KR20020013523A - REAGENTS AND METHODS FOR IDENTIFYING AND MODULATING EXPRESSION OF GENES REGULATED BY p21 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세포 주기 진행, 성장 촉진, 아폽토시스, 세포 노화 및 노령의 조절에 관여하는 유전자를 확인하기 위한 방법 및 시약, 및 p21에 의해 조절되는, 세포 노화를 억제시키거나 증강시키는 화합물을 확인하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides methods and reagents for identifying genes involved in the regulation of cell cycle progression, growth promotion, apoptosis, cell aging and old age, and methods for identifying compounds that inhibit or enhance cell senescence, regulated by p21. It is about.
Description
p21WAF1/CIP1/SDI1은 포유류의 세포에서 성장 정지 및 노화의 중요한 매개체이다. p21은 야생형 p53에 의해 상향조절되는 유전자로서[el-Deiry et al., 1993, CancerRes.55:2910-2919] 및 노화 섬유아세포에서 과잉발현된 성장 억제 유전자로서[Noda et al., 1994, Exp. Cell. Res.211: 90-98] 사이클린-의존성 키나제(CDK)와 결합하여 억제하는 단백질로서 여러가지 그룹에 의해 독립적으로 확인되었다[Harper et al., 1993, Cell.75: 805-816]. p53 조절된 성장 정지에서 이것의 중추 역할로 인해, p21은 일반적으로 종양 서프레서로서 간주된다. 그럼에도 불구하고, 사람 암에서 p21 돌연변이는 희박하고[Hall & Peters, 1996, Adv. Cancer Res.68:67-108], p21 녹아웃(knockout) 마이스는 정상적으로 발달되며 종양형성의 속도가 증가됨을 나타내지 않는다[Deng et al., 1995, Cell82:675-684].p21 WAF1 / CIP1 / SDI1 is an important mediator of growth arrest and senescence in mammalian cells. p21 is a gene upregulated by wild type p53 [el-Deiry et al., 1993, Cancer Res. 55 : 2910-2919] and as growth inhibitory genes overexpressed in aging fibroblasts [Noda et al., 1994, Exp. Cell. Res. 211 : 90-98] Proteins that bind and inhibit cyclin-dependent kinase (CDK) have been independently identified by various groups [Harper et al., 1993, Cell. 75 : 805-816]. Due to its central role in p53 regulated growth arrest, p21 is generally regarded as a tumor suppressor. Nevertheless, p21 mutations in human cancers are sparse [Hall & Peters, 1996, Adv. Cancer Res. 68 : 67-108], p21 knockout mice develop normally and do not indicate an increased rate of tumorigenicity [Deng et al., 1995, Cell 82 : 675-684].
p21의 세포 레벨은 DNA-손상 및 분화작용제를 포함하는, 다양한 자극에 반응하여 증가된다. 일부 이러한 반응은 p53에 의한 p21 유전자의 전사 활성을 통해 매개되지만, p21은 다양한 p53-독립 인자에 의해 조절된다[reviewed in Gartel & Tyner, 1999, Exp. Cell Res.227: 171-181]. 증가된 p21 발현으로 인해 세포 성장 정지가 발생하며[Noda et al., 1994, ibid.], G1 및 G2 양쪽에서 일어나고[Niculescu et al., 1998, Mol. Cell. Biol.18: 629-643], 노화의 형태학적 및 표현형적 마커의 개발이 뒤따른다[Vogt et al., 1998, Cell Growth Differ.9: 139-146; McConnell et al., 1998, Curr. Biol.8: 351-354; Bates et al., 1998, Oncogene17: 1691-1703; Fang et al., 1999, Oncogene18: 2789-2797].The cellular level of p21 is increased in response to various stimuli, including DNA-damaging and differentiating agents. Some such responses are mediated through the transcriptional activity of the p21 gene by p53, but p21 is regulated by a variety of p53-independent factors [reviewed in Gartel & Tyner, 1999, Exp. Cell Res. 227 : 171-181. Increased p21 expression results in cell growth arrest [Noda et al., 1994, ibid.] And occurs in both G1 and G2 [Niculescu et al., 1998, Mol. Cell. Biol. 18 : 629-643], followed by the development of morphological and phenotypic markers of aging [Vogt et al., 1998, Cell Growth Differ. 9 : 139-146; McConnell et al., 1998, Curr. Biol. 8 : 351-354; Bates et al., 1998, Oncogene 17 : 1691-1703; Fang et al., 1999, Oncogene 18 : 2789-2797].
p21의 순간 유도는 세포가 DNA 손상을 수복하게 하는 순간 정지뿐 아니라, 종양원성 RAS의 DNA 손상 또는 도입에 의해[Serrano et al., 1997, Cell88: 593-602] 정상 섬유아세포[DiLeonardo et al., 1994, Genes Develop.8:2540-2551;Robles & Adami, 1998, Oncogene16: 1113-1123] 및 종양 세포[Chang et al., 1999, Cancer Res.59: 3761-3767]에서 유도되는, 영구적인 성장 정지("가속된 노화"로 지칭된다)를 포함하는, 상이한 형태의 손상-유도된 성장 정지를 매개한다. p21 발현의 고조는 고령 섬유아세포의 복제 노화 동안 말단 성장 정지의 개시[Noda et al., 1994, ibid.; Alcorta et al., 1996, Proc. Natl. Acad. Sci USA93:13742-13747; Stein et al., 1999, Mol. Cell. Biol.19:2109-2117] 및 유사분열 후 세포의 말단 분화[El-Diery et al., 1995, ibid.; Gartel et al., 1996, Exp. Cell Res.246: 280-289]와 일치한다. p21(p21-/-동형접합체)을 발현할 수 없는 세포의 분석을 통해 정상 섬유아세포의 복제 노화[Brown et al., 1997, Science277:831-834] 및 종양 세포의 가속된 노화[Chang et al., 1999, Oncogene18: 4808-4818]에서, 순간 G1 및 G2 정지에 있어서 p21의 필요성을 증명하였다[Deng et al., 1995, ibid.; Waldman et al., 1995, Cancer Res.55: 5187-5190; Bunz et al., 1998, Science282: 1497-1501].Momentary induction of p21 is not only a momentary arrest that allows cells to repair DNA damage, but also by normal DNA fibroblasts [Serrano et al., 1997, Cell 88 : 593-602] by the DNA damage or introduction of oncogenic RAS [DiLeonardo et al. , 1994, Genes Develop. 8 : 2540-2551; Robles & Adami, 1998, Oncogene 16 : 1113-1123 and tumor cells [Chang et al., 1999, Cancer Res. 59 : 3761-3767 mediates different forms of damage-induced growth arrest, including permanent growth arrest, referred to as “accelerated aging”. Elevation of p21 expression is associated with the onset of terminal growth arrest during replication senescence in older fibroblasts [Noda et al., 1994, ibid .; Alcorta et al., 1996, Proc. Natl. Acad. Sci USA 93 : 13742-13747; Stein et al., 1999, Mol. Cell. Biol. 19 : 2109-2117] and terminal differentiation of cells after mitosis [El-Diery et al., 1995, ibid .; Gartel et al., 1996, Exp. Cell Res. 246 : 280-289. Replication aging of normal fibroblasts [Brown et al., 1997, Science 277 : 831-834] and accelerated aging of tumor cells through analysis of cells that cannot express p21 (p21-/-homozygotes) [Chang et al. al., 1999, Oncogene 18 : 4808-4818, demonstrated the need for p21 for transient G1 and G2 arrests [Deng et al., 1995, ibid .; Waldman et al., 1995, Cancer Res. 55 : 5187-5190; Bunz et al., 1998, Science 282 : 1497-1501.
p21 자체가 전사 인자는 아니지만, 세포 기능에서 역할할 수 있는 유전자 발현에 간접적인 영향을 가지고 있다. 가장 잘 알려진 p21의 생화학적 기능은 세포 주기의 상이한 기 사이에서 전이를 조절하는 CDK 복합체를 억제하는 것이다[reviewed in Gartel & Tyner, 1998, "The growth regulatory role of p21(WAF1/CIP1),"in INHIBITORS OF CELL GROWTH, PROGESS IN MOLECULAR AND SUBCELLULAR BIOLOGY, Vol. 20 (A. Macieir-Coelho, ed.), Springer-Verlag: Berlin Heidelberg, pp. 43-71.]. CDK 억제의 결과중 하나는 Rb의 탈인산화로, 차례로 DNA 복제 및 세포 순환 진행과 관련된 다수의 유전자를 조절하는 E2F 전사 인자를 억제한다[Nevins, 1998, Cell Growth Differ.9: 585-593]. p21 발현 세포(p21+/+) 및 p21 비발현 세포(p21-/-)의 비교는 여러가지의 E2F 조절된 세포 유전자의 방사선 유도된 억제에서 p21과 관련되어 있다[de Toledo et al., 1998, Cell Growth Differ.9:887-896]. p21에 의한 CDK 억제의 다른 결과는 NFκB를 증대시키는 전사 보조인자 p300의 자극이다[Perkins et al., 1988, Science275: 523-527]. 다수의 유도가능한 전사 인자를 향상시키는 히스톤 아세틸트랜스퍼라제 p300은 유전자 발현에 대해 다면발현성 효과를 가질 수 있다[Snowden & Perkins, 1988, Biochem. Pharmacol.55: 1947-1954]. p21은 또한 CDK 이외의 단백질과의 상호작용을 통해 유전자 발현에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, p21은 각질세포 분화 마커의 발현을 억제하는 것으로 알려졌고; 이러한 효과는 CDK 억제에 요구되지 않지만 증식 세포 핵 항원과 결합하는 것으로 알려진, p21의 C-말단 부분에 의존한다[Di Cunto et al., 1998, Science280: 1069-1072]. p21은 또한 JNK 키나제[Shim et al., 1996, Nature381: 804-807], 아폽토시스 신호 조절 키나제 1[Asada et al., 1999, EMBO J.18: 1223-1234] 및 Gadd45[Kearsey et al., 1995, Oncogene11: 1675-1683]와 결합하는 것으로 보고되었고, 이러한 상호작용은 상응하는 경로에 의해 조절된 유전자의 발현에 영향을 미칠 수 있다.p21 itself is not a transcription factor, but has an indirect effect on gene expression that may play a role in cellular function. The most well known biochemical function of p21 is to inhibit CDK complexes that regulate metastasis between different phases of the cell cycle [reviewed in Gartel & Tyner, 1998, "The growth regulatory role of p21 (WAF1 / CIP1)," in INHIBITORS OF CELL GROWTH, PROGESS IN MOLECULAR AND SUBCELLULAR BIOLOGY, Vol. 20 (A. Macieir-Coelho, ed.), Springer-Verlag: Berlin Heidelberg, pp. 43-71.]. One consequence of CDK inhibition is the dephosphorylation of Rb, which in turn inhibits E2F transcription factors that regulate many genes involved in DNA replication and cell circulation progression [Nevins, 1998, Cell Growth Differ. 9 : 585-593]. Comparison of p21 expressing cells (p21 + / +) and p21 non-expressing cells (p21 − / −) is related to p21 in radiation induced inhibition of various E2F regulated cell genes [de Toledo et al., 1998, Cell Growth Differ. 9 : 887-896]. Another consequence of CD21 inhibition by p21 is the stimulation of the transcriptional cofactor p300, which enhances NFκB (Perkins et al., 1988, Science 275 : 523-527). Histone acetyltransferase p300, which enhances a number of inducible transcription factors, may have a pleiotropic effect on gene expression [Snowden & Perkins, 1988, Biochem. Pharmacol. 55 : 1947-1954. p21 can also affect gene expression through interaction with proteins other than CDK. For example, p21 has been known to inhibit the expression of keratinocyte differentiation markers; This effect is not required for CDK inhibition but depends on the C-terminal portion of p21, which is known to bind to proliferating cell nuclear antigens (Di Cunto et al., 1998, Science 280 : 1069-1072). p21 also contains JNK kinases [Shim et al., 1996, Nature 381 : 804-807], apoptosis signal regulatory kinase 1 [Asada et al., 1999, EMBO J. 18 : 1223-1234] and Gadd45 [Kearsey et al. , 1995, Oncogene 11 : 1675-1683], and this interaction may affect the expression of genes regulated by corresponding pathways.
당분야에서는 발현이 p21 유전자 발현의 유도에 의해 조절되는 유전자를 확인할 필요성이 존재한다. 또한 당분야에서는 세포노화, 발암 및 연령 관련 질환에 대한 화합물의 영향을 평가하기 위한 표적을 개발할 필요성이 존재한다.There is a need in the art to identify genes whose expression is regulated by induction of p21 gene expression. There is also a need in the art to develop targets for assessing the effects of compounds on cell aging, carcinogenesis and age-related diseases.
본 발명은 세포 노화 및 노화에 뒤따르는 세포 유전자 발현에서 변화에 관한 것이다. 특히 본 발명은 노화의 시작시 세포에서 유도된, 세포 유전자 생성물, p 21에 의해 발현이 조절되는 유전자의 확인에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 p21에 의해 발현이 유도되거나 억제되는 유전자인 세포 노화의 마커를 제공한다. 본 발명은 이러한 마커 유전자의 억제 또는 유도의 억제를 검출함으로써 세포 노화를 억제하거나 증강시키는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 또한 실험적으로 유도가능한 p21을 엔코딩하는 재조합 발현 구성물을 함유하는 재조합 포유류 세포 및 p21에 의해 조절되는 유전자의 프로모터의 전사 제어를 받는 리포터 유전자를 발현시키는 재조합 발현 구성물을 함유하는 재조합 포유류 세포인 시약이 제공된다.The present invention relates to cellular aging and changes in cellular gene expression following aging. In particular, the present invention relates to the identification of genes whose expression is regulated by the cellular gene product, p 21, induced in cells at the onset of aging. More specifically, the present invention provides markers of cellular senescence that are genes whose expression is induced or inhibited by p21. The present invention provides a method for identifying compounds that inhibit or enhance cellular senescence by detecting the inhibition of or inhibition of such marker genes. There is also provided a reagent which is a recombinant mammalian cell containing a recombinant expression construct encoding an experimentally inducible p21 and a recombinant mammalian cell containing a recombinant expression construct expressing a reporter gene under transcriptional control of a promoter of a gene regulated by p21. do.
본 발명은 p21 유전자 발현의 유도에 의해 발현이 조절되는 유전자를 확인하는 시약과 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 제 1 단계로서, 세포 노화, 발암 및 연령 관련 질환을 예방하거나, 항암 치료의 효능을 증가시키기 위한 시성 약물 디자인에 있어서, 세포 유전자 발현에 대한 p21의 영향을 억제하거나 증강시키는 화합물을 확인하기 위한 시약 및 방법을 제공한다.The present invention provides reagents and methods for identifying genes whose expression is regulated by induction of p21 gene expression. In addition, the present invention provides a compound which inhibits or enhances the effect of p21 on cellular gene expression in the design of a trial drug for preventing cell aging, carcinogenesis and age-related diseases or increasing the efficacy of anti-cancer treatment as a first step. It provides reagents and methods to confirm.
제 1면에서, 본 발명은 유도가능한 p21 유전자를 함유하는 포유류 세포를 제공한다. 바람직한 구체예에서, 포유류 세포는 유도가능한 p21 유전자를 엔코딩하는 재조합 발현 구성물을 포함하는 재조합 포유류 세포이다. 보다 바람직하게, 구성물은 유도가능한 프로모터의 전사 제어를 받는 p21, 가장 바람직하게는 사람 p21을 엔코딩하는 누클레오티드 서열을 포함한다. 다른 구체예에서, 구성물은 CDK 결합 도메인을 포함하는, 보다 바람직하게는 p21 아미노산 서열의 아미노산 1 내지 78을 포함하는 p21의 아미노 말단 부분을 엔코딩하는 누클레오티드 서열을 포함한다. 보다 바람직한 구체예에서, 유도가능한 프로모터는 세포를 유도가능한 프로모터로부터 전사를 유도하는 유도제, 가장 바람직하게는 생리적인 중성 유도제와 접촉시키거나 이러한 프로모터로부터 전사를 억제하는 작용제를 제거시킴으로써 유도될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 포유류 세포는 섬유육종 세포이다.In a first aspect, the present invention provides a mammalian cell containing an inducible p21 gene. In a preferred embodiment, the mammalian cell is a recombinant mammalian cell comprising a recombinant expression construct encoding an inducible p21 gene. More preferably, the construct comprises a nucleotide sequence encoding p21, most preferably human p21, under transcriptional control of the inducible promoter. In another embodiment, the construct comprises a nucleotide sequence that encodes an amino terminal portion of p21 comprising a CDK binding domain, more preferably comprising amino acids 1 to 78 of the p21 amino acid sequence. In a more preferred embodiment, the inducible promoter can be induced by contacting the cell with an inducer that induces transcription from the inducible promoter, most preferably a physiological neutral inducer or by removing an agent that inhibits transcription from such a promoter. In a preferred embodiment, the mammalian cell is a fibrosarcoma cell.
본 발명의 제 1면의 다른 구체예에서는 리포터 유전자가 p21에 의해 발현이 조절되는 세포 유전자로부터 유도된 프로모터의 전사 제어를 받는 재조합 발현 제조물을 포함하는 재조합 포유류 세포가 제공된다. 바람직한 구체예에서, 프로모터는 p21에 의해 발현이 억제되는 세포 유전자로부터 유도된다. 이러한 구체예에서, 프로모터는 가장 바람직하게 표 1에서 확인된 유전자로부터 유도된다. 가장 바람직하게는, 프로모터는 ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, 사이클린 B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, 티모포이에틴 α, MPP2, MPP5, CDC47/MCM7, CDC21/MCM4, DNA 리가아제 I, DNA 중합효소 α, Rad54, 엑소누클레아제 HEX1/RAD2, PLK1, DHFR, 또는 시트론 키나제로부터 유도된다. 다른 바람직한 구체예에서, 프로모터는 p21에 의해 발현이 유도되는 세포 유전자로부터 유도된다. 이러한 구체예에서, 프로모터는 가장 바람직하게는 표 2에서 확인되는 유전자로부터 유도된다. 가장 바람직하게, 프로모터는 혈청 아밀로이드 A, 보체 C3, 결합 조직 성장 인자, 인테그린 β-3, 액티빈 A, 내츄럴 킬러 세포 단백질 4, 프로사포신, Mac2 결합 단백질, 갈렉틴-3, 과산화물 디스뮤타제 2, 그라눌린/에피텔린, p66shc, 리소좀 β-갈락토시다제 또는 카텝신 B로부터 유도된다. 본 발명의 재조합 발현 구성물을 포함하는 바람직한 리포터 유전자는 반딧불 루시페라제, 클로람페니콜 아세틸트랜스퍼라제, 베타-갈락토시다제, 녹색 형광 단백질, 또는 알칼리성 포스파타제를 포함한다.In another embodiment of the first aspect of the present invention there is provided a recombinant mammalian cell comprising a recombinant expression preparation under which the reporter gene is under transcription control of a promoter derived from a cell gene whose expression is regulated by p21. In a preferred embodiment, the promoter is derived from a cell gene whose expression is inhibited by p21. In this embodiment, the promoter is most preferably derived from the genes identified in Table 1. Most preferably, the promoter is ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, cyclin B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, thymopoietin α, MPP2, MPP5, CDC47 / MCM7 , CDC21 / MCM4, DNA ligase I, DNA polymerase α, Rad54, exonuclease HEX1 / RAD2, PLK1, DHFR, or citron kinase. In another preferred embodiment, the promoter is derived from a cell gene whose expression is induced by p21. In this embodiment, the promoter is most preferably derived from the genes identified in Table 2. Most preferably, the promoter is serum amyloid A, complement C3, connective tissue growth factor, integrin β-3, activin A, natural killer cell protein 4, prosaposin, Mac2 binding protein, galectin-3, peroxide dismutase 2, granulin / epitelin, p66 shc , lysosomal β-galactosidase or cathepsin B. Preferred reporter genes comprising the recombinant expression constructs of the invention include firefly luciferase, chloramphenicol acetyltransferase, beta-galactosidase, green fluorescent protein, or alkaline phosphatase.
추가의 바람직한 구체예에서, 본 발명은 발현이 p21에 의해 조절되는 포유류 유전자의 프로모터의 전사 제어를 받는 리포터 유전자를 엔코딩하는 제 1 재조합 발현 구성물, 및 포유류 p21 유전자를 엔코딩하는 제 2 재조합 발현 구성물을 포함하고, p21의 발현이 포유류 세포에서 실험적으로 유도되는 포유류 세포를 제공한다. 바람직한 구체예에서, 포유류 p21 유전자를 엔코딩하는 재조합 발현 구성물은 유도성 이종 프로모터의 전사 제어를 받고 있고, 재조합 발현 구성물로부터의 p21의 발현은 재조합 세포를 유도성 프로모터로부터 전사를 유도하는 유도제와 접촉시키거나 이러한 프로모터로부터의 전사를 억제하는 작용제를 제거함으로써 매개된다. 바람직하게는, 구성물은 p21, 가장 바람직하게는 사람의 p21을 엔코딩하는 누클레오시드 서열을 포함한다. 대안적인 구체예에서, 구성물은 CDK 결합 도메인, 보다 바람직하게는 p21 아미노산 서열중 아미노산 1 내지 78을 포함하는 p21의 아미노 말단 부분을 엔코딩하는 누클레오티드 서열을 포함한다. 한 바람직한 구체예에서, 프로모터는 발현이 p21에 의해 억제되는 세포성 유전자로부터 유래한다. 이들 구체예에서, 프로모터는 표 I에서 확인되는 유전자로부터 유래한 것이 가장 바람직하다. 다른 바람직한 구체예에서, 프로모터는 발현이 p21에 의해 억제되는 세포성 유전자로부터 유래한다. 이들 구체예에서, 프로모터는 표 II에서 확인된 유전자로부터 유래한 것이 가장 바람직하다. 본 발명의 재조합 발현 구성물을 포함하는 바람직한 리포터 유전자는 반딧불 루시퍼라제, 클로람페니콜 아세틸트랜스퍼라제, 베타-갈락토시다제, 녹색 형광 단백질 또는 알칼리성 포스파타제를 포함한다. 한 바람직한 구체예에서, 포유류 세포는 섬유육종 세포이다.In a further preferred embodiment, the invention relates to a first recombinant expression construct encoding a reporter gene under expression transcription control of a promoter of a mammalian gene whose expression is regulated by p21, and a second recombinant expression construct encoding a mammalian p21 gene. And mammalian cells wherein the expression of p21 is experimentally induced in mammalian cells. In a preferred embodiment, the recombinant expression construct encoding the mammalian p21 gene is under transcriptional control of an inducible heterologous promoter, and expression of p21 from the recombinant expression construct brings the recombinant cell into contact with an inducer that induces transcription from the inducible promoter. Or by removing an agent that inhibits transcription from such a promoter. Preferably, the construct comprises a nucleoside sequence encoding p21, most preferably human p21. In an alternative embodiment, the construct comprises a nucleotide sequence encoding the amino terminal portion of p21 comprising amino acids 1 to 78 of the CDK binding domain, more preferably p21 amino acid sequence. In one preferred embodiment, the promoter is from a cellular gene whose expression is inhibited by p21. In these embodiments, the promoter is most preferably derived from the genes identified in Table I. In another preferred embodiment, the promoter is from a cellular gene whose expression is inhibited by p21. In these embodiments, the promoter is most preferably derived from the genes identified in Table II. Preferred reporter genes comprising the recombinant expression constructs of the invention include firefly luciferase, chloramphenicol acetyltransferase, beta-galactosidase, green fluorescent protein or alkaline phosphatase. In one preferred embodiment, the mammalian cell is a fibrosarcoma cell.
제 2의 측면에서, 본 발명은 p21 발현 세포에 의해 조건을 갖춘 세포 배양 배지 및 상기 조건을 갖춘 배지를 제조하는 방법을 제공한다. 바람직한 구체예에서, 조건을 갖춘 배지는 p21 발현 세포를 포유류 세포 배지, 가장 바람직하게는 혈청 첨가물을 함유하지 않은 합성 배지중에서 배양함으로써 제조된다. 본 발명의이러한 측면에 있어서 유용한 p21 발현은 내인성 p21 발현 및 유도성 프로모터의 전사 제어를 받는 p21을 엔코딩하는 재조합 발현 구성물의 유도성 발현 둘 모두를 포함한다. 바람직한 세포는 포유류 세포, 바람직하게는 설치류 또는 영장류 세포, 보다 바람직하게는 마우스 또는 사람의 세포를 포함한다. 특히 바람직한 구체예는 섬유육종 세포, 보다 바람직하게는 사람의 섬유육종 세포, 가장 바람직하게는 사람 HT1080 섬유육종 세포주 및 이것의 유도체이다.In a second aspect, the present invention provides a conditioned cell culture medium with p21 expressing cells and a method of preparing the medium with the above conditions. In a preferred embodiment, the conditioned medium is prepared by culturing p21 expressing cells in a mammalian cell medium, most preferably in a synthetic medium that does not contain serum additives. Useful p21 expression in this aspect of the invention includes both inducible expression of endogenous p21 expression and recombinant expression constructs encoding p21 under transcriptional control of an inducible promoter. Preferred cells include mammalian cells, preferably rodent or primate cells, more preferably mouse or human cells. Particularly preferred embodiments are fibrosarcoma cells, more preferably human fibrosarcoma cells, most preferably human HT1080 fibrosarcoma cell line and derivatives thereof.
본 발명의 이러한 측면은 또한 포유류 세포에서 분열유발성 또는 안티-아폽토시스 인자의 p21 유도된 발현을 억제하는 화합물을 확인하는 스크리닝 방법을 제공한다. 바람직한 구체예에서, 상기 방법은 화합물의 존재 또는 부재하에서 세포에서 p21 발현을 유도시키는 단계, 및 분열유발인자 또는 안티-아폽토시스 화합물, 또는 이들중 다수를 조건을 갖춘 배지에서 비교하는 단계를 포함한다. 억제제는 화합물의 부재시 보다 화합물의 존재하에 적용용 배지중에 분열유발인자 또는 안티-아폽토시스 화합물, 또는 이들중 다수를 보다 소량 함유함에 의해 확인된다. 본 발명의 이러한 측면에서 제공되는 방법에서는, p21 발현 세포가 유용하고, 이러한 세포에서의 p21 발현은 내인성 p21을 유도하거나 본 발명에 따른 유도성 p21 발현 구성물을 함유하는 세포를 사용하여 달성될 수 있다. 바람직한 세포는 포유류 세포, 바람직하게는 설치류 또는 영장류 세포, 보다 바람직하게는 마우스 또는 사람의 세포를 포함한다. 특히 바람직한 구체예는 섬유육종 세포, 보다 바람직하게는 사람의 섬유육종 세포, 가장 바람직하게는 사람의 HT1080 섬유육종 세포주 및 이것의 유도체이다.This aspect of the present invention also provides a screening method for identifying compounds that inhibit p21 induced expression of mitogenic or anti-apoptotic factors in mammalian cells. In a preferred embodiment, the method comprises inducing p21 expression in the cell in the presence or absence of the compound, and comparing the cleavage factor or anti-apoptotic compound, or many of them, in a conditioned medium. Inhibitors are identified by containing smaller amounts of fission inducing agents or anti-apoptotic compounds, or many of them, in the application medium in the presence of the compound than in the absence of the compound. In the methods provided in this aspect of the invention, p21 expressing cells are useful, and p21 expression in such cells can be achieved using cells that induce endogenous p21 or contain inducible p21 expression constructs according to the invention. . Preferred cells include mammalian cells, preferably rodent or primate cells, more preferably mouse or human cells. Particularly preferred embodiments are fibrosarcoma cells, more preferably human fibrosarcoma cells, most preferably human HT1080 fibrosarcoma cell line and derivatives thereof.
대안적인 구체예에서, 본 발명은 포유류 세포에서 분열유발성 또는 안티-아폽토시스 인자의 p21 유도된 발현을 억제하는 화합물을 확인하는 방법으로서, 세포가 p21에 의해 유도되는 세포성 유전자의 프로모터의 전사적 조절하에 리포터 유전자를 엔코딩하는 재조합 발현 구성물을 포함하는 방법을 제공한다. 바람직한 구체예에서, 프로모터는 CTGF, 액티빈 A, 에피텔린/그라눌린, 갈렉틴-3 및 프로사포신을 포함한다. 바람직한 리포터 유전자는 반딧불 루시퍼라제, β-갈락토시다제, 알칼리성 포스파타제 및 녹색 형광 단백질을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이들 구체예에서, 리포터 유전자 발현의 p-21 매개 유도의 억제는 p21 발현 세포에서 분열유발인자 또는 안티-아폽토시스 인자의 유도를 억제하는 화합물을 확인하는데 사용된다.In an alternative embodiment, the present invention is a method of identifying a compound that inhibits p21 induced expression of a mitogenic or anti-apoptotic factor in a mammalian cell, wherein the cell is transcriptionally regulated by a promoter of a cellular gene that is induced by p21. Provided is a method comprising a recombinant expression construct that encodes a reporter gene. In a preferred embodiment, the promoter comprises CTGF, activin A, epitelin / granulin, galectin-3 and prosaposin. Preferred reporter genes include, but are not limited to, firefly luciferase, β-galactosidase, alkaline phosphatase and green fluorescent protein. In these embodiments, inhibition of p-21 mediated induction of reporter gene expression is used to identify compounds that inhibit the induction of fission or anti-apoptotic factors in p21 expressing cells.
이러한 측면에서, 본 발명은 포유류 세포에서 분열유발성 또는 안티-아폽토시스 인자 또는 화합물의 생성을 억제하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 세포를 분열유발성 또는 항-아폽토시성 인자의 생성을 억제하는 화합물과 접촉시키는 단계를 포함하고, 화합물은 본 발명의 이러한 측면의 상기 방법에 의해 확인된다. 바람직한 구체예에서, 분열유발성 또는 안티-아폽토시스 인자의 생성을 억제시키는 억제성 화합물과 접촉되는 포유류 세포는 섬유아세포, 가장 바람직하게는 간질 섬유아세포이다.In this aspect, the present invention provides a method of inhibiting the production of a mitogenic or anti-apoptotic factor or compound in a mammalian cell, wherein the method inhibits the production of a mitogenic or anti-apoptotic factor. Contacting the compound, wherein the compound is identified by the method of this aspect of the invention. In a preferred embodiment, the mammalian cell in contact with an inhibitory compound that inhibits the production of a mitogenic or anti-apoptotic factor is fibroblasts, most preferably interstitial fibroblasts.
제 3의 측면에서, 본 발명은 세포성 유전자 발현의 p21 매개된 조절을 억제하는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 이들 방법은 포유류 세포에서 p21을 유도시키거나 아니면 생성시키는 단계; 화합물 존재하에서 발현이 p21에 의해 조절되는 세포성 유전자 발현의 변화에 대해 세포를 검정하는 단계; 및 세포성 유전자의 발현이 화합물의 부재시 보다 화합물의 존재시에 더 작은 정도로 변화되는 경우 세포성 유전자 발현의 p21 매개된 조절을 억제하는 화합물을 확인하는 단계를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 세포성 유전자는 p21에 의해 억제되고, 억제제는 p21이 화합물의 부재하에 발현되는 경우 검출되는 것 보다 큰 레벨로 유전자 발현을 검출함에 의해 검출된다. 바람직한 구체예에서, 유전자는 표 I에서 확인된다. 대안적인 바람직한 구체예에서, 세포성 유전자는 p21에 의해 유도되며, 억제제는 p21이 화합물의 부재하에 발현되는 경우 검출되는 것 보다 적은 레벨로 유전자 발현을 검출함에 의해 검출된다. 바람직한 구체예에서, 유전자는 표 II에서 확인된다. 보다 대안적인 구체예에서, 본 방법은 발현이 p21에 의해 조절되는 유전자로부터 유래하는 프로모터의 전사 제어를 받는 리포터 유전자를 포함하는 재조합 포유류 세포을 사용하여 수행된다. p21에 의해 억제되는 유전자로부터 유래하는 프로모터를 포함하는 구성물을 사용하는 이들 구체예에서, 리포터 유전자 생성물은 화합물이 p21 유전자 발현 조절의 억제제인 경우 화합물의 부재시 보다 존재시에 더 큰 레벨로 생성된다. 이들 구체예에서, 프로모터는 표 I에서 확인되는 유전자로부터 유래한 것이 가장 바람직하다. 가장 바람직하게는, 프로모터는 ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, 사이클린 B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, 티모포이에틴 α, MPP2, MPP5, CDC47/MCM7, CDC21/MCM4, DNA 리가아제 I, DNA 중합효소 α, Rad54, 엑소누클레아제 HEX1/RAD2, PLK1, DHFR 또는 시트론 키나제로부터 유래한다. p21에 의해 유도되는 유전자로부터 유래하는 프로모터를 포함하는 구성물을사용하는 경우, 리포터 유전자 생성물은 화합물이 p21 유전자 발현 조절의 억제제인 경우 화합물의 부재시 보다 존재시에 더 적은 레벨로 생성된다. 이러한 구체예에서, 프로모터는 표 II에서 확인되는 유전자로부터 유래한 것이 가장 바람직하다. 가장 바람직하게는, 프로모터는 혈청 아밀로이드 A, 보체 C3, 결합 조직 성장 인자, 인테그린 β-3, 액티빈 A, 내츄럴 킬러 세포 단백질 4, 프로사포신, Mac2 결합 단백질, 갈렉틴-3, 과산화물 디스뮤타제 2, 그라눌린/에피텔린, p66shc, 리소좀 β-갈락토시다제, 또는 카텝신 B로부터 유래한다. 본 발명의 재조합 발현 구성물을 포함하는 바람직한 리포터 유전자는 반딧불 루시퍼라제, 클로람페니콜 아세틸트랜스퍼라제, 베타-갈락토시다제, 녹색 형광 단백질 또는 알칼리성 포스파타제를 포함한다. 다른 바람직한 구체예에서, 세포는 발현이 p21에 의해 조절되는 포유류 유전자 프로모터의 전사 제어를 받는 리포터 유전자를 엔코딩하는 제 1 재조합 발현 구성물, 및 포유류 p21 유전자를 엔코딩하는 제 2 재조합 발현 구성물을 포함하며, p21의 발현은 포유류 세포에서 실험적으로 유도된다. p21에 의해 유도되거나 억제되는 리포터 유전자 또는 내인성 유전자의 생성물은 면역학적 시약을 사용하여, 유전자 생성물의 활성을 검정하거나 상보적인 핵산과의 하이브리드화에 의해 검출된다.In a third aspect, the present invention provides a method for identifying a compound that inhibits p21 mediated regulation of cellular gene expression. These methods include inducing or otherwise producing p21 in mammalian cells; Assaying the cells for changes in cellular gene expression in which expression is regulated by p21 in the presence of a compound; And identifying a compound that inhibits p21 mediated regulation of cellular gene expression when the expression of the cellular gene is changed to a lesser extent in the presence of the compound than in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the cellular gene is inhibited by p21 and the inhibitor is detected by detecting gene expression at a level greater than that detected when p21 is expressed in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the genes are identified in Table I. In an alternative preferred embodiment, the cellular gene is induced by p21 and the inhibitor is detected by detecting gene expression at a level lower than that detected when p21 is expressed in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the genes are identified in Table II. In a further alternative embodiment, the method is performed using a recombinant mammalian cell comprising a reporter gene whose expression is controlled by transcription of a promoter derived from a gene regulated by p21. In these embodiments using constructs comprising a promoter derived from a gene inhibited by p21, the reporter gene product is produced at a greater level in the presence than in the absence of the compound when the compound is an inhibitor of p21 gene expression control. In these embodiments, the promoter is most preferably derived from the genes identified in Table I. Most preferably, the promoter is ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, cyclin B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, thymopoietin α, MPP2, MPP5, CDC47 / MCM7 , CDC21 / MCM4, DNA ligase I, DNA polymerase α, Rad54, exonuclease HEX1 / RAD2, PLK1, DHFR or citron kinase. When using a construct comprising a promoter derived from a gene induced by p21, the reporter gene product is produced at a lower level in the presence than in the absence of the compound when the compound is an inhibitor of p21 gene expression control. In this embodiment, the promoter is most preferably derived from the genes identified in Table II. Most preferably, the promoter is serum amyloid A, complement C3, connective tissue growth factor, integrin β-3, activin A, natural killer cell protein 4, prosaposin, Mac2 binding protein, galectin-3, peroxide dismu It is derived from Tase 2, granulin / epitelin, p66 shc , lysosomal β-galactosidase, or cathepsin B. Preferred reporter genes comprising the recombinant expression constructs of the invention include firefly luciferase, chloramphenicol acetyltransferase, beta-galactosidase, green fluorescent protein or alkaline phosphatase. In another preferred embodiment, the cell comprises a first recombinant expression construct that encodes a reporter gene that is under transcription control of a mammalian gene promoter whose expression is regulated by p21, and a second recombinant expression construct that encodes a mammalian p21 gene, Expression of p21 is experimentally induced in mammalian cells. The product of the reporter gene or endogenous gene induced or inhibited by p21 is detected by using immunological reagents to assay the activity of the gene product or to hybridize with the complementary nucleic acid.
제 4측면에서, 본 발명은 포유류 세포의 노화를 억제하는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 이 방법은 작용제와 함께 화합물의 존재하에 포유류 세포를 처리하거나 노화를 유도하는 조건하에서 포유류 세포를 배양하는 단계; p21 유전자발현에 의해 억제되거나 유도되는 유전자의 억제 또는 유도에 대해 포유류 세포를 검정하는 단계; 및 화합물의 존재하에 p21에 의해 억제된 유전자가 억제되지 않거나 p21로 유도된 유전자가 유도되지 않으면 화합물을 노화 억제제로서 확인하는 단계를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 세포 유전자는 p21에 의해 억제되고, 노화 억제제는 p21이 화합물의 부재하에 발현되는 경우에 검출된 것보다 큰 레벨로 유전자의 발현을 검출함으로써 확인된다. 바람직한 구체예에서, 유전자가 표 Ⅰ에서 확인된다. 대안적으로 바람직한 구체예에서, 세포 유전자는 p21로 유도되고, 노화 억제제는 p21이 화합물의 부재하에 발현되는 경우에 검출된 것보다 적은 레벨로 유전자의 발현을 검출함으로써 검출된다. 바람직한 구체예에서, 유전자는 표 Ⅱ에서 확인된다. 추가로 대안적인 구체예에서, 상기 방법은 p21에 의해 조절되는 유전자로부터 유도된 프로모터의 전사 제어를 받는 리포터 유전자를 포함하는 재조합 포유류 세포를 사용함으로써 방법이 수행된다. 이 구체예에서, 화합물이 노화의 억제제인 경우에, 리포터 유전자의 생성물의 생성이, p21에 의해 억제된 유전자로부터 유도된 프로모터를 포함하는 구성을 사용하는 경우 화합물의 부재보다는 존재하에 보다 큰 레벨로 검출되고, p21로 유도된 유전자로부터 유도된 프로모터를 포함하는 구성을 사용하는 경우 보다 적은 레벨로 검출된다. 프로모터는 표 Ⅰ(p21에 의해 억제된 유전자용) 또는 표 Ⅱ(p21로 유도된 유전자용)내에 확인된 유전자로부터 유도되는 것이 바람직하다. p21에 의해 억제된 유전자에 대하여, 프로모터는 ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, 사이클린 B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, 티모포이에틴(thymopoietin) α, MPP2, MPP5, CDC47/MCM4, DNA리가아제 Ⅰ, DNA 폴리머라아제 α, Rad54, 엑소뉴클레아제 HEX1/RAD2, DHFR 또는 시로틴 키나아제로부터 유도되는 것이 가장 바람직하다. p21로 유도된 유전자에 대하여, 프로모터는 혈청 녹말체 A, 보체 C3, 연결 조직 성장 인자, 인테그린 β-3, 액티빈 A, 자연살상세포 단백질 4, 프로사포신, Mac2 결합 단백질, 겔라틴-3, 과산화물 분자변위보효소 2, 그레눌린/에피텔린, p66shc, 리소좀 β-갈락토시다아제, 또는 카텝신 B로부터 유도되는 것이 가장 바람직하다. 기타 바람직한 구체예에서, 세포는 발현이 p21에 의해 조절된 포유류 세포용 프로모터의 전사 제어하에 리포터 유전자를 인코딩하는 제 1 재조합 발현 구성, 및 포유류 p21 유전자를 인코딩하는 제 2 재조합 발현 구성을 포함하며, 거기에서 p21의 발현은 그렇게 포유류 세포내에서 실험적으로 유도된다. p21로 유도 또는 억제된 리포터 유전자 또는 내생적 유전자의 생성물은 면역학적 반응물을 사용하여 유전자 생성물의 활성을 검정하고 보충적 핵산으로 부합결합함으로써 검출될 수 있다.In a fourth aspect, the present invention provides a method for identifying a compound that inhibits aging of mammalian cells. The method comprises treating the mammalian cells in the presence of the compound with an agent or culturing the mammalian cells under conditions that induce aging; assaying mammalian cells for inhibition or induction of genes that are inhibited or induced by p21 gene expression; And identifying the compound as an aging inhibitor if the gene inhibited by p21 in the presence of the compound is not inhibited or the gene induced by p21 is not induced. In a preferred embodiment, the cellular gene is inhibited by p21 and the aging inhibitor is identified by detecting the expression of the gene at a level greater than that detected when p21 is expressed in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the genes are identified in Table I. In an alternative preferred embodiment, the cellular gene is induced with p21 and the aging inhibitor is detected by detecting expression of the gene at a level lower than that detected when p21 is expressed in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the genes are identified in Table II. In a further alternative embodiment, the method is carried out by using a recombinant mammalian cell comprising a reporter gene under the transcriptional control of a promoter derived from a gene regulated by p21. In this embodiment, where the compound is an inhibitor of aging, production of the reporter gene is at a greater level in the presence rather than absence of the compound when using a construct comprising a promoter derived from a gene inhibited by p21. Are detected and at a lower level when using a construct comprising a promoter derived from a gene derived with p21. The promoter is preferably derived from the genes identified in Table I (for genes inhibited by p21) or Table II (for genes induced by p21). For genes inhibited by p21, promoters are ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, cyclin B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, thymopoietin α, Most preferably, it is derived from MPP2, MPP5, CDC47 / MCM4, DNA ligase I, DNA polymerase α, Rad54, exonuclease HEX1 / RAD2, DHFR or sirotin kinase. For p21-induced genes, promoters are serum amyloid A, complement C3, connective tissue growth factor, integrin β-3, activin A, natural killer cell protein 4, prosaposin, Mac2 binding protein, gelatin-3 Most preferably, it is derived from peroxide molecular displacement coenzyme 2, grenulin / epitelin, p66 shc , lysosomal β-galactosidase, or cathepsin B. In another preferred embodiment, the cell comprises a first recombinant expression construct encoding a reporter gene under transcriptional control of a promoter for a mammalian cell whose expression is regulated by p21, and a second recombinant expression construct encoding a mammalian p21 gene, There expression of p21 is thus experimentally induced in mammalian cells. The product of the reporter gene or endogenous gene induced or inhibited with p21 can be detected by assaying the activity of the gene product using immunological reactants and matching with complementary nucleic acids.
제 5측면에서, 본 발명은 세포 노화, 노화관련 질병 또는 노화관련 유전자 생성물을 억제하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 세포를 전술한 본 발명의 측면에서 제공된 방법을 사용하여 결정된 대로 노화를 억제하는 화합물과 접촉시키는 단계를 포함한다.In a fifth aspect, the present invention provides a method for inhibiting cell aging, aging-related diseases or aging-related gene products, the method for inhibiting senescence as determined using the methods provided in the aspects of the invention described above. Contacting the compound.
제 6측면에서, 본 발명은 포유류 세포내에서 노화를 강화하는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 이 방법은 화합물의 존재 및 부재하에 포유류 세포내에 p21을 유도하는 단계; p21 유전자 발현에 의해 억제 또는 유도된 억제 또는 유도에대해 포유류 종양 세포를 검정하는 단계; 및 화합물의 존재하에 p21에 의해 억제된 유전자가 보다 큰 정도로 억제되거나, p21로 유도된 유전자가 보다 큰 정도로 유도된다면 화합물을 노화의 강화제로서 확인하는 단계를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 세포 유전자는 p21에 의해 억제되고, 강화제는 화합물의 부재하에 p21이 발현되는 경우에 검출된 것보다 적은 정도로 세포 유전자의 발현을 검출함으로써 검출될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 유전자는 표 Ⅰ에 확인되어 있다. 대안적으로 바람직한 구체예에서, 세포 유전자는 p21로 유도되고, 강화제는 화합물의 부재하에 p21이 발현되는 경우에 검출된 것보다 적은 정도로 세포 유전자의 발현을 검출함으로써 검출될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 유전자는 표 Ⅱ에 확인되어 있다. 추가로 대안적인 구체예에서, 방법은 발현이 p21에 의해 조절된 유전자로부터 유도된 프로모터의 전사 제어하에 리포터 유전자를 포함하는 재조합 포유류 세포를 사용하여 수행된다. 거기에서, 세포는 발현이 p21에 의해 조절되는 유전자로부터 유도된 프로모터의 전사 제어하에 리포터 유전자를 갖는 구성을 포함한다. 이 구체예에서, 화합물이 노화의 강화제인 경우에, 리포터 유전자의 생성물의 생성이 p21에 의해 억제된 유전자로부터 유도된 프로모터를 포함하는 구성을 사용하는 경우 화합물의 부재보다는 존재하에 보다 낮은 레벨로 검출되거나, p21로 유도된 유전자로부터 유도된 프로모터를 포함하는 구성을 사용하는 경우에 화합물의 부재보다는 존재하에 보다 큰 레벨로 검출된다. 바람직한 구체예에서, 프로모터는 발현이 p21에 의해 억제된 유전자, 가장 바람직하게는 표 Ⅰ내에 확인된 유전자로부터 유도된다. 가장 바람직하게는, 프로모터는 ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, 사이클린B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, 티모포이에틴 α, MPP2, MPP5, CDC47/MCM7, CDC21/MCM4, DNA 리가아제 Ⅰ, DNA 폴리머라아제 α, Rad54, 엑소뉴클레아제 HEX1/RAD2, PLK1, DHFR 또는 시트론 키나아제로부터 유도되는 것이 가장 바람직하다. 대안적으로 바람직한 구체예에서, 프로모터는 발현이 p21프로모터로부터 유도된 유전자, 가장 바람직하게는 표 Ⅱ에 확인된 유전자로부터 발현된다. 프로모터는 혈청 녹말체 A, 보체 C3, 연결 조직 성장 인자, 인테그린 β-3, 액티빈 A, 자연살상세포 단백질 4, 프로사포신, Mac2 결합 단백질, 겔라틴-3, 과산화물 분자변위보효소 2, 그레눌린/에피텔린, p66shc, 리소좀 β-갈락토시다아제, 또는 카텝신 B로부터 유도되는 것이 가장 바람직하다. 기타 바람직한 구체예에서, 세포는 발현이 p21에 의해 조절된 포유류 세포용 프로모터의 전사 제어하에 리포터 유전자를 인코딩하는 제 1 재조합 발현 구성, 및 포유류 p21 유전자를 인코딩하는 제 2 재조합 발현 구성을 포함하며, 거기에서 p21의 발현은 그렇게 포유류 세포내에서 실험적으로 유도된다. p21로 유도 또는 억제된 리포터 유전자 또는 내생적 유전자의 생성물은 면역학적 반응물을 사용하고, 유전자 생성물의 활성을 검정하며 보충적 핵산으로 부합결합함으로써 검출될 수 있다.In a sixth aspect, the invention provides a method for identifying a compound that enhances senescence in mammalian cells. The method comprises inducing p21 in mammalian cells in the presence and absence of a compound; assaying mammalian tumor cells for inhibition or induction inhibited or induced by p21 gene expression; And identifying the compound as an enhancer of aging if the gene inhibited by p21 in the presence of the compound is inhibited to a greater extent or the gene induced by p21 is induced to a greater extent. In a preferred embodiment, the cell gene is inhibited by p21 and the enhancer can be detected by detecting the expression of the cell gene to a lesser extent than that detected when p21 is expressed in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the genes are identified in Table I. In an alternative preferred embodiment, the cell gene is derived from p21 and the enhancer can be detected by detecting the expression of the cell gene to a lesser extent than if it was detected in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the genes are identified in Table II. In a further alternative embodiment, the method is performed using a recombinant mammalian cell comprising a reporter gene under the transcriptional control of a promoter whose expression is derived from a gene regulated by p21. There, the cell comprises a construct having a reporter gene under transcriptional control of a promoter derived from a gene whose expression is regulated by p21. In this embodiment, where the compound is a potentiator of aging, the production of the reporter gene is detected at a lower level in the presence of the compound than the absence of the compound when using a construct comprising a promoter derived from a gene inhibited by p21. Or using a construct comprising a promoter derived from a gene derived from p21, is detected at a greater level in the presence than in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the promoter is derived from a gene whose expression is inhibited by p21, most preferably the gene identified in Table I. Most preferably, the promoter is ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, cyclin B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, thymopoietin α, MPP2, MPP5, CDC47 / MCM7 Most preferably, it is derived from CDC21 / MCM4, DNA ligase I, DNA polymerase α, Rad54, exonuclease HEX1 / RAD2, PLK1, DHFR or citron kinase. In an alternative preferred embodiment, the promoter is expressed from a gene whose expression is derived from a p21 promoter, most preferably from the genes identified in Table II. Promoters include serum amyloid A, complement C3, connective tissue growth factor, integrin β-3, activin A, natural killer protein 4, prosaposin, Mac2 binding protein, gelatin-3, peroxide molecular displacement coenzyme 2, grease Most preferably, it is derived from inulin / epitelin, p66 shc , lysosomal β-galactosidase, or cathepsin B. In another preferred embodiment, the cell comprises a first recombinant expression construct encoding a reporter gene under transcriptional control of a promoter for a mammalian cell whose expression is regulated by p21, and a second recombinant expression construct encoding a mammalian p21 gene, There expression of p21 is thus experimentally induced in mammalian cells. The product of the reporter gene or endogenous gene induced or inhibited by p21 can be detected by using immunological reactants, assaying the activity of the gene product and matching with complementary nucleic acids.
제 7측면에서, 본 발명은 종양 세포, 증식성 세포 또는 과다한 증식으로 인해 병적이거나 병을 유발하는 어떠한 세포내에서 세포 노화를 촉진하거나 강화하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 세포를 전술한 본 발명의 측면에서 제공된 방법을 사용하여 결정된 바와 같은 노화를 강화시키는 화합물과 접촉시키는 단계를 포함한다.In a seventh aspect, the present invention provides a method of promoting or enhancing cellular senescence in a tumor cell, proliferative cell or any cell that is pathological or causing disease due to excessive proliferation, the method further comprising the cell described above. Contacting with a compound that enhances aging as determined using the methods provided in terms of.
제 8측면에서, 본 발명은 본원에 개시된 본 발명의 임의의 방법을 사용하여 확인된 화합물을 제공한다.In an eighth aspect, the present invention provides compounds identified using any of the methods of the invention disclosed herein.
제 9측면에서, 본 발명은 세포 주기의 진행과 관련된 유전자를 위해 증가된 다수의 핵산 종을 획득하는 방법을 제공한다. 이 방법은 포유류 세포내에서 p21의 발현을 유도하는 단계; 포유류 세포로부터 p21 유도 전에 그리고 p21이 유도되고 세포 성장이 중지된 후에 세포 mRNA를 획득하는 단계; 및 세포 주기의 진행과 관련된 유전자를 위해 증가된 다수의 핵산 종을 획득하는 단계를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 세포 주기 진행 유전자를 위해 증가된 대수의 핵산 종이 당업계에 공지된 공제 부합법으로 획득되며, p21을 발현하는 세포내에서 저표현된 핵산 종이 선택적으로 증가된다.In a ninth aspect, the invention provides a method of obtaining an increased number of nucleic acid species for genes associated with cell cycle progression. The method comprises inducing the expression of p21 in mammalian cells; Acquiring cellular mRNA before p21 induction from mammalian cells and after p21 is induced and cell growth is stopped; And obtaining an increased number of nucleic acid species for the genes involved in cell cycle progression. In a preferred embodiment, an increased number of nucleic acid species for cell cycle progression genes are obtained with a deduction conformation method known in the art, with low expression of nucleic acid species selectively expressed in cells expressing p21.
제 10측면에서, 본 발명은 측분비 기능을 갖는 숨겨진 단백질 및 노화 및 노화관련 질병과 관련된 단백질을 인코드 하는 유전자를 위해 증가된 다수의 핵산 종을 획득하는 방법을 제공한다. 이 방법은 포유류 세포내에서 p21의 발현을 유도하는 단계; p21이 유도되기 전, 후에 포유류 세포로부터 세포 mRNA를 획득하는 단계; 및 p21이 유도된 후 세포 내에서 발현이 증가된 유전자를 위해 증가된 다수의 핵산 종을 획득하는 단계를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 단백질의 측분비 기능은 분열유발성 및 항-세포소멸성 효과이다. 바람직한 구체예에서, 측분비 기능을 갖는 숨겨진 단백질 및 노화 및 노화관련 질병에 관련된 단백질을 인코드 하는 유전자를 위해 증가된 다수의 핵산 종이 당업계에 공지된 공제 부합법으로 획득되며,거기에서 p21을 발현하는 세포내에서 고표현된 핵산 종이 선택적으로 증가된다.In a tenth aspect, the present invention provides a method for obtaining an increased number of nucleic acid species for genes encoding hidden proteins with lateral secretory function and proteins associated with aging and aging-related diseases. The method comprises inducing the expression of p21 in mammalian cells; acquiring cellular mRNA from mammalian cells before and after p21 is induced; And acquiring an increased number of nucleic acid species for the gene with increased expression in the cell after p21 is induced. In a preferred embodiment, the lateral secretory function of the protein is a mitogenic and anti-apoptotic effect. In a preferred embodiment, an increased number of nucleic acid species for hidden proteins with lateral secretory function and genes encoding proteins related to aging and aging-related diseases are obtained with deduction conformance methods known in the art, wherein p21 Highly expressed nucleic acid species are selectively increased in expressing cells.
제 11측면에서, 본 발명은 세포 노화의 표지인 유전자를 확인하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 제 1세대 포유류 세포내에 p21 발현을 생성시킴으로써 노화를 유도하고 제 2세대 포유류 세포내에 정지상태를 유도하는 단계; 각 세대의 세포로부터 mRNA를 획득하는 단계; 세포내의 p21의 생성 전, 후의 세포내의 유전자 발현 형태를 세포가 정지상태가 되기 전, 후의 세포내의 유전자 발현 형태와 비교하는 단계; p21이 유도된 후 세포내에 강하게 유도된 다수의 유전자를 정지상태에서 강하게 유도된 다수의 유전자와 비교하는 단계; 및 정지상태에서 강하게 유도되지 않고 p21을 생성하는 세포내에서 강하게 유도되는 유전자를 확인하는 단계를 포함한다.In an eleventh aspect, the present invention provides a method for identifying a gene that is a marker of cellular senescence, which method induces senescence by generating p21 expression in first generation mammalian cells and induces quiescence in second generation mammalian cells. Making; Obtaining mRNA from each generation of cells; Comparing the intracellular gene expression form before and after the production of intracellular p21 with the intracellular gene expression form before and after the cell is at rest; comparing the plurality of genes strongly induced in the cell with the plurality of genes strongly induced at rest after p21 is induced; And identifying the genes that are strongly induced in the cells that produce p21 without being strongly induced in the stationary state.
제 12면에서, 본 발명은 포유류 세포에서 노화를 검출하기 위한 방법을 제공한다. 이들 방법은 노화에 대한 마커인 유전자의 발현을 검출하는 단계를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 노화에 대한 바람직한 마커는 결합 조직 성장인자 (CTGF), 혈청 아밀로이드 A, 인테그린 β-3, 액티빈 A, 내츄럴 킬러 세포 단백질 4, Mac2 결합 단백질, 또는 조직 트랜스글루타미나제를 포함한다.In a twelfth aspect, the present invention provides a method for detecting aging in mammalian cells. These methods include detecting the expression of a gene that is a marker for aging. In a preferred embodiment, the preferred marker for aging is connective tissue growth factor (CTGF), serum amyloid A, integrin β-3, activin A, natural killer cell protein 4, Mac2 binding protein, or tissue transglutaminase. Include.
제 13면에서, 본 발명은 포유류 세포에서 노화의 유도를 촉진하는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 이들 방법은 포유류 세포를 작용제로 처리하거나 화합물의 존재하에 노화를 유도하는 조건하에서 포유류 세포를 배양하는 단계; p21 유전자 발현에 의해 억제 또는 유도되는 유전자의 억제 또는 유도에 대한 포유류 종양 세포의 검정하는 단계; 및 화합물의 존재하에 p21에 의해 억제된 유전자가 추가로 즉, 보다 더 많은 정도로 억제되는 경우, 또는 p21에 의해 유도된 유전자가 추가로 즉, 보다 더 많은 정도로 유도되는 경우, 증강제로서 화합물을 확인하는 단계를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 세포 유전자는 p21에 의해 억제되고, 노화의 유도를 촉진하는 화합물은 화합물의 부재하에 p21이 발현되는 경우에 검출된다. 바람직한 구체예에서, 유전자는 표 Ⅰ에서 확인된다. 다른 바람직한 구체예에서, 세포 유전자는 p21에 의해 유도되고, 노화의 유도를 촉진하는 p21이 화합물의 부재하에 발현되는 경우에 검출되는 것 보다 높은 레벨의 세포 유전자의 발현을 검출함으로써 검출된다. 바람직한 구체예에서, 유전자는 표 Ⅱ에서 확인된다. 추가의 다른 구체예에서, 상기 방법은 그의 발현이 p21에 의해 조절되는 유전자로부터 유도된 프로모터의 전사 제어를 받는 리포터 유전자를 포함하는 재조합 포유류 세포를 사용하여 수행되며, 여기서 세포는 그의 발현이 p21에 의해 조절되는 유전자로부터의 프로모터의 전사 조절하의 리포터 유전자를 갖는 구성체를 포함한다. 이들 구체예에서, p21에 의해 억제된 유전자로부터 유도된 프로모터를 포함하는 구성체를 사용하는 경우, 화합물의 부재시 보다 화합물의 존재시에 보다 더 낮은 수준의 리포터 유전자의 생성물의 생산, 또는 p21에 의해 유도된 유전자로부터 유도된 프로모터를 포함하는 구성체를 사용하는 경우 화합물이 부재시 보다 화합물의 존재시에 보다 더 높은 수준의 리포터 유전자의 생성물의 생산이 화합물이 노화의 유도를 촉진하는 경우에 검출된다. 바람직한 구체예에서, 프로모터는 그의 발현이 p21에 의해 억제되는 유전자로부터 유도되고, 가장 바람직한 유전자는 표 Ⅰ에 확인된 바와 같다. 상기 프로모터는 ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, 시클린 B1, AIK1, CENP-A,CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, 티모포이에틴 α, MPP2, MPP5, CDC47/MCM7, CDC21/MCM4, DNA 리가제Ⅰ, DNA 폴리머라제 α, Rad54, 엑소누클레아제 HEX1/RAD2, PLK1, DHFR 또는 시트론 키나아제로부터 유도되는 것이 가장 바람직하다. 다른 바람직한 구체예에서, 프로모터는 그의 발현이 p21에 의해 유도되는 유전자로부터 유도되며, 가장 바람직한 유전자는 표 Ⅱ에 확인된 바와 같다. 프로모터는 혈청 아밀로이드 A, 보체 C3, 결합조직 성장인자, 인테그린 β-3, 악티빈 A, 내츄럴 킬러 세포 단백질 4, 프로사포신, Mac2 결합 단백질, 갈렉틴-3, 수퍼옥시드 디스뮤타제 2, 그래뉼린/에피델린, p66shc, 리소좀 β-갈락토시다제, 또는 카뎁신 B가 가장 바람직하다. 다른 바람직한 구체예에서, 세포는 그의 발현이 p21에 의해 조절되는 포유류 유전자를 위한 프로모터의 전사 조절하의 리포터 유전자를 엔코딩하는 제 1의 재조합 발현 구성체, 및 포유류 p21 유전자를 엔코딩하는 제 2의 재조합 발현 구성체 (여기서, 포유류 세포내에서의 p21의 발현이 발현 구성체에 의해 실험적으로 유도된다)를 포함한다. p21에 의해 유도되거나 억제되는 리포터 유전자 또는 내인성 유전자의 생성물은 면역학적 시약을 사용하여, 유전자 생성물의 활성을 검정함에 의하거나 상보성 핵산과 하이브리다이징되는 것에 의해 검출될 수 있다.In a thirteenth aspect, the invention provides a method for identifying a compound that promotes induction of senescence in mammalian cells. These methods include treating mammalian cells with an agent or culturing the mammalian cells under conditions that induce aging in the presence of a compound; assaying mammalian tumor cells for inhibition or induction of genes that are inhibited or induced by p21 gene expression; And identifying the compound as an enhancer if the gene inhibited by p21 in the presence of the compound is further inhibited, ie, to a greater extent, or if the gene induced by p21 is further induced, ie, induced to a greater degree. Steps. In a preferred embodiment, the cell gene is inhibited by p21, and a compound that promotes induction of senescence is detected when p21 is expressed in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the genes are identified in Table I. In another preferred embodiment, the cell gene is induced by p21 and is detected by detecting the expression of a higher level of cell gene than that detected when p21, which promotes the induction of senescence, is expressed in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the genes are identified in Table II. In yet another embodiment, the method is performed using a recombinant mammalian cell comprising a reporter gene whose expression is under transcriptional control of a promoter derived from a gene whose expression is regulated by p21, wherein the cell is expressed in p21. And constructs having a reporter gene under transcriptional control of a promoter from a gene regulated by. In these embodiments, when using a construct comprising a promoter derived from a gene inhibited by p21, the production of a lower level of the product of the reporter gene in the presence of the compound than in the absence of the compound, or induced by p21 In the case of using a construct comprising a promoter derived from a gene, the production of a higher level of the product of the reporter gene in the presence of the compound than in the absence of the compound is detected when the compound promotes the induction of aging. In a preferred embodiment, the promoter is derived from a gene whose expression is inhibited by p21, with the most preferred genes as identified in Table I. The promoter is ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, Cyclin B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, thymopoietin α, MPP2, MPP5, CDC47 / MCM7, CDC21 / Most preferably derived from MCM4, DNA ligase I, DNA polymerase α, Rad54, exonuclease HEX1 / RAD2, PLK1, DHFR or citron kinase. In another preferred embodiment, the promoter is derived from a gene whose expression is induced by p21, with the most preferred genes as identified in Table II. Promoters include serum amyloid A, complement C3, connective tissue growth factor, integrin β-3, actinbin A, natural killer cell protein 4, prosaposin, Mac2 binding protein, galectin-3, superoxide dismutase 2, Most preferred are granulin / epidelin, p66 shc , lysosomal β-galactosidase, or kadipsin B. In another preferred embodiment, the cell comprises a first recombinant expression construct encoding a reporter gene under transcriptional control of a promoter for a mammalian gene whose expression is regulated by p21, and a second recombinant expression construct encoding a mammalian p21 gene. Wherein expression of p21 in mammalian cells is experimentally induced by expression constructs. The product of the reporter gene or endogenous gene induced or inhibited by p21 can be detected by assaying the activity of the gene product using immunological reagents or by hybridizing with complementary nucleic acids.
제 14면에서, 본 발명은 포유류 세포에서 노화를 유도하는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 이들 방법은 p21 유전자 발현에 의해 억제되거나 유도되는 유전자의 억제 또는 유도를 위한 화합물의 존재 또는 부재하에 포유류 세포를 검정하는 단계; 및 화합물의 존재하에 p21에 의해 억제되는 유전자가 억제되거나 p21에 의해 유도되는 유전자가 유도되는 경우에 노화를 유도하는 화합물을 확인하는 단계를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 세포 유전자는 p21에 의해 억제되고, 노화를 유도하는 화합물은 세포 유전자의 발현을 화합물의 부재하에 검출되는 것 보다 더 낮은 수준으로 검출함에 의해 측정될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 유전자는 표 Ⅰ에 확인된 바와 같다. 다른 바람직한 구체예에서, 세포 유전자는 p21에 의해 유도되고, 노화를 유도하는 화합물은 세포 유전자의 발현을 화합물의 부재하에 측정되는 것보다 더 높은 수준으로 검출함에 의해 측정될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 유전자는 표 Ⅱ에 확인된 바와 같다. 추가의 다른 구체예에서, 본 발명의 방법은 그의 발현이 p21에 의해 조절되는 유전자로부터 유도된 프로모터의 전사 조절하의 리포터 유전자를 포함하는 재조합 포유류 세포를 사용하여 수행된다 (여기서, 세포는 그의 발현이 p21에 의해 조절되는 유전자로부터의 프로모터의 전사 조절하의 리포터 유전자를 갖는 구성체를 포함한다). 이들 구체에에서, p21에 의해 억제되는 유전자로부터 유도된 프로모터를 포함하는 구성체를 사용하는 경우 화합물의 부재하에서 보다, 존재하에 보다 더 낮은 수준으로의 리포터 유전자의 생성물의 생산, 또는 p21에 의해 유도된 유전자로부터 유도된 프로모터를 포함하는 구성체를 사용하는 경우에 화합물의 부재하에서 보다 존재하에서 보다 더 높은 수준으로의 리포터 유전자의 생성물의 생산이, 화합물이 노화를 유도하는 경우에 검출된다. 바람직한 구체예에서, 프로모터는 그의 발현이 p21에 의해 억제되는 유전자로부터 유도되며, 가장 바람직한 유전자는 표Ⅰ에 확인된 바와 같다. 프로모터는 ORC1,PRC1, XRCC9, CDC2, 시클린 B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, 티모포이에틴 α, MPP2, MPP5, CDC47/MCM7, CDC21/MCM4, DNA 리가제Ⅰ, DNA 폴리머라제 α, Rad54, 엑소누클레아제 HEX1/RAD2, PLK1, DHFR 또는 키나아제로부터 유도되는 것이 가장 바람직하다. 다른 바람직한 구체예에서, 프로모터는 그의 발현이 p21에 의해 유도되는 유전자로부터 유도되며, 가장 바람직한 유전자는 표 Ⅱ에 확인된 바와 같다. 프로모터는 혈청 아밀로이드 A, 보체 C3, 결합조직 성장인자, 인테그린 β-3, 악티빈 A, 내츄럴 킬러 세포 단백질 4, 프로사포신, Mac2 결합 단백질, 갈렉틴-3, 수퍼옥시드 디스뮤타제 2, 그래뉼린/에피델린, p66shc, 리소좀 β-갈락토시다제, 또는 카뎁신 B가 가장 바람직하다. p21에 의해 유도되거나 억제되는 리포터 유전자 또는 내인성 유전자의 생성물은 면역학적 시약을 사용하여, 유전자 생성물의 활성을 검정하거나 상보성 핵산과 하이브리다이징시킴에 의해 검출될 수 있다.In a fourteenth aspect, the present invention provides a method for identifying a compound that induces aging in mammalian cells. These methods include assaying mammalian cells in the presence or absence of a compound for inhibition or induction of a gene that is inhibited or induced by p21 gene expression; And identifying a compound that induces aging when a gene inhibited by p21 in the presence of the compound is inhibited or a gene induced by p21 is induced. In a preferred embodiment, the cell gene is inhibited by p21 and the compound that induces senescence can be measured by detecting the expression of the cell gene at a lower level than that detected in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the genes are as identified in Table I. In another preferred embodiment, the cell gene is induced by p21 and the compound that induces aging can be measured by detecting expression of the cell gene at a higher level than that measured in the absence of the compound. In a preferred embodiment, the genes are as identified in Table II. In yet another embodiment, the methods of the invention are performed using a recombinant mammalian cell comprising a reporter gene under the transcriptional control of a promoter whose expression is derived from a gene whose expression is regulated by p21, wherein the cell is including a construct having a reporter gene under transcriptional control of a promoter from a gene regulated by p21). In these embodiments, when using a construct comprising a promoter derived from a gene inhibited by p21, the production of the product of the reporter gene at a lower level in the presence of, or induced by, p21 than in the absence of the compound In the case of using a construct comprising a promoter derived from a gene, the production of the product of the reporter gene at a higher level in the presence than in the absence of the compound is detected when the compound induces aging. In a preferred embodiment, the promoter is derived from a gene whose expression is inhibited by p21, with the most preferred genes as identified in Table I. Promoters include ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, Cyclin B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, Timopoietin α, MPP2, MPP5, CDC47 / MCM7, CDC21 / MCM4 Most preferably, it is derived from DNA ligase I, DNA polymerase α, Rad54, exonuclease HEX1 / RAD2, PLK1, DHFR or kinase. In another preferred embodiment, the promoter is derived from a gene whose expression is induced by p21, with the most preferred genes as identified in Table II. Promoters include serum amyloid A, complement C3, connective tissue growth factor, integrin β-3, actinbin A, natural killer cell protein 4, prosaposin, Mac2 binding protein, galectin-3, superoxide dismutase 2, Most preferred are granulin / epidelin, p66 shc , lysosomal β-galactosidase, or kadipsin B. The product of the reporter gene or endogenous gene induced or inhibited by p21 can be detected by assaying the activity of the gene product or hybridizing with complementary nucleic acids using immunological reagents.
본 발명의 특히 바람직한 구체예는 특정 바람직한 구체예의 보다 더 상세한 설명 및 청구범위에 의해 분명해진다.Particularly preferred embodiments of the invention are apparent from the more detailed description of the preferred embodiments and the claims.
도면의 간단한 설명Brief description of the drawings
도 1은 사람 HT1080 피브로사르코마 세포주 변이체 p21-9의 생산에 사용되는 IPTG-조절 레트로바이러스 벡터 LNp21CO3의 개략도이다.1 is a schematic of the IPTG-regulated retroviral vector LNp21CO3 used in the production of human HT1080 fibrosarcoma cell line variant p21-9.
도 2A는 50 μM IPTG의 첨가 후의 p21의 유도의 시간에 따른 그래프로서, p21 수준은 ELISA로 측정했다.2A is a graph over time of induction of p21 after addition of 50 μM IPTG, with p21 levels measured by ELISA.
도 2B는 IPTG의 제거 후의 p21의 퇴화의 시간에 따른 그래프이다.2B is a graph over time of degeneration of p21 after removal of IPTG.
도 3A는 50 μM IPTG의 첨가 후의3H-티미딘 표지 지수 (자가 방사선 측정법으로 측정함)의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.3A is a graph showing the change over time of the 3 H-thymidine labeling index (measured by autoradiography) after addition of 50 μM IPTG.
도 3B는 50 μM IPTG의 첨가 후의 유사분열지수 (DAPI 염색 후에 현미경으로 측정)의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.3B is a graph showing the change over time of mitotic index (measured by microscope after DAPI staining) after addition of 50 μM IPTG.
도 3C는 50 μM IPTG의 첨가 후의 세포주기 분포 (프로피듐 요오드에 이어 형광표지세포분리기 (FACS)로 측정)의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이며; - ●-: 세포주기의 G1상 세포; - ○-세포주기의 G2/M 상 세포; - ▼-: 세포주기의 S 상 세포이다.3C is a graph showing the change over time of cell cycle distribution (measured with propidium iodine followed by fluorescence labeled cell separator (FACS)) after addition of 50 μM IPTG; -●-: phase G1 cells of the cell cycle; Cells in the G2 / M phase of the cell cycle; -▼-: S phase cells of the cell cycle.
도 4A는 p21-9에 의한 콜로니의 형성체 상에 다른 용량의 IPTG를 사용한 처리의 지속적 효과를 나타내는 그래프이며; - ●-: 0.5 μM IPTG; - ○-: 5 μM IPTG; - ▼-: 50 μM IPTG 이다.4A is a graph showing the sustained effects of treatment with different doses of IPTG on the formation of colonies by p21-9; -: 0.5 μM IPTG; -: 5 μM IPTG; ▼-: 50 μΜ IPTG.
도 4B는 50 μM IPTG의 제거 후의3H-티미딘 표지 지수 (자가 방사선 측정법으로 측정)의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이며; - ●-: 1일; - ○-: 5일이다.4B is a graph showing the change over time of 3 H-thymidine labeling index (measured by autoradiography) after removal of 50 μM IPTG; -1-: 1 day; -○-: 5 days.
도 4c는 50μM의 IPTG를 제거한 후 유사분열 지수의 변화를 시간의 경과에 따라 도시한 그래프이다(-●-: 1일; -○-: 5일).Figure 4c is a graph showing the change in mitosis index over time after removing 50μM IPTG (-●-: 1 day;-○-: 5 days).
도 4d는 처리 1일 후 또는 3일 후 50μM의 IPTG를 제거한 후 부유 세포의 변화율(%)을 시간의 경과에 따라 도시한 그래프이다(-●-: 비처리; -○-: 1일; -▼-:3일).4D is a graph showing the percentage change of suspended cells over time after removal of 50 μM of IPTG after 1 day or 3 days of treatment (− •-: untreated;-○-: 1 day; ▼-: 3 days).
도 5a는 비처리된 세포(좌측)와 50μM의 IPTG로 5일 동안 처리하고 IPTG 비함유 배지에서 방출된 세포(우측)를 FACS에 의해 측정한 PKH2 형광 프로파일을 도시한 막대그래프이다.FIG. 5A is a bar graph depicting PKH2 fluorescence profiles measured by FACS for untreated cells (left) and treated with 50 μM of IPTG for 5 days and cells released in IPTG free medium (right).
도 5b는 50μM IPTG, PKH2 라벨링으로 5일 동안 처리한 후 및 IPTG 없이 6일 동안 처리한 후에 FACS에 의해 단리된 PKH2loSSlo(가는 선) 및 PKH2hiSShi(굵은 선) 세포 개체의 DNA 함량의 FACS 프로파일을 나타낸 그래프이다.5B shows DNA of PKH2 lo SS lo (thin lines) and PKH2 hi SS hi (thick lines) cell subjects isolated by FACS after 5 days of treatment with 50 μM IPTG, PKH2 labeling and after 6 days without IPTG It is a graph showing the FACS profile of the content.
도 5c는 50μM IPTG로 3일 동안 처리(좌측)한 것으로부터 및 비처리된 세포(우측)로부터의 방출 48시간 후에 수집된, 부유 세포의 DNA 함량의 FACS 프로파일을 나타낸 그래프이다.5C is a graph showing the FACS profile of the DNA content of suspended cells collected from treatment (left) for 3 days with 50 μM IPTG and 48 hours after release from untreated cells (right).
도 5d는 1일 동안의 IPTG 처리로부터 방출 0시간, 12시간, 24시간, 28시간, 36시간 및 48시간후에 부착된 세포의 DNA 함량의 FACS 프로파일을 나타낸 그래프이다.FIG. 5D is a graph showing the FACS profile of the DNA content of adherent cells 0, 12, 24, 28, 36 and 48 hours after release from IPTG treatment for 1 day.
도 6은 IPTG로부터의 방출 1-2일 후에 관찰된 정상적인(좌측) 및 비정상적인(우측) 유사분열 형상의 예를 나타낸 현미경 사진이다(DAPI 착색; 1,000×배율에서의 현미경 사진).Figure 6 is a micrograph showing examples of normal (left) and abnormal (right) mitotic shapes observed 1-2 days after release from IPTG (DAPI staining; micrographs at 1,000 × magnification).
도 7a는 RT-PCR 실험(좌측), 세포 mRNA 발현의 노턴 블롯(northern blot) 분석(중간) 및 표시된 유전자의 발현에서 IPTG 유도된 변화에 대한 면역블로팅 검정의 겔 전기영동 패턴의 사진이다(C : 대조군 비처리된 p21-9 세포; I: 50μM IPTG로 3일 동안 처리된 세포). β2-마이크로글로불린(β2-M)이 RT-PCR에 대한 표준 대조군 및 노턴 하이브라다이제이션에 대한 S14 리보솜 단백질 유전자으로서 사용되었다.7A is a photograph of gel electrophoresis pattern of an immunoblotting assay for RT-PCR experiments (left), Norton blot analysis of cellular mRNA expression (middle) and IPTG induced changes in expression of indicated genes ( C: control untreated p21-9 cells; I: cells treated for 3 days with 50 μM IPTG). β2-microglobulin (β2-M) was used as the standard control for RT-PCR and the S14 ribosomal protein gene for Norton hybridization.
도 7b는 IPTG 첨가 및 방출시 표시된 p21 억제된 유전자의 발현에서의 변화를 시간의 경과에 따라 보여준, RT-PCR 실험(좌측) 및 면역블로팅 분석(우측)의 겔 전기영동의 사진이다.7B is a photograph of gel electrophoresis of the RT-PCR experiment (left) and immunoblotting analysis (right) showing changes over time in the expression of the indicated p21 inhibited gene upon IPTG addition and release.
도 7c는 IPTG 첨가시 표시된 p21 유도된 유전자의 발현의 시간에 따른 변화의 RT-PCR 실험(좌측) 및 노턴 하이브리다이제이션 분석(우측)의 전기영동 패턴의 사진이다.FIG. 7C is a photograph of the electrophoretic pattern of RT-PCR experiment (left) and Norton hybridization analysis (right) of the change over time of expression of the p21 induced gene indicated upon IPTG addition.
도 7d는 비처리된 대조군인 p 21-9 세포(C), 혈청 결핍 정지 세포(Q) 및 IPTG 처리된 노화 세포(I)에서의 유전자 발현을 비교한 도면이다.FIG. 7D is a comparison of gene expression in untreated controls, p 21-9 cells (C), serum deficient stop cells (Q) and IPTG treated senescent cells (I).
도 8a는 HS 15.T 세포에 의한3H-티미딘 혼입에 대한, 새로운 배지(F), IPTG 처리된(I) 또는 비처리된 p21-9 세포(U)로부터 조건화된 배지 및 조건화된 및 새로운 배지의 1:1 혼합물(I/F 및 U/F)(1% 또는 2% 혈청이 보충된)의 효과를 나타내는 막대그래프이다.FIG. 8A shows conditioned medium and conditioned from fresh medium (F), IPTG treated (I) or untreated p21-9 cells (U) for 3 H-thymidine incorporation by HS 15.T cells. Bar graph showing the effect of a 1: 1 mixture of fresh medium (I / F and U / F) (supplemented with 1% or 2% serum).
도 8b는 10% 혈청에서(대조군), 낮은 혈청의 새로운 배지에서(F) 또는 IPTG 처리된(I) 또는 비처리된(U) p21-9 세포로부터의 조건화된 배지에서 24시간 또는 48시간 동안 인큐베이션시킨 후, 조합된 부착된 및 부유 C8 세포의 DNA 함량의 FACS 프로파일을 나타내는 그래프이다. 동일한 배지에서 48시간 동안 인큐베이션시킨 후의 (메틸렌 블루 염색법에 의해 결정되는) 부착된 세포의 상대적인 수가 각 세트의 막대그래프의 밑에 수록되어 있다.8B shows 24 or 48 hours in 10% serum (control), in low serum fresh medium (F) or in conditioned medium from IPTG treated (I) or untreated (U) p21-9 cells. After incubation, a graph showing the FACS profile of the DNA content of combined attached and floating C8 cells. The relative number of attached cells (determined by methylene blue staining) after incubation for 48 hours in the same medium is listed below each set of histograms.
도 9는 발현이 p21에 의해 조절되는 유전자로부터 프로모터의 전사 대조군하에 루시퍼라제가 있는 구성물을 함유하는 세포에서의 루시퍼라제 활성의 막대그래프이다. 폴로(polo) 유사 키나제(PLK 1), 내츄럴 킬러 세포 단백질 4(NK4), 및 혈청 아밀로이드 A(SAA)로부터 프로모터를 함유하는 실시예 6에 따라 제조된 구성물에 대한 p21 발현의 부재(어떠한 IPTG도 없음, 백색 막대로 도시됨) 및 부재(50μM IPTG의 첨가, 흑색 막대로 도시됨)하의 발현이 도시되어 있다; 각각의 프로모터 구성물은 2개의 독립적인 구성 클론을 사용하여 시험되었다.9 is a histogram of luciferase activity in cells containing constructs with luciferase under the transcriptional control of the promoter from genes whose expression is regulated by p21. Absence of p21 expression for constructs prepared according to Example 6 containing a promoter from polo-like kinase (PLK 1), natural killer cell protein 4 (NK4), and serum amyloid A (SAA) (no IPTG None, shown by white bars) and absence (addition of 50 μM IPTG, shown by black bars) is shown; Each promoter construct was tested using two independent construct clones.
바람직한 구체예의 상세한 설명Detailed Description of the Preferred Embodiments
본 발명은 p21 유도된 세포 노화를 중재하는 것과 관련이 있는 유전자를 동정하는 시약 및 방법, 및 포유동물 세포의 노화 또는 정지를 억제하거나 가능하게 할 수 있는 화합물을 제공한다.The present invention provides reagents and methods for identifying genes involved in mediating p21 induced cell senescence, and compounds that can inhibit or enable aging or arrest of mammalian cells.
본 발명의 목적상, 용어 "하나의 세포" 또는 "세포들"은 같은 의미이며, 특히 당해 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이 성장되고 유지되는 포유동물 세포의 시험관내 배양물을 포함하는 것으로 의도된다.For the purposes of the present invention, the term "single cell" or "cells" has the same meaning and is intended to include in vitro cultures of mammalian cells that are grown and maintained as is particularly known in the art. .
본 발명의 목적상, 복수형의 용어 "세포성 유전자들"는 단 하나의 유전자 뿐만 아니라 2개 또는 그 이상의 유전자를 포함하는 것으로 의도된다. 또한, 당업자라면 세포성 유전자 발현, 또는 세포성 유전자로부터 유도된 프로모터의 전사 조절하에 있는 리포터 구성물의 조절 효과가 제 1 유전자에서 검출될 수 있고, 그 효과가 제 2의 또는 어떠한 수의 추가의 유전자 또는 리포터 유전자 구성물을 시험함으로써 반복되는 것으로 이해하고 있을 것이다. 대안적으로, 2개 이상의 유전자 또는 리포터 유전자 구성물의 발현은 본 발명의 범위내에서 동시에 검정될 수 있다.For the purposes of the present invention, the plural term “cellular genes” is intended to include not only one gene but also two or more genes. In addition, those skilled in the art can detect the regulatory effect of reporter constructs under cellular gene expression, or transcriptional control of promoters derived from cellular genes, the effect of which may be a second or any number of additional genes. Or by repeating the reporter gene construct. Alternatively, expression of two or more genes or reporter gene constructs can be assayed simultaneously within the scope of the present invention.
본 발명의 목적상, 용어 "정지"는 혈청 결핍의 조건하에 배양된 포유동물 세포에서 일어나는 것과 같은, 세포 성장 및 DNA 복제의 일시적인 중단을 포함하는 것으로 이해될 것이다.For the purposes of the present invention, the term "stop" will be understood to include temporary disruption of cell growth and DNA replication, such as occurs in mammalian cells cultured under conditions of serum deficiency.
본 발명의 목적상, 용어 "노화"는 세포독성 약물, DNA 손상 또는 그 밖의 세포 손상에 응하여 정상 세포 또는 비정상 또는 종양 세포의 증식 수명의 말기에 일어나는 것과 같은, 성장 인자에 의해 거스를 수 없는 DNA 복제 및 세포 성장의 영구적인 중단을 포함하는 것으로 이해될 것이다.For the purposes of the present invention, the term “aging” refers to DNA replication that cannot be countered by growth factors, such as occurs at the end of the proliferative life of normal cells or abnormal or tumor cells in response to cytotoxic drugs, DNA damage or other cellular damage. And permanent interruption of cell growth.
노화는 다수의 방식으로 포유동물 세포에서 야기될 수 있다. 첫째는 생체내 또는 시험관내에서의 정상 세포 성장의 자연적인 결말이며; 정상 세포가 노화되기 전에 겪을 수 있는 제한된 수의 세포 분열, 계대배양 또는 제너레이션(generation)이 존재한다. 정확한 수는 세포 유형 및 기원이 되는 종에 따라 변한다[참고문헌 : Hayflick & Moorhead, 1961,Exp. Cell Res.25: 585-621]. 어떠한 세포 유형에서 노화를 야기시키는 또 다른 방법은 대부분의 항암 약물, 방사선 및 세포 분화제와 같은 세포독성 약물에 의한 처리 방법이다[참고문헌: Chang et al., 1999, Cancer Res. 59:3761-3767]. 노화는 또한 종양 억제 유전자(예컨대, p53, p21, p16 또는 Rb와 같은)를 포유동물 세포에 형질도입시키고 그 안에서 유전자를 발현시킴으로써 어떠한 포유동물 세포에도 빠르게 야기될 수 있다[참고문헌: Sugrueetal., 1997,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94: 9648-9653; Uhrbomet al., 1997,Oncogene 15: 505-514; Xuet al., 1997,Oncogene 15: 2589-2596; Vogtet al., 1998,Cell Growth Differ.9:139-146].Aging can be caused in mammalian cells in a number of ways. First is the natural ending of normal cell growth in vivo or in vitro; There is a limited number of cell divisions, passages or generations that normal cells may experience before aging. The exact number varies depending on the cell type and the species of origin [Ref. Hayflick & Moorhead, 1961, Exp. Cell Res . 25 : 585-621]. Another method of causing aging in certain cell types is the treatment with cytotoxic drugs such as most anticancer drugs, radiation and cell differentiators [Chang et al., 1999, Cancer Res. 59: 3761-3767. Aging can also be rapidly induced in any mammalian cell by transducing a tumor suppressor gene (such as p53, p21, p16 or Rb) into the mammalian cell and expressing the gene therein . See Sugrue et al. , 1997, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94 : 9648-9653; Uhrbom et al. , 1997, Oncogene 15 : 505-514; Xu et al ., 1997, Oncogene 15 : 2589-2596; Vogt et al ., 1998, Cell Growth Differ . 9 : 139-146.
본 발명의 시약은 유전학적인 처리에 의해 도입된 내인성 유전자 또는 외인성 유전자인 p21 유전자의 발현을 야기시킬 수 있는 어떠한 포유동물 세포, 바람직하게는 설치류 또는 영장류 세포, 보다 바람직하게는 마우스 세포, 가장 바람직하게는 인간 세포를 포함한다. 실시예가 유도 가능한 p21 유전자와 같은 유전자를 엔코딩하는 재조합 발현 구성물을 포함하는 재조합 포유동물 세포에 대하여 기술하고 있지만, 이들 구체예는 단지 실험적인 디자인 선택 및 편의성에 관한 것이며 본 발명은 내인성 p21의 유도를 완전히 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The reagents of the present invention may be any mammalian cell, preferably a rodent or primate cell, more preferably a mouse cell, most preferably capable of causing expression of the p21 gene, an endogenous or exogenous gene introduced by genetic processing. Includes human cells. Although the examples describe recombinant mammalian cells comprising recombinant expression constructs that encode genes such as the inducible p21 gene, these embodiments are directed only to experimental design selection and convenience and the present invention is directed to induction of endogenous p21. It should be understood to include completely.
바람직한 구체예에서, 본 발명은 유도 가능한 포유동물 p21 유전자를 엔코딩시키는 재조합 발현 구성물을 함유하는 포유동물 세포를 제공한다. 바람직한 구체예에서, p21 유전자는 본원에 참고문헌으로 인용된 U.S. 특허 제 5,424,400호에 기술된 바와 같은, 누클레오티드 및 아미노산 서열을 갖는 인간 p21이다. 대안적인 구체예에서, p21 유전자는 인간 p21 유전자의 아미노 말단 부분이며, 바람직하게는, 천연의 인간 p21 단백질의 아미노산 잔기 1 내지 78을 포함하는(본원에 참고문헌으로 인용된 U.S. 특허 제 5,807,692호에 기술된 바와 같이), 보다 바람직하게는 천연의 인간 p21 단백질의 아미노산 21-71을 포함하는 CDK 결합 도메인을 포함하는[참고문헌: Nakanishi et al., 1995, EMBO J. 14: 555-563] 인간 p21 유전자의 아미노 말단 부분이다. 바람직한 숙주 세포는 포유동물 세포, 바람직하게는설치류 또는 영장류 세포, 보다 바람직하게는 마우스 또는 인간 세포를 포함한다. 특히 바람직한 구체예는 섬유육종 세포, 보다 바람직하게는 인간의 섬유육종 세포, 가장 바람직하게는 인간 HT1080 섬유육종 세포주 및 이들의 유도체이다. 가장 바람직한 세포주는 수탁번호 제 으로, U.S.A. 버지니아 마나사스의 아메리칸 타입 컬처 콜렉션에 2000년 4월 6일에 기탁된, p21-9로서 동정된 HT1080 섬유육종 세포주 유도체이다.In a preferred embodiment, the invention provides a mammalian cell containing a recombinant expression construct encoding an inducible mammalian p21 gene. In a preferred embodiment, the p21 gene is U.S. cited herein by reference. Human p21 with nucleotide and amino acid sequences, as described in patent 5,424,400. In an alternative embodiment, the p21 gene is the amino terminal portion of the human p21 gene, preferably in US Pat. No. 5,807,692, comprising amino acid residues 1-78 of the natural human p21 protein (incorporated herein by reference). As described), more preferably humans comprising a CDK binding domain comprising amino acids 21-71 of a natural human p21 protein (Nakanishi et al., 1995, EMBO J. 14: 555-563). p21 is the amino terminal portion of the gene. Preferred host cells include mammalian cells, preferably rodent or primate cells, more preferably mouse or human cells. Particularly preferred embodiments are fibrosarcoma cells, more preferably human fibrosarcoma cells, most preferably human HT1080 fibrosarcoma cell lines and derivatives thereof. Most Preferred Cell Lines By U.S.A. HT1080 fibrosarcoma cell line derivative, identified as p21-9, deposited on April 6, 2000 in the American Type Culture Collection of Virginia Manassas.
재조합 발현 구성물은 당업자들에게 이해되는 바와 같이 적합한 포유류 숙주에 도입될 수 있다. 이러한 구성물의 바람직한 구체예은 당해 공지된 바와 같이 전달가능한 벡터, 보다 바람직하게는 바이러스 벡터, 매우 바람직하게는 레트로바이러스 벡터, 아데노바이러스 벡터, 아데노 관련 바이러스 벡터 및 백시니아 바이러스 벡터로 생성될 수 있다[참조: MAMMALIAN CELL BIOTECHNOLOGY: A PRACTICAL APPROACH, (Butler, ed.), Oxford University Press: New York, 1991, pp. 57-84].Recombinant expression constructs can be incorporated into a suitable mammalian host as would be understood by those skilled in the art. Preferred embodiments of such constructs can be produced as deliverable vectors, more preferably viral vectors, very preferably retroviral vectors, adenovirus vectors, adeno-associated viral vectors and vaccinia virus vectors as known in the art. MAMMALIAN CELL BIOTECHNOLOGY: A PRACTICAL APPROACH, (Butler, ed.), Oxford University Press: New York, 1991, pp. 57-84.
추가의 바람직한 구체예에서, 본 발명의 재조합 세포는 유도가능한 프로모터의 전사 조절 하에 있는 유도가능한 p21 유전자를 코드화하는 구성물을 함유한다. 보다 바람직한 구체예에서, 유도가능한 프로모터는 그 효과가 유도제에 의해 조절될 수 있는 트랜스 작용 인자에 반응성이다. 유도제는 온도 및 매우 바람직하게는 유도제의 존재 또는 부재를 포함하여 실험에 의해 조작될 수 있는 어떠한 인자일 수 있다. 바람직하게는, 유도제는 화합물, 매우 바람직하게는 트랜스 작용 인자에 특이적인 생리적으로 중성인 화합물이다. 본원에 기술된 바와 같은 유도가능한 프로모터를 포함하는 구성물의 사용시에, 재조합 발현 구성물로부터의 p21의 발현은재조합 세포를 유도가능한 프로모터로부터 전사를 유도하는 유도제와 접촉시키거나, 이러한 프로모터로부터 전사를 억제하는 작용제를 제거하므로써 조정된다. 다양한 유도가능한 프로모터 및 동족 트랜스 작용 인자가 종래 기술에 공지되어 있으며, 세포 배양물의 온도를 증가시키므로써 활성화될 수 있는 열 쇼크 프로모터, 및 보다 바람직하게는 포유류 전사 인자를 갖는tet프로모터 및 이의 융합체와 같은 프로모터/인자 쌍(미국 특허 제 5,654,168호, 제 5,851,796호 및 제 5,968,773호) 및 락토오스 오페론의 박테리아lac프로모터 및 이의 동족lacI 억제 단백질을 포함한다. 바람직한 구체예에서, 상기 재조합 세포는 하나 또는 다수개의lac반응성 요소를 포함하는 프로모터의 조절하에 사람 p21를 코드화하는 재조합 발현 구성물 및lacI 억제 단백질을 발현하며, p21의 발현은 세포를 생리적 중성 유도제인 이소프로필티오-β-갈락토사이드와 접촉시키므로써 유도될 수 있다. 이러한 바람직한 구체예에서,lacI 억제제는 3'SS(스트라타진(Stratagene, LaJolla, CA)사로부터 구매할 수 있음)로서 동정된 재조합 발현 구성물에 의해 코드화된다.In a further preferred embodiment, the recombinant cells of the invention contain constructs encoding the inducible p21 gene under the transcriptional control of the inducible promoter. In a more preferred embodiment, the inducible promoter is responsive to trans action factors whose effects can be controlled by inducers. The inducer can be any factor that can be manipulated experimentally, including temperature and very preferably the presence or absence of the inducer. Preferably, the inducer is a compound, very preferably a physiologically neutral compound that is specific for the trans action factor. In the use of constructs comprising inducible promoters as described herein, the expression of p21 from the recombinant expression construct may contact the recombinant cell with an inducer that induces transcription from the inducible promoter or inhibits transcription from such a promoter. Adjusted by removing the agent. Various inducible promoters and cognate trans agonists are known in the art, such as heat shock promoters that can be activated by increasing the temperature of a cell culture, and more preferably tet promoters and fusions thereof with mammalian transcription factors. Promoter / factor pairs (US Pat. Nos. 5,654,168, 5,851,796 and 5,968,773) and bacterial lac promoters of lactose operon and their cognate lac I inhibitory proteins. In a preferred embodiment, said recombinant cell expresses a recombinant expression construct encoding human p21 and a lac I inhibitory protein under the control of a promoter comprising one or multiple lac reactive elements, wherein expression of p21 is a physiological neutral inducer. Can be induced by contact with isopropylthio-β-galactoside. In this preferred embodiment, the lac I inhibitor is encoded by a recombinant expression construct identified as 3'SS (commercially available from Stratagene, LaJolla, Calif.).
본 발명은 또한 리포터 유전자가 발현이 p21에 의해 조절되는 유전자의 프로모터의 전사 조절 하에 있는 재조합 발현 구성물을 제공한다. 이러한 유전자에는 발현이 p21에 유도되는 유전자 및 발현이 p21에 의해 억제되는 유전자가 포함된다. 바람직한 구체예에서, 프로모터는 발현이 p21에 의해 억제되는, 표 1에서 동정되는 유전자로부터 유도된다. 매우 바람직하게는, 프로모터는 ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, 시클린 B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, 티모포이에틴 α, MPP2, MPP5, CDC47/MCM7, CDC21/MCM4, DNA 리가아제 I, DNA 폴리머라제α, Rad54, 엑소누클레아제 HEX1/RAD2, PLK1, DHFR 또는 시트론 키나아제로부터 유도된다. 추가의 바람직한 구체예에서, 프로모터는 발현이 p21에 의해 유도되거나 그렇지 않으면 증가되는 유전자로부터 유도되며, 이들 유전자는 표 II에서 동정된다. 매우 바람직하게는, 프로모터는 혈청 아밀로이드 A, 보체 C3, 결합 조직 성장 인자, 인테그린 β-3, 악티빈 A, 천연 치사 세포 단백질 4, 프로사포신, Mac2 결합 단백질, 갈렉틴-3, 수퍼옥사이드 디스무타제 2, 구라눌린/에피텔린, p 66she, 리소소말 β-갈락토시다아제 또는 카테텝신 B로부터 유도된다. 이후, 이러한 리포터 유전자는 p21 유도 효과에 대한 민감하고 편리한 지시물로서 사용되며, 포유류 세포내 p21 발현 효과를 억제하거나 가능하게 하는 화합물이 쉽게 동정되도록 한다. 이러한 구성물을 위한 숙주 세포는 p21 유전자 발현이 유도될 수 있는 어떠한 세포도 포함하며, 바람직하게는 상기 기재된 바와 같은 유도가능한 p21 유전자를 함유하는 재조합 발현 구성물을 함유하는 세포를 포함한다. 본 발명의 일면을 실시하는데 유용한 리포터 유전자는 개똥벌레 루시퍼라제, 클로르암페니콜 아세틸트랜스퍼라아제, 베타-갈락토시다아제, 초록 형광 단백질 및 알칼리 포스파타아제를 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.The invention also provides recombinant expression constructs wherein the reporter gene is under transcriptional control of the promoter of the gene whose expression is regulated by p21. Such genes include genes whose expression is induced by p21 and genes whose expression is inhibited by p21. In a preferred embodiment, the promoter is derived from the gene identified in Table 1, where expression is inhibited by p21. Very preferably, the promoter is ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, cyclin B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, thymopoietin α, MPP2, MPP5, CDC47 / Derived from MCM7, CDC21 / MCM4, DNA ligase I, DNA polymerase α, Rad54, exonuclease HEX1 / RAD2, PLK1, DHFR or citron kinase. In a further preferred embodiment, the promoter is derived from a gene whose expression is induced by or otherwise increased by p21, these genes are identified in Table II. Very preferably, the promoter is serum amyloid A, complement C3, connective tissue growth factor, integrin β-3, actinbin A, natural lethal cell protein 4, prosaposin, Mac2 binding protein, galectin-3, superoxide disulfide. Mutase 2, guranulin / epitelin, p 66 she , lysosomal β-galactosidase or catethecin B. This reporter gene is then used as a sensitive and convenient indicator of the p21 inducing effect, allowing compounds to be easily identified that inhibit or enable the effect of p21 expression in mammalian cells. Host cells for such constructs include any cell from which p21 gene expression can be induced and preferably include cells containing recombinant expression constructs containing inducible p21 genes as described above. Reporter genes useful in practicing one aspect of the invention include, but are not limited to, firefly luciferase, chloramphenicol acetyltransferase, beta-galactosidase, green fluorescent protein, and alkaline phosphatase.
바람직한 구체예에서, 본 발명에 따른 세포는 발현이 p21에 의해 조절되는 포유류 유전자에 대한 프로모터의 전사 조절 하에 리포터 유전자를 코드화하는 제 1 재조합 발현 구성물, 및 p21 발현이 포유류 세포에서 실험적으로 유도가능한 포유류 p21 유전자를 코드화하는 제 2 재조합 발현 구성물 둘 모두를 포함한다.In a preferred embodiment, the cell according to the invention comprises a first recombinant expression construct which encodes a reporter gene under the transcriptional control of a promoter for a mammalian gene whose expression is regulated by p21, and a mammal in which p21 expression is experimentally inducible in the mammalian cell. both of the second recombinant expression constructs encoding the p21 gene.
또 다른 구체예에서, 본 발명은 발현이 p21에 의해 억제되는 포유류 유전자에 대한 프로모터의 전사 조절 하에 리포터 유전자를 코드화하는 재조합 발현 구성물을 포함하는 포유류 세포를 제공하며, 이러한 프로모터는 유전자 ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, 시클린 B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, 티모포이에틴 α, MPP2, MPP5, CDC47/MCM7, CDC21/MCM4, DNA 리가아제 I, DNA 폴리머라제 α, Rad54, 엑소누클레아제 HEX1/RAD2, PLK1, DHFR 또는 시트론 키나아제로부터 유도된다. 또 다른 구체예에서, 본 발명은 발현이 p21에 의해 유도되는 포유류 유전자에 대한 프로모터의 전사 조절 하에 리포터 유전자를 코드화하는 재조합 발현 구성물을 포함하는 포유류 세포를 제공하며, 이러한 프로모터는 유전자 결합 조직 성장 인자, 혈청 아밀로이드 A, 보체 C, 인테그린 β-3, 악티빈 A, 천연 치사 세포 단백질 4, 프로사포신, Mac2 결합 단백질, 갈렉틴-3, 수퍼옥사이드 디스무타제 2, 구라눌린/에피텔린, p 66she, 리소소말 β-갈락토시다아제 또는 카테텝신 B로부터 유도된다.In another embodiment, the invention provides a mammalian cell comprising a recombinant expression construct that encodes a reporter gene under the transcriptional control of a promoter for a mammalian gene whose expression is inhibited by p21, wherein the promoter comprises genes ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, Cyclin B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, thymopoietin α, MPP2, MPP5, CDC47 / MCM7, CDC21 / MCM4, DNA ligase I, DNA polymerase α, Rad54, exonuclease HEX1 / RAD2, PLK1, DHFR or citron kinase. In another embodiment, the invention provides a mammalian cell comprising a recombinant expression construct that encodes a reporter gene under the transcriptional control of a promoter for a mammalian gene whose expression is induced by p21, wherein the promoter is a gene connective tissue growth factor. , Serum amyloid A, complement C, integrin β-3, actibin A, natural lethal cell protein 4, prosaposin, Mac2 binding protein, galectin-3, superoxide dismutase 2, guranulin / epitelin, p 66 she , lysosomal β-galactosidase or catethecin B.
본 발명은 배지가 p21을 발현하는 세포에 의해 조건화되는 조건화된 세포 배지 및 이러한 조건화된 배지를 생성하는 방법을 제공한다. 본원에서 사용되는 용어 "조건화된 배지"는 미토제닉(mitogenic) 또는 안티-아폽프토틱(anti-apoptotic) 인자를 함유하는 p21 발현 세포의 성장에 의해 조건화된 세포 배지를 포함하는 것으로 의도된다. 조건화된 배지는 바람직한 구체예에서 포유류 세포 배지에서 p21 발현 세포를 배양하므로써, 매우 바람직하게는 혈청 첨가제를 함유하지 않는 합성배지에서 생성된다. 어떠한 p21 발현 세포도 이러한 조건화된 배지의 생성에 유용하며, 이러한 세포에서의 p21 발현은 내인성 p21를 유도하므로써(DNA 손상제, 조사에 의해 처리하므로써), 또는 본 발명에 따른 유도가능한 p21 발현 구성물을 함유하는 세포를 사용하여 생리적으로 중성인 유도제 중에서 세포를 배양하므로써 달성될 수 있다. 바람직한 세포는 포유류 세포, 바람직하게는 설치류 또는 영장류 세포이며, 매우 바람직하게는 마우스 또는 사람 세포이다. 특히 바람직한 구체예은 섬유육종 세포이며, 보다 바람직하게는 사람 섬유육종 세포이고, 매우 바람직하게는 사람 HT 1080 섬유육종 세포주 및 이의 유도체이다.The present invention provides a conditioned cell medium in which the medium is conditioned by cells expressing p21 and a method of producing such conditioned medium. As used herein, the term “conditioned medium” is intended to include a cell medium conditioned by the growth of p21 expressing cells containing mitogenic or anti-apoptotic factors. The conditioned medium is produced in a preferred medium by culturing p21 expressing cells in a mammalian cell medium, very preferably containing no serum additives. Any p21 expressing cell is useful for the production of such conditioned media, and p21 expression in such cells may be directed to inducing endogenous p21 (by treating DNA damage, by irradiation), or to inducible p21 expression constructs according to the present invention. This can be achieved by culturing the cells in physiologically neutral inducers using the containing cells. Preferred cells are mammalian cells, preferably rodent or primate cells, very preferably mouse or human cells. Particularly preferred embodiments are fibrosarcoma cells, more preferably human fibrosarcoma cells, very preferably human HT 1080 fibrosarcoma cell lines and derivatives thereof.
본 발명은 또한 포유류 세포에서 미토제닉 또는 안티-아폽프토틱 인자의 p21 유도된 발현을 억제하는 화합물을 동정하는 스크리닝 방법을 제공한다. 바람직한 구체예에서, p21 발현은 미토제닉 또는 안티-아폽프토틱 인자의 p21 유도된 발현의 억제제로서 확인하려는 화합물의 존재 또는 부재하에 포유류 세포 배지에서 유도된다. 화합물은 세포에서 p21의 발현을 유도하고, 화합물의 존재 하에서의 미토제닉 또는 안티-아폽프토틱 인자, 또는 이들 다수개의 발현 정도와 화합물의 부재 하에서의 발현 정도를 비교하므로써 억제제로서, 그리고 화합물의 존재하에 미토제닉 또는 안티-아폽프토틱 인자, 또는 이들 다수개의 발현의 감소된 양을 갖는 화합물로서 동정된 억제제로서 확인된다. p21 발현 세포는 이러한 조건화된 배지의 생성에 유용하며, 이러한 세포에서의 p21을 유도하므로써(DNA 손상제 및 그 밖의 세포독성 화합물, 및 조사에 의해 처리하므로써와 같이), 또는 본 발명에 따른 유도가능한 p21 발현 구성물을 함유하는 세포를 사용하여 생리적으로 중성인 유도제에서세포를 배양하므로써 달성될 수 있다. 바람직한 세포는 포유류 세포, 바람직하게는 설치류 또는 영장류 세포이며, 매우 바람직하게는 마우스 또는 사람 세포이다. 특히 바람직한 구체예은 섬유육종 세포이며, 보다 바람직하게는 사람 섬유육종 세포이고, 매우 바람직하게는 사람 HT 1080 섬유육종 세포주 및 이의 유도체이다. 본 발명의 이러한 특히 바람직한 구체예에 따른 세포주의 예는 p21-9(ATCC (Manassas, Virginia U.S.A)에 2000.4.6.일자 수탁번호 제 호로 수탁됨)로서 동정된 HT 1080 섬유육종 세포주 유도체이다.The invention also provides a screening method for identifying compounds that inhibit p21 induced expression of mitogenic or anti-apoptotic factors in mammalian cells. In a preferred embodiment, p21 expression is induced in mammalian cell medium in the presence or absence of a compound to be identified as an inhibitor of p21 induced expression of mitogenic or anti-apoptotic factors. Compounds induce expression of p21 in cells and mitogenic or anti-apoptotic factors in the presence of the compound, or mito, in the presence of the compound, as inhibitors, by comparing the expression levels in the absence of the compound It is identified as an inhibitor identified as a genetic or anti-apoptotic factor, or a compound having a reduced amount of these multiple expressions. p21 expressing cells are useful for the production of such conditioned media and can be induced by inducing p21 in such cells (as treated by DNA damaging agents and other cytotoxic compounds, and by irradiation), or according to the present invention. This can be achieved by culturing the cells in physiologically neutral inducers using cells containing the p21 expression construct. Preferred cells are mammalian cells, preferably rodent or primate cells, very preferably mouse or human cells. Particularly preferred embodiments are fibrosarcoma cells, more preferably human fibrosarcoma cells, very preferably human HT 1080 fibrosarcoma cell lines and derivatives thereof. Examples of cell lines according to this particularly preferred embodiment of the invention are described in p21-9 (ATCC (Manassas, Virginia U.S.A), dated 2000.4.6. HT 1080 fibrosarcoma cell line derivatives identified as "
대안적인 구체예에 있어서, 본 발명은 p21에 의해 유도되는 세포내 유전자의 프로모터의 전사 제어를 받는 리포터 유전자를 엔코딩하는 재조합 발현 구성물을 포함하는 포유류 세포에서 분열유발성 또는 안티-아폽토시스 인자의 p21 유도된 발현을 억제시키는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 바람직한 구체예에 있어서, 프로모터로는 CTGF, 액티빈 A, 에피텔린/그라눌린, 갈렉틴-3 및 프로사포신에 대한 프로모터가 있다. 바람직한 리포터 유전자로는 반딧불이 루시퍼라제, β-갈락토시다제, 알칼리 포스파타제 및 녹색 형광성 단백질 (모두 시판되고 있음)이 있지만 이들에 제한되지 않는다. 이러한 구체예에 있어서, p21 발현은 세포내에서 유도되고, 리포터 유전자의 발현의 정도는 화합물이 존재하는 경우와 화합물의 부재하에서의 발현과 비교된다. 억제제는 화합물의 존재하에서 리포터 유전자의 감소된 발현량을 제공하는 화합물로서 확인된다. 임의의 p21 발현 세포는 본 발명의 이러한 일면에서 유용하며, 이러한 세포에서의 p21 발현은, 내인성 p21을 유도하거나 (예를 들어, DNA 손상제 또는 그 밖의 세포독성 화합물로 처리하거나 방사선에 의해),본 발명에 따른 유도성 p21 발현 구성물을 함유하는 세포를 사용하고 이 세포를 생리학적으로 중성인 유도제의 존재하에서 배양함으로써 달성될 수 있다. 바람직한 세포로는 포유류 세포, 바람직하게는 설치류 또는 영장류 세포, 더욱 바람직하게는 마우스 또는 인간 세포가 있다. 특히 바람직한 구체예는 섬유육종 세포, 더욱 바람직하게는 인간 섬유육종 세포, 가장 바람직하게는 인간 HT1080 섬유육종 세포주 및 이의 유도체이다.In an alternative embodiment, the present invention provides p21 induction of fission or anti-apoptotic factor in mammalian cells comprising a recombinant expression construct that encodes a reporter gene that is under transcriptional control of a promoter of an intracellular gene induced by p21. Provided are methods for identifying compounds that inhibit the expressed expression. In a preferred embodiment, the promoters are promoters for CTGF, activin A, epitelin / granulin, galectin-3 and prosaposin. Preferred reporter genes include, but are not limited to, firefly luciferase, β-galactosidase, alkaline phosphatase and green fluorescent proteins (all commercially available). In this embodiment, p21 expression is induced intracellularly and the extent of expression of the reporter gene is compared to expression in the presence of the compound and in the absence of the compound. Inhibitors are identified as compounds that provide for reduced expression of the reporter gene in the presence of the compound. Any p21 expressing cell is useful in this aspect of the invention, and p21 expression in such cells can induce endogenous p21 (eg, by treatment with DNA damaging agents or other cytotoxic compounds or by radiation), This can be achieved by using a cell containing an inducible p21 expression construct according to the invention and culturing the cell in the presence of a physiologically neutral inducer. Preferred cells are mammalian cells, preferably rodent or primate cells, more preferably mouse or human cells. Particularly preferred embodiments are fibrosarcoma cells, more preferably human fibrosarcoma cells, most preferably human HT1080 fibrosarcoma cell line and derivatives thereof.
본 발명은 노화를 억제하거나 촉진시키는 화합물을 확인하는 방법을 제공하는데, 여기서, 화합물의 효과는 화합물이 발현이 p21에 의해 조절되는 유전자의 유도 또는 억제를 억제시키는 지 또는 증강시키는 지를 결정함으로써 검정된다. 본 발명의 방법의 실시에 있어서, p21가 유도될 수 있는 배양된 포유류 세포는, 예를 들어 방사선 처리 또는 세포독성 약물에 의한 처리에 의해 p21을 유도시키도록 처리되거나, p21을 엔코딩하는 전달성 벡터를 사용하여 형질도입된다. 더욱 바람직하게는, 세포를 IPTG와 접촉시킴으로써 p21이 유도될 수 있는 p21-9 세포가 사용된다. 전형적으로는, 세포는 적합한 배양 배지 (예를 들어, p21-9 세포의 경우, 10% 우태아 혈청 (FCS)이 보충된 DMEM)에서 성장된다. p21 유전자 발현은 IPTG를 배양 배지에 약 50μM의 농도로 첨가함으로써 p21-9 세포에서 유도된다. 전형적으로는, p21은 본 발명의 방법에 따라 시험하려는 화합물의 존재 또는 부재하에서 이러한 세포에서 유도된다. 그 후, mRNA는 p21이 유도되는 세포로부터 단리되고, p21에 의해 조절되는 유전자의 발현이 분석된다. 발현은 화합물의 존재하에서 p21이 유도되는 세포에서의 경우와 화합물의 부재하에서 유도되는 발현이 비교되며, 이러한차이는 본원에 설명된 방법에 따라 세포내 유전자 발현에 영향을 미치는 화합물을 확인하는 데에 사용된다. 특정 구체예에 있어서, 세포내 유전자 발현은 예를 들어 시판되는 (입수처: Genome Systems, Inc., St. Louis, MO) 올리고누클레오티드 또는 세포내 cDNA의 마이크로어레이를 사용하여 분석된다. 대안적인 구체예에 있어서, p21에 의해 유도되거나 억제되는 것으로 알려진 유전자가 검정된다. 유전자 발현은 하나 또는 다수의 p21 조절되는 유전자에 대해 세포내 mRNA 또는 단백질을 분석함으로써 검정될 수 있다. 가장 바람직하게는, 이러한 검정에서 사용되는 유전자는 표 I 및 II에서 확인되는 유전자이다.The present invention provides a method for identifying a compound that inhibits or promotes aging, wherein the effect of the compound is assayed by determining whether the compound inhibits or enhances the induction or inhibition of a gene whose expression is regulated by p21. . In the practice of the methods of the present invention, cultured mammalian cells from which p21 can be induced are treated to induce p21 by, for example, radiation treatment or treatment with a cytotoxic drug, or a delivery vector encoding p21. Transduced using. More preferably, p21-9 cells are used in which p21 can be induced by contacting the cells with IPTG. Typically, cells are grown in a suitable culture medium (eg, DMEM supplemented with 10% fetal bovine serum (FCS) for p21-9 cells). p21 gene expression is induced in p21-9 cells by adding IPTG to the culture medium at a concentration of about 50 μM. Typically, p21 is derived in these cells in the presence or absence of the compound to be tested according to the methods of the present invention. Thereafter, mRNA is isolated from the cell from which p21 is induced and expression of the gene regulated by p21 is analyzed. Expression is compared with expression in cells in which p21 is induced in the presence of the compound and in the absence of the compound, and this difference is used to identify compounds that affect intracellular gene expression according to the methods described herein. Used. In certain embodiments, intracellular gene expression is assayed using, for example, commercially available (Genome Systems, Inc., St. Louis, MO) oligonucleotides or microarrays of intracellular cDNA. In alternative embodiments, genes known to be induced or inhibited by p21 are assayed. Gene expression can be assayed by analyzing intracellular mRNA or protein for one or multiple p21 regulated genes. Most preferably, the genes used in this assay are the genes identified in Tables I and II.
대안적인 구체예에 있어서, 이러한 화합물은 p21 지향성 실험 조작과 무관하게 확인된다. 이러한 검정에 있어서, 세포는 상기 기술된 방법 중 어느 하나로 노화를 유도시키도록 처리되는 데, 이러한 방법으로는 세포독성 약물, 방사선 또는 세포 분화제에 의한 처리, 또는 종양 서프레서 유전자의 도입이 있지만 이들에 제한되지 않는다. p21에 의해 억제되거나 유도되는 유전자의 발현은 시험 화합물의 존재 또는 부재하에서 분석된다. 가장 바람직하게는, 이러한 검정에 사용되는 유전자는, 유전자 발현 분석을 위해 상기 논의된 타입의 mRNA 및 단백질 검정을 사용하는 경우, 표 I 및 II에서 확인되는 유전자이다.In alternative embodiments, such compounds are identified independent of p21 directed experimental manipulations. In such assays, cells are treated to induce aging by any of the methods described above, which include but are not limited to treatment with cytotoxic drugs, radiation or cell differentiation, or introduction of tumor suppressor genes. It is not limited to. Expression of genes inhibited or induced by p21 is analyzed in the presence or absence of test compounds. Most preferably, the genes used in these assays are the genes identified in Tables I and II when using the mRNA and protein assays of the types discussed above for gene expression analysis.
대안적인 구체예에 있어서, p21이 유도되는 세포는 p21에 의해 유도되거나 억제되는 세포내 유전자의 프로모터의 전사 제어를 받는 리포터 유전자를 엔코딩하는 재조합 발현 구성물을 추가로 포함한다. 바람직한 구체예에 있어서, 세포내 유전자는 p21에 의해 억제되는 유전자이고, 프로모터는 표 I에서 확인되는 유전자로부터 유래된다. 이러한 유전자에 대한 공지된 프로모터의 예로는 ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, 사이클린 B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, 타이모포이에틴 α, MPP2, MPP5, CDC47/MCM7, CDC21/MCM4, DNA 리가제 I, DNA 중합효소 α, RAD54, HEX1/RAD2, PLK1, DHFR 또는 시트론 키나제가 있다. 바람직한 구체예에 있어서, 세포내 유전자는 p21에 의해 유도되는 유전자이고, 프로모터는 표 II에서 확인되는 유전자로부터 유래된다. 이러한 유전자에 대한 공지된 프로모터의 예로는 결합 조직 성장 인자, 혈청 아밀로이드 A, 보체 C3, 인테그린 β-3, 액티빈 A, 내츄럴 컬러 세포 단백질 4, 프로사포신, Mac2 결합 단백질, 갈렉틴-3, 과산화물 디스뮤타제 2, 그라눌린/에피텔린, p66shc, 리소좀 β-갈락토시다제, 또는 카텝신 B가 있다. 바람직한 리포터 유전자로는 반딧물이 루시퍼라제, β-갈락토시다제, 알칼리 포스파타제 및 녹색 형광성 단백질 (이들 모두는 시판됨)이 있지만 이들에 제한되지 않는다.In an alternative embodiment, the cell from which p21 is derived further comprises a recombinant expression construct that encodes a reporter gene under transcriptional control of a promoter of an intracellular gene that is induced or inhibited by p21. In a preferred embodiment, the intracellular gene is a gene that is inhibited by p21 and the promoter is derived from the genes identified in Table I. Examples of known promoters for these genes include ORC1, PRC1, XRCC9, CDC2, cyclin B1, AIK1, CENP-A, CENP-F, MAD2, BUBR1, MCAK, HSET, CHL1, thymopoietin α, MPP2, MPP5 , CDC47 / MCM7, CDC21 / MCM4, DNA ligase I, DNA polymerase α, RAD54, HEX1 / RAD2, PLK1, DHFR or citron kinase. In a preferred embodiment, the intracellular gene is a gene induced by p21 and the promoter is derived from the genes identified in Table II. Examples of known promoters for such genes include connective tissue growth factor, serum amyloid A, complement C3, integrin β-3, activin A, natural color cell protein 4, prosaposin, Mac2 binding protein, galectin-3, Peroxide dismutase 2, granulin / epitelin, p66 shc , lysosomal β-galactosidase, or cathepsin B. Preferred reporter genes include but are not limited to firefly luciferase, β-galactosidase, alkaline phosphatase and green fluorescent proteins (all of which are commercially available).
본 발명은 또한 p21 유도된 세포 노화의 효과를 중재하는 유전자를 확인하기 위한 방법을 제공한다. p21의 유도는 노화, 말단 분화 및 세포 손상에 대한 반응과 관련된 세포 성장 정지의 필수 부분인 것으로 판명된다. 하기 실시예에 기재된 바와 같이, 이러한 효과가 p21 유도된 유전자 발현 변화로 인한 것인 지를 조사하기 위해 cDNA 어레이 하이브리드화가 사용되었다. 이러한 분석 결과, p21은 유사분열, DNA 복제, 분리 및 복구의 조절에 관여하는 다수의 유전자를 선택적으로 억제시키는 것으로 나타났다. 이러한 실험에서 p21에 의해 유도되는 다수의 단백질은 죽상경화증, 알츠하이머병, 아밀로이드증 및 관절염을 포함하는 노화 및 연령 관련된 질병과 관련되어 왔다. 이러한 결과는 p21 유도의 누적 효과가 암 및 연령 관련된 질병의 병인론에 기여할 수 있음을 암시한다. 또한, 다수의 p21 활성화된 유전자는 세포 성장 및 아폽토시스에 대한 잠재적인 파라크린 효과를 지닌 분비 단백질을 엔코딩한다. 이러한 결과와 일치하여, p21 유도된 세포로부터의 적응용 배지는 분열유발성 및 안티-아폽토시스 활성을 나타내었다.The invention also provides a method for identifying genes that mediate the effects of p21 induced cell aging. Induction of p21 turns out to be an integral part of cell growth arrest associated with senescence, terminal differentiation and response to cell damage. As described in the Examples below, cDNA array hybridization was used to investigate whether this effect was due to p21 induced gene expression changes. This analysis showed that p21 selectively inhibits many genes involved in the regulation of mitosis, DNA replication, isolation and repair. Many of the proteins induced by p21 in these experiments have been associated with aging and age related diseases including atherosclerosis, Alzheimer's disease, amyloidosis and arthritis. These results suggest that the cumulative effects of p21 induction may contribute to the etiology of cancer and age related diseases. In addition, many p21 activated genes encode secretory proteins with potential paracrine effects on cell growth and apoptosis. Consistent with these results, adaptation media from p21 induced cells exhibited mitogenic and anti-apoptotic activity.
하기 실시예에 기재된 분석은 세포 주기 진행 유전자의 억제가 단순히 p21 유도된 성장 정지의 결과가 아님을 보여주었다. 이러한 유전자들의 일부의 차단은 세포 성장 정지와 함께 일어났으며, p21로부터의 해제시의 모든 시험된 유전자의 재발현은 세포의 세포 주기 재진입 보다 먼저 일어났다. ORC1 (DNA 복제의 개시에 필요함), 토포이소머라제 II (G2에서 DNA 분비에 중심역할을 함) 및 PLK1 (유사분열의 개시에 관여함)과 같은 즉시-반응 유전자의 성질은 이들의 발현의 억제가 실제로 p21에 의한 성장 정지의 유도에서 원인 역할을 할 수 있음을 암시하였다. 이러한 결과는 본 발명의 방법의 한 가지 일면을 위한 기초를 형성하였으며, 이는 포유류 세포에서 세포 주기 진행에 관여하는 유전자를 확인하기 위한 방법을 제공한다.The analysis described in the Examples below showed that inhibition of cell cycle progression genes was not simply the result of p21 induced growth arrest. Blocking of some of these genes occurred with cell growth arrest, and re-expression of all tested genes upon release from p21 occurred prior to cell cycle reentry of the cells. Properties of immediate-responsive genes such as ORC1 (needed for initiation of DNA replication), topoisomerase II (which plays a central role in DNA secretion in G2) and PLK1 (involved in the initiation of mitosis) It was suggested that inhibition could actually play a causal role in the induction of growth arrest by p21. These results form the basis for one aspect of the method of the present invention, which provides a method for identifying genes involved in cell cycle progression in mammalian cells.
또한, 즉시- 및 초기-반응 유전자 둘 모두의 생물학적 기능은 이들의 차단이 p21 유도된 성장 정지를 유지시키는 기능을 한다는 것을 나타내준다. 본 발명의 시약 및 방법을 사용하는 것은 p21 유도된 성장 정지로부터의 해제가 엔도리듀플리케이션(endoreduplication) 및 유사분열 비정상을 일으킴을 입증하였다. DNA 복제및 유사분열은 IPTG로부터의 해제 후에 모든 p21 억제된 유전자가 재발현될 때까지 재개되지 않았으며, DNA 복제는 유사분열 전에 현저하게 재개되었다. 하기 실시예에 기재된 결과는 지연성 p21 유도가 복제 또는 유사분열의 "품질 관리"에 관여하는 다수의 단백질을 포함하는 세포 주기 진행에 관여하는 다수의 단백질의 붕괴를 초래한다는 것을 나타낸다. p21로부터 해제된 후 세포가 세포 주기로 재진입할 때까지 이러한 단백질의 푸울(pool)을 재생시키지 못함으로써, 비정상적 복제 및 비정상적 유사분열이 일어났다. 예를 들어, 폴리플로이드 세포의 생성은 지연성 p21 유도된 세포 성장 정지로부터 해제된 후 관찰되었다. 세포의 폴리플로이드화를 초래하는 작용인 엔도리듀플리케이션은 분열유발성 체크포인트 제어의 철폐의 결과일 수 있으며 (Hixonet al., 1998,Mol. Cell Biol.18: 6224-37), 이는 MAD2 및 BUBR1과 같은 p21 억제된 체크포인트 제어 단백질의 결여에 기인할 수 있다. 또한, 폴리플로이드 세포는 본 발명자들이 p21에 의해 억제되는 것으로 발견한 세포질분열 관련된 단백질 Prc1, Aim1 및 시트론 키나제의 결여에 의해 유발될 수 있는 세포질분열의 실패로 인해 생성될 수 있다.In addition, the biological function of both immediate- and early-response genes indicates that their blocking functions to maintain p21 induced growth arrest. Using the reagents and methods of the present invention demonstrated that release from p21 induced growth arrest results in endoreduplication and mitosis abnormalities. DNA replication and mitosis did not resume until release of all p21 inhibited genes after release from IPTG and DNA replication was significantly resumed before mitosis. The results described in the Examples below show that delayed p21 induction results in the disruption of a number of proteins involved in cell cycle progression, including a number of proteins involved in "quality control" of replication or mitosis. Abnormal replication and abnormal mitosis occurred by failing to regenerate pools of these proteins after release from p21 until the cells reenter the cell cycle. For example, production of polyfloid cells was observed after release from delayed p21 induced cell growth arrest. Endoriduplications, an action that results in polyfloodation of cells , may be the result of the abolition of cleavage-induced checkpoint control (Hixon et al ., 1998, Mol. Cell Biol . 18 : 6224-37), which is MAD2 And lack of p21 inhibited checkpoint control proteins such as BUBR1. In addition, polyfloid cells can be produced due to the failure of cytoplasmic division, which can be caused by the lack of cytoplasmic related proteins Prc1, Aim1 and citron kinase, which we found to be inhibited by p21.
p21로부터 방출 후에 관찰된 상이한 유사분열 이상은 MAD2, BUBR1, PLK1, AIK-1, CENP-A, CHL1 및 MCAK와 같이 p21-억제되는 유전자의 산물을 포함하여, 적합한 염색체 정렬 및 분리를 제어하는 단백질의 돌연변이 또는 억제에 기인함이 이전에 밝혀졌다(참조: Li & Benezra, 1996,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93: 10436-10440; Gloveret al., 1998,Genes Develop. 12: 3777-3787; Chanet al., 1999,J. Cell Biol.146: 941-954). p21-유도된 유사분열 이상에 있어서 상기 단백질들의 역할은 유사분열 제어 단배질의 붕괴 및 재합성의 경과에 대한 분석에 의해 뒷받침된다. 따라서, 재개된 유사분열의 시기(방출 후 36시간)에, 유사분열의 개시를 위해 필요한 Cdc2 및 Plk1의 풀(pool)은 처리되지 않은 세포와 유사한 레벨로 재생된다(도 7B에 제시된 바와 같이). 이와 대조적으로, 염색체가 유사분열 스핀들에 적절하게 부착되지 않은 경우 후기를 방지시키는 기능을 하는 MAD2가 비능률적으로 재합성된다(도 7B). 또한 IPTG를 처리한지 하루 후에 남아있는 MAD2 레벨은 3일 이상이 지난 후 보다 훨씬 높으며(도 7B), 이는 p21 유도 하루 후에 방출된 세포에서의 비정상적인 유사분열의 낮은 빈도와 일치하는 것이다.Different mitotic abnormalities observed after release from p21 include products of p21-suppressed genes, such as MAD2, BUBR1, PLK1, AIK-1, CENP-A, CHL1 and MCAK, to control proper chromosomal alignment and separation It has been previously found to be due to mutation or inhibition of Li & Benezra, 1996, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93 : 10436-10440; Glover et al ., 1998, Genes Develop. 12 : 3777-3787 Chan et al ., 1999, J. Cell Biol . 146 : 941-954). The role of these proteins in p21-induced mitosis abnormalities is supported by an analysis of the course of disruption and resynthesis of mitotic control proteins. Thus, at the time of resumed mitosis (36 hours after release), the pools of Cdc2 and Plk1 required for initiation of mitosis are regenerated to levels similar to untreated cells (as shown in FIG. 7B). . In contrast, MAD2, which functions to prevent late stages when chromosomes are not properly attached to mitotic spindles, is inefficiently resynthesized (FIG. 7B). In addition, MAD2 levels remaining one day after IPTG treatment were much higher than after three days or more (FIG. 7B), consistent with the low frequency of abnormal mitosis in cells released one day after p21 induction.
p21 과잉발현은 DNA 수복을 억제하는 것으로 보고되었다(참조: Pan et al., 1995,J. Biol. Chem.270: 22008-22016; Umaret al., 1996, Cell87: 65-73). 또한 본 발명자들의 결과에 비추어, p21의 이러한 효과는 XRCC9, RAD54, HEX1/RAD21 동족체 및 DNA 리가제 I과 같은 DNA 수복 유전자의 억제에 기여할 수 있다. 또한 DNA 수복의 억제는 상기 세포의 전체적인 유전자 불안정성에 기여하는, p21-유도된 성장 정지로부터 회복하는 세포에 있어서 돌연변이의 빈도를 증가시킬 것 같다.p21 overexpression has been reported to inhibit DNA repair (Pan et al., 1995, J. Biol. Chem . 270 : 22008-22016; Umar et al ., 1996, Cell 87 : 65-73). In addition, in light of our results, this effect of p21 may contribute to the inhibition of DNA repair genes such as XRCC9, RAD54, HEX1 / RAD21 homolog and DNA ligase I. Inhibition of DNA repair is also likely to increase the frequency of mutations in cells recovering from p21-induced growth arrest, which contributes to the overall genetic instability of the cells.
또한 정상 세포에서 p21-유도된 유전자 불안정화는 잠재적인 발암 효과를 가질 수 있다. 노화 세포의 성장 정지는 일시적인 p21 유도에 의해 유발되는 반면, 또 다른 CDK 억제제인 p16은 p21의 붕괴 후 성장 정지를 유지시키는 것을 담당하는 것 같다(참조: Alcorta et al., 1996,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93: 13742-13747). p16은(p21과 현저하게 대조적으로) 본 연구에 사용된 HT1080 섬유육종을포함하여, 사람 종양에서 빈번하게 돌연변이된다(참조: Hall & Peters, 1996,Adv. Cancer Res.68: 67-108). p16 돌연변이의 일차적인 발암 효과가 부전형 노화인 경우, 돌연변이된 p16을 발현시키는 세포는 연장된 p21 유도를 겪게 될 것이다. 본원에 기술된 결과와 일치하여, 이러한 조건하에서 세포 주기내로의 재진입은 핵형 이상의 발생을 초래할 것으로 예상된다. p16과 달리, p21은 이러한 과정에서 종양 서프레서로서 보다는 종양유전자로서 역할한다.In addition, p21-induced gene destabilization in normal cells may have potential carcinogenic effects. Growth arrest of senescent cells is caused by transient p21 induction, while another CDK inhibitor, p16, seems to be responsible for maintaining growth arrest after disruption of p21 (Alcorta et al., 1996, Proc. Natl. Acad.Sci . USA 93 : 13742-13747). p16 (in contrast to p21) is frequently mutated in human tumors, including the HT1080 fibrosarcoma used in this study (Hall & Peters, 1996, Adv. Cancer Res . 68 : 67-108). If the primary carcinogenic effect of the p16 mutation is dysfunctional aging, cells expressing the mutated p16 will undergo prolonged p21 induction. Consistent with the results described herein, reentry into the cell cycle under these conditions is expected to result in the development of karyotype abnormalities. Unlike p16, p21 acts as an oncogene rather than as a tumor suppressor in this process.
따라서, 본 발명은 p21-유도된 세포 주기 정지를 억제시킴으로써 항종양발생 효과를 가지는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 본 방법에 의해 생성된 화합물은 핵형 이상을 가진 세포의 발달을 최소화시킬 수 있을 것으로 기대되며, 이는 세포가 악성 질환으로 발달하게 될 가능성을 감소시킬 것으로 기대된다.Thus, the present invention provides a method for identifying compounds having antitumoral effects by inhibiting p21-induced cell cycle arrest. The compounds produced by this method are expected to minimize the development of cells with karyotype abnormalities, which is expected to reduce the likelihood that the cells will develop into malignant diseases.
또한 본 발명은 노화를 유도시키거나 촉진시키는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 이러한 측면에서, 본 발명은 p21 발현에 의해 억제되는 유전자의 억제를 증가시키는 화합물을 제공한다. 세포 분열 및 세포 주기 진행 제어 유전자의 억제는 p21 유도 후에 세포가 세포 주기를 재진입하는 것을 막음으로써 비가역적인 성장 정지를 초래하는 것이 본원에서 밝혀졌다. 따라서, 이러한 유전자의 p21-유도된 억제를 유도하거나 증강시키는 화합물은 세포 노화 및 최종 성장 정지를 촉진시키는 데에 효과적이다. 따라서, 본 발명은 세포 주기 진행을 제어하는 세포내 유전자, 가장 바람직하게는 표 I에서 확인되는 유전자를 억제하는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 바람직한 구체예에서, 화합물은 포유류 세포, 가장 바람직하게는 종양 세포, 증식성 세포 또는 과잉 증식에 기인하는 병리학적 또는 질환-유발성인 임의의 세포 타입의 노화를 촉진시키기 위해 사용된다. 본 발명의 이러한 측면의 바람직한 구체예에서, 본 방법은 화합물의 존재 또는 부재하에서 포유류 세포에서 p21을 유도시키는 단계; p21에 의해 억제되는 유전자의 발현에 대해 세포를 검정하는 단계; 및 유전자가 화합물의 부재하에서 보다 화합물의 존재하에서 더 큰 정도로 억제되는 경우 노와의 증강제로서 화합물을 확인하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법의 또 다른 측면에서, 포유류 세포의 노화를 촉진시키는 화합물은 예컨대, 상기 기술한 임의의 방법으로 세포의 노화를 유도시킴으로써 p21-처리된 실험적 조작에 의해 독립적으로 확인된다. 노화가 p21-결함 세포에서조차 유도될 수 있고(참조: Changet al., 1999,Oncogene 18: 4808-4818 and Pantojaet al., 1999,Oncogene 18: 4974-4982) 모든 트랜스 레티노산을 사용하는 MCF-7 세포의 처리(Changet al., 1999,Cancer Res.59: 3761-3767)와 같은 일부 노화-유도성 처리가 p21의 세포내 레벨에서의 증가 보다는 감소와 관련되어 있음(Zhuet al., 1997,Exp. Cell Res.234: 293-299)은 당분야에 공지되어 있다.The present invention also provides a method for identifying a compound that induces or promotes aging. In this aspect, the present invention provides compounds that increase the inhibition of genes that are inhibited by p21 expression. It has been found herein that inhibition of cell division and cell cycle progression control genes results in irreversible growth arrest by preventing cells from reentering the cell cycle after p21 induction. Thus, compounds that induce or enhance p21-induced inhibition of these genes are effective in promoting cell senescence and final growth arrest. Thus, the present invention provides a method for identifying compounds that inhibit intracellular genes that control cell cycle progression, most preferably the genes identified in Table I. In a preferred embodiment, the compounds are used to promote aging of mammalian cells, most preferably tumor cells, proliferative cells or any cell type that is pathological or disease-induced due to overgrowth. In a preferred embodiment of this aspect of the invention, the method comprises inducing p21 in mammalian cells in the presence or absence of a compound; assaying the cells for expression of the genes inhibited by p21; And identifying the compound as an enhancer with the furnace when the gene is inhibited to a greater extent in the presence of the compound than in the absence of the compound. In another aspect of the methods of the invention, compounds that promote aging of mammalian cells are independently identified by p21-treated experimental manipulations, for example, by inducing senescence of cells by any of the methods described above. Aging can be induced even in p21-deficient cells (Chang et al ., 1999, Oncogene 18 : 4808-4818 and Pantoja et al ., 1999, Oncogene 18 : 4974-4982) and MCF using all transretinoic acid Some aging-induced treatments, such as treatment of -7 cells (Chang et al ., 1999, Cancer Res . 59 : 3761-3767), are associated with a decrease rather than an increase in intracellular levels of p21 (Zhu et al . , 1997, Exp. Cell Res . 234 : 293-299) are known in the art.
또한 본 발명은 세포를 본 발명의 방법에 의해 확인된 화합물과 접촉시키는 단계를 포함하여, 포유류 세포의 노화를 증강시키는 방법을 제공한다. 바람직한 구체예에서, 포유류 세포는 종양 세포, 증식성 세포 또는 과잉 증식으로 인해 병리학적 또는 질환-유발성인 임의의 세포 타입이다. 또 다른 구체예에서, 상기 방법은 세포를 방사 또는 항암, 세포독성 또는 항증식성 약물과 접촉시키는 추가적인 단계를 포함한다.The invention also provides a method of enhancing aging of mammalian cells, comprising contacting the cells with a compound identified by the method of the invention. In a preferred embodiment, the mammalian cell is any cell type that is pathological or disease-induced due to tumor cells, proliferative cells or excessive proliferation. In another embodiment, the method includes the additional step of contacting the cell with a radiation or anticancer, cytotoxic or antiproliferative drug.
유전자 발현에 대한 p21 유도의 관찰된 효과는 세포 노화 및 생물체 노화와연관되어 있는 변화와 상당한 상호관련성을 나타내었다. 이러한 상호관련성 중 일부는 p21-억제된 유전자의 분석으로부터 밝혀졌다. 따라서, 노화 섬유아세포는 본 발명자들이 p21 유도에 대해 관찰한 바와 같이, 낮은 레벨의 Rb를 발현시키는 것으로 보고되었다(참조: Steinet al., 1999,Mol. Cell. Biol.19: 2109-2117). 또한 흥미롭게도 3개의 p21-억제된 유전자(CHL1, CDC21 및 RAD54)가 헬리카제 패밀리의 엘리먼트를 엔코딩하고 있었다. 헬리카제 그룹의 또 다른 단백질에서의 결함은 조로 및, 세포 수준에서, 배양액중의 세포의 가속화된 노화와 관련된 임상학적 질환인 베르너 증후군의 원인으로서 확인되었다(참조: Grayet al., 1997,Nature Genet.17: 100-103).The observed effects of p21 induction on gene expression correlated significantly with changes associated with cellular and organismal aging. Some of these correlations have emerged from the analysis of p21-suppressed genes. Thus, aging fibroblasts have been reported to express low levels of Rb, as we observed for p21 induction (Stein et al ., 1999, Mol. Cell. Biol . 19 : 2109-2117). . Interestingly, also three p21-inhibited genes (CHL1, CDC21 and RAD54) were encoding elements of the helicase family. Defects in another protein of the helicase group have been identified at the premature and cellular level as a cause of Werner's syndrome, a clinical disease associated with accelerated aging of cells in culture (Grey et al ., 1997, Nature). Genet . 17 : 100-103).
그러나 노화 표현형과 가장 강한 상호관련성은 p21-유도된 유전자의 확인으로부터 밝혀지며, 이중 많은 것들이 복제적 노화 또는 생물체 노령 동안 이들의 레벨을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. ECM 단백질의 과잉발현은 복제적 노화의 공지된 홀마크(hallmark)이고, 이 그룹에서 두 개의 p21-유도된 유전자인 피브로넥틴 1 및 플라스미노겐 활성제 억제제 1(PAI-1)은 세포 노화와 빈번하게 관련되어 있다[문헌(참조: Crisofalo & pignolo, 1996,Exp. Gerontol.31: 111-123)에서 검토됨]. 또한 노화 섬유아세포에서 과잉발현되는 것으로 보고된 다른 p21-유도된 유전자에는 조직-타입 플라스미노겐 활성제(t-PA)(참조: Westet al., 1996,Exp. Gerontol.31: 175-193), 카텝신 B(참조: diPaoloet al., 1992,Exp. Cell Res.201: 500-505), 인테그린 β3(참조: Hashimotoet al., 1997,Biochem. Biophys. Res. Commun.240: 88-92) 및 APP(참조: Adleret al., 1991,Proc. Natl. Acad.Sci. USA 88: 16-20)가 포함된다. t-PA 및 PAI-1(참조: Hashimotoet al., 1987,Thromb. Res.46: 625-633), 카텝신 B(참조: Bernsteinet al., 1990,Brain Res. Bull.24: 43-549), 액티빈 A(참조: Loriaet al., 1998,Eur. J. Endocrinol.139: 487-492), 프로사포신(참조: Mathuret al., 1994,Biochem. Mol. Biol. Int.34: 1063-1071), APP(참조: Ogomoriet al., 1988,J. Gerontol.43: B157-B162), SAA(참조: Rosenthal & Franklin, 1975,J. Clin. Invest.55: 746-753) 및 t-TGase(참조: Singhalet al., 1997,J. Investig. Med.45: 567-575)를 포함하여, 수 개의 p21-유도된 단백질의 발현은 생물체 노화와 상호관련되어 있는 것으로 밝혀졌다.However, the strongest correlation with the aging phenotype was found from the identification of p21-derived genes, many of which were found to increase their levels during replication aging or organismal aging. Overexpression of ECM proteins is a known hallmark of replicative aging, and two p21-derived genes, fibronectin 1 and plasminogen activator inhibitor 1 (PAI-1), in this group are frequently associated with cell aging. Related (reviewed in Crisofalo & pignolo, 1996, Exp. Gerontol . 31 : 111-123). In addition, other p21-induced genes reported to be overexpressed in aging fibroblasts include tissue-type plasminogen activator (t-PA) (West et al ., 1996, Exp. Gerontol . 31 : 175-193). , Cathepsin B (diPaolo et al ., 1992, Exp. Cell Res . 201 : 500-505), integrin β3 (Hashimoto et al ., 1997, Biochem. Biophys. Res. Commun . 240 : 88- 92) and APP (Adler et al ., 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88 : 16-20). t-PA and PAI-1 (Hashimoto et al ., 1987, Thromb. Res . 46 : 625-633), cathepsin B (Bernstein et al ., 1990, Brain Res. Bull . 24 : 43- 549), activin A (Loria et al ., 1998, Eur. J. Endocrinol . 139 : 487-492), prosaposin (Mathur et al ., 1994, Biochem. Mol. Biol. Int . 34 : 1063-1071), APP (Ogomori et al ., 1988, J. Gerontol . 43 : B157-B162), SAA (Rosenthal & Franklin, 1975, J. Clin. Invest . 55 : 746-753 ) And t-TGase (see Singhal et al ., 1997, J. Investig. Med . 45 : 567-575), the expression of several p21-derived proteins found to be correlated with organism aging. lost.
세포 노화에 대해 가장 보편적으로 사용되는 마커는 SA-β-gal 활성이다(참조: Dimriet al., 1995,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 9363-9367). 이 유전자는 IPTG-처리된 p21-9 세포에서 강하게 향상된다(참조: Changet al., 1999,Oncogene 18: 4808-4818). SA-β-gal은 리소좀 β-갈락토시다제의 증가된 활성 및 변경된 위치를 대표하는 것으로 제안되었다(참조: Cristofalo & Kabakijan, 1975,Mech. Aging Dev.4: 19-28). N-아세틸갈락토사민-6-설페이트 설파타제(GALNS), 카텝신 B, 산 α-글루코시다제, 산 리파제 A 및 리소좀 펩스타틴-무감응성 프로테아제를 포함하는, 5개의 리소좀 효소를 표 II에 나타내었다. 또한 p21은 노화 세포에서 과잉발현된 상이한 미토콘드리아 유전자에 대한 보고와 상호관련있는 미토콘드리아 단백질 SOD2, 메타진 및 2,4-디에노일-CoA 환원효소에 대한 유전자를 상향조절하였다(참조: Doggettet al., 1992,Mech. Aging Dev.65: 239-255; Kodamaet al., 1995,Exp. Cell Res.219: 82-86; Kumazakiet al., 1998,Mech. Aging Dev.101: 91-99).The most commonly used marker for cell aging is SA-β-gal activity (Dimri et al ., 1995, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92 : 9363-9367). This gene is strongly enhanced in IPTG-treated p21-9 cells (Chang et al ., 1999, Oncogene 18 : 4808-4818). SA-β-gal has been suggested to represent the increased activity and altered position of lysosomal β-galactosidase (Cristofalo & Kabakijan, 1975, Mech. Aging Dev . 4 : 19-28). Five lysosomal enzymes, including N-acetylgalactosamine-6-sulfate sulfatase (GALNS), cathepsin B, acid α-glucosidase, acid lipase A and lysosomal pepstatin-insensitive protease, are listed in Table II. Indicated. P21 also upregulated genes for mitochondrial proteins SOD2, metazin, and 2,4-dienoyl-CoA reductase, which correlated with reports of different mitochondrial genes overexpressed in senescent cells (Doggett et al . , 1992, Mech Aging Dev 65: .. 239-255; Kodama et al, 1995, Exp Cell Res 219:...... 82-86; Kumazaki et al, 1998, Mech Aging Dev 101: 91-99) .
하기 실시예에서 기술하는 바와 같이, p21-9 세포에서 p21 유도의 효과와 정상적인 섬유아세포의 노화와 관련되어 있는 변화 사이에는 많은 유사성이 존재한다. 특히, 노화 세포는 전이를 촉진시킬 수 있는 상이한 성장 인자 및 ECM 단백질을 과잉생성하는 것으로 밝혀졌다(참조: Campisiet al., 1998,J. Investig. Dermatol. Symp. Proc.3: 1-5). 수 개의 성장 인자 및 성장 인자 수용체는 강한 p21 유도의 조건하에서, p53-의존성 수단으로 조사함으로써 유도되는 유전자사이에서 확인되었다(참조: Komarovaet al., 1998,Oncogene 17: 1089-1096). 흥미롭게도, 이러한 유전자 대부분은 이들의 프로모터내에 p53-결합 부위를 가지고 있지 않았다. 본 발명자들의 결론은 p53에 의한 성장 인자의 유도가 p21 유도를 통해 매개된 간접적인 효과일 수 있음을 시사한다.As described in the Examples below, there are many similarities between the effects of p21 induction in p21-9 cells and the changes associated with aging of normal fibroblasts. In particular, senescent cells have been found to overproduce different growth factors and ECM proteins that may promote metastasis (Camisi et al ., 1998, J. Investig. Dermatol. Symp. Proc . 3 : 1-5). . Several growth factors and growth factor receptors were identified among genes induced by irradiation with p53-dependent means under conditions of strong p21 induction (Komarova et al ., 1998, Oncogene 17 : 1089-1096). Interestingly, most of these genes did not have p53-binding sites in their promoters. Our conclusions suggest that the induction of growth factors by p53 may be an indirect effect mediated through p21 induction.
따라서, 본 발명은 세포 노화와 관련된 유전자, 특히 노화 동안, 특히 p21 발현에 의해 유도되는 유전자를 확인하는 방법을 제공한다. 또한 본 발명은 이러한 유전자의 p21-매개된 유도를 억제시킬 수 있는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 이러한 화합물은 유전자 발현의 p21-매개된 유도에 대한 이들의 영향에 의해 세포 노화를 감소시키거나 억제시키거나 역진시키는 능력을 나타낼 것으로 기대된다.Accordingly, the present invention provides a method for identifying genes associated with cellular senescence, particularly genes induced during aging, in particular by p21 expression. The present invention also provides a method for identifying compounds capable of inhibiting p21-mediated induction of such genes. Such compounds are expected to exhibit the ability to reduce, inhibit or reverse cell senescence by their effect on p21-mediated induction of gene expression.
주목할만 하게도, 본 발명자들이 p21에 의해 유도되는 것으로 밝힌 많은 유전자의 산물들은 알츠하이머병, 아밀로이드증, 죽상경화증 및 관절염을 포함하는,연령-관련 질환과 연관되어 있다. 따라서, APP는 알츠하이머 아밀로이드 플라크의 주성분인 β-아밀로이드 펩티드를 발생케한다. 또한 보체 C3(참조: Veerhuiset al., 1995,Virchows Arch.426: 603-610) 및 AMP 디아미나제(참조: Simset al., 1998,Neurobiol. Aging 19: 385-391)가 알츠하이머에서 역할하는 것으로 제안되었다. 특히 흥미롭게도 p21에 의해 가장 신속하게 유도되고 세포 분화, 암발생, 아폽토시스 및 노령의 다면발현성 매개체로서 기술된 t-TGase(Parket al., 1999,J. Gerontol. A Biol. Sci.54: B78-B83)는 알츠하이머병 및 아밀로이드증 둘 모두와 관련되어 있는 플라크의 형성과 관련있었다(참조: Dudek & Johnson, 1994,Brain Res.651: 129-133). 후자의 질환은 또 다른 p21-유도된 유전자 산물인 SAA의 퇴적에 의해 일어나며, 이는 또한 죽상경화증, 골관절염 및 류마티스성 관절염과 관련되어 있다(참조: Jensen & Whitehead, 1998,Biochem. J.334: 489-503). 두 개의 그 밖의 p21-상향조절된 분비된 단백질, 결합 조직 성장 인자(CTGF) 및 갈렉틴 3는 죽상경화증과 관련되어 있다(참조: Oemar et al., 1997, Circulation 95: 831-839; Nachtigalet al., 1998,Am. J. Pathol.152: 1199-1208). 또한, 카텝신 B(참조: Howie et al., 1985, J. Pathol. 145: 307-314), PAI-1(참조: Cerinicet al., 1998,Life Sci.63: 441-453), 피브로넥틴(참조: Chevalier, 1993,Semin. Arthritis Rheum.22: 307-318), GALNS 및 Mac-2 결합 단백질(참조: Sekiet al., 1998,Arthritis Rheum.41: 1356-1364)은 골관절염 및/또는 류마티스성 관절염과 관련되어 있다. 또한, 증가된 PAI-1 발현과 같은, ECM 단백질에서의 노화-관련된 변화는 피부 및 그 밖의 조직의 구조에 있어서 연령-특이적인 퇴폐를 초래하는 것으로 제안되었다(참조: Campisi, 1998,J. Investig. Dermatol. Symp. Proc.3: 1-5). 또한 노령의 세포에 의한 증가된 피브로넥틴 생성은 ECM중의 피브로넥틴 네트워크의 밀도를 증가시켜 노령의 개체에서 더욱 느린 치유에 기여할 수 있는 것으로 제안되었다(참조: Albiniet al., 1988,Coll. Relat. Res.8: 23-37).Notably, the products of many of the genes we have found to be induced by p21 are associated with age-related diseases, including Alzheimer's disease, amyloidosis, atherosclerosis and arthritis. Thus, APP generates β-amyloid peptide, which is the main component of Alzheimer's amyloid plaques. Complement C3 (Verhuis et al ., 1995, Virchows Arch . 426 : 603-610) and AMP deaminase (Sims et al ., 1998, Neurobiol. Aging 19 : 385-391) also play a role in Alzheimer's. It was proposed to. Particularly interesting is t-TGase (Park et al ., 1999, J. Gerontol. A Biol. Sci . 54) , which is most rapidly induced by p21 and described as a pleiotropic medium of cell differentiation, cancer development, apoptosis and old age. B78-B83) was associated with the formation of plaques associated with both Alzheimer's disease and amyloidosis (Dudek & Johnson, 1994, Brain Res . 651 : 129-133). The latter disease is caused by the deposition of another p21-derived gene product, SAA, which is also associated with atherosclerosis, osteoarthritis and rheumatoid arthritis (Jensen & Whitehead, 1998, Biochem. J. 334 : 489). -503). Two other p21-upregulated secreted proteins, connective tissue growth factor (CTGF) and galectin 3 are associated with atherosclerosis (Oemar et al., 1997, Circulation 95: 831-839; Nachtigal et. al ., 1998, Am. J. Pathol . 152 : 1199-1208). Also, cathepsin B (Howie et al., 1985, J. Pathol. 145: 307-314), PAI-1 (Cerinic et al ., 1998, Life Sci . 63 : 441-453), fibronectin (Chevalier, 1993, Semin. Arthritis Rheum . 22 : 307-318), GALNS and Mac-2 binding proteins (Seki et al ., 1998, Arthritis Rheum . 41 : 1356-1364) are osteoarthritis and / or It is associated with rheumatoid arthritis. In addition, aging-related changes in ECM proteins, such as increased PAI-1 expression, have been suggested to result in age-specific degradation in the structure of skin and other tissues (Camisi, 1998, J. Investig). .. Dermatol Symp Proc 3:. . 1-5). In addition, increased fibronectin production by aged cells has been suggested to increase the density of the fibronectin network in ECM, which may contribute to slower healing in older individuals (Albini et al ., 1988, Coll. Relat. Res . 8 : 23-37).
본원에 기술된 결과들은 p21 유도가 암 또는 연령-관련 질환의 발생 가능성을 증가시킬 수 있는 방법으로 세포내 유전자 발현에 영향을 미친다는 것을 가리킨다. p21 발현의 큰 변화는 정상적인 복제적 노화에서 뿐만 아니라 세포 손상에 대한 반응에서 일어나지 않았고; 둘 모두의 경우에서, p21 유도의 바람직하지 않은 효과가 연령-의존성 수단으로 축적될 것으로 기대된다. 유전자 발현상에 p21의 이러한 영향을 담당하는 특이적인 분자 상호작용 및 조절 경로에 대한 설명은 암 및 연령-관련 질환의 예방에 대한 새로운 접근법을 제안할 수 있다.The results described herein indicate that p21 induction affects intracellular gene expression in a way that can increase the likelihood of developing cancer or age-related diseases. Large changes in p21 expression did not occur in response to cellular damage as well as in normal replicative aging; In both cases, it is expected that undesirable effects of p21 induction will accumulate in age-dependent means. The description of specific molecular interactions and regulatory pathways responsible for this influence of p21 on gene expression may suggest new approaches to the prevention of cancer and age-related diseases.
따라서, 본 발명은 연령-관련 질환과 관련된 유전자를 확인하는 방법을 제공한다. 또한 본 발명은 상기 유전자의 p21-매개된 유도를 억제시킬 수 있는 화합물을 확인하는 방법을 제공한다. 이러한 화합물은 연령-관련 질환을 예방하거나 지연시키거나 역진시키는 치료 능력을 보여줄 것으로 기대된다.Accordingly, the present invention provides a method for identifying genes associated with age-related diseases. The present invention also provides a method for identifying a compound capable of inhibiting p21-mediated induction of the gene. Such compounds are expected to show therapeutic ability to prevent, delay or reverse age-related diseases.
본 발명의 방법은 발현이 실험적으로 p21 발현을 유도시킬 수 있는 장점을 가진 p21에 의해 조절되는 유전자를 확인하는 것에 관한 것이다. 유도성 p21 유전자를 함유하는 본 발명에 의해 제공되는 세포는 p21 발현에 의해 유도되고 억제되고 변화되지 않는 유전자의 발현 상태를 반영하는 세포내 mRNA를 단리시키기 위해 사용될 수 있다. p21가 유도되지 않은 본래의 세포는 세포내 mRNA의 비교용의 대조 공급원을 제공한다. 다수의 핵산, 가장 바람직하게는 세포내 mRNA의 cDNA 복사본은 감법 하이브리드화 방법을 사용하여 차별적인 cDNA 라이브러리를 구성함으로써 유도되거나 억제된 유전자에 대해 특이적인 것으로서 수득될 수 있다. 문헌(참조: Diatchenkoet al., 1996,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93: 6025-6030)을 참조하라. p21 유도 전 및 후에 단리된 mRNA 또는 cDNA는 또한 정렬되거나 정렬되지 않은 cDNA 라이브러리를 사용하는, 하이브리드화 분석을 위한 프로브로서 사용될 수 있으며, 차별적으로 발현된 유전자는 이러한 하이브리드화로부터 확인될 수 있다. 일반적으로, 문헌(참조: Sambrook et al., 1990, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press: New York)을 참조하라. 또한, 감법 cDNA 군집의 차별적인 디스플레이를 수행하여 p21 발현에 의해 상향조절되거나 하향조절되는 유전자의 세트를 수득할 수 있다.The methods of the present invention are directed to identifying genes whose expression is regulated by p21, which has the advantage of experimentally inducing p21 expression. Cells provided by the present invention containing inducible p21 genes can be used to isolate intracellular mRNAs that reflect the expression status of genes induced, inhibited and unchanged by p21 expression. Intact cells that did not induce p21 provide a control source for comparison of intracellular mRNAs. A plurality of nucleic acids, most preferably cDNA copies of intracellular mRNAs, can be obtained as specific for genes derived or inhibited by constructing differential cDNA libraries using subtractive hybridization methods. See Diatchenko et al ., 1996, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93 : 6025-6030. mRNA or cDNA isolated before and after p21 induction can also be used as probes for hybridization assays, using aligned or unaligned cDNA libraries, and differentially expressed genes can be identified from such hybridizations. In general, see Sambrook et al., 1990, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press: New York. In addition, differential display of subtracted cDNA populations can be performed to obtain a set of genes that are upregulated or downregulated by p21 expression.
추가적인 구체예에서, p21 발현에 의해 상향조절되거나 하향조절되는 유전자는 당분야에 널리 공지된 분자 클로닝 기술을 사용하여 단리될 수 있다. 문헌(Sambrooket al., ibid) 참조. 상기 기술한 바와 같이 생성된 차별적인 cDNA 라이브러리는 적합한 cDNA 군집을 위한 프로브를 부화시키는 감법 하이브리드화 방법을 사용함으로써, p21에 의해 유도되거나 억제되는 유전자에 대해 특이적인 프로브를 사용하여 스크리닝될 수 있다. 또한, 이러한 프로브는 본 발명의 방법을 사용하여 확인된 p21-조절된 유전자, 특히 신규한 유전자의 클로닝을 수월하게 하기 위한 전장 cDNA 또는 전장 cDNA에 가까운 길이를 포함하는 콜로니의 퍼센트를 최대화시키도록 구성된 통상적으로 제조된 cDNA 라이브러리를 스크리닝하기 위해 사용될 수 있다. 또한 상기 유전자를 본 발명의 범위내에 포함시키고자 한다.In additional embodiments, genes that are upregulated or downregulated by p21 expression can be isolated using molecular cloning techniques well known in the art. See Sambrook et al., Ibid . Differential cDNA libraries generated as described above can be screened using probes specific for genes that are induced or inhibited by p21 by using subtractive hybridization methods that incubate probes for suitable cDNA populations. In addition, such probes are configured to maximize the percentage of colonies comprising a full length cDNA or a length close to the full length cDNA to facilitate cloning of p21-regulated genes, particularly new genes, identified using the methods of the invention. Conventionally prepared cDNA libraries can be used for screening. It is also intended to include such genes within the scope of the present invention.
하기 실시예들은 본 발명의 특정한 바람직한 구체예들을 추가로 예증하고자 하는 것이며 조금도 제한하는 것이 아니다.The following examples are intended to further illustrate certain preferred embodiments of the present invention and do not limit it in any way.
실시예 1Example 1
유도성 p21 유전자Inducible p21 gene 를 포함하고 있는 포유류 세포의 생성Generation of mammalian cells containing
인간 섬유육종 세포주 HT1080의 재조합 유도체인 p21-9를 필수적으로 창(Chang) 등(참조: 1999,Oncogene 18: 4808-4818, 본원에 참조로 인용함)의 문헌에 따라 생성시켰다. 이 세포주는 이소프로필-β-티오갈락토시드(IPTG)에 의해 조절되는 프로모터의 전사 제어를 받는 p21 코딩 서열을 포함하고 있었다. p21의 발현은 충분한 양의 IPTG의 존재하에서 이들 세포를 배양시킴으로써 유도될 수 있으며, 이로써 내인성 p21 유전자의 유도가 자극되는 임의의 추가적인 효과없이 p21 발현의 후유증이 연구되었다. 이 세포주는 아메리칸 타입 컬춰 컬렉션(A.T.C.C.)(Manassas, VA)에 2000년 4월 6일에 기탁되어, 수탁 번호 ________호를 부여받았다.P21-9, a recombinant derivative of the human fibrosarcoma cell line HT1080, was essentially generated according to the literature of Chang et al. (1999, Oncogene 18 : 4808-4818, incorporated herein by reference). This cell line contained a p21 coding sequence under transcriptional control of a promoter regulated by isopropyl-β-thiogalactoside (IPTG). Expression of p21 can be induced by culturing these cells in the presence of a sufficient amount of IPTG, whereby the sequelae of p21 expression have been studied without any additional effect that the induction of the endogenous p21 gene is stimulated. The cell line was deposited on April 6, 2000 in the American Type Culture Collection (ATCC) (Manassas, VA) and was assigned accession number ________.
요약하면, 플라스미드 3'SS(Stratagene)에 의해 엔코딩되어 있는 동종숙주역의 레트로바이러스 수용체 및 변경된 세균lacI 수용체를 발현시키는 HT1080의 서브라인(참조: Chang & Roninson, 1996,Gene 33: 703-709, 참조로 인용함)을 도 1에 도시된 구조인 재조합 레트로바이러스 LNp21CO3를 포함하는 레트로바이러스 입자와 함께 감염시켰다. 이 레트로바이러스 벡터는 레트로바이러스의 긴 말단 반복프로모터의 전사 제어를 받는 세균 네오마이신 내성 유전자(neo)를 포함하고 있다. p21-엔코딩 서열을neo유전자의 전사 방향과 반대 방향으로 클로닝하고 변경된 사람 사이토메갈로바이러스 프로모터의 제어를 받도록 하였다. 상세하게는, CMV 프로모터는 세포에서 발현된lacI 리프레서에 민감한 프로모터로부터 발현되는 세균lac오퍼레이터 서열의 3배 반복서열을 포함하고 있다. LNp21CO3를 p21 코딩 서열을 포함하는 DNA의 492bp 단편을 모(母) 벡터인 LNXCO3의NotI 및BglII 부위내로 클로닝함으로써 구성하였다(참조: Chang & Roninson,ibid).In summary, a subline of HT1080 expressing the co-host retroviral receptor and altered bacterial lac I receptor encoded by plasmid 3'SS (Stratagene) (Chang & Roninson, 1996, Gene 33 : 703-709). (Incorporated by reference) were infected with retroviral particles comprising the recombinant retrovirus LNp21CO3, the structure shown in FIG. 1. This retroviral vector contains the bacterial neomycin resistance gene neo under the transcriptional control of the long term repeat promoter of the retrovirus. The p21-encoding sequence was cloned in the opposite direction to the transcription direction of the neo gene and subjected to the control of the altered human cytomegalovirus promoter. Specifically, the CMV promoter contains a three-fold repeat of the bacterial lac operator sequence expressed from a promoter sensitive to lac I repressor expressed in a cell. LNp21CO3 was constructed by cloning a 492bp fragment of DNA containing the p21 coding sequence into the Not I and Bgl II sites of the parent vector LNXCO3 (Chang & Roninson, ibid ).
감염 후에, LNp21CO3X 벡터로 감염된 세포를 400㎍/mL G418(BRL-GIBCO(Gaithersburg, MD)로부터 입수함)의 존재하에서 세포를 배양시킴으로써 선별하였다. 클론 라인 p21-9를 클론 세포주가 수득될 때까지 종점 희석에 의해 LNp21CO3 형질도입된, G418-내성 세포주로부터 유도시켰다.After infection, cells infected with the LNp21CO3X vector were selected by culturing the cells in the presence of 400 μg / mL G418 (obtained from BRL-GIBCO (Gaithersburg, MD)). Clone line p21-9 was derived from LNp21CO3 transduced, G418-resistant cell line by endpoint dilution until clone cell line was obtained.
실시예 2Example 2
세포 성장 검정Cell growth assay
실시예 1에 기술한 바와 같이 생성된 p21-9 세포를 세포 성장 검정에서 사용하여 p21이 세포에서 발현될 때 세포 성장에 있어서 어떤 변화가 일어나는 지를 결정하였다.The p21-9 cells produced as described in Example 1 were used in a cell growth assay to determine what changes in cell growth occur when p21 is expressed in the cells.
p21-9 세포내에서 LNp21CO3로부터의 p21 발현을 10% 우태아혈청(Hyclone, Logan, UT) 및 IPTG를 함유하는 DMEM 배지에서 세포를 배양시킴으로써 유도시켰다. 이러한 검정의 결과를 도 2A 및 2B에 도시하였다. 도 2A는 50μM IPTG의 존재하에서 배양된 세포에서의 p21 단백질 생성의 시간 경과를 도시한 것이다. p21 유전자발현은 IPTG를 성장 배지에 도입시킨 지 6시간 내지 12시간에 증가하였고, 발현은 도입후 약 24시간에 최고에 달했다. IPTG-함유 배지로부터 세포를 제거하자마자, p21 발현은 이것이 상승한 만큼이나 빠르게 떨어져서, IPTG를 제거한 지 약 24시간에는 유도전의 레벨로 돌아왔다(도 2B).p21 expression from LNp21CO3 in p21-9 cells was induced by culturing the cells in DMEM medium containing 10% fetal bovine serum (Hyclone, Logan, UT) and IPTG. The results of this assay are shown in FIGS. 2A and 2B. 2A shows the time course of p21 protein production in cells cultured in the presence of 50 μM IPTG. p21 gene expression increased from 6 to 12 hours after the introduction of IPTG into the growth medium, the expression peaked about 24 hours after introduction. As soon as cells were removed from the IPTG-containing medium, p21 expression dropped as fast as it rose, returning to pre-induction levels about 24 hours after removal of IPTG (FIG. 2B).
IPTG의 존재하에서 세포 성장을 3가지 방법으로 검정하였다:3H-티미딘 혼입을 측정하는 방법("표지 지수"라 칭함); 현미경에 의해 배양물중의 유사분열 세포의 수를 관찰하는 방법("유사분열 지수"라 칭함) 및 세포 주기의 상이한 부분에서 배양 세포의 분포를 결정하는 방법("세포 주기 분포"라 칭함). 이들 결과를 도 3A 내지 도 3C에 도시하였다.Cell growth in the presence of IPTG was assayed in three ways: by measuring 3 H-thymidine incorporation (called "label index"); A method of observing the number of mitotic cells in culture by a microscope (called "mitosis index") and a method of determining the distribution of cultured cells at different parts of the cell cycle (called "cell cycle distribution"). These results are shown in FIGS. 3A-3C.
3H-티미딘 혼입 검정을 딤리(Dimri) 등의 문헌(참조: 1995,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 9363-9367)에 기술된 바와 같이 실질적으로 수행하였다. 세포를3H-티미딘의 존재하에서 3시간 동안 배양시킨 다음 자동방사선사진법에 의해 분석하였다. 자동방사선사진법에 의해 결정된 바와 같이 DNA 복제를 배양 배지에 IPTG를 첨가한지 9시간 후까지 완전히 중지시켰다(도 3A 참조). 유사분열 지수를 5㎍/mL 4,6-디아미노-2-페닐인돌(DAPI)을 사용하여 염색시킨 후에 현미경적으로 세포를 관찰하고 유사분열중인 세포의 수를 셈으로써 결정하고, 이미지를 레이카(Leica) DMIRB 형광 현미경 및 베이테크(Vaytek)(Fairfield, Iowa) 이미징 시스템을 사용하여 수집하였다. 현미경적으로 검출된 유사분열 세포는 두 단계로 IPTG의 존재하에서 이들 배양물로부터 사라졌다: 우선 IPTG 첨가후 0 내지 4시간에일어나고(여기서, 유사분열 지수는 처리하지 않은 세포중의 약 15%에서 IPTG-처리된 세포중의 약 5%로 떨어졌다), 그 다음에 IPTG 첨가후 약 10 내지 14시간에 다시 일어났다(여기서, 유사분열 지수는 IPTG 첨가후 약 13시간에 제로(0)로 떨어졌다)(도 3B 참조). The 3 H-thymidine incorporation assay was carried out substantially as described in Dimri et al . , 1995, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92 : 9363-9367. Cells were incubated for 3 hours in the presence of 3 H-thymidine and analyzed by autoradiography. DNA replication was completely stopped until 9 hours after addition of IPTG to the culture medium as determined by autoradiography (see FIG. 3A). The mitotic index is stained with 5 μg / mL 4,6-diamino-2-phenylindole (DAPI), followed by microscopic observation of the cells, counting the number of mitotic cells, and the image of the Leica (Leica) were collected using a DMIRB fluorescence microscope and a Baytek (Fairfield, Iowa) imaging system. Microscopically detected mitotic cells disappeared from these cultures in the presence of IPTG in two steps: first occur 0 to 4 hours after IPTG addition (where mitotic index is about 15% of untreated cells) Dropped to about 5% of IPTG-treated cells, then rose again about 10-14 hours after IPTG addition (where mitotic index dropped to zero at about 13 hours after IPTG addition) ) (See Figure 3B).
세포 주기 분포를 벡톤 딕킨슨 팩소트(Becton Dickinson FACSort)를 사용한 조단(Jordan) 등(참조: 1996,Cancer Res.56: 816-825)에 의해 기술된 바와 같이 프로피듐 요오드를 사용하여 염색시킨 후에 DNA 함량에 대한 FACS 분석을 사용하여 결정하였다. IPTG 처리한지 24시간 후에 세포 주기 분포는 안정화되었다(도 3C에 도시함). 이 때, IPTG-처리된 세포 42 내지 43%는 각각 G1 및 G2에서 정지되었고, 세포 중 약 15%는 S-기 DNA 함량으로 정지되었다.The cell cycle distribution was stained with propidium iodine as described by Jordan et al. (1996, Cancer Res . 56 : 816-825) using Becton Dickinson FACSort. It was determined using FACS analysis on DNA content. 24 hours after IPTG treatment, the cell cycle distribution was stabilized (shown in FIG. 3C). At this time, 42-43% of IPTG-treated cells were stopped at G1 and G2, respectively, and about 15% of the cells were stopped at S-phase DNA content.
또한 p21 발현의 효과를 세포 배양 배지로부터 IPTG를 제거함으로써 p21의 효과로부터 세포를 방출시킴으로써 조사하였다. IPTG-처리된 p21-9 세포가 형태학적 노화 마커를 디스플레이함이 공지되었다(참조: Changet al., 1999,ibid). 도 2B에 도시한 바와 같이, p21-9 세포내의 p21 유전자 발현 레벨은 IPTG 제거 후 24시간 이내에 기본 레벨로 회복되었다. 여기서, IPTG-처리된 p21-9 세포가 IPTG의 제거 후에 클론원성 능력에 대해 어떤 손실을 나타내는 지를 결정하였다. 본 실험의 결과를 도 4A 내지 도 4D에 도시하였다.The effect of p21 expression was also investigated by releasing cells from the effect of p21 by removing IPTG from cell culture medium. It is known that IPTG-treated p21-9 cells display morphological aging markers (Chang et al ., 1999, ibid ). As shown in FIG. 2B, p21 gene expression levels in p21-9 cells were restored to baseline levels within 24 hours after IPTG removal. Here, it was determined what loss of IPTG-treated p21-9 cells showed for clonality capacity after removal of IPTG. The results of this experiment are shown in FIGS. 4A-4D.
IPTG 처리로부터의 회복에 대한 콜로니 검정을 DMEM/10% FCS 및 IPTG의 존재 또는 부재하에서 10 cm 배양 디시당 약 2,000개 p21-9 세포를 플레이팅함으로써 수행하였다. 세포가 이들의 클론원성 능력이 결정되기 전에 10일 동안 콜로니를 형성하도록 하였다. p21-9 세포를 3가지 농도의 IPTG를 사용하여 처리하였다: 0.5μM, 5μM 및 50μM. 이러한 처리는 각각 p21 유전자 발현에 있어서 기본 p21 레벨 이상의 측정할 수 없는 증가(0.5μM), 최대 증가의 절반(5μM) 또는 최대 증가(50μM)를 유도시켰다. 도 4A에 도시한 바와 같이, 0.5μM IPTG를 사용한 p21-9 세포의 처리는 콜로니 형성을 억제시키지 않았다. 이와 대조적으로, 5μM 또는 50μM IPTG에 세포의 연속 노출은 p21-9 세포의 클론원성을 각각 80% 및 100%까지 감소시켰다. IPTG가 12 또는 14시간 후에 제거되는 경우, 5μM IPTG로 처리된 세포는 실질적으로 감소되지 않은 콜로니 형성을 나타내었다. 그러나, 50μM IPTG-처리된 세포는 58 내지 63%의 클론원성에서의 감소를 보여주었다. 처리한지 3 내지 5일 후에, 5μM IPTG에서 배양된 세포는 95 내지 99%로 감소된 클론원성을 보여주었다. 이러한 결과들은 p21 유전자 발현이 쇠퇴한 후에 회복하기 위한 세포의 능력이 유도된 p21의 레벨 및 p21 유도의 기간과 반비례적으로 상호관련됨을 나타낸다. 이러한 결과들은 다른 세포 배양 시스템에서 다른 이들에 의해 수득된 결과와 일치하였다(참조: Fang et al., 1999,Oncogene 18: 2789-2797).Colony assays for recovery from IPTG treatment were performed by plating about 2,000 p21-9 cells per 10 cm culture dish with or without DMEM / 10% FCS and IPTG. The cells were allowed to form colonies for 10 days before their clonal capacity was determined. p21-9 cells were treated with three concentrations of IPTG: 0.5 μM, 5 μM and 50 μM. These treatments resulted in unmeasurable increases (0.5 μM), half of the maximum increase (5 μM) or maximum increase (50 μM) above the baseline p21 level, respectively, in p21 gene expression. As shown in FIG. 4A, treatment of p21-9 cells with 0.5 μM IPTG did not inhibit colony formation. In contrast, continuous exposure of cells to 5 μM or 50 μM IPTG reduced the clonality of p21-9 cells by 80% and 100%, respectively. When IPTG was removed after 12 or 14 hours, cells treated with 5 μM IPTG showed substantially uncollected colony formation. However, 50 μM IPTG-treated cells showed a decrease in clonality of 58-63%. Three to five days after treatment, cells cultured in 5 μM IPTG showed reduced clonality by 95-99%. These results indicate that the ability of cells to recover after p21 gene expression is inversely correlated with the level of p21 induced and the duration of p21 induction. These results were consistent with those obtained by others in other cell culture systems (Fang et al., 1999, Oncogene 18 : 2789-2797).
클론원성의 손상의 원인을 다음과 같이 조사하였다. DNA 복제의 재개를 상기 기술한 바와 같이3H-티미딘 혼입 검정을 사용하여 IPTG로부터 방출 후 약 20시간에 최초로 검출하였다. 이들 결과를 도 4B에 도시하였다. 이들 세포에서 유사분열의 재개를 상기 기술한 바와 같이 유사분열 지수로부터 결정된 바와 같이, IPTG 방출 후 약 30시간에 최초로 검출하였다. 이들 결과를 도 4C에 도시하였다.세포주기 중 S기 또는 M기로 들어가는 세포의 백분율은 5일 동안 보다 1일 동안 IPTG로 처리된 세포에서 더 높았지만(도 4B 및 도 4C에서 각각에 대한 곡선을 비교) 그 차이는 도 4A에 도시된 바와 같이 클론원성 회복에서의 상응하는 차이를 설명할 만큼 현저하지는 않았다.The causes of clonal damage were investigated as follows. Resumption of DNA replication was initially detected about 20 hours after release from IPTG using the 3 H-thymidine incorporation assay as described above. These results are shown in FIG. 4B. Resumption of mitosis in these cells was initially detected about 30 hours after IPTG release, as determined from the mitotic index as described above. These results are shown in FIG. 4C. The percentage of cells entering the S or M phase of the cell cycle was higher in cells treated with IPTG for 1 day than for 5 days (see curves for each in FIGS. 4B and 4C). Comparison) The difference was not significant enough to account for the corresponding difference in clonality recovery as shown in FIG. 4A.
클론원성 검정으로부터의 배양 플레이트의 현미경 검사를 통해 50μM IPTG를 사용하여 3일 또는 그 이상 처리한 플레이트가 콜로니로 발달하는데에 실패한 수많은 단일 세포 및 작은 세포 군집을 포함하고 있었음이 밝혀졌다. 또한, IPTG로부터의 방출은 IPTG 방출 후 처음 2일 동안 부유 세포의 출현과 관련되어 있었고, 이러한 세포의 수는 제 1일 후 보다 IPTG 유도 후 제 3일에 세포가 방출되는 경우 더욱 높았다(도 4D에 도시함). 트리판 블루 염색에 의해 지시되고 클론원성에 있어서 100 내지 1,000배 감소와 같이, 대부분의 이러한 부유 세포는 사멸하였다.Microscopic examination of the culture plates from the clonality assay revealed that the plates treated with 50 μM IPTG for 3 days or more contained numerous single cell and small cell populations that failed to develop into colonies. In addition, release from IPTG was associated with the appearance of suspended cells during the first 2 days after IPTG release, and the number of these cells was higher when cells were released on day 3 after IPTG induction than after day 1 (FIG. 4D Shown). Most of these floating cells were killed, as indicated by trypan blue staining and a 100-1,000 fold reduction in clonality.
이러한 세포에서 p21 유도의 효과를 연장된 IPTG 처리로부터 방출 후에 출현한 성장-지연된 세포 및 사멸한 세포의 DNA 함량을 검사함으로써 추가로 연구하였다. 성장-지연된 세포를 세포막내로 안정하게 혼입하는 친지성 플루오로포어인 PKH2의 증가된 보유에 기초하는 FACS를 사용하여 단리하고 결국 딸세포 상이에서 분리시켰다; 이는 세포 분열의 각 라운드와 함께 세포 형광성에 있어서 비례적인 감소를 초래하였고, 분열하지 않거나 사멸한 세포에서는 어떠한 감소도 초래하지 않았다(참조: Horan & Slezak, 1989,Nature340: 167-168). 이러한 검정을 창(Chang) 등의 문헌(참조: 1999,Cancer Res.59: 3761-3767)에 기술된 바와 같이 수행하였다. 처리되지 않은 p21-9 세포 및 5일 동안 50 μm IPTG를 사용하여 처리된 세포를 PKH2를 사용하여 표지시키고, IPTG-부재 배지에 플레이팅하고, 이들의 PKH2 형광성을 연속되는 날에 분석하였다. 도 5A에 도시된 바와 같이, IPTG-처리된 세포는 대조 세포보다 나중에 분열을 시작했으며 증식성 세포의 신생 피크를 가진 이종 PKH2 프로파일 및 높은 PKH2 형광성을 가진 성장-지연된 세포의 숄더(shoulder)를 발생시켰다. 또한 성장-지연된 세포는 노화 세포의 특징인 상승된 측면 분산을 보여주었다(Changet al., 1999,ibid.). 증식성(PKH2loSSlo) 및 성장-지연된(PKH2hiSShi) 세포 군집을 IPTG로부터 방출한지 6일 후에 FACS에 의해 분리하고, 이들의 DNA 함량을 PI 염색에 의해 분석하였다. 성장-지연된 분율은 더 높은 G2/M 분율 및 4C DNA 함량보다 많은 함량을 가진 수많은 세포를 가진다는 점에서 증식성 세포와 상이하였다(도 5B에 도시함). 후자 세포의 다배수체 특성을 18번 및 21번 염색체에 대해 특이적인 프로브를 사용하여 간기 핵의 동일계내 형광성 하이브리드화(FISH)에 의해 확정하였다; 본 실험을 창(Chang) 등의 문헌(참조: 1999,ibid.)에 기술된 바와 같이 수행하였다. 또한 높은 다배수체 및 G2/M 분율을 IPTG로부터 방출 후 수집된 부유 사멸 세포사이에서 관찰하였고(도 5C에 도시함); 현미경 분석은 많은 이들 사멸 세포가 유사분열중임을 나타내었다.The effect of p21 induction in these cells was further studied by examining the DNA content of growth-delayed and dead cells that appeared after release from prolonged IPTG treatment. Growth-delayed cells were isolated using FACS based on increased retention of PKH2, a lipophilic fluorophore stably incorporating into the cell membrane and eventually separated from daughter cells; This resulted in a proportional decrease in cell fluorescence with each round of cell division and no reduction in non-dividing or dead cells (Horan & Slezak, 1989, Nature 340: 167-168). This assay was performed as described in Chang et al., 1999, Cancer Res . 59 : 3761-3767. Untreated p21-9 cells and cells treated with 50 μm IPTG for 5 days were labeled with PKH2, plated in IPTG-free medium, and their PKH2 fluorescence was analyzed on successive days. As shown in FIG. 5A, IPTG-treated cells started to divide later than control cells and resulted in a heterogeneous PKH2 profile with neoplastic peaks of proliferative cells and a shoulder of growth-delayed cells with high PKH2 fluorescence. I was. Growth-delayed cells also showed elevated lateral variance, characteristic of senescent cells (Chang et al ., 1999, ibid .). Proliferative (PKH2 lo SS lo ) and growth-delayed (PKH2 hi SS hi ) cell populations were separated by FACS 6 days after release from IPTG and their DNA content was analyzed by PI staining. Growth-delayed fractions differed from proliferative cells in that they had numerous cells with higher G2 / M fractions and more than 4C DNA content (shown in FIG. 5B). Multiploidy properties of the latter cells were confirmed by in situ fluorescent hybridization (FISH) of interphase nuclei using probes specific for chromosomes 18 and 21; This experiment was performed as described in Chang et al., 1999, ibid . High ploidy and G2 / M fractions were also observed between suspended killer cells collected after release from IPTG (shown in FIG. 5C); Microscopic analysis showed that many of these dead cells are in mitosis.
다배수체 세포의 기원을 조사하기 위해, IPTG로부터 방출 후 전체 세포 군집의 DNA 함량에 있어서의 변화의 시간 경과를 결정하였다. 다배수체 세포의 수는 DNA 합성(비교, 도 4B)의 재개와 함께 동시에, 방출 후 24 내지 28시간에 크게 증가하였다(도 5D에 도시한 바와 같음). 이러한 결과는 방출된 많은 세포들이 DNA복제의 예정되지 않은 라운드인 내중복화를 겪었음을 가리킨다. 그러나, 내중복화의 시간 경과 및 규모는 IPTG 억제 후 제 1일(도 5D) 또는 3일 내지 5일에 방출된 세포사이에 거의 유사하였다.To investigate the origin of multiploid cells, the time course of the change in the DNA content of the entire cell population after release from IPTG was determined. The number of multiploid cells increased significantly 24 to 28 hours after release, simultaneously with resumption of DNA synthesis (comparative, FIG. 4B) (as shown in FIG. 5D). These results indicate that many of the cells released underwent duplication, an unscheduled round of DNA replication. However, the time course and magnitude of the redundancy were nearly similar between cells released on day 1 (FIG. 5D) or days 3 to 5 after IPTG inhibition.
그러나 IPTG로부터 방출 후 1 내지 2일에 상승한 부착된 유사분열 세포의 형태학을 검사할 때, 하루 동안 IPTG에 의해 억제된 세포과 5일 동안 억제된 세포사이의 주요한 차이를 비교하였다. 이들 결과를 도 6에 도시하였다. 처리되지 않은 세포에서 대부분의 유사분열 특징은 형태학적으로 정상적인 것으로 나타났지만(도 6, 좌), IPTG 처리 후 방출된 세포에서의 대부분의 유사분열 특징은 다중심성 유사분열, 불규칙한 염색체 분포 및 전기 정지를 포함하는, 수많은 비정상성을 보여주었다(도 6, 우). IPTG 처리 후 제 1일 및 제 5일된 세포에서 정상적인 유사분열의 백분율은 각각 45% 및 2%였고, 이것은 클론원성 회복에 대해 대응하는 값(38% 및 1%)에 가까웠다. 이러한 결과들은 내중복화와 함께, 비정상적인 유사분열이 p21로부터의 방출 후에 클론원성의 손실을 담당하고 있음을 시사한다.However, when examining the morphology of the attached mitotic cells rising 1 to 2 days after release from IPTG, the major differences were compared between cells inhibited by IPTG for one day and cells inhibited for 5 days. These results are shown in FIG. While most of the mitotic features in the untreated cells were found to be morphologically normal (Figure 6, left), most of the mitotic features in cells released after IPTG treatment showed multicentric mitosis, irregular chromosomal distribution, and electrostatic arrest. It showed a number of abnormalities, including (Fig. 6, right). The percentages of normal mitosis in cells 1 and 5 after IPTG treatment were 45% and 2%, respectively, which were close to the corresponding values (38% and 1%) for clonality recovery. These results, along with the redundancy, suggest that abnormal mitosis is responsible for the loss of clonality after release from p21.
이러한 결과들은 p21의 유도된 발현되는 동안 세포에 격심한 효과뿐만 아니라 세포 주기 및 성장으로의 세포의 정상적인 회복을 지연시키고 방해하는 효과를 가짐을 나타내는 것이다.These results indicate that during the induced expression of p21 it not only exerts a severe effect on the cells, but also has the effect of delaying and inhibiting normal recovery of the cells into the cell cycle and growth.
실시예 3Example 3
p21 유전자 발현p21 gene expression 에 의해 조절되는 유전자 발현의 분석Analysis of gene expression regulated by
실시예 2에 기술한 결과들은 p21 유도의 형태학적 및 세포 주기 결과가 세포 주기 진행을 제어하는 유전자의 리프레션의 결과일 수 있음을 시사하였다. 세포내유전자 발현에 대한 p21 유도의 효과를 다음과 같이 검사하였다.The results described in Example 2 suggested that the morphological and cell cycle results of p21 induction may be the result of the refresh of genes that control cell cycle progression. The effect of p21 induction on gene expression was examined as follows.
역전사 중합효소 연쇄 반응(RT-PCR) 분석을 세포 주기 확인점 진행의 제어와 연관되어 있는 공지된 유전자의 발현을 조사하기 위해 수행하였다. 세포 주기 제어 및 DNA 복제와 연관되어 있는 27개 유전자의 예비 RT-PCR 분석을 통해 이들 유전자중 8개가 p21-9 세포에서 IPTG에 의해 억제됨이 밝혀졌다. 전체 RNA를 IPTG 처리 및 방출 동안 상이한 시간에 수집된 p21-9 세포로부터 추출하였다. 하향조절된 유전자에 대한 유전자 발현에 있어서의 변화에 대한 RT-PCR 분석을 누난(Noonan) 등의 문헌(참조: 1990,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 7160-7164)에 기술된 바와 같이 필수적으로 수행하였다.Reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) analysis was performed to investigate the expression of known genes associated with control of cell cycle checkpoint progression. Preliminary RT-PCR analysis of 27 genes involved in cell cycle control and DNA replication revealed that 8 of these genes were inhibited by IPTG in p21-9 cells. Total RNA was extracted from p21-9 cells collected at different times during IPTG treatment and release. RT-PCR analysis of changes in gene expression for downregulated genes was described in Nonan et al. (1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87 : 7160-7164). It was essentially performed together.
더욱 포괄적인 분석을 처리되지 않은 p21-9 세포 및 50 μM IPTG로 3일 동안 처리된 세포로부터의 폴리(A)+RNA를 단리시킴으로써 수행하였다. cDNA를 폴리(A)+RNA로부터 제조하고 사람 UniGEM V cDNA 마이크로어래이를 사용하는 차별적인 하이브리드화를 위한 프로브로서 사용하였고(지놈 시스템즈, 인코포레이티드(Genome Systems, Inc., St. Louis, MO)에 의해 수행된 바와 같이), 이것은 4,000 이상의 서열-입증된 공지된 사람 유전자 및 3,000 EST를 포함하고 있었다. 2,500을 초과하는 유전자 및 EST는 처리되지 않은 세포 및 IPTG-처리된 p21-9 세포 둘 모두로부터 프로브와의 측정가능한 하이브리드화 시그널을 보여주었다. 균형 차별적 발현을 사용하는 하향조절되거나(≥2.5) 균형 차별적 발현을 사용하여 상향조절된(≥2.0) 유전자를 표 I 및 표 II에 각각 기재하였다.A more comprehensive assay was performed by isolating poly (A) + RNA from untreated p21-9 cells and cells treated for 3 days with 50 μM IPTG. cDNA was prepared from poly (A) + RNA and used as a probe for differential hybridization using human UniGEM V cDNA microarrays (Genome Systems, Inc., St. Louis, MO ), It contained more than 4,000 sequence-proven known human genes and 3,000 EST. Genes greater than 2,500 and EST showed measurable hybridization signals with probes from both untreated cells and IPTG-treated p21-9 cells. Downregulated (≧ 2.5) genes using balanced differential expression or upregulated (≧ 2.0) using balanced differential expression are described in Tables I and II, respectively.
이러한 유전자 중 69개의 발현을 RT-PCR 또는 마이크로어래이에 존재하는 cDNA 클론의 삽입서열로부터 유도된 프로브를 사용하는 노던 하이브리드화에 의해 별도로 시험하고; 이들 cDNA를 지놈 시스템즈, 인코포레이티드로부터 입수하였다. 또한, p21 단백질의 효소결합 항체법(ELISA) 측정을 문헌(참조: Chang et al., 1999,Oncogene 18: 4808-4818)에 기술된 바와 같이 WAF1 ELISA 키트(온코진 사이언스(Oncogene Science, Uniondale, NY)로부터 입수)를 사용하여 수행하였다. 다음의 일차 항체를 면역블로팅을 위해 사용하였다: Cdc2(Santa Cruz), 사이클린 A(NeoMarkers), Plk 1(Zymed) 및 Rb(PharMingen)에 대한 마우스 모노클로날 항체; MAD2(BadCo), p107(Santa Cruz), CTGF(Fisp-12; a gift of Dr. L. Lau), Prc 1(a gift of Drs. W. Jiang and T. Hunter), 및 토포이소머라제 IIα(Ab0284; a gift of Dr. W.T. Beck)에 대한 토끼 폴리클로날 항체, 및 SOD2(Calbiochem)에 대한 양 폴리클로날 항체. 사용된 호스 래디시 페록시다제(HRP)-컨쥬게이션된 이차 항체는 염소 항마우스 및 염소 항토끼 IgG(Santa Cruz) 및 토끼 항양 IgG(KPL)이었다. 모든 샘플중의 단백질 농도를 바이오래드(BioRad) 단백질 검정 키트를 사용하여 측정한 후에 동일화하였다. 면역블로팅을 표준 방법에 의해 수행하였고, 시그널을 LumiGlo(KPL)를 사용하는 화학발광에 의해 검출하였다.Expression of 69 of these genes was tested separately by Northern hybridization using probes derived from RT-PCR or insertion of cDNA clones present in the microarray; These cDNAs were obtained from Genome Systems, Inc. In addition, enzyme-linked antibody (ELISA) measurements of the p21 protein were also described in the Chang et al., 1999, Oncogene 18 : 4808-4818, WAF1 ELISA kit (Oncogene Science, Uniondale, Obtained from NY). The following primary antibodies were used for immunoblotting: mouse monoclonal antibodies against Cdc2 (Santa Cruz), Cyclin A (NeoMarkers), Plk 1 (Zymed) and Rb (PharMingen); MAD2 (BadCo), p107 (Santa Cruz), CTGF (Fisp-12; a gift of Dr. L. Lau), Prc 1 (a gift of Drs. W. Jiang and T. Hunter), and topoisomerase IIα Rabbit polyclonal antibody against (Ab0284; a gift of Dr. WT Beck), and positive polyclonal antibody to SOD2 (Calbiochem). The hose radish peroxidase (HRP) -conjugated secondary antibodies used were goat antimouse and goat antirabbit IgG (Santa Cruz) and rabbit anti sheep IgG (KPL). Protein concentrations in all samples were identified after determination using the BioRad protein assay kit. Immunoblotting was performed by standard methods and signals were detected by chemiluminescence using LumiGlo (KPL).
이들 결과를 도 7A 내지 도 7C에 도시하였다. 상기 기술한 마이크로어래이 검정에 의해 예측된 유전자 발현에서의 변화를 38/39 하향조절된 유전자 및 27/30 상향조절된 유전자에 대해 확정하였다. 대부분의 시험된 유전자에 대한 노던 하이브리드화 또는 RT-PCR에서 관찰된 시그널 차이(도 7A 내지 도 7C)는 cDNA 어래이로부터 결정된 균형 차별적 발현의 값보다 높게 나타났으며(표 I 및 표 II), 이는 cDNA 어래이 하이브리드화가 유전자 발현에 대한 p21 영향의 규모를 과소평가하는 경향이 있음을 시사한다. 또한 6 하향조절된 유전자 및 4 상향조절된 유전자의 발현에 있어서의 변화를 면역블로팅(도 7B) 또는 지모그래피(zymography)(자료 제시안함)에 의해 단백질 레벨에서 시험하였고 시험된 모든 경우에서 확정하였다.These results are shown in FIGS. 7A-7C. Changes in gene expression predicted by the microarray assay described above were confirmed for 38/39 downregulated genes and 27/30 upregulated genes. Signal differences observed in Northern hybridization or RT-PCR for most of the tested genes (FIGS. 7A-7C) were higher than values of balanced differential expression determined from cDNA arrays (Tables I and II). This suggests that cDNA array hybridization tends to underestimate the magnitude of the p21 impact on gene expression. Changes in the expression of 6 downregulated genes and 4 upregulated genes were also tested at the protein level by immunoblotting (FIG. 7B) or geography (data presented) and confirmed in all cases tested. It was.
유전자 발현에 있어서의 p21-매개된 변화가 p21-유도된 세포 성장 정지를 후속시키는 단기 효과 및 장기 효과를 포함한다고 인식되고 있다. 이러한 목적을 위해, IPTG를 첨가하고 제거한 후에 p21-억제된 유전자(도 7B) 및 p21-유도된 유전자(도 7C)의 서브세트의 RNA 레벨에 있어서의 변화의 시간 경과를 결정하였다. 면역블로팅을 사용하여 Rb 인산화(전기영동 이동성에 의해 지시된 바와 같이) 및 cDNA 어래이에 따라 p21에 의해 억제된 Rb 및 수 개의 단백질의 세포내 레벨에 있어서의 p21-유도된 변화의 시간 경과를 분석하였고; 이 결과들을 도 7B에 도시하였다. Rb는 IPTG 첨가 후 6시간 만에 탈인산화되는 것으로 밝혀졌다. 또한 Rb 단백질 레벨은 12 내지 24시간에 뚜렷하게 감소되지만(도 7B에 도시함), RB mRNA 레벨에서는 어떠한 현저한 변화도 검출되지 않았다(자료 제시안함). 유사한 감소가 Rb-관련 단백질 p107에 대해 관찰되었다(도 7A에 도시함).It is recognized that p21-mediated changes in gene expression include short-term and long-term effects that follow p21-induced cell growth arrest. For this purpose, the time course of change in the RNA levels of the subsets of the p21-inhibited gene (FIG. 7B) and the p21-induced gene (FIG. 7C) after addition and removal of IPTG was determined. Immunoblotting was used to determine the time course of p21-induced changes in Rb phosphorylation (as indicated by electrophoretic mobility) and intracellular levels of Rb and several proteins inhibited by p21 according to cDNA arrays. Analyzed; These results are shown in FIG. 7B. Rb was found to dephosphorylate 6 hours after IPTG addition. In addition, Rb protein levels were markedly reduced between 12 and 24 hours (shown in FIG. 7B), but no significant change in RB mRNA levels was detected (data suggested). Similar reductions were observed for Rb-related protein p107 (shown in FIG. 7A).
1.p21에 의해 억제되는 유전자 발현.1. Gene expression inhibited by p21 .
시험된 모든 p21-억제된 유전자는 p21 유도 및 방출에 대해 신속한 반응을 보여주었다. 이들 중 5개 유전자(토포이소머라제 IIα, ORC1, PLK1, PRC1 및 XRCC9)는 IPTG 첨가 후 4 내지 8시간에 RNA 및 단백질 레벨 둘 모두에서 현저한 억제를 보여주었다(도 7B). 이러한 패턴을 "즉각 반응"이라 칭하였고, 이것은 세포 성장 정지 및 Rb 탈인산화의 역학에 필적하였다. 그 밖의 p21-억제된 유전자(CDC2 또는 DHFR과 같은)는 IPTG 첨가 후 불과 12시간에 검출가능한 mRNA 레벨에서의 주요한 감소와 함께, DNA 복제 및 유사분열의 중지 후에 약간 느려지는 "초기 반응" 패턴을 보여주었다. 그러나, 모든 p21-억제된 유전자들은 IPTG의 제거 후 12 내지 16시간에, 세포가 여전히 성장-정지된 경우, DNA 복제 및 유사분열의 재개전에 재개되었다(도 7B). 이러한 분석은 p21-억제된 유전자의 발현에 있어서의 변화가 p21 유도 및 방출의 단기 효과이며 세포 성장 정지 및 회복의 결과가 아님을 가리킨다.All p21-inhibited genes tested showed a rapid response to p21 induction and release. Five of these genes (topoisomerase IIα, ORC1, PLK1, PRC1 and XRCC9) showed significant inhibition at both RNA and protein levels 4-8 hours after IPTG addition (FIG. 7B). This pattern was called "immediate response", which was comparable to the kinetics of cell growth arrest and Rb dephosphorylation. Other p21-inhibited genes (such as CDC2 or DHFR) have a slightly slower "initial response" pattern after stopping DNA replication and mitosis, with a major decrease in detectable mRNA levels only 12 hours after IPTG addition. Showed. However, all p21-inhibited genes resumed 12-16 hours after removal of IPTG, if the cells were still growing-stopped, before DNA replication and mitosis resumed (FIG. 7B). This analysis indicates that changes in the expression of p21-inhibited genes are short-term effects of p21 induction and release and are not the result of cell growth arrest and recovery.
요약하면, 69개 유전자 및 3개 EST를 2.5-12.6의 균형 차별적 발현과 함께, p21-유도된 세포에서 하향조절될 때, cDNA 마이크로어래이에 의해 확인하였고(표 1A); IPTG-처리된 세포에서 하향조절될 때 이전의 검정에 의해 확인된 5개의 추가적인 유전자를 표 1B에 기재하였다. 놀랍게도 cDNA 어래이에 의해 확인된 높은 분율의 하향조절된 유전자(69개중 43개)는 유사분열, DNA 복제, 분리 및 수복 및 염색질 조립과 관련되어 있었으며, 이는 유전자 발현의 p21-매개된 억제의 고도의 선택 특성을 가리키는 것이다.In summary, 69 genes and 3 ESTs were identified by cDNA microarray when downregulated in p21-induced cells with balanced differential expression of 2.5-12.6 (Table 1A); Five additional genes identified by the previous assay when downregulated in IPTG-treated cells are listed in Table 1B. Surprisingly, a high percentage of downregulated genes (43 out of 69) identified by cDNA arrays were involved in mitosis, DNA replication, isolation and repair, and chromatin assembly, which was highly associated with p21-mediated inhibition of gene expression. It points to an optional property.
p21-하향조절된 유전자의 가장 큰 그룹은 유사분열의 시그널링, 실행 및 제어와 연관되어 있다. 이들 유전자는 유사분열 개시 복합체를 형성하는 CDC2 및 사이클린 B1, 유사분열의 개시, 유사분열 확인점 제어 및 세포질분열에서 역할하는 폴로-유사 키나제(PLK1)(참조: Gloveret al., 1998,Genes Develop.12: 3777-3787) 및 유사분열 확인점 제어의 표적인 CDC2-상호작용 단백질 CKsHs1(참조: Hixonet al., 1998,Mol. Cell Biol.18: 6224-37)을 포함한다. 이 그룹내의 그 밖의 유전자들은 제노푸스(Xenopus) 콘덴신 단백질 XCAP-H의 동족체, 시스터 염색분체 점착(참조: Losadaet al., 1998,Genes Develop.12: 1986-1997) 및 유사분열 재조합(참조: McKayet al., 1996,Genomics 36: 305-315)과 관련된 Rad21 수복 단백질의 동족체, 스핀들 형성(참조: Kimuraet al., 1997,J. Biol. Chem.272: 13766-13771)과 관련된 중심체-결합된 키나제 AIK1, 동원체 단백질 CENP-A 및 CENP-F 뿐만 아니라 스핀들 확인점 제어에서 중심 역할을 하는 MAD2 및 BUBR1 단백질(참조: Li and Benezra, 1996,Science 274: 246-248; Chanet al., 1999,J. Cell Biol.146: 941-954), 유사분열 동원체-결합된 키네신(MCAK), 간기 중심체 및 유사분열 스핀들에 위치된 키네신-유사 단백질 HSET, CHL1 헬리카제(유사분열 동안 적절한 염색체 분포에서 역할하는 효모 단백질의 동족체; 참조: Gerringet al., 1990,EMBO J.9: 4347-4358), 및 세포질분열에 관여하는 세 가지 단백질인 Prc1, Aim1/Aik2 및 시트론 키나제(참조: Jianget al., 1998,Mol. Cell 2: 877-885; Teradaet al., 1998,EMBO J.17: 667-676; Madauleet al., 1988,Nature 394: 491-494)를 엔코딩한다. 또한 p21은 핵의 조립에 관여하는 핵의 엔벨로프 단백질 라민 B1 및 라민 B2, 라민-결합된 폴리펩티드 α(티모포이에틴 α), 및 M기 인단백질 MPP2 및 MPP5를 엔코딩하는 유전자를 억제시킨다. 다수의 상기 단백질에서의 결핍은 IPTG로부터 방출 후 p21-9 세포에서 동일하게 관찰되는 비정상적인 염색체 분리 및 다배수체화를 초래하는 것으로 공지되어 있다.The largest group of p21-downregulated genes is associated with the signaling, execution and control of mitosis. These genes include CDC2 and cyclin B1, which form mitotic initiation complexes, polo-like kinases (PLK1), which play a role in initiation of mitosis, mitotic checkpoint control, and cytoplasm (see Glover et al ., 1998, Genes Develop). 12 : 3777-3787) and CDC2-interacting protein CKsHs1 (Hixon et al ., 1998, Mol. Cell Biol . 18 : 6224-37), which are targets for mitosis checkpoint control. Other genes in this group include homologs of the Xenopus condensine protein XCAP-H, sister chromosomal adhesion (Lossada et al ., 1998, Genes Develop . 12 : 1986-1997) and mitotic recombination (see : McKay et al ., 1996, Genomics 36 : 305-315), homologues of Rad21 repair proteins, centroids associated with spindle formation (Kimura et al ., 1997, J. Biol. Chem . 272 : 13766-13771). -MAD2 and BUBR1 proteins that play a central role in spindle checkpoint control, as well as the bound kinase AIK1, the conformer proteins CENP-A and CENP-F (see Li and Benezra, 1996, Science 274 : 246-248; Chan et al . , 1999, J. Cell Biol . 146 : 941-954), mitotic isotope-linked kinesin (MCAK), kinesin-like proteins HSET, CHL1 helicase (located on mitotic spindles and appropriate chromosomes during mitosis) Homologues of yeast proteins that play a role in distribution; see Gerring et al ., 1990, EMBO J. 9 : 4 347-4358), and three proteins involved in cell division: Prc1, Aim1 / Aik2 and citron kinase (Jiang et al ., 1998, Mol. Cell 2 : 877-885; Terada et al ., 1998, EMBO J. 17 : 667-676; Madaule et al ., 1988, Nature 394 : 491-494). P21 also inhibits the genes encoding the envelope proteins Lamin B1 and Lamin B2 of the nucleus involved in the assembly of the nucleus, the lamin-bound polypeptide α (timophoetin α), and the M phase phosphoproteins MPP2 and MPP5. Deficiencies in many of these proteins are known to result in abnormal chromosomal segregation and multiploidy, which are identically observed in p21-9 cells after release from IPTG.
많은 p21-억제된 유전자는 DNA 복제 및 분리, 염색질 조립 및 DNA 수복에 관여한다. 이들 유전자 중 일부는 리보누클레오티드 환원효소 서브유닛 M1 및 M2, 티미딘 키나제, 티미딜레이트 신타제, 우리딘 포스포릴라제 및 디하이드로폴레이트 환원효소를 포함하여, 누클레오티드 생합성에 관여하는 효소를 엔코딩하고 있다. 그 밖의 단백질들은 복제 인가 인자 Cdc47/Mcm4의 구성요소, Cdc45 동족체, 원점 인식 복합체의 Orc1 단백질, DNA 중합효소 α, B-Myb, 복제 인자 C의 37-kD 서브유닛, 및 DNA 리가제 I를 포함하여, DNA 복제에 관여한다. 또한 이러한 그룹은 복제된 DNA의 분리(토포이소머라제 IIα), 후생적으로 결정되는 염색체 상태의 유전(염색질 조립 인자-I의 p60 서브유닛)에 관여하는 유전자, 및 높은 이동성 그룹 단백질 1 및 2와 같은 그 밖의 염색질 구성요소를 포함한다. 수 개의 p21-억제된 유전자는 XRCC9(이는 DNA 복제후 수복 또는 세포 주기 확인점 제어(참조: deWinter et al., 1998, Nat Genet. 20: 281-283)), Rad54 재조합 수복 단백질, 엑소누클레아제 Hex1/Rad2, 및 상기 Rad21 동족체 및 DNA 리가제 I를 포함하여, DNA 수복과 관련되어 있다.Many p21-inhibited genes are involved in DNA replication and isolation, chromatin assembly and DNA repair. Some of these genes encode enzymes involved in nucleotide biosynthesis, including ribonucleotide reductase subunits M1 and M2, thymidine kinase, thymidylate synthase, uridine phosphorylase and dihydrofolate reductase. Doing. Other proteins include components of the replication authorization factor Cdc47 / Mcm4, Cdc45 homologue, Orc1 protein of the origin recognition complex, DNA polymerase α, B-Myb, 37-kD subunit of replication factor C, and DNA ligase I Involved in DNA replication. This group also includes genes involved in the isolation of replicated DNA (topoisomerase IIα), inherited chromosomal inheritance (p60 subunit of chromatin assembly factor-I), and highly mobile group proteins 1 and 2 Other chromatin components, such as: Several p21-inhibited genes include XRCC9 (which is repair after DNA replication or control of cell cycle checkpoint (deWinter et al., 1998, Nat Genet. 20: 281-283)), Rad54 recombinant repair protein, exonuclea DNA repair, including Hex1 / Rad2, and Rad21 homolog and DNA ligase I.
cDNA 어래이에서 p21-억제된 유전자 중 60% 이상이 유사분열, DNA 복제, 분리 및 수복에 관여한다. 이러한 생물학적 선택성은 대규모 발현 프로파일링 연구에서 유례없는 것이었다. 이러한 관찰에 대한 직접적 추론은 기능이 현재 공지되어 있지 않은 p21-억제된 유전자는 세포 주기 진행에서 역할할 것 같다는 것이다. 실제로, 6개의 p21-억제된 유전자는 공지되지 않은 기능을 가진 EST 또는 유전자로서 cDNA 어래이에 본래 기재되어 있지만, 데이터베이스 검색이 이들의 생성물 중 3가지를 DNA 수복의 세포 분열과 연결시킨다. 하나의 경우에, 본래 확인된 EST는 시트론 키나제의 코딩 서열에 대한 지놈 클론 3'에서 지도화하여 밝혀졌고; 그런 다음 p21에 의한 시트론 키나제 유전자의 억제를 이의 코딩 서열에 기초하는 RT-PCR에 의해 증명하였다. 추가적인 p21-억제된 유저자의 클로닝은 포유류 세포 분열에서 역할하는 신규한 유전자를 생성시키는 것 같았다.More than 60% of p21-inhibited genes in the cDNA array are involved in mitosis, DNA replication, isolation and repair. This biological selectivity was unprecedented in large scale expression profiling studies. A direct inference for this observation is that p21-inhibited genes whose function is currently unknown are likely to play a role in cell cycle progression. Indeed, six p21-inhibited genes were originally described in the cDNA array as ESTs or genes with unknown functions, but database searches link three of their products with cell division of DNA repair. In one case, the originally identified EST was found by mapping in genome clone 3 'to the coding sequence of citron kinase; Inhibition of the citron kinase gene by p21 was then demonstrated by RT-PCR based on its coding sequence. Cloning of additional p21-inhibited users appeared to produce new genes that play a role in mammalian cell division.
또한 이들 결과는 치료적 개재를 위한 표적이 되는 p21-유도된 노화의 세포내 프로그램의 구성요소를 발견하기 위한 추가적인 기회를 제시한다. 유전자 발현의 p21-매개된 억제가 E2F 억제의 결과라고 제안되었다(참조: de Toledo et al., 1998,Cell Growth Differ.9: 887-896). 이러한 해석과 일치하여, 본 발명자들의 p21-억제된 유전자(예컨대, CDC2, ORC1, DHFR, 사이클린 A1)의 서브세트는 이들의 프로모터에 E2F 사이트를 포함하고 있다. 다른 한편으로는, 일부 p21-억제된 유전자(예컨대, 사이클린 B1)의 프로모터에서는 어떠한 E2F 부위도 발견할 수 없었으며, 일부 E2F-의존성 유전자(예컨대, 사이클린 E)는 p21 유도에 의해 영향을 받지 않았다(자료 제시안함). E2F에 추가적으로 아직 확인되지 않은 조절 인자로서 일부는 유전자 발현의 p21-매개된 억제에 관여할 수 있다. 이러한 추가적인 인자들은 본 발명에 의해 제공되는 방법 및 시약을 사용하여 설명하기에 유용한 표적의 신규한 약제, 존재 및 확인을 위한 표적을 대표한다.These results also present additional opportunities to discover components of the intracellular program of p21-induced aging that are targets for therapeutic intervention. It has been suggested that p21-mediated inhibition of gene expression is the result of E2F inhibition (de Toledo et al., 1998, Cell Growth Differ . 9 : 887-896). Consistent with this interpretation, a subset of our p21-suppressed genes (eg, CDC2, ORC1, DHFR, cyclin A1) includes E2F sites in their promoters. On the other hand, no E2F site could be found in the promoter of some p21-suppressed genes (eg, cyclin B1), and some E2F-dependent genes (eg, cyclin E) were not affected by p21 induction. (Suggested material). In addition to E2F, some not yet identified regulatory factors may be involved in p21-mediated inhibition of gene expression. These additional factors represent targets for novel agents, presence, and identification of targets useful for explanation using the methods and reagents provided by the present invention.
2.p21에 의해 유도되는 유전자 발현 2. Gene Expression Induced by p21
p21 발현에 의해 억제되는 유전자에 추가적으로, 상기 기술한 검정을 사용하여 p21에 의해 유도되는 유전자를 검출하였다. p21-유도된 유전자의 유전자 발현의 패턴을 도 7C에 도시하였다. p21-억제된 유전자와는 대조적으로, p21-상향조절된 유전자는 IPTG 첨가 후 48시간만에, 즉, 모든 세포에서 성장 정지의 개시 후에 이들의 발현을 증가시켰다.하나의 시험된 유전자인 조직 트랜스글루타미나제(t-TGase)만이 IPTG의 첨가 후 12시간에 검출가능한 증가를 나타냈지만, 이의 발현은 48시간에 최대에 달하였다(도 7C에 도시한 바와 같이). 또한, 모든 시험된 유전자(t-TGase 제외)의 상승된 발현은 IPTG로부터 방출 후에 3일 이상 동안 지속되었고, 세포 주기의 재개 후에는 상당하였다(자료 제시안함). 이러한 "후기 반응" 역학은 상기 유전자들의 p21 유도가 p21-매개된 성장 정지와 관련하여 지연된 효과였음을 가리키는 것이다.In addition to the genes that are inhibited by p21 expression, the assay described above was used to detect genes induced by p21. The pattern of gene expression of the p21-derived genes is shown in Figure 7C. In contrast to p21-suppressed genes, p21-upregulated genes increased their expression only 48 hours after IPTG addition, ie after the onset of growth arrest in all cells. Tissue trans, one tested gene Only glutaminase (t-TGase) showed a detectable increase at 12 hours after addition of IPTG, but its expression peaked at 48 hours (as shown in FIG. 7C). In addition, elevated expression of all tested genes (except t-TGase) lasted for at least 3 days after release from IPTG and was significant after resumption of the cell cycle (data suggested). This "late response" kinetics indicates that the p21 induction of the genes was a delayed effect with respect to p21-mediated growth arrest.
48개의 공지된 유전자 및 6개의 EST 또는 공지되지 않은 기능을 가진 유전자들을 2.0-7.8의 균형 차별적 발현과 함께, p21-유도된 세포에서 상향조절될 때 확인하였다(표 II). 이러한 그룹에서 매우 높은 분율(20/48)의 확인가능한 유전자들은 세포외 매트릭스(ECM) 구성요소(예컨대, 피브로넥틴 1, 라미닌 α2, Mac-2 결합 단백질), 그 밖의 분비된 단백질(예컨대, 액티빈 A, 결합 조직 성장 인자, 혈청 아밀로이드 A) 또는 ECM 수용체(인테그린 β3와 같은)를 엔코딩하고 있다. 이들 분비된 단백질 중 일부 뿐만 아니라 p21-유도된 세포내 단백질의 거대 그룹(표 II)은 상이한 형태의 스트레스 반응으로 유도되거나 스트레스 관련 신호 전달에서 역할하는 것으로 공지되어 있다. 주목할만하게도, 본 발명자들이 p21에 의해 유도되는 것으로 밝힌 많은 유전자들은 또한 세포 노화, 생물체 고령, 또는 상이한 연령-관련 질환에서 상향조절되었다.48 known genes and 6 EST or genes with unknown functions were identified when upregulated in p21-induced cells, with balanced differential expression of 2.0-7.8 (Table II). Very high fractions (20/48) of identifiable genes in this group include extracellular matrix (ECM) components (eg fibronectin 1, laminin α2, Mac-2 binding protein), other secreted proteins (eg activin). A, connective tissue growth factor, serum amyloid A) or ECM receptor (such as integrin β3) is encoded. Some of these secreted proteins as well as large groups of p21-induced intracellular proteins (Table II) are known to be induced by different forms of stress response or play a role in stress related signal transduction. Notably, many of the genes we have found to be induced by p21 have also been upregulated in cell aging, organism aging, or different age-related diseases.
p21-억제된 유전자와는 대조적으로, p21에 의해 유도되는 것을 밝혀진 유전자들은 세포 성장 정지를 유발시킬 수 있는 공지된 어떠한 기능도 가지고 있지 않았다. 또한, 이들 유전자의 유도는 성장 정지의 개시 후 느려지는 후기 반응이었다. 흥미롭게도, 수 개의 p21-유도된 유전자는 과산화물 디스뮤타제 2(SOD2)(참조: Joneset al., 1997,Mol. Cell. Biol.17: 6970-6981), t-TGase(참조: Mirzaet al., 1997,Amer. J. Physiol.272: G281-G288), 알츠하이머 β-아밀로이드 전구 단백질(APP)(참조: Grilliet al., 1996,J. Biol. Chem.271: 15002-15007) 및 염증성 단백질 혈청 아밀로이드 A(SAA)(참조: Jensen and Whitehead, 1998,Biochem J.334: 489-503)를 포함하여, NFκB에 의해 포지티브 조절된다. p21이 전사 보조인자 p3000상에 이의 영향을 통해 NFκB-의존성 전사를 활성화시키기 때문에(참조: Perkinset al., 1997,Science 275: 523-527), p300 또는 관련된 전사 보조인자의 활성화가 상향조절된 유전자 중 일부에 대한 p21의 영향을 담당할 가능성이 있다. 그러나 유전자 발현의 p21-매개된 유도의 지연된 역학은 이러한 유도가 p21의 직접적인 영향과 먼 다운스트림에서 일어남을 시사한다.In contrast to p21-inhibited genes, the genes found to be induced by p21 did not have any known function that could lead to cell growth arrest. Induction of these genes was also a late response that slowed down after the onset of growth arrest. Interestingly, the number of the gene is induced p21- peroxide dismutase 2 (SOD2) (reference:. Jones et al, 1997, Mol Cell Biol 17:... 6970-6981), t-TGase ( see: Mirza et al ., 1997, Amer. J. Physiol . 272 : G281-G288), Alzheimer β-amyloid precursor protein (APP) (Grilli et al ., 1996, J. Biol. Chem . 271 : 15002-15007) and Positively regulated by NFκB, including inflammatory protein serum amyloid A (SAA) (Jensen and Whitehead, 1998, Biochem J. 334 : 489-503). Since p21 activates NFκB-dependent transcription through its effect on the transcription cofactor p3000 (Perkins et al ., 1997, Science 275 : 523-527), the activation of p300 or related transcriptional cofactors is upregulated. It is likely that p21 is responsible for some of the genes. However, the delayed kinetics of p21-mediated induction of gene expression suggests that this induction occurs far downstream from the direct effects of p21.
이들 결과, 및 표 II에 설명된 유전자의 특성은 이들 유전자의 발현이 p21의 성장 정지 기능과 관련되어 있지 않음을 가리킨다. 그러나, 본 발명자들이 p21-활성화된 유전자의 생성물 사이에서 발견한 대량의 분비된 단백질은 중요한 생리학적 중요성을 가진다. 하기 실시예 5에 기술하는 바와 같이, p21-유도된 세포로부터으 조건을 갖춘 배지는 p21-상향보절된 유전자의 특성에 의해 예측되는 두 가지 생물학적 효과를 나타내었다: 세포 성장의 자극 및 아폽토시스의 억제. p21-유도된 세포에서의 상기 기술한 유전학적 불안정화와 함께, 이러한 발견은 p21의 "파라크린" 효과가 인접한 세포상에 종양-촉진 효과를 통해 암발생에 기여할 수 있음을 시사한다. 이것은 p21-매개된 유전자 유도의 억제가 항발암 효과를 달성하기 위한 방법을 제공하고, p21-매개된 유전자 유도 경로가 암-예방 약물의 새로운 세대를 위한 합리적인 약물 디자인의 표적일 가능성을 상승시켰다.These results, and the characteristics of the genes described in Table II, indicate that expression of these genes is not related to the growth arrest function of p21. However, the large amount of secreted protein we found between the products of p21-activated genes has important physiological significance. As described in Example 5 below, the conditioned media from p21-derived cells showed two biological effects predicted by the nature of the p21-upgraded genes: stimulation of cell growth and inhibition of apoptosis. . Together with the genetic destabilization described above in p21-induced cells, this finding suggests that the "paracrine" effect of p21 may contribute to cancer development through tumor-promoting effects on adjacent cells. This provides a way for the inhibition of p21-mediated gene induction to achieve anticarcinogenic effects and raises the possibility that the p21-mediated gene induction pathway is the target of rational drug design for a new generation of cancer-preventing drugs.
p21 유도의 관찰된 파라크린, 안티-아폽토시스 효과는 본 발명자들이 p21에 의해 유도되는 것으로 밝힌 프로사포신 및 갈렉틴-3, 분비된 단백질의 보고된 활성과 일치한다. 또한 안티-아폽토시스 활성은 p21-유도된 세포내 단백질 SOD2(참조: Mannaet al., 1998,J. Biol. Chem.273: 13245-13254) 및 R-Ras(참조: Suzukiet al., 1998,FEBS Lett.437: 112-116)과 관련되어 있었다. 역설적으로, p21-유도된 t-TGase 및 카텝신 B(참조: Singhalet al., 1997,J. Investig. Med.45: 567-575)는 프로-아폽토시스 작용이라고 한다. 일부 시스템에서, p21 과잉발현은 아폽토시스를 유도시키지만(참조: Prabhuet al., 1996,Clin. Cancer Res.2: 1221-1229; Tsaoet al., 1999,J. Virol.73: 4983-4990), 다른 연구에서 p21은 몇 가지 타입의 처리에 의해 유도되는 아폽토시스로부터 세포를 보호하였다(참조: Gorospe et al., 1997, Oncogene 14: 929-935; Luet al., 1998,Oncogene 16: 705-712; Bissonnette & Hunting, 1998,Oncogene 16: 3461-3469). p21이 안티-아폽토시스 유전자 및 프로-아폽토시스 유전자 둘 모두를 유도시키는 것으로 본원에 기술된 결과는 아폽토시스에 대한 p21의 효과에 대한 상반되는 보고를 설명할 수 있다.The observed paracrine, anti-apoptotic effect of p21 induction is consistent with the reported activity of prosaposin and galectin-3, secreted protein, which we have found to be induced by p21. Anti-apoptotic activity is also indicated by p21-induced intracellular protein SOD2 (Manna et al ., 1998, J. Biol. Chem . 273 : 13245-13254) and R-Ras (Suzuki et al ., 1998, FEBS Lett . 437 : 112-116). Paradoxically, p21-induced t-TGase and cathepsin B (see Singhal et al ., 1997, J. Investig. Med . 45 : 567-575) are called pro-apoptotic action. In some systems, p21 overexpression induces apoptosis (Prahu et al ., 1996, Clin. Cancer Res . 2 : 1221-1229; Tsao et al ., 1999, J. Virol . 73 : 4983-4990). In other studies, p21 protected cells from apoptosis induced by several types of treatments (Gorospe et al., 1997, Oncogene 14: 929-935; Lu et al ., 1998, Oncogene 16 : 705-). 712; Bissonnette & Hunting, 1998, Oncogene 16 : 3461-3469). The results described herein that p21 induces both anti-apoptotic and pro-apoptotic genes may explain the conflicting reports of the effect of p21 on apoptosis.
실시예 4Example 4
IPTG-처리된 세포와 혈청-기갈된 p21-9 세포IPTG-treated and Serum-Depleted p21-9 Cells 를 비교에 의한 p21 유도의 특이성의 확인Confirmation of specificity of p21 induction by comparison
세포 성장 정지의 결과일 것 같은 세포내 유전자 발현에 있어서의 p21-유도된 변화의 확인을 다음과 같이 결정하였다. 유사한 실험을 p21의 절단된 형태를 사용하여 수행하였고(아미노산 1 내지 90을 포함함) 동일한 결과를 수득하였다.Confirmation of p21-induced changes in intracellular gene expression likely to be the result of cell growth arrest was determined as follows. Similar experiments were performed using the truncated form of p21 (including amino acids 1-90) and the same results were obtained.
성장 정지(침묵)를 무혈청 배지에서 4일 동안 세포를 배양시킴으로써 생성시킨 혈청 기갈에 의해 p21-9 세포를 유도시켰다. 혈청 기갈된 세포에서, IPTG-처리된 p21-9 세포와 달리, 이들 세포는 노화 형태학을 발생시키지 않았고 매우 약한 SA-β-gal 발현만을 보여주었다. 혈청-기갈된 세포내의 p21 레벨은 IPTG-처리된 세포에서 관찰된 15 내지 20배 증가와 반대로, 겨우 약 2배 증가하였다. 도 7D는 무혈청 배지에서 4일 또는 50μM IPTG의 존재하에서 3일 후 성장 정지된 p21-9 세포에서 p21-억제된 유전자 및 p21-유도된 유전자의 발현에 대해 상기 기술한 바와 같이 수행된 RT-PCR 분석을 도시한 것이다. 또한 배양 배지가 50μM IPTG를 함유하는 경우 p21-9 세포에서 완전히 억제되는 유전자는 혈청-기갈된 세포에서 억제되지만, 대부분의 이러한 유전자는 IPTG-처리된 세포에서 보다 작은 정도로 억제되었다.Growth arrest (silence) was induced by 21 p31-9 cells by serum gagged produced by culturing the cells in serum-free medium for 4 days. In serum starved cells, unlike IPTG-treated p21-9 cells, these cells did not develop aging morphology and only showed very weak SA-β-gal expression. P21 levels in serum-gagged cells increased only about two-fold, as opposed to the 15-20-fold increase observed in IPTG-treated cells. 7D shows RT- performed as described above for the expression of p21-suppressed genes and p21-derived genes in growth arrested p21-9 cells after 4 days or 3 days in the presence of 50 μM IPTG in serum-free medium. PCR analysis is shown. In addition, genes that were completely inhibited in p21-9 cells when the culture medium contained 50 μM IPTG were inhibited in serum-gagged cells, but most of these genes were inhibited to a lesser extent in IPTG-treated cells.
발현이 p21에 의해 유도되는 유전자는 3가지 구별되는 패턴을 나타내었다. 제 1 그룹은 발현이 노화 세포에서 만큼 침묵 세포에서 강하게 유도되는 유전자이다. 이에는 갈렉틴-3, 과산화물 디스뮤타제 2, 보체 C3 및 프로사포신이 포함되며, 이는 이들의 유도가 세포 성장 정지의 결과이거나 상기 유전자가 조금 상승된 p21 레벨에 예민하였음을 가리킨다. 제 2 그룹은 침묵 세포에서 상향조절되지만, 노화 세포에서 만큼 강하지는 않은 유전자이다. 이 유전자에는 피브로넥틴-1, Mac2 결합 단백질 및 알츠하이머 전구 단백질 혈청 아밀로이드 A가 포함된다. 제 3 그룹은 침묵 세포에서 검출가능하게 유도되지 않지만 노화 세포에서 강하게 유도되는 유전자이다. 이 유전자에는 CTGF, 플라스미노겐 활성제 억제제 1, 조직 트랜스글루타미나제 또는 내츄럴 킬러 세포 마커 단백질 NK4, 인테그린 베타 3 및 액티빈 A가 포함된다.Genes whose expression is induced by p21 exhibited three distinct patterns. The first group is genes whose expression is as strongly induced in silent cells as in senescent cells. This includes galectin-3, peroxide dismutase 2, complement C3 and prosaposine, indicating that their induction was a result of cell growth arrest or was sensitive to a slightly elevated p21 level of the gene. The second group is genes that are upregulated in silent cells but not as strong as in senescent cells. This gene includes fibronectin-1, Mac2 binding protein and Alzheimer's precursor protein serum amyloid A. The third group is genes that are not detectably induced in silent cells but are strongly induced in senescent cells. This gene includes CTGF, plasminogen activator inhibitor 1, tissue transglutaminase or natural killer cell marker protein NK4, integrin beta 3 and activin A.
혈청 기갈에 의한 침묵 및 p21의 IPTG-유도된 과잉발현을 통한 세포 노화의 유도에 대한 특정 유전자의 반응사이의 차이는 노화의 진단 마커로서 이들 유전자를 확인하였다. 또한, 현재 신규한 노화 마커들을 p21-발현 세포 및 침묵 세포사이의 이들의 발현을 비교함으로써 확인할 수 있다.Differences between silencing by serum gig and response of specific genes to induction of cellular senescence through IPTG-induced overexpression of p21 identified these genes as diagnostic markers of aging. In addition, current novel aging markers can be identified by comparing their expression between p21-expressing cells and silent cells.
실시예 5Example 5
분열유발성 인자를 함유하도록 조건이 갖춰진 배지의 생성 및Production of media conditioned to contain fission-inducing factors and 분열유발성 활성 검정Fission-Induced Activity Assay
수 개의 p21-상향조절된 분비된 단백질들은 CTGF(참조: Bradhamet al., 1991,J. Cell Biol.114: 1285-1294), 액티빈 A(참조: Sakuraiet al., 1994,J. Biol. Chem.269: 14118-14122), 에피텔린/그라눌린(참조: Shoyabet al., 1990,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 7912-7916) 및 갈렉틴-3(참조: Inoharaet al., 1998,Exp Cell Res.245: 294-302), 및 더 작은 정도 클루스테린(참조: Koch-Brandt & Morgans, 1996,Prog. Mol. Subcell. Biol.16: 130-149), 프로스타사이클린-자극 인자(PSF; 참조: Yamauchiet al., 1994,Biochem. J.303: 591-598), 혈관 내피 성장 인자-C(VEGF-C; 참조: Joukovet al., 1996,EMBO J.15: 290-298), 겔솔린(참조: Ohtsuet al, 1997,EMBO J.16: 4650-4656) 및 금속단백분해효소-1(TIMP-1; 참조: Hayakawaet al., 1992,FEBS Lett.298: 29-32)을 포함하는 성장 인자로서 역할한다. 이러한 결과는 p21 유도가 파라크린 분열유발성 효과를 일으킬 수 있음을 시사하였다. 또한, 갈렉틴-3(참조: Akahaniet al., 1997,Cancer Res.57: 5272-5276) 및 프로사포신(참조: Hiraiwaet al., 1997,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94: 4778-4781)은 안티-아폽토시스 활성을 가지는 것으로 밝혀졌다. IPTG-처리된 p21-9 세포로부터 조건을 갖춘 배지를 시험하여 세포 성장 및 아폽토시스에 대한 영향을 가지는 지를 조사하였다.Several p21-upregulated secreted proteins include CTGF (Bradham et al ., 1991, J. Cell Biol . 114 : 1285-1294), activin A (Sakurai et al ., 1994, J. Biol Chem . 269 : 14118-14122), epithelin / granulin (Shoyab et al ., 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87 : 7912-7916) and galectin-3 (Inohara et. al ., 1998, Exp Cell Res . 245 : 294-302), and to a lesser extent Clusterin (Koch-Brandt & Morgans, 1996, Prog. Mol. Subcell. Biol . 16 : 130-149), pro Stacyclin-stimulating factor (PSF; see Yamauchi et al ., 1994, Biochem. J. 303 : 591-598), Vascular endothelial growth factor-C (VEGF-C; see Joukov et al ., 1996, EMBO J 15 : 290-298), gelsolin (Ohtsu et al , 1997, EMBO J. 16 : 4650-4656) and metalloproteinase-1 (TIMP-1; see Hayakawa et al ., 1992, FEBS Lett . 298 : 29-32). These results suggested that p21 induction could cause paracrine-induced effects. In addition, galectin-3 (Akahani et al ., 1997, Cancer Res . 57 : 5272-5276) and prosaposin (Hairaiwa et al ., 1997, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94) : 4778-4781) have been shown to have anti-apoptotic activity. Conditioned media from IPTG-treated p21-9 cells were tested to see if they had an effect on cell growth and apoptosis.
이들 실험에서, 조건을 갖춘 배지를 DMEM/10% FCS의 존재하에서 15cm 플레이트 당 106p21-9 세포를 플레이팅함으로써 제조하였다. 다음 날, IPTG를 최종 농도 50μM으로 첨가하고, 이 배지를 0.5% FCS 및 50μM IPTG가 보충된 DMEM을 사용하여 이후 3일 동안 위치시켰다. 이후 2일(IPTG 처리 3 내지 5일), 이 조건을 갖춘 배지를 수집하고 사용전 15일 까지 4℃에 보관하였다. 대조 배지를 IPTG-처리된 세포와 동일한 밀도로 성장된 처리되지 않은 세포에 IPTG-없는 DMEM/0.5% FCS를 첨가함으로써 제조하고 그 후 2일에 배지를 수집하였다.In these experiments, conditioned media was prepared by plating 10 6 p21-9 cells per 15 cm plate in the presence of DMEM / 10% FCS. The following day, IPTG was added at a final concentration of 50 μM and this medium was placed for 3 days using DMEM supplemented with 0.5% FCS and 50 μM IPTG. After 2 days (3 to 5 days of IPTG treatment), media with this condition were collected and stored at 4 ° C. until 15 days before use. Control medium was prepared by adding IPTG-free DMEM / 0.5% FCS to untreated cells grown to the same density as IPTG-treated cells and the medium was collected on day 2 thereafter.
저속-성장중인 사람 섬유육종 세포주 HS 15.T를 사용하여 조건을 갖춘 배지중의 분열유발 활성을 검출하였다. 분열유발 활성 검정에 있어서, 조건을 갖춘 배지의 양 타입 뿐만 아니라 신선한 배지 및 조건을 갖춘 배지 및 신선한 배지의 1:1 혼합물을 사용하여 분열 유발 활성을 시험하였다. 이들 실험에서, 조건을 갖춘 배지에 1% 또는 2% FCS를 보충하였다. 요약하면, HS 15.T 세포를 웰당 15,000 세포로 12-웰 플레이트에 플레이팅하였다. 이후 2일에, 이들 세포를 상이한 타입의 배지에 배양시켰다. 이 세포들을 조건을 갖춘 배지중에 60시간 동안 성장시키고,3H-티미딘을 3.13 μCi/mL의 농도로 첨가하고 24시간 동안 배양시켰다. 그런 다음 세포를 수집하고 이들의3H-티미딘 혼입을 모스카(Mosca) 등의 문헌(참조: 1992,Mol. Cell. Biol.12: 4375-4383)에 의해 기술된 바와 같이 결정하였다.Cleavage-inducing activity in conditioned media was detected using the slow-growing human fibrosarcoma cell line HS 15.T. In the cleavage-inducing assay, cleavage-inducing activity was tested using a 1: 1 mixture of fresh medium and conditioned medium and fresh medium as well as both types of conditioned medium. In these experiments, conditioned media was supplemented with 1% or 2% FCS. In summary, HS 15.T cells were plated in 12-well plates at 15,000 cells per well. Two days later, these cells were cultured in different types of media. These cells were grown for 60 hours in conditioned medium, 3 H-thymidine was added at a concentration of 3.13 μCi / mL and incubated for 24 hours. Cells were then collected and their 3 H-thymidine incorporation was determined as described by Mosca et al . , 1992, Mol. Cell. Biol . 12 : 4375-4383.
신선한 배지에 IPTG의 첨가는 본 검정에서 아무런 효과가 없었다(자료 제시안함). 도 8A에 도시한 바와 같이, 처리되지 않은 p21-9 세포로부터 신선한 배지 및 조건을 갖춘 배지에서의 세포 성장 사이에 현저한 차이는 없었다. 대조적으로, IPTG-처리된 세포로부터 조건을 갖춘 배지는3H-티미딘 혼입이 3배까지 증가하였다(도 8A). 또한 IPTG-처리된 세포로부터 조건을 갖춘 배지에 의한 HS 15.T의 성장 자극을 메틸렌 블루 염색에 의해 검출하였다(자료 제시안함).Addition of IPTG to fresh medium had no effect in this assay (data presented). As shown in FIG. 8A, there was no significant difference between cell growth in fresh and conditioned media from untreated p21-9 cells. In contrast, conditioned media from IPTG-treated cells increased up to 3 fold in 3 H-thymidine incorporation (FIG. 8A). In addition, growth stimulation of HS 15.T with conditioned media from IPTG-treated cells was detected by methylene blue staining (data presented).
또한 아폽토시스에 대한 이러한 조건을 갖춘 배지의 영향을 결정하였다. 이들 실험은 E1A에 의해 불멸화된 마우스 배아 섬유아세포주 C8을 사용하였다. 이 세포주는 혈청 기갈(참조: Loweet al., 1994,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91: 2026-2030)을 포함하여 상이한 자극들(참조: Loweet al., 1994,Science 266:807-810; Nikiforovet al., 1996,Oncogene 13: 1709-1719)에 의해 유도되는 아폽토시스에 매우 민갑하였다. 아폽토시스를 6-cm 플레이트당 3 x 105C8 세포를 플레이팅하고, 다음날 0.4% 혈청이 보충된 신선한 배지 또는 조건을 갖춘 배지(신선한 배지 첨가하지 않음)에 위치시킴으로써 분석하였다. DNA 함량 분석 및 DAPI 염색을 24시간 및 48시간 후에 수행하고, 저혈청 배지중에서 48시간 후에 상대적인 세포 수를 메틸렌 블루 염색(참조: Perryet al., 1992,Mutat. Res.276: 189-197)에 의해 측정하였다.The influence of media with these conditions on apoptosis was also determined. These experiments used mouse embryonic fibroblast line C8 immortalized by E1A. This cell line contains different stimuli (Lowe et al ., 1994, Science 266 : 807), including serum gagged (Lowe et al ., 1994, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91 : 2026-2030). -810; Nikiforov et al ., 1996, Oncogene 13 : 1709-1719), very sensitive to apoptosis induced by. Apoptosis was analyzed by plating 3 × 10 5 C8 cells per 6-cm plate and placing it on fresh or supplemented medium supplemented with 0.4% serum the next day without fresh medium. DNA content analysis and DAPI staining were performed after 24 and 48 hours, and the relative cell number was measured by methylene blue staining after 48 hours in low serum medium (Perry et al ., 1992, Mutat. Res . 276 : 189-197). Measured by
DAPI 염색 후에 대부분의 세포에서 검출가능한 세포 분리 및 아폽토시스 형태학에 의해 증명된 바와 같이(자료 제시안함), IPTG-처리되거나 처리되지 않은 세포로부터 저혈청 신선한 배지 또는 조건을 갖춘 배지의 첨가는 C8 세포에서 아폽토시스를 신속하게 유도시켰다. 그러나 IPTG-처리된 세포로부터 조건을 갖춘 배지는 48시간 후에 부착되어 남아있는 세포의 메틸렌 블루 염색에 의해 측정된 바와 같이, 처리되지 않은 세포로부터 신선한 배지 및 조건을 갖춘 배지에 비해 세포 생존율을 매우 증가시켰다(도 8B에 도시함). p21-유도된 세포로부터 조건을 갖춘 배지의 효과는 세포내 DNA 함량의 FACS 분석에서 더욱 명백했으며, 이를 배지 교환 후 24시간 및 48시간에 혼합된 부착 세포 및 부유 C8 세포상에서 수행하였다(도 8B). 다른 많은 세포주와 달리, C9 세포의 아폽토시스는 감소된(서브-G1) 양의 DNA를 가진 소수의 세포만을 생성시켰고, G2/M DNA 함량을 가진 세포의 선택적인 소멸에 의해 특징화된다(참조: Nikiforovet al., 1996,ibid.). IPTG-처리된 세포로부터조건을 갖춘 배지중의 혈청-기갈된 세포는 G2/M 분율을 유지하고 있었고 혈청-풍부한 배지중에서 성장중인 대조 세포와 유사한 세포 주기 프로파일을 보여주었다(도 8B). IPTG의 첨가는 그 자체로 C8 세포에서 아폽토시스에 대한 효과가 없었다(자료 제시안함). 따라서, HT1080 세포에서의 p21 유도는 p21-조절되지 않는 유전자의 특성에 의해 예측되는 바와 같이, 분열유발성 및 안티-아폽토시스 인자의 분비를 초래한다.As evidenced by detectable cell isolation and apoptosis morphology in most cells after DAPI staining (suggested data), addition of low serum fresh medium or conditioned medium from IPTG-treated or untreated cells was performed in C8 cells. Apoptosis was induced rapidly. However, conditioned media from IPTG-treated cells significantly increased cell viability compared to fresh and conditioned media from untreated cells, as measured by methylene blue staining of remaining cells attached after 48 hours. (Shown in Figure 8B). The effect of conditioned media from p21-derived cells was more evident in FACS analysis of intracellular DNA content, which was performed on mixed adherent cells and suspended C8 cells 24 and 48 hours after medium exchange (FIG. 8B). . Unlike many other cell lines, apoptosis of C9 cells produced only a few cells with reduced (sub-G1) amounts of DNA and is characterized by the selective disappearance of cells with G2 / M DNA content. Niki forov et al ., 1996, ibid .). Serum-depleted cells in conditioned media from IPTG-treated cells maintained the G2 / M fraction and showed a similar cell cycle profile to the growing control cells in serum-rich media (FIG. 8B). The addition of IPTG by itself had no effect on apoptosis in C8 cells (data presented). Thus, p21 induction in HT1080 cells results in the secretion of mitogenic and anti-apoptotic factors, as predicted by the nature of p21 unregulated genes.
실시예 6Example 6
p21-반응성 프로모터에 의해 발현되는 리포터 유전자Reporter gene expressed by p21-responsive promoter 를 포함하고 있는 재조합 발현 구성물의 생성Generation of recombinant expression constructs comprising
프로모터-리포터 구성물을 다음과 같이 사람 PLK1, NK4 및 SAA 프로모터로부터 제조하였다. 프로모터-특이적인 DNA의 중합효소 연쇄 반응(PCR)을 주형으로서 HT1080 p21-9로부터의 지놈 DNA를 사용하여 수행하였다. PCR을PfuTurboDNA 중합효소(Stratagene) 및 표 IIIa에 기재된 프라이머 세트를 사용하여 수행하였다. 각 프라이머 세트를 위한 PCR 조건을 표 IIIb에 기술하였다. PCR 생성물을 수득하고 TOPO TA 클로닝 벡터 pCR2.1/TOPO(PLK1 및 SAA용) 또는 pCRII/TOPO(NK4용)내로 클로닝하였다. 이들 구성물을 서열분석에 의해 입증한 다음, 정확한 방향으로 프로모터를 포함하는KpnI-XhoI 단편을 표준 재조합 유전자 기술(Sambrooket al., ibid.)을 사용하여 루시퍼라제-리포터 벡터 pGL2 베이직(Promega, Madison, WI)의KpnI 및XhoI 부위내로 삽입시켰다.Promoter-reporter constructs were prepared from human PLK1, NK4 and SAA promoters as follows. Polymerase chain reaction (PCR) of promoter-specific DNA was performed using genome DNA from HT1080 p21-9 as a template. PCR was performed using PfuTurbo DNA polymerase (Stratagene) and the primer sets described in Table IIIa. PCR conditions for each primer set are described in Table IIIb. PCR products were obtained and cloned into the TOPO TA cloning vector pCR2.1 / TOPO (for PLK1 and SAA) or pCRII / TOPO (for NK4). These constructs were verified by sequencing, and then the Kpn I- Xho I fragments containing the promoter in the correct orientation were transferred to the luciferase-reporter vector pGL2 basic (Promega) using standard recombinant gene technology (Sambrook et al., Ibid .). , Madison, WI) into the Kpn I and Xho I sites.
각 프로모터 구성물의 두 개의 별도로 단리된 플라스미드 클론을 순간 트랜스펙션 검정에 의해 p21-조절에 대해 시험하였다. 각 프로모터-루시퍼라제 구성물을 pCMV-β-gal(Promega) 플라스미드와 1:1 비로 혼합하고 LIPOFECTAMINE 2000(Life Technologies, Inc., Gaithersburg, MD)에 의해 HT1080 p21-9 세포내로 도입시켰다. 6 내지 8시간 후에, 50μM IPTG를 함유하거나 함유하지 않는 배지를 트랜스펙션된 세포에 첨가하고, 60 내지 72시간 후에 이들 세포로부터 세포 추출물을 제조하고 루시퍼라제 활성(루시퍼라제 검정 시스템, 프로메가)에 대해 검정하였다. β-갈락토시다제 검정을 트랜스펙션 효능에 대한 정상화 대조로서 사용하였다.Two separately isolated plasmid clones of each promoter construct were tested for p21-regulation by an instant transfection assay. Each promoter-luciferase construct was mixed in a 1: 1 ratio with the pCMV-β-gal (Promega) plasmid and introduced into HT1080 p21-9 cells by LIPOFECTAMINE 2000 (Life Technologies, Inc., Gaithersburg, MD). After 6-8 hours, medium with or without 50 μM IPTG was added to the transfected cells, and after 60-72 hours cell extracts were prepared and luciferase activity (Luciferase Assay System, Promega) Was assayed for. β-galactosidase assay was used as a normalization control for transfection efficacy.
도 9는 이들 실험의 결과를 도시한 것이다. 트랜스펙션된 세포에서 p21-유도시에, p21-억제된 유전자 PLK1으로부터 제조된 프로모터 구성물로부터의 발현은 감소되었고(3 내지 5배) p21-유도된 유전자 NK4 및 SAA로부터 제조된 프로모터 구성물로부터의 발현은 증가하였다(NK4의 경우 7 내지 10배, SAA의 경우 20 내지 30배). 이러한 결과들은 p21이 이들의 프로모터를 조절함으로써 이들 유전자의 발현을 상향조절하거나 하향조절하며, 이러한 유전자의 프로모터 구성물이 유전자 발현의 p21-매개된 조절에 대해 검정하기 위해 사용될 수 있음을 가리킨다.9 shows the results of these experiments. In p21-derived in transfected cells, expression from promoter constructs made from p21-suppressed gene PLK1 was reduced (3-5 fold) and from promoter constructs made from p21-derived genes NK4 and SAA Expression increased (7-10 fold for NK4, 20-30 fold for SAA). These results indicate that p21 upregulates or downregulates the expression of these genes by regulating their promoters and that promoter constructs of these genes can be used to assay for p21-mediated regulation of gene expression.
표 IIIa. 프라이머 서열Table IIIa. Primer sequence
표 IIIb. PCR 조건Table IIIb. PCR conditions
상기 설명은 본 발명의 특정 구체예를 강조한 것이며 모든 변형물 또는 대안적인 등가물들이 청구항에 설명된 바와 같이 본 발명의 정신과 범위내에 있는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the foregoing description highlights specific embodiments of the invention and that all variations or alternative equivalents are within the spirit and scope of the invention as set forth in the claims.
표 ITable I
p21 유도에 의해 하향조절되는 유전자genes downregulated by p21 induction
A. UniGemV 어래이에 의해 확인된 p21-억제되는 유전자:A. p21-inhibited genes identified by UniGemV array:
B. RT-PCR에 의해 확인된 p21-억제되는 유전자:B. p21-inhibited genes identified by RT-PCR:
a약어: R, RT-PCR; W, 웨스턴 블로팅 a Abbreviation: R, RT-PCR; W, western blotting
b약어: IS, 불충분한 시그널; A, 어래이에 부재 b Abbreviation: IS, insufficient signal; A, absent from the array
표 IITable II
p21 유도에 의해 상향조절되는 유전자Genes Upregulated by p21 Induction
a약어: R, RT-PR; N, 노던 하이브리드화; W, 웨스턴 블로팅; Z, 지모그래피 a Abbreviation: R, RT-PR; N, northern hybridization; W, western blotting; Z, Geography
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