KR102203860B1 - Induced pluripotent stem cells having presenilin protein mutants(E120K) derived from Alzheimer's disease patients - Google Patents

Induced pluripotent stem cells having presenilin protein mutants(E120K) derived from Alzheimer's disease patients Download PDF

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Abstract

혈액 세포에서 유래된 E120K 치환을 갖는 프레세닐린1(PS1) 돌연변이체 유전자를 함유하는 유도만능 줄기세포를 이용한 알츠하이머 관련 질환 스크리닝, 개인 맞춤형 치료제 및 제조방법에 대한 발명이다.The present invention relates to an Alzheimer-related disease screening, personalized treatment, and manufacturing method using induced pluripotent stem cells containing a presenilin 1 (PS1) mutant gene having an E120K substitution derived from blood cells.

Description

프레세닐린1 단백질 돌연변이(E120K)를 갖는 알츠하이머병 환자의 유도만능 줄기세포{Induced pluripotent stem cells having presenilin protein mutants(E120K) derived from Alzheimer's disease patients}Induced pluripotent stem cells having presenilin protein mutants (E120K) derived from Alzheimer's disease patients}

피부세포보다 채취가 용이한 혈액세포를 이용하여, 프레세닐린1 단백질 돌연변이인 E120K 치환을 갖는 APP 돌연변이체 유전자를 포함하는 인간 PBMC로부터 역분화된 유도만능 줄기세포를 제공한다.Using blood cells that are easier to collect than skin cells, an induced pluripotent stem cell dedifferentiated from human PBMC containing an APP mutant gene having an E120K substitution, which is a presenilin 1 protein mutation, is provided.

알츠하이머병은 치매를 일으키는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환으로, 1907년 독일의 정신과 의사인 알로이스 알츠하이머(Alois Alzheimer) 박사에 의해 최초로 보고되었다. 알츠하이머병은 매우 서서히 발병하여 점진적으로 진행되는 경과가 특징적이다. 초기에는 주로 최근 일에 대한 기억력에서 문제를 보이다가 진행하면서 언어기능이나 판단력 등 다른 여러 인지기능의 이상을 동반하게 되다가 결국에는 모든 일상 생활 기능을 상실하게 된다.Alzheimer's disease is the most common degenerative brain disease that causes dementia, and was first reported by German psychiatrist Dr. Alois Alzheimer in 1907. Alzheimer's disease is characterized by a very slow onset and gradual progression. In the beginning, they mainly show problems with the memory of recent events, but as they progress, they are accompanied by other abnormalities in other cognitive functions such as language and judgment, and eventually all functions of daily life are lost.

유전적인 요인이 전체 알츠하이머병 발병의 10% 미만을 차지하는 것으로 보고되었는데, 직계 가족 중 이 병을 앓은 사람이 있는 경우 그렇지 않은 사람보다 발병 위험이 높아진다.Genetic factors have been reported to account for less than 10% of all Alzheimer's incidences, and people with immediate family members who have it have a higher risk of developing it than those who do not.

아밀로이드 전구 단백질 유전자(염색체 21번에 위치), 프레세닐린 1 유전자 (염색체 14번에 위치), 프레세닐린 2 유전자(염색체 1번에 위치) 등에 돌연변이가 있는 경우 가족적으로 알츠하이머병이 발병하는 것으로 알려져 있으나 이들은 모두 40~50대에 발병하는 조발성(초로기) 알츠하이머병의 발병에만 관여하며 대부분의 만발성(노년기) 알츠하이머병의 발병과는 무관하다.Alzheimer's disease is a family member of Alzheimer's disease if there are mutations in the amyloid precursor protein gene (located on chromosome 21), presenillin 1 gene (located on chromosome 14), and presenillin 2 gene (located on chromosome 1). Although known, they are all only involved in the onset of premature (early) Alzheimer's disease, which occurs in the 40s to 50s, and is not related to the onset of most late-stage (old) Alzheimer's.

알츠하이머병의 경우, 기존 동물모델에서는 알츠하이머병과 직접 관련된 병태생리학적 증상을 재현하기 어렵다는 본질적인 한계를 갖고 있기 때문에 기존에 구축된 동물 모델을 이용한 치료제나 치료법 개발이 제한적이다. 즉, mouse 모델의 경우, 알츠하이머병 환자가 갖는 것과 동일한 유전자에 대한 돌연변이를 가짐에도 불구하고 인간에게서 나타나는 알츠하이머병 증상이 나타나지 않는 경우가 대부분이다.In the case of Alzheimer's disease, existing animal models have an inherent limitation in that it is difficult to reproduce the pathophysiological symptoms directly related to Alzheimer's disease, so the development of treatments or treatments using existing animal models is limited. In other words, in the case of the mouse model, most of the cases of Alzheimer's disease do not appear in humans even though they have mutations in the same gene as those of Alzheimer's disease patients.

알츠하이머병 환자의 피부세포를 역분화 유도하여 유도만능줄기세포(iPSC)를 만든 후에, 다시 신경세포로 분화시켜 특성을 조사한 결과 환자 개개인이 갖는 알츠하이머병의 병리학적 마커를 측정할 수 있으며, 이 수치를 정상인들과 비교해 보았을 때 통계학적으로 유의적인 차이를 나타낼 수 있다는 연구 결과가 보고된 바가 있다(Inoue et al., 2013; Israel et al., 2012). 이러한 iPSC 기반 연구모델은 병리학적 바이오마커를 억제시키는 치료제의 효능 검증 및 각 환자에 맞는 맞춤형 치료제 탐색을 위한 좋은 연구 모델로 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.After inducing dedifferentiation of skin cells of Alzheimer's disease patients to make induced pluripotent stem cells (iPSCs), they were differentiated into neurons again to investigate their characteristics. As a result, the pathological markers of Alzheimer's disease of each patient can be measured. There have been reports of studies that show statistically significant differences when compared to normal subjects (Inoue et al., 2013; Israel et al., 2012). This iPSC-based research model is expected to be used as a good research model for verifying the efficacy of therapeutic agents that inhibit pathological biomarkers and searching for customized therapeutics tailored to each patient.

따라서 알츠하이머병의 병리학적 특징, 높은 생체 유사성 및 신약 스크리닝에 이용될 수 있는 특성을 가지는 유도만능줄기세포에 대한 연구 및 개발이 요구되고 있다.Therefore, research and development of induced pluripotent stem cells having characteristics that can be used for screening of new drugs, high biosimilarity, and pathological characteristics of Alzheimer's disease are required.

일 양상은 E120K 치환을 갖는 프레세닐린1 단백질 돌연변이체 유전자를 포함하는 인간 PBMC로부터 역분화된 유도만능 줄기세포에 관한 것이다.One aspect relates to induced pluripotent stem cells dedifferentiated from human PBMCs containing a presenilin 1 protein mutant gene having an E120K substitution.

다른 양상은 상기 줄기세포를 신경세포로 분화시켜 얻어진 신경세포에 관한 것이다.Another aspect relates to a nerve cell obtained by differentiating the stem cell into a nerve cell.

다른 양상은 알츠하이머 환자의 혈액으로부터 분리된 E120K 치환을 갖는 프레세닐린1 단백질 돌연변이를 함유하는 PDMC에 역분화 인자를 발현하는 벡터를 도입하는 단계를 포함하는 E120K 치환을 갖는 프레세닐린1 단백질 돌연변이 유전자를 함유하는 줄기세포주를 제조하는 방법에 관한 것이다.Another aspect is a presenilin 1 protein mutant gene having an E120K substitution comprising the step of introducing a vector expressing a dedifferentiation factor into PDMC containing a presenilin 1 protein mutation having an E120K substitution isolated from the blood of Alzheimer's patients. It relates to a method for producing a stem cell line containing.

다른 양상은 알츠하이머 질환을 예방 또는 치료하는데 효과적인 약물을 스크리닝하는 방법으로서, 상기 신경세포를 시험 물질과 접촉시키는 단계;Another aspect is a method of screening for a drug effective for preventing or treating Alzheimer's disease, comprising the steps of: contacting the nerve cells with a test substance;

상기 접촉된 신경세포의 Aβ 발현양, 인산화 타우 단백질 발현양, 미토콘드리아 분열과 융합의 불균형 및 증가된 자가포식(autophagy) 중 하나 이상을 측정하는 단계;Measuring at least one of Aβ expression amount, phosphorylated tau protein expression amount, imbalance of mitochondrial division and fusion, and increased autophagy of the contacted nerve cells;

상기 측정된 결과를 상기 시험 물질과 접촉되지 않은 상기 신경세포로부터 측정된 결과와 비교하는 단계; 를 포함하는 약물 스크리닝 방법에 관한 것이다.Comparing the measured results with the measured results from the nerve cells not in contact with the test substance; It relates to a drug screening method comprising a.

상기 목적을 달성하기 위하여, 일 양상은 E120K 치환을 갖는 프레세닐린1 단백질 돌연변이체 유전자를 포함하는 인간 PBMC로부터 역분화된 유도만능 줄기세포에 관한 것이다.In order to achieve the above object, one aspect relates to an induced pluripotent stem cell dedifferentiated from human PBMCs containing a presenilin 1 protein mutant gene having an E120K substitution.

본 명세서에서 용어 “유도만능 줄기세포”란 특정한 유전자를 인위적으로 발현시켜, 이미 분화가 이뤄진 성체 체세포를 유도하여 인공적으로 만들어진 만능줄기세포를 의미한다. 인공다능성 줄기세포, 만능줄기세포, 전능성 줄기세포 또는 역분화 줄기세포로도 불린다. 상기 유도만능 줄기세포는 뇌, 심장, 관절, 골, 혈관, 위, 간, 피부, 신장, 연골, 장, 신경, 또는 췌장 등의 장기 세포로 다양하게 분화될 수 있다.In the present specification, the term “inducible pluripotent stem cell” refers to a pluripotent stem cell artificially created by artificially expressing a specific gene to induce an already differentiated adult somatic cell. Also called artificial pluripotent stem cells, pluripotent stem cells, pluripotent stem cells, or dedifferentiated stem cells. The induced pluripotent stem cells may be variously differentiated into organ cells such as brain, heart, joint, bone, blood vessel, stomach, liver, skin, kidney, cartilage, intestine, nerve, or pancreas.

본 명세서에서 용어 “PBMC (peripheral blood-derived mononuclear cell)”란 알츠하이머 환자로부터 분리, 수득된 말초혈액에서 유래된 단핵 세포를 의미하며, 환자로부터 직접 분리되었기 때문에 개별 환자가 갖고 있는 유전적, 병리적 인자를 모두 반영할 수 있는 특징을 가진 말초 유래 단핵 세포를 의미한다. 따라서 환자 유래 유도만능 줄기세포에 효과를 나타내는 선별된 치료제는 그 환자에게도 우수한 효과를 나타낼 것으로 기대할 수 있다. 상기 환자 유래 유도만능 줄기세포는 각 질병 아형을 갖는 환자로부터 유래된 세포일 수 있으며, 이를 이용하는 경우, 특정 질병 아형에 대하여 특이적인 효과를 갖는 줄기세포 치료제를 효과적으로 선별할 수 있다.In the present specification, the term “PBMC (peripheral blood-derived mononuclear cell)” refers to mononuclear cells derived from peripheral blood isolated from and obtained from Alzheimer's patients. Since they were isolated directly from patients, the genetic and pathological characteristics of individual patients It refers to a peripheral-derived mononuclear cell with characteristics that can reflect all factors. Therefore, a selected therapeutic agent that exhibits an effect on patient-derived pluripotent stem cells can be expected to exhibit excellent effects on that patient as well. The patient-derived induced pluripotent stem cell may be a cell derived from a patient having each disease subtype, and when using the same, it is possible to effectively select a stem cell therapeutic agent having a specific effect on a specific disease subtype.

본 명세서에서 “프레세닐린1(PS1) 돌연변이체 유전자”는 알츠하이머병의 발달 관여 유전자로서, 인간의 14번 염색체에 있는 프레세닐린1 유전자에 돌연변이가 나타난 것이다. 상기 돌연변이 유전자는 정상 유전자와 1개 이상의 염기가 치환된 것인 임의의 돌연변이 유전자일 수 있고, 2개 이상의 염기가 연속적 또는 비연속적으로 치환, 결실 또는 부가된 것인 돌연변이 유전자일 수 있으며, 프레세닐린 1의 아미노기 말단으로부터 120번째 아미노산이 Glutamic acid에서 Lysine으로 치환되는 것을 포함한다.In the present specification, the “presenilin 1 (PS1) mutant gene” is a gene involved in the development of Alzheimer's disease, and a mutation appears in the presenilin 1 gene on chromosome 14 of humans. The mutant gene may be any mutant gene in which one or more bases are substituted with a normal gene, and may be a mutant gene in which two or more bases are successively or discontinuously substituted, deleted or added, and presenyl Including that the 120th amino acid from the end of the amino group of Lin 1 is substituted with Lysine in Glutamic acid.

본 명세서에서 상기 프레세닐린1 돌연변이체 유전자에 의하여 유발되는 알츠하이머 병은 소뇌성 실조증을 동반하는 것을 특징으로 한다. 상기 소뇌성 실조증이란 소뇌종양, 혈관성 장애, 소뇌 축소, 중독증 및 감염증 등의 원인에 의하여 일어나는 증세로서 기립 보행장애, 사지근육 이상, 근긴장 저하, 협조운동 불능, 측정운동 장애, 변환운동장애 및 홀름스-스트워트 현상 등을 일으키는 것을 특징으로 한다.In the present specification, Alzheimer's disease caused by the presenilin 1 mutant gene is characterized by accompanying cerebellar ataxia. The cerebellar ataxia is a symptom that occurs due to the causes of cerebellar tumors, vascular disorders, cerebellar constriction, toxicosis, and infectious disease. Standing walking disorder, limb muscle abnormality, muscle tone reduction, inability to cooperative movement, measurement movement disorder, transmutation movement disorder and Holms -It is characterized by causing a stwart phenomenon.

본 명세서에서 “벡터” 또는 “발현벡터”라 함은, 구조유전자를 암호화하는 핵산이 삽입될 수 있고, 숙주 세포 내에서 상기 핵산을 발현할 수 있는 당 분야에 공지된 플라스미드, 바이러스 벡터 또는 기타 매개체를 의미한다. 바람직하게는 바이러스 벡터일 수 있다. 상기 바이러스 벡터로는, 이에 제한되지는 않으나, 리트로바이러스 벡터, 아데노바이러스 벡터, 허피스 바이러스 벡터, 아비폭스바이러스 벡터, 렌티바이러스 벡터 등이 있다. 특히, 센다이바이러스를 이용하는 방법이 바람직하다. 상기 센다이바이러스 벡터는 바이러스 유전자가 모두 제거되었거나 또는 변경되어 비-바이러스 단백질이 바이러스 벡터에 의해 감염된 세포 내에서 만들어지도록 제작된 것이다. 유전자 요법을 위한 센다이바이러스 벡터의 주요 장점은 다량의 유전자를 복제세포 내에 전달하고, 세포 DNA 내로 전달된 유전자를 정확하게 삽입시키며, 유전자 형질 감염 후 연속적인 감염이 유발되지 않는 것이다.In the present specification, "vector" or "expression vector" refers to a plasmid, viral vector, or other medium known in the art capable of inserting a nucleic acid encoding a structural gene and expressing the nucleic acid in a host cell. Means. Preferably, it may be a viral vector. Examples of the viral vector include, but are not limited to, retroviral vectors, adenovirus vectors, Herpes virus vectors, abipox virus vectors, and lentiviral vectors. In particular, a method using Sendai virus is preferred. The Sendai virus vector is constructed so that all of the viral genes have been removed or altered so that a non-viral protein is produced in the infected cells by the viral vector. The main advantages of Sendai virus vectors for gene therapy are that they deliver large amounts of genes into cloned cells, accurately insert the transferred genes into cellular DNA, and do not cause continuous infection after gene transfection.

상기 “벡터” 또는 “발현벡터”는 당 업계에 공지된 방법으로 세포 내에 도입할 수 있다. 예를 들어, 이에 한정되지는 않으나, 일시적 형질감염(transient transfection), 미세주사, 형질도입(transduction), 세포융합, 칼슘 포스페이트 침전법, 리포좀을 이용한 형질감염(liposome-mediated transfection), DEAE 덱스트란을 이용한 형질감염(DEAE Dextran-mediated transfection), 폴리브렌을 이용한 형질감염 (polybrene-mediated transfection), 전기침공법(electroporation), 유전자 총(gene gun) 및 세포 내로 핵산을 유입시키기 위한 다른 공지의 방법에 의해 형질전환 동물 제작을 위한 세포 내로 도입할 수 있다.The “vector” or “expression vector” can be introduced into cells by a method known in the art. For example, but not limited thereto, transient transfection, microinjection, transduction, cell fusion, calcium phosphate precipitation, liposome-mediated transfection, DEAE dextran Transfection using (DEAE Dextran-mediated transfection), transfection using polybrene (polybrene-mediated transfection), electroporation, gene gun, and other known methods for introducing nucleic acids into cells Can be introduced into cells for production of transgenic animals.

상기 “신경세포” 또는 “뉴런”은 인체 내 신경계의 구조 및 기능단위를 의미하며, 바람직하게는 뇌 내의 신경세포 또는 뉴런이다.The “nerve cell” or “neuron” refers to the structure and functional unit of the nervous system in the human body, and is preferably a neuron or a neuron in the brain.

다른 양상은 상기 유도만능 줄기세포를 신경세포로 분화시켜 얻어진 신경 세포에 관한 것이다.Another aspect relates to a nerve cell obtained by differentiating the induced pluripotent stem cell into a nerve cell.

다른 양상은 알츠하이머 환자의 혈액으로부터 분리된 E120K 치환을 갖는 프레세닐린1 단백질 돌연변이를 함유하는 PBMC에 역분화 인자를 발현하는 벡터를 도입하는 단계를 포함하는 E120K 치환을 갖는 프레세닐린1 단백질 돌연변이 유전자를 함유하는 줄기세포주를 제조하는 방법에 관한 것이다.Another aspect is a presenilin 1 protein mutant gene having an E120K substitution comprising the step of introducing a vector expressing a dedifferentiation factor into a PBMC containing a presenilin 1 protein mutation having an E120K substitution isolated from the blood of Alzheimer's patients. It relates to a method for producing a stem cell line containing.

다른 양상은 알츠하이머 질환을 예방 또는 치료하는데 효과적인 약물을 스크리닝하는 방법으로서, 상기 신경세포를 시험 물질과 접촉시키는 단계;Another aspect is a method of screening for a drug effective for preventing or treating Alzheimer's disease, comprising the steps of: contacting the nerve cells with a test substance;

상기 접촉된 신경세포의 Aβ 발현양, 인산화 타우 단백질 발현양, 미토콘드리아 분열과 융합의 불균형 및 증가된 자가포식(autophagy) 중 하나 이상을 측정하는 단계;Measuring at least one of Aβ expression amount, phosphorylated tau protein expression amount, imbalance of mitochondrial division and fusion, and increased autophagy of the contacted nerve cells;

상기 측정된 결과를 상기 시험 물질과 접촉되지 않은 상기 신경세포로부터 측정된 결과와 비교하는 단계;를 포함하는 약물 스크리닝 방법에 관한 것이다.It relates to a drug screening method comprising; comparing the measured results with the results measured from the nerve cells not in contact with the test substance.

상기 PBMC를 부유 배양하는 시간은 세포의 성장 속도에 따라 변동할 수 있으며, 본 발명에 있어서 4시간이 소요된다.The time for floating culture of the PBMC may vary depending on the growth rate of cells, and it takes 4 hours in the present invention.

상기 유도만능 줄기세포를 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런으로 분화하도록 배양하는 과정에는, SB431542(Reagent Direct), 10uM LDN 193189(Reagent Direct), 뇌 유래 신경영양 인자(brain derived neurotrophic factor, BDNF) 및 신경교세포 유래 신경영양 인자(glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF) 등 다양한 인자를 첨가할 수 있으며, 상기 배양하는 과정에서 SB431542(Reagent direct) 및 LDN 193189(Reagent direct)를 첨가하여 EB를 신경세포로의 분화를 유도하는 배양과정은 7일 내지 8일 동안 이루어질 수 있다.In the process of culturing the induced pluripotent stem cells to differentiate into PS1-E120K iPSC-derived neurons, SB431542 (Reagent Direct), 10uM LDN 193189 (Reagent Direct), brain derived neurotrophic factor (BDNF) and glial cells Various factors such as glial cell-derived neurotrophic factor (GDNF) can be added, and SB431542 (Reagent direct) and LDN 193189 (Reagent direct) are added in the culture process to differentiate EB into neurons. The culture process to induce the can be made for 7 to 8 days.

용어, "치료"는 질환, 장애 또는 병태, 또는 그의 하나 이상의 증상의 경감, 진행 억제 또는 예방을 지칭하거나, 그를 포함한다.The term “treatment” refers to, or includes alleviation, inhibition of progression, or prevention of a disease, disorder or condition, or one or more symptoms thereof.

용어, "투여하는," "도포하는", "도입하는" 및 "이식하는"은 상호교환적으로 사용되고 일 구체 예에 따른 패치 또는 조성물의 원하는 부위로의 적어도 부분적 국소화를 초래하는 방법 또는 경로에 의한 개체 내로의 일 구체 예에 따른 패치 또는 조성물의 배치를 의미할 수 있다.The terms “administering,” “applying”, “introducing” and “implanting” are used interchangeably and in a method or route that results in at least partial localization of a patch or composition to a desired site according to one embodiment. It may mean the placement of a patch or composition according to an embodiment into an individual by.

상기 알츠하이머 모델 세포주에 알츠하이머 예방 및 치료제 후보물질을 투여하는 단계에 있어서, 예방 및 치료제 후보물질은, 예를 들면, 피검 화합물 또는 피검 조성물은 저분자 화합물(small molecule compound), 항체(antibody), 안티센스 뉴클레오티드(antisense nucleotide), 작은 간섭 RNA(short interfering RNA, siRNA), 짧은 헤어핀 RNA(short hairpin RNA, shRNA), 핵산(nucleic acid), 단백질, 펩티드, 기타 추출물 또는 천연물을 포함할 수 있다.In the step of administering an Alzheimer's prophylactic and therapeutic candidate substance to the Alzheimer's model cell line, the prophylactic and therapeutic candidate substance is, for example, a test compound or a test composition, a small molecule compound, an antibody, or an antisense nucleotide. (antisense nucleotide), short interfering RNA (siRNA), short hairpin RNA (shRNA), nucleic acids, proteins, peptides, other extracts or natural products.

상기 말초 혈액 유래 단핵 세포가 유도만능 줄기세포로 역분화 되었는지 검증하는 마커에 있어서 Raf-1, FAK1, MEK-1, RAD51, RAD52, GADD45 GAMMA, NF-kB p52, Rb2, Oct3, Klf4 바람직하게는 SOX2, SSEA4, NANOG 및 TRA-1-81를 포함한다.Raf-1, FAK1, MEK-1, RAD51, RAD52, GADD45 GAMMA, NF-kB p52, Rb2, Oct3, Klf4 in the markers for verifying whether the peripheral blood-derived mononuclear cells are dedifferentiated into induced pluripotent stem cells. SOX2, SSEA4, NANOG and TRA-1-81.

일 구체 예로서, 역분화 줄기세포 형성을 확인하기 위하여 선택되는 마커의 수와 조합을 특정하게 제한하지 않고, 다양한 조합을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 바이오마커들의 발현 정도를 mRNA 또는 단백질 수준에서 측정함으로써 역분화 줄기세포 형성 여부를 확인할 수 있다. 본 발명의 마커들의 핵산 서열 및 단백질 서열은 이미 공지되어 있으므로, 진단을 위한 마커 검출은 공지된 서열을 바탕으로, mRNA 또는 단백질 수준을 측정할 수 있는 제제를 이용하여 마커를 유용하게 검출할 수 있다. 상기 마커 단백질의 검출은 상기 단백질에 특이적으로 인지하는 항체를 시료에 접촉하여 이의 항원-항체 복합체형성을 측정하여 수행된다. 항원-항체 복합체의 형성량은 검출 라벨의 시그널의 크기를 통해서 정량적으로 측정 가능하다. 이러한 검출 라벨은 효소, 형광물, 리간드, 발광물, 미소입자(microparticle), 레독스 분자 및 방사선 동위원소로 이루어진 군 중에서 선택할 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다. 단백질 수준을 측정하기 위한 공지된 분석 방법으로는, 웨스턴 블롯, ELISA, 방사선면역분석, 방사 면역 확산법, 오우크테로니 면역 확산법, 로케트 면역전기영동, 조직면역 염색, 면역침전 분석법, 보체 고정 분석법, 프리시피틴 반응, 겔 확산 프리시피틴 반응, 응집 분석법, 형광 면역분석법, 단백질 A 면역분석법, FACS, 단백질칩 등과 같은 경쟁 또는 비경쟁 분석 방법을 이용할 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니고, 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기에서 ELISA는 고체 지지체에 부착된 항체와 항원의 복합체에서 항원을 인지하는 표지된 또 다른 항체를 이용하는 직접적 샌드위치 ELISA, 고체 지지체에 부착된 항체와 항원의 복합체에서 항원을 인지하는 또 다른 항체와 반응시킨 후 이 항체를 인지하는 표지된 2차 항체를 이용하는 간접적 샌드위치 ELISA 등의 다양한 ELISA 방법을 포함한다.As a specific example, the number and combination of markers selected to confirm the formation of dedifferentiated stem cells are not specifically limited, and various combinations may be selected and used. By measuring the level of expression of the biomarkers at the mRNA or protein level, it is possible to confirm whether or not dedifferentiated stem cells are formed. Since the nucleic acid sequence and protein sequence of the markers of the present invention are already known, detection of a marker for diagnosis can be usefully detected by using an agent capable of measuring mRNA or protein level based on the known sequence. . The detection of the marker protein is performed by contacting a sample with an antibody that specifically recognizes the protein and measuring its antigen-antibody complex formation. The amount of antigen-antibody complex formation can be quantitatively measured through the size of the signal of the detection label. The detection label may be selected from the group consisting of enzymes, fluorescent substances, ligands, luminescent substances, microparticles, redox molecules and radioactive isotopes, but is not limited thereto. Known assay methods for measuring protein levels include Western blot, ELISA, radioimmunoassay, radioimmunodiffusion method, octeroni immune diffusion method, rocket immunoelectrophoresis, tissue immunostaining, immunoprecipitation assay, complement fixation assay, Competitive or non-competitive analysis methods such as precipitin reaction, gel diffusion presipitin reaction, aggregation assay, fluorescence immunoassay, protein A immunoassay, FACS, protein chip, etc. may be used, but are not limited thereto. Can be done by In the above, ELISA is a direct sandwich ELISA using another labeled antibody that recognizes an antigen in a complex of an antibody and an antigen attached to a solid support, and reacts with another antibody that recognizes an antigen in a complex of an antibody and an antigen attached to a solid support. It includes various ELISA methods such as indirect sandwich ELISA using a labeled secondary antibody that recognizes this antibody.

피부세포보다 채취가 용이한 혈액세포를 이용하여, 프레세닐린1 단백질 돌연변이를 가진 알츠하이머 환자의 유도만능 줄기세포를 이용함으로써, 환자 개인별 질환 특성에 맞는 맞춤 치료제와 그 치료제를 스크리닝하는 방법을 제공한다.By using blood cells that are easier to collect than skin cells, and using induced pluripotent stem cells of Alzheimer's patients with a mutation in the presenilin 1 protein, we provide a method of screening customized treatments suitable for individual disease characteristics and treatments thereof. .

도 1은, PS1-E120K 돌연변이 환자로부터 확립된 iPSC의 OCT4, SOX2, Nanog, SSEA4, Tra-1-81과 같은 미분화 마커의 발현 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 PS1-E120K iPSC의 genomic DNA 시퀀싱 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 외배엽(TUJ1, 녹색), 중배엽(SMA, 녹색), 및 내배엽(AFP, 적색)을 포함하는 3 개의 배아층(삼배엽)을 형성하는 iPSC의 분화능을 보여주는 면역세포 화학적 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 PS1-E120K iPSC와 대조군의 염색체 핵형 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 세포내 잔존하는 센다이 바이러스 벡터나 미코플라즈마가 없음을 보여주는 역전사 PCR 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 PS1-E120K iPSC에서 분화된 신경전구세포 의 SOX2/DAPI, Nestin/DAPI 및 Musashi/DAPI의 신경전구세포 마커의 발현 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 PS1-E120K iPSC에서 분화된 대뇌 피질 뉴런의 TUJ1/DAPI, MAP2/DAPI, TBR1/CTIP2 및 ChAT/MAP2와 같은 신경세포 마커의 발현 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 대조군과 PS1-E120K iPSC 간에는 신경 세포 분화 경향에 유의한 차이가 없다는 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 배양 된 세포 외 Aβ42 및 Aβ40 발현양을 ELISA로 검출한 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 대조군과 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 APP 발현량의 차이를 나타낸 것으로, 신경 세포 분화 10주차에 Aβ42(적색)에 대한 항체를 사용하여 6E10(녹색), 4G8(적색), TUJ1(녹색) 및 DAPI(청색)로 항 염색 된 Aβ 침전물의 발현을 보여주는 면역세포화학적 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 대조군과 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 APP 발현량의 차이를 웨스턴 블롯과 ELISA 분석을 통해 나타낸 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 대조군과 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 p-tau, AT8 및 AT180 발현량의 차이를 웨스턴 블롯과 ELISA 분석을 통해 나타낸 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 신경세포 분화 10주차에 대조군과 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 AT8 (적색), MAP2(녹색), 및 DAPI(청색)으로 항염색된 면역세포화학적 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 14는 대조군과 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 MAP2, AT8(신경세포체) 및 AT8(신경돌기) 발현량의 차이를 ELISA 분석을 통해 나타낸 도면이다.
도 15는 대조군과 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 미토콘드리아 융합(OPA1, Mfn1 및 Mfn2) 및 분열(Drp1, p-Drp1 및 Fis1)과 관련된 단백질, 마이토파지(PINK1 및 PARKIN)와 관련된 단백질 발현량의 차이를 웨스턴 블롯 및 ELISA 분석을 통해 나타낸 도면이다.
도 16은 신경세포 분화 10주차에 대조군과 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 미토콘드리아 융합 및 분열 관련된 m-RNA 발현량의 변화를 Q-PCR로 나타낸 도면이다.
도 17은 대조군과 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 Ub, p62, Beclin1, LC3B 및 LAMP2 단백질 발현량의 차이를 웨스턴 블롯 및 ELISA 분석을 통해 나타낸 도면이다.
도 18은 대조군과 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 LC3B(적색) 및 DAPI(청색) 으로 염색된 단백질 발현량의 차이를 면역세포화학적, 웨스턴 블롯 및 ELISA 분석을 통해 나타낸 도면이다.
도 19는 대조군과 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 Cyto ID(녹색), DAPI(청색) 으로 염색된 자가포식 관련 단백질 발현량의 차이를 면역세포화학적, 자가포식 소낭의 숫자 및 크기를 ELISA 분석을 통해 나타낸 도면이다.
1 is a diagram showing the expression results of undifferentiated markers such as OCT4, SOX2, Nanog, SSEA4, and Tra-1-81 of iPSCs established from PS1-E120K mutant patients.
2 is a diagram showing the genomic DNA sequencing results of PS1-E120K iPSC.
Figure 3 shows the immunocytochemical analysis results showing the differentiation ability of iPSCs forming three embryonic layers (triderm) including ectoderm (TUJ1, green), mesoderm (SMA, green), and endoderm (AFP, red) It is a drawing.
4 is a diagram showing the results of chromosomal karyotyping analysis of PS1-E120K iPSC and a control group.
5 is a diagram showing the results of reverse transcription PCR analysis showing that there is no Sendai virus vector or mycoplasma remaining in the cell.
6 is a diagram showing the expression results of neuronal progenitor cell markers of SOX2/DAPI, Nestin/DAPI and Musashi/DAPI of neuronal progenitor cells differentiated from PS1-E120K iPSC.
7 is a diagram showing the expression results of neuronal markers such as TUJ1/DAPI, MAP2/DAPI, TBR1/CTIP2 and ChAT/MAP2 in cortical neurons differentiated from PS1-E120K iPSC.
8 is a view showing the result that there is no significant difference in the neural cell differentiation tendency between the control and PS1-E120K iPSC.
9 is a diagram showing the results of detection of the expression levels of extracellular Aβ 42 and Aβ 40 cultured in PS1-E120K iPSC-derived neurons by ELISA.
Figure 10 shows the difference in the amount of APP expression in the control and PS1-E120K iPSC-derived neurons. 6E10 (green), 4G8 (red), and TUJ1 (with an antibody against Aβ 42 (red) at 10 weeks of neuronal differentiation) Green) and DAPI (blue) is a diagram showing the results of immunocytochemical analysis showing the expression of anti-stained Aβ precipitate.
11 is a view showing the difference in the amount of APP expression in the control and PS1-E120K iPSC-derived neurons through Western blot and ELISA analysis.
12 is a view showing the difference between the expression levels of p-tau, AT8 and AT180 in the control and PS1-E120K iPSC-derived neurons through Western blot and ELISA analysis.
13 is a view showing the results of immunocytochemical analysis antistained with AT8 (red), MAP2 (green), and DAPI (blue) in control and PS1-E120K iPSC-derived neurons at 10 weeks of neuronal differentiation.
14 is a diagram showing the difference in the expression levels of MAP2, AT8 (neuronal cell body) and AT8 (neurite) in the control and PS1-E120K iPSC-derived neurons through ELISA analysis.
Figure 15 is a control and PS1-E120K iPSC-derived neurons in mitochondrial fusion (OPA1, Mfn1 and Mfn2) and cleavage (Drp1, p-Drp1 and Fis1) related protein, mitophagy (PINK1 and PARKIN) related protein expression levels It is a diagram showing the difference through Western blot and ELISA analysis.
16 is a diagram showing changes in the expression level of m-RNA associated with mitochondrial fusion and division in control and PS1-E120K iPSC-derived neurons at 10 weeks of neuronal differentiation by Q-PCR.
17 is a view showing differences in the expression levels of Ub, p62, Beclin1, LC3B and LAMP2 proteins in the control and PS1-E120K iPSC-derived neurons through Western blot and ELISA analysis.
18 is a diagram showing the difference in the expression levels of proteins stained with LC3B (red) and DAPI (blue) in the control and PS1-E120K iPSC-derived neurons through immunocytochemical, Western blot and ELISA analysis.
Figure 19 shows the difference in the expression levels of autophagy-related proteins stained with Cyto ID (green) and DAPI (blue) in the control and PS1-E120K iPSC-derived neurons, immunocytochemical, and the number and size of autophagy vesicles through ELISA analysis. It is a figure shown.

실시예 1: 유도만능 줄기세포의 제조과정Example 1: Manufacturing process of induced pluripotent stem cells

2 개의 혈액샘플을 38세의 AD 환자와 72세의 정상 노인 환자에게서 채취하였다. Ficoll-Paque ™ PLUS 방법(GE Healthcare, USA)을 이용하여 PS-E120K 환자의 말초 혈액으로부터 단핵 세포(MNCs)를 신선하게 분리 하였다. 분리된 말초 유래 단핵 세포(PBMCs)는 4일간 단핵구 배양액에 부유 배양된 후, 4가지 역분화 인자(OCT4, SOX2, cMYC, KLF4)를 발현하는 센다이 바이러스 벡터(SeVdp)를 사용하여 역분화시켰다.  iPSC 생성을 위해 3개 이상의 개별 클론을 골라 내고 추가 분석을 위해 가장 잘 성장하는 클론을 선택했다. 상기 선별된 클론을 4주간 배양하여 유도만능 줄기세포 콜로니를 형성한다. 2 개의 iPSC(38세의 AD 환자의 PS1-E120K iPSC 및 72세의 정상 노인 환자의 iPSC 대조군) 사이에 노화와 관련된 특징의 유의한 차이는 관찰되지 않았다.Two blood samples were taken from a 38 year old AD patient and a 72 year old normal elderly patient. Monocytes (MNCs) were freshly isolated from peripheral blood of PS-E120K patients using the Ficoll-Paque™ PLUS method (GE Healthcare, USA). The isolated peripheral-derived mononuclear cells (PBMCs) were suspended in monocyte culture for 4 days, and then dedifferentiated using Sendai virus vector (SeVdp) expressing four dedifferentiation factors (OCT4, SOX2, cMYC, KLF4). Three or more individual clones were picked for iPSC generation and the best growing clone was selected for further analysis. The selected clones are cultured for 4 weeks to form an induced pluripotent stem cell colony. No significant differences in age-related characteristics were observed between the two iPSCs (PS1-E120K iPSCs in 38-year-old AD patients and iPSC controls in 72-year-old normal elderly patients).

실시예 2: 유도만능 줄기세포의 배아체로의 분화 유도Example 2: Induction of differentiation of induced pluripotent stem cells into embryonic bodies

0.5% TrypLE Select(Thermo Fisher)를 사용하여 실시예 1의 인간 iPSC를 수득하고 배아체(EB, Embryoid body)를 형성하였다. 분리된 배아체를 96-웰 NunclonTM SpheraTM 마이크로 플레이트(Thermo Fisher)로 옮겨 격일마다 배지를 교환하고, 8일차에 0.2% 젤라틴으로 코팅된 유리 커버슬립 상에 플레이팅하였다. 그런 다음 EB를 추가적으로 8일 동안 자발적 분화시켰다.The human iPSC of Example 1 was obtained using 0.5% TrypLE Select (Thermo Fisher) and an embryoid body (EB, Embryoid body) was formed. Separated embryoid bodies were transferred to 96-well Nunclon TM Sphera TM microplates (Thermo Fisher), the medium was exchanged every other day, and plated on glass coverslips coated with 0.2% gelatin on the 8th day. Then, EB was spontaneously differentiated for an additional 8 days.

실시예 3: 유도만능 줄기세포의 대뇌 피질 뉴런으로의 분화Example 3: Differentiation of induced pluripotent stem cells into cortical neurons

대뇌 피질 뉴런으로의 분화를 위해, 실시예 1의 iPSCs는 단일 세포로 해리되었고 96-웰 NunclonTM SpheraTM 마이크로 플레이트(Thermo Fisher)에서 빠르게 재응집되었다. EB는 DMEM/F12 배지에서 신경계로의 분화를 위해 8일 동안 배양되었다. 이러한 신경으로 유도된 EB는 AccutaseTM (Stem Cell Technologies)을 사용하여 해리되었으며 15㎍/ml 폴리-L-오르니틴(Sigma) 및 5㎍/ml 라미닌(Sigma)로 코팅된 접시 상에 시딩되었다. 일단 신경 전구 세포(Neural precursor cells, NPCs)가 형성되면, 0.1 M 비 필수 아미노산 (NEAA), 0.1 M 2- 머캅토 에탄올, 0.1 항균 - 항진 용액, 1% D-Glucose(Life Technologies), 비타민 A가 없는 1% B27 보충제 (모두 Thermo Fisher), 200 mM L- 글루타민 (Sigma), 및 20ng/ml 염기성 섬유 모세포 성장 인자 (bFGF, PeproTech Korea)를 포함하는 DMEM/F12 배지에서 배양 하였다. 마지막으로, NPC를 비타민 A가 함유되지 않은 1% B27 보충제, 1x Glutamax (모두 Thermo Fisher), 10 ng/ml 뇌 유래 신경영양 인자(brain derived neurotrophic factor, BDNF), 10 ng/ml 신경교세포 유래 신경영양 인자(glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF), 10ng/ml의 뉴로핀린-3 (NT3)(PeproTech Korea)를 PLO/라미닌 코팅된 접시에 넣은 Neurobasal A 배지에서 10 주 동안 대뇌 피질 뉴런으로 분화시켰다.For the differentiation of neurons in the cerebral cortex, the first embodiment of the iPSCs were aggregated rapidly from the cells were dissociated into a single 96-well Nunclon TM TM Sphera microplate (Thermo Fisher). EB was incubated for 8 days for differentiation into the nervous system in DMEM/F12 medium. These nerve-induced EBs were dissociated using Accutase (Stem Cell Technologies) and seeded on dishes coated with 15 μg/ml poly-L-ornithine (Sigma) and 5 μg/ml laminin (Sigma). Once neural precursor cells (NPCs) are formed, 0.1 M non-essential amino acids (NEAA), 0.1 M 2-mercapto ethanol, 0.1 antibacterial-stimulating solution, 1% D-Glucose (Life Technologies), vitamin A It was cultured in DMEM/F12 medium containing no 1% B27 supplement (all Thermo Fisher), 200 mM L-glutamine (Sigma), and 20 ng/ml basic fibroblast growth factor (bFGF, PeproTech Korea). Lastly, NPC was used as a vitamin A-free 1% B27 supplement, 1x Glutamax (all Thermo Fisher), 10 ng/ml brain derived neurotrophic factor (BDNF), and 10 ng/ml glial-derived nerve. Nutrient factor (glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF), 10 ng/ml neurofinlin-3 (NT3) (PeproTech Korea) was differentiated into cortical neurons for 10 weeks in Neurobasal A medium placed in a PLO/laminin coated dish. .

하기 실험예에서 면역세포화학적 분석은 다음과 같은 조건에서 이루어졌다.In the following experimental examples, immunocytochemical analysis was performed under the following conditions.

iPSC를 실온(RT)에서 15분 동안 4% 파라 포름알데히드(PFA)로 고정시켰다. 고정 세포를 투과성을 높이기 위해(permeabilized) 인산염 완충 식염수(PBS)에 0.1% TritonX-100(Sigma)를 포함하는 TPBS로 세척하고, 실온에서 30분 동안 5% 정상말혈청(Vector Labs)으로 차단하였다. 그 후, 4 ℃에서 부드럽게 흔들어 주면서 밤새 용액을 차단하면서 1차 항체와 함께 배양 하였다. TPBS로 3 회 세척한 후, 실온에서 90 분 동안 2차 항체(Thermo Fisher)와 함께 배양 한 후, DAPI를 사용하여 15분 동안 대조 염색하였다. 모든 형광 이미지는 공촛점 현미경 (TCSSP5II, Leica)에 의해 이미지화되었다. 다음의 1 차 항체를 사용하였다: anti-OCT4 (1:200, Santa Cruz), anti-SOX2 (1:200, Millipore), anti-NANOG (1:200, R&D Systems), anti-SSEA-4 (1:100, Developmental Studies Hybridoma Bank)), anti-TRA-1-81 (1:100, CHEMICON), Tuj1 anti-tubulin beta III isoform (1:200, Millipore), anti-SMA (1:100, DAKO); anti-AFP (1:100, DAKO), anti-Nestin (1:200, R&D Systems), anti-Musashi (1:200, Millipore), anti-Map2 (1:200, Millipore), anti-TBR1 (1:100, Abcam), anti-CTIP2(1:100, Abcam), 6E10 anti-Amyloid " (1:500, Covance), AT8 anti- p-tau (1:1000, Thermo Fisher), anti-ChAT (1:200, Millipore) 및 anti-LC3B (1:500, Cell Signaling).iPSCs were fixed with 4% paraformaldehyde (PFA) for 15 minutes at room temperature (RT). Fixed cells were washed with TPBS containing 0.1% TritonX-100 (Sigma) in phosphate buffered saline (PBS) to increase permeability, and blocked with 5% normal horse serum (Vector Labs) for 30 minutes at room temperature. . Thereafter, the solution was incubated with the primary antibody while blocking the solution overnight while gently shaking at 4°C. After washing three times with TPBS, incubation with a secondary antibody (Thermo Fisher) for 90 minutes at room temperature, and then counter staining for 15 minutes using DAPI. All fluorescence images were imaged by confocal microscope (TCSSP5II, Leica). The following primary antibodies were used: anti-OCT4 (1:200, Santa Cruz), anti-SOX2 (1:200, Millipore), anti-NANOG (1:200, R&D Systems), anti-SSEA-4 ( 1:100, Developmental Studies Hybridoma Bank)), anti-TRA-1-81 (1:100, CHEMICON), Tuj1 anti-tubulin beta III isoform (1:200, Millipore), anti-SMA (1:100, DAKO ); anti-AFP (1:100, DAKO), anti-Nestin (1:200, R&D Systems), anti-Musashi (1:200, Millipore), anti-Map2 (1:200, Millipore), anti-TBR1 (1 :100, Abcam), anti-CTIP2(1:100, Abcam), 6E10 anti-Amyloid "(1:500, Covance), AT8 anti-p-tau (1:1000, Thermo Fisher), anti-ChAT (1 :200, Millipore) and anti-LC3B (1:500, Cell Signaling).

하기 실험예에서 ELISA는 다음과 같은 조건에서 이루어졌다. 조정 배지(CM)는 6주 및 10주 분화 후 마지막 배지 교환 후 48시간 동안 배양 된 신경 세포(1×105)로부터 수집되었다. iPSC 유래 뉴런의 펠렛을 프로테아제 억제제(Thermo Fisher) 및 포스파타제 억제제(Thermo Fisher)를 함유한 RIPA 버퍼(Biosesang)에 재현탁시켰다. 그 후 30 분 동안 냉각시키고 초음파 처리했다. 상등액은 막 지질을 제거하기 위해 13,000 rpm에서 30분 동안 원심 분리 한 후에 수집 하였다. 단백질 농도는 BCA Protein Assay Kit(Thermo Fisher)를 사용하여 세포 내 Aβ42와 Aβ40 발현량을 10주 분화된 뉴런의 총 1μg 단백질에서 측정하였다. Aβ40 및 Aβ42 발현량은 제조사의 지시(IBL)에 따라 인간 Aβ40 및 Aβ42 ELISA 키트를 사용하여 측정되었으며, ELISA Plate leader(BioTek)를 사용하여 Aβ40 및 Aβ42 발현 수준을 정량화 하였다.In the following experimental examples, ELISA was performed under the following conditions. The conditioned medium (CM) was collected from neurons (1×10 5 ) cultured for 48 hours after the last medium exchange after 6 and 10 weeks of differentiation. Pellets of iPSC-derived neurons were resuspended in RIPA buffer (Biosesang) containing a protease inhibitor (Thermo Fisher) and a phosphatase inhibitor (Thermo Fisher). It was then cooled for 30 minutes and sonicated. The supernatant was collected after centrifugation at 13,000 rpm for 30 minutes to remove membrane lipids. Protein concentration was measured in a total of 1 μg protein of neurons differentiated for 10 weeks using the BCA Protein Assay Kit (Thermo Fisher) to measure the expression levels of Aβ 42 and Aβ 40 in cells. Aβ 40 and Aβ 42 expression levels were measured using a human Aβ 40 and Aβ 42 ELISA kit according to the manufacturer's instructions (IBL), and Aβ 40 and Aβ 42 expression levels were quantified using an ELISA plate leader (BioTek).

하기 실험예에서 웨스턴 블롯은 다음과 같은 조건에서 이루어졌다. 조정 배지(CM)는 6주 및 10주 분화 후 마지막 배지 교환 후 48시간 동안 배양 된 신경 세포(1×105)로부터 수집되었다. iPSC 유래 뉴런의 펠렛을 프로테아제 억제제(Thermo Fisher) 및 포스파타제 억제제(Thermo Fisher)를 함유한 RIPA 버퍼(Biosesang)에 재현탁시켰다. 그 후 30 분 동안 냉각시키고 초음파 처리했다. 상등액은 막 지질을 제거하기 위해 13,000 rpm에서 30분 동안 원심 분리 한 후에 수집 하였다. BCA Protein Assay Kit (Thermo Fisher)를 사용하여 단백질 농도를 측정하고, 각 시료에 대한 25ug의 단백질을 8% 또는 12% 겔에서 전기 영동 하였다. 분리 된 샘플을 PVDF 멤브레인으로 옮기고 표적 항체와 함께 배양하였다. 단백질 밴드는 Immobilon Western(Millipore)에 의해 발현되었고 Chemi-Doc 장비(Bio-Rad)를 사용하여 검출되었다. 다음의 1 차 항체를 사용하였다: Tau5 anti-tau(1:1,000, Thermo Fisher), AT8 anti-p-tau(1:1,000, Thermo Fisher), anti-OPA1(1:1,000, Santa Cruz), anti-Mfn1(1:1,000, Abcam), anti-Mfn2(1:1,000, Cell Signaling), anti-Drp1(1:1,000, Cell Signaling), anti-Fis1(1:1,000, Santa Cruz), anti-Ub(1:4,000, Santa Cruz), anti-LC3B(1:1,000, Cell Signaling), anti-LAMP2(1:1,000, Santa Cruz), anti-Beclin1(1:1,000, Cell Signaling), p62 anti-SQSTM1(1:1,000, Santa Cruz), 4G8 anti-APP(1:500, Covance), anti-p-Drp1(Ser637, 1:1000, Cell Signaling) 및 anti-beta-actin (1:10000,Santa Cruz)Western blot in the following experimental example was performed under the following conditions. The conditioned medium (CM) was collected from neurons (1×10 5 ) cultured for 48 hours after the last medium exchange after 6 and 10 weeks of differentiation. Pellets of iPSC-derived neurons were resuspended in RIPA buffer (Biosesang) containing a protease inhibitor (Thermo Fisher) and a phosphatase inhibitor (Thermo Fisher). It was then cooled for 30 minutes and sonicated. The supernatant was collected after centrifugation at 13,000 rpm for 30 minutes to remove membrane lipids. Protein concentration was measured using the BCA Protein Assay Kit (Thermo Fisher), and 25 ug of protein for each sample was electrophoresed on an 8% or 12% gel. The separated sample was transferred to a PVDF membrane and incubated with the target antibody. Protein bands were expressed by Immobilon Western (Millipore) and detected using Chemi-Doc equipment (Bio-Rad). The following primary antibodies were used: Tau5 anti-tau (1:1,000, Thermo Fisher), AT8 anti-p-tau (1:1,000, Thermo Fisher), anti-OPA1 (1:1,000, Santa Cruz), anti -Mfn1(1:1,000, Abcam), anti-Mfn2(1:1,000, Cell Signaling), anti-Drp1(1:1,000, Cell Signaling), anti-Fis1(1:1,000, Santa Cruz), anti-Ub( 1:4,000, Santa Cruz), anti-LC3B(1:1,000, Cell Signaling), anti-LAMP2(1:1,000, Santa Cruz), anti-Beclin1(1:1,000, Cell Signaling), p62 anti-SQSTM1(1 :1,000, Santa Cruz), 4G8 anti-APP (1:500, Covance), anti-p-Drp1 (Ser637, 1:1000, Cell Signaling) and anti-beta-actin (1:10000,Santa Cruz)

실험예 1: iPSC에 PS1-E120K 돌연변이의 확립 여부Experimental Example 1: Whether PS1-E120K mutation was established in iPSC

iPSC에 PS1-E120K 돌연변이의 확립 여부를 확인하기 위해 면역세포화학적 분석을 실시했다. 또한 iPSC에 PS1-E120K 돌연변이의 확립 여부를 확인하기 위해 핵형 및 염색체 분석을 실시했다. 핵형 분석은 GTG-banding analysis을 통해 이루어졌다. iPSC 펠렛을 100mM Tris-HCl(pH 8.0), 50mM EDTA, 0.2% SDS, 200mM NACL 및 200㎍/ml Proteinase K를 함유하는 용해 완충액 내에서 55 ℃, 3시간 동안 배양 하였다. 게놈 DNA는 이소 프로필 알코올 침전, 이어서 70% 에탄올 세척 단계에 의해 분리되었다. PS1-E120K 단일 뉴클레오티드 돌연변이의 유전자형 결정은 분리된 iPSC 게놈 DNA의 PCR 증폭에 의해 수행되었으며, 이어서 DNA 시퀀싱(Cosmo Genetech, Korea)을 수행 하였다. Total RNA는 TRIzol reagent(Life Technologies) lysis와 이소 프로필 알코올 침전을 사용하여 수동으로 분리하였다. cDNA 합성 키트 (Cosmo Genetech, Korea)를 사용하여 상보적인 DNA를 합성 하였다. Q-PCR 분석은 각 샘플에 대해 100 ng/ul cDNA를 갖는 TB GreenTM Premix Ex TaqTM (TaKaRa)을 사용하여 수행되었다.Immunocytochemical analysis was performed to confirm the establishment of the PS1-E120K mutation in iPSCs. In addition, karyotype and chromosome analysis were performed to confirm the establishment of the PS1-E120K mutation in iPSCs. Karyotype analysis was performed through GTG-banding analysis. The iPSC pellet was incubated at 55° C. for 3 hours in a lysis buffer containing 100mM Tris-HCl (pH 8.0), 50mM EDTA, 0.2% SDS, 200mM NACL, and 200µg/ml Proteinase K. Genomic DNA was separated by isopropyl alcohol precipitation followed by a 70% ethanol wash step. Genotyping of the PS1-E120K single nucleotide mutation was performed by PCR amplification of the isolated iPSC genomic DNA, followed by DNA sequencing (Cosmo Genetech, Korea). Total RNA was manually isolated using TRIzol reagent (Life Technologies) lysis and isopropyl alcohol precipitation. Complementary DNA was synthesized using a cDNA synthesis kit (Cosmo Genetech, Korea). Q-PCR analysis was performed using TB Green Premix Ex Taq (TaKaRa) with 100 ng/ul cDNA for each sample.

iPSC에 PS1-E120K 돌연변이의 확립 여부를 확인하기 위해 센다이바이러스와 미코플라즈마의 잔존 여부에 대한 분석을 실시했다.To confirm the establishment of the PS1-E120K mutation in iPSCs, an analysis was performed on the presence of Sendai virus and mycoplasma.

전체 RNA 분리 및 cDNA 합성 후, 센다이 바이러스 검출을 위한 RT-PCR을 각 샘플에 대해 200 ng/ul 농도의 최종 부피 20 ㎕를 사용하여 수행하였고, 센다이 바이러스 벡터(SeVdp)의 핵 단백질 (NP) 잔존 여부를 검출하기 위해 수행했다. 또한 PCR 기반 e-MycoTM VALiD Mycoplasma 검출 키트(iNtRON, 한국)를 사용하여 세포 배양에서 마이코플라즈마 감염 여부를 조사하였다. PCR은 100ng/ul의 각 시료를 함유 한 최종 부피 20 ul를 사용하여 수행 하였다.After total RNA isolation and cDNA synthesis, RT-PCR for Sendai virus detection was performed using a final volume of 20 μl at a concentration of 200 ng/ul for each sample, and nuclear protein (NP) remains of Sendai virus vector (SeVdp) Was done to detect whether or not. In addition, PCR-based e-Myco TM VALiD Mycoplasma detection kit (iNtRON, Korea) was used to investigate mycoplasma infection in cell culture. PCR was performed using a final volume of 20 ul containing 100 ng/ul of each sample.

도 1에 나타난 바와 같이, PS1-E120K 돌연변이 환자로부터 확립된 iPSC의 OCT4, SOX2, Nanog, SSEA4, Tra-1-81과 같은 미분화 마커를 발현하였다.As shown in FIG. 1, undifferentiated markers such as OCT4, SOX2, Nanog, SSEA4, and Tra-1-81 of iPSCs established from PS1-E120K mutant patients were expressed.

도 2에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC의 DNA 시퀀싱 결과 PS1-E120K 돌연변이 DNA의 유전자형을 관찰할 수 있었다.As shown in FIG. 2, as a result of DNA sequencing of PS1-E120K iPSC, the genotype of PS1-E120K mutant DNA could be observed.

도 3에 나타난 바와 같이, 외배엽 (TUJ1, 녹색), 중배엽(SMA, 녹색), 및 내배엽(AFP, 적색)을 포함하는 3개의 배아층(삼배엽)을 형성하는 iPSC의 분화능을 생체 외에서 관찰할 수 있었다.As shown in Figure 3, the differentiation ability of iPSCs forming three embryonic layers (triderm) including ectoderm (TUJ1, green), mesoderm (SMA, green), and endoderm (AFP, red) can be observed in vitro. Could

도 4에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC와 대조군의 염색체 핵형의 차이를 관찰할 수 있었다.As shown in Figure 4, it was possible to observe the difference between the chromosomal karyotype of the PS1-E120K iPSC and the control group.

도 5에 나타난 바와 같이, 역전사 PCR 분석으로 세포내 잔존하는 센다이 바이러스 벡터나 마이코플라즈마가 없음을 관찰할 수 있었다.As shown in FIG. 5, it was observed that there was no Sendai virus vector or mycoplasma remaining in the cells by reverse transcription PCR analysis.

실험예 2: PS1-E120K 돌연변이 iPSC의 신경계로의 분화 확인Experimental Example 2: Confirmation of differentiation of PS1-E120K mutant iPSC into the nervous system

PS1-E120K 돌연변이 iPSC가 신경계로 분화되었는지 여부를 확인하기 위해 본 실험을 수행하였다. iPSCs는 단일 세포로 해리되었고 96-웰 NunclonTM SpheraTM 마이크로 플레이트(Thermo Fisher)에서 빠르게 재응집되었다. EB(embryoid body)는 20% knockoutTM serum replacement(KSR), 0.1M 비필수 아미노산(NEAA), 0.1M 2- 머캅토 에탄올, 0.1% 항균-항진 용액(모두 Thermo Fisher사로부터 구입함), 10uM SB431542(Reagent Direct) 및 10uM LDN 193189(Reagent Direct)를 포함하는 DMEM/F12에서 8일 동안 신경세포로의 분화를 유도하며 배양되었다. 이러한 신경계 유도 EB는 AccutaseTM(Stem Cell Technologies)을 사용하여 해리되었으며 15㎍/ml 폴리-L-오르니틴(Sigma) 및 5㎍/ml 라미닌(Sigma)로 코팅 된 배양접시 위에 도포하였다.This experiment was performed to confirm whether the PS1-E120K mutant iPSC was differentiated into the nervous system. iPSCs were aggregated rapidly from the cells were dissociated into a single 96-well Nunclon TM TM Sphera microplate (Thermo Fisher). EB (embryoid body) is 20% knockout TM serum replacement (KSR), 0.1M non-essential amino acids (NEAA), 0.1M 2-mercapto ethanol, 0.1% antibacterial-promoting solution (all purchased from Thermo Fisher), 10uM It was cultured in DMEM/F12 containing SB431542 (Reagent Direct) and 10uM LDN 193189 (Reagent Direct) for 8 days while inducing differentiation into neurons. These nervous system-inducing EBs were dissociated using Accutase (Stem Cell Technologies) and were coated on a culture dish coated with 15 μg/ml poly-L-ornithine (Sigma) and 5 μg/ml laminin (Sigma).

일단 신경전구세포(NPCs)가 형성되면, 0.1M 비필수 아미노산(NEAA), 0.1M 2-머캅토 에탄올, 0.1% 항균-항진 용액, 1% DGlucose(Life Technologies), 비타민 A가 없는 1% B27 보충제(모두 Thermo Fisher사로부터 구입함), 200mM L-Glutamine(Sigma) 및 20ng/ml 염기성 섬유 모세포 성장 인자 (bFGF, PeproTech Korea)를 포함하는 DMEM/F12 배지에서 배양 하였다.Once neural progenitor cells (NPCs) are formed, 0.1M non-essential amino acids (NEAA), 0.1M 2-mercapto ethanol, 0.1% antibacterial-promoting solution, 1% DGlucose (Life Technologies), 1% B27 without vitamin A Supplements (all purchased from Thermo Fisher), 200mM L-Glutamine (Sigma) and 20ng / ml basic fibroblast growth factor (bFGF, PeproTech Korea) containing DMEM / F12 culture medium containing.

마지막으로, PLO/laminin로 코팅된 디쉬 내의 비타민 A가 없는 1% B27 보충제, 1x Glutamax(Thermo Fisher), BDNF 10ng/ml, GDNF 10ng/ml, 뉴로트로핀-3(NT3) 10ng/ml(모두 PeproTech Korea로부터 구입함)를 포함하는 Neurobasal A 배지에서, NPC를 10주 동안 대뇌 피질 뉴런으로 분화시켰다.Finally, 1% B27 supplement without vitamin A in dishes coated with PLO/laminin, 1x Glutamax (Thermo Fisher), BDNF 10 ng/ml, GDNF 10 ng/ml, Neurotropin-3 (NT3) 10 ng/ml (all (Purchased from PeproTech Korea) in Neurobasal A medium, NPCs were differentiated into cortical neurons for 10 weeks.

도 6에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC에서 분화된 신경전구세포에서 SOX2/DAPI, Nestin/DAPI 및 Musashi/DAPI 등의 신경전구체 마커의 발현을 관찰할 수 있었다.As shown in FIG. 6, expression of neuroprecursor markers such as SOX2/DAPI, Nestin/DAPI, and Musashi/DAPI could be observed in the neuronal progenitor cells differentiated from PS1-E120K iPSC.

도 7에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC에서 분화된 대뇌 피질 뉴런에서 TUJ1/DAPI, MAP2/DAPI, TBR1/CTIP2 및 ChAT/MAP2와 같은 신경세포 마커의 발현을 관찰할 수 있었다. 또한 본 실험예에서 높은 수준의 신경세포 분화를 관찰했으며, 다음은 각 뉴런 유형의 상대적 백분율(대조군 vs PS1-E120K iPSC 유래 뉴런)이다. MAP2(80.24% ± 2.47 vs. 80.45% ± 1.81), TBR1(61.29% ± 2.23 vs64.69% ± 3.47) 및 CTIP2(59.65% ± 3.28 vs 49.40% ± 6.73)으로 나타나며, 그 중 TBR1 / CTIP double 양성 뉴런의 비율은 58.02% ± 4.43 vs 48.41% ± 6.93으로 비교적 높았으며 대뇌 피질 신경 세포 분화가 효율적임을 나타냈다. 또한 콜린성 뉴런에 대한 마커인 ChAT(74.25 % ± 6.69 vs 81.20 % ± 2.23)의 높은 수치를 관찰했다.As shown in FIG. 7, expression of neuronal markers such as TUJ1/DAPI, MAP2/DAPI, TBR1/CTIP2 and ChAT/MAP2 could be observed in cortical neurons differentiated from PS1-E120K iPSC. In addition, a high level of neuronal differentiation was observed in this experimental example, and the following is the relative percentage of each neuron type (control vs. PS1-E120K iPSC-derived neurons). MAP2 (80.24% ± 2.47 vs. 80.45% ± 1.81), TBR1 (61.29% ± 2.23 vs64.69% ± 3.47) and CTIP2 (59.65% ± 3.28 vs 49.40% ± 6.73), of which TBR1 / CTIP double positive The proportion of neurons was relatively high at 58.02% ± 4.43 vs 48.41% ± 6.93, indicating that cortical neuron differentiation was efficient. In addition, high levels of ChAT (74.25% ± 6.69 vs 81.20% ± 2.23), a marker for cholinergic neurons, were observed.

도 8에 나타난 바와 같이, 대조군과 PS1-E120K iPSC 간에는 신경 세포 분화 경향에 유의한 차이가 없었다.As shown in FIG. 8, there was no significant difference in the neural cell differentiation tendency between the control and PS1-E120K iPSCs.

실험예 3: PS1-E120K 돌연변이 iPSC 유래 뉴런의 Aβ 및 인산화 타우 단백질 증가 확인Experimental Example 3: Confirmation of increase in Aβ and phosphorylated tau protein in PS1-E120K mutant iPSC-derived neurons

가족력 AD(PS1-E120K)의 기능적 측면을 분석하기 위해 분화 후 6주 및 10주차 경과된 조정 배지의 iPSC 유래 뉴런으로부터 Aβ분비량을 조사하였다. 마지막 배지 교환 후 48시간 후의 시점에 Aβ40과 Aβ42의 발현양을 조사하였다.In order to analyze the functional aspects of familial AD (PS1-E120K), the amount of Aβ secretion was investigated from iPSC-derived neurons in the conditioned medium 6 and 10 weeks after differentiation. The expression levels of Aβ 40 and Aβ 42 were investigated 48 hours after the last medium exchange.

ELISA분석 결과 도 9에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 배양 된 세포 외(extracellular) Aβ42 및 Aβ40 발현양은 대조군과 비교하여 Aβ42 발현량이 2배 이상 극적으로 증가하였다. 그러나 Aβ40 발현량의 차이는 검출되지 않았으며 Aβ42 / Aβ40의 비율이 2배 이상 유의적으로 증가하였다.ELISA analysis, as shown in Figure 9, PS1-E120K and in iPSC-derived neurons compared to the extracellular (extracellular) Aβ 42 and Aβ 40 expression amount of a control culture increased by Aβ 42 expression amount is more than two times dramatically. However, no difference in the expression level of Aβ 40 was detected, and the ratio of Aβ 42 / Aβ 40 was significantly increased more than 2 times.

PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 세포 내(intracellular) Aβ42 및 Aβ40 발현양은 대조군과 비교하여 Aβ42 발현량 및 Aβ42 / Aβ40의 비율 또한 유의적으로 증가하였다.In the PS1-E120K iPSC-derived neurons, intracellular Aβ 42 and Aβ 40 expression levels were significantly increased compared to the control group, Aβ 42 expression level and Aβ 42 / Aβ 40 ratio.

도 10의 면역세포화학적 분석에서 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 대조군에 비해 APP 발현량이 현저하게 증가하였다.As shown in the immunocytochemical analysis of FIG. 10, the amount of APP expression was significantly increased in PS1-E120K iPSC-derived neurons compared to the control group.

도 11의 웨스턴 블롯과 ELISA 분석결과에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC 유래 뉴런은 대조군에 비해 APP 발현량이 현저하게 증가하였다.As shown in the Western blot and ELISA analysis results of FIG. 11, the PS1-E120K iPSC-derived neurons significantly increased the amount of APP expression compared to the control group.

실험예 4: PS1-E120K 돌연변이 iPSC 유래 뉴런의 인산화 단백질 증가 확인Experimental Example 4: Confirmation of increase in phosphorylated protein of PS1-E120K mutant iPSC-derived neurons

타우 단백질은 일반적으로 축삭(axon)에 용해된 형태로 존재하나 과인산화되면서 수상 돌기와 세포체에 축적된다. iPSC 유래 뉴런에서 인산화 된 타우 (p-tau) 수준을 분석하기 위해, AT180(Thr231이 인산화됨), p-Tau(Ser400, Thr403/Ser404가 인산화됨) 및 Tau5(전체 타우)에 대한 항체를 사용하여 웨스턴 블롯 분석을 수행했다. 도 12에 나타난 바와 같이, AT8, AT180 및 p-tau의 분획을 나타내는 다중 밴드가 존재하고, 각각의 단백질 발현이 대조군과 비교하여 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 강하게 증가한다는 것을 발견했다. 이러한 연구 결과는 심각한 Braak stage에 있는 알츠하이머 환자의 뇌 조직과 PSEN1 및 APP 돌연변이를 가진 신경 세포가 대조군에 비해 p-tau (> 50 kDa)의 다중 밴드를 나타낸다는 사실을 보고한 이전 연구 결과와 일치한다.The tau protein is generally present in a dissolved form in axons, but is accumulated in dendrites and cell bodies as they become hyperphosphorylated. To analyze phosphorylated tau levels in iPSC-derived neurons, antibodies against AT180 (Thr231 phosphorylated), p-Tau (Ser400, Thr403/Ser404 phosphorylated) and Tau5 (total tau) were used. Then, Western blot analysis was performed. As shown in FIG. 12, it was found that there are multiple bands representing the fractions of AT8, AT180 and p-tau, and that the expression of each protein is strongly increased in PS1-E120K iPSC-derived neurons compared to the control. These findings are consistent with previous studies that reported that brain tissue from Alzheimer's patients in severe Braak stage and neurons with PSEN1 and APP mutations exhibit multiple bands of p-tau (> 50 kDa) compared to controls. do.

또한 전체 타우 (Tau5) 발현량의 증가가 있었는데, 이는 집계된 타우 분획의 탄탄한 증가와 관련이 있음을 나타낸다. 분화 10주차에 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 분획된 타우의 증가를 발견했으므로, 조정 배지(CM)를 사용하여 용해성 타우를 검출하기 위해 tau ELISA를 수행했다. 세포 수준에서 p-tau 축적을 더 조사하기 위해 AT8에 대한 항체를 사용하여 면역 세포 화학 분석을 수행한 결과 도 13 및 14에 나타난 바와 같이, 대조군과 달리 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런의 AT8 발현이 세포체(soma)에 국한되어 있음을 발견했다. In addition, there was an increase in the total expression level of tau (Tau5), indicating that it was associated with a robust increase in the aggregated tau fraction. Since an increase in fractionated tau in PS1-E120K iPSC-derived neurons was found at week 10 of differentiation, tau ELISA was performed to detect soluble tau using conditioned medium (CM). In order to further investigate p-tau accumulation at the cellular level, immunocytochemical analysis was performed using an antibody against AT8. As shown in Figs. 13 and 14, unlike the control, AT8 expression of PS1-E120K iPSC-derived neurons (soma).

실험예 5: PS1-E120K 돌연변이 iPSC 유래 뉴런에서 미토콘드리아 융합 및 분열의 불균형 확인Experimental Example 5: Confirmation of imbalance of mitochondrial fusion and division in PS1-E120K mutant iPSC-derived neurons

미토콘드리아 분열과 융합의 균형이 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 손상되었는지 여부를 조사하기 위해, 미토콘드리아 분열 관련 단백질 Drp1(다이나민 관련 단백질 1), p-Drp1(Ser637에서 Drp1의 억제성 인산화 검출용) 및 Fis1(미토콘드리아 분열 1 단백질); 및 융합 관련 단백질 OPA1 (시신경 위축 1 유전자 단백질), Mfn1 (막 단백질 mitofusin 1) 및 Mfn2 (막 단백질 mitofusin 2)의 발현양을 측정하였다.To investigate whether the balance between mitochondrial cleavage and fusion was impaired in PS1-E120K iPSC-derived neurons, the mitochondrial cleavage-related protein Drp1 (dyinamine-related protein 1), p-Drp1 (for detection of inhibitory phosphorylation of Drp1 in Ser637) and Fis1 (mitochondrial cleavage 1 protein); And the expression levels of the fusion-related proteins OPA1 (optic nerve atrophy 1 gene protein), Mfn1 (membrane protein mitofusin 1), and Mfn2 (membrane protein mitofusin 2).

웨스턴 블롯 결과, 도 15에 나타난 바와 같이, 대조군에 비하여 PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 Drp1 발현의 유의적인 증가, 억제성인 p-Drp1(Ser637)의 감소, 그에 따른 p-Drp1(Ser637)/Drp1의 비율의 감소 및 Fis1의 약간의 증가를 관찰할 수 있었다. 또한, OPA1, Mfn1 및 Mfn2의 발현이 대조군과 비교할 때 PS1-E120K 유래 뉴런에서 현저히 감소됨을 발견했다.As a result of Western blot, as shown in FIG. 15, compared to the control group, the significant increase in Drp1 expression in PS1-E120K iPSC-derived neurons, the decrease in the inhibitory p-Drp1 (Ser637), and the corresponding p-Drp1 (Ser637)/Drp1 A decrease in the ratio and a slight increase in Fis1 could be observed. In addition, it was found that the expression of OPA1, Mfn1 and Mfn2 was significantly reduced in PS1-E120K-derived neurons when compared to the control group.

Q-PCR 분석 결과, 도 16에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC 유래 뉴런의 분열 관련 유전자(DRP1) 발현의 증가 및 융합 관련 유전자(Mfn1) 발현의 감소가 대조군 뉴런과 비교하여 극적으로 나타났다.As a result of Q-PCR analysis, as shown in FIG. 16, the increase in the expression of the division-related gene (DRP1) and the decrease in the expression of the fusion-related gene (Mfn1) in the PS1-E120K iPSC-derived neuron was dramatically compared with that of the control neuron.

또한, mitophagy 관련 단백질 PINK1과 PARKIN은 대조군과 비교하여 PS1-E120K 유래 뉴런에서 극적으로 증가했다. 이러한 결과는 PSEN1 돌연변이가 손상된 미토콘드리아 분열 및 융합을 초래할 수 있음을 강력히 시사한다.In addition, mitophagy-related proteins PINK1 and PARKIN were dramatically increased in PS1-E120K-derived neurons compared to the control group. These results strongly suggest that PSEN1 mutations can lead to impaired mitochondrial division and fusion.

실험예 6: PS1-E120K 돌연변이 iPSC 유래 뉴런에서 미토콘드리아 자가포식 기능 저해 확인Experimental Example 6: Confirmation of inhibition of mitochondrial autophagy function in PS1-E120K mutant iPSC-derived neurons

자가포식(autophagy) 기능의 결함은 신경 모세 혈관 및 섬유성 타우의 존재와 관련이 있는 AD에서 발생하는 것으로 알려져 있다. PS1이 autophagy lysosome system을 이용한 비정상 단백질의 분해에 필요하다는 것이 이전에 밝혀졌다. 이것을 PS1-E120K 유래 뉴런을 대상으로 추가로 연구하기 위해, 다음과 같이 autophagy 관련 단백질의 발현양을 측정했다: 유비퀴틴(Ub), p62(SQSTM1, 시퀘스토좀 1; 수송 단백질 마커), Beclin1(자가포식소체 막 형성 관련 단백질), LC3b(경쇄 3; 자가포식 소체 형성 마커) 및 LAMP2 (리소좀 막 관련 단백질).Defects in autophagy function are known to occur in AD, which is associated with the presence of neurocapillaries and fibrotic tau. It was previously shown that PS1 is required for the degradation of abnormal proteins using the autophagy lysosome system. To further study this in PS1-E120K-derived neurons, the expression levels of autophagy-related proteins were measured as follows: ubiquitin (Ub), p62 (SQSTM1, siquestosome 1; transport protein marker), Beclin1 (autophagy). Phagosome membrane formation related protein), LC3b (light chain 3; autophagosome formation marker) and LAMP2 (lysosomal membrane related protein).

웨스턴 블롯 분석 결과, 도 17에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC 유래 뉴런에서 Ub와 LC3b-II(활성 상태의 LC3b)의 발현 수준이 유의하게 증가하였다. 세포 수준에서 LC3B 발현을 조사하기 위해 면역 세포 화학적 분석을 수행한 결과 도 18에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC 유래 뉴런이 대조군과 비교하여 세포체(soma) 영역 주변에서 LC3b의 극적인 증가를 나타냄을 확인했다. 대조적으로, 샤페론 매개 자가포식소체 및 리소좀 막 마커, LAMP2는 PS1 - E120K iPSC 파생 뉴런에서 극적인 감소를 보여 주었다.As a result of Western blot analysis, as shown in FIG. 17, the expression levels of Ub and LC3b-II (active LC3b) were significantly increased in PS1-E120K iPSC-derived neurons. As a result of performing immunocytochemical analysis to investigate LC3B expression at the cellular level, it was confirmed that the PS1-E120K iPSC-derived neurons showed a dramatic increase in LC3b around the soma region compared to the control as shown in FIG. did. In contrast, the chaperone-mediated autophagy and lysosome membrane marker, LAMP2, showed a dramatic decrease in PS1-E120K iPSC-derived neurons.

자가포식의 손상된 기능을 더 조사하기 위해 리소좀 기능을 방해하는 것으로 알려진 화합물인 10uM 클로로퀸(CQ)의 처리로 자가포식 흐름 분석(autophagy flux assay)을 수행했다. 도 18에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC 유래 NPC에서 CQ 처리 후 LC3B-II 발현이 대조군에 비해 유의하게 증가하였다.To further investigate the impaired function of autophagy, an autophagy flux assay was performed with the treatment of 10uM chloroquine (CQ), a compound known to interfere with lysosome function. As shown in Figure 18, after CQ treatment in the PS1-E120K iPSC-derived NPC, LC3B-II expression was significantly increased compared to the control group.

또한 Cyto ID로 살아있는 상태 (live cell)에서의 염색을 수행한 결과, 도 19에 나타난 바와 같이, PS1-E120K iPSC에서 추출한 NPC는 대조군 세포에 비해 자가포식 소체의 수가 극적으로 증가했다. 이것은 PS1-E120K 돌연변이가 있는 분화된 뉴런에서 자가포식 작용과 리소좀의 발현에 변화를 일으키는 것을 보여준다.In addition, as a result of performing staining in a live cell with Cyto ID, as shown in FIG. 19, the NPC extracted from PS1-E120K iPSC dramatically increased the number of autophagy compared to the control cells. This shows that the PS1-E120K mutation causes autophagy and changes in lysosome expression in differentiated neurons.

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 소뇌성 실조증을 동반하는 알츠하이머병을 예방 또는 치료하는데 효과적인 약물을 스크리닝하는 방법으로서,
알츠하이머 환자의 혈액으로부터 분리된 E120K 치환을 갖는 프레세닐린1(PS1) 돌연변이체 유전자를 함유하는 인간 PBMC로부터 역분화된 유도만능 줄기세포를 분화시켜 얻어진 신경세포를 시험 물질과 접촉시키는 단계;
상기 접촉된 신경세포의 높은 발현양의 베타 아밀로이드, 높은 발현양의 인산화된 타우, 미토콘드리아 운동 장애, 미토콘드리아 분열과 융합의 불균형 및 증가된 자가포식 중 하나 이상을 측정하는 단계;
상기 측정된 결과를 상기 시험 물질과 접촉되지 않은 상기 신경세포로부터 측정된 결과와 비교하는 단계;를 포함하는 방법.
As a method for screening a drug effective for preventing or treating Alzheimer's disease accompanying cerebellar ataxia,
Contacting neurons obtained by differentiating induced pluripotent stem cells dedifferentiated from human PBMCs containing a presenilin 1 (PS1) mutant gene having an E120K substitution isolated from the blood of Alzheimer's patients with a test substance;
Measuring at least one of high expression levels of beta amyloid, high expression levels of phosphorylated tau, mitochondrial dyskinesia, imbalance of mitochondrial division and fusion, and increased autophagy of the contacted neurons;
Comprising the step of comparing the measured results with the results measured from the nerve cells not in contact with the test substance.
청구항 13에 있어서, 상기 높은 발현양의 베타 아밀로이드, 높은 발현양의 인산화된 타우, 미토콘드리아 운동 장애, 미토콘드리아 분열과 융합의 불균형 및 증가된 자가포식 중 하나 이상의 측정 결과가 나타나는 경우, 상기 시험 물질을 소뇌성 실조증을 동반하는 알츠하이머 병을 예방 또는 치료하는데 효과적인 약물로서 선택하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.The method according to claim 13, wherein when one or more of the high expression levels of beta amyloid, high expression levels of phosphorylated tau, mitochondrial dyskinesia, imbalance of mitochondrial division and fusion, and increased autophagy appear, the test substance is reduced. The method further comprising the step of selecting as an effective drug for preventing or treating Alzheimer's disease accompanying cerebral ataxia.
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ISSCR 2017 annual meeting, 학회 포스터 초록집, p.132, No. W-1152, INTERNATIONAL SOCIETY FOR STEM CELL RESEARCH , JUNE 14-17, BOSTON CONVENTION CENTER, USA(2017)*

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