KR101636533B1 - Composition for inducing dedifferentiation of somatic cell into muscle stem cell and method for preparing muscle stem cell using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 체세포로부터 근육줄기세포로의 역분화를 유도하기 위한 조성물 및 이를 이용한 근육줄기세포의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 간단한 방법만으로 근육줄기세포 유사세포를 제조할 수 있다.The present invention relates to a composition for inducing de-differentiation from somatic cells to muscle stem cells, and a method for producing muscle stem cells using the same, and the present invention can produce muscle stem cell-like cells by a simple method.

Description

체세포로부터 근육줄기세포로의 역분화 유도용 조성물 및 이를 이용한 근육줄기세포의 제조방법 {Composition for inducing dedifferentiation of somatic cell into muscle stem cell and method for preparing muscle stem cell using the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composition for inducing the differentiation of somatic cells into muscle stem cells and a method for preparing muscle stem cells using the same.

본 발명은 체세포로부터 근육줄기세포로의 역분화를 유도하기 위한 조성물 및 이를 이용한 근육줄기세포의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for inducing de-differentiation from somatic cells to muscle stem cells, and a method for producing muscle stem cells using the same.

줄기세포는 모든 세포와 조직을 만들어 내는 근간이 될 수 있는 세포이다. 따라서 배양을 통해 줄기세포를 증식시킨 후 특정 세포로 분화시키는 기술은 세포 치료라는 측면에서 여러 질병을 치료할 수 있는 잠재력을 갖는다. 줄기세포는 분화 능력에 따라 전분화능 (pluripotency), 다분화능 (multipotency) 또는 단일분화능 (unipotency)로 나누어지며, 줄기세포의 종류는 배아 줄기세포 (착상 전 배아의 내세포), 성체 줄기세포 (각 조직 및 장기에 극소수로 존재) 및 유도만능 줄기세포 (역분화 줄기세포: 체세포에 유전자 및 단백질을 삽입하여 역분화가 유도된 세포)가 있다. 배아줄기세포는 적절한 자극을 통해 신체 내 210여 개의 장기를 구성하는 조직으로 분화할 수 있는 무한한 잠재력을 가지고 있으나, 세포 추출의 생명윤리 문제와 더불어 분화 조절의 어려움, 기형종과 같은 암세포화, 변이 발생과 같은 단점이 있어 임상시험에 적용에 많은 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 어려움으로 인해 이미 분화가 끝난 세포들을 인위적으로 역분화시켜 만능분화능(pluripotent)을 가지도록 유도된 유도만능 줄기세포(Induced pluripotent stem cell, iPSC)가 많은 관심을 받았다. 그러나 유도만능줄기세포 또한 분화조절이 용이하지 않으며, 암세포화 변이발생 가능성이 있음이 보고되었다. 성체줄기세포는 환자 본인으로부터 추출할 수 있어 면역 거부반응이라는 문제점이 배제되기 때문에 질병 치료에 가장 많이 응용되고 있다. 그러나 이론적으로 무한히 증식 가능한 성체줄기세포이지만, 성체줄기세포를 인 비트로 상에서 증식시키는데 실제로는 어려움을 겪고 있으며, 뿐만 아니라 환자로부터 많은 양의 세포를 분리해 내는 것도 쉽지 않다. Stem cells are the cells that can be the basis for all cells and tissues. Thus, the technique of proliferating stem cells through cultivation and then differentiating them into specific cells has the potential to treat various diseases in terms of cell therapy. Stem cells are divided into pluripotency, multipotency or unipotency according to their differentiation ability. The types of stem cells are embryonic stem cells (inner cells of pre-implantation embryo), adult stem cells And pluripotent stem cells (degenerated stem cells: cells in which somatic cells are re-induced by inserting genes and proteins). Embryonic stem cells have unlimited potential to differentiate into tissues that constitute 210 organs in the body through proper stimulation, but it is difficult to control the differentiation with the bioethical problem of cell extraction, cancer cellization such as teratoma, And it is known that there are many difficulties in application to clinical trials. Because of this difficulty, inducible pluripotent stem cells (iPSCs), which have been induced to artificially deplete the differentiated cells to have pluripotent, have attracted much attention. However, induction of pluripotent stem cells is not easy to regulate, and it has been reported that cancer cell metaplasia may occur. Adult stem cells can be extracted from the patients themselves, and the problem of immune rejection is excluded, making them the most commonly used treatment for diseases. However, it is theoretically infinitely proliferating adult stem cells, but it is actually difficult to proliferate adult stem cells on in vitro, and it is not easy to separate large amounts of cells from patients.

한편 근육줄기세포 확보를 위해 근육에서 근육줄기세포를 분리하는 경우에도 여러 장애를 가진다. 먼저, 확보가능한 조직의 양이 터무니없이 적으며, 이에 따라 줄기세포 분리효율이 떨어지고, 또한 인비트로 상에서 증식상태를 유지할 배양용액의 개발이 초보수준이라서 배양용액에서도 어느 정도 시간이 지나면 분화가 진행될 수 있다. 최근 이러한 단점을 보완하기 위해 역분화 줄기세포에 근육줄기세포의 중심되는 전사인자들을 발현시킴으로써, 충분한 양으로 증식이 가능하며 분화배지에서 근육으로 분화되는 근육줄기세포가 제작되었다. 이 근육줄기세포는 먼저 역분화 줄기세포를 형성시킨 후, 그 다음에 근육관련 유전자의 발현을 통해 역분화 줄기세포를 근육으로 분화시키는 방법에 의해 제작되며, 근육관련 유전자 발현은 테트라사이클린의 주입에 따라 역분화 줄기세포가 근육줄기세포로 변화되는 시스템(테트-온(Tet-On) 시스템)을 이용한다. 그러나 상기 근육줄기세포 제작방법은 테트라사이클린이 계속 주입되지 않으면 근육줄기세포가 역분화 줄기세포로 다시 되돌아갈 수 있는 위험성을 가질 수 있다는 단점이 있으며, 역분화 줄기세포를 제작한 후, 근육줄기세포로 분화시키는 각각의 개별적인 단계를 거쳐야 하기 때문에 비용 및 시간이 소모된다. On the other hand, the separation of muscle stem cells from muscle to obtain muscle stem cells also has various obstacles. First, the amount of tissue that can be secured is unreasonably low, and thus the efficiency of stem cell isolation deteriorates. Moreover, since the development of a culture solution capable of maintaining the proliferation state on Invitro is at a novice level, the differentiation can proceed in a certain amount of time in the culture solution have. In order to overcome these drawbacks, muscle stem cells which can differentiate into muscle in differentiation medium are produced by expressing the central transcription factors of muscle stem cells in degenerated stem cells. These muscle stem cells are first made by forming degenerative stem cells, then by expressing the muscle-related genes, and then differentiating stem cells into muscle. The muscle-related gene expression is induced by the injection of tetracycline (Tet-On System) in which the stem cells are transformed into muscle stem cells. However, the method of manufacturing the above-mentioned muscle stem cells has a disadvantage in that if the tetracycline is not continuously injected, the muscle stem cells may have a risk of returning to the degenerated stem cells again. After producing the degenerated stem cells, Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI > differentiating it into separate steps.

이에 본 발명자는 이러한 단점을 해결하기 위해 예의 노력한 결과, 야마나카 요인과 근육분화의 중추적인 역할을 담당하는 유전자를 동시에 체세포에 과발현시키면, 역분화줄기세포를 거치지 않고도 직접교차분화 (direct conversion) 방법으로 근육줄기세포를 형성할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors have made intensive efforts to solve these drawbacks, and as a result, it has been found that when YAMANAKA factor and a gene that plays a pivotal role in muscle differentiation are overexpressed in somatic cells, direct mutagenesis It is possible to form muscle stem cells, thus completing the present invention.

본 발명의 목적은 체세포로부터 근육줄기세포 역분화 유도용 조성물을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a composition for inducing muscle stem cell de-differentiation from somatic cells.

본 발명의 다른 목적은 근육줄기세포를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing muscle stem cells.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 방법에 의해 제조된 근육줄기세포 유사세포를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide muscle stem cell-like cells produced by the above method.

본 발명의 일 양태는 Pax3(Paired box 3) , Esrrb(estrogen related receptor beta) 및 역분화 유도인자(reprogramming-inducing genes)의 단백질 또는 이를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는, 체세포로부터 근육줄기세포로의 역분화 유도용 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention relates to a method of expressing a protein selected from the group consisting of Paired box 3 (Pax3), Esrrb (estrogen related receptor beta) and reprogramming-inducing genes or polynucleotides encoding the same, A composition for inducing the differentiation is provided.

본 발명에서 용어 "역분화(de-differentiation)"는 분화된 세포가 새로운 유형의 분화 잠재력을 갖는 상태로 복원될 수 있는 프로세스를 의미한다. 또한, 상기 역분화는 세포 리프로그래밍과 동일한 의미로 사용될 수 있다. The term " de-differentiation "in the present invention means a process by which differentiated cells can be restored to a state having a new type of differentiation potential. In addition, the de-differentiation can be used in the same sense as the cell reprogramming.

용어 "역분화 유도인자"는 최종적으로 분화된 세포가 새로운 유형의 분화되는 잠재력을 갖는 유도만능 줄기세포로 역분화되도록 유도할 수 있는 물질로서, 리프로그래밍 유도인자로서 명명될 수 있다. 상기 역분화 유도인자는 분화된 세포의 역분화를 유도하는 물질이면 제한 없이 포함할 수 있다. The term " dedifferentiation inducing factor "is a substance that can induce finally differentiated cells to be differentiated into induced pluripotent stem cells having a potential of a new type of differentiation, and can be named as reprogramming inducers. The dedifferentiation inducing factor may include any substance that induces the differentiation of differentiated cells.

구체적으로 상기 역분화 유도인자는 Oct4, Sox2, KlF4, c-Myc, Nanog 및 Lin-28로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 또한 상기 역분화 Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog 및 Lin-28로 이루어진 군으로부터 선택되는 2개 이상, 바람직하게는 3개 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 역분화 유도인자는 Sox2, Klf4, 및 c-Myc일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에서 역분화 인자로서 Sox2, Klf4, 및 c-Myc를 체세포에 도입시켰을 때, 체세포가 근육줄기세포로 역분화되는 것을 확인하였다.Specifically, the dedifferentiation inducing factor may be any one selected from the group consisting of Oct4, Sox2, KlF4, c-Myc, Nanog and Lin-28. And may be two or more, preferably three or more, selected from the group consisting of degenerated Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog and Lin-28. More preferably, the de-differentiation inducing factor may be Sox2, Klf4, and c-Myc. In one embodiment of the present invention, when Sox2, Klf4, and c-Myc were introduced into somatic cells as de-differentiation factors, it was confirmed that somatic cells were differentiated into muscle stem cells.

본 발명에서 용어 "체세포"는 분화능 및 자가재생능이 제한된 성체를 구성하는 세포를 의미한다. 구체적으로 상기 체세포는 개체의 피부, 모발, 지방, 혈액 등을 구성하는 체세포일 수 있고, 바람직하게는 섬유아세포일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 또한 상기 체세포는 태아기(embryonic period)의 섬유아세포일 수 있다. The term "somatic cell" in the present invention means a cell constituting an adult with limited ability to differentiate and regenerate. Specifically, the somatic cells may be somatic cells constituting skin, hair, fat, blood, etc. of an individual, and may be fibroblasts, but are not limited thereto. The somatic cell may be a fibroblast of the embryonic period.

또한 상기 체세포는 천연 발생의 체세포 또는 유전자 변형 체세포일 수 있다. 상기 체세포는 인간을 포함한 동물로부터 유래하는 것일 수 있으며, 또한 바람직하게 인간 또는 마우스 유래일 수 있다. The somatic cells may be naturally occurring somatic cells or genetically modified somatic cells. The somatic cell may be derived from an animal, including a human, and preferably also from a human or a mouse.

본 발명에서 용어 "근육줄기세포(muscle stem cell, MSC)"는 형질전환 없는 증식, 무한증식, 또는 자가 재생산 능력, 및 근육으로 분화할 수 있는 능력을 포함하는,특성을 갖는 세포를 의미하는 것으로, 자가 재생산능력 또는 무한증식 능력, 및 근육분화 능력을 보이는 세포라면 제한 없이 포함될 수 있다. 상기 자가 재생산 능력 및 근육분화 능력은 마커로서 확인이 가능하다. 또한 상기 근육줄기세포는 구체적으로 자가 재생산 능력을 보이면서, Pax7 또는 Myf5를 발현하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에서 상기 조성물로 역분화가 유도된 세포는 근육줄기세포의 특이적 발현 마커인 Myf5가 발현되는 것이 확인되었다. The term "muscle stem cell (MSC) " in the present invention refers to a cell having the characteristics, including transformation-free proliferation, infinite proliferation, or self-renewal ability, and ability to differentiate into muscle , Self-renewal ability or infinite proliferative ability, and muscle differentiation ability. The self-reproducing ability and muscle differentiation ability can be confirmed as markers. In addition, the muscle stem cells may express Pax7 or Myf5 while exhibiting specific self-renewal ability. In one embodiment of the present invention, it has been confirmed that Myf5, which is a specific expression marker of muscle stem cells, is expressed in the cells in which the differentiation is induced by the composition.

본 발명의 조성물은 Pax3 단백질 또는 이를 코딩하는 폴리뉴클레오티드, Esrrb 단백질 또는 이를 코딩하는 폴리뉴클레오티드, 및 역분화 유도인자 단백질 또는 이를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함한다. 상기 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자는 인간 또는 마우스 유래일 수 있다. 또한 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자의 각 단백질은 그의 야생형(wild type)의 아미노산 서열을 갖는 단백질일 수 있다. 상기 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자의 각 단백질을 코딩하는 각각의 폴리뉴클레오티드는 야생형 단백질을 코딩하는 서열일 수 있으며, 또한 하나 이상의 염기가 치환, 결실, 삽입 또는 이들의 조합에 의해 변이될 수 있다. 또한 상기 폴리뉴클레오티드는 천연에서 분리되거나 화학적 합성법을 이용하여 제조할 수 있다. 상기한 Pax3, Esrrb, 및 역분화 유도인자 각 단백질을 코딩하는 뉴클레오티드 서열을 갖는 폴리뉴클레오티드는 단쇄 또는 이중쇄일 수 있으며, DNA 분자 (게놈, cDNA) 또는 RNA 분자일 수 있다.The composition of the present invention comprises a Pax3 protein or a polynucleotide encoding it, an Esrrb protein or a polynucleotide encoding the same, and a polynucleotide encoding a de-differentiation-inducing factor protein. The Pax3, Esrrb and dedifferentiation inducing factors may be human or mouse-derived. In addition, each protein of Pax3, Esrrb and dedifferentiation factor may be a protein having a wild type amino acid sequence thereof. Each of the polynucleotides encoding each protein of Pax3, Esrrb and dedifferentiation inducing factor may be a sequence encoding a wild-type protein, and one or more bases may be mutated by substitution, deletion, insertion, or a combination thereof . The polynucleotides may be isolated from nature or may be prepared by chemical synthesis. The polynucleotide having the nucleotide sequence coding for Pax3, Esrrb, and the differentiation inducing factor protein may be a single-stranded or double-stranded DNA molecule (genome, cDNA) or an RNA molecule.

Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자 단백질 또는 이의 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 체세포에 전달 또는 도입하는 방법은 당업계에서 통상적으로 사용되는 세포에 핵산분자 또는 단백질을 제공하는 방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 본 발명의 조성물에 포함되는 유효 성분들을 체세포의 배양액에 투여하는 방법 또는 체세포에 직접 주입하는 방법을 사용할 수 있다. Methods for delivering or introducing Pax3, Esrrb and a polynucleotide encoding a dedifferentiation inducer protein or a protein thereof into a somatic cell can be used without limitation as a method for providing a nucleic acid molecule or protein to a cell commonly used in the art, Preferably, the active ingredients contained in the composition of the present invention may be administered to a culture medium of somatic cells or injected directly into somatic cells.

상기 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자를 분화된 세포에 직접 주입하는 방법은 당업계에 공지된 임의의 방법을 선택하여 사용할 수 있으며, 이에 제한되지는 않으나, 미세주입법(microinjection), 전기천공법(electroporation), 입자 분사법(particle bombardment), 직접근육주입법, 인슐레이터(insulator) 및 트랜스포존을 이용한 방법 중에서 적절하게 선택하여 적용할 수 있다. The Pax3, Esrrb, and de-differentiation inducing factors may be directly injected into the differentiated cells by any method known in the art. For example, microinjection, electroporation electroporation, particle bombardment, direct muscle injection, insulator, and transposon.

상기 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 벡터 형태의 네이키드 DNA로 세포내로 도입하거나(Wolff et al. Science,1990: Wolffet al. J Cell Sci. 103:1249-59, 1992), 리포좀(Liposome), 양이온성 고분자(Cationic polymer)등을 이용하여 세포내로 도입될 수 있다. 리포좀은 유전자 도입을 위하여 DOTMA나 DOTAP 등의 양이온성 인지질을 혼합하여 제조한 인지질 막으로, 양이온성의 리포좀과 음이온성의 핵산이 일정 비율로 혼합하면 핵산-리포좀 복합체가 형성된다. 바람직하게 상기 폴리뉴클레오티드는 벡터 형태로 제공되는 것일 수 있다. 또한 상기 폴리뉴클레오티드는 해당 폴리뉴클레오티드를 각각 삽입한 바이러스 벡터로 형질전환시킨 패키징 세포로부터 수득한 바이러스, 시험관 내 전사(in vitro transcription)에 의해 생산한 메신저 RNA, 또는 다양한 세포주 내에서 생산된 단백질 등의 형태로 사용할 수 있다. 또한, 상기 패키징 세포는 사용된 바이러스 벡터에 따라 당업계에 공지된 다양한 세포를 선택하여 사용할 수 있다.Polynucleotides encoding the Pax3, Esrrb and dedifferentiation inducing factor proteins can be introduced into cells with naked DNA in the form of a vector (Wolff et al. Science 1990: Wolff et al. J Cell Sci. 103: 1249-59 ), Liposome (liposome), cationic polymer, and the like. Liposomes are phospholipid membranes prepared by mixing cationic phospholipids such as DOTMA and DOTAP for gene introduction. When a cationic liposome and an anionic nucleic acid are mixed at a certain ratio, a nucleic acid-liposome complex is formed. Preferably, the polynucleotide may be provided in a vector form. The polynucleotides may be obtained from viruses obtained from packaging cells transformed with viral vectors inserted with respective polynucleotides, messenger RNAs produced by in vitro transcription, or proteins produced in various cell lines. Can be used. The packaging cell may be selected from a variety of cells known in the art depending on the viral vector used.

본 발명에서 용어, "벡터"란 적당한 숙주세포에서 목적 단백질을 발현할 수 있는 발현 벡터로서, 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물을 말한다. 본 발명의 벡터는 프로모터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널 같은 발현 조절 요소 등이 있을 수 있다. 또한, 발현벡터는 벡터를 함유하는 숙주 세포를 선택하기 위한 선택성 마커를 포함하고, 복제 가능한 발현벡터인 경우 복제 기원을 포함할 수 있다. 벡터는 자가 복제하거나 숙주 DNA에 통합될 수 있다. As used herein, the term "vector" refers to an expression vector capable of expressing a desired protein in a suitable host cell, including a necessary regulatory element operably linked to the expression of the gene insert. The vector of the present invention may include an expression regulatory element such as a promoter, an initiation codon, a stop codon, a polyadenylation signal, and the like. In addition, the expression vector may include a selectable marker for selecting a host cell containing the vector, and may contain a replication origin if the expression vector is a replicable expression vector. The vector may be self-replicating or integrated into the host DNA.

상기 벡터는 플라스미드 벡터, 바이러스 벡터 등을 포함한다. 바람직하게는, 바이러스 벡터이다. 바이러스 벡터는 렌티바이러스, 레트로바이러스, 예를 들어 HIV(Human immunodeficiency virus) MLV(Murineleukemia virus) ASLV(Avian sarcoma/leukosis), SNV(Spleen necrosis virus), RSV(Rous sarcoma virus), MMTV(Mouse mammary tumor virus) 등, 아데노바이러스, 아데노 관련 바이러스 (Adeno-associate dvirus), 헤르페스 심플렉스 바이러스(Herpes simplex virus), 센다이 바이러스 등에서 유래한 벡터를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 렌티바이러스 벡터를 사용할 수 있다. 일 구체예에서는, Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc, 및 Esrrb 유전자의 경우 렌티바이러스 벡터로 푸로마이신에 대한 선별마커를 포함하는 pJM 및 FUW 벡터를 이용하였다.The vector includes a plasmid vector, a viral vector, and the like. Preferably, it is a viral vector. The viral vectors may be selected from the group consisting of lentiviruses, retroviruses, for example, HIV (human immunodeficiency virus), Murineleukemia virus (MLV) ASLV (Avian sarcoma / leukosis), Spleen necrosis virus (SNV), Rous sarcoma virus but are not limited to, vectors derived from adenoviruses, adeno-associated viruses, herpes simplex viruses, Sendai viruses and the like. Preferably, a lentiviral vector can be used. In one embodiment, pJM and FUW vectors containing selectable markers for furomycin as lentiviral vectors for the Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc, and Esrrb genes were used.

본 발명의 조성물에 포함되는 상기 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자는 각각 다른 벡터에 의해 체세포로 도입될 수 있고, 이들 중 일부가 동일한 벡터에 의해 도입될 수 있으며, 또한 하나의 벡터에 의해 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자 모두가 체세포로 도입될 수 있다.The Pax3, Esrrb and dedifferentiation inducing factors contained in the composition of the present invention can be introduced into somatic cells by different vectors, some of them can be introduced by the same vector, and Pax3, Both Esrrb and dedifferentiation inducers can be introduced into somatic cells.

일 구체예에서, pJM 벡터에 Pax3 단백질을 코딩하는 뉴클레오타이드 서열-(NCBI accession No. NT_039173)을 삽입하여 pJM-Pax3 벡터를 제조하고, Sox2, Klf4, 및 c-Myc 단백질을 코딩하는 3가지 뉴클레오타이드 서열을 삽입하여 제조한 벡터 (FUW-SKM)는 에드진 (Addgene: Plasmid #20325)에서 구입하여 사용하고, Esrrb 역시 FUW 벡터에 삽입하여 (FUW-Esrrb; Addgene Plasmid #40798), 이를 각각 광범위한 포유류 숙주세포에 감염이 가능한 고역가 바이러스를 생성하는 패키징 세포인 293FT 세포에 형질 전환시켜, 최종적으로 Pax3 단백질을 발현하는 바이러스, Sox2, Klf4, c-Myc 단백질을 발현하는 바이러스, Esrrb 단백질을 발현하는 바이러스를 제조하였고, 이들 바이러스로 섬유아세포를 감염시켰다.
In one embodiment, a pJM-Pax3 vector was prepared by inserting the nucleotide sequence - (NCBI accession No. NT_039173) encoding the Pax3 protein into the pJM vector and the three nucleotide sequences encoding the Sox2, Klf4, and c-Myc proteins (FUW-SKM) was purchased from Addgene (Plasmid # 20325) and Esrrb was inserted into the FUW vector (FUW-Esrrb; Addgene Plasmid # 40798) A 293FT cell, which is a packaging cell that produces a high-frequency virus capable of infecting cells, is finally transformed into a virus expressing Pax3 protein, a virus expressing Sox2, Klf4, c-Myc protein and a virus expressing Esrrb protein And infected fibroblasts with these viruses.

본 발명의 다른 양태는 체세포에 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자 단백질 또는 이를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 도입하는 단계; 및 상기 단백질 또는 폴리뉴클레오티드가 도입된 체세포를 근육줄기세포의 성장 배지에서 배양하는 단계를 포함하는, 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법을 제공한다. Another aspect of the present invention is a method for producing a recombinant vector comprising the steps of: introducing Pax3, Esrrb and a dedifferentiation inducer protein or a polynucleotide encoding the same into somatic cells; And culturing the somatic cells into which the protein or polynucleotide has been introduced in a growth medium of muscle stem cells.

본 발명의 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법에서, 상기 역분화 유도인자는 상기 역분화 유도인자는 Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog 및 Lin-28로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 또한 상기 역분화 Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog 및 Lin-28로 이루어진 군으로부터 선택되는 2개 이상, 바람직하게는 3개 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 역분화 유도인자는 Sox2, Klf4 및 c-Myc일 수 있다.In the method for producing muscle stem cells from somatic cells of the present invention, the de-differentiation-inducing factor may be at least one selected from the group consisting of Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog and Lin-28 have. And may be two or more, preferably three or more, selected from the group consisting of degenerated Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog and Lin-28. More preferably, the de-differentiation inducing factor may be Sox2, Klf4 and c-Myc.

상기 체세포는 상기한 바와 같다. 또한 상기 체세포는 바람직하게 섬유아세포일 수 있다.The somatic cells are as described above. The somatic cells may also be preferably fibroblasts.

상기 체세포에 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자 단백질 또는 이를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 도입하는 단계 전에 체세포를 배지에서 배양하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 체세포를 배양하는 배지는 당해 분야에서 체세포 배양에 통상적으로 사용되는 배지를 모두 포함한다. 배양에 사용되는 배지는 일반적으로 탄소원, 질소원 및 미량원소 성분을 포함한다. 본 발명의 구체적인 실시예에서는 섬유아세포를 DMEM (high glucose, w/o 소듐 피루베이트) + 10% FBS (우태아혈청) + 0.1mM 비-필수 아미노산 + 1% 페니실린/스트렙토마이신 + 0.1mM -머캅토에탄올을 포함하는 배지에서 배양하였다.And culturing the somatic cells in a medium before the step of introducing Pax3, Esrrb and a dediffering inducer protein or a polynucleotide encoding the same into the somatic cells. The culture medium for culturing the somatic cells includes all media conventionally used in somatic cell culture in the art. The medium used for the culture generally includes a carbon source, a nitrogen source and a trace element component. In a specific embodiment of the present invention, fibroblasts are cultured in DMEM (high glucose, w / o sodium pyruvate) + 10% FBS (fetal bovine serum) + 0.1 mM non-essential amino acids + 1% penicillin / streptomycin + 0.1 mM Lt; / RTI > ethanol.

상기 단백질 및 상기 폴리뉴클레오티드의 체세포로 도입은 상기한 바와 같다. 구체적으로 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 바이러스를 이용할 수 있다. 상기 바이러스는 바람직하게 렌티바이러스일 수 있다. The introduction of the protein and the polynucleotide into somatic cells is as described above. Specifically, a virus comprising the polynucleotide may be used. The virus may preferably be lentivirus.

본 발명의 근육줄기세포 제조방법은 상기 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자의 단백질 또는 이들 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 체세포로 도입 후, 상기 단백질 또는 폴리뉴클레오티드가 도입된 체세포를 근육줄기세포의 성장 배지에서 배양하는 단계를 포함한다.The method for producing a muscle stem cell according to the present invention is characterized in that somatic cells into which the protein or polynucleotide has been introduced are introduced into the growth medium of muscle stem cells by introducing the proteins of Pax3, Esrrb and a differentiation inducing factor or a polynucleotide encoding these proteins into somatic cells, Lt; / RTI >

상기 근육줄기세포 성장 배지는 근육줄기세포 배양 또는 증식에 통상적으로 사용되는 배지를 모두 포함하며, 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 근육줄기세포의 성장 배지는 FBS 및 6 내지 15%의 HS (말 혈청)를 포함하는 것일 수 있다. 일 구체예에서는 DMEM (high glucose) + 1% 페니실린/스트렙토마이신 + 5 ng/ml bFGF + 10% FBS + 10% HS (horse serum)를 이용하였다. 상기 배양조건에서 배양하였을 때, 근육줄기세포와 같은 세포가 형성될 수 있다. The muscle stem cell growth medium includes, but is not limited to, any medium conventionally used for muscle stem cell culture or proliferation. Specifically, the growth medium of the muscle stem cells may include FBS and 6 to 15% HS (horse serum). In one embodiment, DMEM (high glucose) + 1% penicillin / streptomycin + 5 ng / ml bFGF + 10% FBS + 10% HS (horse serum) was used. When cultured under the above culture conditions, cells such as muscle stem cells can be formed.

상기 체세포를 근육줄기세포의 성장 배지에서 배양하는 단계는 세포 모양의 변화가 관찰되고, 변화된 세포가 배양용기에 70% 까지 클 때까지 배양하는 것일 수 있다. 이러한 배양을 거쳐야 배양된 세포는 근육줄기세포에서 발현되는 주요 유전자 (Myf5)의 바람직한 발현을 보일 수 있다.The step of culturing the somatic cells in the growth medium of muscle stem cells may be a change in cell shape and culturing until the changed cells are up to 70% in the culture container. The cultured cells can show favorable expression of the major gene (Myf5) expressed in muscle stem cells.

본 발명의 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법은 상기 배양된 근육줄기세포를 단일 세포로 분리하여, 근육줄기세포 성장 배지에서 배양하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 배양된 근육줄기세포를 분리하는 단계는 통상적으로 FACS (fluorescence activated cell sorter)를 사용하여 단일 세포로 분리하는 것을 포함한다. 일 구체예에서 세포형태의 변화가 일어난 세포를 트립신을 사용하여 세포들을 서로 단일세포로 떨어뜨린 후, FACS를 거쳐 단일 세포들이 96웰 배양용기에 1웰 당 하나의 세포가 존재할 수 있도록 분리하여, 이들을 각각 배양하였다. 상기 단일 세포로 분리하여 배양하는 단계를 통해 근육줄기세포들이 일정한 단계와 형태를 가질 수 있게 된다.The method for producing muscle stem cells from the somatic cells of the present invention may further include the step of culturing the cultured muscle stem cells into single cells and culturing the cells in a muscle stem cell growth medium. The step of isolating the cultured muscle stem cells usually involves separating into single cells using a fluorescence activated cell sorter (FACS). In one embodiment, the cells having a change in cell morphology are treated with trypsin to separate the cells from each other into single cells. Then, single cells are separated from each other in a 96-well culture container so that one cell can exist per well. Respectively. By separating and culturing the cells into single cells, the muscle stem cells can have a certain stage and shape.

본 발명의 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법은 유도만능줄기세포를 거치지 않고, 체세포로부터 근육줄기세포로 바로 역분화되는 직접교차분화방법으로, 제조된 근육줄기세포는 유전자발현, 인 비트로 (in vitro)에서의 근육으로 분화 능력이 당업자에게 알려진근육줄기세포의 특성과 매우 유사한 것을 확인하였다.
The method for producing muscle stem cells from the somatic cells of the present invention is a direct cross-differentiation method in which the stem cells are directly differentiated from the somatic cells into the stem cells without passing through the inducible pluripotent stem cells. vitro), the ability to differentiate into muscle is very similar to that of muscle stem cells known to those skilled in the art.

본 발명의 또 다른 양태는 본 발명에 따른 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법에 의해 제조된 근육줄기세포를 제공한다. Another aspect of the present invention provides muscle stem cells prepared by the method for producing muscle stem cells from somatic cells according to the present invention.

상기 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법은 상기한 바와 같다. The method for producing muscle stem cells from the somatic cells is as described above.

본 발명에서 제조된 근육줄기세포는 배양용액에서는 자가 증식이 보이고 있으며 분화용액에서 근육으로 분화하는 분화능을 보인다.The muscle stem cells prepared in the present invention show self-proliferation in the culture solution and show differentiation ability to differentiate into muscle in the differentiation solution.

상기 근육줄기세포는 예를 들면 근육 줄기세포 성장 마커인 Myf5 또는 MyoD를 발현할 수 있다. 일 구체예에서, 배양된 근육줄기세포를 성장배지에서 계속 배양시켰을 때, Myf5의 발현 수준이 높으나, 분화배지에서 배양시켰을 때는 Myf5의 발현 수준이 감소하는 경향을 보일 수 있다. MyoD의 경우, 분화배지에서 근육세포와 유사한 발현 수준을 보였다. 일 구체예에서 상기 근육줄기세포가 완전히 분화될 경우 미오게닌 및 MHC가 발현되는 것을 관찰할 수 있었다.The muscle stem cells may express Myf5 or MyoD, for example, muscle stem cell growth markers. In one embodiment, when the cultured muscle stem cells continue to be cultured in the growth medium, the expression level of Myf5 is high, but when cultured in the differentiation medium, the expression level of Myf5 tends to decrease. In the case of MyoD, the expression level was similar to that of muscle cells in the differentiation medium. In one embodiment, when the muscle stem cells were completely differentiated, it was observed that myogenin and MHC were expressed.

본 발명의 일 양태에 따르면 유도만능 줄기세포의 과정을 거치지 않고, 체세포로부터 바로 근육줄기세포로 역분화가 가능하여, 배양시간의 단축, 비용 절감 및 작업에 드는 노력을 경감시킬 수 있다. 또한 일 양태에 따라 제조된 근육줄기세포는 인간 배아를 이용하는 윤리적 문제나 이식 후의 거부반응을 회피할 수 있으므로 극히 유용하다. 따라서 본 발명은 근육줄기세포 제조에 효율적으로 이용할 수 있으며, 제조된 근육줄기세포는 세포치료제 또는 화합물, 약제, 독물 등의 약효나 독성을 평가하기 위한 시스템으로서도 활용이 가능하다.According to one embodiment of the present invention, it is possible to reverse-differentiate into stem cells directly from somatic cells without going through the process of induced pluripotent stem cells, thereby shortening the culturing time, cost reduction, and work effort. In addition, the muscle stem cells prepared according to one embodiment are extremely useful because they can avoid ethical problems using human embryos or rejection after transplantation. Therefore, the present invention can be efficiently used for the production of muscle stem cells, and the produced muscle stem cells can be utilized as a system for evaluating the drug efficacy or toxicity of a cell therapeutic agent, a compound, a drug, and a toxin.

도 1a는 마우스 체세포에 Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc, 및 Esrrb 유전자를 도입하고, 이를 근육줄기세포의 배양 조건에서 배양한 후, 형성된 세포의 형태를 관찰한 결과를 보여준다. 이와 같이 형성된 세포를 iMLC (induced Myoblast like cell)로 명명하였다 (MEF: 마우스 배아 섬유아세포(mouse embryonic fibroblast)).
도 1b는 모양이 변화된 세포의 근육마커 유전자 (Pax3, Pax7, MyoD 및 Myf5) 발현 여부를 PCR로 확인한 결과를 보여준다 (MEF: 마우스 배아 섬유아세포, C2C12: 근아세포 세포주(myoblast cell line))
도 1c는 SSEA-3로 라벨된 iMLC 세포로부터 FACS를 이용하여 단일 세포를 분리하고, 이를 96웰, 24웰, 6웰 배양용기 (각각 96W, 24W, 6W)에서 계대배양한 후, Myf5의 발현 여부를 RT-PCR로 확인한 결과를 보여준다 (M: MEF; C: C2C12; 1A12: 1번 96웰 배양용기의 A행 12열에 있는 단일세포; 2A9: 2번 96웰 배양용기의 A행 9열에 있는 단일세포).
도 2는 Myf5가 발현되는 단일 세포들이 근육으로 분화를 유도된 결과를 보여준다. 도 2a는 40x 및 200x에서 근관 형성을 관찰한 결과이며, 도 2b는 근육분화 마커인 미오게닌과 근관 형성 단백질인 트로포닌으로 형광 염색한 사진이다.
도 3a는 근육분화가 관찰된 세포에서 근육줄기세포 성장 및 분화 마커 (Myf5, MyoD, 미오게닌, 및 MHC(myosin heavy chain))들이 RNA 수준에서 발현되는 것을 RT-PCR에 의해 확인한 결과를 나타낸다.
도 3b는 근육분화가 관찰된 세포에서 근육줄기세포 성장 및 분화 마커 (MyoD, 미오게닌, 및 MHC (myosin heavy chain))들이 단백질 수준에서 발현되는 것을 형광 염색으로 확인한 결과를 나타낸다.
FIG. 1A shows results obtained by introducing Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc, and Esrrb genes into mouse somatic cells and culturing them in the culture conditions of muscle stem cells. The cells thus formed were named iMLC (induced Myoblast like cell) (MEF: mouse embryonic fibroblast).
FIG. 1B shows the results of PCR to confirm the expression of muscle marker genes (Pax3, Pax7, MyoD and Myf5) in the transformed cells (MEF: mouse embryonic fibroblast, C2C12: myoblast cell line)
FIG. 1C shows a method of isolating single cells using FACS from iMLC cells labeled with SSEA-3, subculturing them in 96-well, 24-well, and 6-well culture dishes (96W, 24W, 6W, respectively) (M: MEF; C: C2C12; 1A12: Single cell in column A, row 12 of the 96 well culture vessel, column A, row 9, column A of the 96 well culture vessel, Single cell).
Fig. 2 shows the results of induction of differentiation into single muscle cells expressing Myf5. FIG. 2A is a result of observation of root canal formation at 40x and 200x, and FIG. 2b is a photograph showing fluorescence staining of myogenin and myotube, a muscle differentiation marker, with troponin.
Figure 3a shows the results of RT-PCR confirmed that muscle stem cell growth and differentiation markers (Myf5, MyoD, myogenin, and MHC (myosin heavy chain)) are expressed at the RNA level in the cells in which muscle differentiation is observed .
FIG. 3B shows the result of fluorescence staining that the muscle stem cell growth and differentiation markers (MyoD, myogenin, and MHC (myosin heavy chain)) are expressed at the protein level in the cells in which muscle differentiation is observed.

이하 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

실시예Example 1. 체세포에  1. In somatic cells Pax3Pax3 , , Sox2Sox2 , , Klf4Klf4 , c-, c- MycMyc , 및 , And EsrrbEsrrb 유전자 도입 Gene introduction

1.1. 유전자 도입을 위한 마우스 섬유아세포 준비 1.1. Preparation of mouse fibroblasts for gene transfer

Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc, 및 Esrrb 유전자 도입을 위한 체세포로 마우스 섬유아세포 (MEF)를 이용하였다. 마우스 섬유아세포는 C56/B6 스트레인 마우스(C56/B6 strain mouse)가 임신한지 13.5일째가 되었을 때의 배아(embryo)로부터 수득하였다. 구체적으로 뼈와 내장을 제거한 배아 조직을 가위로 잘게 자른 후 PBS에 부유시킨 다음, 부유 세포 망에 걸러서 세포 파편 (cell debris)을 제거하고 세포만 획득한 후 원심분리기로 세포를 모았다. 모아진 세포에 DMEM (high glucose, w/o 소듐 피루베이트) + 10% FBS (Fetal bovine serum) + 0.1mM 비필수 아미노산(non-essential amino acid) + 1% 페니실린/스트렙토마이신 + 0.1mM -머캅토에탄올) 배지를 첨가하여 현탁한 후, 세포 배양 플라스크(tissue culture flask)에서 배양을 하였다. 2 계대 (2nd passage)가 되었을 때 유전자 도입을 위해 2 X 105의 세포를 6웰 배양용기에 접종하였다.Mouse fibroblasts (MEF) were used as somatic cells for the introduction of Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc, and Esrrb genes. Mouse fibroblasts were obtained from an embryo at C56 / B6 strain mice (C56 / B6 strain mice) at 13.5 days of gestation. Specifically, the embryo tissue from which bones and organs were removed was finely cut with scissors and suspended in PBS. Then, the cells were filtered through a suspended cell network to remove cell debris and cells were collected by centrifugation. To the collected cells were added DMEM (high glucose, w / o sodium pyruvate) + 10% FBS (Fetal bovine serum) + 0.1 mM non-essential amino acid + 1% penicillin / streptomycin + 0.1 mM- Ethanol) medium was added, and the cells were suspended and cultured in a tissue culture flask. At the 2nd passage, 2 x 10 5 cells were inoculated into 6 well culture dishes for gene transfer.

1.2. 마우스 섬유아세포로 Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc, 및 Esrrb 유전자의 도입1.2. Introduction of Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc, and Esrrb genes in mouse fibroblasts

유전자의 도입을 위해 렌티 바이러스를 이용하였다. 이를 위해, 바이러스 파티클(virus particles)을 293FT 세포주를 이용하여 준비하였다. 구체적으로 pJM 벡터에 마우스 Pax3 (NCBI accession No.NT_039173) 유전자를 삽입하여 제조한 pJM puro Pax3와 FUW-Sox2+Oct4+Klf4+c-Myc 벡터에서 Oct4를 제거하여 제조한 FUW-SKM (Sox2+Klf4+c-Myc) 및 FUW-Esrrb 벡터 플라스미드를 각각 분리하여 팩키징 믹스 플라스미드 (packaging mix: Invitrogen)와 1:3 비율로 혼합하였다. 상기 벡터에 포함된 Sox2, Klf4, c-Myc, 및 Esrrb 각 유전자 서열의 NCBI accession number는 각각 다음과 같다: Esrrb: NM011934; Sox2: NM 011443; Klf4: NM 010637; 및 c-Myc: NM 010849. 그 다음 리포펙타민 2000 (Invitrogen)을 이용하여 각각 293FT 세포주(Clontech)에 트렌스펙션하였다. 24시간 후 배지를 교체하였으며, 48시간 및 96시간째 고역가 바이러스를 생성하였다. 상등액을 0.45 필터 (Millipore)로 여과하여 세포 파편을 제거한 후, 바이러스 타이터를 확인하는 키트 (lenti-x go stix, Clontech)를 사용하여 타이터를 확인하였다. 높은 타이터를 가진 바이러스 상등액에 폴리브렌 (polybrene, 6/ml)(sigma)을 첨가하여 6웰에 접종된 마우스 섬유아세포에 순차적으로 Pax3를 포함하는 바이러스, Sox3 + Klf4 + c-Myc를 포함하는 바이러스 및 Esrrb를 포함하는 바이러스로 감염(infection)시켰다.
Lentivirus was used to introduce the gene. For this, virus particles were prepared using a 293FT cell line. Specifically, pJM puro Pax3 prepared by inserting the mouse Pax3 (NCBI accession No. NT_039173) gene into the pJM vector and FUW-SKM (Sox2 + Klf4) prepared by removing Oct4 from the FUW-Sox2 + Oct4 + Klf4 + c- + c-Myc) and FUW-Esrrb vector plasmids were separated and mixed in a 1: 3 ratio with a packaging mix (Invitrogen). The NCBI accession numbers of the respective Sox2, Klf4, c-Myc, and Esrrb gene sequences contained in the vector are as follows: Esrrb: NM011934; Sox2: NM 011443; [0228] Klf4: NM 010637; And c-Myc: NM 010849. The cells were then transfected into 293FT cell lines (Clontech) using lipofectamine 2000 (Invitrogen). After 24 hours, the medium was changed and high-frequency virus was generated at 48 hours and 96 hours. The supernatant was filtered with a 0.45 filter (Millipore) to remove cell debris, and the titer was confirmed using a kit (lenti-x go stix, Clontech) that confirmed the virus titer. A polybrene (6 / ml) (Sigma) was added to the virus supernatant with high titer to sequentially infect mouse fibroblasts inoculated at 6 wells with a virus containing Pax3, Sox3 + Klf4 + c-Myc Virus and Esrrb. ≪ / RTI >

실시예 2. Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc, 및 Esrrb 유전자가 도입된 체세포의 근육줄기세포로의 유도Example 2. Derivation of somatic cells into which Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc, and Esrrb genes were introduced into muscle stem cells

2.1. 유전자 도입된 섬유아세포의 배양2.1. Culture of transgenic fibroblasts

Pax3, Sox2, Klf4, c-Myc 및 Esrrb 유전자가 도입된 마우스의 섬유아세포를 근육줄기세포의 배양조건 (DMEM + 1% 페니실린/스트렙토마이신 + 5 ng/ml bFGF + 10% FBS + 10% HS)에서 배양하였다. 그 결과, 핵이 크고 크기가 작은 세포가 나타나 모여 자라는 양상을 보이는 것을 확인하였다 (도 1a). 반면, 주변 체세포들은 세포질이 커지면서 죽는 것이 확인되었다. 크기가 작은 세포들을 더 배양하였을 때 마우스 체세포는 사라지고 핵이 작은 세포만이 배양용기에 남았다. 이것을 6웰의 60mm, 및 100mm 용기로 옮기면서 계대 배양하여, 충분한 세포 수를 확보하였다.10% FBS + 10% HS) in the culture medium (DMEM + 1% penicillin / streptomycin + 5 ng / ml bFGF + 10% FBS) supplemented with fibroblasts of mice in which Pax3, Sox2, Klf4, c- Lt; / RTI > As a result, it was confirmed that cells with large and small nuclei appeared to grow together (FIG. 1A). On the other hand, it was confirmed that the surrounding somatic cells die due to the increase of cytoplasm. When smaller cells were cultured, mouse somatic cells disappeared and only small nuclei remained in the culture vessel. The cells were subcultured while being transferred to 6 wells of 60 mm and 100 mm containers to obtain a sufficient number of cells.

2.2 근육관련 유전자들의 발현 확인2.2 Expression of muscle-related genes

도 1b는 모양의 변화를 보인 세포들에서 트리졸 (Invitrogen)로 RNA를 분리하고, 0.5 mg RNA를 역전사효소 (MMLV reverse transcriptase, Invitrogen)로 37에서 1시간 cDNA를 합성한 결과를 보여준다. 근육관련 유전자들의 발현을 확인하기 위해, PCR premix (바이오니아)를 이용하여, 각 유전자들의 PCR 프라이머 (1ml), cDNA 1ml, H2O (18ml)를 혼합한 다음 PCR을 수행하였다. PCR은 95 30초, 55-60 30초, 72 30초의 조건으로 30-35 사이클 수행하였다. PCR 결과물은 0.8-1% 아가로즈 젤에서 전기영동으로 확인하였다. 음성 대조군으로 마우스 섬유아세포 cDNA를 사용하였고, 양성 대조군으로 C2C12 (근육세포주; ATCC) cDNA를 사용하였다. 그 결과 근육세포 마커인 Myf5가 발현된 것을 확인할 수 있었으나, 다른 마커들의 발현은 미미하게 관찰되었다.Fig. 1B shows the results of RNA isolation of the transformed cells with Invitrogen and 0.5-mg RNA synthesis of the cDNA at 37 for 1 hour with MMLV reverse transcriptase (Invitrogen). PCR primers (1 ml), cDNA (1 ml) and H 2 O (18 ml) were mixed with each other using PCR premix (Bioneer) to confirm the expression of muscle-related genes. PCR was performed for 30-35 cycles under the conditions of 95 30 seconds, 55-60 30 seconds, and 72 30 seconds. The PCR result was confirmed by electrophoresis on 0.8-1% agarose gel. Mouse fibroblast cDNA was used as a negative control and C2C12 (muscle cell line; ATCC) cDNA was used as a positive control. As a result, it was confirmed that Myf5, which is a muscle cell marker, was expressed, but the expression of other markers was observed to be insignificant.

2.3. 단일 세포 분리 및 배양2.3. Single cell separation and culture

이 세포들은 일정한 단계와 형태를 가지는 세포들이 아니기 때문에 이 세포들로부터 근육줄기세포 유사 세포주 (cell line)를 분리하였다 (도 1c). 구체적으로 세포를 먼저 트립신을 처리하여 37에서 2분간 배양하여 세포들이 단일 세포로 떨어지게 하였다. 여기에 성장배지를 첨가하여 세차게 부유한 후 현미경상에서 단일 세포 여부를 관찰하였다. 그리고 나서 원심분리를 이용해 성장배지를 제거하고, PBS로 세포를 1회 세척하였다. 이 후, 백만 개 세포 당 FITC가 연결된 SSEA-3항체 1ml을 첨가하여 30분간 반응하고 4에서 원심분리한 다음, 세포를 PBS로 3회 세척하였다. 세포에 2% FBS용액을 첨가한 다음 FACS에 적용하였다. SSEA-3 항체로 라벨화된 세포들은 라벨화되지 않은 대조군 (Cont)에 비해 전체적으로 오른쪽으로 시프트되었고, 총 20%의 세포들이 SSEA-3로 라벨화되어 이 부분을 FACS로 분리하였다. FACS 메뉴는 단일세포 분리방법을 이용하였고, 분리된 세포는 96웰 배양용기 한 웰에 하나의 세포가 떨어지도록 셋팅하였다. 96웰 배양용기로 옮겨진 세포들은 근육줄기세포 성장배지에서 배양하였다. 열흘 후 96웰 배양용기 각 웰을 현미경하에서 관찰하여 세포를 관찰하였다. 각 세포들은 하나의 세포에서 유래된 세포주들이 된다. 이 세포들을 24웰, 12웰, 6웰로 옮기면서, 액체질소에 저장용으로 일부 보관하였으며, 일부는 분석용으로서 마커 유전자인 Myf5의 발현 여부를 RT-PCR로 확인하였다. 이때 음성 대조군으로 마우스 섬유아세포 (MEF; M)을 사용하였고 양성대조군으로는 근육세포 (C2C12; C)를 사용하였다. 그 결과 거의 모든 단일 세포에서 Myf5가 발현되었음을 확인하였다 (도 1c).Since these cells are not cells with a certain stage and shape, the muscle stem cell-like cell line was isolated from these cells (Fig. 1C). Specifically, the cells were first treated with trypsin and cultured at 37 for 2 minutes to allow the cells to fall into single cells. The growth medium was added thereto, and the cells were floated so that the single cells were observed under a microscope. Then, the growth medium was removed by centrifugation, and the cells were washed once with PBS. Thereafter, 1 ml of SSEA-3 antibody to which FITC was added per million cells was added, reacted for 30 minutes, centrifuged at 4, and cells were washed 3 times with PBS. Cells were supplemented with 2% FBS solution and then applied to FACS. Cells labeled with SSEA-3 antibody were shifted to the right as a whole compared to the unlabeled control (Cont), and a total of 20% of the cells were labeled with SSEA-3 and separated into FACS. The FACS menu was used for single cell separation, and the separated cells were set so that one cell was dropped in one well of a 96-well culture container. Cells transferred to a 96 well culture vessel were cultured in muscle stem cell growth medium. After 10 days, each well of a 96-well culture vessel was observed under a microscope to observe the cells. Each cell becomes a cell line derived from one cell. The cells were transferred to 24 wells, 12 wells, and 6 wells, and partially stored for storage in liquid nitrogen. For the analysis, the expression of the marker gene Myf5 was confirmed by RT-PCR. At this time, mouse fibroblast (MEF; M) was used as a negative control and muscle cells (C2C12; C) were used as a positive control. As a result, it was confirmed that Myf5 was expressed in almost all single cells (Fig. 1C).

실시예Example 3.  3. Myf5Myf5 를 발현하는 단일 세포의 근육으로 분화 유도 Induction of differentiation into single muscle cells

Myf5를 발현하는 단일세포 유래 세포들을 6웰 배양용기로 옮겨 성장배지에서 세포 밀집도가 70% 되게 배양하였다. 이 후, 세포들을 근육분화배지 (DMEM + 2% HS + 1% 페니실린/스트렙토마이신)에서 배양하여 근육으로 분화를 유도하였다. 근육분화배지 배양 8일째에 근육줄기세포에서 근섬유(myofiber)가 형성될 때 나타나는 근관 (myotube)의 형성이 관찰되기 시작하였다 (도 2a). 분화한 세포를 미오게닌과 트로포닌으로 염색하였을 때, 근관이 형성될 때의 근세포들의 융합으로 인한 다핵 (multinuclei) 현상과 근관의 형성이 확인되었고, 다핵에서 근육분화의 전사인자인 미오게닌의 발현이 뚜렷이 관찰되었으며, 근관의 세포질에 발현되는 트로포닌의 발현도 확인되어 분리된 단일세포가 근육세포임을 알 수 있었다 (도 2b). 또한 이 단일 세포는 30 계대가 될 때까지 형태의 변화 없이 증식을 계속하였으며, 이틀에 한번 씩 계대 배양을 할 정도로 증식이 왕성하여 줄기세포의 성질을 나타냈다.
Single cell-derived cells expressing Myf5 were transferred to a 6-well culture container and cultured in a growth medium to a cell density of 70%. Cells were then cultured in muscle differentiation medium (DMEM + 2% HS + 1% penicillin / streptomycin) to induce differentiation into muscle. On the eighth day of muscle differentiation culture, the formation of myotube, which is observed when myofiber is formed in muscle stem cells, is observed (Fig. 2a). When the differentiated cells were stained with myogenin and troponin, multinuclei and root canal formation were observed due to fusion of myocytes when the root canal was formed. In the case of polynuclear cells, myogenin, a transcription factor of muscle differentiation, And the expression of troponin expressed in the cytoplasm of the root canal was also confirmed, indicating that the isolated single cell was a muscle cell (Fig. 2B). In addition, these single cells continued to proliferate without changes in morphology until passage 30, and proliferation was strong enough to subculture once a day, indicating the nature of stem cells.

실시예Example 4. 근육분화가 일어난 세포주에서 근육줄기세포의  4. Muscle Stem Cells in Muscle Differentiated Cell Lines 마커들의Markers 발현 여부 확인 Check for expression

근육분화가 관찰된 단일세포에서 성장(proliferation) 및 분화(differentiation)에 관련된 근육줄기세포 대표적인 마커들 (Myf5, MyoD, Myogenin, 및 MHC)의 발현 여부를 RNA 수준 및 단백질 수준에서 조사하였다. 먼저 성장 마커 확인과 관련하여, 분리된 단일 세포를 성장 배지 (근육줄기세포 배양배지)에서 2일간 자라게 한 후 실험에 사용하였고, 분화 마커 확인과 관련된 실험을 위해, 분리된 단일 세포를 성장배지에서 70%되게 배양한 후, 근육분화배지로 교체하여 근관이 관찰될 때까지 (10일) 매일 배지를 갈아 주면서 분화를 유도하였다. We examined the expression of muscle stem cell markers (Myf5, MyoD, Myogenin, and MHC) related to proliferation and differentiation in single cells with observed muscle differentiation at RNA level and protein level. First, with regard to identification of growth markers, isolated single cells were grown in growth medium (muscle stem cell culture medium) for 2 days and then used in experiments. For experiments related to identification of differentiation markers, isolated single cells were grown in growth medium 70%, then replaced with the muscle differentiation medium, and the differentiation was induced by changing the medium every day until the root canal was observed (10 days).

도 3a는 근육분화가 관찰된 세포를 6웰로 옮겨 배양한 후, 성장 및 분화에 관련된 마커들의 RNA 수준에서의 발현을 확인한 결과이다. 구체적으로 세포에서 RNA를 분리하여 cDNA를 합성한 후 PCR을 이용하여 분석하였다. 그 결과, Myf5는 성장배지에서 발현이 높았고, 분화배지에서는 소폭 감소하는 양상을 보였다. 분화에 중심적인 역할을 담당하는 MyoD의 경우 분화배지에서 C2C12만큼의 발현 증가를 보였다. 근육줄기세포가 완전히 분화에 돌입하였을 때 발현되는 미오게닌과 근관이 형성될 때 발현되는 MHC 발현은 분화배지에서만 관찰되었다. FIG. 3A shows the results of confirming the expression at the RNA level of the markers involved in growth and differentiation after culturing cells in which muscle differentiation was observed to be transferred to 6 wells. Specifically, RNA was isolated from cells and cDNA was synthesized and analyzed using PCR. As a result, Myf5 expression was high in the growth medium and slightly decreased in the differentiation medium. MyoD, which plays a central role in differentiation, showed an increase in expression of C2C12 in the differentiation medium. MHC expression was observed only in the differentiation medium when myogenin and root canal were formed when the muscle stem cells completely entered into differentiation.

도 3b는 근육분화가 관찰된 세포를 챔버 슬라이드(chamber slide)로 옮겨 성장 및 분화에 관련된 마커들의 단백질 수준에서의 발현을 확인한 결과이다. 분화 배지에서의 배양 10일 후 배지를 제거하고 PBS로 살짝 씻어낸 후 4% PFA로 세포를 고정하고, 0.1% 트리톤 X-100에 반응시킨 후, 블록킹 용액으로 1시간 반응시켰다. 이 후 MyoD, 미오게닌, MHC의 항체를 첨가하여 4에서 12시간 반응시키고, PBS로 씻어낸 다음, FITC 및 TRITC가 연결되어 있는 2차 항체를 첨가하여 상온에서 2시간 반응시켰다. 후에 DAPI로 염색하고 공초점 현미경으로 염색을 관찰하였다. 그 결과, 본 발명의 세포주에서 근육줄기세포 성장 및 분화 마커들(MyoD, Myogenin, MHC: myosin heavy chain)이 단백질 수준에 발현되는 것을 확인할 수 있었다.FIG. 3B shows the results of confirming the expression of the markers involved in growth and differentiation at the protein level by transferring the cells in which muscle differentiation was observed to a chamber slide. After 10 days of culture in the differentiation medium, the medium was removed and washed briefly with PBS. Cells were fixed with 4% PFA, reacted with 0.1% Triton X-100, and reacted with blocking solution for 1 hour. After that, MyoD, myogenin and MHC antibody were added and reacted for 4 to 12 hours. After washing with PBS, secondary antibody with FITC and TRITC was added and allowed to react at room temperature for 2 hours. The cells were stained with DAPI and stained with a confocal microscope. As a result, it was confirmed that the muscle stem cell growth and differentiation markers (MyoD, Myogenin, MHC: myosin heavy chain) were expressed at the protein level in the cell line of the present invention.

Claims (13)

Pax3, Esrrb, 및 역분화 유도인자(reprogramming-inducing genes) 단백질 또는 이를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는, 체세포로부터 근육줄기세포로의 직접교차분화용 조성물로서, 상기 역분화 유도인자는 Sox2, Klf4 및 c-Myc인 것인 조성물.A composition for direct crossover differentiation from somatic cells to muscle stem cells, comprising Pax3, Esrrb, and a reprogramming-inducing genes protein or a polynucleotide encoding the same, wherein the dedifferentiation inducing factor is Sox2, Klf4, c-Myc. < / RTI > 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 체세포는 인간 또는 마우스 유래인 것인 조성물.The composition according to claim 1, wherein said somatic cells are derived from human or mouse. 청구항 1에 있어서, 상기 체세포는 섬유아세포인 것인 조성물.The composition according to claim 1, wherein the somatic cell is a fibroblast. 체세포에 Pax3, Esrrb 및 역분화 유도인자 단백질 또는 이를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 도입하는 단계; 및
상기 단백질 또는 폴리뉴클레오티드가 도입된 체세포를 근육줄기세포의 성장 배지에서 배양하는 단계를 포함하는, 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법으로서, 상기 역분화 유도인자는 Sox2, Klf4 및 c-Myc인 것인 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법.
Introducing Pax3, Esrrb and a dedifferentiation inducer protein or a polynucleotide encoding the same into somatic cells; And
And culturing the somatic cells into which the protein or polynucleotide has been introduced in a growth medium of muscle stem cells, wherein the de-differentiation inducing factor is Sox2, Klf4 and c-Myc A method for producing muscle stem cells from somatic cells.
삭제delete 청구항 6에 있어서, 상기 폴리뉴클레오티드의 도입은 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터를 포함하는 바이러스를 이용하는 것인, 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법.7. The method according to claim 6, wherein the introduction of the polynucleotide utilizes a virus comprising a vector comprising the polynucleotide. 청구항 8에 있어서, 상기 바이러스는 레트로 바이러스인 것인 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법.9. The method of claim 8, wherein the virus is a retrovirus. 청구항 6에 있어서, 근육줄기세포의 배양 배지는 bFGF 및 HS(horse serum)를 포함하는 배지인 것인 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법.The method according to claim 6, wherein the culture medium of muscle stem cells is a medium containing bFGF and HS (horse serum). 청구항 6에 있어서, 상기 배양된 근육줄기세포를 단일 세포로 분리하여, 근육줄기세포 성장 배지에서 배양하는 단계를 더 포함하는 것인 체세포로부터 근육줄기세포를 제조하는 방법.[Claim 7] The method according to claim 6, further comprising separating the cultured muscle stem cells into single cells and culturing the cells in a muscle stem cell growth medium. 삭제delete 삭제delete
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