KR101559481B1 - Method for inducing differentiation of human pluripotent stem cells into nephron progenitor cells - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인간 다능성 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSCs)로부터 네프론 전구세포(nephron progenitor cells; NPCs) 분화 유도 방법 및 이에 이용되는 분화 유도용 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로 인간 다능성 줄기세포를 개별 조건에서 특수 배양하여 정상적인 신장 발달 과정에 있어서 주요 단계인 중내배엽인 원시선, 중간 중배엽 및 네프론 전구세포로 쉽게 분화시킴으로써, 향후 분화된 신장전구세포를 손상된 신장계의 치료, 및 중배엽계 조직 및 구조들의 세포 대체 치료에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대한다.The present invention relates to a method for inducing the differentiation of nephron progenitor cells (NPCs) from human pluripotent stem cells (hPSCs) and a composition for inducing differentiation therefrom. More specifically, the present invention relates to human pluripotent stem cells By differentiating the differentiated kidney progenitor cells into the kidney, intermediate mesoderm and nephron precursor cells, which are the main steps in the normal kidney development process, the special kidney progenitor cells are treated with the special cultivation under the individual conditions and the mesodermal system tissues and structures And it is expected to be useful for cell replacement therapy.

Description

인간 다능성 줄기세포를 네프론 전구세포로 분화시키는 방법{Method for inducing differentiation of human pluripotent stem cells into nephron progenitor cells}The present invention relates to a method for inducing differentiation of human pluripotent stem cells into nephron progenitor cells,

본 발명은 인간 다능성 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSCs)로부터 네프론 전구세포(nephron progenitor cells; NPCs) 분화 유도 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for inducing differentiation of nephron progenitor cells (NPCs) from human pluripotent stem cells (hPSCs).

줄기세포(stem cell)는 조직을 구성하는 각 세포로 분화되기 전단계의 세포로서, 미분화 상태에서 무한 증식이 가능한 자가증식능 및 특정 분화 자극에 의해 다양한 조직의 세포로 분화될 수 있는 잠재적 가능성인 다분화능을 가진 세포를 말한다. 즉, 배양을 계속하여도 자가증식 능력이 떨어지지 않고 유지되며, 여러 종류의 세포로 분화가 가능해야 한다.Stem cells are pre-stage cells that differentiate into the cells constituting the tissue. They are self-renewing ability capable of infinite proliferation in undifferentiated state, and pluripotent stem cells, which are potential potential for differentiation into various tissue cells by specific differentiation stimulus ≪ / RTI > That is, even if the culture is continued, the self-proliferating ability is maintained without deteriorating, and it is possible to differentiate into various kinds of cells.

줄기세포는 분화 가능성에 따라 크게 배아줄기세포(embryonic stem cell; ESCs) 및 성체 줄기세포(adult stem cells; ASCs)로 나뉜다. 정자와 난자가 만나 수정된 후 발생과정이 일어나고 형태형성을 하게 되는데 이때 세포는 증식, 이동, 분화 과정을 겪게 된다. 배아줄기세포는 수정란이 형성된 후 자궁내막에 착상하기 전의 매우 초기 단계인 포배기(blastocyst) 배아 중 태아로 발생할 세포괴(inner cell mass; ICM)로부터 분리해낸 줄기세포로서, 내배엽, 외배엽 및 중배엽의 세 가지의 배엽(embryonic germ layer)에 의해 생성되는 모든 조직의 세포로 분화될 수 있는 잠재력이 있는(pluripotent) 세포이다.Stem cells are divided into embryonic stem cells (ESCs) and adult stem cells (ASCs) depending on the possibility of differentiation. After the sperm and the egg meet, they are fertilized and the morphogenesis takes place. At that time, the cells undergo proliferation, migration and differentiation. Embryonic stem cells are stem cells isolated from the inner cell mass (ICM) of the embryo, which is a very early stage of blastocyst embryo formation before embryo implantation. Embryonic stem cells are divided into three types: endoderm, ectoderm and mesodermal It is a pluripotent cell that can be differentiated into cells of all tissues produced by the embryonic germ layer.

반면, 성체 줄기세포는 발생과정이 끝난 성인 또는 배아 발생 과정이 진행되어 배아의 각 장기가 형성되는 단계에 태반에서 얻어지는, 각 장기에 특이적인 줄기세포로서, 그 분화능이 일반적으로 그 조직을 구성하는 세포로만 한정되게(multipotent) 된다. 이러한 성체 줄기세포는 성인이 된 후에도 대부분의 장기에 남아 정상적으로 혹은 병리적으로 발생하는 세포의 손실을 보충하는 역할을 한다. 대표적인 성체 줄기세포로는 골수(bone marrow)에 존재하는 조혈 줄기세포(hematopoietic stem cell)와 혈구 세포 이외의 결합조직(connective tissue) 세포로 분화되는 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell)가 있다. 조혈 줄기세포는 적혈구, 백혈구 등 각종 혈구 세포로 분화되고, 중간엽 줄기세포는 골아세포(osteoblast), 연골아세포(chondroblast), 지방세포(adipocyte) 및 근아세포(myoblast) 등으로 분화된다.Adult stem cells, on the other hand, are adult stem cells that are specific for each organ or are obtained from the placenta at the stage where embryonic development proceeds and the organs of the embryo are formed, It is multipotent only to cells. These adult stem cells remain in most organs even after they become adults and serve to compensate for the loss of normal or pathologically occurring cells. Representative adult stem cells include hematopoietic stem cells present in bone marrow and mesenchymal stem cells differentiated into connective tissue cells other than hemocytes. Hematopoietic stem cells are differentiated into various hematopoietic cells such as red blood cells and white blood cells. Mesenchymal stem cells are differentiated into osteoblasts, chondroblasts, adipocytes and myoblasts.

인간으로부터의 배아줄기세포 분리가 성공한 이후, 그 임상적 적용에 관심이 고조되고 있으며, 완벽한 세포 공급원으로서 줄기세포를 적용하는 세포 대체 요법(cell replacement therapy)이 주목받고 있다. 세포 대체 요법은 난치병으로 알려진 파킨슨씨병, 알츠하이머와 같은 신경퇴행성 질환, 척추 손상에 의한 사지마비, 백혈병, 중풍, 소아당뇨병, 심근경색, 간경화 등의 질환은 조직을 구성하는 세포의 파괴 및 영구적 기능 장애에 의해 초래되는 질환에 의해 파괴되어 부족한 세포를 외부로부터 공급하는 치료법이다.
Since the successful isolation of embryonic stem cells from humans, there has been a growing interest in its clinical application, and cell replacement therapy using stem cells as a complete source of cells has received attention. Cell replacement therapy includes diseases such as Parkinson's disease, intractable neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease, limb paralysis caused by spinal injuries, leukemia, stroke, childhood diabetes, myocardial infarction and liver cirrhosis, Which is destroyed by the disease caused by the disease, and supplies the deficient cells from the outside.

아울러, 신장은 일반적으로 비가역적 손상에 따르는 비-재생성 장기(non-regenerative organ)으로 여겨졌으나, 최근 들어 재생 의학 분야에서 신부전(renal failure)에 대한 치료법으로 세포 대체 요법이 새로운 전략으로 제시되고 있다(Brodie, J. C. and H. D. Humes, Pharmacol Rev 57(3): 299-313, 2005; Hopkins, C., J et. al., J Pathol 217(2): 265-281, 2009). 세포 대체 요법을 이용한 신장 재생의 두 가지 재료(sources)로, 골수 유래의 중간엽 줄기세포(bone marrow-derived mesenchymal stem cells; BM-MSCs) 및 성체 신장 전구 세포(adult renal progenitor cells; ARPCs)가 보고된 바 있다. In addition, kidneys were generally considered to be non-regenerative organs due to irreversible damage, but recently, cell replacement therapy has been proposed as a new strategy for the treatment of renal failure in the field of regenerative medicine (Brodie, JC and HD Humes, Pharmacol Rev 57 (3): 299-313, 2005; Hopkins, C., J et. al., J Pathol 217 (2): 265-281, 2009). As bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) and adult renal progenitor cells (ARPCs), two sources of renal regeneration using cell- It has been reported.

BM-MSC는 급성 신부전(acute renal failure; ARF) 및 만성 신부전(chronic renal failure; CRF) 마우스 모델에서 손상된 신장의 기능을 보호 및 복원하나(Lange, C. et. al., Kidney Int 68(4): 1613-1617, 2005; Togel, F. et. al., Am J Physiol Renal Physiol 289(1): F31-42, 2005; Magnasco, A. et. al., Cell Transplant 17(10-11): 1157-1167, 2008), 실제 신장 질환에서 BM-MSCs 적용의 이점은 BM-MSCs의 측분비 효과(paracrine effects)에 기인하며, 신장 세포로의 직접 분화는 발생 기원의 차이로 인해 제한되는 단점을 가진다(Harari-Steinberg, O. et. al., Organogenesis 7(2): 123-134, 2011). 성체줄기세포의 일종인 성체 신장전구세포(adult renal progenitor cells; ARPCs)의 존재가 여전히 논의되고 있음에도 불구하고, ARPCs는 신부전에 대한 세포 치료법의 대안으로 제시되고 있다(Bussolati, B. et. al., Am J Pathol 166(2), 545-555, 2005; Al-Awqati, Q. and J. A. Oliver, Stem Cell Rev 2(3), 181-184, 2006; Sagrinati, C. et. al., J Am Soc Nephrol 17(9), 2443-2456, 2006; Lee, P. T., et. al., Stem Cells 28(3), 573-584, 2010; Lindgren, D. et. al., Am J Pathol 178(2), 828-837,2011). ARF 마우스 모델에서, 인간 ARPCs는 상승된 혈액 요소 질소(blood urea nitrogen; BUN)/크레아티닌(creatinine) 수준을 회복하고, 손상된 네프론(nephorn)의 재생 등의 치료 효과가 보고되었다(Ronconi, E. et. al., J Am Soc Nephrol 20(2), 322-332, 2009; Angelotti, M. L. et. al., Stem Cells 30(8), 1714-1725, 2012). 그럼에도 불구하고, 인간 ARPCs는 임상적인 적용에 있어서 인간 기증자로부터 ARPCs을 분리하는 윤리적 문제, 분리의 낮은 효율 및 ARPCs의 증식을 위한 배양 시스템의 불완전함 등의 제한점들이 있다(Pleniceanu, O. et. al., Stem Cells 28(9), 1649-1660, 2010).
BM-MSC protects and restores damaged kidney function in acute renal failure (ARF) and chronic renal failure (CRF) mouse models (Lange, C. et al., Kidney Int 68 Magnasco, A. et. Al., Cell Transplant 17 (10-11), < RTI ID = 0.0 > : 1157-1167, 2008). The advantage of BM-MSCs in actual kidney disease is due to paracrine effects of BM-MSCs, and direct differentiation into kidney cells is limited by differences in origin (Harari-Steinberg, O. et al., Organogenesis 7 (2): 123-134, 2011). Although the presence of adult renal progenitor cells (ARPCs), a type of adult stem cells, is still being discussed, ARPCs have been suggested as an alternative to cellular therapy for renal failure (Bussolati, B. et al. , Am J Pathol 166 (2), 545-555, 2005; Al-Awqati, Q. and JA Oliver, Stem Cell Rev 2 (3), 181-184, 2006; Sagrinati, C. et al., J Am Lindgren, D. et al., Am J Pathol 178 (2), pp. 243-2456, 2006; Lee, PT et al., Stem Cells 28 (3), 573-584 ), 828-837, 2011). In the ARF mouse model, human ARPCs have been reported to restore elevated levels of blood urea nitrogen (BUN) / creatinine and to regenerate damaged nephrons (Ronconi, E. et (J Am Soc Nephrol 20 (2), 322-332, 2009; Angelotti, ML et al., Stem Cells 30 (8), 1714-1725, 2012). Nonetheless, human ARPCs have limitations in clinical applications, such as ethical issues in separating ARPCs from human donors, low efficiency of isolation, and incomplete culture systems for the proliferation of ARPCs (Pleniceanu, O. et al. Stem Cells 28 (9), 1649-1660, 2010).

상기 두 가지 재료 외에, 배아줄기세포 및 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cells; iPSCs)를 포함하는 인간 다능성 줄기세포(Human pluripotent stem cells; hPSCs)는 다양한 특정 세포 종류로 분화할 수 있는 능력을 가지므로, 세포 치료의 새로운 대안으로 제시되고 있다. 미분화된 세포에 의한 종양의 형성(tumorigenesis)을 피하기 위해, 상기 세포들은 생체 내로 이식(transplantation)되기 전에 특정 세포 종류로 분화되는 과정을 거쳐야 한다. 현재까지, 배아줄기세포에서 신장 계통 세포로의 분화에 대한 방법들이 다양하게 보고되어 있으며, 대부분의 방법이 마우스 모델에서 보고되어 있다(Kim, D. and G. R. Dressler, J Am Soc Nephrol 16(12), 3527-3534, 2005; Agarwal, S., K. L. Holton and R. Lanza, Stem Cells 26(5), 1117-1127, 2008; Batchelder, C. A. et. al., Differentiation 78(1), 45-56, 2009; Lin, S. A. et. al., Stem Cells Dev 19(10), 1637-1648, 2010; Oldershaw, R. A. et. al., Nat Biotechnol 28(11), 1187-1194, 2010; Pleniceanu, O. et. al., Stem Cells 28(9), 1649-1660, 2010; Ren, X. et. al., Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai) 42(7), 464-471, 2010; Uosaki, H. et. al., PLoS One 6(8), e23657, 2011).
In addition to the above two materials, human pluripotent stem cells (hPSCs), including embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells (iPSCs), have the ability to differentiate into various specific cell types And is presented as a new alternative to cell therapy. To avoid tumorigenesis by undifferentiated cells, the cells must undergo differentiation into specific cell types prior to transplantation in vivo. To date, methods for differentiation from embryonic stem cells into kidney-derived cells have been reported, and most methods have been reported in mouse models (Kim, D. and GR Dressler, J Am Soc Nephrol 16 (12) , Batchelder, CA et al., Differentiation 78 (1), 45-56, 2005, pp. 3527-3534, 2005; Agarwal, S., KL Holton and R. Lanza, Stem Cells 26 Nat Biotechnol 28 (11), 1187-1194, 2010; Pleniceanu, O. et al., 2009; Lin et al., Stem Cells Dev 19 (10), 1637-1648, 2010; Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai) 42 (7), 464-471, 2010; Uosaki, H. et. al., Stem Cells 28 (9), 1649-1660, 2010; al., PLoS One 6 (8), e23657, 2011).

최근, 인간 만능 줄기세포로부터 중간 단계 중배엽(intermediate mesoderm; IM) 세포를 효과적으로 유도하는 방법이 보고되었다. 상기 중배엽 세포는 마우스 부고환 주위의 지방(epididymal fat pad)으로 이식하였을 때, 생식샘(gonad) 및 부신(adrenal gland) 세포와 같은 외부-신장 계통의 세포뿐만 아니라 신장 계통 세포로의 분화능을 나타내였다(Mae, S. et. al., Nat Commun 4: 1367, 2013). 그러나, 향후 생체 내 이식을 통한 임상적 적용에서는 초기 중간 단계 중배엽 세포가 아닌 보다 신장 계통으로 분화가 진행된 전구 세포가 필요할 것으로 생각한다.
Recently, a method of effectively inducing intermediate mesoderm (IM) cells from human pluripotent stem cells has been reported. The mesodermal cells showed the ability to differentiate into kidney-derived cells as well as external-renal cell lines such as gonad and adrenal gland cells when transplanted into the epididymal fat pad ( Mae, S. et al., Nat Commun 4: 1367, 2013). However, in the future clinical application through in vivo transplantation, it is thought that a precursor cell differentiated into the kidney line rather than the intermediate mesenchymal cell in the early stage is needed.

이에, 본 발명자들은 인간 다능성 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSCs)로부터 신장 세포로 분화를 유도할 수 있는 방법에 대하여 연구하던 중, 인간 배아줄기세포 또는 인간 유도 만능성 줄기세포로부터 순차적인 원시선, 중간 중배엽, 후신 간엽 세포로의 분화를 유도하여 네프론 전구세포(nephron progenitor cells; NPCs)를 형성하였고, 구체적으로 상기 신장전구세포가 신세뇨관 상피 세포 및 사구체 족세포 등 네프론을 구성하는 세포로 분화가 가능함을 확인함으로써, 본 발명을 완성시켰다.
Accordingly, the inventors of the present invention have been studying a method of inducing differentiation from human pluripotent stem cells (hPSCs) into kidney cells, Nephron progenitor cells (NPCs) were induced by inducing differentiation into mesenchymal, mesenchymal, and posterior mesenchymal cells. Specifically, the kidney progenitor cells were formed into neuron-forming cells such as renal tubular epithelial cells and glomeruli Confirming that differentiation is possible, thereby completing the present invention.

본 발명의 목적은 인간 다능성 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSCs)를 Act A(Activin A) 및 Wnt3a이 포함된 무혈청(serum-free) 배지로 배양한 다음, BMP4, 및 bFGF를 처리하여 hPSCs로부터 원시선(primitive streak; PS)을 유도하고, RA, bFGF 및 BMP7를 처리하여 중간 중배엽(intermediate mesoderm; IM)을 유도한 다음, bFGF 및 BMP7를 처리하여 네프론 전구세포(Nephron progenitor cells; NPCs)로의 분화 유도 방법을 제공하는 것이다.The object of the present invention is to cultivate human pluripotent stem cells (hPSCs) with Act A (Activin A) and Wnt3a-containing serum-free medium, and then treat BMP4 and bFGF (RA), bFGF and BMP7 to induce an intermediate mesoderm (IM), followed by treatment with bFGF and BMP7 to produce nephron progenitor cells (NPCs) ) Of the present invention.

본 발명의 또 다른 목적은 Act A, Wnt3a, BMP4, 및 bFGF를 포함하는 인간 다능성 줄기세포 유래 원시선 유도용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a human pluripotent stem cell derived line-derived composition comprising Act A, Wnt3a, BMP4, and bFGF.

본 발명의 또 다른 목적은 RA, bFGF 및 BMP7를 포함하는 인간 다능성 줄기세포 유래 원시선으로부터 중간 중배엽 유도용 조성물을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a composition for inducing mesenchymal stem cells derived from human pluripotent stem cells comprising RA, bFGF and BMP7.

본 발명의 또 다른 목적은 bFGF 및 BMP7를 포함하는 인간 다능성 줄기세포 유래 중간 중배엽으로부터 네프론 전구세포 유도용 조성물을 제공하는 것이다.
It is still another object of the present invention to provide a composition for inducing a nephron progenitor cell from a human pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cell comprising bFGF and BMP7.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 인간 다능성 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSCs)를 Act A(Activin A) 및 Wnt3a이 포함된 무혈청(serum-free) 배지로 배양한 다음, BMP4(bone morphogenetic protein 4), 및 bFGF(basic fibroblast growth factor)를 처리하여 인간 다능성 줄기세포로부터 원시선을 유도하고, 분화된 원시선을 포함하는 배지에 RA(retinoic acid), bFGF, 및 BMP7를 처리하여 중간 중배엽을 유도한 다음, 분화된 중간 중배엽을 포함하는 배지에 bFGF 및 BMP7를 처리하여 인간 다능성 줄기세포로부터 네프론 전구세포(Nephron progenitor cells; NPCs) 분화 유도 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a method for culturing human pluripotent stem cells (hPSCs) in a serum-free medium containing Act A (A) and Wnt3a, bone morphogenetic protein 4), and bFGF (basic fibroblast growth factor) to induce a line of sight from human pluripotent stem cells and treat RA (retinoic acid), bFGF, and BMP7 in a medium containing differentiated raw line To induce the differentiation of nephron progenitor cells (NPCs) from human pluripotent stem cells by treating bFGF and BMP7 in medium containing differentiated mesenchymal stem cells.

또한, 본 발명은 Act A, Wnt3a, BMP4, 및 bFGF를 포함하는 인간 다능성 줄기세포 유래 원시선 유도용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for inducing human pluripotent stem cell origin derived from Act A, Wnt3a, BMP4, and bFGF.

또한, 본 발명은 RA, bFGF 및 BMP7를 포함하는 인간 다능성 줄기세포 유래 원시선으로부터 중간 중배엽 유도용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for inducing mesenchymal stem cells derived from human pluripotent stem cells comprising RA, bFGF and BMP7.

아울러, 본 발명은 bFGF 및 BMP7를 포함하는 인간 다능성 줄기세포 유래 중간 중배엽으로부터 네프론 전구세포 유도용 조성물을 제공한다.
In addition, the present invention provides a composition for inducing a nephron progenitor cell from a human pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cell comprising bFGF and BMP7.

본 발명의 인간 다능성 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSCs)로부터 네프론 전구세포(Nephron progenitor cells; NPCs) 분화 유도 방법은, 인간 다능성 줄기세포를 개별 조건에서 특수 배양하여 정상 신장 발달 과정에 있어서 주요 단계인 중내배엽인 원시선, 중간 중배엽 및 네프론 전구세포로 쉽게 분화시킴으로써, 향후 신부전 동물 모델에서 분화된 네프론 전구세포의 치료 효과를 증명함으로써, 세포 치료의 새로운 재료로 이용할 수 있고, 정상 신장 발달 또는 유전 질환 모델링 연구, 나아가 신약 개발의 플랫폼으로 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대한다.
The method for inducing the differentiation of nephron progenitor cells (NPCs) from human pluripotent stem cells (hPSCs) of the present invention is characterized in that human pluripotent stem cells are cultured under special conditions in individual conditions, Can be used as a new material for cell therapy by demonstrating the therapeutic effect of differentiated nephron progenitor cells in a future renal failure animal model by easily differentiating them into primary endodermic medium, middle mesoderm and nephron precursor cells, Or genetic disease modeling studies, as well as a platform for new drug development.

도 1은 인간 다능성 줄기세포(Human pluripotent stem cells; hPSCs)로부터 네프론 전구세포(Nephron progenitors)로의 분화 전반의 과정을 나타낸 도이다:
1A: 분화과정을 나타낸 모식도;
1B: 분화에 사용된 배지 조성;
REGM: 신장 상피 생장 배지(renal epithelial growth medium);
RTECs: 신세뇨관 상피 세포(renal tubular epithelial cells);
1C: 분화 각 단계별 대표 마커 유전자;
1D: hESCs(human embryonic stem cell) 및 hiPSCs(Human induced pluripotent stem cells)로부터 네프론 전구세포로의 분화 각 단계별 형태적 변화;
스케일바(Scale bar): 250 μm.
도 2는 hESCs(human embryonic stem cell)로부터 원시선(primitive streak; PS) 세포로의 분화 유도를 확인한 도이다:
2A: 분화 전후의 세포에서 시기별 T의 발현량을 비교한 결과;
2B: hESCs 유래 PS 세포에서 외인성 요소들에 따른 T, MIXL1, EOMES의 발현량을 비교한 결과;
2C: AW 또는 BF의 처리가 다른 계통의 내배엽 마커(Endodermal marker, SOX17, FOXA2) 및 외배엽 마커(Ectodermal marker, PAX6 , SOX1) 발현에 미치는 영향을 확인한 결과;
Relative expression(상대적 발현, y축): 대조군(GAPDH)에 대한 배수 값(Values of fold changes)으로 평균± S.E.M(n=3);
C: 대조군;
AW: Activin A(ActA) 및 Wnt3a;
BF: BMP4 및 FGF2;
2D: hESCs(유도 후 0일)로부터 유래한 원시선(primitive streak) 세포(유도 후 3일)에서 T(적색) 및 TRA1-81(다능성 마커, 녹색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과; 및
스케일 바: 200 μm.
도 3은 hESCs 유래 원시선(primitive streak) 세포로부터 중간 중배엽(Intermediate mesoderm; IM)으로의 분화 유도를 확인한 도이다:
3A: 분화 전후의 세포에서 시기별 OSR1의 발현량을 비교한 결과;
3B: 원시선 유래 중간 중배엽 세포에서 외인성 요소들에 따른 OSR1의 발현량을 비교한 결과;
3C: RA(retinoic acid)의 처리량에 따른 OSR1의 발현량을 비교한 결과;
Relative expression(상대적 발현, y축): 대조군(GAPDH)에 대한 배수 값으로 평균± S.E.M(n=3);
C: 대조군;
B7: BMP7;
F2: FGF2;
3D: 원시선 및 중간 중배엽 세포에서 OSR1(적색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 50 μm;
3E: OSR1, PAX2, SALL1, EYA1WT1의 발현량을 RT-PCR로 비교한 결과;
HFK: 인간 태아 신장(Human fetal kidney);
GAPDH: 대조군;
3F: 중간 중배엽 세포에서 PAX2(녹색) 및 SALL1(적색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과; 및
스케일 바: 100 μm.
도 4는 중간 중배엽(IM)으로부터 네프론 전구세포(Nephron progenitors)으로의 분화 유도를 확인한 도이다:
4A: 분화 전후의 세포에서 시기별 SIX2, GDNF, HOXD11WT1의 상대적 발현량을 비교한 결과;
Relative expression(상대적 발현, y축): 대조군(GAPDH)에 대한 배수 값으로 평균± S.E.M(n=3);
4B: SIX2 , CITED1 , OSR1, PAX2, SALL1 EYA1의 발현량을 RT-PCR로 비교한 결과;
4C: 중간 중배엽(IM) 세포 및 네프론 전구세포에서 SAX2(적색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 200 μm;
4D: 분화된 네프론 전구세포에서 PAX2, WT1(녹색) 및 SALL1(적색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 100 μm; 및
4E: 분화된 네프론 전구세포(NPCs)에서 기관특이적 마커(후신 기질/수뇨관 아체(metanephric stroma/ureteric bud, FOXD1HOXB7), 골(bone, RUNX2COL1A1), 혈관 내피 세포층(vascular endothelium, PECAM1TIE2), 평활근(smooth muscle, MYH11CALPONIN), 간(liver, ALBAAT), 및 뉴런(neuron, TUJ1MAP2))의 발현량을 비교하여 확인한 결과.
도 5는 네프론 전구세포(NPCs)로부터 네프론으로의 완전 분화를 생체 내외에서 확인한 도이다:
5A: 네프론 전구세포(NPCs)에서 신세뇨관 상피 세포(RTECs)로의 분화 과정에서 중간엽-상피 전이(Mesenchymal-Epithelial transition)가 일어남을 확인하기 위해, 상피세포 마커인 E-CADHERIN(적색), ZO1(적색) 및 KRT18(녹색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 50 μm;
5B: 네프론 전구세포(NPCs) 및 신세뇨관 상피 세포(RTECs)에서 근위(proximal) 신세뇨관 마커인 ALP(alkaline phosphatase) 및 CD13(녹색), 원위(distal) 신세뇨관 마커인 MUC1(적색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 100 μm;
5C: 네프론 전구세포(NPCs)를 마트리겔 위 또는 마트리겔과 혼합하여 3차원 배양할 경우 생체 외(in vitro)에서 관구조(tube-like structure)를 형성하는 능력을 갖는지를 확인하고(Phase contrast), 또한 이 관 구조가 상피세포로 이루어져 있음을 확인하기 위하여, 상피세포 마커인 KRT18(녹색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
MG coated: 마트리겔로 코팅된 배양접시에서 세포를 배양;
MG mixed: 세포를 마트리겔과 혼합하여 배양;
스케일 바: 100 μm;
5D: 네프론 전구세포(NPCs)로부터 사구체 족세포로 분화된 세포에서 사구체 족세포 특이적 마커인 SYN(녹색) 및 PODOCXL(적색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 100 μm;
5E: 마우스의 피하 부분으로 네프론 전구세포(NPCs)의 생체 내 이식을 조직면역화학적(H&E 염색 및 면역형광)으로 분석한 결과;
LAMININ(일반, 녹색), CD13(근위 관 세포, 녹색), MUC1(원위 관 세포, 적색): 신세뇨관 세포 마커;
흰색 화살표: 마트리겔 플러그(Matrigel plug)에서 관찰된 관 유사 구조;
hNA: 인간 핵 항원(human nuclear antigen), 적색;
Rabbit IgG(녹색) 및 mouse IgG(적색): 대조군(negative control); 및
스케일 바: 100 μm.
도 6은 hiPSCs(Human induced pluripotent stem cells)로부터 네프론 전구세포(Nephron progenitors)로의 세포로의 분화 유도를 확인한 도이다:
6A: 분화 전후의 세포에서 시기별 T의 발현량을 비교한 결과;
6B: hiPSCs에서 유래한 원시선(primitive streak) 세포(유도 후 3일)에서 T(적색) 및 TRA1-81(다능성 마커, 녹색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 200 μm;
6C: BMP4 농도(0, 20 및 50 ng/ml)에 따른 T, MIXL1 , EOMES , SOX17 , PAX6 발현량을 확인한 결과;
Relative expression(상대적 발현, y축): 대조군(GAPDH)에 대한 배수 값으로 평균± S.E.M(n=3);
AW: Activin A(ActA) 및 Wnt3a; 및
BF: BMP4 및 FGF2.
도 7은 hiPSCs 유래 원시선(primitive streak) 세포로부터 중간 중배엽(Intermediate mesoderm; IM)으로의 분화 유도를 확인한 도이다:
7A: 분화 전후의 세포에서 시기별 OSR1의 발현량을 비교한 결과;
7B: RA(retinoic acid)의 처리량에 따른 OSR1의 발현량을 비교한 결과;
Relative expression(상대적 발현, y축): 대조군(GAPDH)에 대한 배수 값으로 평균± S.E.M(n=3);
7C: 중간 중배엽 세포에서 OSR1(적색), PAX2(녹색), SALL1(적색) 및 DAPI(청색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과; 및
스케일 바: 100 μm.
도 8은 hESCs 유래의 중간 중배엽(IM)에서 네프론 전구세포(NPCs)로의 분화 동안 WT1(적색)의 시기별(D0, D6, D10, D15) 발현량을 면역형광으로 확인한 도이다:
스케일 바: 100 μm.
도 9는 hiPSC에서 유래된 중간 중배엽(IM)에서 네프론 전구세포(NPCs)로의 분화를 확인한 도이다:
9A: 중간 중배엽(IM) 세포 및 네프론 전구세포(NPCs)에서 SIX2(적색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 100 μm;
9B: 네프론 전구세포(NPCs)에서 PAX2(녹색), SALL1(적색) 및 WT1(녹색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
100 μm.
도 10은 hiPSC에서 유래된 네프론 전구세포(NPCs)로부터 네프론으로의 완전 분화를 생체 내외에서 확인한 도이다:
10A: 네프론 전구세포(NPCs)에서 신세뇨관 상피 세포(RTECs)로의 분화 과정에서 중간엽-상피 전이(Mesenchymal-Epithelial transition)가 일어남을 확인하기 위하여, 상피세포 마커인 E-CADHERIN(적색), ZO1(적색) 및 KRT18(녹색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 50 μm;
10B: 네프론 전구세포(NPCs) 및 신세뇨관 상피 세포(RTECs)에서 근위(proximal) 신세뇨관 마커인 ALP(alkaline phosphatase) 및 CD13(녹색), 원위(distal) 신세뇨관 마커인 MUC1(적색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 100 μm;
10C: 네프론 전구세포(NPCs)를 마트리겔과 혼합하여 3차원 배양할 경우 생체 외에서 관 구조를 형성하는 능력을 갖는지를 확인하고, 또한 이 관 구조가 상피세포로 이루어져 있음을 확인하기 위하여, 상피세포 마커인 KRT18(적색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 100 μm;
10D: hiPSC에서 유래된 네프론 전구세포(NPCs)로부터 사구체 족세포로 분화된 세포에서 사구체 족세포 특이적 마커인 SYN(녹색) 및 PODOCXL(적색)의 발현량을 면역형광으로 확인한 결과;
스케일 바: 100 μm;
10E: hiPSC에서 유래된 네프론 전구세포(NPCs)에 마트리겔 혼합물을 생체 내에 접종 후 H&E 염색으로 분석한 결과;
흰색 화살표: 마트리겔 플러그(Matrigel plug)에서 관찰된 관 유사 구조; 및
스케일 바: 100 μm.
도 11은 hPSC에서 유래된 사구체 족세포(glomerular podocytes)를 한 세포 단위에서 구조적 관찰을 위해 고배율에서 면역형광으로 확인한 도이다:
11a: hESC에서 유래된 사구체 족세포;
11b: hiPSC에서 유래된 사구체 족세포;
SYNAPTOPODIN(녹색): 사구체 족세포 특이적 마커; 및
스케일 바: 50 μm.
Brief Description of the Drawings Figure 1 is a diagram showing the entire process of differentiation from human pluripotent stem cells (hPSCs) into nephron progenitors (Nephron progenitors)
1A: a schematic diagram showing the process of differentiation;
1B: medium composition used for differentiation;
REGM: renal epithelial growth medium;
RTECs: renal tubular epithelial cells;
1C: Representative marker gene for each step of differentiation;
1D: morphological changes at different stages of differentiation from hESCs (human embryonic stem cells) and hiPSCs (human induced pluripotent stem cells) into nephron precursor cells;
Scale bar: 250 μm.
FIG. 2 is a schematic view showing a primitive streak from hESCs (human embryonic stem cell). PS) cells: < RTI ID = 0.0 >
2A: Comparison of the expression levels of T in the cells before and after differentiation;
2B: Expression of T , MIXL1 , EOMES expression levels were compared;
2C: AW or the processing result of the BF confirming the effect on other strains endoderm markers (Endodermal marker, SOX17, FOXA2) and ectoderm markers (Ectodermal marker, PAX6, SOX1) expression;
Relative expression (y-axis): Mean ± SEM (n = 3) with values of fold changes for the control (GAPDH);
C: control group;
AW: Activin A (ActA) and Wnt3a;
BF: BMP4 and FGF2;
2D: The expression level of T (red) and TRA1-81 (pluripotency marker, green) in primitive streak cells derived from hESCs (0 day after induction) (3 days after induction) ; And
Scale bar: 200 μm.
FIG. 3 shows induction of differentiation from hESCs-derived primitive streak cells into intermediate mesoderm (IM)
3A: Comparing the expression levels of OSR1 in different cells before and after differentiation;
3B: Comparison of expression levels of OSR1 according to exogenous factors in the mesenchymal stem cells derived from the raw line;
3C: Comparison of the expression level of OSR1 according to the throughput of retinoic acid (RA);
Relative expression (relative expression, y axis): mean ± SEM (n = 3) as a multiple of the control (GAPDH);
C: control group;
B7: BMP7;
F2: FGF2;
3D: The expression level of OSR1 (red) in the primitive and mesodermal cells was confirmed by immunofluorescence;
Scale bar: 50 μm;
3E: RT-PCR of the expression levels of OSR1 , PAX2 , SALL1 , EYA1 and WT1 ;
HFK: Human fetal kidney;
GAPDH: control group;
3F: Immunofluorescence of PAX2 (green) and SALL1 (red) expression in mesenchymal cells; And
Scale bar: 100 μm.
Figure 4 shows the induction of differentiation from mesenchymal (IM) into nephron progenitors (Nephron progenitors)
4A: Comparison of the relative expression levels of SIX2 , GDNF , HOXD11, and WT1 in the cells before and after differentiation;
Relative expression (relative expression, y axis): mean ± SEM (n = 3) as a multiple of the control (GAPDH);
4B: SIX2 , CITED1 , OSR1 , PAX2 , SALL1 And EYA1 expression by RT-PCR;
4C: Immunofluorescence of SAX2 (red) expression in mesenchymal (IM) and nephron progenitor cells;
Scale bar: 200 μm;
4D: The expression levels of PAX2, WT1 (green) and SALL1 (red) in differentiated nephron progenitor cells were confirmed by immunofluorescence;
Scale bar: 100 μm; And
4E: In the differentiated nephron progenitor cells (NPCs), organ specific markers (metanephric stroma / ureteric bud, FOXD1 and HOXB7 ), bone ( RUNX2 and COL1A1 ), vascular endothelium, PECAM1 And TIE2 ), smooth muscle ( MYH11 and CALPONIN ), liver ( ALB and AAT ), and neurons (neuron, TUJ1 and MAP2 )).
FIG. 5 shows in vivo and in vitro confirmation of complete differentiation of nephron progenitor cells (NPCs) to nephron:
5A: To confirm mesenchymal-epithelial transitions in the differentiation from nephron progenitor cells (NPCs) to renal tubular epithelial cells (RTECs), epithelial cell markers E-CADHERIN (red), ZO1 (Red) and KRT18 (green) were detected by immunofluorescence;
Scale bar: 50 μm;
5B: Expression of proximal renal tubular markers ALP (alkaline phosphatase) and CD13 (green) and distal renal tubular marker MUC1 (red) in nephron progenitor cells (NPCs) and renal tubular epithelial cells (RTECs) The results were confirmed by immunofluorescence;
Scale bar: 100 μm;
5C: It was confirmed that when three-dimensional culture of nephron precursor cells (NPCs) was mixed with Matrigel or Matrigel, it had the ability to form a tube-like structure in vitro (Phase contrast ) And the expression of KRT18 (green), an epithelial cell marker, was confirmed by immunofluorescence in order to confirm that this tube structure was composed of epithelial cells.
MG coated: cells were cultured in a matrigel-coated culture dish;
MG mixed: culture by mixing cells with Matrigel;
Scale bar: 100 μm;
5D: The expression levels of SYN (green) and PODOCXL (red), which are glomerular cell specific markers, in the cells differentiated into glomeruli from nephron progenitor cells (NPCs) were examined by immunofluorescence;
Scale bar: 100 μm;
5E: In vivo transplantation of nephron progenitor cells (NPCs) into subcutaneous parts of mice was analyzed by tissue immunochemistry (H & E staining and immunofluorescence);
LAMININ (normal, green), CD13 (proximal ductal cell, green), MUC1 (distal ductal cell, red): renal tubular cell marker;
White arrow: tube-like structure observed in Matrigel plug;
hNA: human nuclear antigen, red;
Rabbit IgG (green) and mouse IgG (red): negative control; And
Scale bar: 100 μm.
FIG. 6 shows induction of differentiation from hiPSCs (human induced pluripotent stem cells) to nephron progenitors into cells:
6A: Comparing the expression levels of T in different cells before and after differentiation;
6B: The expression levels of T (red) and TRA1-81 (pluripotency marker, green) in primitive streak cells derived from hiPSCs (3 days after induction) were confirmed by immunofluorescence;
Scale bar: 200 μm;
6C: T, MIXL1 , EOMES , SOX17 and PAX6 expression levels were determined according to BMP4 concentration (0, 20 and 50 ng / ml);
Relative expression (relative expression, y axis): mean ± SEM (n = 3) as a multiple of the control (GAPDH);
AW: Activin A (ActA) and Wnt3a; And
BF: BMP4 and FGF2.
Figure 7 shows the induction of differentiation from hiPSCs primitive streak cells into intermediate mesoderm (IM)
7A: Comparing the expression levels of OSR1 in cells before and after differentiation;
7B: Comparison of the expression level of OSR1 according to the throughput of retinoic acid (RA);
Relative expression (relative expression, y axis): mean ± SEM (n = 3) as a multiple of the control (GAPDH);
7C: Immunofluorescence of OSR1 (red), PAX2 (green), SALL1 (red) and DAPI (blue) in mesodermal cells was confirmed; And
Scale bar: 100 μm.
FIG. 8 is an immunofluorescence analysis of the expression levels of WT1 (red) (D0, D6, D10, D15) during the differentiation from hESCs-derived mesenchymal (IM) to nephron progenitor cells (NPCs)
Scale bar: 100 μm.
Figure 9 shows the differentiation from hiPSC-derived mesenchymal (IM) to nephron progenitor cells (NPCs)
9A: Immunofluorescence of SIX2 (red) expression in mesenchymal (IM) cells and nephron progenitor cells (NPCs);
Scale bar: 100 μm;
9B: The expression levels of PAX2 (green), SALL1 (red) and WT1 (green) in nephron progenitor cells (NPCs) were confirmed by immunofluorescence;
100 μm.
FIG. 10 shows in vivo and in vitro confirmation of complete differentiation of neurons from neurons derived from hiPSCs into nephrons:
10A: To confirm mesenchymal-epithelial transitions in the differentiation of neurotubule epithelial cells (RTECs) from nephron progenitor cells (NPCs), epithelial cell markers E-CADHERIN (red), ZO1 (Red) and KRT18 (green) were detected by immunofluorescence;
Scale bar: 50 μm;
10B: Expression of proximal renal tubular markers ALP (alkaline phosphatase) and CD13 (green) and distal renal tubular marker MUC1 (red) in nephron progenitor cells (NPCs) and renal tubular epithelial cells (RTECs) The results were confirmed by immunofluorescence;
Scale bar: 100 μm;
10C: In order to confirm that the neuron precursor cells (NPCs) were mixed with Matrigel and cultured three-dimensionally, they were capable of forming a tubular structure in vitro, and in order to confirm that the tubular structure was composed of epithelial cells, The expression level of the marker KRT18 (red) was confirmed by immunofluorescence;
Scale bar: 100 μm;
10D: The expression levels of SYN (green) and PODOCXL (red), which are glomerular cell specific markers, in the cells differentiated from glomeruli of glomeruli of nephron progenitor cells (NPCs) derived from hiPSC were examined by immunofluorescence;
Scale bar: 100 μm;
10E: Matrigel mixture in hippocampal neuronal progenitor cells (NPCs) derived from hiPSC was inoculated in vivo and analyzed by H & E staining;
White arrow: tube-like structure observed in Matrigel plug; And
Scale bar: 100 μm.
FIG. 11 is a diagram showing glomerular podocytes derived from hPSC as immunofluorescence at a high magnification for structural observation in a single cell unit:
11a: glomerular cell derived from hESC;
11b: glomerular cells derived from hiPSC;
SYNAPTOPODIN (green): glomeruli cell specific marker; And
Scale bar: 50 μm.

이하, 본 발명의 용어를 상세히 설명한다.
Hereinafter, the terminology of the present invention will be described in detail.

본 발명에서 용어, "배아줄기세포(embryonic stem cell)"는 수정란이 모체의 자궁에 착상하기 직전인 포배기 배아에서 내세포괴(inner cell mass)를 추출하여 체외에서 배양한 것으로서, 개체의 모든 조직의 세포로 분화할 수 있는 다능성(pluripotent)이거나 전능성(totipotent)일 수 있는 세포를 의미하며, 넓은 의미로는 배아줄기세포로부터 유래한 배아체(embryoid bodies)도 포함한다. 배아체는 배아줄기세포의 다양한 조직 형태로의 자발적 분화 과정에서 줄기세포에 의해 형성된 중간구조이며, 배아 줄기 세포의 배양 중에 형성된 응집물(aggregate) 형태이다. 한편, 본 발명의 배아줄기세포는 인간을 포함한 포유동물로부터 유래할 수 있고, 바람직하게는 인간 배아줄기세포이다.
In the present invention, the term "embryonic stem cell" refers to an embryonic stem cell obtained by extracting an inner cell mass from a blastocyst embryo immediately before embryo implantation into the uterus of a mother, Refers to a cell that can be pluripotent or totipotent capable of differentiating into cells, and broadly includes embryoid bodies derived from embryonic stem cells. The embryoid body is an intermediate structure formed by stem cells in spontaneous differentiation of embryonic stem cells into various tissue forms, and is an aggregate form formed during culturing of embryonic stem cells. On the other hand, the embryonic stem cells of the present invention can be derived from mammals including humans, and are preferably human embryonic stem cells.

본 발명에서 용어, "분화(differentiation)"란 세포가 분열 증식하여 성장하는 동안에 세포의 구조나 기능이 특수화되는 현상을 의미한다. 다능성 배아줄기세포는 계통이 한정된 전구세포(예컨대, 외배엽성 세포, 중배엽성 세포 또는 내배엽성 세포 등)로 분화한 후, 다른 형태의 전구세포로 더 분화될 수 있고(예컨대, 혈관모세포 등), 그 다음 특정 조직(예컨대, 혈관 등)에서 특징적인 역할을 수행하는 말기 분화세포(예컨대, 혈관내피세포 및 혈관평활근세포 등)로 분화될 수 있다.
The term "differentiation" in the present invention means a phenomenon in which the structure or function of a cell is specialized while the cells proliferate and grow. Pluripotent embryonic stem cells can be further differentiated into different types of progenitor cells (for example, angiostatic cells, etc.) after differentiation into progenitor cells with limited phylogeny (e.g., exocrine cells, mesodermal cells or endodermal cells) , And then differentiated into terminal differentiated cells (such as vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells) that perform a characteristic role in certain tissues (e.g., blood vessels, etc.).

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 하기 단계를 포함하는 인간 다능성 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSCs)로부터 네프론 전구세포(nephron progenitor cells; NPCs) 분화 유도 방법을 제공한다:The present invention provides a method for inducing differentiation of nephron progenitor cells (NPCs) from human pluripotent stem cells (hPSCs) comprising the steps of:

1) 인간 다능성 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSCs)를 Act A(Activin A) 및 Wnt3a이 포함된 무혈청(serum-free) 배지로 배양한 다음, BMP4(bone morphogenetic protein 4), 및 bFGF(basic fibroblast growth factor)를 처리하여 hPSCs로부터 원시선(primitive streak; PS)을 유도하는 단계;1) human pluripotent stem cells (hPSCs) were cultured in serum-free medium containing Act A (A) and Wnt3a, and bone morphogenetic protein 4 (BMP4) and bFGF (PS) from hPSCs by treating a basic fibroblast growth factor;

2) 상기 단계 1)에서 분화된 원시선을 포함하는 배지에 RA(retinoic acid), bFGF, 및 BMP7를 처리하여 중간 중배엽(intermediate mesoderm; IM)을 유도하는 단계; 및2) inducing intermediate mesoderm (IM) by treating retinoic acid (RA), bFGF, and BMP7 in medium containing the differentiated line in step 1); And

3) 상기 단계 2)에서 분화된 중간 중배엽을 포함하는 배지에 bFGF 및 BMP7를 처리하는 단계.3) treating bFGF and BMP7 in medium containing mesenchymal stem cells differentiated in step 2).

상기 신장전구세포는 네프론 전구세포(Nephron progenitor cells; NPCs)인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The kidney precursor cells are preferably nephron progenitor cells (NPCs), but are not limited thereto.

상기 단계 1)의 인간 다능성 줄기세포는 배아줄기세포(human embryonic stem cell; hESCs) 또는 유도만능줄기세포(Human induced pluripotent stem cells; hiPSCs)인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The human pluripotent stem cells of step 1) are preferably embryonic stem cells (hESCs) or human induced pluripotent stem cells (hiPSCs), but are not limited thereto.

상기 단계 1)의 배양은 마트리겔(matrigel)로 코팅된 배양접시에서 배양하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The culture in step 1) is preferably, but not limited to, culturing in a matrigel-coated culture dish.

상기 단계 1)의 무혈청 배지는 Act A 및 Wnt3을 각각 80 내지 120 ng/ml의 농도로 존재할 수 있도록 조성되고, 바람직하게는 각각 100 ng/ml의 농도로 존재할 수 있도록 조성된다.The serum-free medium of step 1) is constituted to be present at a concentration of 80 to 120 ng / ml of Act A and Wnt3, respectively, and is preferably constituted to be present at a concentration of 100 ng / ml each.

상기 단계 1)의 BMP4 및 bFGF는 각각 10 내지 60 ng/ml, 및 5 내지 15 ng/ml의 농도로 처리하고, 상기 인간 다능성 줄기세포가 hESCs인 경우에는 각각 20 ng/ml 및 10 ng/ml의 농도로 처리하는 것이 더욱 바람직하고, 상기 인간 다능성 줄기세포가 hiPSCs인 경우에는 각각 50 ng/ml 및 10 ng/ml의 농도로 처리하는 것이 더욱 바람직하다.BMP4 and bFGF of step 1) were treated at a concentration of 10 to 60 ng / ml and 5 to 15 ng / ml, respectively, and when the human pluripotent stem cells were hESCs, 20 ng / ml and 10 ng / ml, and when the human pluripotent stem cells are hiPSCs, it is more preferable to treat them at a concentration of 50 ng / ml and 10 ng / ml, respectively.

상기 단계 1)의 BMP4 및 bFGF는 2 일 동안 처리하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The BMP4 and bFGF of step 1) are preferably treated for 2 days, but are not limited thereto.

상기 단계 2)의 RA, bFGF 및 BMP7는 각각 5 내지 20 μM, 5 내지 15 ng/ml, 및 30 내지 70 ng/ml의 농도로 처리하고, 바람직하게는 10 μM, 10 ng/ml, 및 50 ng/ml의 농도로 처리한다.The RA, bFGF and BMP7 of the step 2) are treated at a concentration of 5 to 20 μM, 5 to 15 ng / ml and 30 to 70 ng / ml, respectively, and preferably 10 μM, 10 ng / ng / ml.

상기 단계 2)의 RA, bFGF 및 BMP7는 6 일 내지 8 일 동안 처리하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The RA, bFGF and BMP7 of step 2) are preferably treated for 6 to 8 days, but are not limited thereto.

상기 단계 3)의 bFGF 및 BMP7는 각각 30 내지 70 ng/ml, 및 130 내지 170 ng/ml의 농도로 처리하고, 바람직하게는 50 ng/ml, 및 150 ng/ml의 농도로 처리한다.BFGF and BMP7 in step 3) above are treated at a concentration of 30 to 70 ng / ml and 130 to 170 ng / ml, respectively, and preferably at a concentration of 50 ng / ml, and 150 ng / ml.

상기 단계 3)의 bFGF 및 BMP7는 13 내지 17 일 동안 처리하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The bFGF and BMP7 in step 3) are preferably treated for 13 to 17 days, but are not limited thereto.

상기 단계 1) 내지 3)의 배지는 2% B27를 포함하는 RPMI-1640 배지인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
The medium of step 1) to 3) is preferably RPMI-1640 medium containing 2% B27, but is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시예에서, 인간 다능성 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSCs)를 1단계로 액티빈 A(Activin A; ActA) 및 Wnt3a가 포함된 배지에서 배양 후 BMP4(bone morphogenetic protein 4) 및 FGF2(fibroblast growth factor 2)가 함유된 배지 조건에서 원시선 분화를 유도하고, 2단계로 레티노산(retinoic acid; RA), BMP7 및 FGF2를 포함하는 배지에서 중간 중배엽 분화를 유도한 다음, 3단계로 BMP7 및 FGF2가 함유된 배지에서 배양하여 네프론 전구세포(NPCs)로의 분화를 유도하였다(도 1 참조). 정량적 RT-PCR 및 면역염색을 통해 각 단계로의 분화가 제대로 이루어졌는지를 유전자 발현 및 세포 단계에서 확인하였다.In a specific embodiment of the present invention, human pluripotent stem cells (hPSCs) are cultured in a medium containing actin A (ActA) and Wnt3a in one step, followed by bone morphogenetic protein 4 (BMP4) And FGF2 (fibroblast growth factor 2), induced mesenchymal differentiation in a medium containing retinoic acid (RA), BMP7 and FGF2 in two steps, And then cultured in a medium containing BMP7 and FGF2 to induce differentiation into nephron progenitor cells (NPCs) (see Fig. 1). Quantitative RT-PCR and immunohistochemistry were used to determine whether the differentiation into each step was correct at the gene expression and cell stage.

또한, hPSCs에서 형성시킨 네프론 전구세포(NPCs)를 네프론을 구성하는 세포로 유도한 결과, 간세포 성장촉진 인자(Hepatocyte growth factor; HGF)가 포함된 신장 상피 세포 생장 배지(renal epithelial cell growth media; REGM)조건에서 신세뇨관 상피 세포가 형성되고, 비타민 D3(vitamin D3), 레티노산(RA), 및 우태아혈청(fetal bovine serum, FBS)이 포함된 배지 조건에서 사구체 족세포가 형성됨을 확인하였고, 면역조직화학법으로 세포 내에서 신세뇨관의 형성을 확인하였다.In addition, nephron progenitor cells (NPCs) formed in hPSCs were induced into cells constituting nephron, and as a result, renal epithelial cell growth media (REGM) containing hepatocyte growth factor (HGF) ) Formed glomerular epithelial cells and formed glomerular cells in medium containing vitamin D3 (vitamin D3), retinoic acid (RA), and fetal bovine serum (FBS) Immunohistochemistry confirmed the formation of renal tubules in the cells.

따라서, 본 발명의 인간 다능성 줄기세포로부터 네프론 전구세포(NPCs) 분화 유도 방법은 성체 대상물로부터 수득한 배아줄기세포 또는 인간 유도만능 줄기세포를 네프론을 구성하는 세포로 분화가 가능함을 확인함으로써, 향후 신부전 동물 모델에서 분화된 네프론 전구세포의 치료 효과를 증명함으로써, 세포 치료의 새로운 재료로 이용할 수 있고, 정상 신장 발달 또는 유전 질환 모델링 연구, 나아가 신약 개발의 플랫폼으로 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대한다.
Therefore, the method of inducing the differentiation of nephron progenitor cells (NPCs) from human pluripotent stem cells of the present invention confirms that embryonic stem cells or human induced pluripotent stem cells obtained from adult subjects can differentiate into cells constituting nephron, By demonstrating the therapeutic effect of differentiated nephron progenitor cells in renal failure animal models, they can be used as new materials for cell therapy and are expected to be useful as a platform for normal kidney development or genetic disease modeling studies, .

또한, 본 발명은 Act A, Wnt3a, BMP4 및 bFGF를 포함하는 인간 다능성 줄기세포 유래 원시선 유도용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for inducing human pluripotent stem cell origin derived from Act A, Wnt3a, BMP4 and bFGF.

상기 Act A, Wnt3a, BMP4, 및 bFGF는 각각 100 ng/ml, 100 ng/ml, 20 내지 50 ng/ml 및 10 ng/ml의 농도로 포함되는 것이 바람직하고, 상기 BMP4는 상기 인간 다능성 줄기세포가 ESCs인 경우 20 ng/ml, 상기 인간 다능성 줄기세포가 hiPSCs인 경우 50 ng/ml의 농도인 것이 더욱 바람직하다.Preferably, the Act A, Wnt3a, BMP4, and bFGF are contained at a concentration of 100 ng / ml, 100 ng / ml, 20 to 50 ng / ml and 10 ng / ml, More preferably 20 ng / ml when the cells are ESCs, and 50 ng / ml when the human pluripotent stem cells are hiPSCs.

상기 조성물은 원시선으로의 분화를 위해 hESCs 또는 hiPSCs를 배양할 때 배양 배지에 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 Act A, Wnt3a, BMP4 및 bFGF는 각각 상기 농도의 1 내지 100 배로 농축된 스탁 용액(stock solution)의 상태로 제공되어, 상기 배양 배지에 희석하여 사용될 수 있다.
The composition may be used in a culture medium when hESCs or hiPSCs are cultured for differentiation into a raw line. Act A, Wnt3a, BMP4 and bFGF may be used in a stock solution solution, and may be diluted in the culture medium.

또한, 본 발명은 RA, bFGF 및 BMP7를 포함하는 인간 다능성 줄기세포 유래 원시선으로부터 중간 중배엽 유도용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for inducing mesenchymal stem cells derived from human pluripotent stem cells comprising RA, bFGF and BMP7.

상기 RA, bFGF 및 BMP7는 각각 5 내지 20 μM, 5 내지 15 ng/ml, 및 30 내지 70 ng/ml의 농도인 것이 바람직하고, 각각 10 μM, 10 ng/ml, 및 50 ng/ml의 농도인 것이 더욱 바람직하다.The RA, bFGF, and BMP7 are preferably at a concentration of 5 to 20 μM, 5 to 15 ng / ml, and 30 to 70 ng / ml, respectively, and a concentration of 10 μM, 10 ng / ml, and 50 ng / ml, Is more preferable.

상기 조성물은 중간 중배엽으로의 분화를 위해 hESCs 또는 hiPSCs를 배양할 때 배양 배지에 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 RA, bFGF 및 BMP7는 각각 상기 농도의 1 내지 100 배로 농축된 스탁 용액의 상태로 제공되어, 상기 배양 배지에 희석하여 사용될 수 있다.
The RA, bFGF, and BMP7 are each provided as a stock solution concentrated to 1 to 100 times the concentration of hESCs or hiPSCs for differentiation into intermediate mesoderm, , And diluted in the above culture medium.

또한, 본 발명은 bFGF 및 BMP7를 포함하는 인간 다능성 줄기세포 유래 중간 중배엽으로부터 네프론 전구세포 유도용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for inducing a nephron progenitor cell from a human pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cell comprising bFGF and BMP7.

상기 bFGF 및 BMP7는 각각 30 내지 70 ng/ml, 및 130 내지 170 ng/ml의 농도인 것이 바람직하고, 각각 50 ng/ml, 및 150 ng/ml의 농도인 것이 더욱 바람직하다.Preferably, bFGF and BMP7 have a concentration of 30 to 70 ng / ml and 130 to 170 ng / ml, respectively, and more preferably 50 ng / ml and 150 ng / ml, respectively.

상기 조성물은 네프론 전구세포로의 분화를 위해 hESCs 또는 hiPSCs를 배양할 때 배양 배지에 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 bFGF 및 BMP7는 각각 상기 농도의 1 내지 100 배로 농축된 스탁 용액의 상태로 제공되어, 상기 배양 배지에 희석하여 사용될 수 있다.The composition may be used in a culture medium when hESCs or hiPSCs are cultured for differentiation into nephron progenitor cells. The bFGF and BMP7 may be provided in the form of a stock solution concentrated to 1 to 100 times the concentration, It may be diluted in the above culture medium and used.

따라서, 본 발명의 인간 다능성 줄기세포 유래 원시선 유도용 조성물, 인간 다능성 줄기세포 유래 원시선으로부터 중간 중배엽 유도용 조성물, 및 인간 다능성 줄기세포 유래 중간 중배엽으로부터 네프론 전구세포 유도용 조성물은 성체 대상물로부터 수득한 배아줄기세포 또는 인간 유도만능 줄기세포를 네프론을 구성하는 세포로 분화가 가능함을 확인함으로써, 향후 신부전 동물 모델에서 분화된 네프론 전구세포의 치료 효과를 증명함으로써, 세포 치료의 새로운 재료로 이용할 수 있고, 정상 신장 발달 또는 유전 질환 모델링 연구, 나아가 신약 개발의 플랫폼으로 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대한다.
Therefore, the composition for inducing a nephron progenitor cell from a human pluripotent stem cell-derived source line-derived composition, a composition for inducing an intermediate mesoderm from a human pluripotent stem cell-derived source line, and a mesodermal stem derived from a human pluripotent stem cell, By confirming that the embryonic stem cells or human induced pluripotent stem cells obtained from the subject are capable of differentiating into cells constituting nephrons, it is possible to prove the therapeutic effect of the nephron progenitor cells differentiated in a future renal failure animal model, And can be used as a platform for normal renal development or genetic disease modeling studies and further development of new drugs.

이하, 본 발명을 실시예 및 제조예에 의하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Production Examples.

단, 하기 실시예 및 제조예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것이며, 본 발명의 내용이 실시예 및 제조예에 의해 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples and preparation examples illustrate the present invention specifically, and the content of the present invention is not limited by the examples and the production examples.

<< 실시예Example 1> 인간  1> Human 다능성Versatility 줄기세포( Stem Cells( humanhuman pluripotentpluripotent stemstem cellscells ; ; hPSCshPSCs )로부터 신장 세포로의 분화 유도) To induce differentiation into kidney cells

<1-1> 인간 <1-1> Human 다능성Versatility 줄기세포( Stem Cells( hPSCshPSCs )의 배양) Culture

H9 인간 배아줄기세포(human embryonic stem cells; hESCs) 세포주는 Wi-Cell(Madison, WI, www.wicell.org)에서 구입하였다. CRL-2097 인간 유도만능줄기세포(human induced pluripotent stem cells; hiPSCs) 세포주는 선행연구(Park et al., 2010 Blood 116(25):5762-5772)의 것을 사용하였다. 상기 두 세포주는 각각 미토마이신 C(Mitomycin-C; MMC)이 처리된 마우스 배아 섬유아세포(fibroblasts)를 지지세포(feeder cells)로 사용하여 줄기세포 배양액에서 배양하였다. CRL-2097 섬유아세포 유래 인간 유도만능줄기세포 배양액의 조성은 하기와 같다: DMEM/F12, 20% 발현억제 혈청 대체제(knockout serum replacement), 1% 페니실린-스트렙토마이신(penicllin-streptomycin, PenStrep), 1% 비필수 아미노산(nonessential amino acids; NEAA), 2 mM L-글루타메이트(L-glutamate), 0.1 mM 베타-멀캅토에탄올(β-mercaptoethanol), 및 기본 섬유아세포 성장촉진 인자(basic fibroblast growth factor, bFGF: hESCs의 경우 4 ng/ml, hiPSCs의 경우 10 ng/mL)가 함유된 4 ng/ml hESCs 또는 10 ng/mL hiPSCs. 상기 배양액의 조성물은 모두 인비트로젠(Invitrogen, Carlsbad, CA)으로부터 구입하였다. hESCs(human embryonic stem cell) 및 hiPSCs(Human induced pluripotent stem cells)의 계대는 5일마다 시행하였으며, 구체적으로 1 cc 인슐린 시린지를 이용하여 줄기세포 콜로니(colony) 16 내지 25 개 정도의 작은 조각으로 잘라 10 mg/mL 콜라게나아제(collagenase) IV(Gibco, Carlsbad, CA)를 5 분 동안 처리한 다음 떼어내어 새로운 지지세포 배양 접시로 옮겨주었다.
H9 human embryonic stem cells (hESCs) cell lines were purchased from Wi-Cell (Madison, WI, www.wicell.org). CRL-2097 human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) cell lines were obtained from a previous study (Park et al., 2010 Blood 116 (25): 5762-5772). The two cell lines were cultured in a stem cell culture medium using mouse embryonic fibroblasts treated with mitomycin C (MMC) as feeder cells, respectively. The composition of CRL-2097 fibroblast-derived human induced pluripotent stem cell culture was as follows: DMEM / F12, 20% knockout serum replacement, 1% penicillin-streptomycin (PenStrep) % Non essential amino acids (NEAA), 2 mM L-glutamate, 0.1 mM beta-mercaptoethanol, and basic fibroblast growth factor (bFGF) : 4 ng / ml hESCs or 10 ng / mL hiPSCs containing 4 ng / ml for hESCs and 10 ng / mL for hiPSCs). All of the compositions of the culture were purchased from Invitrogen (Carlsbad, Calif.). The passage of human embryonic stem cells (hESCs) and hiPSCs (human induced pluripotent stem cells) was performed every 5 days. Specifically, a 1 cc insulin syringe was used to cut into 16 to 25 small pieces of stem cell colonies 10 mg / mL collagenase IV (Gibco, Carlsbad, Calif.) Was treated for 5 minutes, then removed and transferred to a new support cell culture dish.

<1-2> 인간 <1-2> Human 다능성Versatility 줄기세포( Stem Cells( hPSCshPSCs )로부터 )from 네프론Nephron 전구세포( Progenitor cells ( nephronnephron progenitor  progenitor cellscells ; ; NPCsNPCs )로의 분화 유도)

인간 다능성 줄기세포(hPSCs)에서 네프론 전구세포(NPCs)로 분화를 유도하기 위해, 정상 신장 발달 과정에 있어서 주요 단계의 세포인, 중내배엽(mesendoderm)인 원시선(primitive streak; PS), 중간 중배엽(intermediate mesoderm; IM) 및 네프론 전구세포로 순차적인 분화 유도를 수행하였다(도 1).In order to induce differentiation into human neural progenitor cells (NPCs) from human pluripotent stem cells (hPSCs), primitive streaks (PS), midend mesenchymal cells (PS), which are the main stage cells in normal kidney development, Sequential differentiation induction was performed with intermediate mesoderm (IM) and nephron progenitor cells (Fig. 1).

구체적으로, 분화 유도를 시작하기 전날 마트리겔(Matrigel; 1:40 희석, BD Biosciences, Bedford, MA, USA)을 4-웰(well) 배양 접시에 코팅한 후, 실험 당일 DMEM/F12 배지로 배양 접시를 세척하고, 10 ng/ml bFGF가 함유된 mTeSR 배지(Stemcell Technologies, Vancouver, BC, Canada)를 추가하였다. 그런 다음, 상기 <실시예 1>에서 준비한 미분화된 각각의 hESCs 또는 hiPSCs를 작은 조각으로 자른 뒤 상기 준비된 배양 접시로 옮겨주고, 4 일 동안 세포를 배양하여 안정화시켰다. 아울러, 하기 분화를 위한 배지는 무혈청 배지인 RPMI-1640 배지를 기본 배지(basal medium) 배지로 하였고, 그 조성은 하기와 같다: 2% B27, 2 mM L-글루타민(L-glutamine) 및 1% PenStrep(Invitrogen). 분화 유도를 위해 먼저 계대하고 4 일째에, 1 단계로, 원시선으로의 분화를 유도하기 위해, mTeSR 배지를 PBS로 1 회 세척 후, 액티빈 A(Activin A) 100 ng/mL 및 Wnt3a 100 ng/mL가 함유된 무혈청 기본 배지에서 1 일 동안 배양한 다음, 20 ng/mL BMP4(bone morphogenetic protein 4)(hiPSCs의 경우에는 50 ng/ml) 및 10 ng/mL bFGF(Peprotech, Rocky Hill, NJ, USA)가 함유된 기본 배지로 교환하여 2 일 동안 처리하였다. 그런 다음, 2 단계로, 중간 중배엽으로의 유도를 위해, 상기 기본 배지에 10 μM 레티노산(retinoic acid; RA, R&D Systems), 및 10 ng/mL bFGF을 첨가한 후, BMP4를 50 ng/ml BMP7(Peprotech)로 대체하여 6 내지 8 일 동안 배양하였다. 3 단계로, 네프론 전구세포로 유도하기 위해, 레티노산 없이 150 ng/ml BMP7 및 50 ng/ml bFGF를 15 일간 처리하였다(도 1B). 네프론 전구세포로 분화하는 기간 동안 2 일에 한 번씩 분화용 배지를 교체하였다.
Specifically, Matrigel (1:40 dilution, BD Biosciences, Bedford, Mass., USA) was coated on a 4-well culture dish the day before induction of differentiation and cultured on DMEM / F12 medium The dish was washed and mTeSR medium (Stemcell Technologies, Vancouver, BC, Canada) containing 10 ng / ml bFGF was added. Each of the undifferentiated hESCs or hiPSCs prepared in <Example 1> was cut into small pieces, transferred to the prepared culture dish, and cultured for 4 days to stabilize the cells. In addition, RPMI-1640 medium, a serum-free medium, was used as a basal medium for the following differentiation. The composition was as follows: 2% B27, 2 mM L-glutamine and 1 % PenStrep (Invitrogen). For induction of differentiation, the mTeSR medium was washed once with PBS to induce differentiation to the raw line on the fourth day and in the first stage, followed by 100 ng / mL of Actin A and 100 ng / mL of Wnt3a ml of bFGF (Peprotech, Rocky Hill, Calif.) were cultured for 1 day in a serum-free basal medium containing 10 ng / ml BMP4 (bone morphogenetic protein 4) (50 ng / ml for hiPSCs) NJ, USA) for 2 days. Then, in step 2, 10 μM retinoic acid (RA, R & D Systems), and 10 ng / mL bFGF were added to the basal medium for induction into the medium mesoderm, followed by addition of 50 ng / ml of BMP4 BMP7 (Peprotech) for 6 to 8 days. In three steps, 150 ng / ml BMP7 and 50 ng / ml bFGF without retinoic acid were treated for 15 days to induce neuronal progenitor cells (Fig. 1B). The differentiation medium was changed once every two days during the period of differentiation into nephron progenitor cells.

<1-3> <1-3> 네프론Nephron 전구세포( Progenitor cells ( NPCsNPCs )로부터 완전 분화 신장 세포로의 분화 유도) To induce differentiation into fully differentiated kidney cells

상기 실시예 <1-2>에서 분화시켜 수득한 네프론 전구세포가 신장 상피 세포로의 분화 잠재력을 가지고 있는지, 판단하기 위해 다양한 배지 조성에서 분화를 유도하였다. In order to determine whether the nephron precursor cells obtained by differentiation in the above Example <1-2> have differentiation potential into kidney epithelial cells, differentiation was induced in various media compositions.

구체적으로, 먼저 상기 실시예 <1-2>에서 분화시킨 네프론 전구세포(NPCs)를 파이브로넥틴(fibronectin)으로 코팅된 접시에 옮겨 BMP7(150 ng/ml) 및 bFGF(50 ng/ml)를 함유하고 있는 상기 실시예 <1-2>와 동일한 분화용 배지에서 1 일 동안 안정화시켰다(도 1B). 그런 다음, 50 ng/ml HGF(Peprotech)를 추가한 신장 상피세포 생장용 배지(REGM; Lonza, Allendale, NJ)에서 신세뇨관 상피 세포(renal tubular epithelial cells;RTECs)로 분화시켰다. 또한, 사구체 족세포(glomerular podocytes)를 분화시키기 위해, 네프론 전구세포(NPCs)를 7 일 동안 VRAD 배지(DMEM/F12, 100 nM 비타민 D3(Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri), 100 μM RA 및 10% 우태아혈청(fetal bovine serum, FBS))에서 배양하였다(Lasagni et al., Stem Cells, 28: 1674-1685, 2010). 또한, 분화를 유도하는 동안 배지를 2 일에 한 번씩 교체하였다(도 1B).
Specifically, the nephron progenitor cells (NPCs) differentiated in the above Example <1-2> were transferred to a fibronectin-coated plate and BMP7 (150 ng / ml) and bFGF (50 ng / ml) 1 < / RTI > in the same differentiation medium as in Example &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1-2 &lt; / RTI &gt; They were then differentiated into renal tubular epithelial cells (RTECs) in kidney epithelial cell growth medium (REGM; Lonza, Allendale, NJ) supplemented with 50 ng / ml HGF (Peprotech). In order to differentiate glomerular podocytes, nephron progenitor cells (NPCs) were cultured in VRAD medium (DMEM / F12, 100 nM vitamin D3 (Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri) 10% fetal bovine serum (FBS)) (Lasagni et al., Stem Cells, 28 : 1674-1685, 2010). In addition, the medium was replaced every two days during induction of differentiation (Fig. 1B).

<1-4> 인간 <1-4> Human 다능성Versatility 줄기세포( Stem Cells( hPSCshPSCs )로부터 )from 네프론Nephron 전구세포( Progenitor cells ( NPCsNPCs ) 세포로의 분화에 대한 형태학적 확인 ) Morphological confirmation of cell differentiation

인간 다능성 줄기세포(hPSCs)로부터 네프론 전구세포(NPCs)로의 분화를 확인하기 위하여 현미경 관찰을 실시하였다.Microscopic observations were performed to confirm the differentiation of human pluripotent stem cells (hPSCs) into nephron progenitor cells (NPCs).

구체적으로, 각 분화 단계(원시선, 중간중배엽 및 네프론 전구세포)에서 광학 현미경(Optical Microscope; Olympus, Tokyo, Japan)을 이용해 배양 중인 세포의 형태학적 변화를 관찰하였다.Specifically, morphological changes of cultured cells were observed using an optical microscope (Olympus, Tokyo, Japan) in each differentiation stage (raw line, mesodermal and nephron precursor cells).

그 결과, 도 1D에 나타낸 바와 같이, 세포가 분화함에 따라 세포 사이의 간격이 점차적으로 멀어지고, 각 세포의 형태가 작은 핵을 포함하는 삼각형 또는 난형(ovoid shape)으로 변화함에 따라, 상피세포 형태에서 중간엽 세포 형태로 변화하였음을 확인하였다(도 1D).
As a result, as shown in FIG. 1D, as the cell differentiated, the distance between the cells gradually became distant, and as each cell shape changed into a triangular or ovoid shape including a small nucleus, To a mesenchymal cell form (Fig. 1D).

<< 실시예Example 2> 인간  2> human 다능성Versatility 줄기세포( Stem Cells( hPSCshPSCs )로부터 )from 원시선Raw line (( PrimitivePrimitive streakstreak ; ; PSPS ) 세포로의 분화에 대한 확인) Identification of differentiation into cells

<2-1> 분화된 <2-1> 원시선Raw line (( PSPS ) 세포의 분자유전적 확인) Confirmation of the cell's free distribution

인간 다능성 줄기세포(hPSCs)로부터 원시선(PS)으로의 분화 유도에 대한 최적 배지 조건을 판단하기 위해, 도 1A의 원시선(PS) 세포 특이적 마커 유전자를 활용하여 q-PCR을 실시하였다.To determine the optimal culture conditions for the induction of differentiation from human pluripotent stem cells (hPSCs) to the source line (PS), q-PCR was performed using the primer (PS) cell-specific marker gene of FIG. 1A .

구체적으로, 인간 다능성 줄기세포(hPSCs)에 액티빈 A(Activin A) 및 WNT3a(AW)를 처리한 다음 1일 동안 BMP4 및 FGF2(BF)를 포함하는 배지에서 배양하였다. 분화가 유도된 세포의 유도체로부터 TRIzol(Invitrogen)을 사용하여 총 RNA를 추출한 다음, DNase I(Invitrogen)을 처리하여 잔여 DNA를 제거하였다. 수득한 RNA 1 ug으로부터 몰로니 뮤린 백혈병 바이러스(Moloney murine leukemia virus; M-MLV) 역전사효소(reverse transcriptase, Enzynomics, 서울, 대한민국)와 올리고-dT(oligo-dT)를 이용하여 cDNA를 합성하였다. 합성한 cDNA를 이용해, 각 단계별 특이적 유전자의 발현량을 확인하기 위해 사이버그린(SyberGreen)을 이용하여 정량적 실시간 RT-PCR(q-PCR)을 Bio-Rad CFX manager(Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA) 기계에서 수행하였다. 95℃에서 10 분 처리 후, 95℃에서 10 초, 60℃에서 10 초, 72℃에서 30 초로 40 회 반복 반응을 시행하였다. 펍메드(PubMed)의 프라이머 디자인 기구를 이용하여 타겟 유전자의 프라이머를 고안하였고(표 1), 각 프라이머는 0.25 내지 0.5 pmole 농도로 사용하였다. 모든 반응은 실험적 오류를 최소하기 위해 두 번씩 반복 수행하였고, 시료와 대조군의 차이를 공식 Ct 방법으로 분석하였다. 내부 대조군(internal control)인 글리세르알데히드-3-포스페이트 디하이드로게나제(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase; GAPDH) 유전자를 이용하여 정상화(normalized)하였고, 타겟 유전자의 상대적 발현량을 음성 대조군과 비교하여 분석하였다. 모든 q-PCR에 의한 유전자 발현에 대한 결과는 3 번씩 반복 수행하였고, 상대적 발현(Relative expression) 결과는 평균 ± S.E.M(n=3)으로 나타내었다.Specifically, human pluripotent stem cells (hPSCs) were treated with actin A (A) and WNT3a (AW) and then cultured in medium containing BMP4 and FGF2 (BF) for 1 day. Total RNA was extracted from the derivative of the cell induced by differentiation using TRIzol (Invitrogen), and the remaining DNA was then removed by treatment with DNase I (Invitrogen). CDNA was synthesized from 1 ug of the obtained RNA using Moloney murine leukemia virus (M-MLV) reverse transcriptase (Enzynomics, Seoul, Korea) and oligo-dT (oligo-dT). Quantitative real-time RT-PCR (q-PCR) was performed using Bio-Rad CFX manager (Bio-Rad Laboratories, Hercules, Calif.) Using CyberGreen to confirm the expression levels of specific genes at each step, CA) machine. After the treatment at 95 ° C for 10 minutes, the reaction was repeated 40 times at 95 ° C for 10 seconds, 60 ° C for 10 seconds, and 72 ° C for 30 seconds. Primers of the target gene were designed using PubMed's primer design tool (Table 1), and each primer was used at a concentration of 0.25 to 0.5 pmole. All reactions were repeated twice to minimize experimental error, and the difference between the sample and the control group was analyzed by the formula Ct method. The cells were normalized using an internal control glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) gene and the relative expression level of the target gene was compared with the negative control Respectively. The results of gene expression by all q-PCR were repeated three times, and the relative expression results were expressed as mean ± S.E.M (n = 3).

그 결과, 도 2 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 인간 다능성 줄기세포(hPSCs) 및 hiPSCs에 BMP4 및 FGF2를 첨가하고 2일 후, 모두 T의 전사단계의 발현이 급증함을 확인하였다. 3일 이상의 외인성(exogenous) 요소의 추가 처리는 T의 활성화에 아무런 영향을 미치지 않았다. hESCs에서 AW 또는 BF 단독 처리와 비교하여, 일련의 처리(AW/BF)는 T, MIXL1EOMES와 같은 원시선 특이적 유전자의 발현 향상을 가져오고, hESCs-유도체에서는 SOX17 , GATA4와 같은 완전 내배엽 유전자 및 PAX6, SOX1과 같은 외배엽 유전자가 발현되지 않음을 확인하였다. 또한, 높은 농도(50 ng/ml)의 BMP4가 hiPSCs에서 PS 유전자의 전사량 향상에 필수적임을 확인하였다.
As a result, BMP4 and FGF2 were added to human pluripotent stem cells (hPSCs) and hiPSCs, as shown in Fig. 2 and Fig. 6, and it was confirmed that the expression level of all T transcription steps increased rapidly after two days. Further treatment of the exogenous elements over 3 days had no effect on T activation. or BF compared to the AW-only treatment in hESCs, a series of processes (AW / BF) is T, MIXL1 and bring the original eye expression improvement in specific genes, such as EOMES, hESCs- derivative in complete endoderm, such as SOX17, GATA4 Gene and genes such as PAX6 and SOX1 were not expressed. In addition, it was confirmed that high concentration (50 ng / ml) of BMP4 is essential for improving the PS gene transfer rate in hiPSCs.

Figure 112013093874672-pat00001
Figure 112013093874672-pat00001

<2-2> <2-2> 면역세포화학법Immunocytochemistry (( immunocytochemistryimmunocytochemistry )을 통한 )through 원시선Raw line (( PSPS ) 세포 분화 확인) Identification of cell differentiation

세포 수준에서 원시선 세포 단계로의 분화가 잘 유도되었는지를 파악하고자 면역염색(immunostaining)을 수행하였다.Immunostaining was performed to determine whether the differentiation from the cell level to the source cell stage was well induced.

구체적으로, 면역학적 염색을 수행하기 위해 PBS로 세척한 시료를 4% 포름알테히드(formaldehyde, Sigma-Aldrich)로 상온에서 20 분 동안 고정한 다음, PBST(0.1% 트윈(Tween) 20을 포함하는 PBS)로 세 번 세척하고 0.1% 트리톤(triton) X-100(Sigma-Aldrich)으로 세포 멤브레인에 투과성을 부여하였다(permeabilize). 다시 PBST로 세 번 세척한 다음, 시료를 4% 던키 세럼(donkey serum, Jackson ImmunoResearch Laboratories)으로 1 시간 동안 상온에서 블락킹하였다. 그런 다음, 1차 항체(표 2)를 추가하여 4℃에서 밤새 인큐베이션하였다. 다음 날, PBST로 세 번 헹궈준 다음, 시료를 2차 항체(던키 항-마우스 IgG-, 던키 항-고우트(goat) IgG-, 및 던키 항-토끼(rabbit) IgG-Alexa 488 또는 594; Invitrogen)와 함께 1 시간 동안 인큐베이션하였다. PBST로 6 번 세척한 다음, 세포 내 핵을 염색하기 위해 DAPI를 함유한 VECTASHIELD 마운팅(Mounting) 배지에 시료를 5 분 동안 올렸다가 면역학적으로 염색한 세포를 형광 현미경 또는 Zeiss LSM 510 공초점(confocal) 현미경으로 관찰하였다.Specifically, a sample washed with PBS to perform immunological staining was fixed with 4% formaldehyde (Sigma-Aldrich) at room temperature for 20 minutes. Then, PBST (PBS containing 0.1% Tween 20 ) And permeabilized to the cell membrane with 0.1% triton X-100 (Sigma-Aldrich). After washing three times with PBST, the samples were blocked with 4% donkey serum (Jackson ImmunoResearch Laboratories) for 1 hour at room temperature. The primary antibody (Table 2) was then added and incubated overnight at 4 &lt; 0 &gt; C. The next day, the samples were rinsed three times with PBST and the samples were incubated with secondary antibodies (Dunkin anti-mouse IgG-, Dunkin anti-goat IgG-, and Dunkin anti-rabbit IgG-Alexa 488 or 594; Invitrogen) for 1 hour. After washing 6 times with PBST, samples were incubated in VECTASHIELD mounting medium containing DAPI for 5 minutes to stain intracellular nuclei. Immunologically stained cells were stained with fluorescence microscope or Zeiss LSM 510 confocal ) Microscope.

그 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 인간 다능성 줄기세포(hPSCs)의 면역염색 결과 4 개의 외인성 요소의 처리는 중내배엽(mesendodermal) 마커 T로 유도하였고, 다능성(plutipotent) 마커 TRA1-81은 감소하였다.
As a result, as shown in Fig. 2, the immunostaining of human pluripotent stem cells (hPSCs) resulted in the treatment of four exogenous factors with the mesendodermal marker T and the plutipotent marker TRA1-81 Respectively.

Figure 112013093874672-pat00002
Figure 112013093874672-pat00002

<< 실시예Example 3>  3> 원시선Raw line (( PSPS )로부터 중간 중배엽() To the middle mesoderm ( intermediateintermediate mesodermmesoderm ; ; IMIM )으로의 분화 확인)

원시선(PS)에서 중간 중배엽(IM)으로 분화하는 단계가 신장 계통으로 분화하기 위한 가장 중요한 단계로서, 이 단계로의 분화가 잘 이루어졌는지 분자유전학적으로 확인하고자 q-PCR을 수행하였고, 면역학적 염색을 통해 세포 변화를 관찰하였다. The most important step to differentiate into the kidney line from the PS line to the intermediate mesoderm (IM) was to perform q-PCR in order to confirm whether the differentiation into this line was successful. Cellular changes were observed through staining.

구체적으로, 인간 다능성 줄기세포(hPSCs)에서 유래한 원시선(PS) 세포를 RAB7F2(레티노산(RA), BMP7, 및 FGF2)가 첨가된 기본 배지에서 배양하였다. 신장 발달의 상위 분자인 OSR1(Odd skipped related 1)의 발현 정도를 상기 실시예 <2-1>와 같은 방법으로 정량적 RT-PCR을 수행하였다. 또한 상기 실시예 <2-2>와 같이 세포를 면역염색하였다.Specifically, raw PS cells derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) were cultured in a basal medium supplemented with RAB7F2 (retinoic acid (RA), BMP7, and FGF2). Quantitative RT-PCR was performed on the expression level of OSR1 (Odd skipped related 1), which is a superior molecule of renal development, in the same manner as in Example <2-1>. Cells were immunostained as in Example < 2-2 >.

그 결과, 도 3 및 도 7에 나타낸 바와 같이, OSR1의 전사 수준이 6 일 및 8 일째에 hESCs 유래 PS 및 hiPSCs 유래 PS 세포에서 모두 향상되는 것을 확인하였다. 또한, hESCs 유래 PS 및 hiPSCs 유래 PS 세포에서 RAB7F2를 처리한 경우에는 다른 조합(레티노산 단독처리, BMP7 단독처리, FGF2 단독처리, 또는 레티노산 및 BMP7 처리 등) 및 양성 대조군인 인산 태아 신장(HFK) cDNA와 비교하여 IM 유전자의 전사 활성이 가장 효과적임을 확인하였다. hESC 및 hiPSCs로부터 유도된 경우 모두 RA 처리량에 따라 비례하여 OSR1의 발현량이 증가함을 확인하였다. 또한, 면역염색하여 관찰한 결과, hESCs 및 hiPSCs에서 유래된 중간 중배엽(IM) 세포 모두에서 OSR1이 핵에서 발현되는 반면, PS 단계 세포에서는 OSR1이 발현하지 않는 것을 확인하였다. 또한 다른 중간 중배엽 마커인 PAX2 및 SALL1이 핵에서 발현되는 것을 확인하였다. hESC 및 hiPSCs에서 유래된 중간 중배엽(IM)세포에서 OSR1 양성 세포의 비율은 각각 35.6% 및 25.6%임을 확인하였다.
As a result, as shown in FIG. 3 and FIG. 7, it was confirmed that the transcription level of OSR1 was improved on PS cells derived from hESCs and PS cells derived from hiPSCs on days 6 and 8. In addition, when RAB7F2 was treated in hESCs-derived PS and hiPSCs-derived PS cells, different combinations (retinoic acid alone, BMP7 alone, FGF2 alone, or retinoic acid and BMP7 treatment) ) cDNA, it was confirmed that the transcription activity of the IM gene was most effective. hESC and hiPSCs, the expression level of OSR1 was increased in proportion to the RA throughput. In addition, immunohistochemical staining revealed that OSR1 was expressed in the nucleus in both hESCs and hiPSCs-derived mesenchymal (IM) cells, whereas OSR1 was not expressed in PS cells. We also confirmed that other intermediate mesodermal markers, PAX2 and SALL1, are expressed in the nucleus. The percentage of OSR1-positive cells in intermediate mesodermal (IM) cells derived from hESC and hiPSCs was 35.6% and 25.6%, respectively.

<< 실시예Example 4> 중간 중배엽( 4> middle mesoderm ( IMIM ) 세포에서 네프론 전구세포(N) Cells in the nephron progenitor cells (N PCsPCs )로의 분화 확인)

인간 다능성 줄기세포(hPSCs)에서 유래된 중간 중배엽 세포(IM)가 후신 간엽(MM) 단계에 속하는 네프론 전구세포(NPCs), 구체적으로 네프론 전구세포(NPCs)로의 분화가 잘 이루어졌는지 확인하기 위해, q-PCR을 통한 분자유전학적으로 검증뿐 아니라, 면역염색을 통해 세포 수준에서도 검증하였다.To determine whether mesenchymal stem cells (IM) derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) were differentiated into nephron progenitor cells (NPCs), specifically nephron progenitor cells (NPCs), belonging to the late mesenchymal , were verified not only by molecular genetic testing by q-PCR but also by immunohistochemistry at the cellular level.

구체적으로, 중간 중배엽(IM) 세포를 네프론 전구세포(NPCs) 단계로 분화시키기 위해, 레티노산(RA)이 제외된 고농도 BMP7(150 ng/ml) 및 FGF2(50 ng/ml)를 함유하고 있는 기본 배지에서 배양하였다. 분화 완료 후, 상기 <실시예 2>와 같은 방법으로 q-PCR 및 면역학적 염색을 수행하였다. 특히 대상 유전자로는 네프론 전구세포(NPCs)가 존재하는 것으로 알려진 CM(cap mesenchymal) 세포의 주요 유전자인 GDNF(Glial cell-derived neurotrophic factor) 및 SIX2(SIX homeobox 2), HOXD11, WT1를 선택하였다. 중간 중배엽(IM)에서 네프론 전구세포(NPCs)로의 분화에 관련된 주요 전사 요소인 PAX2, WT1 및 SALL1의 발현량도 역시 확인하였다.Specifically, the cells were treated with high concentrations of BMP7 (150 ng / ml) and FGF2 (50 ng / ml) in which mesenchymal (IM) cells were differentiated into nephron progenitor cells (NPCs) And cultured in a basal medium. After completion of the differentiation, q-PCR and immunological staining were carried out in the same manner as in <Example 2>. In particular, GDNF (glial cell-derived neurotrophic factor) and SIX2 (SIX homeobox 2), HOXD11, and WT1 were selected as the major genes of CM (cap mesenchymal) cells known to contain nephron progenitor cells (NPCs). The expression levels of PAX2, WT1 and SALL1, the major transcription factors involved in differentiation from mesenchymal (IM) to nephron progenitor cells (NPCs), were also confirmed.

그 결과, 도 4 및 도 9와 같이, hESC 유래 세포에서 네프론 전구세포(NPC)의 마커 유전자들(SIX2, GDNF, HOXD11, WT1)이 모두 상대적 발현이 유의적으로 증가함을 비교하여 확인하였다. 또한, 동일한 방법으로 hiPSC 유래 중간 중배엽(IM) 세포로부터 네프론 전구 세포(NPCs)로의 분화를 확인한 결과, SIX2 양성인 세포의 비율이 30.2%임을 확인하였고, 네프론 전구 세포(NPCs)의 다른 마커인 PAX2, SALL1 및 WT1도 양성임을 확인하였다.
As a result, as shown in FIGS. 4 and 9, the relative expression of all of the marker genes (SIX2, GDNF, HOXD11, WT1) of neuron precursor cells (NPC) in the hESC-derived cells was significantly increased. As a result, it was confirmed that the ratio of SIX2-positive cells was 30.2% and the other markers of nephron progenitor cells (NPCs), PAX2, SALL1 and WT1 were also positive.

<< 실시예Example 5>  5> 네프론Nephron 전구세포( Progenitor cells ( NPCsNPCs )의 )of 네프론을Nephron 구성하는 세포로의 분화 확인 Identification of differentiation into the constituting cells

<5-1> 시험관 내에서(&Lt; 5-1 > InIn vitrovitro ) ) 네프론Nephron 전구세포( Progenitor cells ( NPCsNPCs )의 )of 다분화능Multiparameter 확인 Confirm

본 발명의 인간 다능성 줄기세포(hPSCs)에서 유래된 네프론 전구세포의 분화능을 생체 외에서 확인하였다.The pluripotency of nephron progenitor cells derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) of the present invention was confirmed in vitro.

구체적으로, 네프론 전구세포(NPCs)가 네프론을 구성하는 신세뇨관 상피 세포(RTECs) 및 사구체 족세포로 분화됨을 확인하기 위하여, 신세뇨관 상피 세포(RTECs) 특이적 마커인 E-CADHERIN, ZO1 및 KRT18, 사구체 족세포 특이적 마커인 SYNAPTOPODIN 및 PODOCALYXIN의 발현량을 측정하였다. 상기 실시예 <2-1>와 같은 방법으로 정량적 RT-PCR 및 상기 실시예 <2-2>와 같이 세포 면역염색을 실시하였다.Specifically, in order to confirm that the nephron progenitor cells (NPCs) differentiate into renal tubular epithelial cells (RTECs) and glomeruli cells constituting the nephron, E-CADHERIN, ZO1 and KRT18 which are specific markers of renal tubular epithelial cells (RTECs) , And the expression levels of SYNAPTOPODIN and PODOCALYXIN, which are glomerular cell specific markers, were measured. Quantitative RT-PCR and immunohistochemical staining were carried out as in Example <2-1> and <2-2>, respectively.

그 결과, 도 5 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 제한된 배양 조건에서 네프론 전구세포(NPCs)는 신세뇨관 상피 세포(RTECs) 및 사구체 족세포로 분화 가능함으로써, 네프론 전구세포가 이분화함(bipotent)을 확인하였다. 네프론 전구세포(NPCs)에서 발달한 신세뇨관 상피 세포(RTECs)는 E-CADHERIN, ZO1 및 KRT18를 발현하므로, 중간엽-상피 전이(MET)가 발생함을 확인하였다. 또한, 신세뇨관 상피 세포(RTECs)에서 발현하는 마커 유전자인 AP(alkaline phosphatase) 및 CD13는 근위 관 세포에서 및 MUC1는 원위 관 세포에서 각각 발현함을 확인하였다. 또한, 족세포 특이적 마커인 SYNAPTOPODIN 및 PODOCALYXIN는 hESC에서 유래한 족세포에서는 발현이 되었으나, 네프론 전구세포에서는 발현되지 않음으로써, hESC에서 유래한 네프론 전구세포가 사구체 족세포로 분화할 수 있음을 확인하였다. 또한, hiPSC에서 유래한 네프론 전구세포는 RTECs 및 사구체 족세포를 각각 동일 배양 조건에서 발달시킬 수 있다.
As a result, as shown in FIGS. 5 and 10, in a limited culture condition, nephron progenitor cells (NPCs) can differentiate into renal tubular epithelial cells (RTECs) and glomeruli cells, Respectively. (RTECs) developed in nephron progenitor cells (NPCs) express E-CADHERIN, ZO1 and KRT18, thus confirming the occurrence of mesenchymal-epithelial metastasis (MET). In addition, it was confirmed that AP (alkaline phosphatase) and CD13, which are marker genes expressed in renal tubular epithelial cells (RTECs), are expressed in proximal duct cells and MUC1 in distal duct cells, respectively. In addition, SYNAPTOPODIN and PODOCALYXIN, which are cell-specific markers, were expressed in hESC-derived podocytes but not in nephron progenitor cells, confirming that neoplastic progenitor cells derived from hESC can differentiate into glomeruli Respectively. In addition, neuronal progenitor cells derived from hiPSC can develop RTECs and glomerular cells under the same culture conditions, respectively.

<5-2> 3D 배양 조건에서 시험관 내 관 생성(<5-2> In vitro tube formation under 3D culture conditions tubulogenictubulogenic ) 확인) Confirm

세포 외에서 네프론 전구세포가 신세뇨관 상피 세포로 분화하였는지 확인하기 위해, 관 생성(tubulogenic) 검사를 수행하였다.Tubulogenic tests were performed to determine whether neuronal progenitor cells differentiated into extra-tubular epithelial cells outside the cell.

구체적으로, 인간 다능성 줄기세포(hPSCs)에서 유래한 네프론 전구세포(NPCs)는 Accutase™(Innovative cell Technologies, San Diego, CA)을 10 분 동안 처리한 다음 배양용 배지에 옮겼다. 그런 다음 세포를 40 μm 필터 메쉬(mesh)로 여과하고 30 × g로 3 분 동안 원심분리하였다. 세포 펠렛(pellets)을 신장 상피세포 생장 배지(REGM)에 2 × 105 세포/ml 농도가 되도록 현탁하고, 90% 마트리겔과 혼합하였다. 세포와 마트리겔의 혼합물 500 μl을 4-웰 디쉬 위에 올리고 37℃에서 20 분 동안 배양한 다음, HGF 50 ng/ml를 포함하는 REGM 500 μl을 첨가하고 14 일 동안 추가적으로 배양하였다. 또 다른 실험관 내 관 생성 확인을 위한 3D 배양 조건으로, 100% 마트리겔을 4-웰 디쉬 37℃에서 1 시간 인큐베이션하여 코팅한 다음, 상기 세포를 2 × 105 세포/ml 농도로 마트리겔로 코팅된 디쉬에 시딩(seed)하고, 50 ng/ml HGF를 포함하는 REGM에서 14 일 동안 배양하였다. 세포를 배양하는 동안 배지는 2일마다 교체하였다.Specifically, nephron progenitor cells (NPCs) derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) were treated with Accutase ™ (Innovative cell Technologies, San Diego, Calif.) For 10 minutes and then transferred to a culture medium. The cells were then filtered through a 40 μm filter mesh and centrifuged at 30 × g for 3 min. Cell pellets were suspended in kidney epithelial cell growth medium (REGM) to a concentration of 2 x 10 5 cells / ml and mixed with 90% matrigel. 500 μl of the mixture of cells and Matrigel was placed on a 4-well dish and incubated at 37 ° C for 20 minutes, then 500 μl of REGM containing 50 ng / ml of HGF was added and further cultured for 14 days. 100% Martrigel was incubated in a 4-well dish at 37 ° C for 1 hour in a 3-D culture condition for confirming the production of a tube in an experimental tube, and the cells were coated with Matrigel at a concentration of 2 × 10 5 cells / ml Seeded and incubated for 14 days in REGM containing 50 ng / ml HGF. The medium was replaced every 2 days during cell culture.

그 결과, 도 11에 나타낸 바와 같이, 마트리겔로 코팅된 배양접시에서 및 마트리겔을 포함하는 배지에서 세포를 배양하였을 때 모두 3D 관 유사 구조를 형성하였다. 상기 관 유사 구조는 상피세포의 마커인 KRT18로 염색하여 확인하였다. 또한, 족세포 특이적 마커인 SYNAPTOPODIN 및 PODOCALYXIN는 hESC에서 유래한 족세포에서는 발현이 되었으나, RPCs에서는 발현되지 않음으로써, hESC에서 유래한 RPCs가 사구체 족세포로 분화할 수 있음을 확인하였다. 더욱 확대하여 확인한 결과, SYNAPTOPODIN 및 WT1와 함께 F-액틴(F-actin)을 함께 염색하였을 때, 족세포가 어보라이즈드 모양(aborized shapes)임을 확인하였다. 앤지오텐신 II를 처리한 족세포는 유동성의 수축성(contractility)을 지니는 것을 확인하였다. 또한, hiPSC에서 유래한 네프론 전구세포는 RTECs 및 사구체 족세포를 각각 동일 배양 조건에서 발달시킬 수 있다.
As a result, as shown in Fig. 11, when the cells were cultured in a culture dish coated with Matrigel and a medium containing Matrigel, all of the 3D tube-like structures were formed. The tube-like structure was confirmed by staining with KRT18, a marker of epithelial cells. In addition, SYNAPTOPODIN and PODOCALYXIN, which are podocyte-specific markers, were expressed in hESC-derived podocytes but not in RPCs, confirming that hESC-derived RPCs could differentiate into glomerular cells. When the F-actin was stained together with SYNAPTOPODIN and WT1, it was confirmed that the pod cells were aborized shapes. Cells treated with angiotensin II were found to have contractility of fluidity. In addition, neuronal progenitor cells derived from hiPSC can develop RTECs and glomerular cells under the same culture conditions, respectively.

<< 실시예Example 6>  6> 네프론Nephron 전구세포에서 세포 내  Intracellularly in progenitor cells 관생성능Performance 확인 Confirm

세포 내 분화능을 평가하기 위해, 면역조직화학법(Immunohistochemistry) 및 세포 내 관생성능 검사를 실시하였다.Immunohistochemistry and intracellular performance tests were performed to evaluate intracellular differentiation potential.

구체적으로, 인간 다능성 줄기세포(hPSCs)에서 유래된 네프론 전구세포에 마트리겔 플러그(Matrigel plugs)를 첨가시킨 다음 마우스 피하(subcutaneously)에 주입하였다. 15일 이후, 조직학적 및 면역조직화학적 검사를 위해 플러그를 절단 및 반응하도록 하였다. 조직학적 검사에는 파라핀 블록(paraffin block)에 임베드된(embedded) 시료를 사용하였다. 소디움 시트레이트(sodium citrate) 용액(pH 6.0)으로 항원 회복(antigen retrieval)을 20 분간 수행한 다음, 5% 던키 혈청(Jackson ImmunoResearch Laboratories)을 포함한 PBS-T(0.03% 트리톤 X-100 및 PBS)에서 파라핀(4 mm 두께)을 상온에서 1 시간 동안 인큐베이션하였다. 마우스 Fab 블록킹(blocking)이 필요한 경우에는, 동일한 블록킹 제제에 10% Fab 단편 항-마우스 IgG를 첨가하여, 추가적으로 2 시간 동안 인큐베이션하였다. PBS-T로 3 번 세척한 다음, 시료에 형광물질이 결합된 2차 항체(1:1,000)를 결합시키기 위해 상온에서 3 시간 동안 추가 인큐베이션하였다. 그리고 나서, PBS-T로 여러 번 세척한 다음, 핵 염색을 위해 DAPI 염색을 상온에서 10 분 동안 실시하고 마운팅 배지(Dako, Carpinteria, CA)에 올리고 공초점 현미경을 이용해 형광 신호를 관찰하였다. 본 발명에 이용한 모든 1차 항체는 표 2에 나타낸 정보와 같다.Specifically, Matrigel plugs were added to nephron progenitor cells derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) and then injected subcutaneously into mice. After 15 days, the plug was cut and reacted for histological and immunohistochemical examination. Histopathological examination was performed using an embedded sample in a paraffin block. Antigen retrieval was performed with sodium citrate solution (pH 6.0) for 20 minutes followed by addition of PBS-T (0.03% Triton X-100 and PBS) containing 5% Dunki's serum (Jackson ImmunoResearch Laboratories) (4 mm thickness) was incubated at room temperature for 1 hour. When mouse Fab blocking was required, 10% Fab fragment anti-mouse IgG was added to the same blocking agent and incubated for an additional 2 hours. After washing three times with PBS-T, the samples were further incubated at room temperature for 3 hours to bind a fluorescent antibody-conjugated secondary antibody (1: 1,000). After washing several times with PBS-T, DAPI staining for nuclear staining was performed for 10 minutes at room temperature. Fluorescence signals were observed on a mounting medium (Dako, Carpinteria, CA) using a confocal microscope. All primary antibodies used in the present invention are shown in Table 2.

또한, 생체 내 주입시 네프론 구성 세포로의 분화여부를 평가하기 위해 인간 다능성 줄기세포(hPSCs)에서 유래된 네프론 전구세포(NPCs)를 가지고 있는 6 주 생 암컷 Crl:Nu-Foxn1 누드 마우스를 사용하였다. 마우스를 이용한 모든 실험은 KAIST 동물 보호 위원회의 승인을 받아 시행하였다. 1×107 네프론 전구세포(NPCs)를 총 부피가 100 μl이 되도록 90% 마트리겔과 혼합하였다. 마트리겔 플러그는 마우스 피하의 오른쪽 측면 지역으로 이식되었다. 21 일이 지난 다음, 마트리겔 플러그를 상기 마우스의 조직에서 H&E 염색 및 면역조직화학법으로 관찰하였다.In addition, a 6-week-old female Crl: Nu-Foxn1 nude mouse with nephron progenitor cells (NPCs) derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) was used to assess the differentiation into nephron constitutive cells in vivo Respectively. All experiments using mice were approved by the KAIST Animal Protection Committee. 1 × 10 7 nephron progenitor cells (NPCs) were mixed with 90% matrigel to a total volume of 100 μl. The Martrigel plug was implanted into the right lateral area of the subcutis of the mouse. After 21 days, Matrigel plugs were observed by H & E staining and immunohistochemistry in the tissues of the mice.

그 결과, 도 5 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 네프론 전구세포로부터 분화시킨 세포에서 H&E 염색을 통해 유사 관 구조를 확인하였다. 또한, 면역조직화학적 분석을 통해 상기 구조는 신세뇨관 세포 마커 CD13(근위) 및 MUC1(원위)를 확인하였다. 이때, 이소타입 대조군을 음성 대조군으로 이용하였다. 상기 구조는 인간 핵 항원(human nuclear antigen; hNA)을 발현함으로써, 이 구조가 인간 유도체로부터 유래한 것임을 확인하였다. 따라서, hPSC에서 유래한 네프론 전구세포가 신세뇨관 상피세포로 완전 분화하여 생체 내 신세뇨관 생성 활성을 가짐을 확인하였다.
As a result, as shown in FIG. 5 and FIG. 10, the similar tubular structure was confirmed by H & E staining in cells differentiated from nephron progenitor cells. In addition, immunohistochemical analysis revealed that the constructs identified the renal tubular cell markers CD13 (proximal) and MUC1 (distal). At this time, an isotype control group was used as a negative control group. The above structure confirmed that the structure was derived from a human derivative by expressing a human nuclear antigen (hNA). Therefore, it was confirmed that the nephron progenitor cells derived from hPSC were completely differentiated into renal tubular epithelial cells and had a renal tubular tubule production activity in vivo.

<110> Korea Advanced Institute of Science and Technology <120> Method for inducing differentiation of human pluripotent stem cells into nephron progenitor cells <130> 13p-06-33 <160> 58 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH F <400> 1 cttcgctctc tgctcctcct 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH R <400> 2 gttaaaagca gccctggtga 20 <210> 3 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> T F <400> 3 cagtggcagt ctcaggttaa gaagga 26 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> T R <400> 4 cgctactgca ggtgtgagca a 21 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MIXL1 F <400> 5 tccaggatcc aggtatggtt 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MIXL1 R <400> 6 cgtttcagtt ccaggagcac 20 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EOMES F <400> 7 atgctgaaga gtatagtaaa gaca 24 <210> 8 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EOMES R <400> 8 aacaccacca agtccatc 18 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SOX17 F <400> 9 aaagacccag ggtacctaaa 20 <210> 10 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SOX17 R <400> 10 aggaagacaa attctcacag cag 23 <210> 11 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FOXA2 F <400> 11 ctgagcgaga tctaccagtg ga 22 <210> 12 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FOXA2 R <400> 12 agtcgttgaa ggagagcgag t 21 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PAX6 F <400> 13 agcccagtat aagcgggagt 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PAX6 R <400> 14 ctagccaggt tgcgaagaac 20 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SOX1 F <400> 15 cacaactcgg agatcagcaa 20 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SOX1 R <400> 16 ggtacttgta atccgggtgc 20 <210> 17 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OSR1 F <400> 17 cggagagtga gtggagag 18 <210> 18 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OSR1 R <400> 18 tgaagcagat acagggatta ca 22 <210> 19 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PAX2 F <400> 19 acgcccatta aagcacag 18 <210> 20 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PAX2 R <400> 20 ttacagagaa agagccaaca aa 22 <210> 21 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SALL1 F <400> 21 agcgaagcct caacatttcc aatcc 25 <210> 22 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SALL1 R <400> 22 aattcaaaga actcggcaca gcacc 25 <210> 23 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EYA1 F <400> 23 gatgtcaagt gtcagtaagg at 22 <210> 24 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EYA1 R <400> 24 aagtgaggtg gtaggagag 19 <210> 25 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> WT1 F <400> 25 tgtgtgttgt gttgtgttt 19 <210> 26 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> WT1 R <400> 26 tgtcaaagag caaatcatta tca 23 <210> 27 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SIX2 F <400> 27 cttgccaccg ttcattct 18 <210> 28 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SIX2 R <400> 28 ggaccaggac acagagta 18 <210> 29 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GDNF F <400> 29 caagaagcag cagttacca 19 <210> 30 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GDNF R <400> 30 gagcagaaag gacagagaag 20 <210> 31 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HOXD11 F <400> 31 tggaacgcga gtttttcttt 20 <210> 32 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HOXD11 R <400> 32 ctgcagacgg tctctgttca 20 <210> 33 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CITED1 F <400> 33 gctgctaatg ccaagtgt 18 <210> 34 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CITED1 R <400> 34 gcccgtctct ttgtaagtaa c 21 <210> 35 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FOXD1 F <400> 35 tgcgggtccc tctatttatg 20 <210> 36 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FOXD1 R <400> 36 taacgcctgg acctgagaat 20 <210> 37 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HOXB7 F <400> 37 gtggactgtg ggtctggact 20 <210> 38 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HOXB7 R <400> 38 gaacacgcga gtggtaggtt 20 <210> 39 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RUNX2 F <400> 39 gacagcccca acttcctgt 19 <210> 40 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RUNX2 R <400> 40 ccggagctca gcagaataat 20 <210> 41 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> COL1A1 F <400> 41 acttgcttga agacccatgc 20 <210> 42 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> COL1A1 R <400> 42 ggtgtttgag cattgccttt 20 <210> 43 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PECAM1 F <400> 43 tgcgaatcga tcagtgga 18 <210> 44 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PECAM1 R <400> 44 accggggcta tcaccttc 18 <210> 45 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TIE2 F <400> 45 ccttagtgac attcttcc 18 <210> 46 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TIE2 R <400> 46 gcaaaaatgt ccacctgg 18 <210> 47 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MYH11 F <400> 47 cagttcgaaa gggatctcca 20 <210> 48 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MYH11 R <400> 48 gtagctgctt gatggcttcc 20 <210> 49 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CALPONIN F <400> 49 aggctccgtg aagaagatca 20 <210> 50 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CALPONIN R <400> 50 ccacgttcac cttgtttcct 20 <210> 51 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ALBUMIN F <400> 51 tgcacagaat ccttggtgaa 20 <210> 52 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ALBUMIN R <400> 52 ttcacgagct caacaagtgc 20 <210> 53 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AAT F <400> 53 gaagtcaagg acaccgagga 20 <210> 54 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AAT R <400> 54 gctggcagac cttctgtctt 20 <210> 55 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TUJ1 F <400> 55 gggcctttgg acatctcttc 20 <210> 56 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TUJ1 R <400> 56 cctccgtgta gtgacccttg 20 <210> 57 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MAP2 F <400> 57 gtggcggacg tgtgaaaatt gag 23 <210> 58 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MAP2 R <400> 58 ctggatctgc ctggggactg tg 22 <110> Korea Advanced Institute of Science and Technology <120> Method for inducing differentiation of human pluripotent stem          cells into nephron progenitor cells <130> 13p-06-33 <160> 58 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH F <400> 1 cttcgctctc tgctcctcct 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH R <400> 2 gttaaaagca gccctggtga 20 <210> 3 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> T F <400> 3 cagtggcagt ctcaggttaa gaagga 26 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> T R <400> 4 cgctactgca ggtgtgagca a 21 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MIXL1 F <400> 5 tccaggatcc aggtatggtt 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MIXL1 R <400> 6 cgtttcagtt ccaggagcac 20 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EOMES F <400> 7 atgctgaaga gtatagtaaa gaca 24 <210> 8 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EOMES R <400> 8 aacaccacca agtccatc 18 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SOX17 F <400> 9 aaagacccag ggtacctaaa 20 <210> 10 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SOX17 R <400> 10 aggaagacaa attctcacag cag 23 <210> 11 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FOXA2 F <400> 11 ctgagcgaga tctaccagtg ga 22 <210> 12 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FOXA2 R <400> 12 agtcgttgaa ggagagcgag t 21 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PAX6 F <400> 13 agcccagtat aagcgggagt 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PAX6 R <400> 14 ctagccaggt tgcgaagaac 20 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SOX1 F <400> 15 cacaactcgg agatcagcaa 20 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SOX1 R <400> 16 ggtacttgta atccgggtgc 20 <210> 17 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OSR1 F <400> 17 cggagagtga gtggagag 18 <210> 18 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OSR1 R <400> 18 tgaagcagat acagggatta ca 22 <210> 19 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PAX2 F <400> 19 acgcccatta aagcacag 18 <210> 20 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PAX2 R <400> 20 ttacagagaa agagccaaca aa 22 <210> 21 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SALL1 F <400> 21 agcgaagcct caacatttcc aatcc 25 <210> 22 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SALL1 R <400> 22 aattcaaaga actcggcaca gcacc 25 <210> 23 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EYA1 F <400> 23 gatgtcaagt gtcagtaagg at 22 <210> 24 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EYA1 R <400> 24 aagtgaggtg gtaggagag 19 <210> 25 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> WT1 F <400> 25 tgtgtgttgt gttgtgttt 19 <210> 26 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> WT1 R <400> 26 tgtcaaagag caaatcatta tca 23 <210> 27 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SIX2 F <400> 27 cttgccaccg ttcattct 18 <210> 28 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SIX2 R <400> 28 ggaccaggac acagagta 18 <210> 29 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GDNF F <400> 29 caagaagcag cagttacca 19 <210> 30 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GDNF R <400> 30 gagcagaaag gacagagaag 20 <210> 31 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HOXD11 F <400> 31 tggaacgcga gtttttcttt 20 <210> 32 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HOXD11 R <400> 32 ctgcagacgg tctctgttca 20 <210> 33 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CITED1 F <400> 33 gctgctaatg ccaagtgt 18 <210> 34 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CITED1 R <400> 34 gcccgtctct ttgtaagtaa c 21 <210> 35 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FOXD1 F <400> 35 tgcgggtccc tctatttatg 20 <210> 36 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FOXD1 R <400> 36 taacgcctgg acctgagaat 20 <210> 37 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HOXB7 F <400> 37 gtggactgtg ggtctggact 20 <210> 38 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HOXB7 R <400> 38 gaacacgcga gtggtaggtt 20 <210> 39 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RUNX2 F <400> 39 gacagcccca acttcctgt 19 <210> 40 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RUNX2 R <400> 40 ccggagctca gcagaataat 20 <210> 41 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> COL1A1 F <400> 41 acttgcttga agacccatgc 20 <210> 42 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> COL1A1 R <400> 42 ggtgtttgag cattgccttt 20 <210> 43 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PECAM1 F <400> 43 tgcgaatcga tcagtgga 18 <210> 44 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PECAM1 R <400> 44 accggggcta tcaccttc 18 <210> 45 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TIE2 F <400> 45 ccttagtgac attcttcc 18 <210> 46 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TIE2 R <400> 46 gcaaaaatgt ccacctgg 18 <210> 47 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MYH11 F <400> 47 cagttcgaaa gggatctcca 20 <210> 48 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MYH11 R <400> 48 gtagctgctt gatggcttcc 20 <210> 49 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CALPONIN F <400> 49 aggctccgtg aagaagatca 20 <210> 50 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CALPONIN R <400> 50 ccacgttcac cttgtttcct 20 <210> 51 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ALBUMIN F <400> 51 tgcacagaat ccttggtgaa 20 <210> 52 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ALBUMIN R <400> 52 ttcacgagct caacaagtgc 20 <210> 53 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AAT F <400> 53 gaagtcaagg acaccgagga 20 <210> 54 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AAT R <400> 54 gctggcagac cttctgtctt 20 <210> 55 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TUJ1 F <400> 55 gggcctttgg acatctcttc 20 <210> 56 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TUJ1 R <400> 56 cctccgtgta gtgacccttg 20 <210> 57 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MAP2 F <400> 57 gtggcggacg tgtgaaaatt gag 23 <210> 58 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MAP2 R <400> 58 ctggatctgc ctggggactg tg 22

Claims (16)

1) 인간 배아줄기세포(human embryonic stem cell; hESCs) 또는 인간 유도만능줄기세포(Human induced pluripotent stem cells; hiPSCs)를 Act A(Activin A) 및 Wnt3a이 포함된 무혈청(serum-free) 배지로 배양한 다음, BMP4(bone morphogenetic protein 4) 및 bFGF(basic fibroblast growth factor)를 처리하여 상기 인간 배아줄기세포 또는 인간 유도만능줄기세포로부터 T(brachyury), MIXL1(Mix paired-like homeobox) 및 EOMES(eomesodermin)가 발현되는 원시선(primitive streak; PS) 세포를 유도하는 단계;
2) 상기 단계 1)에서 분화된 원시선 세포를 포함하는 배지에 RA(retinoic acid), bFGF, 및 BMP7를 처리하여 OSR1(Odd skipped related 1), PAX2(paired box 2) 및 SALL1(spalt-like transcription factor 1)가 발현되는 중간 중배엽(intermediate mesoderm; IM) 세포를 유도하는 단계; 및
3) 상기 단계 2)에서 분화된 중간 중배엽 세포를 포함하는 배지에 bFGF 및 BMP7를 처리하여 SIX2(SIX homeobox 2), GDNF(glial cell derived neurotrophic factor), HOXD11(Homeobox protein Hox-D11) 및 WT1(Wilms tumor 1)가 발현되는 네프론 전구세포(Nephron progenitor cells; NPCs)로 분화를 유도하는 단계를 포함하는,
인간 배아줄기세포 또는 인간 유도만능줄기세포로부터 네프론 전구세포(Nephron progenitor cells; NPCs) 분화 유도 방법.
1) Human embryonic stem cells (hESCs) or human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) were cultured in serum-free medium containing Act A (A) and Wnt3a (Mixed paired-like homeobox) and EOMES (human embryonic stem cell) or human induced pluripotent stem cells (BMP4) and bFGF (basic fibroblast growth factor) inducing primitive streak (PS) cells in which eomesodermin is expressed;
2) Treatment of retinoic acid (RA), bFGF, and BMP7 with media containing the differentiated ROS cells in step 1) resulted in OSR1 (odd skipped related 1), PAX2 (paired box 2) and SALL1 inducing intermediate mesoderm (IM) cells in which transcription factor 1 is expressed; And
3) The medium containing mesenchymal stem cells differentiated in step 2) was treated with bFGF and BMP7 to induce SIX2 (SIX homeobox 2), GDNF (glial cell derived neurotrophic factor), HOXD11 (Homeobox protein Hox-D11) and WT1 Inducing differentiation into nephron progenitor cells (NPCs) in which Wilms tumor 1) is expressed.
A method for inducing differentiation of nephron progenitor cells (NPCs) from human embryonic stem cells or human induced pluripotent stem cells.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 단계 1)의 배양은 마트리겔(matrigel)로 코팅된 배양접시에서 배양하는 것을 특징으로 하는 인간 배아줄기세포 또는 인간 유도만능줄기세포로부터 네프론 전구세포 분화 유도 방법.
The method according to claim 1, wherein the culture in step 1) is cultured in a matrigel-coated culture dish. 2. The method according to claim 1, wherein the culture in step 1) is cultured in a matrigel-coated culture dish.
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)의 무혈청 배지는 Act A 및 Wnt3을 각각 80 내지 120 ng/ml 포함하는 것을 특징으로 하는 인간 배아줄기세포 또는 인간 유도만능줄기세포로부터 네프론 전구세포 분화 유도 방법.
The method according to claim 1, wherein the serum-free medium of step 1) comprises Act A and Wnt3 in an amount of 80 to 120 ng / ml, respectively, and a method for inducing nephron progenitor differentiation from human embryonic stem cells or human induced pluripotent stem cells .
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)의 BMP4 및 bFGF는 각각 10 내지 60 ng/ml 및 5 내지 15 ng/ml 처리하는 것을 특징으로 하는 인간 배아줄기세포 또는 인간 유도만능줄기세포로부터 네프론 전구세포 분화 유도 방법.
The method according to claim 1, wherein BMP4 and bFGF in step 1) are treated at 10 to 60 ng / ml and 5 to 15 ng / ml, respectively, from human embryonic stem cells or human induced pluripotent stem cells, Induction method.
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)의 BMP4 및 bFGF는 2 일 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 인간 배아줄기세포 또는 인간 유도만능줄기세포로부터 네프론 전구세포 분화 유도 방법.
The method according to claim 1, wherein the BMP4 and bFGF of step 1) are treated for 2 days, and the method for inducing nephron progenitor cell differentiation from human embryonic stem or human induced pluripotent stem cells.
제 1항에 있어서, 상기 단계 2)의 RA, bFGF 및 BMP7는 각각 5 내지 20 μM, 30 내지 70 ng/ml, 및 5 내지 15 ng/ml로 처리하는 것을 특징으로 하는 인간 배아줄기세포 또는 인간 유도만능줄기세포로부터 네프론 전구세포 분화 유도 방법.
The method according to claim 1, wherein the RA, bFGF and BMP7 of step 2) are treated with 5 to 20 μM, 30 to 70 ng / ml and 5 to 15 ng / ml, respectively, Induction of neuronal progenitor cell differentiation from induced pluripotent stem cells.
제 1항에 있어서, 상기 단계 2)의 RA, bFGF 및 BMP7는 6 일 내지 8 일 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 인간 배아줄기세포 또는 인간 유도만능줄기세포로부터 네프론 전구세포 분화 유도 방법.
The method according to claim 1, wherein the RA, bFGF and BMP7 of step 2) are treated for 6 days to 8 days, and the induction of nephron progenitor cell differentiation from human embryonic stem or human induced pluripotent stem cells.
제 1항에 있어서, 상기 단계 3)의 bFGF 및 BMP7는 각각 30 내지 70 ng/ml, 및 130 내지 170 ng/ml를 처리하는 것을 특징으로 하는 인간 배아줄기세포 또는 인간 유도만능줄기세포로부터 네프론 전구세포 분화 유도 방법.
The method according to claim 1, wherein bFGF and BMP7 in step 3) are treated at 30 to 70 ng / ml and 130 to 170 ng / ml, respectively, from human embryonic stem cells or human induced pluripotent stem cells, Cell differentiation induction method.
제 1항에 있어서, 상기 단계 3)의 bFGF 및 BMP7는 13 내지 17 일 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 인간 배아줄기세포 또는 인간 유도만능줄기세포로부터 네프론 전구세포 분화 유도 방법.
The method according to claim 1, wherein the bFGF and BMP7 in step 3) are treated for 13 to 17 days.
Act A, Wnt3a, BMP4, 및 bFGF를 포함하는 인간 배아줄기세포(human embryonic stem cell; hESCs) 또는 인간 유도만능줄기세포(Human induced pluripotent stem cells; hiPSCs) 유래 T(brachyury), MIXL1(Mix paired-like homeobox) 및 EOMES(eomesodermin)가 발현되는 원시선 세포 유도용 조성물.
(Brachyury) derived from human embryonic stem cells (hESCs) or human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) containing Act A, Wnt3a, BMP4, and bFGF, Mix paired- like homeobox) and EOMES (eomesodermin).
제 11항에 있어서, 상기 Act A, Wnt3a, BMP4, 및 bFGF는 각각 80 내지 120 ng/ml, 80 내지 120 ng/ml, 10 내지 60 ng/ml, 및 5 내지 15 ng/ml 포함되는 것을 특징으로 하는 원시선 세포 유도용 조성물.
12. The method according to claim 11, wherein Act A, Wnt3a, BMP4, and bFGF are contained in an amount of 80 to 120 ng / ml, 80 to 120 ng / ml, 10 to 60 ng / ml, and 5 to 15 ng / ml, Wherein the composition comprises at least one member selected from the group consisting of:
RA, bFGF 및 BMP7를 포함하는 인간 배아줄기세포(human embryonic stem cell; hESCs) 또는 인간 유도만능줄기세포(Human induced pluripotent stem cells; hiPSCs) 유래 T(brachyury), MIXL1(Mix paired-like homeobox) 및 EOMES(eomesodermin)가 발현되는 원시선 세포로부터 OSR1(Odd skipped related 1), PAX2(paired box 2) 및 SALL1(spalt-like transcription factor 1)가 발현되는 중간 중배엽 세포 유도용 조성물.
T (brachyury) derived from human embryonic stem cells (hESCs) or human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) including RA, bFGF and BMP7, Mix paired-like homeobox (MIXL1) A composition for inducing mesenchymal cells expressing OSR1 (Odd skipped related 1), PAX2 (paired box 2), and SALL1 (spalt-like transcription factor 1) from ROS cells expressing EOMES (eomesodermin).
제 13항에 있어서, 상기 RA, bFGF 및 BMP7는 각각 5 내지 20 μM, 5 내지 15 ng/ml, 및 30 내지 70 ng/ml 포함되는 것을 특징으로 하는 중간 중배엽 세포 유도용 조성물.
14. The composition according to claim 13, wherein RA, bFGF and BMP7 are contained in an amount of 5 to 20 [mu] M, 5 to 15 ng / ml and 30 to 70 ng / ml, respectively.
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