KR101890874B1 - A composition for repression of muscle-aging and regeneration of old muscle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 miR-431 또는 이의 유사체(mimic)를 유효성분으로 포함하는 근육 노화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약제학적 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 miR-431 또는 이의 유사체, 및 근원세포를 유효성분으로 포함하는 근육 노화 관련 질환 치료용 세포치료제에 관한 것이다. 본 발명은 근육의 노화를 억제하고 근육 노화 관련 질환을 치료할 수 있다.The present invention relates to a pharmaceutical composition for preventing or treating muscle aging-related diseases comprising miR-431 or mimic thereof as an active ingredient. The present invention also relates to miR-431 or an analogue thereof, and a cell therapy agent for treating muscle aging-related diseases, comprising a source cell as an active ingredient. The present invention can inhibit muscle aging and treat muscle aging-related diseases.

Description

근육 노화 억제용 또는 근육 노화 관련 질환 치료용 조성물 {A COMPOSITION FOR REPRESSION OF MUSCLE-AGING AND REGENERATION OF OLD MUSCLE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a composition for inhibiting muscle senescence or for treating muscular aging-related diseases,

본 발명은 miR-431 또는 이의 유사체를 유효성분으로 포함하는 근육 노화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약제학적 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 miR-431 또는 이의 유사체, 및 근원세포 또는 분화능이 증대된 근원세포를 유효성분으로 포함하는 근육 노화 관련 질환 치료용 세포치료제에 관한 것이다. 더 나아가, 본 발명은 상기 miR-431 또는 이의 유사체를 유효성분으로 포함하는 노화된 근육 재생용 조성물, 근육 노화 억제용 조성물, 및 노화된 근육의 체외 근원세포 분화 촉진용 조성물에 관한 것이다. 또한, 근원세포의 miR-431 발현량을 측정하는 단계를 포함하는 노화된 근원세포의 근육 분화능을 측정하는 방법, 및 miR-431의 발현량을 측정하는 제제를 포함하는 노화된 근원세포의 근육 분화능 측정용 키트에 관한 것이다.The present invention relates to a pharmaceutical composition for preventing or treating muscle aging-related diseases comprising miR-431 or an analogue thereof as an active ingredient. The present invention also relates to a cell therapy agent for treatment of muscle aging-related diseases comprising miR-431 or an analogue thereof, and a source cell or a source cell having enhanced differentiation ability as an active ingredient. Further, the present invention relates to a composition for regenerating aged muscle, a composition for inhibiting muscle senescence, and a composition for promoting the differentiation of aged muscle into extracellular source cells, comprising miR-431 or an analogue thereof as an active ingredient. Further, there is provided a method for measuring the muscle differentiation ability of aged root cells, comprising measuring a miR-431 expression level of a source cell, and a method for measuring the expression level of miR-431, And to a measurement kit.

골격근은 근육의 노화 과정에서 근육의 부피와 기능이 감퇴하는 현상을 보이며, 이는 노화성 근감소증(age-related sarcopenia)이라고도 부른다(Narici and Maffulli 2010). 특히, 위성세포라고도 알려진 성인 근육 줄기 세포가 나이가 들어감에 따라 그 수가 점차 감소하며 분화능 역시 감소하는 것으로 알려져 있다(Brack et al. 2005; Shefer et al. 2006; Collins et al. 2007). Skeletal muscle is characterized by a decrease in muscle volume and function during aging of the muscle, which is also called age-related sarcopenia (Narici and Maffulli 2010). It is known that adult stem cells, also known as satellite cells, gradually decrease in number as they get older and that their differentiation potential also decreases (Brack et al., 2005;

지금까지의 근육 분화 및 재생에 관한 연구는 주로 MyoD, Mef2, Myogenin과 같은 근원성 조절 인자(myogenic regulatory factors, MRFs)의 조절에 관해 이루어졌다(Sabourin and Rudnicki 2000; Sartorelli and Caretti 2005; Wang and Rudnicki 2012). 최근 들어, 마이크로 RNA(microRNA)가 근분화 뿐 아니라, 골격근 비대를 포함하는 근육 질환에 관여되어있다는 다수의 연구가 발표되었다 (Eisenberg et al. 2007; Thum et al. 2007; Dey et al. 2012; Liu et al. 2012). 본 발명자들은 최근 노화에 관여하는 골격근의 miRNA-mRNA 조절 네트워크를 발견하였고, 이는 miRNA가 근육의 노화 과정에 관여하는 사실을 보여준다(Kim et al. 2014b). Previous studies on muscle differentiation and regeneration have focused on the regulation of myogenic regulatory factors (MRFs) such as MyoD, Mef2, and Myogenin (Sartorelli and Caretti 2005; Wang and Rudnicki 2012). Recently, a number of studies have been published that show that microRNAs are involved not only in muscle differentiation but also in muscle disorders including skeletal muscle hypertrophy (Eisenberg et al. 2007; Thum et al. 2007; Dey et al. 2012; Liu et al. 2012). The present inventors have recently discovered a miRNA-mRNA regulatory network of skeletal muscles involved in aging, showing that miRNAs participate in the aging process of muscles (Kim et al. 2014b).

한편, 노화에 의해 분화능이 감소된 근원세포로 인하여 노화 개체에서 나타나는 노화성 근감소증은 자율 근육을 조절하는 신경세포의 손상에 의한 신경 근육 질환과 구별되는 질환이다. 구체적으로, 상기 신경 근육 질환의 대표적인 예로서 근이영양증(muscle dystrophy), 신경 근육 접합 질환, 운동 신경 질환 등이 있으며, 노화성 근감소증과 발병 기전 및 치료 방법에 있어서 차이가 있다.On the other hand, aging dwarfism, which occurs in senescent individuals due to the differentiation ability of the myoblasts due to aging, is a disease differentiated from neuromuscular diseases caused by damages of autonomic nerve cells. Specifically, examples of the neuromuscular diseases include muscle dystrophy, neuromuscular junction disease, and motor neuropathy, and there is a difference in aging-related myopenia, pathogenesis mechanism and treatment method.

이에, 본 발명자들은 근육의 노화를 억제하고, 근육 노화 관련 질환을 치료하고자 예의 연구 노력한 결과, miRNA 발현을 신생 근원세포 및 노화 근원세포간 비교하여 분석함으로써, 지연된 근육 분화 및 노화된 근육의 재생을 유도하는 신규한 miRNA를 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have made intensive researches to inhibit aging of muscles and to treat diseases related to muscle aging. As a result, miRNA expression is analyzed by comparing between the neonatal myocytes and aged endothelial cells, so that delayed muscle differentiation and regeneration of aged muscles And the present invention has been completed.

본 발명의 하나의 목적은 miR-431 또는 이의 유사체(mimic)를 유효성분으로 포함하는 근육 노화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약제학적 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating muscle aging-related diseases comprising miR-431 or mimic thereof as an active ingredient.

본 발명의 다른 목적은 miR-431 또는 이의 유사체, 및 근원세포; 또는 miR-431 또는 이의 유사체로 분화능이 증대된 근원세포를 유효성분으로 포함하는 근육 노화 관련 질환 치료용 세포치료제를 제공하는 것이다.Another object of the invention is miR-431 or an analogue thereof, and a source cell; Or miR-431 or an analogue thereof, as an active ingredient, for treating a muscle aging-related disease.

본 발명의 또 다른 목적은 miR-431 또는 이의 유사체를 유효성분으로 포함하는 노화된 근육 재생용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for regenerating aged muscle comprising miR-431 or an analogue thereof as an active ingredient.

본 발명의 또 다른 목적은 miR-431 또는 이의 유사체를 유효성분으로 포함하는 근육 노화 억제용 조성물을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a composition for inhibiting muscle senescence comprising miR-431 or an analogue thereof as an active ingredient.

본 발명의 또 다른 목적은 miR-431 또는 이의 유사체를 유효성분으로 포함하는 노화된 체외 근원세포 분화능 개선용 조성물을 제공하는 것이다.Yet another object of the present invention is to provide a composition for improving the ability to multiply extracorporeal myoblast differentiation comprising miR-431 or an analogue thereof as an active ingredient.

본 발명의 또 다른 목적은 근원세포의 miR-431 발현량을 측정하는 단계를 포함하는 노화된 근원세포의 근육 분화능을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.Yet another object of the present invention is to provide a method for measuring the muscle differentiation ability of aged source cells, comprising measuring the expression level of miR-431 in a source cell.

본 발명의 또 다른 목적은 miR-431의 발현량을 측정하는 제제를 포함하는 노화된 근원세포의 근육 분화능 측정용 키트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a kit for measuring the muscle differentiation ability of aged source cells comprising an agent for measuring the expression level of miR-431.

상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 miR-431 또는 이의 유사체(mimic)을 유효성분으로 포함하는 근육 노화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약제학적 조성물을 제공한다.In one aspect of the present invention, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating muscle aging-related diseases comprising miR-431 or mimic thereof as an active ingredient.

본 발명의 용어, "마이크로 RNA(microRNA, miRNA)"는, 약 22개 뉴클레오티드로 이루어진 번역되지 않는 소형 RNA 분자로서, mRNA 분해 또는 번역의 억제를 통해 개체의 유전자의 발현을 미세하게 조절하는 기능을 가진다. 본 발명에서는 miRNA가 근육의 노화 과정에 관여하는 사실에 주목하여, 근육 노화를 억제하고 근육 손상을 치료하는데 사용할 수 있는 miRNA를 찾고자 노력하였다.The term " microRNA (miRNA) " of the present invention is a small untranslated RNA molecule consisting of about 22 nucleotides, which functions to finely control the expression of an individual gene through inhibition of mRNA degradation or translation I have. In the present invention, attention has been paid to the fact that miRNAs participate in the aging process of muscles, and efforts have been made to find miRNAs that can be used to inhibit muscle aging and treat muscle damage.

본 발명의 용어, "miR-431"은, 어린 근원세포에 다수 존재하는 miRNA로서, Smad4를 타겟으로 할 수 있으며, 구체적으로 Smad4 mRNA, 특히 3'UTR을 타겟으로 할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 miR-431은 서열번호 1의 서열(5`-UGUCUUGCAGGCCGUCAUGCA-3`)을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The term " miR-431 " of the present invention can be targeted to Smad4 as a miRNA that exists in a number of young myoblasts, and specifically targets Smad4 mRNA, particularly 3'UTR, but is not limited thereto. MiR-431 of the present invention may have the sequence (5'-UGUCUUGCAGGCCGUCAUGCA-3`) of SEQ ID NO: 1, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에서는, 차세대 시퀀싱(NGS)을 이용하여 신생 근원세포 및 노화 근원세포 간 miRNA의 발현 양상을 비교 분석한 결과, 그 중 특히 118개의 miRNA의 발현량의 차이가 컸으며, 노화 근원세포에서 47개 miRNA의 발현량이 상향 조절된 반면, 71개 miRNA는 하향 조절되는 것을 확인하였고, 특히, miR-431의 분화능 강화 활성이 가장 강한 것을 확인하였다(실험예 1).In one embodiment of the present invention, the expression patterns of the miRNAs between the neonatal stem cell and the senescent source cell were compared using the next generation sequencing (NGS) The expression level of 47 miRNAs was up-regulated in the myoblast, whereas 71 miRNAs were down-regulated. In particular, it was confirmed that miR-431 has the strongest enhancing activity for differentiation (Experimental Example 1).

본 발명의 용어, "miR-431 유사체"는 체내에서 miR-431과 유사한 기능을 할 수 있으며, miR-431 시퀀스와 동일한 단일가닥 RNA일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 목적상, miR-431의 유사체는 노화된 근원세포의 근육 분화능을 특이적으로 증대시킬 수 있다.The term " miR-431 analog " of the present invention may be a single-stranded RNA that is similar to miR-431 in the body and is identical to the miR-431 sequence, but is not limited thereto . For the purposes of the present invention, miR-431 analogs can specifically enhance the ability of the aged source cells to differentiate into muscle.

본 발명의 구체적인 일 양태에 의하면 miR-431은 서열번호 1 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to a specific embodiment of the present invention, miR-431 may be SEQ ID NO: 1, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에서는 miR-431의 유사체가 노화 근원세포의 MyHC 및 Myogenin mRNA의 수준을 향상시키는 것을 확인하였다(실험예 2).In one embodiment of the present invention, it was confirmed that the analog of miR-431 improves the levels of MyHC and Myogenin mRNA of the senescent source cells (Experimental Example 2).

본 발명의 용어, "근육 노화"는, 노화에 따라 근육의 밀도와 기능이 점차적으로 약화되는 것을 의미하며, "근육 노화 관련 질환"은 노화에 의한 상기와 같은 근육의 상태 변화 및 이상으로 유발되는 질환을 의미 하는데, 특히, 노화로 인한 근육 감소를 노화성 근육감소증(age-related sarcopenia)이라고도 한다. 근육 노화를 경험하는 사람들은 낙상이나 골절이 쉽게 일어나는 것이 일반적이다. The term " muscle aging " of the present invention means that the density and function of muscles are gradually weakened with aging. The term " muscle aging-related diseases " Particularly, age-related sarcopenia, is also referred to as age-related sarcopenia. People who experience muscle aging generally experience falls or fractures easily.

본 발명의 구체적인 일 양태에 의하면, 상기 근육 노화 관련 질환은, 노화성 근감소증(age related sarcopenia), 동작 뉴런 질병, 대사성 근육 질병, 염증성 근병증, 신경근 접합부 질병, 내분비성 근병증일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. According to a specific embodiment of the present invention, the muscle aging-related diseases may be age related sarcopenia, neuron diseases, metabolic muscle diseases, inflammatory myopathies, neuromuscular junction diseases, endocrine myopathies, It does not.

상기와 같은 노화성 근감소증을 비롯한 근육 노화 관련 질환은 근이영양증(muscle dystrophy)이나 근위축증(muscle atrophy)과는 구별되는 질환이다.Such aging-related diseases including aging-related muscular dysgenesis are diseases distinguishing from muscular dystrophy and muscle atrophy.

구체적으로, 근이영양증 환자는 근육 조직 검사에서 근육의 괴사를 보이며, 근섬유의 크기가 고르지 않고 다양하며 근섬유가 괴사된 자리에 지방 및 섬유화 조직으로 대치되는 증상을 보이며, 상기 근이영양증으로는 베커 근이영양증, 뒤셴 근이영양증, 선천성 근이영양증(Congenital muscular dystrophy), 에머리 드라이푸스 근이영양증(Emery-Dreifuss muscular dystrophy) 등이 대표적인 것으로 알려져 있다(Alan E H Emery, Lancet. 2002 Feb 23;359(9307):687-95). 특히 상기 근이영양증은 DMD, EMD 등 특정 유전자의 결핍 또는 변이에 의해 유발되는 것으로서, 유전적 요인이 그 원인으로 알려져 있다.More specifically, muscular dystrophy patients show muscle necrosis in muscular tissue examination, the size of muscle fibers is uneven and varied, and the muscle fibers are replaced with fat and fibrous tissue in the necrotic area. The muscular dystrophies include Becker's muscular dystrophy, , Congenital muscular dystrophy, Emery-Dreifuss muscular dystrophy, etc. (Alan EH Emery, Lancet. 2002 Feb 23; 359 (9307): 687-95). In particular, the muscular dystrophy is caused by a deficiency or mutation of a specific gene such as DMD or EMD, and is known to be caused by genetic factors.

또한, 근위축증은 사지의 근육이 위축되는 것을 의미하며, 근위축성 측삭경화증과 척수성 진행성 근위축증이 대표적이며, 이는 척수에 있는 운동신경섬유 및 세포의 진행성 변성에 의한 질환으로 알려져 있다. In addition, muscular dystrophy refers to atrophy of muscles in the limbs, and is representative of amyotrophic lateral sclerosis and spinal proximal muscular atrophy, which is known to be caused by progressive denaturation of motor nerve fibers and cells in the spinal cord.

구체적으로, 상기 척수성 근위축증은 척수의 운동신경 세포의 변성에 의한 유전적 장애로서, 영유아 및 소아에게 나타나는 신경 근육 질환으로 알려져 있다. 또한, 근위축성 측삭경화증은 대뇌와 척수의 상위 운동신경세포와 하위 운동신경 세포의 사멸에 의한 난치성, 비가역 신경퇴행성 변화가 특징이며, 신경성장인자의 부족 및 신경염증이 주원인인 것으로 알려져 있어, 노화에 따른 근감소를 증상으로 하는 노화성 근감소증과는 발병 원인 및 증상이 다르다.Specifically, the spinal muscular atrophy is a genetic disorder caused by degeneration of motor neurons in the spinal cord, and is known to be a neuromuscular disease that occurs in infants and children. In addition, amyotrophic lateral sclerosis is characterized by intractable and irreversible neurodegenerative changes caused by the death of the upper motor neurons and lower motor neurons in the cerebrum and spinal cord, and it is known that the nerve growth factor deficiency and nerve inflammation are the main causes, And the cause and symptoms of onset are different from those of aging.

현재, 노화에 따른 근감소증의 치료 방법으로는 유로코르틴 Ⅱ(urocortinⅡ)를 이용하는 방법, 호르몬 대체 치료법(hormone replacement therapy) 등이 있으나, 몇 가지 부작용이 보고되어 있어 근육 노화 관련 질환에 대한 근본적인 치료로서는 부족한 측면이 있다.Currently, there are several methods for treating myopenia due to aging, including urocortin II (urocortin II) and hormone replacement therapy, but some side effects have been reported. Therefore, fundamental treatment for muscle-related diseases There is a lack of aspect.

그러나, 본 발명자들은 miR-431 또는 이의 유사체가 노화된 근원세포의 분화능을 특히 효과적으로 증대시킬 수 있음을 확인하였고, 이를 통해, 상기와 같은 근육 노화 관련 질환의 예방 또는 치료에 miR-431 또는 이의 유사체가 효과적임을 발견하였다.However, the present inventors have confirmed that miR-431 or its analog can particularly effectively enhance the differentiation ability of the senescent source cells. Thus, miR-431 or an analogue thereof for preventing or treating the above-described muscle aging- Was found to be effective.

본 발명의 일 실시예에서는 신생 근원세포에서는 miR-431의 과발현이 근원세포의 분화능을 증대시키지 않고, 노화 근원세포에서는 miR-431의 억제가 근원세포의 분화능을 감소시키지 않는 것을 확인하였다(실험예 2). 이는, 신생 근원세포에서는 miR-431의 기저수준이 포화되어 있으며, 노화 근원세포에서는 mR-431의 수준히 충분히 감소되어 있음을 시사한다.In one embodiment of the present invention, it was confirmed that overexpression of miR-431 does not increase the ability of the myocyte to differentiate in the neonatal myocytes, and inhibition of miR-431 does not decrease the ability of myocytes to differentiate in the senescent myocytes 2). This suggests that the basal level of miR-431 is saturated in the neonatal myocytes, and that mR-431 is sufficiently reduced in the senescent source cells.

상기와 같은 실시예로부터, 본원발명의 miR-431은 노화된 근육의 재생 및 노화된 근육 관련 질환의 치료에 특히 효과가 있음을 확인하였다.From the above example, it was confirmed that miR-431 of the present invention is particularly effective for the treatment of aged muscle regeneration and aged muscle related diseases.

본 발명의 용어, "근원세포(myoblast)"는 분화되지 않은 상태에 있는 근육 세포이며, 단핵 세포인 위성 세포(satellite cell)가 활성화되면 근원세포로 증식한다. 근원세포의 분화가 진행되면 다른 세포와 융합하여 다핵의 가늘고 긴 근관 (myotube)을 형성하여 근섬유 (muscle fiber)를 만든다. 노화된 근원세포는 노화에 따라 분화능이 감소되어 상기와 같은 근섬유의 형성이 저해되며, 결과적으로 근감소의 증상이 나타나게 된다.The term " myoblast " of the present invention is a muscle cell in an undifferentiated state, and proliferates into a source cell when a satellite cell (mononuclear cell) is activated. When the differentiation of myoblasts progresses, they fuse with other cells to form myotube, which is thin and long, to make muscle fibers. The senescent myofibroblasts decrease the differentiation ability with aging, which inhibits the formation of muscle fibers as described above, resulting in symptoms of muscle weakness.

본 발명의 용어, "근원세포 분화"란 단핵인 근원세포(myoblast)가 융합을 통해 다핵의 근관(myotube)를 형성하는 과정이다. 근육 전구체 세포에 해당하는 근원세포는 자기복제 (self-renewal) 하는 경우에는 Pax7+ 마커를 나타내며, 증식하는 경우 Pax7+/MyoD+를 나타낸다. 근관을 형성하는 분화단계의 세포는 Pax7-MyoD+MyoG+마커를 이용하여 구분할 수 있다. 상기 근관을 형성하는 분화 초기단계의 세포는 마이오신 D(MyoD)와 같은 근원성 전사인자(myogenic transcription factor)의 발현이 증가하며, 중기에는 마이오신 G(MyoG)가 증가한다. 분화가 거의 끝나는 후기에는 마이오신 중쇄(Myosin Heavy Chain)의 발현이 증가한다. The term " source cell differentiation " of the present invention is a process in which monocyte myoblasts form myotubes through fusion. Myocyte precursor cells correspond to Pax7 + markers in self-renewal and Pax7 + / MyoD + in proliferation. Cells at the differentiation stage that form the root canal can be distinguished using the Pax7 - MyoD + MyoG + marker. The cells at the early stage of differentiation to form the canal increase the expression of myogenic transcription factors such as MyoD (D), and increase myosin G (MyoG) in the middle stage. The expression of Myosin Heavy Chain is increased in the late stage of differentiation.

상기와 같은 근원세포의 분화는 골격근, 심근 및 평활근 내 에서 유도될 수 있고, 가장 바람직하게는 골격근에서 유도될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Such differentiation of myoblast can be induced in skeletal muscle, myocardium and smooth muscle, and most preferably can be induced in skeletal muscle, but is not limited thereto.

본 발명의 miR-431 또는 이의 유도체는 근원세포, 특히 노화된 근원세포의 분화능을 증대시킴으로써 근관 및 근섬유를 형성하여 노화에 의해 감소된 근육량을 증가시킬 수 있다.The miR-431 or derivatives thereof of the present invention can increase root canal and muscle fiber by increasing the ability of differentiation of source cells, especially aged source cells, thereby increasing muscle mass reduced by aging.

본 발명의 구체적인 다른 일 양태에 의하면, miR-431 또는 이의 유사체는 Smad4의 mRNA를 타겟으로 할 수 있고, 더욱 구체적으로는 Smad4의 mRNA의 3'UTR (untranslated region, 비번역부위) 을 타겟으로 할 수 있다. According to another specific embodiment of the present invention, miR-431 or its analogue can target mRNA of Smad4, more specifically target 3'UTR (untranslated region) of Smad4 mRNA .

본 발명의 구체적인 다른 양태에 의하면, miR-431 또는 이의 유사체는 Smad4의 발현을 억제할 수 있다.According to another specific embodiment of the present invention, miR-431 or an analogue thereof can inhibit the expression of Smad4.

본 발명의 일 실시예에서는 miR-431이 Smad4의 3'UTR을 통해 Smad4의 발현을 억제하는 것을 확인하였으며, 상기 Smad4의 억제를 통해 근원세포의 근육 분화능이 증대되는 것을 확인하였다 (실험예 3 내지 실험예 4).In one embodiment of the present invention, it was confirmed that miR-431 inhibits Smad4 expression through the 3'UTR of Smad4, and it was confirmed that the muscle differentiation ability of the source cells was increased through the inhibition of Smad4 (Experimental Examples 3 to 6) Experimental Example 4).

본 발명의 다른 실시예에서는 Smad4가 근육의 재생능이 낮은 노화 근원세포에서 발현량이 증대되는 것을 확인하였으며, 상기 Smad4를 저해하는 miR-431 또는 siSmad4에 의해 근원세포의 근육 분화능이 회복되는 것을 확인하였다(실험예 5 내지 실험예 6). In another embodiment of the present invention, it was confirmed that the expression level of Smad4 was increased in senescent root cells having low regenerative activity of muscle, and miR-431 or siSmad4, which inhibits Smad4, restored the muscle differentiation ability of root cells Experimental Examples 5 to 6).

본 발명의 또 다른 실시예에서는 인간 골격근 근원세포(HSMM)에서 miR-431 억제자가 근육의 분화를 감소시키는지 여부를 확인한 결과, miR-431 억제자로 감염시켜 HSMM에서 miR-431을 발현 저해시켰을 때, HSMM의 분화가 감소되는 것을 확인하였다(실험예 7).In another embodiment of the present invention, when miR-431 inhibitor reduces muscle differentiation in human skeletal muscle cell (HSMM), when miR-431 inhibitor inhibits miR-431 expression in HSMM , And the HSMM differentiation was reduced (Experimental Example 7).

본 발명의 용어, "예방"은, 본 발명의 약제학적 조성물의 투여로 근육 노화 관련 질환의 발병을 억제 또는 지연시키는 모든 행위를 의미한다.The term " prophylactic " of the present invention refers to any action that inhibits or delays the onset of a muscle-related disease associated with administration of the pharmaceutical composition of the present invention.

본 발명의 용어, "치료"는, 본 발명의 약제학적 조성물의 투여로 근육 노화 관련 질환의 증세가 호전되거나 이롭게 변경시키는 모든 행위를 의미한다.The term " treatment " of the present invention means any action that improves or alleviates symptoms of muscle aging-related diseases by the administration of the pharmaceutical composition of the present invention.

본 발명의 구체적인 일 양태에 의하면, 본 발명의 약제학적 조성물에 포함되는 상기 miR-431 또는 이의 유사체는 이를 발현하는 재조합 플라스미드 또는 바이러스 벡터의 형태로 포함되거나 비바이러스성 전달체와 함께 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to a specific embodiment of the present invention, miR-431 or an analogue thereof contained in the pharmaceutical composition of the present invention may be contained in the form of a recombinant plasmid or viral vector expressing miR-431 or an analogue thereof, But is not limited to.

상기 재조합 플라스미드, 바이러스 벡터, 또는 비바이러스성 전달체에 의해 전달되고 발현되는 miR-431 또는 이의 유사체로 인해 개체의 miR-431의 발현량이 증대됨에 따라, 노화된 근원세포의 분화능을 증대시킬 수 있다.The expression level of miR-431 in an individual is increased due to miR-431 or its analogue delivered and expressed by the recombinant plasmid, viral vector, or non-viral carrier, thereby enhancing the ability to differentiate aged source cells.

본 발명에서 제공하는 다양한 실시형태에서 사용되는 발명 miR-431 또는 이의 유사체는 생체 내 전달 효율을 높이기 위하여 당업계에 알려진 다양한 핵산 전달체(바이러스성 또는 비바이러스성 전달체)와 복합체 형태로 포함될 수 있다. 예컨대, miR-431을 발현하는 재조합 플라스미드 또는 바이러스 벡터로서 포함될 수 있다. 이를 위하여 사용 가능한 플라스미드로는 예를 들어, pSilencer (Ambion), pSiEx (Novagen), siXpress (Takara Bio), pBLOCK-iT™(Invitrogen), pcDNA3.1(Invitrogen), pCEP4(Invitrogen), SilenCircle™ (Allele), 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바이러스성 전달체로 레트로바이러스 벡터, 아데노바이러스 벡터, 아데노 관련 바이러스 벡터, 백시니아 바이러스 벡터, 렌티바이러스 벡터, 헤르페스 바이러스 벡터, 알파바이러스 벡터, EB 바이러스 벡터, 파필로마바이러스 벡터, 포오미바이러스 벡터가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 비바이러스성 전달체로서, 전달 시약으로 Mirus TrasIT-TKO 지질친화성 시약, 리포펙틴, 리포펙타민, 셀펙틴(cellfectin), G-fectin, 양이온성 인지질 나노입자, 양이온성 고분자, 양이온성 마이셀, 양이온성 에멀젼 또는 리포좀, 리간드-DNA 복합체, 유전자총(genegun)이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 리포좀의 형태로서는 양친매성 제제(amphipathic agent), 예를 들어 마이셀, 불용성 단일층, 액정, 또는 수용액에 존재하는 라멜라층으로 존재하는 지질과 조합된다. 리포좀 제형을 위한 지질은 모노글리세라이드, 디글리세라이드, 설파타이드, 리소레시틴, 레시틴 인지질, 사포닌, 담즙산, 리포펙틴 등을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.Invention miR-431 or analogues thereof used in the various embodiments provided herein may be included in complex with various nucleic acid carriers (viral or nonviral carriers) known in the art to enhance in vivo delivery efficiency. For example, it may be included as a recombinant plasmid or viral vector expressing miR-431. Plasmids usable for this purpose include pSilencer (Ambion), pSiEx (Novagen), siXpress (Takara Bio), pBLOCK-iT (Invitrogen), pcDNA3.1 (Invitrogen), pCEP4 (Invitrogen), SilenCircle Allele, and the like, but are not limited thereto. As the viral carrier, retroviral vectors, adenovirus vectors, adeno-associated viral vectors, vaccinia virus vectors, lentivirus vectors, herpes virus vectors, alphavirus vectors, EB virus vectors, papilloma virus vectors, But is not limited thereto. As a non-viral carrier, it is also possible to use Mirus TrasIT-TKO lipophilic reagent, lipofectin, lipofectamine, cellfectin, G-fectin, cationic phospholipid nanoparticles, cationic macromolecule, cationic micelle , Cationic emulsions or liposomes, ligand-DNA complexes, geneguns, but are not limited thereto. The form of the liposome is combined with an amphipathic agent, such as a micelle, an insoluble monolayer, a liquid crystal, or a lipid present as a lamellar layer present in an aqueous solution. Lipids for liposomal formulation include, but are not limited to, monoglyceride, diglyceride, sulfatide, lysolecithin, lecithin phospholipid, saponin, bile acid, lipofectin, and the like.

또한, miR-431의 체내 안정성을 높이기 위해 폴리에틸렌글리콜과 같은 생체적합성 고분자를 접합하여 세포 내 흡수를 증가시키는 등 당업계에 알려진 일반적인 리보핵산 세포 내 전달 기술을 이용하도록 제제화될 수 있다. Further, in order to enhance the stability of miR-431 in the body, it can be formulated so as to utilize general ribonucleic acid intracellular delivery technology known in the art such as conjugation of a biocompatible polymer such as polyethylene glycol to increase intracellular absorption.

또한 전기천공법(electroporation)에 의해 세포를 microRNA가 든 용액에 현탁하여 직류 고전압의 펄스를 통과시켜 세포내로 도입되게 하는 방법도 포함한다. 생체에는 microRNA가 든 용액을 원하는 부위에 투여하고 전극을 통해 직류전압을 펄스로 주어 세포로 도입되게 할 수 있다.The method also includes suspending the cells in a microRNA-containing solution by electroporation and introducing them into cells by passing a pulse of a DC high voltage. In the living body, the solution containing the microRNA can be administered to the desired site, and the DC voltage can be pulsed through the electrode to be introduced into the cell.

본 발명의 용어, "개체"는 근육 노화 관련 질환을 가질 수 있는 인간을 포함한 모든 동물을 의미하고, 한편으로 인간을 제외한 동물일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 miR-431 또는 이의 유사체를 포함하는 조성물을 개체에 투여함으로써, 상기 근육 노화 관련 질환을 효과적으로 예방 및 치료할 수 있다. 본 발명의 조성물은 기존의 근육 관련 질환의 치료제와 병행하여 투여할 수 있다.The term " individual " of the present invention refers to all animals, including humans, that may have a muscle aging-related disorder, and may be, but not limited to, an animal other than a human. By administering a composition comprising miR-431 or an analogue thereof of the present invention to an individual, the above-mentioned muscle aging-related diseases can be effectively prevented and treated. The composition of the present invention can be administered in combination with a therapeutic agent for existing muscle-related diseases.

본 발명의 구체적인 일 양태에 의하면, 본 발명의 약제학적 조성물은 약제학적으로 허용 가능한 담체를 추가로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one particular embodiment of the present invention, the pharmaceutical composition of the present invention may further include a pharmaceutically acceptable carrier, but is not limited thereto.

본 발명에서 사용되는 용어, "약제학적으로 허용 가능한 담체"란 생물체를 자극하지 않으면서, 투여되는 화합물의 생물학적 활성 및 특성을 저해하지 않는 담체 또는 희석제를 의미한다.The term " pharmaceutically acceptable carrier " as used herein means a carrier or diluent which does not disturb the biological activity and properties of the compound to be administered, without stimulating the organism.

본 발명에 사용 가능한 상기 담체의 종류는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되고 약학적으로 허용되는 담체라면 어느 것이든 사용할 수 있다. 상기 담체의 비제한적인 예로는, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 알부민 주사 용액, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상을 혼합하여 사용될 수 있다.The type of the carrier that can be used in the present invention is not particularly limited, and any carrier conventionally used in the art and pharmaceutically acceptable may be used. Non-limiting examples of the carrier include saline, sterilized water, Ringer's solution, buffered saline, albumin injection solution, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, ethanol and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

또한, 필요한 경우 항산화제, 완충액 및/또는 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가하여 사용할 수 있으며, 희석제, 분산제, 계면 활성제, 결합제 및/또는 윤활제 등을 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 환약, 캡슐, 과립 또는 정제 등으로 제제화하여 사용할 수 있다. 본 발명의 약학 조성물은 목적하는 투여 방식이 경구 투여 방식인지 또는 비경구 투여 방식인지에 따라 다양한 제형으로 제작될 수 있다.In addition, if necessary, other conventional additives such as an antioxidant, a buffer and / or a bacteriostatic agent can be added to the composition, and a diluent, a dispersant, a surfactant, a binder and / or a lubricant may be additionally added thereto to form an aqueous solution, a suspension, Capsules, granules, tablets or the like. The pharmaceutical composition of the present invention can be manufactured into various formulations depending on whether the intended administration mode is oral administration or parenteral administration.

경구 투여용 제형의 비제한적인 예로는, 트로키제(troches), 로젠지(lozenge), 정제, 수용성 현탁액, 유성 현탁액, 조제 분말, 과립, 에멀젼, 하드 캡슐, 소프트 캡슐, 시럽 또는 엘릭시르제 등을 들 수 있다. Non-limiting examples of formulations for oral administration include troches, lozenges, tablets, aqueous suspensions, oily suspensions, prepared powders, granules, emulsions, hard capsules, soft capsules, syrups, .

상기 정제 또는 캡슐 등과 같은 경구 투여용 제형으로 제제화하기 위하여, 락토오스, 사카로오스 (Saccharose), 솔비톨 (Sorbitol), 만니톨(Mannitol), 전분, 아밀로펙틴 (Amylopectin), 셀룰로오스 (Cellulose) 또는 젤라틴 (Gelatin) 등과 같은 결합제; 디칼슘 포스페이트 (dicalcium phosphate) 등과 같은 부형제; 옥수수 전분 또는 고구마 전분 등과 같은 붕괴제; 스테아르산 마그네슘 (magnesium stearate), 스테아르산 칼슘 (calcium stearate), 스테아릴 푸마르 산 나트륨(sodium stearyl fumarate) 또는 폴리에틸렌 글리콜 왁스 (polyethylene glycol wax) 등과 같은 윤활유 등을 포함할 수 있다. 나아가 캡슐 제형의 경우 상기 언급한 물질 외에도 지방유와 같은 액체 담체 등을 추가로 함유할 수 있다.Such as lactose, saccharose, sorbitol, mannitol, starch, amylopectin, cellulose, or gelatin, for formulation into oral dosage forms such as tablets, capsules and the like. Binder; Excipients such as dicalcium phosphate and the like; Disintegrating agents such as corn starch or sweet potato starch; Lubricating oils such as magnesium stearate, calcium stearate, sodium stearyl fumarate or polyethylene glycol wax, and the like. Furthermore, in the case of a capsule formulation, in addition to the above-mentioned substances, a liquid carrier such as a fatty oil may be further contained.

비경구 투여를 위한 제형으로는, 예를 들어 피하 주사, 정맥 주사 또는 근육내 주사 등의 주사용 형태; 좌제 주입 방식; 또는 호흡기를 통하여 흡입이 가능하도록 하는 에어로졸제 등 스프레이용으로 제제화할 수 있으나 이에 제한되지 아니한다. 상기 주사용 제형으로 제제화하기 위해서는 본 발명의 조성물을 안정제또는 완충제와 함께 물에서 혼합하여 용액 또는 현탁액으로 제조하고 이를 앰플(ampoule) 또는 바이알 (vial)의 단위 투여용으로 제제화할 수 있다. 상기 에어로졸제 등의 스프레이용으로 제형화하는 경우, 수분산된 농축물 또는 습윤 분말이 분산되도록 추진제 등이 첨가제와 함께 배합될 수 있다.Formulations for parenteral administration include, for example, injectable forms such as subcutaneous, intravenous, or intramuscular injections; Suppository injection system; Or an aerosol formulation that allows for inhalation through the respiratory tract, but is not limited thereto. In order to formulate the injectable preparation, the composition of the present invention may be mixed with a stabilizer or a buffer in water to prepare a solution or suspension, which may be formulated for unit administration of an ampoule or a vial. When formulated for spraying with an aerosol or the like, a propellant or the like may be blended with the additive such that the water-dispersed concentrate or the wet powder is dispersed.

상기 본 발명의 약제학적 조성물은 약제학적으로 유효한 양으로 투여될 수 있는데, 본 발명의 용어 "약제학적으로 유효한 양"이란 의학적 치료 또는 예방에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료 또는 예방하기에 충분한 양을 의미하며, 유효 용량 수준은 질환의 중증도, 약물의 활성, 환자의 연령, 체중, 건강, 성별, 환자의 약물에 대한 민감도, 사용된 본 발명 조성물의 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율 치료기간, 사용된 본 발명의 조성물과 배합 또는 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. The pharmaceutical composition of the present invention can be administered in a pharmaceutically effective amount. The term " pharmaceutically effective amount " of the present invention means the amount of the compound of the present invention that is effective in treating or preventing a disease at a reasonable benefit / risk ratio applicable to medical treatment or prevention And the effective dose level refers to the amount of the effective amount of the composition of the present invention, and the effective dose level is determined depending on the severity of the disease, the activity of the drug, the age, weight, health, sex, sensitivity of the patient to the drug, The duration of the treatment, the factors including the drugs used in combination or concurrently with the composition of the present invention used, and other factors well known in the medical field.

본 발명의 약제학적 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있다. 그리고 단일 또는 다중 투여될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하다.The pharmaceutical composition of the present invention may be administered as an individual therapeutic agent or in combination with another therapeutic agent, and may be administered sequentially or simultaneously with a conventional therapeutic agent. And can be administered singly or multiply. It is important to take into account all of the above factors and administer an amount that will achieve the maximum effect in the least amount without side effects.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 본 발명은 miR-431 또는 이의 유사체, 및 근원세포; 또는 상기 miR-431 또는 이의 유사체에 의해 분화능이 증대된 근원세포를 유효성분으로 포함하는 근육 노화 관련 질환 치료용 세포치료제를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides miR-431 or an analogue thereof and a source cell; Or miR-431 or an analogue thereof, as an active ingredient. The present invention also provides a cell therapy agent for treating muscle aging-related diseases.

본 발명의 용어, "miR-431", "miR-431의 유사체", "근원세포", 및 "근육 노화 관련 질환"은 상기에서 설명한 바와 같다.The terms "miR-431", "analog of miR-431", "source cell", and "muscle aging-related disease" of the present invention are as described above.

본 발명의 용어, "세포치료제""는, 인간으로부터 분리, 배양 및 특수한 조작을 통해 제조된 세포 및 조직으로 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품(미국 FDA 규정)으로서, 세포 혹은 조직의 기능을 복원시키기 위해 살아있는 자가, 동종, 또는 이종 세포를 체외에서 증식 선별하거나 다른 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등의 일련의 행위를 통하여 이러한 세포가 질병의 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품을 의미한다.The term " cell therapeutic agent " of the present invention is a pharmaceutical (US FDA regulation) used for the purpose of treatment, diagnosis and prevention with cells and tissues prepared by separation, culture and special manipulation from human, In order to restore function, these cells are used for the purpose of the treatment, diagnosis and prevention of diseases through a series of actions such as proliferation selection of living, homologous, or xenogeneic cells in vitro or other ways of changing the biological characteristics of the cells Medicines.

본 발명의 세포치료제의 바람직한 투여량은 개체의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회 나누어 투여할 수도 있으며, 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.The preferred dosage of the cell therapy agent of the present invention varies depending on the condition and the weight of the individual, the degree of disease, the type of drug, the administration route and the period of time, but can be appropriately selected by those skilled in the art. The administration may be carried out once a day or divided into several doses, and the dosage is not limited in any way to the scope of the present invention.

본 발명의 세포치료제는 miR-431 또는 miR-431 유사체, 및 근원세포 또는 상기 miR-431에 의해 분화능이 증대된 근원세포를 포함함으로써, 노화된 근육의 재생을 촉진하고, 노화 관련 질환을 치료할 수 있는 것을 특징으로 한다. The cell treatment agent of the present invention includes miR-431 or miR-431 analogues and source cells or source cells that are enhanced in differentiation by miR-431, thereby promoting regeneration of aged muscles and treating aging-related diseases .

본 발명의 다른 양태에 의하면, 본 발명은 miR-431 또는 이의 유사체를 유효성분으로 포함하는 노화된 근육 재생용 조성물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an aged muscle regeneration composition comprising miR-431 or an analogue thereof as an active ingredient.

본 발명의 용어, "miR-431", 및 "miR-431의 유사체"는 상기에서 설명한 바와 같다.The terms " miR-431 " and " miR-431 analogs " of the present invention are as described above.

본 발명의 miR-431을 포함하는 노화된 근육 재생용 조성물은 노화된 근원세포의 줄기성을 유지하고 분화능을 증대시킴으로써 효과적으로 노화된 근육 조직을 재생, 회복시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.The composition for regenerating the aged muscle comprising miR-431 of the present invention is characterized by being able to regenerate and recover effectively aged muscle tissue by maintaining the steminess of the aged source cells and increasing the differentiation ability.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 본 발명은 miR-431 또는 이의 유사체를 유효성분으로 포함하는 근육 노화 억제용 조성물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a composition for inhibiting muscle senescence comprising miR-431 or an analogue thereof as an active ingredient.

본 발명의 용어, "miR-431", 및 "miR-431의 유사체"는 상기에서 설명한 바와 같다.The terms " miR-431 " and " miR-431 analogs " of the present invention are as described above.

본 발명의 miR-431을 포함하는 근육 노화 억제용 조성물은 근원세포의 줄기성을 유지함으로써 효과적으로 근육의 노화를 억제할 수 있는 것을 특징으로 한다.The composition for inhibiting muscle senescence comprising miR-431 of the present invention is characterized by being able to effectively inhibit aging of muscles by maintaining stem cell stem cells.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 본 발명은 miR-431 또는 이의 유사체를 유효성분으로 포함하는 노화된 체외 근원세포 분화능 개선용 조성물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a composition for improving the ability to multiply extracorporeal myoblast cells comprising miR-431 or an analogue thereof as an active ingredient.

본 발명의 용어, "miR-431", 및 "miR-431의 유사체"는 상기에서 설명한 바와 같다.The terms " miR-431 " and " miR-431 analogs " of the present invention are as described above.

본 발명의 miR-431을 포함하는 노화된 체외 근원세포 분화능 개선용 조성물은 노화된 근원세포의 분화능을 증대시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.The composition for improving the pluripotent stem cell differentiation ability comprising miR-431 of the present invention is characterized by being able to increase the ability to differentiate aged stem cells.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 근원세포의 miR-431 발현량을 측정하는 단계; 및 상기 단계에서 측정한 miR-431의 발현량과 대조 근원세포의 miR-431 발현량을 비교하는 단계를 포함하는, 노화된 근원세포의 근육 분화능을 측정하는 방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for detecting miR-431 expression in a source cell, And comparing the amount of miR-431 expression measured in the above step with the expression level of miR-431 expressed in control source cells, to a method for measuring the muscle differentiation ability of aged source cells.

상기 발현량을 측정하는 단계는, miR-431의 mRNA 발현 수준을 측정하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The step of measuring the expression level may be, but not limited to, measuring mRNA expression level of miR-431.

상기 miR-431의 mRNA 발현 수준을 측정하는 것은 상기 유전자의 mRNA에 특이적으로 결합하는 안티센스 올리고뉴클레오티드, 프라이머 쌍, 프로브 또는 이들의 조합을 이용할 수 있고, 이는 역전사효소 중합효소반응, 경쟁적 역전사효소 중합효소반응, 실시간 역전사효소 중합효소반응, RNase 보호 분석법, 노던 블랏팅 및 DNA 마이크로어레이 칩으로 구성된 군으로부터 선택되는 분석법을 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The measurement of the mRNA expression level of miR-431 may be performed using an antisense oligonucleotide that specifically binds to the mRNA of the gene, a primer pair, a probe, or a combination thereof, which may be a reverse transcriptase polymerase, a competitive reverse transcriptase polymerase But is not limited to, using an assay selected from the group consisting of enzyme reaction, real-time reverse transcriptase polymerase reaction, RNase protection assay, Northern blotting and DNA microarray chip.

상기 대조 근원세포는 분화능이 손상되지 않은 근원세포로, 본 발명의 목적상 어린 포유류로부터 채취한 근원세포 또는 구입한 근원세포일 수 있으며, 특히 인간의 경우 만 20세 미만의 젊은 공여자의 근원세포일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The control source cells may be source cells that have not been impaired in their ability to differentiate, and may be source cells or purchased source cells collected from young mammals for the purpose of the present invention. Especially, in the case of humans, the source cells of young donors younger than 20 years But is not limited thereto.

상기 miR-431의 발현량을 비교하는 단계는 miR-431의 발현량이 대조 근원세포의 miR-431의 발현량 보다 감소하는 경우, 근원세포의 분화능이 감소한 것으로 판단할 수 있다.In the step of comparing the expression level of miR-431, it can be judged that when the expression level of miR-431 is lower than the expression level of miR-431 of the control source cells, the differentiation ability of the source cells is decreased.

상기 miR-431의 발현량을 비교하는 단계는 미오신 중쇄(MyHC) 또는 Myogenin의 발현량을 측정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The step of comparing the expression level of miR-431 may further include the step of measuring the expression level of Myosin heavy chain (MyHC) or Myogenin.

상기 MyHC 또는 Myogenin의 발현량은 MyHC 또는 Myogenin을 암호화하는 유전자의 mRNA 발현 수준 또는 단백질 발현 수준을 측정하는 것일 수 있다.The amount of expression of MyHC or Myogenin may be determined by measuring mRNA expression level or protein expression level of a gene encoding MyHC or Myogenin.

상기 mRNA 발현 수준을 측정하는 단계는 상기 설명된 바와 같다.The step of measuring the mRNA expression level is as described above.

상기 단백질 발현 수준을 측정하는 것은 MyHC 또는 Myogenin 단백질에 특이적으로 결합하는 항체, 앱타머 또는 이들의 조합을 이용할 수 있고, 이는 웨스턴 블랏팅, ELISA, 방사선면역분석법, 방사면역확산법, 오우크레로니(Ouchterlony) 면역확산법, 로케트 면역전기영동, 면역조직화학염색, 면역침전분석, 보체고정분석, FACS 및 단백질 칩으로 구성된 군으로부터 선택되는 분석법을 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The measurement of the protein expression level may be performed using an antibody, an aptamer or a combination thereof that specifically binds to MyHC or Myogenin protein, which may be Western blotting, ELISA, radioimmunoassay, radioimmunoprecipitation, But are not limited to, immunoassays, immunoassays, immunocytochemistry, immunoassay analysis, complement fixation, FACS, and protein chips.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 근원세포의 miR-431의 발현량을 측정하는 제제를 포함하는 노화된 근원세포의 근육 분화능 측정용 키트에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a kit for measuring the muscle differentiation ability of an aged source cell comprising an agent for measuring the expression level of miR-431 in a source cell.

상기 miR-431의 발현량을 측정하는 제제는 miR-431을 암호화하는 유전자의 mRNA에 특이적으로 결합하는 안티센스 올리고뉴클레오티드, 프라이머 쌍, 프로브, miR-431에 특이적으로 결합하는 항체, 앱타머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The agent for measuring the expression level of miR-431 includes an antisense oligonucleotide that specifically binds to the mRNA of the gene encoding miR-431, a primer pair, a probe, an antibody specifically binding to miR-431, And combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

상기 키트는 미오신 중쇄(MyHC) 또는 Myogenin의 발현량을 측정하는 제제를 추가로 포함할 수 있다.The kit may further comprise an agent for measuring the expression level of Myogenic heavy chain (MyHC) or Myogenin.

상기 발현량을 측정하는 제제는 상기 설명한 바와 같다.The formulation for measuring the expression level is as described above.

상기 근육 분화능 측정용 키트는 최적의 반응 수행 조건을 기재한 사용설명서를 추가로 포함할 수 있다. 사용설명서는 팜플렛 또는 전단지 형태의 안내 책자, 키트에 부착된 라벨, 및 키트를 포함하는 패키지의 표면상에 설명을 포함한다. 또한, 안내서는 인터넷과 같이 전기 매체를 통해 공개되거나 제공되는 정보를 포함할 수 있다.The kit for measuring muscle differentiation ability may further include an instruction manual describing an optimal reaction performing condition. The instructions include instructions on the surface of the package, including the brochure or leaflet in the form of a brochure, a label attached to the kit, and a kit. In addition, the brochure may include information that is disclosed or provided through an electronic medium, such as the Internet.

본 발명은 miR-431이 노화 근원세포의 분화능을 증대시키는 것을 확인하고, 상기 miR-431 또는 이의 유사체가 근육 노화 관련 질환의 예방 또는 치료 효과를 가지며, 노화된 근육의 재생 효과 및 근육 노화 억제 효과를 가진다. The present invention confirms that miR-431 enhances the differentiation ability of the senescing source cells, and the miR-431 or its analogue has an effect of preventing or treating muscle aging-related diseases, and has the effect of regenerating aged muscle and inhibiting muscle aging .

도 1은 신생 근원세포 및 노화 근원세포의 miRNA 발현 양태(profile)를 나타낸 도이다. (A) 노화에 따른 118개의 다르게 조절되는 miRNA의 통제하지 않은 계층적 군집화(hierachical clustering)를 보인다; 47개의 miRNA는 상향 조절(up-regulated) 되었고, 71개의 miRNA는 하향 조절(down-regulated) 되었다. 각 칼럼은 3개월령의 어린 마우스(n=3) 및 27개월령의 늙은 마우스(n=3) 각각으로부터 분리된 근원세포에서 miRNA 발현을 나타낸다. 강도는 서로 다른 정도를 나타낸다. 빨간색 및 녹색은 각각 높고 낮은 발현을 표시한다. (B) 표시된 miRNA 유사체로 감염시킨 후, 노화 근원세포는 분화 배지 내에서 분화하도록 유도되었다. MyHC(흰 bar, 각 그룹마다 n=3) 및 myogenin(검은색 bar, 각 그룹마다 n=3) 같은 분화 마커 유전자의 상대적인 발현은 qRT-PCR로 결정하였다. 상기 결과는 β-액틴 mRNA의 양에 표준화되었다. 데이터는 평균 ± 표준편차로 표시하였다. **P < 0.01.
도 2는 miR-431에 의해 촉진된 노화 근원세포의 근육 분화를 나타낸 도이다. (A) MyHC(녹색) 및 DAPI(청색)으로 염색한 면역형광법으로 측정한 결과, miR-431 억제자로 감염시킨 신생 근원세포(위 패널) 또는 miR-431 유사체로 감염시킨 노화 근원세포(아래 패널)은 각각 대조군에 비해 감소된 또는 증가된 수의 분화된 근관세포를 보인다. 스케일바는 200 um을 나타낸다. (B) 융합 인덱스는 전체 MyHC 양성 세포에 대한 두 개 이상의 핵을 가진 MyHC 양성 세포의 백분율로 측정하였다. 여섯 개의 다른 관점이 무작위로 선택되어 융합 인덱스를 측정하였다. *P < 0.05 (C) 대조군-유사체 또는 miR-431 유사체로 감염시킨 후, 노화 근원세포는 분화 배지에서 분화하도록 유도하였고 myogenin이나 MyHC 같은 분화 마커 유전자의 mRNA 수준을 분석하였다. (D) miR-431 억제자로 감염시킨 신생 근원세포는 표시된 분화 마커 유전자의 감소된 mRNA 수준을 보였다. 상기 결과는 β-액틴 mRNA의 평균에 의해 표준화되었다. 데이터는 평균 ± 표준편차로 표시하였다. **P < 0.01
도 3은 Smad4의 녹다운으로 촉진된 노화 근원세포의 분화를 나타낸 도이다. (A, 위) 4개의 독립적으로 분리된 신생 근원세포 및 노화 근원세포의 용해물을 표시된 단백질에 대한 항체로 면역블랏 분석을 수행하였다. β-액틴은 로딩 대조군으로 사용하였다(아래). 웨스턴 밴드의 정량화는 평균 ± 표준편차로 나타내었다. *P < 0.05. (B) 노화 근원세포를 si 대조군, siSmad3 또는 siSmad4로 감염시킨 후, 상기 세포는 분화배지에서 분화를 유도하였다. Smad4의 녹다운은 분화를 촉진하였고, 이는 myogenin이나 MyHC같은 분화 마커 유전자의 상향 조절을 유도하였다(아래). 반면, Smad3의 녹다운으로는 아무런 변화가 없었다(위). (C) MyHC(녹색) 및 DAPI(청색)의 면역형광 염색으로 확인한 결과, Smad4가 녹다운 된 노화 근원세포는 대조군 세포에 비해 분화된 근관세포(myotube)의 수가 증가하였다. 스케일 바는 200 um이다. (D) 융합 인덱스는 전체 MHC-양성 세포에 대한 2 이상의 핵을 가진 MHC-양성 세포의 백분율로 계산하였다. 여섯 개의 다른 관점이 무작위로 선택되어 융합 인덱스를 측정하였다. *P<0.05 (E) 최대 3일간(up to 3 days) 분화 배지에서 배양한 신생 근원세포 및 노화 근원세포에서 표시된 단백질의 발현 패턴은 웨스턴 블랏 분석으로 나타내었다. β-액틴이 로딩 대조군으로 사용되었다. GM은 배양 배지; DM은 분화 배지이다. (F)는 분화 동안 상기 세포 내의 상대적인 miR-431의 발현을 나타낸 도이다. 상기 데이터는 β-액틴 mRNA의 양에 표준화하였고, 성장 배지의 신생 근원세포에 대한 상대적인 표준화된 값으로 나타내었다.
도 4는 Smad4의 3'UTR에 직접 결합하여 Smad4의 발현을 조절하는 miR-431을 나타낸 도이다. (A) 루시퍼라제 활성 어세이에서, miR-431은 Smad4의 WT 3'UTR을 억제하였고, Smad4 3'UTR 내 miR-431 결합 부위가 결실되었을 때, 상기 억제는 제거되었다. WT는 야생형을, MT는 변이체를 의미한다. (B) 마우스 Smad4 3'UTR 내 miR-431 결합 부위(1067 내지 1073 위치)는 인간 Smad4 3'UTR(1121 내지 1127 위치)에 보존되어있다. (C) miR-431 억제자가 감염된 신생 근원세포는 증가한 Smad4 단백질 수준을 나타내었다(왼쪽). 반면, miR-431 유사체로 감염된 노화 근원세포는 Smad4의 수준이 감소되었다. (D) 신생 근 조직 또는 노화 근 조직의 용해물(300 ug)을 비오티닐화된(Bi) miR431-5p 또는 Bi-cel-miR-67(대조군)으로 4℃에서 회전배양하였다. 4시간 후, RNA를 스트렙타비딘 비드를 이용하여 풀다운 물질(pulldown material)로부터 분리하였고, Smad4 mRNA 함량(enrichment)을 qRT-PCR로 분석하였다. 표준화는 신생 근 조직 또는 노화 근 조직에 대해 GADPH mRNA를 이용하여 수행되었다. 데이터는 3번의 독립적인 실험의 평균 ± 표준편차로 나타내었다. *P<0.05. (E)는 신생 근원세포로부터 얻은 용해물을 Smad4 mRNA에 상보적인 안티센스 올리고(ASO) 또는 음성 대조군 RNA(Gm14635 lincRNA)로 배양하였다. 스트렙타비딘 비드를 이용한 풀다운으로 분리된 상기 RNA를 Smad4 mRNA(GADPH mRNA에 표준화)(왼쪽) 또는 miR431-5p(RNU6B에 표준화)(오른쪽)에 대해 qRT-PCR을 이용하여 분석하였다.
도 5는 근 손상 후, 늙은 마우스의 재생하는 근조직의 급격히 증가한 Smad4 및 낮은 발현 수준의 miR-431을 나타낸 도이다. (A, 위) Smad4의 발현 패턴은 웨스턴 블랏 분석을 이용하여 CTX로 손상된 신생 TA 근 조직 및 노화 TA 근 조직에서 14일간 분석하였다. GADPH는 로딩 대조군으로 사용하였다(아래). 정량화 RT-PCR 분석을 이용하여, CTX로 손상된 신생 TA 근 조직 및 노화 TA 근 조직의 miR-431을 분석하였다. 발현은 세 차례 측정하였고, 데이터는 U6 snoRNA의 양에 표준화하여 측정 당일의 신생 TA 근 조직의 표준화 된 값에 상대값으로 표현하였다. (B) CTX 손상 후 14일차에 신생 TA 근 조직 섹션 및 노화 TA 근 조직 섹션을 Pax7(녹색) 및 Smad4(적색)에 대한 항체로 염색하여, 노화 근 조직에 있는 근원세포의 두 항원의 동일위치(colocalization)를 나타내었다. 스케일바는 20 um이다. 흰색 점선은 근 섬유를 나타낸다. Smad4 단백질을 발현하는 Pax7+ 근원세포의 비율은 CTX로 손상된 노화 TA 근 조직 내에서 상당히 증가하였다. ***P<0.001
도 6은 siSmad4 또는 miR-431 처리된 노화 근육은 강화된 재생능을 나타낸 도이다. (A)는 실험 절차를 나타낸 개략도이다. 카디오톡신(Cardiotoxin,, CTX, 20 uM)을 0일차에 노화 마우스의 TA 근 조직에 주사하였다. 2일 및 5일이 지난 후, 손상된 근 조직에 siSmad4 또는 miR-431 유사체를 주사하였고, 대조군 siRNA 또는 miRNA 유사체를 대측성 근 조직에 주사하였다. (B)는 14일차에 라미닌(적색) 및 DAPI(청색)으로 siSmad4 처리된 재생하는 섬유(n=4)를 염색한 대표적인 IHC 이미지(왼쪽 패널)이다. 횡단면(CSA)는 ImageJ 소프트웨어를 이용하여 측정하였다. 6개의 관점을 CSA 측정을 위해 임의로 선택하였다. *P < 0.05. 스케일바는 100 um이다. (C)는 14일차에 라미닌(적색) 및 DAPI(청색)으로 miR-431 처리된 재생하는 섬유(n=4)를 염색한 대표적인 IHC 이미지(왼쪽 패널)이다. 횡단면(CSA)는 ImageJ 소프트웨어를 이용하여 측정하였다. 6개의 관점을 CSA 측정을 위해 임의로 선택하였다. *P < 0.05. 스케일바는 100 um이다.
도 7은 miR-431의 억제로 감소된 인간 골격근 근원세포(HSMM)의 근육 분화를 나타낸 도이다. (A)는 HSMM를 miR-431의 억제자 또는 유사체로 감염 시킨 결과, 각각 Smad4 단백질 수준이 대조군에 비해 증가 또는 감소하였음을 나타낸 도이다. 상기 단백질 수준은 웨스턴 블랏 분석으로 분석하였고 β-액틴을 로딩 대조군으로 사용하였다. (B) 억제자-대조군 또는 억제자-miR-431로 HSMM을 감염 시킨 후, 분화 배지 내에서 상기 세포의 분화를 유도하였다. MyHC(녹색) 및 DAPI(청색)을 염색한 면역형광법으로 분석한 억제자-miR-431 감염된 HSMM은 대조군 세포에 비해 분화된 근관세포의 수가 감소하였다. 스케일 바는 200 um을 나타낸다. (C) 억제자-miR-431 감염된 HSMM의 미오게닌 및 MyHC와 같은 분화 마커 유전자의 mRNA 수준은 감소하였다. 데이터는 평균 ± 표준편차로 나타내었다. **P<0.01 (D)는 miR-431에 의한 근원세포의 노화에 따른 조절을 개략적으로 나타낸 도이다. 노화 Pax7+MyoD+ 근원세포 내 miR-431의 감소는 TGF-β 또는 BMP 신호 전달의 하류 인자(downstream effector)인 Smad4의 증가를 유발하여 정상적인 근육 분화를 방해한다.
도 8은 신생 근원세포 및 노화 근원세포의 분리를 나타낸 도이다. (A) 신생 원시 근원세포 및 노화 근원세포를 3개월령 및 27개월령의 마우스의 뒷다리 근육으로부터 분리하였다. 상기 분리된 세포에 대해 Pax7(적색) 및 MyoD(녹색)에 대한 항체를 이용한 면역형광법을 수행하였고, DAPI(청색)로 핵을 염색하였다. 스케일 바는 200 um이다. (B) 염색된 신생 근원세포 및 노화 근원세포를 확대한 대표적인 이미지이다. 스케일 바는 20 um이다.
도 9는 노화 근원세포의 지연된 분화를 나타낸 도이다. (A) DIC 이미지 및 (B) 분화 배지(DM, 36시간)에서 초기 분화동안 신생 근원세포 및 노화 근원세포를 MyHC(녹색) 및 DAPI(청색)로 염색한 면역염색 결과이다. 스케일바는 200 um이다. 융합 인덱스는 전체 MHC-양성 세포에 대한 두 개 이상의 핵을 가진 MyHC-양성 세포의 백분율이다. 여섯개의 다른 관점을 융합 인덱스를 측정하기 위해 임의로 선택하였다. *P<0.05 (C) 36시간 동안 분화 배지에서 배양한 후, 네 개의 독립적으로 분리된 신생 근원세포 및 노화 근원세포의 MyHC의 단백질 수준을 면역블랏분석으로 결정하였다(왼쪽). β-액틴이 로딩 대조군으로 사용되었다. 오른쪽에 나타난 도는 MyHC에 특이적인 밴드의 정량화 그래프이다. *P<0.05. (D) 노화 근원세포는 myogenin이나 MyHC같은 분화 마커 유전자의 mRNA 수준이 감소하였다. 데이터는 평균 ± 표준편차로 나타내었다. *P<0.05, ***P<0.001
도 10은 miR-431 유사체로 감염된 신생 근원세포 또는 miR-431 억제자 처리된 노화 근원세포에서는 분화능이 변하지 않는다는 사실을 보여주는 도이다. 대조군-유사체 또는 miR-431 유사체로 감염시킨 신생 근원세포는 분화배지에서 분화하도록 유도하였고 myogenin 및 MyHC와 같은 분화 마커 유전자의 mRNA 수준을 분석하였다. miR-431 억제자로 감염된 노화 근원세포는 비슷한 분화 마커 유전자의 mRNA 수준을 나타내었다. 결과는 β-액틴 mRNA의 평균에 표준화하였다. M은 유사체; I는 억제자를 나타낸다. 데이터는 평균 ± 표준편차로 나타내었다.
도 11은 miR-431이 Smad4를 조절하는 miRNA로 추정된다는 사실을 보여주는 도이다. (A) 증가한 Smad4 단백질과 음의 상관관계를 보이는 하향 조절된 miRNA 중에서 miR-431(적색)을 포함한 4개의 miRNA가 Smad4 mRNA의 3'UTR의 조절 miRNA로 추정되었다. (B) 오직 miR-431만이 루시퍼라제 어세이에서 WT Smad4 3'UTR을 억제하였다. **P<0.01
도 12는 miR-431이 C2C12 세포에서 Smad4 발현을 조절하는 사실을 보여주는 도이다. (A) miR-431 유사체로 감염된 C2C12 세포는 대조군에 비해 Smad4의 단백질 수준이 감소한 반면(왼쪽), miR-431의 억제자로 감염된 세포는 대조군에 비해 Smad4의 수준이 증가하였다. (B) 비오티닐화된(Bi)-miR431-5p 또는 Bi-cel-miR-67(공지된 포유류 타겟을 가지지 않은 작은 대조군 RNA)으로 C2C12 세포를 감염시키고, 24시간 후, 스트렙타비딘 비드를 이용한 풀다운에 의해 RNA를 분리하였고, Smad4 mRNA 함량을 RT-qPCR을 이용하여 분석하였다. GADPH mRNA를 이용하여 표준화를 수행하였다. 그래프는 3개의 독립적인 실험 결과를 평균 ± 표준편차(SEM)로 나타내었다(C, 왼쪽). C2C12 세포 용해물은 Smad4 mRNA에 상보적인 안티센스 올리고머(ASO) 또는 음성 대조군 RNA(Gm14635 lincRNA)와 함께 배양하였다. 상기 RNA는 스트렙타비딘 풀다운으로부터 분리되었고 Smad4 mRNA(GADPH mRNA에 표준화) 또는 miR431-5p(RNU6B에 표준화)(오른쪽)를 탐지하기 위해 RT-qPCR로 분석하였다. 그래프는 3개의 독립적인 실험 결과를 평균 ± 표준편차(SEM)로 나타내었다.
도 13은 CTX로 손상된 신생 TA 근육 조직 및 노화 TA 근육 조직을 나타낸 도이다. (A) 신생 재생 TA 근육 조직 및 노화 재생 TA 근육 조직의 CTX 손상 7일차 또는 14일차의 대표적 이미지이다. (B) CTX 손상된 신생 TA 근육 조직 및 노화 근육 조직의 Smad4의 발현 패턴은 14일간 웨스턴 블랏 분석을 사용하여 결정하였다. GADPH을 로딩 대조군으로 사용하였다.
FIG. 1 is a diagram showing miRNA expression profiles of the neonatal myocytes and the senescent myocytes. FIG. (A) Hierachical clustering of 118 differentially regulated miRNAs with aging; 47 miRNAs were up-regulated and 71 miRNAs were down-regulated. Each column shows miRNA expression in parental cells isolated from each of three-month-old young mice (n = 3) and 27-month old mice (n = 3). Strengths represent different degrees. Red and green indicate high and low expression, respectively. (B) After infection with the indicated miRNA analogs, senescent root cells were induced to differentiate in differentiation medium. Relative expression of differentiation marker genes such as MyHC (white bar, n = 3 for each group) and myogenin (black bar, n = 3 for each group) was determined by qRT-PCR. The results were normalized to the amount of beta -actin mRNA. Data are presented as mean ± standard deviation. ** P < 0.01.
Figure 2 is a diagram showing muscle differentiation of miR-431-induced senescent root cells. (A) Myocytes (green) and DAPI (blue), immunoprophoresis showed that the senescent source cells infected with miR-431 inhibitor-infected neonatal cells (upper panel) or miR- ) Exhibit a reduced or increased number of differentiated root canal cells, respectively, as compared to the control group. The scale bar represents 200 mu m. (B) The fusion index was determined as the percentage of MyHC-positive cells with two or more nuclei for all MyHC-positive cells. Six different views were randomly selected to measure the fusion index. * P <0.05 (C) After infection with the control-analog or miR-431 analog, senescent source cells were induced to differentiate in differentiation medium and mRNA levels of differentiation marker genes such as myogenin or MyHC were analyzed. (D) Neonatal myocytes infected with the miR-431 inhibitor showed reduced mRNA levels of the indicated differentiation marker genes. The results were normalized by the mean of [beta] -actin mRNA. Data are presented as mean ± standard deviation. ** P < 0.01
Fig. 3 shows the differentiation of senescent root cells promoted by knockdown of Smad4. (A, supra). Immunoblot analysis was performed with antibodies to the lysed labeled proteins of four independently isolated neonatal and senescent source cells. β-Actin was used as a loading control (below). Quantification of Western bands was expressed as mean ± standard deviation. * P < 0.05. (B) After senescence source cells were infected with si control group, siSmad3 or siSmad4, the cells induced differentiation in differentiation medium. Smad4 knockdown promoted differentiation, which induced upregulation of differentiation marker genes such as myogenin and MyHC (below). On the other hand, there was no change in Smad3 knockdown (above). (C) Immunofluorescent staining of MyHC (green) and DAPI (blue) showed that the number of myotubes differentiated from Smad4 aged myocytes was increased compared to control cells. The scale bar is 200 um. (D) The fusion index was calculated as the percentage of MHC-positive cells with two or more nuclei for total MHC-positive cells. Six different views were randomly selected to measure the fusion index. * P < 0.05 (E) Up to 3 days (up to 3 days) Expression patterns of the expressed proteins in the neonatal and senescent myocytes cultured in the differentiation medium were indicated by Western blot analysis. beta -actin was used as a loading control. GM is a culture medium; DM is a differentiation medium. (F) shows the expression of relative miR-431 in the cell during differentiation. The data were normalized to the amount of beta -actin mRNA and expressed as relative standardized values for the neonatal source cells of the growth medium.
4 is a diagram showing miR-431 that directly binds to 3'UTR of Smad4 and regulates expression of Smad4. (A) In the luciferase activity assay, miR-431 inhibited the WT 3'UTR of Smad4, and when the miR-431 binding site in the Smad4 3'UTR was deleted, the inhibition was eliminated. WT means wild type, and MT means mutant. (B) The miR-431 binding site (positions 1067 to 1073) in mouse Smad4 3'UTR is conserved in human Smad4 3'UTR (positions 1121 to 1127). (C) miR-431 inhibitor-infected neonatal cells showed increased levels of Smad4 protein (left). On the other hand, senescent source cells infected with the miR-431 analog decreased Smad4 levels. (D) Neonatal muscle or agar (300 ug) of aging muscle tissue was spin-cultured with biotinylated (Bi) miR431-5p or Bi-cel-miR-67 (control) at 4 ° C. After 4 hours, the RNA was isolated from the pulldown material using streptavidin beads and the Smad4 mRNA enrichment was analyzed by qRT-PCR. Standardization was performed using GADPH mRNA for neoplastic or aged muscle tissue. Data are presented as mean ± standard deviation of three independent experiments. * P < 0.05. (E) were cultured with antisense oligo (ASO) or negative control RNA (Gm14635 lincRNA) complementary to Smad4 mRNA from lysates from the neonatal source cells. The pull-down separated RNA using streptavidin beads was analyzed using qRT-PCR for Smad4 mRNA (normalized to GADPH mRNA) (left) or miR431-5p (normalized to RNU6B) (right).
Figure 5 is a diagram showing rapidly increased Smad4 and low expression levels of miR-431 in the regenerating muscle tissue of old mice after muscle injury. (A, supra) expression patterns of Smad4 were analyzed for 14 days in CTX-damaged neonatal TA and aged TA muscle tissues using Western blot analysis. GADPH was used as a loading control (below). Quantitative RT-PCR analysis was used to analyze the miR-431 of neoplastic and aging TA muscle tissue damaged by CTX. Expression was measured three times and data were normalized to the amount of U6 snoRNA and expressed as a relative value to the normalized value of the new TA muscle tissue on the day of measurement. (B) On day 14 after CTX injury, the sections of the new TA muscle tissue and the aging TA muscle tissue section were stained with antibodies against Pax7 (green) and Smad4 (red), and the same positions of the two antigens (colocalization). The scale bar is 20 um. White dashed lines indicate muscle fibers. The percentage of Pax7 + source cells expressing the Smad4 protein was significantly increased in the aged TA muscle tissue damaged by CTX. *** P <0.001
Figure 6 shows enhanced regeneration ability of senescent muscle treated with siSmad4 or miR-431. (A) is a schematic diagram showing an experimental procedure. Cardiotoxin (CTX, 20 uM) was injected into the TA muscle tissue of the aged mouse at day 0. After 2 and 5 days, the injured muscle tissue was injected with the siSmad4 or miR-431 analog and the control siRNA or miRNA analog was injected into the contralateral muscle tissue. (B) is a representative IHC image (left panel) stained with regenerated fibers (n = 4) treated with siSmad4 in laminin (red) and DAPI (blue) on day 14. The cross-sectional area (CSA) was measured using ImageJ software. Six views were randomly selected for CSA measurements. * P < 0.05. The scale bar is 100 um. (C) is a representative IHC image (left panel) stained with regenerating fibers (n = 4) treated with miR-431 in laminin (red) and DAPI (blue) on day 14. The cross-sectional area (CSA) was measured using ImageJ software. Six views were randomly selected for CSA measurements. * P < 0.05. The scale bar is 100 um.
Figure 7 shows muscle differentiation of human skeletal muscle root cells (HSMM) reduced by inhibition of miR-431. (A) shows that the level of Smad4 protein was increased or decreased, respectively, as compared with the control, when the HSMM was infected with an inhibitor or analog of miR-431. The protein levels were analyzed by western blot analysis and beta -actin was used as a loading control. (B) After HSMM infection with inhibitor-control or inhibitor-miR-431, differentiation of the cells was induced in differentiation medium. Inhibitor-miR-431-infected HSMMs analyzed by immunofluorescence staining with MyHC (green) and DAPI (blue) decreased the number of differentiated canaliculus cells compared to control cells. The scale bar represents 200 mu m. (C) mRNA levels of differentiation marker genes such as myogenin and MyHC of inhibitor-miR-431 infected HSMM were decreased. Data are presented as means ± SD. ** P < 0.01 (D) is a schematic representation of miR-431-mediated regulation of myocyte aging. Reduction of miR-431 in senescent Pax7 + MyoD + source cells induces an increase in Smad4, a downstream effector of TGF-β or BMP signaling, thereby interfering with normal muscle differentiation.
8 is a diagram showing the separation of neonatal and senescent myocytes. (A) Neonatal primitive myocytes and senescent myocytes were isolated from the hindlimb muscles of mice at 3 and 27 months of age. The separated cells were subjected to immunofluorescence using antibodies against Pax7 (red) and MyoD (green), and stained with DAPI (blue). The scale bar is 200 um. (B) Representative images of enlarged dyed new and old age cells. The scale bar is 20 um.
Figure 9 is a diagram showing delayed differentiation of senescent source cells. (Green) and DAPI (blue) during early differentiation in the (A) DIC image and (B) differentiation medium (DM, 36 hours). The scale bar is 200 um. The fusion index is the percentage of MyHC-positive cells with two or more nuclei for total MHC-positive cells. Six different views were randomly selected to measure the fusion index. * P < 0.05 (C) After incubation in differentiation medium for 36 hours, protein levels of MyHC in four independently isolated neonatal and senescent myocytes were determined by immunoblot analysis (left). beta -actin was used as a loading control. The figure on the right is a quantitative graph of MyHC specific bands. * P < 0.05. (D) The mRNA levels of differentiation marker genes such as myogenin and MyHC were decreased in senescent source cells. Data are presented as means ± SD. * P < 0.05, *** P < 0.001
Figure 10 shows that the differentiation potential is not altered in the miR-431 inhibitor-treated senescent source cells infected with miR-431 analogs. Neonatal myocytes infected with control-analog or miR-431 analogs were induced to differentiate in differentiation medium and mRNA levels of differentiation marker genes such as myogenin and MyHC were analyzed. Aging source cells infected with the miR-431 inhibitor showed similar mRNA levels of differentiation marker genes. The results were normalized to the mean of? -Actin mRNA. M is an analog; I represents an inhibitor. Data are presented as means ± SD.
Fig. 11 shows that miR-431 is presumed to be a miRNA regulating Smad4. (A) Among the down-regulated miRNAs that were negatively correlated with the increased Smad4 protein, four miRNAs containing miR-431 (red) were estimated to be regulatory miRNAs of the 3'UTR of Smad4 mRNA. (B) Only miR-431 inhibited the WT Smad4 3'UTR in the luciferase assay. ** P < 0.01
Figure 12 shows that miR-431 regulates Smad4 expression in C2C12 cells. (A) C2C12 cells infected with the miR-431 analog decreased the level of Smad4 protein compared to the control (left), whereas cells infected with the miR-431 inhibitor increased the level of Smad4 compared to the control. (B) C2C12 cells were infected with biotinylated (Bi) -miR431-5p or Bi-cel-miR-67 (small control RNA without a known mammalian target) and after 24 hours streptavidin beads RNA was isolated by pull-down and Smad4 mRNA content was analyzed using RT-qPCR. Standardization was performed using GADPH mRNA. The graph shows the results of three independent experiments as mean ± standard deviation (SEM) (C, left). C2C12 cell lysates were incubated with antisense oligomers (ASO) or negative control RNA (Gm14635 lincRNA) complementary to Smad4 mRNA. The RNA was isolated from streptavidin pulldown and analyzed by RT-qPCR to detect Smad4 mRNA (normalized to GADPH mRNA) or miR431-5p (normalized to RNU6B) (right). The graph shows the results of three independent experiments as mean ± standard deviation (SEM).
Fig. 13 is a view showing CTX-damaged neonatal TA muscle tissue and aged TA muscle tissue. (A) Representative image of CTX injury 7th day or 14th day of TA muscle tissue of newly regenerated TA muscle and aging regeneration TA muscle tissue. (B) Expression pattern of Smad4 in CTX-injured neonatal TA muscle tissue and aging muscle tissue was determined using Western blot analysis for 14 days. GADPH was used as a loading control.

이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto

실시예 1. 마우스의 준비Example 1. Preparation of mouse

어린 (3개월령) C57BL/6 마우스 및 늙은 (27개월령) C57BL/6 마우스를 Laboratory Animal Resource Center(한국생명공학연구원, KRIBB)에서 구입하였다. 모든 동물 실험은 한국생명공학연구원(KRIBB)의 동물의 관리 및 사용 위원회에서 승인한 프로토콜에 따라 수행되었다.Young (3 months old) C57BL / 6 mice and old (27 months old) C57BL / 6 mice were purchased from the Laboratory Animal Resource Center (Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, KRIBB). All animal experiments were carried out according to protocols approved by the Korean Society for Biotechnology Research (KRIBB) Animal Care and Use Committee.

실시예 2. 원시 근원세포의 분리 및 세포 배양Example 2. Isolation and culture of primordial source cells

이전의 연구에서 개시된 바대로(Rando and Blau 1994), 원시 근원세포(primary myoblast)를 야생형 및 Prx3 KO 마우스의 뒷다리 근육으로부터 분리하였다. 간략히 말하면, 상기 근육을 가위를 이용하여 얇게 다지고 20분간 37℃에서 해리 버퍼(dissociation buffer)로 배양하였다. 상기 해리 버퍼는 디스파아제 II(2.4 U/ml, Roche), 콜라게나제 D(1%, Roche) 및 2.5 uM 염화칼슘을 포함한다. 슬러리(slurry)는 혈청 피펫을 이용하여 분말화하였고, 잔해를 제거하기 위해 70-uM 나일론 메쉬(BD Bioscience)을 통과시켰다. 세포는 3분간 1,000 rpm으로 원심분리하여 회수하였고, 20% FBS로 보충된 Ham's F-10(HyClone), 항생제 및 5 ng/ml bFGF를 포함하는 성장 배지에 재현탁하였다. 섬유아세포(fibroblast)를 제거하기 위해, 상기 세포를 코팅 되지 않은 플레이트 위에 1시간 동안 플레이팅하였고, 부유하는 세포는 콜라겐-코팅된 배양 접시로 옮겼다. 원시 근원세포를 유지하기 위해, 성장 배지는 이틀마다 교체하였다. 상기 근원세포의 분화는 5일간 항생제 및 5 % 말 혈청으로 보충된 DMEM(HyClone)이 포함된 분화 배지에서 세포를 배양함으로써 유도하였다. Primary myoblasts were isolated from the hind limb muscles of wild-type and Prx3 KO mice as described in previous studies (Rando and Blau 1994). Briefly, the muscle was thinned with scissors and incubated in a dissociation buffer at 37 ° C for 20 minutes. The dissociation buffer contains distearase II (2.4 U / ml, Roche), collagenase D (1%, Roche) and 2.5 uM calcium chloride. The slurry was pulverized using a serum pipette and passed through a 70-uM nylon mesh (BD Bioscience) to remove debris. Cells were harvested by centrifugation at 1,000 rpm for 3 min and resuspended in growth medium containing Ham's F-10 (HyClone) supplemented with 20% FBS, antibiotics and 5 ng / ml bFGF. To remove fibroblasts, the cells were plated on uncoated plates for 1 hour, and the floating cells were transferred to collagen-coated culture dishes. To maintain primordial source cells, the growth medium was replaced every two days. Differentiation of the myoblast cells was induced by culturing the cells in differentiation medium containing DMEM (HyClone) supplemented with 5% antibiotic and 5% horse serum for 5 days.

17세 기증자로부터 얻은 인간 골격근 근원세포(Lonza)를 항생제, 인간 표피 생장 인자(human epidermal Growth Factor, hEGF), 덱사메타손(Dexamethasone), L-글루타민 및 10 % 소 태아 혈청으로 보충된 골격근 기본 배지 (basal medium) 2를 포함하는 성장 배지에서 배양하였다. DMEM/F12(Gibco), 항생제 및 2% 말 혈청을 함유한 분화 배지로 교체하여 시딩하고(seeding) 24 내지 48시간 후에 분화가 시작되었다. Human skeletal muscle origin cells (Lonza) from 17-year-old donors were treated with basal medium supplemented with antibiotics, human epidermal growth factor (hEGF), dexamethasone, L-glutamine and 10% fetal bovine serum medium) 2. Differentiation was initiated after 24-48 hours of seeding by alternating with differentiation medium containing DMEM / F12 (Gibco), antibiotics and 2% horse serum.

C2C12 세포는 ATCC에서 구입하였고 항생제 및 10% 소 태아 혈청과 함께 상기 세포를 DMEM(Gibco)을 포함하는 성장 배지에서 배양하였다. DMEM/F12(Gibco), 항생제 및 5% 말 혈청을 함유한 분화 배지로 교체하여 시딩하고(seeding) 24 내지 48시간 후에 분화가 시작되었다. C2C12 cells were purchased from ATCC and cultured in growth medium containing DMEM (Gibco) with antibiotics and 10% fetal bovine serum. Differentiation was initiated after 24-48 hours of seeding by alternating with differentiation medium containing DMEM / F12 (Gibco), antibiotics and 5% horse serum.

실시예 3. miRNA 시퀀싱 및 데이터 분석Example 3. miRNA sequencing and data analysis

소형 RNA가 풍부한 전체 RNA를 근원세포(n=12)로부터 제작자의 프로토콜을 따라 mirVana miRNA 분리 키트(Ambion, Austin, TX)를 이용하여 추출하였다. miRNA 라이브러리는 Illumina 라이브러리 제작 프로토콜(Illumina Inc, San Diego, Ca, USA)을 따라 준비하였다. 각 라이브러리는 Illumina 어댑터를 이용하여 색인하였고, 소형 RNA 라이브러리를 6 % TBE 요소 폴리아크릴아미드 겔 상에서 크기대로 분류하였다. 이로부터 140-160 염기쌍(bp) 크기의 단편을 겔로부터 절단하였다. 정제된 miRNA 라이브러리를 Agilent DNA 1000 칩 상에서 정량화하였다. 색인된 모든 샘플들을 Illumina GAIIx(50 염기쌍 리드(read))의 한 레인에 모아서 시퀀싱하였다. 가공하지 않은 소형 RNA 시퀀싱 리드를 참조 게놈에 매핑(mapping)하기 전, FastQC(http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc)를 이용하여 리드의 염기의 질을 평가하였고, 인-하우스(in-house) PERL 스크립트를 이용하여 3'말단에 부착된 어댑터 시퀀스를 제거하였다. 어댑터로 다듬어진 소형 RNA 리드를 아무런 옵션 없는 bwa 소프트웨어(http://bio-bwa.sourceforge.net)를 이용하여 UCSC 게놈(http://genome.ucsc.edu)에서 다운로드한 참조 게놈 mm10 상에 매핑하였다. 공지된 miRNA(mirbase ver 20)에 대하여, 구입한(custom) 파이썬(python) 스크립트를 이용하여, 매핑 된 리드로부터 얻은 각 전구체 및 성숙한 miRNA의 FPKM을 계산하였다. Mirbase는 이미 공지된 miRNA를 필터링하기 위해 사용하였고, Rattus norvegicus는 연관된 종으로써 사용하였다. 상술한 분석의 결과로 얻은 데이터는 GSE66267의 번호로 Gene Expression Omnibus(GEO)에 저장하였다. Small RNA-enriched total RNA was extracted from myocytes (n = 12) using the mirVana miRNA isolation kit (Ambion, Austin, Tex.) According to the manufacturer's protocol. miRNA libraries were prepared following the Illumina library construction protocol (Illumina Inc, San Diego, CA, USA). Each library was indexed using an Illumina adapter and the small RNA library was sized on a 6% TBE urea polyacrylamide gel. From this a 140-160 base pair (bp) size fragment was cut from the gel. The purified miRNA library was quantified on an Agilent DNA 1000 chip. All indexed samples were collected and sequenced in a lane of Illumina GAIIx (50 basepairs read). Prior to mapping the unprocessed small RNA sequencing leads to the reference genome, the quality of the leads was assessed using FastQC (http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc) The in-house PERL script was used to remove the adapter sequence attached to the 3 'end. Small RNA leads trimmed with adapters are loaded on the reference genome mm10, downloaded from the UCSC genome (http://genome.ucsc.edu) using bwa software (http://bio-bwa.sourceforge.net) with no options Respectively. For the known miRNA (mirbase ver 20), the FPKM of each precursor and mature miRNA from the mapped leads was calculated using a custom python script. Mirbase was used to filter out already known miRNAs, and Rattus norvegicus was used as an associated species. The data obtained as a result of the above analysis was stored in the Gene Expression Omnibus (GEO) under the number GSE66267.

실시예 4. 정량화 RT-PCR 및 성숙한 miRNA 발현 분석Example 4. Quantitative RT-PCR and mature miRNA expression assay

miRNA의 발현 수준을 알아보기 위해 정량화 RT-PCR을 수행하였다. RNA 준비 및 cDNA 합성은 표준 프로토콜대로 수행하였다. 정량화 RT-PCR 분석은 cDNA, 프라이머, SYBR 마스터 믹스(Master Mix, Applied Biosystems)를 함유한 20-ul 반응 부피의 StepOnePlusTM(Applied Biosystems)을 이용하여 수행하였다. 데이터는 각 반응에서 β-액틴 mRNA의 풍부한 정도(abundance)에 표준화되었다. 프라이머의 서열은 서열번호 2 내지 15로 나타내었고 표 1에 정리하였다.Quantitative RT-PCR was performed to determine the expression level of miRNA. RNA preparation and cDNA synthesis were performed according to standard protocols. Quantitative RT-PCR analysis was performed using a 20-μl reaction volume of StepOnePlus ™ (Applied Biosystems) containing cDNA, primers, SYBR master mix (Master Mix, Applied Biosystems). Data were normalized to the abundance of β-actin mRNA in each reaction. The sequences of the primers are shown in SEQ ID NOs: 2 to 15 and summarized in Table 1.

Figure 112016043276665-pat00001
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성숙한 miRNA의 발현 분석을 위해 TaqMan MicroRNA 어세이를 제작자가 추천한 프로토콜(Applied Biosystems)에 따라 수행하였다. 간략히 말하면, 각 역전사 효소(RT) 반응에는 mirVana miRNA 분리 키트를 사용하여 분리한 총 10 ng의 RNA, 50 nM 스템 루프(stem-loop) RT 프라이머, 0.25 mM 각 dNTP, 3.33 units/ul MultiScribe RT 효소, 0.25 units/ul RNase 억제자 및 1 RT 버퍼(모두 Applied Biosystems 사에서 구입)가 포함되어 반응이 이루어진다. 상기 qRT-PCR 반응은 10분간 95℃에서 Applied Biosystem 사의 96-웰 플레이트에서 배양 후 95℃ 15초, 60℃ 1분을 40번 반복하는 것으로 수행되었다. 역치 주기(Ct)는 고정된 역치를 형광(fluorescence)이 통과하는 부분적인 주기 횟수로 정의된다. U6 snRNA는 표준화의 내생적 대조군으로 사용하였다.For the expression analysis of mature miRNA, TaqMan MicroRNA assays were performed according to the protocol recommended by the manufacturer (Applied Biosystems). Briefly, for each reverse transcriptase (RT) reaction, a total of 10 ng of RNA, 50 nM stem-loop RT primer, 0.25 mM each dNTP, 3.33 units / ul MultiScribe RT enzyme separated using a miRVana miRNA isolation kit , 0.25 units / ul RNase inhibitor and 1 RT buffer (all purchased from Applied Biosystems). The above-mentioned qRT-PCR reaction was carried out by incubating in 96-well plate of Applied Biosystem at 95 ° C for 10 minutes and then repeating 40 times at 95 ° C for 15 seconds and 60 ° C for 1 minute. The threshold value period (Ct) is defined as the number of partial cycles during which fluorescence passes through a fixed threshold value. U6 snRNA was used as an endogenous control for normalization.

실시예 5. 세포의 감염 및 루시퍼라제 어세이 수행Example 5. Infection of cells and luciferase assay

30 nM의 siRNA, miRNA 유사체, 및 miRNA-억제자를 제작자의 추천 프로토콜에 따라 RNAiMax(Invitrogen)을 사용하여 원시 근원세포, C2C12 또는 인간 근골격 근원세포에 감염시켰다. miRNA-유사체 및 miRNA-억제자는 mirVana(Invitrogen) 또는 AccuTarget™ Human miRNA 유사체(Bioneer)를 사용하였고, siRNA는 Dhamacon(Thermo Scientific)에서 구입하였다. 상기 유사체 및 억제자는 표 2부터 4에, siRNA는 표 5에 정리하였다.30 nM siRNA, miRNA analogs, and miRNA-inhibitors were infected with primary source cells, C2C12, or human musculoskeletal source cells using RNAiMax (Invitrogen) according to the manufacturer's recommended protocol. miRNA-analogs and miRNA-inhibitors were either mir Vana (Invitrogen) or AccuTarget (TM ) Human miRNA analogs (Bioneer) and siRNAs were purchased from Dhamacon (Thermo Scientific). The analogs and inhibitors are listed in Tables 2 to 4, and the siRNAs are listed in Table 5.

Figure 112016043276665-pat00002
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Figure 112016043276665-pat00003
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miR-431 결합 부위를 포함한 Smad4의 3'UTR 단편(0 내지 1,265 bp 위치)을 다중 제한효소 클로닝 부위(multi cloning site) 내 HindIII 및 BamHI 사이에 luc를 코딩하는 서열이 위치한 pcDNA3-luc 벡터내로 복제하였다. 상기로부터 생성된 플라스미드 구성물은 강한 CMV 프로모터에 의해 구동되는 luc-3'UTR을 포함하고, 이는 mRNA을 번역으로 조절하는 miRNA의 기능을 분석할 수 있게 한다. 또한, 루시퍼라제 어세이를 위해 miR-431 결합 부위(1067 내지 1073 bp 위치)의 결실을 가진 Smad4 3'UTR 변이체(mutant)를 동일한 pcDNA 3-luc 벡터에 복제하였다.The 3'UTR fragment (position 0 to 1,265 bp) of Smad4 containing the miR-431 binding site was cloned into the pcDNA3-luc vector in which a sequence encoding luc was located between HindIII and BamHI in a multiple restriction enzyme cloning site Respectively. The resulting plasmid construct contains a luc-3'UTR driven by a strong CMV promoter, which allows the ability to analyze the function of miRNAs that regulate mRNA translation. In addition, a Smad4 3'UTR variant (mutant) with deletion of the miR-431 binding site (position 1067 to 1073 bp) was cloned into the same pcDNA 3-luc vector for luciferase assay.

실시예 6. 비오티닐화된 miR431-5p 또는 안티센스 올리고를 베이트로 사용한 풀다운(pulldown) 어세이Example 6. A pulldown assay using biotinylated miR 431-5p or antisense oligo as a bait

C2C12 세포를 100-mm 플레이트에서 비오티닐화(Bi)된 miR431-5p 또는 대조군 Bi-cel-miR-67(IDT, 각각 60 nM)으로 감염시켰다. 감염 24시간 후, 상기 세포를 PBS로 세척하였고 1 ml 용해 버퍼[20 mM 트리스(pH 7.5), 100 mM 염화칼륨, 5mM 염화마그네슘, 0.3 % NP-40, RNase OUT(Invitrogen)의 100 U, 프로테아제 억제자(Roche)]에서 용해시켰다. 이미 공지된 바 처럼(Lal et al. 2011), 10 분간 얼음에서 배양하였다. 세포질 용해물은 10분간 12,000g으로 원심분리하여 제거하였다. Dynabead(100 ul)을 첨가하여 회전시키면서 4℃ 에서 4시간 동안 배양하였다. 상기 비드를 1 ml 냉각된(ice-cold) 용해 버퍼로 4차례 세척하였고, RNA를 TRIzol을 이용하여 분리하였으며, Smad4 mRNA의 함량(enrichment)을 qRT-PCR로 측정하여 Gapdh mRNA에 표준화하였다. 상기의 방법에 의한 풀다운 전에, 신생 근육 샘플 및 노화 근육 샘플에서 300 ug의 용해물을 4℃ 에서 1ml 용해 버퍼 내에서 4시간 동안 비오티닐화된(Bi)-miR431-5p 또는 Bi-cel-miR-67(대조군, ctrl) 100 pmol로 회전 배양하였다. C2C12 cells were infected with biotinylated (Bi) miR431-5p or control Bi-cel-miR-67 (IDT, 60 nM each) in 100-mm plates. After 24 hours of infection, the cells were washed with PBS and resuspended in 1 ml lysis buffer [20 mM Tris (pH 7.5), 100 mM potassium chloride, 5 mM magnesium chloride, 0.3% NP-40, 100 U of RNase OUT (Invitrogen) (Roche). As already known (Lal et al. 2011), the cells were cultured on ice for 10 minutes. The cytoplasmic lysate was removed by centrifugation at 12,000 g for 10 min. Dynabead (100 μl) was added and incubated for 4 hours at 4 ° C with rotation. The beads were washed 4 times with 1 ml of ice-cold lysis buffer, and the RNA was isolated using TRIzol. The enrichment of Smad4 mRNA was measured by qRT-PCR and normalized to Gapdh mRNA. Before pulling down by the above method, 300 μg of the lysate in the neonatal muscle sample and the aging muscle sample was incubated with 4 μl of biotinylated (Bi) -miR431-5p or Bi-cel-miR -67 (control, ctrl).

베이트로 Smad4에 상보적인 안티센스 올리고를 사용하여, C2C12 세포(~70 % confluence 4개의 100-mm 플레이트)를 프로테아제 억제자(Roche) 및 RNase 억제자(Thermo Fisher)를 함유한 PEB로 용해시켰다. 용해물은 예전의 연구에서 설명한대로(Yoon et al. 2012), 1X TENT 버퍼(10 mM 트리스-염화수소[pH 8.0], 1 mM EDTA [pH 8.0], 250 mM 염화나트륨, 0.5% [v/v] 트리톤 X-100) 내 Smad4 mRNA 또는 lncRNA Gm14635에 상보적인 비오틴-표지된 올리고머 100 pmole, 프로테아제 및 RNase 억제자와 함께 1시간 동안 실온에서 회전 배양하였다. Dynabead(50 ul)를 첨가하고 실온에서 30분간 더 회전 배양하였다. 상기 비드는 냉각된 PBS 버퍼로 3차례 세척하였고, TRIzol을 이용하여 RNA를 분리하였으며, Smad4 mRNA의 함량(enrichment)은 GAPDH mRNA에 표준화된 qRT-PCR에 의해 분석하였다. Smad4 mRNA가 풍부해진 샘플 내 miR431-5p의 증가된 함량(abundance)을 QuantiMir 키트(SBI)를 이용하여 분석하기 위해 상기와 동일한 RNA를 사용하였다. 신생 근육 및 노화 근육에 대해, 상술한 방법을 이용한 풀다운에 600 ug의 용해물이 사용되었다.C2C12 cells (four 100-mm plates with ~70% confluence) were solubilized with PEB containing protease inhibitor (Roche) and RNase inhibitor (Thermo Fisher), using complementary antisense oligos to Smad4 as bait. The lysates were incubated in 1X TENT buffer (10 mM Tris-HCl [pH 8.0], 1 mM EDTA [pH 8.0], 250 mM sodium chloride, 0.5% [v / v] 100 ng of biotin-labeled oligomer complementary to Smad4 mRNA or lncRNA Gm14635 in Triton X-100, protease and RNase inhibitor for 1 hour at room temperature. Dynabead (50 μl) was added and further incubated for 30 min at room temperature. The beads were washed three times with cold PBS buffer, RNA was isolated using TRIzol, and the enrichment of Smad4 mRNA was analyzed by qRT-PCR standardized to GAPDH mRNA. The same RNA as above was used to analyze the increased abundance of miR431-5p in Smad4 mRNA enriched samples using the QuantiMir kit (SBI). For neonatal and senescent muscles, 600 ug of lysate was used for pulldown using the method described above.

실시예 7. 면역 블랏(immunoblot) 분석Example 7. Immunoblot analysis

근육 조직 및 분리된 근원세포는 프로테아제 및 포스파타제 억제자를 포함한 PRO-PREP 용해 버퍼(Intron Biotech) 내에서 균질화하였다. 용해물은 15,000 g으로 4℃ 에서 20분간 원심분리하였다. 생성된 상층액으로 SDS-PAGE, 이어서 면역 블랏 분석을 수행하였다. MyHC(Santa Cruz Biotechnology), Myogenin(Santa Cruz Biotechnology), β-액틴(Santa Cruz Biotechnology), Smad2/3(Cell Signaling Technology), Smad4(Santa Cruz Biotechnology), GADPH(Santa Cruz Biotechnology)에 대한 항체가 면역 블랏팅에 포함되었다. Muscle tissue and isolated myoblasts were homogenized in PRO-PREP lysis buffer (Intron Biotech) containing protease and phosphatase inhibitors. The lysate was centrifuged at 15,000 g for 20 minutes at 4 ° C. SDS-PAGE followed by immunoblot analysis was performed with the resulting supernatant. Antibodies against MyHC (Santa Cruz Biotechnology), Myogenin (Santa Cruz Biotechnology), Santa Cruz Biotechnology, Smad2 / 3 (Cell Signaling Technology), Smad4 (Santa Cruz Biotechnology), GADPH (Santa Cruz Biotechnology) Included in the blotting.

실시예 8. CTX 주사로 유도된 근육의 재생Example 8. Regeneration of CTX-induced muscle

이전에 개시된 대로(Conboy and Rando 2012), CTX(Sigma)를 3개월령 및 27개월령 마우스의 전경골근(TA)에 주사하여 근육 재생을 유도하였다. 간략히 말하면, TA 근육에 50 ul의 20 uM CTX를 주사하였고, miR-431 또는 siSmad4를 TA 근육에서 과발현 시키기 위해, miRNA-유사체 또는 siRNA와 RNAiMAX 시약의 혼합물을 제조하였다(Dey et al. 2014). 3 ul의 1 mM miRNA-유사체 또는 siRNA 및 37 ul의 Nuclease 제거된 물을 40 ul RNAiMAX 시약(Invitrogen)과 혼합하고, 30분간 배양하였다. 최종적으로, 50 ul의 혼합물을 TA 근육에 CTX 주사 후 3일차 및 5일차에 주사하였다.As previously described (Conboy and Rando 2012), CTX (Sigma) was injected into the tibialis anterior muscle (TA) at 3 and 27 months of age to induce muscle regeneration. Briefly, TA muscle was injected with 50 uL of 20 uM CTX and a mixture of miRNA-analog or siRNA and RNAiMAX reagent was prepared to over-express miR-431 or siSmad4 in TA muscle (Dey et al. 2014). 3 ul of 1 mM miRNA-analog or siRNA and 37 ul of Nuclease-depleted water were mixed with 40 ul RNAiMAX reagent (Invitrogen) and incubated for 30 minutes. Finally, 50 ul of the mixture was injected into the TA muscle on the 3rd and 5th days after CTX injection.

실시예 9. 면역조직화학(immunohistochemical analysis) 검사 및 면역형광법 (immunofluorescence)Example 9. Immunohistochemical analysis and immunofluorescence.

골격근 조직을 4 % 파라포름알데하이드에서 고정하고, 동결 섹션 샘플 또는 파라핀이 심어진 섹션 샘플을 준비하였다. 동결 섹션(10 um)을 표준 프로토콜대로 DAPI 및 항체로 염색하였다. 면역조직화학 분석을 위한 항체로는, Laminin(Sigma-Aldrich) Pax7(Developmental Studies Hybridoma Bank), Smad4(Abcam) 항체가 포함된다. 상기 파라핀 섹션 샘플은 H&E로 표준 프로토콜을 따라 염색하였다. 횡단면(CSA) 측정은 NIH ImageJ 소프트웨어(http://rsb.info.nih.gov/ij/)로 수행하였다. 면역형광법을 위해, 원시 근원세포를 Laminin(Invitrogen)-코팅된 커버 슬립 상에서 생장 배지 또는 분화 배지로 생장시켰다. 상기 세포는 4 % 파라포름알데하이드에서 고정하였고, PBS 버퍼로 세척하였으며, PBS 버퍼 내 0.3 % 트리톤(Triton) X-100을 투과시켰다. 세포들은 PBS 버퍼 내 3 % 소 혈청 알부민으로 블라킹(block)하였고, 블라킹 용액에 희석된 1차 항체로 한 번 더 블라킹하였다. 상기 세포를 PBS 버퍼로 세척하고, 2차 항체와 배양하였다. PBS 버퍼로 세척 후, 커버 슬립을 VectoLab Mounting Medium을 사용하여 유리 슬라이드위에 올렸다(mount). 면역형광법을 위한 항체로는, MyHC(Santa Cruz Biotechnology), MyoD(Santa Cruz Biotechnology), 및 Pax7(Developmental Studies hybridoma Bank)를 포함한다. 융합 인덱스는 총 MyHC 양성 세포 수에 대한 다중 핵의 MyHC 양성 세포 수의 비율로 계산하였다. Skeletal muscle tissue was fixed in 4% paraformaldehyde and section samples frozen or paraffin-embedded were prepared. Frozen sections (10 [mu] M) were stained with DAPI and antibody as per standard protocol. Antibodies for immunohistochemical analysis include Laminin (Sigma-Aldrich) Pax7 (Developmental Studies Hybridoma Bank) and Smad4 (Abcam) antibodies. The paraffin section samples were stained according to standard protocols with H & E. Cross-sectional (CSA) measurements were performed with NIH ImageJ software (http://rsb.info.nih.gov/ij/). For immunofluorescence, primordial myocytes were grown on Laminin (Invitrogen) -coated cover slips with growth or differentiation medium. The cells were fixed in 4% paraformaldehyde, washed with PBS buffer, and permeabilized with 0.3% Triton X-100 in PBS buffer. Cells were blocked with 3% bovine serum albumin in PBS buffer and one more blotted with primary antibody diluted in blocking solution. The cells were washed with PBS buffer and incubated with secondary antibody. After washing with PBS buffer, cover slips are mounted on glass slides using VectoLab Mounting Medium. Antibodies for immunofluorescence include MyHC (Santa Cruz Biotechnology), MyoD (Santa Cruz Biotechnology), and Pax7 (Developmental Studies Hybridoma Bank). The fusion index was calculated as the ratio of the number of MyHC-positive cells to the total number of MyHC-positive cells.

실시예 10. 통계적 분석Example 10. Statistical analysis

정량화 데이터는 달리 설명이 없는 한, 평균 ± 표준편차로 표기하였다. 평균간의 차이는 student's unpaired t test로 평가하였다. p 값 < 0.05인 경우 통계적으로 유의한 것으로 고려하였다.The quantification data are expressed as mean ± SD unless otherwise noted. The mean difference was assessed by the student's unpaired t test. A p value <0.05 was considered statistically significant.

상기 실시예 실험에 따른 결과는 하기 실험예와 같이 분석하였다.The results of the experiments of the above examples were analyzed as in the following experimental examples.

실험예 1. 차세대 시퀀싱(NGS)를 이용한 신생 근원세포 및 노화 근원세포간 miRNA 발현 양상(profile)의 비교 분석Experimental Example 1. Comparative analysis of miRNA expression profiles between the neonatal and senescent cells using next generation sequencing (NGS)

노화 근원세포의 감소된 분화능(myogenic capability)에 관여하는 miRNA의 역할을 규명하기 위해 차세대 시퀀싱(next-generation sequencing, NGS)을 이용하여 신생 근원세포 및 노화 근원세포에서 miRNA 발현 프로파일을 분석하였다. MiRNA expression profiles were analyzed in neonatal and senescent myocytes using next-generation sequencing (NGS) to characterize the role of miRNAs in the myogenic capability of senescent myoblasts.

3개월령(이하 '신생'이라고 한다) 및 27개월령(이하 '노화'라고 한다) 마우스의 뒷다리 근육으로부터 원시 근원세포(primary myoblast)를 분리하여 배양하였다. Pax7 및 MyoD의 두 단백질을 원시 근원세포의 특이적 마커로서 사용하였다(Wang and Rudnicki 2012). 면역염색 분석(immunostaining analysis)에서, 약 99%의 분리된 근원세포가 Pax7 및 MyoD 두 단백질을 모두 발현하였다(도 8). Primary myoblasts were isolated from the hindlimb muscles of 3-month-old (hereinafter referred to as 'newborn') and 27-month old (hereinafter referred to as 'aging') mice. Two proteins, Pax7 and MyoD, were used as specific markers of primordial source cells (Wang and Rudnicki, 2012). In immunostaining analysis, about 99% of isolated myocytes expressed both Pax7 and MyoD proteins (FIG. 8).

신생 근원세포 및 노화 근원세포에서 분화능을 비교하였다. 그 결과, 노화 근원세포는 감소된 분화능을 보였고, 이는 이전의 보고(Schultz and Lipton 1982; Fulle et al. 2005; Wagers and Conboy 2005)와 일치하였다. 신생 근원세포와 비교하여, 노화 근원세포는 미오신 중쇄(Myosin heavy chain, MyHC) 양성의 분화된 근관세포의 수가 감소하였다(도 9A, 9B). 노화 근원세포 내 MyHC의 단백질 수준 역시 감소하였다. MyHC 및 미오게닌(Myogenin)과 같은 분화 마커 유전자의 mRNA 수준 역시 상당히 하향-조절(down-regulated)되었다(도 9D). The differentiation potentials were compared in neonatal and senescent myocytes. As a result, the senescent myoblasts showed a decreased differentiation potential, consistent with previous reports (Schultz and Lipton 1982; Fulle et al. 2005; Wagers and Conboy 2005). Compared with the neonatal myocytes, the senescent myocytes decreased the number of myocyte heavy chain (MyHC) -specific differentiated canalicular cells (Fig. 9A, 9B). Protein levels of MyHC in senescent source cells also decreased. The mRNA levels of differentiation marker genes such as MyHC and Myogenin were also significantly down-regulated (Figure 9D).

신생 근원세포 및 노화 근원세포 간 상당한 차이(>2배)를 보인 성숙한 118개의 miRNA중에서(도 1A), 노화 근원세포에서 47개 miRNA가 상당히(P<0.05) 상향 조절(upregulated)되었고(표 6), 71개 miRNA는 하향 조절되었다(표 7).Of the 118 mature miRNAs (Fig. IA) that showed significant differences (> 2-fold) between the neonatal and senescent myocytes, 47 miRNAs were significantly upregulated (P <0.05) ) And 71 miRNAs were down-regulated (Table 7).

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본 발명자들은 노화 근육 조직에서 57%의 하향 조절된 miRNA가 염색체 12번상에 존재하는 Dlk-Dio3 지역에 위치하는 것을 보고한 바 있다(Kim et al. 2014a). 흥미롭게도, 71개의 하향 조절된 miRNA 중에서 63개(89%) 역시 노화 근원세포의 Dlk-Dio3 지역에 위치하였다. We have reported that 57% of down-regulated miRNAs in aging muscle tissue are located in the Dlk-Dio3 region on chromosome 12 (Kim et al. 2014a). Interestingly, 63 of the 71 down-regulated miRNAs (89%) were also located in the Dlk-Dio3 region of senescent source cells.

이러한 결과는 상기 게놈 지역에 위치한 miRNA가 근육 조직 및 근원세포의 노화에 있어서 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다. 이에, 본 발명자들은 상기 게놈 지역에 위치한 13 miRNA를 선별하여, 노화 근원세포에 감염시켜 두 분화 마커(MyHC 및 Myogenin)의 mRNA 수준을 분석하였다. miR-431이 노화 근원세포의 분화능을 강화시키는 데 있어서 가장 강력한 활성을 나타내었다(도 1B).These results suggest that miRNAs located in the genomic region may play an important role in the aging of muscle tissue and myocytes. Thus, the present inventors screened 13 miRNAs located in the genomic region and infected the senescent source cells to analyze the mRNA levels of the two differentiation markers (MyHC and Myogenin). miR-431 showed the most potent activity in enhancing the differentiation ability of senescent source cells (Fig. 1B).

실험예 2. miR-431의 노화 근원세포의 근원성 분화 증대Experimental Example 2: Increased root differentiation of miR-431 in the senescent source cells

분화 마커 유전자의 증가 외에도, MyHC-양성의 분화된 근관세포의 형태학 및 숫자에서 보여지듯이 외인성의 miR-431은 노화 근원세포의 분화를 증가시켰다. 반대로, miR-431의 억제는 신생 근원세포의 분화능을 감소시켰다(도 2A 및 B). 노화 근원세포에서 MyHC 및 Myogenin의 mRNA 수준이 miR-431 유사체(mimic)로 감염하였을 때 모두 증가한 반면(도 2C), 신생 근원세포에서 miR-431 억제자로 감염하였을 때는 MyHC 및 Myogenin 모두 mRNA 수준이 감소하였다(도 2D). In addition to the increase of the differentiation marker genes, as shown by the morphology and number of MyHC-positive differentiated root canal cells, exogenous miR-431 increased the differentiation of senescent source cells. In contrast, inhibition of miR-431 decreased the ability of the neoplastic stem cells to differentiate (Figs. 2A and B). The mRNA levels of MyHC and Myogenin increased in the senescent root cells when infected with the miR-431 mimic (Fig. 2C), whereas the mRNA levels of both MyHC and Myogenin decreased when the miR- (Fig. 2D).

이러한 결과는, 노화 근원세포 내에서 감소하는 miRNA 중 하나인 miR-431이 노화에 따른 분화능의 조절에 있어서 중요한 역할을 한다는 사실을 시사한다. These results suggest that miR-431, one of the miRNAs that decrease in senescent myocytes, plays an important role in the regulation of differentiation potentials upon aging.

반면, 신생 근원세포에서 miR-431을 과발현 시켜도 분화능은 증가하지 않았고, 노화 근원세포에서 miR-431 억제자로 감염하더라도 분화능은 감소하지 않았다(도 10).On the other hand, the over-expression of miR-431 in the neonatal myocytes did not increase the differentiation ability, and the miR-431 inhibitor did not decrease the differentiation ability in the senescent source cells (FIG. 10).

이러한 결과는, 신생 근원세포 내 miR-431의 기저 수준은 정상의 분화 과정(program)에서 포화되어 있음을 시사한다. 반대로, 노화 근원세포에서는 miR-431은 지연된 분화를 유발하기에 충분할 정도로 감소되어 있음을 시사한다.These results suggest that the basal levels of miR-431 in neonatal myoblasts are saturated in the normal differentiation process (program). Conversely, it suggests that miR-431 is reduced enough to induce delayed differentiation in senescent myocytes.

실험예 3. 노화 근원세포 내 Smad4의 녹다운(knockdown)에 의한 분화 증대Experimental Example 3: Differentiation of Smad4 in aging root cells by knockdown

근육의 노화 동안 일어나는 miR-431에 의한 손상된 분화의 매커니즘을 이해하고자, miR-431의 추정되는 타겟을 TargetScan(www.targetscan.org) 및 miRanda(www.microRNA.org)을 이용하여 검색하였다. 그 결과, Smad4가 miR-431의 타겟 유전자로 추정되는 유전자 중 하나였다. In order to understand the mechanism of miR-431-induced damage during muscle aging, the target of miR-431 was searched using TargetScan (www.targetscan.org) and miRanda (www.microRNA.org). As a result, Smad4 was one of the genes presumed to be the target gene of miR-431.

기존의 여러 연구에 따르면, TGF-β 신호가 근육 분화를 억제시키는 사실을 보고하고 있으며, 이로 인해, 늙은 마우스는 지연된 근육 재생을 보인다(Carlson et al. 2008; Carlson et al.2009). TGF-β 신호 경로에서 활성화된 TGF-β 수용체는 먼저 Smad2 또는 Smad3을 인산화한다. 이후, 인산화된 Smad2/3은 흔한 Smad 단백질인 Smad4와 이종삼량체 복합체(heterotrimeric complex)를 형성하여 타겟 유전자를 발현(turn on)시키기 위해 핵으로 이동한다(Schmierer and Hill 2007).Several previous studies have reported that TGF-β signaling inhibits muscle differentiation, and thus, older mice exhibit delayed muscle regeneration (Carlson et al. 2008; Carlson et al., 2009). Activated TGF-β receptors in the TGF-β signal pathway first phosphorylate Smad2 or Smad3. Subsequently, phosphorylated Smad2 / 3 forms a heterotrimeric complex with Smad4, a common Smad protein, and migrates to the nucleus to turn the target gene (Schmierer and Hill 2007).

이러한 보고들에 따라, 본 발명자들은 신생 근원세포 및 노화 근원세포에서 상기 세 가지 Smad 단백질(Smad2, 3, 및 4)의 발현을 조사하였다. TGF-β신호 경로의 하류 인자(downstream effector)인 Smad3 및 Smad4의 단백질 수준은 노화 근원세포에서 상향 조절된 반면, Smad2의 단백질 수준은 변화하지 않았다(도 3A). In accordance with these reports, we examined the expression of the three Smad proteins (Smad2, 3, and 4) in neonatal and senescent myocytes. Protein levels of Smad3 and Smad4, downstream factors of the TGF-beta signaling pathway, were up-regulated in senescent myocytes, whereas protein levels of Smad2 did not change (Figure 3A).

Smad3 및 Smad4의 상향 조절이 노화 근원세포에서 감소된 분화능과 연관있는지 여부를 확인하기 위해, 본 발명자들은 siRNA를 이용하여 노화 근원세포에서 Smad3 또는 Smad4를 녹다운(knockdown)시킨 후, 대조군 siRNA를 감염시킨 노화 근원세포와 근육 분화를 비교하였다. In order to confirm whether upregulation of Smad3 and Smad4 is associated with reduced differentiation potential in senescent source cells, we used siRNA to knock down Smad3 or Smad4 in senescent source cells and then infect control siRNA We compared muscle differentiation with aging source cells.

흥미롭게도, Smad4의 녹다운은 MyHC 및 Myogenin의 mRNA 수준을 증가시켰으며, 노화 근원세포의 지연된 근육 분화를 상당한 수준으로 회복(reverse)시켰다. 반면, Smad3의 녹다운은 그렇지 않았다(도 3B). 노화 근원세포의 MyHC-양성의 분화된 근관세포의 수는 대조군 siRNA 감염된 경우와 비교했을 때, siSmad4 감염된 근원세포에서 상당히 증가하였다(도 3C, D). Interestingly, Smad4 knockdown increased MyHC and Myogenin mRNA levels and reversed delayed muscle differentiation of senescent source cells to a significant level. Whereas Smad3 knockdown was not (Fig. 3B). The number of MyHC-positive differentiated root canal cells of senescent source cells was significantly increased in siSmad4 infected source cells (Fig. 3C, D), as compared to control siRNA infected ones.

신생 근원세포 및 노화 근원세포의 분화 동안, Smad4의 조절 miRNA로 추정되는 miR-431 및 Smad4의 발현 수준을 분석하였다. 분화하는 동안 노화 근원세포 내 Smad4의 단백질 수준은 신생 근원세포의 발현수준보다 높았으나, Smad4 단백질은 근육 분화가 유도되고 3일후까지 점진적으로 감소하였다(도 3E). 반면, miR-431의 발현수준은 노화 근원세포에서 낮은 수준에 머물렀음에도 불구하고, 분화하는 동안 miR-431은 신생 근원세포 및 노화 근원세포 모두에서 점진적으로 상향 조절되었다(도 3F). 이러한 결과는 Smad4 단백질 및 miR-431간 발현 수준은 음의 상관관계를 가진다는 것을 시사하였고, 이에 본 발명자들은 miR-431이 실제로 Smad4의 발현을 조절하는지 여부를 확인하였다.Expression levels of miR-431 and Smad4, which are presumed to be regulated miRNAs of Smad4, during the differentiation of neoplastic and senescent source cells were analyzed. During differentiation, protein levels of Smad4 in senescent source cells were higher than that of neonatal source cells, while Smad4 protein was induced to induce muscle differentiation and progressively decreased until 3 days (Fig. 3E). On the other hand, miR-431 was gradually up-regulated in both neonatal and senescent myocytes during differentiation (Fig. 3F), although miR-431 expression levels remained low in senescent myocytes. These results suggested that expression levels of Smad4 protein and miR-431 were negatively correlated with each other. Thus, the present inventors confirmed whether miR-431 actually regulates Smad4 expression.

실험예 4. miR-431의 3'UTR을 통한 Smad4 발현 조절Experimental Example 4. Regulation of Smad4 Expression via 3'UTR of miR-431

Smad4 mRNA의 3'UTR에서 본 발명자들은 노화 과정에서 Smad4의 증가된 단백질 수준과 음의 상관관계를 보이는, miR-431을 포함한 네 개의 하향 조절된 miRNA를 발견하였다. 그 중에서, 오직 miR-431만이 Smad4 3'UTR의 루시페라아제(luciferase) 활성을 억제하였다(도 11). 변이 Smad4 3'UTR은 miR-431에 의해 억제되지 않았고, 이는 miR-431에 의한 Smad4의 억제는 특이적이라는 사실을 의미한다(도 4A). In the 3'UTR of Smad4 mRNA, we found four down-regulated miRNAs, including miR-431, that are negatively correlated with increased protein levels of Smad4 during aging. Among them, only miR-431 inhibited the luciferase activity of Smad4 3'UTR (Fig. 11). The mutated Smad4 3'UTR was not inhibited by miR-431, indicating that the inhibition of Smad4 by miR-431 is specific (Fig. 4A).

중요한 것은, miR-431이 결합하는 Smad4 3'UTR 부위는 인간과 마우스 사이에 보존되어 있다는 사실이다(도 4B). 예상한 것처럼, Smad4 단백질은 노화 근원세포에서 miR-431의 과발현으로 하향 조절된 반면, miR-431 억제자로 감염된 신생 근원세포에서는 상향 조절되었다(도 4C). miR-431 유사체 또는 억제자를 처리한 C2C12 세포에서도 비슷한 결과를 얻었다(도 12A). Importantly, the Smad4 3'UTR site to which miR-431 binds is conserved between humans and mice (Fig. 4B). As expected, Smad4 protein was down-regulated in overexpression of miR-431 in senescent myocytes, whereas it was upregulated in miR-431 inhibitor-infected neonatal myocytes (Fig. 4C). Similar results were obtained in C2C12 cells treated with miR-431 analog or inhibitor (Fig. 12A).

miR-431과 내생의 Smad4 mRNA의 직접적인 상호작용은 바이오티닐화된(Bi) miR-431 또는 Smad4 안티센스 올리고(antisense oligo)를 베이트로 이용한 풀다운(pull-down) 실험에 의해 확인하였다. C2C12 세포를 먼저 Bi-miR-431 또는 Bi-cel-miR-67(대조군)으로 감염시킨 후, 스트렙타비딘(streptavidin) 커플링된 비드(bead)에 의해 RNA를 분리하였다. qRT-PCR을 사용하여 확인한 결과, Bi-miR-431 감염된 세포로부터 분리된 RNA 중 Smad4 mRNA가 풍부한 것을 확인하였다(도 12B). The direct interaction of miR-431 with endogenous Smad4 mRNA was confirmed by pull-down experiments using biotinylated (Bi) miR-431 or Smad4 antisense oligo as bait. C2C12 cells were first infected with Bi-miR-431 or Bi-cel-miR-67 (control) and RNA was isolated by streptavidin-coupled beads. As a result of confirming using qRT-PCR, it was confirmed that Smad4 mRNA was enriched in RNA isolated from Bi-miR-431-infected cells (Fig. 12B).

신생 근육 조직 및 노화 근육 조직의 용해물을 배양한 후의 Bi-miR-431의 풀다운 실험에서도 Smad4 mRNA는 풍부하였다(도 4D). 또한, 바이오티닐화된 안티센스 올리고를 이용하여 내생적 Smad4 mRNA의 풀다운 실험에서도 miR-431이 풍부한지 여부를 확인하였다. Smad4 mRNA was abundant in the pull-down experiments of Bi-miR-431 after incubation of lysates of neonatal muscle and aging muscle tissue (Fig. 4D). In addition, biotinylated antisense oligo was used to confirm the abundance of miR-431 in an endogenous Smad4 mRNA pull-down experiment.

그 결과, miR-431은 Bi-Smad4 ASO 배양된 근원세포 및 C2C12 세포의 용해물에서 상당히 풍부하였다(도 4E; 도 12C). 종합하면, 이러한 결과들로부터 miR-431은 3'UTR에 직접적으로 작용하여 Smad4의 발현을 억제한다는 사실을 알 수 있다.As a result, miR-431 was considerably abundant in lysates of Bi-Smad4 ASO cultured root cells and C2C12 cells (Fig. 4E; Fig. 12C). Taken together, these results suggest that miR-431 acts directly on the 3'UTR and inhibits Smad4 expression.

실험예 5. 노화된 근육 조직 재생에 있어서 Smad4 단백질의 급격한 증가Experimental Example 5: Sudden increase of Smad4 protein in aged muscle tissue regeneration

카디오톡신(cadiotoxin, CTX)을 전경골근(tibialis anterior, TA) 근육에 주사하여 유도한 골격근 조직 재생(Charge and Rudnicki 2004; Liu et al. 2012)에서 Smad4 및 miR-431의 발현수준을 조사하였다. Expression levels of Smad4 and miR-431 were examined in skeletal muscle tissue regeneration (Charge and Rudnicki 2004; Liu et al. 2012) induced by cadiotoxin (CTX) injected into the tibialis anterior (TA) muscle.

먼저, CTX를 어린 마우스 및 늙은 마우스의 TA 근육에 주사함으로써, 근육 손상 및 이의 재생을 유도하였다. 그 후, CTX 주사 후 14일 간 Smad4 단백질 및 miR-431 발현을 비교하였다. First, CTX was injected into the TA muscle of young and old mice to induce muscle injury and regeneration thereof. Thereafter, Smad4 protein and miR-431 expression were compared for 14 days after CTX injection.

그 결과, 이전의 연구대로(Conboy and Rando 2012), 노화 TA 근육은 CTX 주사 후, 손상된 재생능을 보인 반면, 신생 TA 근육은 재생에 문제가 없었다(도 13A). Smad4 단백질의 수준은 CTX 주사한 첫 날 이후, 노화 TA 근육 및 신생 TA 근육 모두에서 상향 조절되었음에도 불구하고, 노화 TA 근육은 Smad4 단백질이 급격히 증가하였고, 이는 14일간 지속되었다(도 5A). 이와는 반대로, miR-431의 발현은 신생 TA 근육에서보다 노화 TA 근육에서 낮은 수준으로 유지되었다(도 5A; 도 13B). As a result, as in previous studies (Conboy and Rando 2012), aging TA muscles showed impaired regenerative ability after CTX injection, whereas neonatal TA muscle had no problems in regeneration (Fig. 13A). Smad4 protein levels were rapidly elevated in aged TA muscle, which was sustained for 14 days (Fig. 5A), although the level of Smad4 protein was upregulated in both senescent TA and neonatal TA muscles after the first day of CTX injection. In contrast, expression of miR-431 remained low in senescent TA muscle than in neonatal TA muscle (Fig. 5A; Fig. 13B).

다음으로, CTX 주사 후 14일차에 조직을 면역조직화학염색 분석하여 Smad4가 상향 조절된 지역을 밝히고자 하였다. 흥미로운 것은, Smad4가 Pax7 양성의 근원세포에서 강하게 착색된다는 사실이다(도 5B). Next, at 14 days after CTX injection, the tissues were analyzed by immunohistochemical staining to identify regions where Smad4 was up-regulated. Interestingly, Smad4 is strongly stained in Pax7 positive myocytes (FIG. 5B).

종합적으로 상기와 같은 시험관 내 데이터는 상향 조절된 Smad4가 노화 근육에서 나타나는 손상된 재생의 원인 중 하나일 수 있다는 사실을 암시한다.Collectively, such in vitro data suggest that up-regulated Smad4 may be one of the causes of damaged regeneration in aging muscle.

실험예 6. miR-431에 의한 TA 근육의 재생능 회복Experimental Example 6. Regeneration of TA muscle by miR-431

miR-431이 가지는 노화된 근육 재생능 회복을 위한 치료물질로서의 잠재력을 확인하고자, miR-431 또는 siSmad4가 생체 내에서 늙은 마우스의 손상된 근육 재생능을 개선시킬 수 있는지 실험하였다. In order to confirm the potential of miR-431 as a therapeutic substance for restoring senescent muscle regeneration ability, miR-431 or siSmad4 was tested in vivo to improve the ability to regenerate damaged muscle in old mice.

CTX에 의해 손상된 노화 TA 근육에서 miR-431 또는 siSmad4를 과발현시키기 위해, 이전의 연구에 개시된 대로(Dey et al. 2014) RNAiMAX 혼합물을 CTX 손상 후 2차례, 2일차 및 5일차에 주사하였다(도 6A). 2주 후, 대조군 근육 조직의 횡단면과 재생하는 섬유의 횡단면을 비교하였다. In order to over-express miR-431 or siSmad4 in senescent TA muscle damaged by CTX, the RNAiMAX mixture was injected two times, two days and five days after CTX injury as described in previous studies (Dey et al. 6A). Two weeks later, the cross-sections of the control muscle tissue and the cross-sections of the regenerating fibers were compared.

그 결과, 예측한대로, 중심핵을 가지는 새로 생성된 근섬유가 대조군 근육 조직에서 보다 Smad4가 녹다운된 TA 근육 조직에서 상당히 큰 것을 발견하였다(도 6B). 나아가, miR-431은 늙은 마우스에서 근육 재생능을 강화하였고, 그 결과로 대조군 근육에 비해 상당히 큰 재생 섬유가 생성되었다(도 6C). As a result, it was predicted that newly generated muscle fibers with a core were significantly larger in Smad4 knockdown TA muscle tissue than in control muscle tissue (Fig. 6B). Furthermore, miR-431 enhanced muscle regeneration in old mice, resulting in significantly larger regenerated fibers than control mice (Fig. 6C).

종합하면, miR-431가 늙은 마우스에서 지연되거나 손상된 근육의 재생을 회복시킬 수 있다.Taken together, miR-431 can restore regeneration of delayed or damaged muscles in old mice.

실험예 7. miR-431에 의한 인간 골격근 근원세포(HSMM)의 근육 분화 증가Experimental Example 7. Increase in muscle differentiation of human skeletal muscle cell (HSMM) by miR-431

Smad4의 3'UTR 시드 서열(seed sequence)은 인간과 마우스 간 보존되어 있으므로(도 4B), miR-431이 인간 Smad4 단백질의 수준도 조절할 수 있을 것으로 기대하였다. 이를 확인하고자, miR-431 유사체 또는 억제제로 감염된 인간 골격근 근원세포(HSMM)의 Smad4 단백질 수준을 분석하였다. Since the 3'UTR seed sequence of Smad4 is conserved between human and mouse (Fig. 4B), miR-431 was expected to regulate the level of human Smad4 protein. To confirm this, levels of Smad4 protein in human skeletal muscle source cells (HSMM) infected with miR-431 analog or inhibitor were analyzed.

그 결과, miR-431을 과발현하는 HSMM에서는 hSmad4 단백질 수준이 하향조절 된 반면, miR-431의 억제자는 Smad4 단백질 수준을 증가시켰다(도 7A). 이는 마우스 근원세포로부터 얻은 결과와 일치하였다. As a result, the hSmad4 protein level was down-regulated in the HSMM over-expressing miR-431, whereas the inhibitor of miR-431 increased the Smad4 protein level (Fig. 7A). This was consistent with results from mouse myoblast cells.

miR-431이 HSMM의 분화를 증대시킬 수 있는지 여부를 확인하고자 miR-431 억제자로 HSMM을 감염시키고, 분화 정도(differentiation index)를 분석하였다. In order to confirm whether miR-431 can increase HSMM differentiation, HSMM was infected with miR-431 inhibitor and the differentiation index was analyzed.

그 결과, 마우스 근원세포의 경우와 동일하게, miR-431 억제자는 HSMM의 분화를 감소시켰다(도 7B 및 7C). As a result, as in the case of mouse stem cells, the miR-431 inhibitor decreased HSMM differentiation (FIGS. 7B and 7C).

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. In this regard, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.

<110> KOREA RESEARCH INSTITUTE OF BIOSCIENCE AND BIOTECHNOLOGY <120> A COMPOSITION FOR REPRESSION OF MUSCLE-AGING AND REGENERATION OF OLD MUSCLE <130> KPA150327KR-P1 <150> KR10-2015-0063399 <151> 2015-05-06 <160> 15 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 21 <212> RNA <213> miR-431 in C57BL/6 mouse myoblast <400> 1 ugucuugcag gccgucaugc a 21 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Myogenin <400> 2 ctacaggcct tgctcagctc 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Myogenin <400> 3 acgatggacg taagggagtg 20 <210> 4 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for MyHC <400> 4 tccaaaccgt ctctgcactg tt 22 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for MyHC <400> 5 agcgtacaaa gtgtgggtgt gt 22 <210> 6 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for b-actin <400> 6 ugucuugcag gccgucaugc a 21 <210> 7 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for b-actin <400> 7 ccagttggta acaatgccat g 21 <210> 8 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Smad3 <400> 8 cacgcagaac gtgaacacc 19 <210> 9 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Smad3 <400> 9 ggcagtagat aacgtgaggg a 21 <210> 10 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Smad4 <400> 10 acaccaacaa gtaacgatgc c 21 <210> 11 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Smad4 <400> 11 gcaaaggttt cactttcccc a 21 <210> 12 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Human MyHC <400> 12 caagagttct caggatggga ag 22 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Human MyHC <400> 13 gccatgtctt cgatcctgtc 20 <210> 14 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Human Myogenin <400> 14 ggggaaaact acctgcctgt c 21 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Human Myogenin <400> 15 aggcgctcga tgtactggat 20 <110> KOREA RESEARCH INSTITUTE OF BIOSCIENCE AND BIOTECHNOLOGY <120> A COMPOSITION FOR REPRESION OF MUSCLE-AGING AND REGENERATION OF OLD MUSCLE <130> KPA150327KR-P1 <150> KR10-2015-0063399 <151> 2015-05-06 <160> 15 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 21 <212> RNA <213> miR-431 in C57BL / 6 mouse myoblast <400> 1 ugucuugcag gccgucaugc a 21 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Myogenin <400> 2 ctacaggcct tgctcagctc 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Myogenin <400> 3 acgatggacg taagggagtg 20 <210> 4 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for MyHC <400> 4 tccaaaccgt ctctgcactg tt 22 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for MyHC <400> 5 agcgtacaaa gtgtgggtgt gt 22 <210> 6 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for b-actin <400> 6 ugucuugcag gccgucaugc a 21 <210> 7 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for b-actin <400> 7 ccagttggta acaatgccat g 21 <210> 8 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Smad3 <400> 8 cacgcagaac gtgaacacc 19 <210> 9 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Smad3 <400> 9 ggcagtagat aacgtgaggg a 21 <210> 10 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Smad4 <400> 10 acaccaacaa gtaacgatgc c 21 <210> 11 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Smad4 <400> 11 gcaaaggttt cactttcccc a 21 <210> 12 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Human MyHC <400> 12 caagagttct caggatggga ag 22 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Human MyHC <400> 13 gccatgtctt cgatcctgtc 20 <210> 14 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Human Myogenin <400> 14 ggggaaaact acctgcctgt c 21 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Human Myogenin <400> 15 aggcgctcga tgtactggat 20

Claims (16)

miR-431 또는 이의 유사체(mimic)를 유효성분으로 포함하는, 노화 개체에서 Smad4의 증가에 의해 나타나는 노화성 근감소증(age related sarcopenia)의 예방 또는 치료용 약제학적 조성물.
A pharmaceutical composition for the prevention or treatment of aging-related sarcopenia caused by an increase in Smad4 in an aging subject comprising miR-431 or mimic thereof as an active ingredient.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 miR-431의 서열은 서열번호 1 인 것인, 약제학적 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the sequence of miR-431 is SEQ ID NO: 1.
제1항에 있어서,
상기 miR-431 또는 이의 유사체는 Smad4 mRNA를 타겟으로 하는 것인, 약제학적 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein said miR-431 or analog thereof is targeted to Smad4 mRNA.
제4항에 있어서,
상기 miR-431 또는 이의 유사체는 상기 Smad4 mRNA의 3'UTR (untranslated region, 비번역부위)을 타겟으로 하는 것인, 약제학적 조성물.
5. The method of claim 4,
Wherein said miR-431 or analog thereof targets the 3'UTR (untranslated region) of said Smad4 mRNA.
제1항에 있어서,
상기 miR-431 또는 이의 유사체는 Smad4를 억제하는 것인, 약제학적 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein said miR-431 or analog thereof inhibits Smad4.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 상기 miR-431 또는 이의 유사체를 발현하는 재조합 플라스미드 또는 바이러스 벡터를 포함하거나, 비바이러스성 전달체를 추가적으로 포함하는 것인, 약제학적 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein said composition comprises a recombinant plasmid or viral vector expressing said miR-431 or an analogue thereof, or further comprises a non-viral carrier.
제1항에 있어서,
약제학적으로 허용 가능한 담체를 추가로 포함하는 것인, 약제학적 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the pharmaceutical composition further comprises a pharmaceutically acceptable carrier.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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