들의 발견들은 Nampt 또는 SirT1 활성의 결핍(loss)이 연골세포에서 HIF-2α 단백질 레벨을 극적으로 감소시킨다는 것을 보여준다. 하이드록실라제의 억제가 Nampt 또는 SirT1의 억제에 의해 야기된 HIF-2α 단백질 레벨의 감소를 차단하다는 관찰에 의해 증명된 바와 같이, 상기 효과는 HIF-2α의 수산화(hydroxylation)에 기인하는 것으로 보인다. 또한, 본 발명자들은 HIF-2α 단백질 안정성의 조절이 다양한 실험 마우스 모델에서 OA 발병 과정에 중요하다는 것을 증명하였다. 특히, 본 발명자들은 FK866에 의한 iNampt의 억제 또는 EX527 또는 니코틴아마이드에 의한 SirT1의 억제가 DMM 수술 또는 Ad-Nampt 또는 Ad-EPas1의 IA 주입에 의해 유도된 OA 연골 조직 파괴를 억제시킨다는 것을 관찰하였다.In addition, the present inventors have found that the catabolic functions of the Nampt / SirT1 pathway contribute to the increased stability and transcriptional activity of HIF-2α. SirT1 is known to stimulate the transcriptional activity of HIF-2α by deacetylating HIF-2α in hypoxic Hep3B and HEK293 cells (36, 37). Using anti-acetyl (Ac-Histone 3 or Ac-Lys) antibodies, we detected deacetylated histone H3 (results not shown). However, the inventors could not find any evidence for HIF-2? Deacetylation in chondrocytes under the experimental conditions of our inventors. Above all, the present inventors have found that the Nampt / SirT1 pathway regulates HIF-2 alpha hydroxylation spontaneously, which is a prerequisite for proteasome degradation (5, 6). Moreover, although Sirtl is up-regulated by HIF-2? In Hep3B and HT1080 cells in hypoxic conditions (37), we believe HIF-2? Activates SirT1 in chondrocytes as a result of Nampt activation without altering Sirt1 expression (Results not shown). According to a recent report (51), HIF-1 stability is regulated by SirT1 in hypoxic hepatocellular carcinoma cells because inhibition of SirT1 inhibits HIF-1 accumulation and HIF- 1 &lt; / RTI &gt; protein. The results are similar to the control of HIF-2? Protein stability by SirT1. Despite many similar intracellular activities between HIF-1 and HIF-2α, HIF-1 and HIF-2α not only have unique intracellular activity but also in some cases exhibit counteractivity (5). Similar to HIF-2α, HIF-1 is also deacetylated by SirT1, but in contrast to HIF-2α, it inhibits HIF-1 transcriptional activity (52). Our findings show that the loss of Nampt or SirT1 activity dramatically reduces HIF-2 alpha protein levels in cartilage cells. This effect appears to be due to the hydroxylation of HIF-2 alpha, as demonstrated by the observation that inhibition of hydroxylase blocks the reduction of HIF-2 alpha protein levels caused by the inhibition of Nampt or SirT1 . In addition, the inventors have demonstrated that modulation of HIF-2 alpha protein stability is important in OA pathogenesis in various experimental mouse models. In particular, the inventors have observed that inhibition of iNampt by FK866 or inhibition of SirT1 by EX527 or nicotinamide inhibits OA cartilage tissue destruction induced by DMM surgery or IA injection of Ad- Nampt or Ad- EPas1 .

Nampt 및 SirT1 경로에 의한 매트릭스-분해 효소들의 조절 이외에도, 본 발명의 결과들은 Ad-Nampt의 IA 주입이 활막염을 야기하고, 이는 FK866 처리에 의한 Nampt 효소 활성의 억제 또는 EX527 또는 니코틴아마이드 처리에 의한 SirT1 활성의 억제에 의해 차단된다는 것을 보여준다. OA는 연골 조직, 활막 및 연골하골(subchondral bone)을 포함하는 모든 관절 조직들을 포함하는 질병으로, Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt 주입에 의해 야기된 활막염은 연골 조직 파괴에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, Nampt 또는 SirT1 억제제의 억제 효과는 연골 조직 파괴 상의 관찰된 효과들에 기여할 수 있다. 하지만, DMM 수술에 의해 야기된 연골 조직 파괴 및 노화에 따른 자발성 연골 조직 파괴는 WT 마우스와 비교하여 연골세포-특이적 Nampt TG 마우스에서 현저하게 증가된다. 이것은 연골세포에 대한 Ad-EPas1 또는 Ad-Nampt의 효과가 OA 연골 조직 파괴에 중요한 기능을 한다는 것을 의미한다.In addition to the modulation of the matrix-degrading enzymes by the Nampt and SirT1 pathways, the results of the present invention show that IA injection of Ad- Nampt results in synovitis, which inhibits Nampt enzyme activity by treatment with FK866 or SirT1 by EX527 or nicotinamide treatment Lt; / RTI &gt; is blocked by inhibition of the activity. OA is a disease involving all the joint tissues including cartilage, synovial and subchondral bone, and synovitis caused by Ad- EPas1 or Ad- Nampt injection may affect cartilage tissue destruction. Thus, the inhibitory effect of Nampt or SirT1 inhibitors may contribute to the observed effects on cartilage tissue destruction. However, spontaneous cartilage tissue destruction caused by cartilage destruction and aging induced by DMM surgery is significantly increased in cartilage cell-specific Nampt TG mice compared to WT mice. This means that the effect of Ad- EPas1 or Ad- Nampt on cartilage cells plays an important role in OA cartilage tissue destruction.

한편, 본 발명자들의 주요 발견들 중 하나는 HIF-2α 및 Nampt/NAD+/SirT1 경로에 의한 상호 조절로, OA 발병 과정 동안 매트릭스-분해 효소들의 발현을 조절하는 데 포함된 HIF-2α 시그널링의 양성 피드백 증폭을 초래한다는 것이다(도 9c). IL 1β 같은 친-염증성 사이토카인들 또는 DMM 수술 같은 기계적 스트레스는 HIF-2α를 상향-조절시켜 연골세포에서 조직-파괴 효소들을 인코딩하는 유전자들의 발현을 직접적으로 타겟하여 조절한다(3). 매트릭스-분해 효소들(Mmp3, Mmp12 및 Mmp13)의 발현은 HIF-2α-의존적 eNampt 활동에 의해 증폭된다. 보다 중요하게는, 상술한 이화 인자들을 인코딩하는 유전자들에 대한 HIF-2α의 전사 활성은 iNampt/NAD+/SirT1 경로에 의한 HIF-2α 단백질의 안정화(stabilization)에 의해 증폭된다. 연골 조직 파괴의 정도는 DMM 수술에서 보여지는 정도와 유사한 효과는 나타내는 HIF-2α 과다발현에서 가장 명백하다. 연골 조직 파괴는 Ad-EPas1 주입과 비교하여 Ad-Nampt 주입에서 덜하다. 이것은 OA 연골 조직 파괴를 초래하는 시그널링에서 HIF-2α 시그널링이 Nampt/SirT1 경로에 의해 증폭되는 것과 일치하는 결과이다.
On the other hand, one of the main discoveries of the present inventors is that mutual regulation by the HIF-2 alpha and Nampt / NAD + / SirT1 pathways leads to the positive of HIF-2 alpha signaling involved in regulating the expression of matrix- Resulting in feedback amplification (Figure 9c). Mechanical stresses such as pro-inflammatory cytokines such as IL-1β or DMM surgery directly target and regulate the expression of genes encoding up-to-date tissue-destroying enzymes in chondrocytes by up-regulating HIF-2α. The expression of matrix-degrading enzymes ( Mmp3, Mmp12 and Mmp13 ) is amplified by HIF-2α-dependent eNampt activity. More importantly, the transcriptional activity of HIF-2α to genes encoding the above-described cognitive factors is amplified by the stabilization of the HIF-2α protein by the iNampt / NAD + / SirT1 pathway. The degree of cartilage tissue destruction is most apparent in HIF-2α overexpression, which is similar to that seen in DMM surgery. Cartilage destruction in less Ad- Nampt injection compared with Ad- EPas1 injection. This is consistent with HIF-2α signaling amplified by the Nampt / SirT1 pathway in signaling resulting in OA cartilage tissue destruction.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 어떤 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명 의 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 invention. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

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Gly Gln Pro Leu Arg His Leu     770 775 780 Pro Pro Pro Gln Pro Pro Ser Thr Arg Ser Ser Gly Glu Asn Ala Lys 785 790 795 800 Thr Gly Phe Pro Pro Gln Cys Tyr Ala Ser Gln Phe Gln Asp Tyr Gly                 805 810 815 Pro Pro Gly Ala Gln Lys Val Ser Gly Val Ala Ser Arg Leu Leu Gly             820 825 830 Pro Ser Phe Glu Pro Tyr Leu Leu Pro Glu Leu Thr Arg Tyr Asp Cys         835 840 845 Glu Val Asn Val Pro Val Gly Ser Ser Thr Leu Leu Gln Gly Arg     850 855 860 Asp Leu Leu Arg Ala Leu Asp Gln Ala Thr 865 870 <210> 3 <211> 2094 <212> DNA <213> Mus musculus <400> 3 atggcggacg aggtggcgct cgcccttcag gccgccggct ccccttccgc ggcggccgcc 60 atggaggccg cgtcgcagcc ggcggacgag ccgctccgca agaggccccg ccgagacggg 120 cctggcctcg ggcgcagccc gggcgagccg agcgcagcag tggcgccggc ggccgcgggg 180 tgtgaggcgg cgagcgccgc ggccccggcg gcgctgtggc gggaggcggc aggggcggcg 240 gcgagcgcgg agcgggaggc cccggcgacg gccgtggccg gggacggaga caatgggtcc 300 ggcctgcggc gggagccgag ggcggctgac gacttcgacg acgacgaggg cgaggaggag 360 gcgaggcgg 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Val Ile Asn Ile Leu Ser Glu Pro Pro Lys Arg Lys Lys Arg Lys Asp             180 185 190 Ile Asn Thr Ile Glu Asp Ala Val Lys Leu Leu Gln Glu Cys Lys Lys         195 200 205 Ile Ile Val Leu Thr Gly Ala Gly Val Ser Ser Ser Cys Gly Ile Pro     210 215 220 Asp Phe Arg Ser Ser Asp Gly Ile Tyr Ala Arg Leu Ala Val Asp Phe 225 230 235 240 Pro Asp Leu Pro Asp Pro Gln Ala Met Phe Asp Ile Glu Tyr Phe Arg                 245 250 255 Lys Asp Pro Arg Pro Phe Phe Lys Phe Ala Lys Glu Ile Tyr Pro Gly             260 265 270 Gln Phe Gln Pro Ser Leu Cys His Lys Phe Ile Ala Leu Ser Asp Lys         275 280 285 Glu Gly Lys Leu Leu Arg Asn Tyr Thr Gln Asn Ile Asp Thr Leu Glu     290 295 300 Gln Val Ala Gly Ile Gln Arg Ile Leu Gln Cys His Gly Ser Phe Ala 305 310 315 320 Thr Ala Ser Cys Leu Ile Cys Lys Tyr Lys Val Asp Cys Glu Ala Val                 325 330 335 Arg Gly Asp Ile Phe Asn Gln Val Val Pro Arg Cys Pro Arg Cys Pro             340 345 350 Ala Asp Glu Pro Leu Ala Ile Met Lys Pro Glu Ile Val Phe Phe Gly         355 360 365 Glu Asn Leu Pro Glu Gln Phe His Arg Ala Met Lys Tyr Asp Lys Asp     370 375 380 Glu Val Asp Leu Leu Ile Val Ile Gly Ser Ser Leu Lys Val Arg Pro 385 390 395 400 Val Ala Leu Ile Pro Ser Ser Ile Pro His Glu Val Pro Gln Ile Leu                 405 410 415 Ile Asn Arg Glu Pro Leu Pro His Leu His Phe Asp Val Glu Leu Leu             420 425 430 Gly Asp Cys Asp Val Ile Ile Asn Glu Leu Cys His Arg Leu Gly Gly         435 440 445 Glu Tyr Ala Lys Leu Cys Cys Asn Pro Val Lys Leu Ser Glu Ile Thr     450 455 460 Glu Lys Pro Pro Arg Pro Gln Lys Glu Leu Val His Leu Ser Glu Leu 465 470 475 480 Pro Pro Thr Pro Leu His Ile Ser Glu Asp Ser Ser Ser Pro Glu Arg                 485 490 495 Thr Val Pro Gln Asp Ser Ser Val Ile Ala Thr Leu Val Asp Gln Ala             500 505 510 Thr Asn Asn Val Asn Asp Leu Glu Val Ser Glu Ser Ser Cys Val         515 520 525 Glu Glu Lys Pro Gln Glu Val Gln Thr Ser Arg Asn Val Glu Asn Ile     530 535 540 Asn Val Glu Asn Pro Asp Phe Lys Ala Val Gly Ser Ser Thr Ala Asp 545 550 555 560 Lys Asn Glu Arg Thr Ser Val Ala Glu Thr Val Arg Lys Cys Trp Pro                 565 570 575 Asn Arg Leu Ala Lys Glu Gln Ile Ser Lys Arg Leu Glu Gly Asn Gln             580 585 590 Tyr Leu Phe Val Pro Pro Asn Arg Tyr Ile Phe His Gly Ala Glu Val         595 600 605 Tyr Ser Asp Ser Glu Asp Asp Val Leu Ser Ser Ser Ser Cys Gly Ser     610 615 620 Asn Ser Asp Ser Gly Thr Cys Gln Ser Pro Ser Leu Glu Glu Pro Leu 625 630 635 640 Glu Asp Glu Ser Glu Ile Glu Glu Phe Tyr Asn Gly Leu Glu Asp Asp                 645 650 655 Thr Glu Arg Pro Glu Cys Ala Gly Gly Ser Gly Phe Gly Ala Asp Gly             660 665 670 Gly Asp Gln Glu Val Val Asn Glu Ala Ile Ala Thr Arg Gln Glu Leu         675 680 685 Thr Asp Val Asn Tyr Pro Ser Asp Lys Ser     690 695

Claims (16)

다음의 단계를 포함하는 관절 질환(joint diseases)의 예방 또는 치료용 물질의 스크리닝 방법:
(a) HIF-2α(hypoxia-inducible factor-2α)-인코딩 뉴클레오타이드 서열 및 SirT1(silent information regulator 1)-인코딩 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 세포 또는 조직에 분석하고자 하는 시험물질을 처리하는 단계; 및
(b) 상기 세포 또는 조직에서 상기 SirT1 단백질을 분석하는 단계로서,
상기 시험물질이 상기 SirT1 단백질의 활성화 억제를 통해 HIF-2α 단백질의 안정성(stability) 및 전사 활성(transcriptional activity)을 억제시키면 관절 질환의 예방 또는 치료용 물질로 판단되는 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
A method for screening a substance for the prevention or treatment of joint diseases comprising the steps of:
(a) treating a test substance to be analyzed in a cell or tissue comprising a hypoxia-inducible factor-2 alpha (HIF-2 alpha) -encoding nucleotide sequence and a silent information regulator 1 (SirT1) -encoding nucleotide sequence; And
(b) analyzing the SirT1 protein in the cell or tissue,
Wherein the test substance is judged to be a substance for preventing or treating joint disease by inhibiting the stability and transcriptional activity of the HIF-2α protein through inhibition of activation of the SirT1 protein.
제 1 항에 있어서, 상기 SirT1 단백질의 활성화는 매트릭스-분해 효소의 발현을 mRNA 또는 단백질 레벨에서 증가시키는 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
2. The screening method according to claim 1, wherein the activation of the SirT1 protein increases the expression of the matrix-degrading enzyme at an mRNA or protein level.
제 2 항에 있어서, 상기 매트릭스-분해 효소는 매트릭스 메탈로프로티나제(matrix metalloprotenase, MMP)-3, Mmp-9, Mmp-12, Mmp-13 또는 Adamts4(a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs)인 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
The method according to claim 2, wherein the matrix-degrading enzyme is matrix metalloproteinase (MMP) -3, Mmp-9, Mmp-12, Mmp-13 or Adamts4 (a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs) .
제 1 항에 있어서, 상기 SirT1 단백질의 활성화는 하이드록실라제(hydroxylase) 활성을 촉진시켜 HIF-2α의 수산화(hydroxylation)를 유발하여 HIF-2α의 프로테아좀 분해(proteasomal degradation)을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
The method according to claim 1, wherein activation of the SirT1 protein promotes hydroxylase activity to induce hydroxylation of HIF-2 alpha, thereby promoting proteasomal degradation of HIF-2 alpha Wherein the screening method comprises the steps of:
제 4 항에 있어서, 상기 하이드록실라제 활성을 가지는 단백질은 PHD(prolyl-4-hydroxylase domain)2 또는 PHD3 단백질인 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
The screening method according to claim 4, wherein the protein having the hydroxylase activity is prolyl-4-hydroxylase domain (PHD) 2 or PHD3 protein.
제 1 항에 있어서, 상기 세포 또는 조직은 관절(joint)-유래된 세포 또는 관절 조직인 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
The screening method according to claim 1, wherein the cell or tissue is a joint-derived cell or a joint tissue.
제 6 항에 있어서, 상기 관절 조직은 가동관절(articulating joints)인 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
The screening method according to claim 6, wherein the joint tissue is articulating joints.
제 7 항에 있어서, 상기 가동관절은 손목, 팔꿈치, 어깨, 발목, 무릎, 엉덩이, 척추, 측두-하악 또는 수근중수 관절인 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
The screening method according to claim 7, wherein the movable joint is a wrist, an elbow, a shoulder, an ankle, a knee, a hip, a vertebra, a temporomandibular joint or a carpometacarpal joint.
제 1 항에 있어서, 상기 시험물질은 siRNA, shRNA, miRNA, 리보자임(ribozyme), DNAzyme, PNA(peptide nucleic acids), 안티센스 올리고뉴클레오타이드, 펩타이드, 항체, 앱타머, 천연추출물 또는 화학물질인 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
The method of claim 1, wherein the test substance is selected from the group consisting of siRNA, shRNA, miRNA, ribozyme, DNAzyme, peptide nucleic acids, antisense oligonucleotide, peptide, antibody, aptamer, .
제 1 항에 있어서, 상기 관절 질환은 퇴행성 관절염(degenerative arthritis), 박리성 골연골염, 반월상 연골판 손상 후 관절증 또는 관절염, 관절의 부정정렬, 무혈성 괴사증, 관절증(arthroses), 연골 결손(isolated chondral defect), 무릎 연골연화증(chondromalacia patellae), 활막염, 활액낭염, 외상성 삼출(traumatic effusion), 인대 결핍 관절증(ligamentous deficiency arthroses), 이단성 골연골염(osteochondritis dissecans, OCD), 슬개골 불안정성(patellar instability), 류마티스성 관절염, 소아 특발성 관절염, 소년성 관절염(juvenile arthritis), 외상 후 관절염, 염증성 관절염, 감염으로 인한 관절염(septic arthritis), 낭창(lupus), 공피증(scleroderma), 건염, 섬유조직염, 섬유근육염 또는 다발성 근염인 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
The method according to claim 1, wherein the arthritic disease is selected from the group consisting of degenerative arthritis, peelable osteochondritis, postmenopausal osteoarthritic arthritis or arthritis, malunion of joints, avascular necrosis, arthroses, ), Chondromalacia patellae, synovitis, bursitis, traumatic effusion, ligamentous deficiency arthroses, osteochondritis dissecans (OCD), patellar instability, rheumatoid arthritis Inflammatory arthritis, septic arthritis, lupus, scleroderma, tendonitis, fibromyalgia, fibromyalgia, or multiple myositis, including, but not limited to, inflammatory bowel disease, juvenile idiopathic arthritis, juvenile arthritis, .
제 10 항에 있어서, 상기 관절 질환은 퇴행성 관절염인 것을 특징으로 하는 스크리닝 방법.
11. The screening method according to claim 10, wherein the joint disease is degenerative arthritis.
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