KR20100006939A - Method for reprogramming of cells using fusion protein delivery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대상 세포의 리프로그래밍을 유도하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세포침투성펩타이드(CPP)와 결합된 리프로그래밍 유도 단백질을 포함하는 융합 단백질을 생산하는 단계 및 상기 융합 단백질을 대상 세포에 전달하는 단계를 포함하는 대상 세포의 리프로그래밍 방법, 상기 방법에 사용되는 벡터 및 상기 벡터를 발현시키기 위한 형질 전환된 세포, 및 상기 방법으로 제조된 리프로그래밍된 미분화 줄기 세포에 관한 것이다.The present invention relates to a method of inducing reprogramming of a subject cell, and more particularly to producing a fusion protein comprising a reprogramming inducing protein bound to a cell penetrating peptide (CPP) and the fusion protein to a subject cell. A method of reprogramming a subject cell comprising the step of delivering, the vector used in the method and the transformed cell for expressing the vector, and the reprogrammed undifferentiated stem cell prepared by the method.
줄기 세포(stem cell)는 생물 조직을 구성하는 생물을 다양한 세포들로 분화할 수 있는 세포로서, 배아, 태아 및 성체의 각 조직에서 얻을 수 있는 분화 (differentiation)되기 전 단계의 미분화 세포들을 총칭한다. 이러한 줄기 세포는 분화 자극에 의해 특정 세포로의 분화가 진행되며, 세포 분열에 의해 자신과 동일한 세포를 생산하여 증식할 수 있는 특성을 지니고, 다른 환경 또는 다른 분화 자 극에 의하여 다른 세포로도 분화될 수 있는 분화 유연성(plasticity)을 갖는다. 줄기 세포는 많은 상이한 세포 유형, 예를 들어, 피부, 뉴런, 또는 기타 기관의 세포를 발생시키는 특유한 능력을 갖는 미분화된 세포이다. 줄기 세포는 무한정의 기간 동안 자가 복제하는 능력도 갖는다. 배아 줄기 세포는 배아 발달의 가장 초기 단계 중 하나인 배반포기 (blastocyst stage)로부터 생기며, 배아 줄기 세포의 가장 중요한 특징은 전분화능(totipotency)이다. 즉, 배아 줄기 세포는 내배엽, 중배엽, 외배엽으로 이루어지는 3개의 배엽층을 모두 포함하여 체내의 대부분의 임의의 유형의 세포로 분화하고 자가 재생할 수 있다. Stem cells are cells that are capable of differentiating organisms that make up biological tissues into various cells, and are collectively referred to as undifferentiated cells before they are differentiated in each tissue of embryo, fetus and adult. . These stem cells are differentiated into specific cells by differentiation stimulation, and have the characteristic of producing and proliferating the same cells as their own by cell division, and also differentiating into other cells by different environment or different differentiation stimulation. Has differentiation plasticity that can be achieved. Stem cells are undifferentiated cells with the unique ability to generate cells of many different cell types, eg, skin, neurons, or other organs. Stem cells also have the ability to self-replicate for an indefinite period of time. Embryonic stem cells arise from the blastocyst stage, one of the earliest stages of embryonic development, and the most important characteristic of embryonic stem cells is totipotency. That is, embryonic stem cells can differentiate and self-regenerate into almost any type of cell in the body, including all three germ layers consisting of endoderm, mesoderm, and ectoderm.
줄기 세포가 특정 유형의 세포로 발달하는 잠재력을 가지며 무기한 증식할 수 있다는 사실에 의해 줄기 세포는 이식용 기관 및 조직의 개발, 퇴행성 질환을 위한 세포 치료법, 유전자 치료법, 및 새로운 약물에 대한 독성 시험과 같은 용도로 유용하게 사용될 수 있다. 그 예로, 배아줄기세포 연구를 통한 세포 치료(Cell therapy) 가능성은 생쥐 배아줄기세포로부터 유래된 기능성 전구세포와 동물질환 모델을 이용한 연구를 통하여 그 가능성이 입증된 바 있다. 이러한 줄기세포의 전 분화능으로 인하여 줄기세포는 난치병 치료를 위한 중요한 연구대상으로 주목받고 있다. The fact that stem cells have the potential to develop into certain types of cells and can proliferate indefinitely allows stem cells to develop organs and tissues for transplantation, cell therapy for degenerative diseases, gene therapy, and toxicity testing for new drugs. It can be usefully used for the same purpose. For example, the possibility of cell therapy through embryonic stem cell research has been demonstrated through research using functional progenitor cells derived from mouse embryonic stem cells and animal disease models. Stem cells are attracting attention as an important research target for the treatment of intractable disease due to the pluripotency of these stem cells.
이러한 연구의 일환으로 생쥐 및 인간의 분화된 세포를 리프로그래밍하여 미분화 줄기세포를 유도하기 위해 특정 유전자가 조합된 바이러스를 이용, 상기 바이 러스를 세포 내로 전달하여 유전자가 세포의 유전체에 삽입된 형태로 해당 단백질을 발현시키는 방법이 여러 연구자들에 의하여 제시되었다. 즉, 종래의 바이러스 벡터를 이용한 유도만능줄기세포 (induced pluripotent stem cell)의 선별과정은 다음과 같은 절차로 진행된다. 리프로그래밍시키고자 하는 세포를 6 well-dis의 한 well에 1 x10^5 cell 정도로 접종하여 배양하고 여기에 4가지 유전자 (예, OCT4, SOX2, KLF4, C-Myc)를 전달할 수 있는 바이러스 벡터의 혼합물을 24시간동안 처리한다. 배양 후, 바이러스 벡터 혼합물을 제거하고, 새로운 세포 배양액을 넣어주고 3~6일동안 배양한다. 3~6일간 배양된 세포들은 단일세포로 분리하여 기저세포 (feeder)가 깔려 있는 배양접시로 옮겨서 인간배아줄기세포 배양액을 이용하여 배양을 시작한다. 이 때, 기저세포는 생쥐배아섬유아세포를 성장하지 못하도록 감마선조사등의 방법을 통하여 불활성화시켜 사용한다. 리프로그래밍하고자 하는 세포를 기저세포로 옮겨 배양하는 동안, 배아줄기세포와 유사한 모양을 보이는 세포군집을 선별한 후, 새로운 기저세포 배양접시로 옮겨서 배양하면 된다. 선별 기간은 세포의 종류와 방법에 따라서 7일~21일 정도가 소요되며, 배양액은 1~2일 간격으로 교환해 준다. (Takahashi et al. 2007. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblast by defined factors. Cell. 131:1-12; Park et al. 2008. Generation of human-induced pluripotent stem cells. Nature protocol 3:1180-1186). 이와 같이, 유도만능줄기세포를 선별하는 전체적인 과정은 리프로그래밍 시키고자 하는 세포를 배양하고 바이러스 벡터로 형질전환 하는 과정과 기저세포로 옮겨서 배양하는 과정으로 크게 나눌 수 있다. As part of this research, in order to reprogram differentiated cells of mice and humans to induce undifferentiated stem cells, viruses using specific genes are combined to transfer the viruses into cells, and the genes are inserted into the genome of cells. Methods of expressing the protein have been suggested by various researchers. That is, the selection process of the induced pluripotent stem cells using the conventional viral vector proceeds as follows. The cells to be reprogrammed are inoculated with 1 x 10 ^ 5 cells in one well of 6 well-dis and cultured therein, and four viral genes (eg, OCT4, SOX2, KLF4, C-Myc) can be transferred. The mixture is treated for 24 hours. After incubation, the viral vector mixture is removed, fresh cell culture is added and incubated for 3-6 days. Cells cultured for 3 to 6 days are separated into single cells, transferred to a culture plate with basal cells (feeders), and cultured using human embryonic stem cell culture. At this time, the basal cells are inactivated through a method such as gamma irradiation to prevent the growth of mouse embryo fibroblasts. During the transfer of the cells to be reprogrammed to the basal cells, the cell populations resembling embryonic stem cells may be selected and then transferred to a new basal cell culture dish for culture. The selection period takes about 7 days to 21 days depending on the type of cell and the method, and the medium is exchanged every 1 to 2 days. (Takahashi et al. 2007. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblast by defined factors.Cell. 131: 1-12; Park et al. 2008. Generation of human-induced pluripotent stem cells.Nature protocol 3: 1180-1186 ). As such, the overall process for selecting induced pluripotent stem cells can be broadly divided into a process of culturing cells to be reprogrammed, transforming them with a viral vector, and transferring them to basal cells.
상기 방법에 의하여 제조된 리프로그래밍된 세포는 배아줄기세포와 거의 동등한 세포특성과 분화능을 가지고 있는 것으로 확인되었으나, 바이러스 벡터를 매개로 하여 유전자를 전달하였기 때문에 세포의 유전체 상에 바이러스 유래의 유전물질을 다량 포함하게 되는 문제점이 있다. 생쥐 실험에 있어서 이러한 특성은, 유도만능줄기세포로부터 만들어진 생쥐가 암을 형성하는 부작용이 나타나게 하는 원인이 되고 있으며, 따라서 이러한 유도만능줄기세포를 실제 임상에 적용하는 것이 아직은 매우 위험할 수 있음을 의미한다. The reprogrammed cells prepared by the above method were found to have almost the same cellular characteristics and differentiation capacity as embryonic stem cells, but since the gene was transferred through the viral vector, virus-derived genetic material was added to the genome of the cell. There is a problem that involves a large amount. In mouse experiments, these characteristics are causing the side effects of cancer-producing mice from induced pluripotent stem cells, which means that the application of these induced pluripotent stem cells in clinical practice can still be very dangerous. do.
이와 같이 유도된 미분화 줄기 세포의 안전성 문제를 극복하기 위하여, 전달되는 유전자의 숫자를 줄이거나 (Kim et al., 2008, Pluripotent stem cells induced from adult neural stem cells by reprogramming with two factors. Nature, doi:10.1038/nature07061) 다른 화합물과의 조합을 통하여 위험요소를 감소하려는 시도가 이루어지고 있다 (Shi et al., 2008, A combined chemical and genetic approach for the generation of induced pluripotent stem cells. Cell Stem Cell , 2:525-528; Huangfu et al., 2008, Induction fo pluripotent stem cells by defined factors is greatly improved by small-molecule compounds. Nat . Biotech ., doi:10.1038/nbt118). 하지만 이 또한 바이러스를 이용한 유전적 방법과 병행하기 때문에 바이러스에 의한 위험 요소를 완벽히 제거할 수 없고, 또한 소수의 화합물만으로 복잡한 리프로그래밍의 과정을 대체할 가능성은 매우 낮다. To overcome the safety issues of these induced undifferentiated stem cells, the number of genes delivered can be reduced (Kim et al., 2008, Pluripotent stem cells induced from adult neural stem cells by reprogramming with two factors.Nature , doi: 10.1038 / nature07061) an attempt is made to reduce the risks through the combination with other compounds have been made (Shi et al., 2008, a combined chemical and genetic approach for the generation of induced pluripotent stem cells. Cell Stem Cell , 2: 525-528; Huangfu et al., 2008, Induction fo pluripotent stem cells by defined factors is greatly improved by small-molecule compounds. Nat . Biotech ., Doi: 10.1038 / nbt118). However, because it is also combined with the genetic method using the virus, it is not possible to completely eliminate the virus risk factors, and it is very unlikely to replace the complex reprogramming process with only a few compounds.
이와 같은 문제를 극복하기 위하여 예의 노력한 결과, 본 연구자들은 유전자의 전달을(체를) 통하여 대상 세포의 리프로그래밍을 유도하는 대신 특정 단백질을 대상 세포로 직접 전달하는 방법을 개발하였고, 이를 통하여 대상 세포를 유전적 변형 없이 리프로그래밍시킴으로써 유전체의 안정성이 유지된 만능줄기세포를 생산할 수 있음을 입증함으로써 본 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명에서는 바이러스벡터를 직접 처리하는 대신 융합단백질을 처리하여 리프로그래밍의 효과를 얻고자 하였고, 융합단백질을 처리하는 방법은 분리정제한 단백질을 직접 세포배양액에 처리하는 방법과, 융합단백질을 분비하는 진핵세포를 기저세포로 이용하여 전달하는 방법으로 나뉘어 진다. 두가지 융합단백질 전달 방법은 독립적 혹은 결합적으로 사용되어질 수 있다. As a result of diligent efforts to overcome this problem, the researchers developed a method of directly delivering a specific protein to a target cell instead of inducing reprogramming of the target cell through gene transfer. The present invention has been completed by demonstrating that reprogramming of pluripotent stem cells with the stability of the genome can be produced by reprogramming without genetic modification. That is, the present invention was intended to obtain the effect of reprogramming by treating the fusion protein instead of directly processing the viral vector, the method of treating the fusion protein is a method of treating the purified protein directly to the cell culture medium and the fusion protein It is divided into methods of delivering secretory eukaryotic cells as basal cells. Two fusion protein delivery methods can be used independently or in combination.
본 발명의 목적은 (a) CPP(Cell-penetrating peptide, 세포침투성펩타이드) 및 리프로그래밍 유도 단백질을 포함하는 융합 단백질을 생산하는 단계; 및 (b) 상기 CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질을 포함하는 융합 단백질을 대상 세포에 전달하는 단계를 포함하는 대상 세포의 리프로그래밍 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to produce a fusion protein comprising (a) a cell-penetrating peptide (CPP) and a reprogramming protein; And (b) delivering the fusion protein comprising the CPP and the reprogramming induction protein to the subject cell.
본 발명의 다른 목적은 CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질을 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 벡터를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a vector comprising a nucleic acid molecule encoding CPP and reprogramming inducing protein.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 벡터로 형질 전환된 세포를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cell transformed with the vector.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 세포의 리프로그래밍 방법에 의하여 제조된 미분화된 줄기세포를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide undifferentiated stem cells prepared by the method of reprogramming the cells.
따라서, 하나의 양태로서, 본 발명은 (a) CPP(Cell-penetrating peptide, 세 포침투성펩타이드) 및 리프로그래밍 유도 단백질을 포함하는 융합 단백질을 생산하는 단계; 및 (b) 상기 CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질을 포함하는 융합 단백질을 대상 세포에 전달하는 단계를 포함하는 대상 세포의 리프로그래밍(reprogramming) 방법에 관한 것이다.Accordingly, in one aspect, the present invention provides a method for producing a fusion protein comprising: (a) producing a fusion protein comprising a cell-penetrating peptide (CPP) and a reprogramming inducing protein; And (b) delivering the fusion protein comprising the CPP and reprogramming inducing protein to the subject cell.
본원에서 용어, "세포침투성펩타이드(CPP)"는 세포 침투성의 특징을 갖는 펩타이드를 말하며, 그러한 특징을 가지는 당업계에서 통상적으로 사용되는 펩타이드(Dietz, G.P. and Bdeltahr, M. 2004, Delivery of bioactive molecules into the cell: the Trojan horse approach. Mol. Cell. Neurosci., 27:85-131)가 제한 없이 사용될 수 있으며, 따라서 기존에 개발되어 보고된 다양한 종류의 펩타이드를 이용할 수 있다. 바람직하게 CPP는 HIV 유래의 TAT 펩타이드(Tunnemann et al., 2006, Cargo-dependent mode of uptake and bioavailability of TAT-containing proteins and peptides in living cell. FASEB J., 20:1775-1784; Fawell et al., 1994. Tat-mediated delivery of heterologous proteins into cells. Proc . Natl . Acad, Sci. USA., 91:664-668)가 이용될 수 있다. TAT 펩타이드는 Vives 등의 보고 (Vives et al., J. Biol. Chem., 272:16010-16017, 1997)에서 사용된 펩타이드를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 구체적인 실시예에서는 TAT 펩타이드와 녹색형광단백질 (Enhanced green fluorescent protein, EGFP)이 융합된 단백질 형태를 발현시켜, TAT와 융합된 단백질에 있어서도 세포 침투성이 유지됨을 확인하였다. As used herein, the term "cell penetrating peptide (CPP)" refers to a peptide having characteristics of cell permeability, and peptides commonly used in the art having such characteristics (Dietz, GP and Bdeltahr, M. 2004, Delivery of bioactive molecules into the cell: the Trojan horse approach.Mol.Cell. Neurosci. , 27: 85-131) can be used without limitation, and thus various types of peptides that have been previously developed and reported can be used. Preferably, CPP is a TAT peptide derived from HIV (Tunnemann et al., 2006, Cargo-dependent mode of uptake and bioavailability of TAT-containing proteins and peptides in living cell.FASEB J. , 20: 1775-1784; Fawell et al. , 1994. Tat-mediated delivery of heterologous proteins into cells Proc Natl Acad, Sci USA, 91:..... 664-668) may be utilized. The TAT peptide is preferably, but not limited to, the peptide used in Vives et al. (Vives et al., J. Biol. Chem. , 272: 16010-16017, 1997). In a specific embodiment of the present invention, it was confirmed that the cell permeability was maintained even in the protein fused with TAT by expressing the protein form in which the TAT peptide and the enhanced green fluorescent protein (EGFP) were fused.
용어, "리프로그래밍 유도 단백질"은 세포의 리프로그래밍을 유도할 수 있는 단백질을 말하며, 그러한 특징을 가지는 당업계에서 통상적으로 사용되는 단백질이 제한 없이 사용될 수 있다. 이러한 단백질의 예로서 바이러스를 통해 유전자가 세포 내로 도입되었을 때, 세포의 리프로그래밍을 유도하는 POU5F1(OCT4), SOX2, KLF4, C-Myc, NANOG, 및 LIN-28 등이 있다. 이외에도 세포의 특성을 변화시킬 수 있는 다양한 단백질들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 POU5F1(OCT4), SOX2, KLF4, 및 C-Myc 단백질이 각각 TAT 펩타이드와 결합된 벡터를 제조하였다.The term "reprogramming inducing protein" refers to a protein capable of inducing reprogramming of cells, and proteins commonly used in the art having such characteristics may be used without limitation. Examples of such proteins include POU5F1 (OCT4), SOX2, KLF4, C-Myc, NANOG, and LIN-28, which induce the reprogramming of cells when genes are introduced into cells through viruses. In addition, a variety of proteins that can change the characteristics of the cells can be used without limitation, in a preferred embodiment of the present invention prepared a vector in which the POU5F1 (OCT4), SOX2, KLF4, and C-Myc protein is bound to the TAT peptide, respectively .
본 발명에서 사용되는 용어, "융합 단백질"이란 상기 CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질이 결합된 형태의 단백질을 의미하며, 필요에 따라 다른 구성요소가 추가적으로 더 포함될 수 있다. 바람직하게는, 융합 단백질은 CPP와 리프로그래밍 유도 단백질이 결합된 형태로서, 상기 두 구성 요소 사이가 직접적으로 연결되거나, 다른 단백질들에 의해 연결될 수 있으며, 경우에 따라서는 벡터가 삽입된 형질전환된 미생물 세포에서 융합 단백질을 외부로 분비시키기 위한 다양한 분비신호 펩타이드를 더 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 리프로그래밍 유도 단백질의 효율을 증진시키기 위해 CPP와 결합될 수 있는 단백질인 SV40 large T antigen 및 hTERT 등을 더 포함할 수 있다.As used herein, the term “fusion protein” refers to a protein in a form in which the CPP and reprogramming inducing protein are combined, and other components may be additionally included as necessary. Preferably, the fusion protein is a form in which CPP and a reprogramming inducing protein are combined, and may be directly connected between the two components or by other proteins, and in some cases, a vector may be inserted into a transformed protein. The microbial cell may further include various secretion signal peptides for secreting the fusion protein to the outside. More preferably, it may further include SV40 large T antigen and hTERT, which are proteins that can be combined with CPP to enhance the efficiency of the reprogramming induction protein.
본 발명에서 사용되는 용어인, 대상 세포의 "리프로그래밍"이란 최종적으로 분화된 세포가 새로운 세포의 유형으로 분화되는 잠재력을 갖는 상태로 복원될 수 있는 프로세스를 의미한다. 이러한 세포의 리프로그래밍 기작은 핵 내의 후생유전학(뉴클레오타이드 서열에서의 변화 없이 기능에서의 유전적 변화를 일으키는 것과 관련된 DNA 상태)적 마크가 삭제된 후, 상이한 세트의 후생유전학적 마크를 수립하는 것을 의미하는데, 다세포 생물이 분화 및 성장하는 동안, 상이한 세포 및 조직은 상이한 유전자 발현 프로그램을 획득한다. 이러한 별개의 유전자 발현 패턴은 후생유전학적 변형, 예컨대 DNA 메틸화, 히스톤 변형 및 기타 염색질 결합 단백질에 의해 실질적으로 조절되는 것으로 여겨진다(Li, E. Chromatin modification and epigenetic programming in mammalian development. Nat . Rev . Genet ., 2002, 3:662-273, Reik W. et al., Epigenetic reprogramming in mammalian development. Science, 2001, 293:1089-1093). 따라서 다세포 생물 내의 각각의 세포 유형은 일반적으로 일단 세포가 분화되거나 세포 주기를 벗어나게 되면 고정되어 변하지 않게 되지만, 정상적인 발달 과정 중 특정 기간 동안 또는 특정 질환이 진행되는 경우에는 일부 세포에 주요 후생 유전학적 리프로그래밍이 진행되기도 한다. 본 발명에서는 이미 분화된 대상 세포에 특정 단백질을 처리함으로써 대상 세포가 리프로그래밍된 결과, 미분화 세포의 능력을 갖는 세포를 수득하는 방법을 제공한다.As used herein, the term "reprogramming" of a subject cell means a process by which the finally differentiated cells can be restored to a state with the potential to differentiate into new cell types. The reprogramming mechanism of these cells means establishing a different set of epigenetic marks after the epigenetics in the nucleus (the DNA state associated with causing a genetic change in function without a change in nucleotide sequence) are deleted. While multicellular organisms differentiate and grow, different cells and tissues acquire different gene expression programs. Distinct gene expression patterns of these are believed to be substantially controlled by epigenetic modifications such as DNA methylation, histone modifications and other chromatin binding protein (Li, E. Chromatin modification and epigenetic programming in mammalian development. Nat. Rev. Genet ., 2002, 3: 662-273, Reik W. et al, epigenetic reprogramming in mammalian development Science, 2001, 293:.. 1089-1093). Thus, each cell type in a multicellular organism is generally fixed and unchanged once the cell differentiates or leaves the cell cycle, but the major epigenetic genetics of some cells during normal development or when certain diseases progress. Programming may also proceed. The present invention provides a method of obtaining a cell having the capacity of undifferentiated cells as a result of reprogramming a subject cell by treating a specific protein with a subject cell already differentiated.
본 발명을 통하여 융합 단백질을 전달하는 방법은 당업계에서 통상적으로 사용되는 세포에 단백질을 제공하는 방법을 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게 는 다음의 방법들에 의해 수행될 수 있다.The method for delivering a fusion protein through the present invention can be used without limitation the method for providing a protein to cells commonly used in the art, preferably can be carried out by the following methods.
바람직한 하나의 양태로서, 본 발명의 리프로그래밍 방법은 (a) CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질을 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 미생물 세포를 이용하여 융합 단백질을 발현시키는 단계 및 상기 융합 단백질을 분리, 정제하는 단계; 및 (b) 상기 분리, 정제된 융합 단백질을 대상 세포의 배양액에 투여하는 단계를 포함하는, 대상 세포의 리프로그래밍 방법을 사용할 수 있다.In a preferred embodiment, the reprogramming method of the present invention comprises the steps of: (a) expressing a fusion protein using a microbial cell transformed with an expression vector comprising a nucleic acid molecule encoding CPP and a reprogramming inducing protein and said fusion protein Separating and purifying the protein; And (b) administering the isolated, purified fusion protein to a culture of the subject cell, wherein the reprogramming method of the subject cell can be used.
이때, 대상 세포의 리프로그래밍을 유도하기 위하여 분리 정제된, 세포침투성펩타이드와 결합된 리프로그래밍 유도 단백질들은 리프로그래밍하고자 하는 세포의 종류와 상태에 따라 여러 가지 조합으로 제조되어 세포에 투여될 수 있다. 이렇게 합성된 단백질이라면 어떠한 제형으로도 배양액에 투여될 수 있으며, 바람직하게는 솔루션, 파우더 등의 형태이다. 더욱 바람직하게는 파우더 형태이며, 동결 건조된 상기 파우더 형태의 융합 단백질 정제물을 대상 세포의 배양액에 첨가하여 줌으로써 배양액 중의 리프로그래밍 유도 단백질의 농도를 높게 유지시킬 수 있게 되어, 배양액이 희석되어 문제를 일으키는 것을 막을 수 있다.In this case, the reprogramming proteins, which are separated and purified to induce reprogramming of the target cells, combined with the cell penetrating peptides, may be prepared and administered to the cells in various combinations according to the type and condition of the cells to be reprogrammed. The synthesized protein may be administered to the culture solution in any formulation, and is preferably in the form of a solution, powder, or the like. More preferably, by adding the lyophilized fusion protein purified product in powder form to the culture medium of the target cells, the concentration of the reprogramming protein in the culture medium can be maintained high, and the culture solution is diluted to solve the problem. You can prevent it from happening.
또 하나의 바람직한 양태로서, 본 발명의 리프로그래밍 방법은 (a) CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질을 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 발현 벡터로 형질 전환된 기저 세포를 이용하여 융합 단백질을 발현시키는 단계; 및 (b) 상기 융합 단백질을 발현하는 기저세포를 대상 세포와 공배양(co-culturing)함으로써 대상 세포 를 리프로그래밍 시키는 방법을 사용할 수 있다. In another preferred embodiment, the reprogramming method of the present invention comprises the steps of: (a) expressing a fusion protein using a basal cell transformed with an expression vector comprising a nucleic acid molecule encoding CPP and a reprogramming inducing protein; And (b) reprogramming the subject cells by co-culturing the basal cells expressing the fusion protein with the subject cells.
이와 같이 융합 단백질을 세포 외부로 분비하는 세포를 기저 세포로 이용하여 대상 세포와 공배양함으로써 분비된 단백질이 분화된 세포에 전달되고, 전달된 단백질은 분화된 세포의 리프로그래밍을 유도하여 특성이 변화된 세포를 얻을 수 있게 된다. 이를 위하여, 상기 융합 단백질에 분비신호 펩타이드가 추가적으로 결합된 형태로 제작되어 기저세포에 도입됨으로써 수행될 수 있다.As such, the cells secreting the fusion protein outside the cell are co-cultured with the target cells, and the secreted protein is delivered to the differentiated cells, and the delivered protein induces reprogramming of the differentiated cells, thereby changing its characteristics. You get a cell. To this end, the secretion signal peptide is added to the fusion protein in a form that is coupled to the base cell can be performed.
공배양을 위한 기저세포의 바람직한 양태로서, 본 발명의 대상 세포 리프로그래밍은 CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질의 생산을 위하여 상기 융합 단백질을 분비하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이는 당업계에 알려진 통상적인 방법으로 수행될 수 있다. 융합 단백질을 외부로 분비시키기 위한 다양한 분비신호 서열은 공지의 기술로 알려져 있다(Tan, N.S. et atl, 2002, Engineering a novel secretion signal for cross-host recombinant protein expression. Protein Eng., 15:337-345).As a preferred embodiment of the basal cells for coculture, subject cell reprogramming of the present invention may further comprise secreting said fusion protein for the production of CPP and reprogramming inducing proteins, which are commonly known in the art. Can be carried out in a Various secretion signal sequences for secreting fusion proteins to the outside are known in the art (Tan, NS et atl, 2002, Engineering a novel secretion signal for cross-host recombinant protein expression.Protein Eng., 15: 337-345 ).
다만 본 발명에서 사용되는 CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질을 포함하는 융합 단백질을 분비하는 형질전환 기저 세포를 공배양세포로 이용하는 경우에는, 형질 전환 기저 세포 자체가 리프로그래밍 되는 것을 막기 위하여 미토마이신 C (mitomycin C) 또는 감마선(선) 조사를 통하여 형질전환 세포의 증식을 억제함으로써 리프로그래밍하고자 하는 대상 세포의 선별을 용이하게 하는 것이 바람직하다.However, when transformed basal cells secreting a fusion protein including CPP and reprogramming inducing protein used in the present invention as co-culture cells, mitomycin C (mitomycin C) is used to prevent the transformed basal cells themselves from being reprogrammed. It is preferable to facilitate selection of the target cells to be reprogrammed by inhibiting proliferation of the transformed cells through C) or gamma-ray (ray) irradiation.
또 하나의 바람직한 양태로서, 본 발명의 리프로그래밍 방법은 상기 두 가지 의 방법을 동시에 또는 순차적으로 결합하여 사용할 수 있다.As another preferred embodiment, the reprogramming method of the present invention may be used by combining the two methods simultaneously or sequentially.
구체적으로, 단백질의 투여량을 고려했을 때, 리프로그래밍의 초기에는 분리, 정제된 융합 단백질을 과량 투여하는 방법을 이용하고, 리프로그래밍의 중, 후기에는 형질 전환된 기저 세포와 대상 세포를 공배양하는 방법으로 결합되어 이용될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 두 방법을 리프로그래밍 초기부터 후기까지 동시에 이용할 수도 있다.Specifically, considering the protein dosage, the method of over-administering the isolated and purified fusion protein is used in the early stage of reprogramming, and the co-culture of transformed basal cells and target cells in the middle and late stages of reprogramming. Can be used in combination. In some cases, the two methods may be used simultaneously from early to late reprogramming.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질을 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 벡터에 관한 것이다.As another aspect, the invention relates to a vector comprising a nucleic acid molecule encoding CPP and reprogramming inducing protein.
본 발명에서 용어, "벡터"란 적당한 숙주세포에서 목적 단백질인 CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질을 포함하는 융합 단백질을 발현할 수 있는 벡터로서, 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물을 말한다. "작동가능하게 연결된(operably linked)"이란 의미는 일반적 기능을 수행하도록 핵산 발현조절 서열과 목적하는 단백질을 코딩하는 핵산 서열이 기능적으로 연결(functional linkage)되어 있는 것을 말한다. 재조합 벡터와의 작동가능적 연결은 당해 기술 분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용한다. As used herein, the term "vector" refers to a vector capable of expressing a fusion protein comprising a target protein of CPP and a reprogramming inducing protein in a suitable host cell, and comprising an essential regulatory element operably linked to express a gene insert. Refers to the genetic construct. "Operably linked" means that the nucleic acid expression control sequence and the nucleic acid sequence encoding the protein of interest are functionally linked to perform a general function. Operative linkage with recombinant vectors can be prepared using genetic recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cleavage and ligation employs enzymes and the like generally known in the art.
본 발명의 벡터는 프로모터, 오퍼레이터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널, 인핸서(enhancer) 같은 발현 조절 요소 외에도 막 표적화 또는 분비를 위한 신호 서열 또는 리더 서열을 포함하며 목적에 따라 다양하게 제조될 수 있다. 벡터의 프로모터는 구성적 또는 유도성일 수 있다. 또한, 발현벡터는 벡터를 함유하는 숙주 세포를 선택하기 위한 선택성 마커를 포함하고, 복제 가능한 발현벡터인 경우 복제 기원을 포함한다. 벡터는 자가 복제하거나 숙주 DNA에 통합될 수 있다.Vectors of the present invention include signal or leader sequences for membrane targeting or secretion in addition to expression control elements such as promoters, operators, initiation codons, termination codons, polyadenylation signals, enhancers and can be prepared in various ways depending on the purpose. Can be. The promoter of the vector may be constitutive or inducible. In addition, the expression vector includes a selectable marker for selecting a host cell containing the vector and, in the case of a replicable expression vector, a replication origin. Vectors can self replicate or integrate into host DNA.
벡터는 플라스미드 벡터, 코즈미드 벡터, 바이러스 벡터 등을 포함한다. 바이러스 벡터는 레트로바이러스(Retrovirus), 예를 들어 HIV(Human immunodeficiency virus) MLV(Murine leukemia virus) ASLV(Avian sarcoma/leukosis), SNV(Spleen necrosis virus), RSV(Rous sarcoma virus), MMTV(Mouse mammary tumor virus) 등, 아데노바이러스(Adenovirus), 아데노 관련 바이러스(Adeno-associated virus), 헤르페스 심플렉스 바이러스(Herpes simplex virus) 등에서 유래한 벡터를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 pET-22b(+) 벡터에 NdeI 및 XhoI의 제한효소를 사용하여 TAT 및 리프로그래밍 유도 단백질을 포함하는 융합 단백질을 코딩하는 유전자를 도입하였고, 상기 도입을 확인, 선별하기 위하여 대장균에 형질 전환 시킨 후, 앰피실린이 첨가된 LB 평판 배지에 배양하였다.Vectors include plasmid vectors, cosmid vectors, viral vectors, and the like. Viral vectors are retroviruses such as Human immunodeficiency virus HIV (Murine leukemia virus) Avian sarcoma / leukosis (ASLV), Spleen necrosis virus (SNV), Rous sarcoma virus (RSV) and Mouse mammary (MMTV). tumor viruses, and the like, but are not limited to vectors derived from Adenovirus, Adeno-associated virus, Herpes simplex virus, and the like. In a preferred embodiment of the present invention, a gene encoding a fusion protein including TAT and reprogramming inducing protein was introduced into pET-22b (+) vector using Nde I and Xho I restriction enzymes. E. coli was transformed for selection, and then cultured in LB plate medium containing ampicillin.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 CPP 및 리프로그래밍 유도 단백질을 발현하는 벡터를 포함하는 형질 전환된 세포에 관한 것이다. CPP 및 리프로그래밍 유 도 단백질은 벡터의 구성 요소로서 상기 서술한 바와 같이 삽입되어 생산될 수 있다.As another aspect, the present invention relates to a transformed cell comprising a vector expressing the CPP and reprogramming inducing protein. CPP and reprogramming proteins can be inserted and produced as described above as components of a vector.
본 발명에서는 상기 벡터를 숙주 세포에 도입하여 융합 세포의 생산을 유도하는데, 상기 벡터의 도입은 통상적인 형질 전환 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 용어 "형질전환"이란 DNA를 숙주세포로 도입하여 DNA가 염색체의 인자로서 또는 염색체 통합 완성에 의해 복제가능하게 되는 것으로 외부의 DNA를 세포 내로 도입하여 인위적으로 유전적인 변화를 일으키는 현상을 의미한다. 본 발명에서는 상기 융합 단백질의 서열을 포함하는 벡터를 발현시키기 위하여 숙주 생물에 벡터를 도입하는 형질 전환을 수행하였다. 벡터를 도입하기 위한 형질전환 방법은 임의의 형질전환 방법이 사용될 수 있으며, 당업계의 통상적인 방법에 따라 용이하게 수행할 수 있다. In the present invention, the vector is introduced into a host cell to induce the production of a fusion cell, wherein the introduction of the vector may be performed using a conventional transformation method. As used herein, the term "transformation" refers to introducing DNA into a host cell so that the DNA can be reproduced as a factor of a chromosome or by completion of chromosome integration. It means a phenomenon. In the present invention, transformation was performed to introduce the vector into the host organism in order to express the vector including the sequence of the fusion protein. As a transformation method for introducing a vector, any transformation method may be used, and may be easily performed according to a conventional method in the art.
일반적으로 형질전환방법에는 CaCl2 침전법, CaCl2 방법에 DMSO(dimethyl sulfoxide)라는 환원물질을 사용함으로써 효율을 높인 Hanahan 방법, 전기천공법 (electroporation), 인산칼슘 침전법, 원형질 융합법, 실리콘 카바이드 섬유를 이용한 교반법, 아그로 박테리아 매개된 형질전환법, PEG를 이용한 형질전환법, 덱스트란 설페이트, 리포펙타민 및 건조/억제 매개된 형질전환 방법 등이 있다. Generally, transformation methods include CaCl 2 Hanahan method which improved efficiency by using reducing material called DMSO (dimethyl sulfoxide) in precipitation method, CaCl 2 method, electroporation, calcium phosphate precipitation method, plasma fusion method, stirring method using silicon carbide fiber, agro bacteria Mediated transformation, transformation with PEG, dextran sulfate, lipofectamine and dry / inhibition mediated transformation methods.
바람직한 양태로서, 본 발명은 상기 벡터를 포함하는 미생물 숙주 세포를 제 공한다. 미생물 숙주 세포는 당업계에서 통상적으로 이용되는 형질전환을 위한 미생물 숙주 세포라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 그 예로서, 그람음성균, 그람양성균, 방선균, 효모, 및 곰팡이 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 제작된 벡터를 열충격(heat shock) 방법을 이용하여 대장균 BL21(DE3)(Stratagene, La Jolla, CA, 미국)에 형질전환 시켰다.In a preferred embodiment, the present invention provides a microbial host cell comprising the vector. The microbial host cell may be used without limitation so long as it is a microbial host cell for transformation commonly used in the art, and examples thereof include, but are not limited to, gram-negative bacteria, gram-positive bacteria, actinomycetes, yeasts, and fungi. . In a preferred embodiment of the present invention, the produced vector was transformed into E. coli BL21 (DE3) (Stratagene, La Jolla, CA, USA) using a heat shock method.
또 하나의 바람직한 양태로서, 본 발명은 세포침투성펩타이드 및 리프로그래밍 유도 단백질을 포함하는 융합 단백질을 세포 외부로 분비하는 기저 세포를 제공한다. 이러한 세포는 상기 융합 단백질을 세포 외부로 분비하기 위한 분비 신호펩타이드(Tan, N. S. et al., 2002, Engineering a novel secretion signal for cross-host recombinant protein expression. Protein Eng ., 15:337-345)와 결합한 형태의 단백질을 생산하기 위한 벡터로 형질 전환된 세포로써, 리프로그래밍 하고자 하는 대상 세포와 함께 공배양 하여 지속적이고 안정적으로 세포침투 능력을 가진 융합 단백질을 대상 세포에 제공할 수 있다. In another preferred embodiment, the present invention provides a basal cell that secretes fusion proteins, including cell penetrating peptides and reprogramming proteins, out of the cell. These cells are secretory signal peptide for the secretion of the fusion protein to the outer cell (Tan, NS et al., 2002, Engineering a novel secretion signal for cross-host recombinant protein expression. Protein Eng . , 15: 337-345), transformed into a vector to produce a protein bound to the target cell, and co-cultured with the target cell to be reprogrammed to provide a fusion protein with continuous and stable cell infiltration ability to the target cell. Can provide.
본 발명의 융합 단백질을 세포 외부로 분비하는 기저 세포를 공배양 세포로 이용하여 대상 세포와 공배양함으로써 분비된 융합 단백질이 분화된 대상 세포에 전달되고, 전달된 융합 단백질은 대상세포에 침투, 분화된 대상 세포의 리프로그래밍을 유도하여 특성이 변화된 세포(리프로그래밍된 미분화 줄기세포)를 얻을 수 있게 된다. 상기 융합 단백질을 분비하는 형질전환된 세포는 대상세포가 리프로그래 밍될 때 공배양 기저세포의 역할을 수행할 수 있다. 사용되는 기저 세포는 당업계에서 이용되는 통상적인 세포라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 섬유아세포이다.By culturing the basal cells that secrete the fusion protein of the present invention as co-culture cells with the target cells, the secreted fusion proteins are delivered to the differentiated target cells, and the delivered fusion proteins penetrate and differentiate into the target cells. The reprogramming of the target cells can be induced to obtain cells with altered properties (reprogrammed undifferentiated stem cells). The transformed cells secreting the fusion protein may serve as coculture basal cells when the target cells are reprogrammed. The basal cells used can be used without limitation so long as the conventional cells used in the art, preferably fibroblasts.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 세포 리프로그래밍 방법에 의하여 제조된 미분화된 줄기세포에 관한 것이다. As another aspect, the present invention relates to undifferentiated stem cells produced by the cell reprogramming method.
줄기 세포는 여러 세포 계통으로 분화되는, 광범위하고 정해지지 않은 증식 잠재력을 갖고, 이식시 조직으로 재증식될 수 있는 세포로 정의된다. 그 중, 배아 줄기(ES, embryonic stem) 세포는, 비제한적인 자가-재생 및 다능성 분화 잠재력을 갖는데, 본 발명에 따른 리프로그래밍 방법을 사용하여 대상 세포를 리프로그래밍함으로써 미분화 줄기 세포를 수득할 수 있다.Stem cells are defined as cells that have a broad and undefined proliferative potential that differentiate into several cell lineages and that can reproliferate into tissue at the time of transplantation. Among them, embryonic stem (ES) cells have a non-limiting self-renewal and pluripotent differentiation potential, which can be obtained by reprogramming a subject cell using the reprogramming method according to the present invention. Can be.
본 발명에 의한 리프로그래밍의 유도는 세포침투성펩타이드를 사용함으로써 리프로그래밍 효율을 높일 수 있으며, 단백질의 도입에 의한 리프로그래밍 방법이므로 대상 세포의 유전체에 변형을 가져오지 않는바, 유전적 안정성을 유지하며 세포를 리프로그래밍시킬 수 있게 된다. 이러한 리프로그래밍에 의해 확보된 미분화 줄기세포는 해당 세포의 유전적 안정성에 의해 임상 적용에 있어 문제점 없이 사용될 수 있다.Induction of reprogramming according to the present invention can increase the reprogramming efficiency by using a cell penetrating peptide, and since it is a reprogramming method by introducing a protein, it does not bring about modification to the genome of the target cell, thereby maintaining genetic stability. Cells can be reprogrammed. Undifferentiated stem cells obtained by such reprogramming can be used without problems in clinical applications due to the genetic stability of the cells.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하는 것일 뿐, 하기의 실시예에 의하여 본 발명이 한정되거나 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the Example of this invention is described concretely. However, the examples are only for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited or limited by the following examples.
실시예Example 1: One: TATTAT 펩타이드와Peptides and 결합된Combined 녹색형광단백질의Green fluorescent protein 생산을 위한 유전자 Gene for Production 클로닝Cloning
TAT-EGFP-TAT 융합단백질을 발현시키는 유전자를 재조합 대장균에 클로닝하기 위하여, 보고된 TAT 펩타이드의 TAT48-60의 서열(Vives et al., J. Biol . Chem., 272:16010-16017, 1997)을 참고로 하였다. 재조합 플라스미드 pEGFP (BD Biosciences Clontech, Palo Alto, CA, 미국)를 주형 DNA로 사용하여 TAT-EGFP-TAT 융합단백질 형태로 발현되도록 하기 위하여 서열번호 1과 서열번호 2의 프라이머를 사용하였다. 클로닝을 위해 제한효소 NdeI의 절단위치가 서열번호 1의 프라이머에 삽입되었고, 합성된 서열번호 2의 프라이머에는 제한효소 XhoI의 절단위치가 삽입되어 있다. To clone genes expressing the TAT-EGFP-TAT fusion protein into recombinant E. coli, the sequence of TAT48-60 of the reported TAT peptide (Vives et al., J. Biol . Chem., 272: 16010-16017, 1997) Reference was made. Using recombinant plasmid pEGFP (BD Biosciences Clontech, Palo Alto, Calif., USA) as template DNA, primers of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 were used to express in the form of TAT-EGFP-TAT fusion protein. The cleavage site of restriction enzyme Nde I was inserted into the primer of SEQ ID NO: 1, and the cleavage site of restriction enzyme Xho I was inserted into the synthesized primer of SEQ ID NO: 2 for cloning.
서열번호 1:SEQ ID NO 1:
5'-AGATATACATATGCATCATCACCATCACCACGGTCGTAAAAAGCGCCGTCAACGTCGTCGTCCACCAC AGGTGAGCAAGG-3' (프라이머 1)5'-AGATATA CATATG CATCATCACCATCACCACGGTCGTAAAAAGCGCCGTCAACGTCGTCGTCCACCAC AGGTGAGCAAGG-3 '(Primer 1)
서열번호 2:SEQ ID NO 2:
5'-TCTCTCGAGCTGTGGTGGACGACGACGTTGACGGCGCTTTTTACGACCCTTGTACAGCTCGTCCATGC-3' (프라이머 2)5'-TCT CTCGAG CTGTGGTGGACGACGACGTTGACGGCGCTTTTTACGACCCTTGTACAGCTCGTCCATGC-3 '(Primer 2)
상기 pEGFP를 주형으로 하고, 상기 서열번호 1과 2의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하여 최종적으로 TAT-EGFP-TAT로 융합된 형태의 산물을 수득하였다. PCR 조건으로 첫 번째 변성(denaturation)은 94℃에서 5분간 한번 하였으며, 이후 두 번째 변성은 94℃에서 1분간, 교잡(annealing)은 56℃에서 1분간, 연장(extension)은 72℃에서 1분간 수행하였으며 이를 30회 반복하였다. 이후 72℃에서 5분간 마지막 연장을 한번 하였다.The pEGFP was used as a template, and PCR was performed using the primers of SEQ ID NOs: 1 and 2 to finally obtain a product in a fused form of TAT-EGFP-TAT. The first denaturation was performed once at 94 ° C for 5 minutes under the PCR conditions, then the second denaturation was performed at 94 ° C for 1 minute, the annealing at 56 ° C for 1 minute, and the extension at 72 ° C for 1 minute. This was repeated 30 times. After the last extension for 5 minutes at 72 ℃.
상기 PCR에 의해 수득된 DNA를 아가로즈 겔 전기영동하여, 약 800 bp 크기의 DNA 절편을 분리하였으며, 이를 두 가지의 제한효소 NdeI과 XhoI으로 절단한 다음, 상기 DNA 절편을 동일한 제한효소로 절단한 플라스미드 pET-22b(+) (Novagen, San Diego, CA, 미국)에 클로닝하여 재조합 플라스미드 pET-tat-EGFP-tat를 제작하였다.DNA obtained by PCR was subjected to agarose gel electrophoresis to separate DNA fragments of about 800 bp size, which were digested with two restriction enzymes Nde I and Xho I, and then the DNA fragment was digested with the same restriction enzyme. The recombinant plasmid pET-tat-EGFP-tat was constructed by cloning into the cut plasmid pET-22b (+) (Novagen, San Diego, Calif., USA).
상기 제작된 pET-tat-EGFP-tat를 열충격(heat shock)방법을 이용하여 대장균 BL21(DE3)(Stratagene, La Jolla, CA, 미국)에 도입하여 엠피실린(ampicillin, 50 ㎎/l)과 박토-아가(bacto-agar, 15 g/l)가 첨가된 LB 평판배지(이스트 추출물, 5 g/l; 트립톤, 10 g/l; NaCl, 10 g/l)에서 선별하여 재조합 대장균 BL21(DE3)/pET-tat-EGFP-tat를 제조하였다. 도 2는 상기 제작한 플라스미드 pET-tat-EGFP-tat의 유전자 지도를 나타낸 것이다. 본 실시예에서는 EGFP의 N-말단과 C-말단에 TAT 펩타이드가 결합하는 형태를 사용하였고, 본 발명의 요지상 N-말단 혹은 C-말단에 TAT 펩타이드가 결합하는 형태를 사용하여도 동일한 결과를 얻을 수 있음은 이 분야에 통상적인 지식을 가진 자에게 있어서는 자명한 사실이다.The prepared pET-tat-EGFP-tat was introduced into Escherichia coli BL21 (DE3) (Stratagene, La Jolla, Calif., USA) using a heat shock method to obtain ampicillin (50 mg / l) and bacterium. -Recombinant Escherichia coli BL21 (DE3) screened in LB plate medium (yeast extract, 5 g / l; tryptone, 10 g / l; NaCl, 10 g / l) to which bacto-agar (15 g / l) was added ) / pET-tat-EGFP-tat was prepared. Figure 2 shows the gene map of the plasmid pET-tat-EGFP-tat prepared above. In the present embodiment, the form of TAT peptide binding to the N-terminus and C-terminus of EGFP was used, and the same result was obtained even when the form of TAT peptide was bound to the N-terminus or C-terminus of the present invention. Acquisition is obvious to those of ordinary knowledge in this field.
실시예Example 2: 2: TATTAT 펩타이드와Peptides and 결합된Combined 녹색형광단백질의Green fluorescent protein 제조 및 생산 Manufacture and production
강력하고 유도 가능한 T7 프로모터를 가지고 있는 재조합 플라스미드 pET-tat-EGFP-tat로 형질전환된 대장균 BL21(DE3)를 배양하여 TAT-EGFP-TAT 융합 단백질을 발현하였다. T7 프로모터는 IPTG (isopropyl-β-thiogalactoside)에 의해서 유전자 발현이 유도되며 pET-tat-EGFP-tat로 형질전환된 대장균 BL21(DE3)의 경우, 다음과 같이 TAT-EGFP-TAT 융합단백질을 제조하였다. 형질전환된 재조합 대장균을 LB 액체배지 200 ㎖이 담긴 500 ㎖ 플라스크에 접종하여 37℃에서 배양하였다. pET-tat-EGFP-tat 재조합 플라스미드는 T7 프로모터를 가지고 있어 IPTG를 첨가하여 유전자 발현을 유도하였다. 유전자 발현유도는 분광광도계로 600 nm 파장에서 측정한 광학밀도(OD)가 0.4일 때 1 mM의 IPTG를 첨가하여 줌으로써 행하였다.Powerful and Inducible T7 E. coli BL21 (DE3) transformed with the recombinant plasmid pET-tat-EGFP-tat carrying a promoter was cultured to express the TAT-EGFP-TAT fusion protein. In the T7 promoter, gene expression is induced by IPTG (isopropyl-β-thiogalactoside), and for E. coli BL21 (DE3) transformed with pET-tat-EGFP-tat, a TAT-EGFP-TAT fusion protein was prepared as follows. . The transformed recombinant E. coli was inoculated into a 500 ml flask containing 200 ml of LB liquid medium and incubated at 37 ° C. pET-tat-EGFP-tat recombinant plasmid T7 Having a promoter, IPTG was added to induce gene expression. Gene expression induction was performed by adding 1 mM of IPTG when the optical density (OD) measured at 600 nm wavelength was 0.4 with a spectrophotometer.
유도발현 후 4시간 후에 전체 배양액을 4℃에서 6000 rpm으로 5분 동안 원심분리한 후 상층액을 버리고 100 ml TE 버퍼(Tris-HCl 10 mM; EDTA 1 mM, pH 8.0)로 한 번 씻은 후에 다시 4℃에서 6000 rpm으로 5분 동안 원심분리한 후 TE 버퍼(Tris-HCl 10 mM; EDTA 1 mM, pH 8.0) 100 ml 용액에 현탁하여 4℃에서 초음파 분쇄기(Branson Ultrasonics Co., Danbury, CT, 미국)를 이용하여 세포를 파쇄하였다. 파쇄한 용액을 4℃에서 6000 rpm으로 30분 원심분리하여 불용성 단백질을 버리고 0.2 μm 여과기로 여과하여 TAT-EGFP-TAT 융합단백질을 함유하는 수용성 단백질분획을 수득하였다. 상기 단백질은 브래드포드 방법(Bradford, M. et al ., Anal . Biochem., 72:248, 1976)을 이용하여 정량하였다.Four hours after induction, the whole culture was centrifuged at 6000 rpm for 5 minutes at 4 ° C, then the supernatant was discarded and washed once with 100 ml TE buffer (Tris-HCl 10 mM; EDTA 1 mM, pH 8.0). After centrifugation at 6000 rpm for 5 minutes at 4 ° C, the solution was suspended in 100 ml of TE buffer (Tris-HCl 10 mM; EDTA 1 mM, pH 8.0), and then ultrasonically pulverized at 4 ° C (Branson Ultrasonics Co., Danbury, CT, Cells) were disrupted. The crushed solution was centrifuged at 6000 rpm for 30 minutes at 4 rpm to discard insoluble protein and filtered through a 0.2 μm filter to obtain an aqueous protein fraction containing TAT-EGFP-TAT fusion protein. The protein was analyzed by Bradford method (Bradford, M. et. al . , Anal . Biochem ., 72: 248, 1976).
실시예Example 3: 3: TATTAT 펩타이드와Peptides and 결합된Combined 녹색형광단백질의Green fluorescent protein 세포내Intracellular 침투 확인 Penetration Check
EGFP를 대표적인 세포침투성펩타이드인 TAT 펩타이드와 결합된 형태로 발현될 수 있도록 벡터를 제작하여 형질전환 미생물을 얻어내고, 이 미생물의 배양을 통하여 과량의 TAT-EGFP 결합단백질을 생산하고 분리정제하여 인간 포피 섬유아세포 배양액에 투여하였다. A vector was produced to express EGFP in a form combined with a representative cell penetrating peptide, TAT peptide, to obtain a transformed microorganism, and by culturing the microorganism, an excess of TAT-EGFP binding protein was produced and separated and purified. Administration to fibroblast cultures.
도 3의 그림과 같이 TAT-EGFP 단백질의 경우 60 ㎍/㎖과 20 ㎍/㎖에서 세포내로 침투된 녹색형광단백질을 확인할 수 있음에 반하여 TAT과 결합하지 않은 녹색형광단백질은 60 ㎍/㎖ 뿐만 아니라 200 ㎍/㎖ 까지 그 농도를 올려도 세포 내로 전혀 침투가 되지 않음을 알 수 있었다. 즉, 세포침투성펩타이드가 자신과 결합된 단백질을 세포 내로 원활히 전달시킬 수 있음을 확인하였다. In the case of the TAT-EGFP protein as shown in FIG. 3, the green fluorescent protein penetrated into the cells at 60 μg / ml and 20 μg / ml can be identified, whereas the green fluorescent protein not bound to TAT is not only 60 μg / ml. Increasing the concentration to 200 ㎍ / ㎖ did not see any penetration into the cell at all. That is, it was confirmed that the cell penetrating peptide can smoothly transfer the protein bound thereto.
실시예Example 4: 4: TATTAT 펩타이드와Peptides and 결합된Combined 리프로그래밍Reprogramming 단백질 조합을 이용한 유도형 만능줄기세포의 생산 Production of Induced Pluripotent Stem Cells Using Protein Combination
섬유아세포를 만능줄기세포로 리프로그래밍을 유도하기 위하여 도 1과 같은 실험을 수행하였다.In order to induce reprogramming of fibroblasts into pluripotent stem cells, an experiment as shown in FIG. 1 was performed.
POU5F1(OCT4), SOX2, KLF4, C-Myc 단백질 각각을 TAT 펩타이드와 결합된 형태로 미생물을 이용하여 생산하였다. 이들을 분리정제한 후 20~60 ㎍/㎖의 농도로 인간포피 섬유아세포에 7일간 투여하였다. 이때의 배양액은 인간포피 섬유아세포 배양액을 이용하며, 분리정제된 단백질은 동결건조된 형태로 준비된 후 인간포피 섬유아세포 배양액에 녹여 사용하였다. 7일이 경과한 후, 배양된 인간포피 섬유아세포를 단일세포로 분리한 후, TAT 펩타이드와 결합된 POU5F1(OCT4), SOX2, KLF4, C-Myc 단백질을 분비하는 형질전환 세포가 배양된 배양접시에 옮겨 주었다. 이 때, 상기 단백질을 분비하는 형질전환 세포는 인간포피 섬유아세포가 형질전환된 세포를 사용하며, 증식을 하지 못하도록 감마선을 조사하여 불활성화시킨 후 기저세포로 사용하였다. 단일세포로 분리된 세포는 인간배아줄기세포 배양액에 충분히 희석하여 옮겨 주었으며, 이때부터는 인간배아줄기세포 배양액을 이용하며, 1~2일 마다 배양액을 교체하면서 약 2주간 배양하였다. 배양하는 동안 세포를 지속적으로 관찰 하여 인간배아줄기세포처럼 자라는 세포군집을 선별하여 불활성화된 생쥐 배아섬유아세포가 기저세포로 배양된 배양 접시로 옮겨서 배양하였다. 배양된 리프로그래밍된 세포는 인간배아줄기세포의 특성을 분석하는 방법으로 분석하였다.POU5F1 (OCT4), SOX2, KLF4 and C-Myc proteins were each produced using microorganisms in the form of TAT peptides. After separation and purification, they were administered to human foreskin fibroblasts at a concentration of 20-60 ㎍ / ml for 7 days. At this time, the culture medium was used as a human foreskin fibroblast culture medium, and the separated and purified protein was prepared in lyophilized form and dissolved in human foreskin fibroblast culture medium. After 7 days, the cultured human foreskin fibroblasts were isolated into single cells, followed by culture plates containing transformed cells secreting POU5F1 (OCT4), SOX2, KLF4, and C-Myc proteins bound to TAT peptides. Moved on. At this time, the transformed cells secreting the protein were cells transformed with human foreskin fibroblasts, and were used as basal cells after inactivation by irradiating gamma rays to prevent proliferation. The cells separated into single cells were sufficiently diluted and transferred to human embryonic stem cell culture, and from this time, human embryonic stem cell culture was used, and cultured for about 2 weeks while replacing the culture medium every 1-2 days. During the cultivation, the cells were continuously observed to select a population of cells growing like human embryonic stem cells, and the inactivated mouse embryonic fibroblasts were transferred to a culture dish in which basal cells were cultured. Cultured reprogrammed cells were analyzed by the method of characterizing human embryonic stem cells.
상기의 실시예는 단지 바람직한 실시예에 불과하며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되거나 한정되는 것은 아님을 밝힌다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 본 명세서의 청구항들과 이의 등가물에 의하여 정의된다.The above embodiment is merely a preferred embodiment, thereby revealing that the scope of the present invention is not limited or limited. Thus, the substantial scope of the present invention is defined by the claims herein and their equivalents.
도 1은 본 발명의 단백질 전달을 통한 세포의 리프로그래밍 과정에 대한 개략도로써, 미생물을 이용하여 CPP의 일종인 TAT와 결합한 단백질을 생산하여 분리, 정제한 후 세포에 투여하여 세포의 리프로그래밍을 유도하는 과정 및 TAT 결합단백질을 분비하는 세포와 공배양하여 TAT 결합단백질을 장기간 지속적으로 공급하여 분화된 세포의 리프로그래밍 과정을 유도하는 것에 대학 개략도이다.1 is a schematic diagram of the cell reprogramming process through the protein delivery of the present invention, by using a microorganism to produce a protein bound to TAT, a kind of CPP, isolated, purified and administered to the cell to induce cell reprogramming And coculture with cells secreting TAT-binding protein to provide a long-term continuous supply of TAT-binding protein to induce reprogramming of differentiated cells.
도 2는 TAT-EGFP-TAT를 포함하는 플라스미드 벡터의 구조를 나타낸다.2 shows the structure of a plasmid vector comprising TAT-EGFP-TAT.
도 3은 CPP의 일종인 TAT을 EGFP (녹색형광단백질)에 결합하여 생산한 후 이를 섬유아세포 (CRL-2097) 배양액에 첨가하여 현광현미경으로 관찰한 결과이다. TAT이 결합되지 않은 EGFP는 60 ㎍/㎖과 200 ㎍/㎖에서 세포내로 전혀 침투하지 못하였으나, TAT이 결합된 EGFP는 60 ㎍/㎖ 및 20 ㎍/㎖모두에서 세포 내로 침투하였으며, 1일 경과 후에도 그 효과가 지속되었음을 확인하였다.Figure 3 is a result of binding to TAT, a kind of CPP, produced by binding to EGFP (green fluorescent protein) and added to the fibroblast (CRL-2097) culture solution and observed with a fluorescence microscope. TAT-bound EGFP did not penetrate into the cells at 60 μg / ml and 200 μg / ml, but TAT-bound EGFP penetrated into the cell at both 60 μg / ml and 20 μg / ml. It was confirmed that the effect persisted afterwards.
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2008
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