KR20110053103A - Reporter system comprising dual promoter and methods for analyzing the differentiation of embryonic stem cells into cardiac lineage - Google Patents

Reporter system comprising dual promoter and methods for analyzing the differentiation of embryonic stem cells into cardiac lineage Download PDF

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KR20110053103A KR1020090109924A KR20090109924A KR20110053103A KR 20110053103 A KR20110053103 A KR 20110053103A KR 1020090109924 A KR1020090109924 A KR 1020090109924A KR 20090109924 A KR20090109924 A KR 20090109924A KR 20110053103 A KR20110053103 A KR 20110053103A
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Abstract

PURPOSE: A reporter system for detecting single or double promoter transcription activity is provided to detect differentiation from stem cells to cardiac lineage. CONSTITUTION: A composition for detecting promoter activity to detect differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes contains an agent for measuring Nkx2.5 promoter at differentiation initial stage and MLC2v promoter at differentiation later stage. The embryonic stem cell is derived from human. The agent for measuring promoter activity contains: Nkx2.5 promoter; a reporter gene which is operatively linked to Nkx2.5 promoter; MLC2v promoter; and a reporter gene which is operatively linked to MLC2v promoter.

Description

이중 프로모터를 포함하는 리포터 시스템 및 이를 이용한 배아줄기세포의 심근계 분화 탐지 방법 {Reporter system comprising dual promoter and methods for analyzing the differentiation of embryonic stem cells into cardiac lineage}Reporter system comprising dual promoter and method for detecting myocardial system differentiation of embryonic stem cells using the same {reporter system comprising dual promoter and methods for analyzing the differentiation of embryonic stem cells into cardiac lineage}

본 발명은 Nkx2.5 프로모터와 MLC2V 프로모터를 이용한 단일 또는 이중 프로모터 전사 활성 검출을 위한 리포터 시스템을 이용하여 다분화능 줄기세포로부터 심근계(cardiac lineage) 세포로의 분화 여부를 탐지하는 방법에 관한 것으로, 상기 프로모터 활성 검출을 위한 조성물, 상기 조성물을 포함하는 프로모터 활성 검출용 키트, 상기 프로모터 활성을 조절하는 분화 조절제 및 상기 분화 조절 후보 물질을 검색하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting differentiation from multipotent stem cells to cardiac lineage cells using a reporter system for detecting single or dual promoter transcriptional activity using an Nkx2.5 promoter and an MLC2V promoter. A composition for detecting promoter activity, a kit for detecting promoter activity comprising the composition, a differentiation regulator for regulating the promoter activity, and a method for searching for the differentiation control candidate substance.

심장 질환은 동서양을 막론하고 세계에서 가장 심각한 질환 중 하나이다. 미국의 경우 약 5명당 한명 꼴로 심장 관련 질환을 겪고 있는 것으로 보고되고 있으며(National Health and Nutrition Examination Survey III, 1988-94, Center of Disease Control and the American Heart Association), 가까운 일본의 경우에도 일본인의 사망 원인 중 2위를 차지하고 있을 정도이다. 심장은 개체의 생명을 유지하기 위한 혈액의 공급 및 순환에 가장 중심에 있는 기관임에도 불구하고, 이의 회 복 또는 재생에 필요한 심근세포는 출생 후에는 그 분열 기능을 상실하게 된다. 따라서 심근경색과 같은 심근세포의 이상이 오는 경우, 생명활동에 치명적인 결과 내지 사망을 야기하게 된다.Heart disease is one of the most serious diseases in the world, both east and west. About one in every five people in the United States reported heart disease (National Health and Nutrition Examination Survey III, 1988-94, Center of Disease Control and the American Heart Association). It is ranked second in the cause. Although the heart is the most central organ in the supply and circulation of blood to sustain an individual's life, the cardiomyocytes required for its recovery or regeneration lose their dividing function after birth. Therefore, cardiomyocyte abnormalities, such as myocardial infarction, will result in fatal outcomes or death.

최근, 심장 관련 질환의 예방 및 치료에 인간배아줄기세포 및 인간배아줄기세포에서 분화 유래한 심근세포의 잠재적 활용 가능성이 매우 높이 부각되고 있다. 인간배아줄기세포 유래 심근세포는 심장질환을 치유하기 위한 세포치료제 및 신약 개발의 중요한 자원으로 인간배아줄기세포의 특성을 이용하여 질적, 양적 성능이 우수한 심근세포 자원을 수득하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있는 실정이다.Recently, the potential utilization of differentiation-derived cardiomyocytes from human embryonic stem cells and human embryonic stem cells has emerged to prevent and treat heart-related diseases. Human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes are an important resource for the development of cell therapies and new drugs for the treatment of heart disease. Various researches are being conducted to obtain cardiomyocytes with excellent qualitative and quantitative performance using the characteristics of human embryonic stem cells. There is a situation.

구체적으로 다분화능을 가진 줄기세포로부터 심근세포로 유도하는 다양한 방법이 개발되고 있으며, 그 예로 생쥐 배아줄기세포 (mouse embryonic stem cells; mESCs)를 백혈병 저해 인자(leukemia inhibitory factor: LIF) 등의 분화 억제 인자가 결핍된 배양조건에서 부유 배양 (suspension culture)하여 배양체(embryoid body: EB)라고 하는 초기 배아와 유사한 구조체 형태로 배양한 후 EB를 부유 또는 접착 상태로 지속적으로 배양하면, 자립 박동성을 가지는 심근세포가 발생되는 것으로 알려져 있다 (Methods in Molecular Medicine, 140, 1543-1894).Specifically, a variety of methods have been developed to induce cardiomyocytes from multipotent stem cells. For example, mouse embryonic stem cells (mESCs) are inhibited from differentiation of leukemia inhibitory factor (LIF). Suspension culture under factor-deficient culture conditions, followed by culturing in a structure similar to that of an early embryo called an embryoid body (EB), followed by continuous culture of EB in a suspended or adherent state. Cells are known to be generated (Methods in Molecular Medicine, 140, 1543-1894).

또한, 인간 배아줄기세포 (human embryonic stem cells; hESCs)의 배양 조건을 조절함으로써 심근세포로의 분화 유도가 가능함이 보고되고 있다 (Kehat et al., J. Clin. Invest. 108:407, 2001; Klug et al., J. Clin. Invest. 98:216, 1996; Chunhui et al., 91:508, 2002; Jang J et al., Stem Cells. 11:2782-90. 2008; Rust W et al., Regen Med. 4(2):225-37, 2009.). 이들 연구 결과에 따르면, HESCs로부터 분화 유도된 심근세포는 자립 박동 기능을 가질 뿐만 아니라, 미오신 중쇄(heavy chain)/경쇄(light chain), a-액티닌, 트로포닌 I, 심방성 이뇨 펩티드(artial natriuretic peptide; ANP), GATA-4, Nkx2.5, MEF-2c 등의 심근-특이 단백질 및 유전자 발현이 유도되고, 미세 해부학적 관찰 및 전기 생리학적 해석상 태생기의 미성숙한 심근세포의 형질을 유지하고 있음이 확인되었다.In addition, it has been reported that induction of differentiation into cardiomyocytes is possible by controlling the culture conditions of human embryonic stem cells (hESCs) (Kehat et al., J. Clin. Invest. 108: 407, 2001; Klug et al., J. Clin. Invest. 98: 216, 1996; Chunhui et al., 91: 508, 2002; Jang J et al., Stem Cells. 11: 2782-90. 2008; Rust W et al. , Regen Med. 4 (2): 225-37, 2009.). According to these studies, not only differentiation-induced cardiomyocytes from HESCs have self-supporting pulsatile functions, but also myosin heavy chain / light chain, a-actinin, troponin I, atrial diuretic peptide (artial) Myocardial-specific proteins and gene expression such as natriuretic peptide ( ANP ), GATA-4, Nkx2.5, MEF-2c, etc. are induced and maintain the traits of immature cardiomyocytes of the immature stage by microanatomical observation and electrophysiological interpretation. Was confirmed.

한편, 상기와 같이 심근세포로의 분화 유도 방법이 다양하게 제시되고 있지만, 이러한 다능성 줄기세포로부터 유래된 심근세포를 세포 이식 치료나 신약개발 등에 적용하기 위해서는 아직 해결되어야 할 문제점들이 남아 있다. 특히, 현재의 분화 유도 기술은 아직, 심근세포외에 혈구계, 혈관계, 신경계, 장관계 세포 등, 다른 종류의 세포가 혼재된 형태로 분화가 유도 된다는 것이다. 이들 분화된 세포에서 심근세포가 차지하는 비율이 그다지 높지 않으며, 전체의 5 - 20% 정도에 지나지 않는다 (Passier et al. STEM CELLS, 23:772-780, 2005). 때문에, 분화유도 효율을 증가시킴으로써 순도 높은 심근세포를 확보할 수 있는 기술 개발이 절실히 요구되며 이를 위해서는 성능이 우수한 신규 분화 인자 또는 물질의 발굴이 매우 중요하다.On the other hand, various methods of inducing differentiation into cardiomyocytes have been proposed as described above. However, in order to apply cardiomyocytes derived from pluripotent stem cells to cell transplantation treatment or new drug development, there are still problems to be solved. In particular, current differentiation induction technology is that differentiation is induced in the form of a mixture of other types of cells such as hematopoietic, vascular, nervous, and intestinal cells in addition to cardiomyocytes. The percentage of cardiomyocytes in these differentiated cells is not very high and accounts for only 5-20% of the total (Passier et al. STEM CELLS, 23: 772-780, 2005). Therefore, there is an urgent need for the development of technology capable of securing high-purity cardiomyocytes by increasing differentiation induction efficiency, and for this purpose, it is very important to discover new differentiation factors or substances with excellent performance.

지금까지의 연구결과를 살펴보면, 생쥐 배아줄기세포 등 서로 다른 종에서 양성활성을 가진 분화 분자표적 및 분화 유도 물질을 인간배아줄기세포에 활용하였을 때, 대부분의 경우 음성 활성을 가지거나 활성을 나타낸다고 하여도 그 활성 정도가 매우 저조하여 인간배아줄기세포를 활용하기 위한 기술개발에서의 이용가치가 저조한 편이다. 때문에, 인간배아줄기세포의 신경계 분화 유도 상태, 정도를 정성, 정량적으로 분석할 수 있는 기술 개발에 대한 요구가 급증하고 있다.The results of the previous studies show that in most cases, when differentiation molecular targets and differentiation-inducing substances having positive activity in human embryonic stem cells are used in human embryonic stem cells, they have negative or active activity. In addition, the degree of activity is very low, the value of use in technology development for utilizing human embryonic stem cells is low. Therefore, there is a growing demand for the development of technology capable of qualitatively and quantitatively analyzing the state and extent of neural differentiation induction of human embryonic stem cells.

따라서 본 발명자들은, 다분화능 세포, 구체적으로는 인간배아줄기세포가 자연적으로 심근세포로 분화할 때 인위적인 조작 없이 분화에 따라 발현되는 특이적 단백질의 종류 및 그 양상을 파악하여, 해당 단백질의 발현으로부터 분화 여부 및 분화에서의 시기를 규명하고자 예의 노력한 결과, 인간배아줄기세포에서 심근세포로 분화하는 경우, 그 분화 초기에 있어서 Nkx2.5 프로모터를 포함하는 다운스트림 유전자의 전사가 활성화되며, 분화 후기에 있어서는 MLC2v 프로모터를 포함하는 다운스트림 리포터 유전자의 전사가 활성화됨으로 확인하였다. 따라서 상기 두 프로모터의 활성을 이용하여 이를 마커로 사용하는 경우, 민감도와 특이도 면에서 성능이 우수한 형태로 심근세포로의 분화여부를 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 구체적인 발현 시기까지 탐지할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors have grasped the types and aspects of specific proteins expressed according to differentiation without artificial manipulation when multipotent cells, specifically human embryonic stem cells, naturally differentiate into cardiomyocytes, Efforts have been made to determine the differentiation and timing of differentiation. As a result of differentiation from human embryonic stem cells to cardiomyocytes, transcription of downstream genes including the Nkx2.5 promoter is activated at the early stage of differentiation. It was confirmed that transcription of the downstream reporter gene including the MLC2v promoter is activated. Therefore, when using them as markers using the activity of the two promoters, it is confirmed that the differentiation into cardiomyocytes in the form of excellent performance in terms of sensitivity and specificity, as well as detect specific expression times. This invention was completed.

본 발명의 목적은 Nkx2.5 프로모터와 MLC2V 프로모터를 이용한 단일 또는 이중 프로모터 전사 활성 검출을 위한 리포터 시스템을 이용하여, 배아줄기세포로부터 심근계 세포로의 분화 여부를 탐지하기 위한 프로모터 활성 검출용 조성물을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a composition for detecting promoter activity for detecting whether differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes using a reporter system for detecting single or double promoter transcriptional activity using Nkx2.5 promoter and MLC2V promoter. It is.

본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 포함하는, 배아줄기세포를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an embryonic stem cell comprising the composition.

본 발명의 또 다른 목적은 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터의 활성수준을 확인하여 배아줄기세포로부터 심근계 세포로의 분화 여부를 탐지하는 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for detecting the differentiation of embryonic stem cells from myocardial cells by checking the activity levels of the Nkx2.5 promoter and the MLC2v promoter.

본 발명의 또 다른 목적은 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터의 활성을 증가 또는 감소시킴으로써 배아줄기세포로부터 심근계 세포로의 분화를 조절하는 방법을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a method of controlling differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes by increasing or decreasing the activity of the Nkx2.5 promoter and the MLC2v promoter.

본 발명의 또 다른 목적은 배아줄기세포에 심근계 세포로의 분화를 조절할 것으로 예상되는 후보 물질을 처리하는 단계; 및 배아줄기세포에서 Nkx2.5 프로모 터 및 MLC2v 프로모터 다운스트림 유전자의 전사 활성 또는 상기 유전자에 의해 코딩되는 단백질의 발현 정도를 측정하는 단계를 포함하는, 배아줄기세포로부터 심근계세포로의 분화 조절 후보 물질 및 분자표적을 탐색하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to process a candidate substance expected to regulate differentiation into myocardial cells in embryonic stem cells; And measuring the transcriptional activity of the Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter downstream genes or the expression level of the protein encoded by the genes in the embryonic stem cells, candidate cells for controlling differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes. And a method of searching for molecular targets.

상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 Nkx2.5 프로모터 및MLC2v 프로모터의 활성을 측정하는 제제를 포함하는, 배아줄기세포로부터 심근계세포로의 분화 여부를 탐지하기 위한 프로모터 활성 검출용 조성물에 관한 것이다.As one embodiment for achieving the above object, the present invention comprises a composition for measuring the activity of the Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter, composition for detecting promoter activity for detecting whether differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes It is about.

본 발명의 심근계 세포로 분화되는 세포는 다분화능 또는 전분화능(multipotent or pluripotent) 세포일 수 있으며, 바람직하게는 전분화능 줄기세포이다. 더욱 바람직하게 전분화능 세포는 배아줄기세포(ESCs)일 수 있으며, 상기 배아줄기세포는 야생형 배아줄기세포 또는 유전적으로 변형된 배아줄기세포를 모두 포함한다. 또한 본 발명의 다분화능 또는 전분화능의 세포는 인간, 영장류, 설치류 및 조류 등으로부터 유래할 수 있고, 구체적으로는 인간(human), 원숭이(monkeys), 돼지(pigs), 말(horses), 소(cows), 양(sheeps), 개(dogs), 고양이(cats), 생쥐(mice), 토끼(rabbits) 등의 모든 동물로부터 유래할 수 있으며, 바람직하게는 인간 유래이다.The cells differentiated into myocardial system cells of the present invention may be multipotent or pluripotent cells, and are preferably pluripotent stem cells. More preferably, pluripotent cells may be embryonic stem cells (ESCs), which include both wild-type embryonic stem cells or genetically modified embryonic stem cells. In addition, the multipotent or pluripotent cells of the present invention may be derived from humans, primates, rodents, birds, etc., specifically, humans, monkeys, pigs, horses, cattle (cows), sheep (sheeps), dogs (cats), mice (mice), rabbits (rabbits) and the like can be derived from all animals, preferably human origin.

본 발명의 심근세포로의 분화 여부를 검출하는데 이용될 수 있는 핵산 서열은 배아줄기세포로부터 심근세포로 분화되는 세포에서 유의적으로 활성이 증가하는 핵산으로서, 바람직하게는 특히 구체적인 분화 시기에 따라 특이적으로 그 활성이 유의적으로 증가하는 핵산이다. 바람직하게는 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터이며, 상기 프로모터 서열은 NCBI를 통해 또는 당업계에 알려진 유전자 은행을 통해 용이하게 확보할 수 있다. 구체적으로 인간의 Nkx2.5 프로모터는 NK2 transcription factor related, locus 5(Drosophila)의 약칭으로 명명되는 유전자인 Nkx2.5의 프로모터 부위로서, 상기 유전자는 CSX, CSX1, CHNG5, NKX2E, NKX2.5, NKX4-1 또는 NKX2-5라고도 명명된다. Nkx2.5 유전자 및 그의 프로모터는 염색체 5q34에 위치하고 있으며, 유전자 서열은 NC_000005.8로 정의되어 있다. Nucleic acid sequences that can be used to detect differentiation into cardiomyocytes of the present invention are nucleic acids that significantly increase activity in cells differentiated from embryonic stem cells to cardiomyocytes, and are particularly specific according to specific differentiation times. Nucleic acids whose activity is significantly increased. Preferably it is Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter, said promoter sequence can be easily obtained through NCBI or through a gene bank known in the art. Specifically, the human Nkx2.5 promoter is a promoter region of Nkx2.5, a gene named NK2 transcription factor related, locus 5 (Drosophila), and the genes are CSX, CSX1, CHNG5, NKX2E, NKX2.5, and NKX4. Also called -1 or NKX2-5 . The Nkx2.5 gene and its promoter are located on chromosome 5q34 and the gene sequence is defined as NC_000005.8.

MLC2v 프로모터는 CMH10, DKFZp779C0562, MYL2 또는 MLC2라고도 명명되는 유전자의 프로모터 부위로서, MLC2는 myosin, light chain 2, regulatory, cardiac, slow의 약자로, 심장 마이오신 베타 (cardiac myosin beta) 중쇄(heavy chain)와 결합하는 조절 경쇄(regulatory light chain)를 코딩하는 것으로 알려져 있다. MLC2v 및 이의 프로모터는 염색체 상의 12q24.11에 위치하고 있으며, 유전자 서열은 NC_000012.10으로 정의되어 있다. The MLC2v promoter is the promoter region of a gene, also called CMH10, DKFZp779C0562, MYL2 or MLC2, and MLC2 stands for myosin, light chain 2, regulatory, cardiac, slow, and cardiac myosin beta heavy chain It is known to encode a regulatory light chain that binds to. MLC2v and its promoter are located at 12q24.11 on the chromosome and the gene sequence is defined as NC_000012.10.

본 발명에서 사용되는 프로모터는 상기 프로모터를 구성하는 핵산 분자의 작용성 등가물을 포함하는 개념으로, 인위적인 변형에 의해 뉴클레오타이드의 일부 염기서열이 결실(deletion), 치환(substitution), 삽입(insertion) 또는 이들의 조합(combination)에 의해 변형된 변이체(variants), 또는 동일한 작용을 수행하는 상기 폴리뉴클레오티드의 작용성 단편(fragments)을 포함할 수 있다.The promoter used in the present invention includes a functional equivalent of the nucleic acid molecule constituting the promoter, and some sequences of nucleotides are deleted, substituted, inserted, or these by artificial modification. Variants may be modified by combination of or functional fragments of said polynucleotides that perform the same function.

또한, 본 발명의 프로모터 다운스트림 유전자는 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터 각각과 작동 가능하도록 연결된 유전자로서, 상기 프로모터의 활성을 측정할 수 있는 유전자이면 제한 없이 사용될 수 있고, 상기 활성이 유지되는 한 일부 서열이 변형, 결실 치환, 삽입된 유전자를 모두 포함한다. 바람직하게 상기 유전자는 리포터 유전자이다.In addition, the promoter downstream gene of the present invention is a gene operably linked to each of the Nkx2.5 promoter and the MLC2v promoter, as long as the gene capable of measuring the activity of the promoter can be used without limitation, and as long as the activity is maintained. Sequences include all modified, deleted substitutions, and inserted genes. Preferably the gene is a reporter gene.

또한, 본 발명의 상기 프로모터에 의해 코딩되는 단백질은, 본 발명의 프로모터 다운스트림(downstrean)에 위치한 유전자에 의해 코딩되는 폴리펩타이드로서, 배아줄기세포로부터 심근세포로의 분화 여부를 확인하는데 사용할 수 있는 한 천연의 아미노산 서열의 아미노산 잔기가 다른 잔기로 치환, 결실 및/또는 첨가되어 다양하게 변형된 형태일 수 있다. 바람직하게 상기 단백질은 리포터 단백질이다.In addition, the protein encoded by the promoter of the present invention is a polypeptide encoded by the gene located downstream of the promoter of the present invention, which can be used to determine whether differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes. Amino acid residues of one native amino acid sequence may be substituted, deleted, and / or added with other residues in various modified forms. Preferably the protein is a reporter protein.

Nkx2.5MLC2v는 심근-특이적인 마커 유전자로서 알려져 있고, 이들 각각을 이용하여 일부 심근분화 연구에 이용되고 있다는 사실이 보고된 바 있다. 그러나, 이들 두 유전자의 프로모터 영역의 활성을 동시에 이용함으로써, 분화를 탐지하는 방법 또는 구체적인 분화의 시기를 탐지하는 방법에 대해서는 알려진 바 없다. 본 발명은 상기 유전자 중 어느 하나의 단일 프로모터만을 사용하여 심근세포 분화를 모니터링하는 방법과는 달리, 본 발명의 두 프로모터를 동시에 사용함으로 써 비로서 달성될 수 있는 분화 탐지 방법(배아줄기세포로부터 심근세포로의 분화 여부 및 분화된 세포가 초기인지 또는 후기인지에 대한 구체적인 분화 정도에 관한 정보를 제공)이다. Nkx2.5 and MLC2v are known as myocardial-specific marker genes and have been reported to be used in some myocardial differentiation studies using each of them. However, there is no known method of detecting differentiation or detecting specific timing of differentiation by simultaneously using the activity of the promoter regions of these two genes. Unlike the method for monitoring cardiomyocyte differentiation using only a single promoter of any one of the above genes, the present invention provides a differentiation detection method (myocardial myocardium from embryonic stem cells) which can be achieved by using two promoters of the present invention simultaneously. Information on the degree of differentiation of the differentiation into cells and whether the differentiated cells are early or late).

본 발명에서는 종래 기술과는 용도와 효과에 있어서 현저히 개선된 인간배아줄기세포 심근 분화 단일 어세이 시스템을 제공하고자 노력한 결과, 다분화능 줄기세포, 구체적으로는 인간배아줄기세포의 초기, 후기 심근분화 진행 단계를 탐색할 수 있는 이중 프로모터 리포터 시스템을 개발하는데 성공하였고, 각각의 초기 분화 마커 유전자 Nkx2.5 프로모터 및 후기 분화 마커 유전자 MLC2v 프로모터가 배아줄기세포가 심근세포로 분화하는데 있어서 그 활성이 증가할 뿐만 아니라, 특히 상기 두 프로모터의 활성은 심근계 세포로 분화하는데 있어서 특이적 단계에서 활성이 증가함을 확인하였다. 본 발명자들은 본 발명의 상기 두 프로모터 및 이의 다운스트림에 작동 가능하게 연결된 유전자의 발현을 측정함으로써, 심근계 세포로의 분화에 있어서 초기 마커(early marker) 및 후기 마커(late marker)로 이용할 수 있음을 확인하였다. 특히, 심근계 세포로의 분화여부 판단에 있어 높은 민감도, 정확도 및 특이도를 가지고 판단할 수 있는 이러한 효과는 상기 두 마커를 함께 사용하는 경우, 각각의 단일 마커를 사용하는 경우보다 효과적이다. 구체적으로, 줄기세포로부터 심근세포로 분화하는 과정에서 상기 각 프로모터의 활성 여부에 따라 현재의 분화 정도를 판단할 수 있고, 이를 이용하여 분화의 정도를 판단하여 분화시기에 따른 심근세포를 구분하여 이용할 수 있다. Nkx2.5 프로모터는 심근계 세포 분화에 있어서 초기에 그 활성이 증가되는 바, 초기 마커로 사용할 수 있다. 따라서 배아줄기세포로부터 적절한 배양 조건 및 배양 방법을 이용하여 분화가 진행되는 경우, 해당 세포에서 Nkx2.5 프로모터의 활성 증가 여부를 확인함으로써 심근전구세포로의 분화가 진행되었는지를 판단할 수 있게 된다. 또한 Nkx2.5 프로모터의 활성이 증가하였으나, MLC2v 프로모터의 활성이 증가하지 않은 경우, 해당 세포가 심근세포의 초기 단계(심근전구세포)까지는 분화하였지만, 아직 후기 단계까지는 이르지 못하였음을 직접적으로 확인할 수 있다. 이후 MLC2v 프로모터의 활성 증가를 확인함으로써 해당 세포가 심근세포로까지 분화가 진행되었음을 판단할 수 있게 된다. 바람직하게, 본 발명은 초기 마커로서 Nkx2.5 프로모터의 활성을, 후기 마커로서 MLC2v 프로모터의 활성을 확인함으로써 다분화능세포로부터 심근세포를 성공적인 분화를 판단하는 척도로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 해당 분화가 진행됨에 있어서 그 분화단계를 구체적으로 판단할 수 있어, 분화 시기와 상태에 따른 세포를 확인, 분리 및 이용하는데 효과적인 마커로 사용될 수 있다. In the present invention, as a result of the efforts to provide a single assay system for human embryonic stem cell myocardial differentiation significantly improved in use and effects compared with the prior art, multipotent stem cells, specifically, early and late myocardial differentiation of human embryonic stem cells We have successfully developed a dual promoter reporter system that can explore the stages, and each of the early differentiation marker gene Nkx2.5 promoter and the late differentiation marker gene MLC2v promoter increases the activity of embryonic stem cells to differentiate into cardiomyocytes. In particular, it was confirmed that the activity of the two promoters increased in a specific step in the differentiation into myocardial cells. By measuring the expression of genes operably linked to the two promoters and downstream thereof of the present invention, the inventors have found that they can be used as early markers and late markers in differentiation into cardiomyocytes. Confirmed. In particular, this effect, which can be judged with high sensitivity, accuracy, and specificity in determining the differentiation into myocardial cells, is more effective when each of the two markers is used together. Specifically, in the process of differentiation from stem cells to cardiomyocytes, the current degree of differentiation can be determined according to the activity of each of the promoters, and the degree of differentiation can be used to discriminate cardiomyocytes according to differentiation time. Can be. The Nkx2.5 promoter may be used as an early marker since its activity is initially increased in myocardial cell differentiation. Therefore, when differentiation proceeds from embryonic stem cells using appropriate culture conditions and culture methods, it is possible to determine whether the differentiation into myocardial progenitor cells has progressed by checking whether the Nkx2.5 promoter activity is increased in the cells. In addition, when the activity of the Nkx2.5 promoter was increased but the activity of the MLC2v promoter was not increased, it was directly confirmed that the cells differentiated to the early stages of cardiomyocytes (myocardial progenitor cells), but not to the late stages. have. After confirming the increased activity of the MLC2v promoter it can be determined that the differentiation of the cells to the cardiomyocytes. Preferably, the present invention can be used as a measure for determining successful differentiation of cardiomyocytes from pluripotent cells by confirming the activity of the Nkx2.5 promoter as an early marker and the MLC2v promoter as a late marker. As it progresses, the differentiation stage can be specifically determined, and thus can be used as an effective marker for identifying, separating and using cells according to differentiation time and state.

본 발명의 "Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터의 활성을 측정하는 제제"는 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터의 활성을 측정할 수 있는 제제이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게 상기 제제는 본 발명의 프로모터와 작동 가능하게 연결된 리포터 유전자이다. 상기 Nkx2.5 프로모터 및 그의 다운스트림에 위치하는 리포터 유전자, 및 MLC2v 프로모터 및 그의 다운스트림에 위치하는 리포터 유전자는 세포에 유전체를 전달할 수 있는 구조물의 형태로 제조되어 배아줄기세포에 형 질 전환될 수 있으며, 바람직하게 상기 구조물은 벡터이다. 본 발명의 벡터는 당업자의 필요에 따라 적절한 형태로 제작될 수 있으며, 상기 두 프로모터 및 다운스트림 유전자를 하나의 벡터로, 또는 하나의 벡터로 제조할 수 있다."Agent measuring the Nkx2.5 promoter and a activity of MLC2v promoter" may be used without preparation is capable of measuring the activity of Nkx2.5 promoter and promoter MLC2v limited, preferably the agents of the invention a promoter of the invention Is a reporter gene operably linked with. The Nkx2.5 promoter and a reporter gene located downstream thereof, and the MLC2v promoter and a reporter gene located downstream thereof may be prepared in the form of a structure capable of delivering a genome to a cell and may be transformed into an embryonic stem cell. And preferably the structure is a vector. The vector of the present invention can be produced in a suitable form according to the needs of those skilled in the art, and the two promoters and the downstream genes can be prepared in one vector or in one vector.

본 발명에서 용어, "벡터"란 적당한 숙주세포에서 목적 단백질을 발현할 수 있는 발현 벡터로서, 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물을 말한다.As used herein, the term "vector" refers to a gene construct, which is an expression vector capable of expressing a protein of interest in a suitable host cell, and which contains essential regulatory elements operably linked to express the gene insert.

본 발명의 "작동 가능하게 연결된"이란, 본 발명의 프로모터 서열의 다운스트림에 유전자가 연결될 때, 해당 유전자의 발현이 가능한 형태로 연결되는 것을 의미하며, 상기 목적을 달성하기 위하여 임의의 서열이 추가로 포함될 수 있다. 상기 임의의 서열을 예로 들면, 오퍼레이터(operator) 서열, 인프레임(in frame)을 위한 서열 등이 있으며, 또한 본 발명의 유전자 이외에 인핸서 (enhancer)와 같은 시스 요소 (cis element), 스플라이싱 시그널 (splicing signal), 폴리 A 추가 시그널 (poly A addition signal), 선택 마커 (selection marker), 라이보좀 결합 서열 (ribosome binding sequence, SD sequence) 등을 추가로 포함할 수 있다. 선택 마커의 예로, 클로람페니콜 저항 유전자, 암피실린 저항 유전자, 디하이드로폴레이트 환원효소(dihydrofolate reductase), 네오마이신 저항 유전자 등이 사용될 수 있으나, 상기 예들에 의해 작동 가능하도록 연결되기 위한 추가적 구성요소가 제한되는 것은 아니다."Operably linked" of the present invention means that when the gene is linked downstream of the promoter sequence of the present invention, the gene is linked in a form capable of expression, and any sequence is added to achieve the above object. It may be included as. Examples of any of the above sequences include an operator sequence, a sequence for in frame, and a cis element, such as an enhancer, and a splicing signal, in addition to the gene of the present invention. (splicing signal), poly A addition signal (poly A addition signal), a selection marker (selection marker), a ribosome binding sequence (ribosome binding sequence, SD sequence) and the like may be further included. As examples of selection markers, chloramphenicol resistance genes, ampicillin resistance genes, dihydrofolate reductase, neomycin resistance genes, and the like may be used, but additional components for operably linked by the above examples are limited. It is not.

바람직하게 본 발명의 벡터는 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터 각각의 다운스트림에 리포터 유전자를 포함하며, 더욱 바람직하게 상기 벡터는 Nkx2.5 프로모터-EGFP로 구성된 벡터로서 도 2a 좌측의 개열지도(pLenti6-Nkx2.5-EGFP)일 수 있고, MLC2v 프로모터-DsRed로 구성된 벡터로서 도 2a 우측의 개열지도 (pLenti6-MLC2v-DsRed)로 표시될 수 있다.Preferably, the vector of the present invention comprises a reporter gene downstream of each of the Nkx2.5 promoter and the MLC2v promoter, and more preferably, the vector is a vector composed of Nkx2.5 promoter-EGFP. Nkx2.5- EGFP) and may be represented by a cleavage map (pLenti6- MLC2v- DsRed) on the right side of FIG. 2A as a vector composed of MLC2v promoter-DsRed.

또한 상기 리포터 유전자는 그 업스트림(upstream)의 프로모터 활성에 따라 유전자가 발현되어 세포 내에서 그 발현 여부를 확인할 수 있는 유전자이면 제한 없이 사용될 수 있고, 바람직하게 리포터 유전자는 발색을 나타낼 수 있는 모든 리포터 유전자를 포함한다. 리포터 유전자의 예로는 녹색 형광 단백질(GFP), 변형된 녹색 형광 단백질(modified green fluorescent protein), 증강된 녹색 형광 단백질(enhanced green fluorescent protein; EGFP), 적색 형광 단백질(RFP), 증강된 적색 형광 단백질(ERFP), 청색 형광 단백질(BFP), 증강된 청색 형광 단백질(EBFP), 황색 형광 단백질(YFP), 증강된 황색 형광 단백질(EYFP), 남색 형광 단백질(CFP), 및 증강된 남색 형광 단백질(ECFP) 및 레닐라 루시퍼라제(Renila luciferase), 적색 형광 단백질(DsRed)등을 포함하나 상기 예에 제한되는 것은 아니다. In addition, the reporter gene can be used without limitation as long as the gene is expressed according to the promoter activity of the upstream (upstream) to confirm its expression in the cell, and preferably, the reporter gene is any reporter gene capable of color development. It includes. Examples of reporter genes include green fluorescent protein (GFP), modified green fluorescent protein, enhanced green fluorescent protein (EGFP), red fluorescent protein (RFP), and enhanced red fluorescent protein. (ERFP), blue fluorescent protein (BFP), enhanced blue fluorescent protein (EBFP), yellow fluorescent protein (YFP), enhanced yellow fluorescent protein (EYFP), indigo fluorescent protein (CFP), and enhanced indigo fluorescent protein ( ECFP) and Renila luciferase, red fluorescent protein (DsRed) and the like, but are not limited to the above examples.

본 발명에서는 구체적으로, 본 발명의 상기 두 프로모터 및 상기 프로모터 각각의 다운스트림(downstream)에 이의 발현을 검출할 수 있는 리포터 유전자를 클 로닝하여, 이를 배아줄기세포에 형질감염(transfection)시킨 결과, 심근세포 분화 초기 단계 및 후기 단계에 있어 각각 특이적으로 두 리포터 유전자에 의한 형광 발색을 나타내는 것을 확인하였다. 또한 이러한 프로모터의 과발현 활성이, 해당 세포 내의 Nkx2.5 MLC2v 발현량과 비례하여 증가한 것인지 확인한 결과, 세포 내 Nkx2.5 MLC2v의 발현이 증가하였음을 확인하였고, 상기 발현 수준이 이미 심근세포로 알려진 세포에서 발현되는 단백질(Nkx2.5, MLC2A, α-MHC, β-MHC, Isl1, Tbx20, ANP, GATA4MEF2C)의 발현 증가 정도와 유사한 수준임을 고려할 때, 본 발명의 상기 두 프로모터의 활성 측정은 배아줄기세포로부터 심근세포로의 분화를 탐지하는데 효과적인 마커로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 구체적인 분화 시기까지 결정할 수 있는 마커로 사용될 수 있음을 알 수 있다.In the present invention, specifically, the reporter gene that can detect the expression of the two promoters and each of the promoters (downstream) of the present invention by cloning, and transfected the embryonic stem cells as a result, In the early stage and late stage of cardiomyocyte differentiation, it was confirmed that each of the two reporter genes showed fluorescence. In addition, it was confirmed that the overexpression activity of the promoter was increased in proportion to the amount of Nkx2.5 and MLC2v expression in the cell, and it was confirmed that the expression of Nkx2.5 and MLC2v in the cell was increased, and the expression level was known as cardiomyocytes. Considering the level of increased expression of proteins expressed in cells ( Nkx2.5, MLC2A, α-MHC, β-MHC, Isl1, Tbx20, ANP, GATA4 and MEF2C ), the activity measurement of the two promoters of the present invention Not only can be used as an effective marker for detecting differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes, it can be seen that it can be used as a marker for determining the specific differentiation time.

또한 이러한 효과는 상기 두 프로모터 및 상기 각 프로모터의 다운스트림에 작동 가능하게 연결된 유전자를 함께 사용하는 경우, 어느 한 프로모터 및 다운스트림 유전자만을 사용하는 경우보다 심근세포로의 분화여부 판단에 있어 높은 민감도, 정확도 및 특이도를 가질 수 있고, 각 프로모터의 활성이 분화의 단계 중 전기 및 후기에서 특이적으로 증가함을 고려할 때, 구체적인 분화시기에 따른 정보를 연구하거나 이를 산업적으로 이용하는데 효과적인 마커로 사용할 수 있다. 즉, Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터를 동시에 병용마커(또는 이중마커)로 사용함으로써 높은 특이성, 정확도를 확보할 수 있으며, 분화 시기에 대한 탐지가 가능하고, 탐지 효율도 높일 수 있음을 확인하였다.In addition, the effect of using the two promoters and genes operatively linked to the downstream of each of the promoters, higher sensitivity in determining the differentiation into cardiomyocytes than when using only one promoter and the downstream genes, It can have accuracy and specificity, and given the specific increase in activity of each promoter during the early and late stages of differentiation, it can be used as an effective marker for studying or industrially using information based on specific differentiation times. have. In other words, by using the Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter as a combination marker (or double marker) at the same time, it was confirmed that high specificity and accuracy can be obtained, detection of differentiation time, and detection efficiency can be improved.

다른 하나의 양태로서 본 발명은 상기 조성물을 포함하는 배아줄기세포에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명의 배아줄기세포는 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터, 및 상기 각 프로모터의 다운스트림에 작동 가능하게 연결된 리포터 유전자를 포함하는 벡터를 형질전환 시킴으로써 제조될 수 있다.As another aspect, the present invention relates to an embryonic stem cell comprising the composition. In more detail, the embryonic stem cells of the present invention can be prepared by transforming a vector comprising a Nkx2.5 promoter and an MLC2v promoter, and a reporter gene operably linked downstream of each promoter.

본 발명의 벡터를 배아줄기세포에 도입하는 방법은, 당업계에 공지된 방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 염화칼슘 (CaCl2) 및 열 쇼크 (heat shock)를 이용한 방법, 전기천공법 (electroporation), 입자 총 충격법 (particle gun bombardment), 실리콘 탄화물 위스터 (Silicon carbide whiskers), 초음파 처리(sonication), 및 PEG (polyethylenglycol)를 이용한 침전법, 자연 도입 방법 등이 있으나, 상기 예에 의해 본 발명의 벡터를 도입하는 방법이 제한되는 것은 아니다.The method of introducing a vector of the present invention into an embryonic stem cell can be used without limitation methods known in the art, for example, methods using calcium chloride (CaCl 2 ) and heat shock, electroporation ( electroporation, particle gun bombardment, silicon carbide whiskers, sonication, precipitation using PEG (polyethylenglycol), natural introduction methods, etc. The method of introducing the vector of the present invention is not limited.

또 다른 하나의 양태로서 본 발명은 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터의 활성 수준을 확인하여 배아줄기세포로부터 심근세포로의 분화 여부를 탐지하는 방법에 관한 것이다.As another aspect, the present invention relates to a method for detecting the differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes by confirming the activity levels of Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter.

본 발명의 프로모터의 활성 수준 확인은 특정 유전자의 발현 정도를 측정하 는 공지의 방법들을 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 마커 유전자의 프로모터 활성에 의한 다운스트림 유전자의 발현 정도를 면역염색법 또는 유세포 분석방법을 이용하여 측정하거나, 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR) 또는 실시간 중합효소연쇄반응(Real time PCR)을 이용하여 유전자 수준의 발현 정도를 측정할 수 있다. 또한 본 발명의 프로모터의 다운스트림 유전자들에 의해 코딩되는 단백질의 발현 수준 확인은 다운스트림 유전자가 발색을 수반하는 리포터 유전자인 경우, 해당 유전자의 발현을 형광 강도 측정과 같은 발색 여부 및 발색량을 측정함으로써 확인할 수 있다.Confirmation of the activity level of the promoter of the present invention can be used without limitation known methods for measuring the expression level of a particular gene, preferably immunostaining or flow cytometry analysis of the expression level of the downstream gene by the promoter activity of the marker gene The level of expression of genes can be measured using methods, or reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) or real time polymerase chain reaction (Real time PCR). In addition, confirming the expression level of the protein encoded by the downstream genes of the promoter of the present invention, if the downstream gene is a reporter gene with color development, the expression of the gene, such as the measurement of fluorescence intensity and the amount of color development is measured This can be confirmed by.

바람직하게 상기 방법은, (a) 분화유도물질을 이용하여 배아줄기세포로부터 심근세포로 분화를 유도하는 단계; (b) 배아줄기세포 및 분화가 유도되었다고 예상되는 줄기세포의 핵산 시료 또는 단백질 시료를 얻는 단계; (c) 상기 핵산 시료 또는 단백질 시료 중, Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터 다운스트림 유전자의 mRNA 전사량 또는 상기 유전자에 의해 코딩되는 단백질의 발현량을 측정하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)의 유전자의 전사량 또는 상기 단백질의 발현량이 증가되었을 때, 배아줄기세포가 심근세포로 분화된 것으로 판정하는 단계를 포함하는 방법을 수행함으로써, 분화 유도 배양 후 심근세포로의 분화 유도 여부, 분화 단계, 및 분화 정도를 결정할 수 있다.Preferably, the method comprises the steps of: (a) inducing differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes using differentiation-inducing substances; (b) obtaining a nucleic acid sample or protein sample of embryonic stem cells and stem cells which are expected to have differentiation induced; (c) measuring the mRNA transcription amount of the Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter downstream gene or the expression amount of the protein encoded by the gene in the nucleic acid sample or protein sample; And (d) determining that embryonic stem cells have been differentiated into cardiomyocytes when the amount of transcription of the gene or the expression level of the protein of step (c) is increased. Whether to induce differentiation into cells, stages of differentiation, and degree of differentiation can be determined.

구체적으로, 상기 (a) 단계에서 심근세포로의 분화 유도 단계는 당업계에서 사용되는 심근세포로의 분화 방법이 제한 없이 사용될 수 있으며, 당업자의 선택에 따라 적절한 분화 유도 물질을 첨가하고 배양 조건을 설정함으로써 달성될 수 있다. 바람직하게 상기 방법은 심근분화배양배지(Cardiomyocyte differentiation medium; CDM)를 이용하여 배아줄기세포가 EB를 형성할 수 있도록 배양한 후, 다시 CM 배지로 옮겨 심근세포로의 분화를 유도할 수 있으나, 상기 방법에 의해 분화유도 방법이 제한되는 것은 아니다. 이와 같이 처음에 CDM 배지를 사용하여 EB를 유도하는 경우, 초기부터 심근세포로의 분화가 유도되기 때문에 초기(early) 마커인 Nkx2.5 프로모터 활성에 의한 형광(발색)을 나타내게 되고(약 2 내지 5일), 이후 CDM 배지를 이용하여 배양하는 경우, 계속적인 심근세포로의 분화 결과로서, 배양 후 3 내지 4주 후에는 후기 마커인 MLC2v 프로모터 활성에 의한 형광을 나타내게 된다. Specifically, the step of inducing differentiation into cardiomyocytes in step (a) may be used without limitation the method of differentiation into cardiomyocytes used in the art, by adding a suitable differentiation inducing substance according to the choice of those skilled in the art and culture conditions By setting. Preferably the method is cultured so that embryonic stem cells to form EB using a cardiomyocyte differentiation medium (CDM), and then transferred to CM medium again to induce differentiation into cardiomyocytes, but Differentiation induction method is not limited by the method. As such, when EB is initially induced using CDM medium, differentiation into cardiomyocytes is induced at an early stage , resulting in fluorescence (color development) due to Nkx2.5 promoter activity, which is an early marker (about 2 to 2). Day 5), and then cultured using CDM medium, as a result of continuous differentiation into cardiomyocytes, fluorescence due to MLC2v promoter activity, which is a late marker 3 to 4 weeks after culture, is shown.

상기 단계 (c)에서 유전자의 mRNA 전사량 측정은 본 발명의 프로모터의 다운스트림 유전자의 전사 수준을 측정함으로써 수행될 수 있으며, 중합효소연쇄반응(PCR), 실시간 중합효소연쇄반응 (Real time PCR) 및 전기영동법을 통하여 수행할 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 다운스트림 유전자가 심근세포로 분화된 세포 특이적으로 전사 수준이 유의적으로 증가함을 확인할 수 있으며, 본 발명의 구체적 실시예에서는 본 발명의 마커 유전자의 발현 수준을 확인하기 위하여, RT-PCR을 수행하였고, 그 결과 본 발명의 심근세포 특이 마커 유전자(Nkx2.5, MLC2A, α-MHC, β-MHC, Isl1, Tbx20, ANP, GATA4MEF2C)는 심근세포로 분화된 세포에서만 특이 적으로 증가함을 확인하였다.In the step (c), the mRNA transcription amount measurement of the gene may be performed by measuring the transcription level of the downstream gene of the promoter of the present invention, polymerase chain reaction (PCR), real time polymerase chain reaction (Real time PCR) And electrophoresis. Preferably, the downstream genes of the present invention can be found to significantly increase the level of transcription specifically in cells differentiated into cardiomyocytes. In a specific embodiment of the present invention, the expression level of the marker gene of the present invention may be identified. In order to perform RT-PCR, the cardiomyocyte-specific marker genes ( Nkx2.5, MLC2A, α-MHC, β-MHC, Isl1, Tbx20, ANP, GATA4 and MEF2C ) of the present invention were differentiated into cardiomyocytes. Only specific increase in cells was confirmed.

또한, 본 발명의 배아줄기세포로부터 심근세포로의 분화 여부를 단백질 수준에서 탐지하는 방법은 본 발명의 프로모터의 다운스트림에 작동 가능하게 연결된 유전자의 발현 여부로 확인할 수 있다. 특히 상기 다운스트림 유전자가 리포터 유전자로서 발색 및 형광에 관여하는 유전자인 경우, 형광 현미경 관찰법 및 유세포 분석법(Flow cytometric analysis) 등의 방법을 이용할 수 있다. In addition, the method for detecting at the protein level the differentiation of embryonic stem cells from the embryonic stem cells of the present invention can be confirmed by the expression of genes operatively linked downstream of the promoter of the present invention. In particular, when the downstream gene is a gene involved in color development and fluorescence as a reporter gene, methods such as fluorescence microscopy and flow cytometric analysis can be used.

또한 상기 리포터 유전자에 의해 발색의 정도가 증가하는 경우, 해당 세포가 심근세포로 성공적으로 분화하였는지 확인하기 위하여, 본래 세포가 심근세포로 분화함으로써 발현이 증가하는 단백질의 발현 증가 여부를 추가로 확인할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 리포터 유전자의 발색에 의해 심근세포로 분화하였다고 판단한 세포에 대해 면역화학(immunocytochemistry)을 실시한 결과, 리포터 유전자의 발색으로부터 심근세포라고 판단된 거의 모든 세포에서 심근세포 마커인 cTnT 과 a-actinin 이 발현되고 있음을 확인하였다(실시예 7). 이는, 어느 한 유전자의 발현 여부만을 확인하여, 분화 여부 및 정도를 확인한 종래의 방법과 비교하여, 분화의 시기에 따라 높은 특이도 및 정확도를 가진 선별이 가능함을 의미하며, 본 발명의 리포터 시스템을 이용하는 경우, 별도의 단백질 발현 확인 과정이 불요하다는 것을 의미한다.In addition, when the degree of color development is increased by the reporter gene, in order to confirm whether the corresponding cells have successfully differentiated into cardiomyocytes, it is possible to further confirm whether the expression of proteins with increased expression by differentiating the original cells into cardiomyocytes. have. In a preferred embodiment of the present invention, as a result of immunochemical analysis on cells determined to differentiate into cardiomyocytes by the development of reporter genes, cardiomyocyte markers are expressed in almost all cells determined to be cardiomyocytes from the reporter genes. It was confirmed that cTnT and a-actinin are expressed (Example 7). This means that it is possible to select with high specificity and accuracy according to the time of differentiation, compared to the conventional method of confirming whether the expression of any one gene and whether the degree of differentiation, and the reporter system of the present invention If used, this means that a separate protein expression identification process is unnecessary.

또 다른 하나의 양태로서 본 발명은 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터의 다운스트림에 위치한 유전자의 발현을 증가 또는 감소시킴으로써 배아줄기세포로부터 심근세포로의 분화를 조절하는 방법에 관한 것이다.As another aspect, the present invention relates to a method for regulating differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes by increasing or decreasing the expression of genes downstream of the Nkx2.5 promoter and the MLC2v promoter.

본 발명에서 효과적인 심근세포로의 분화 유도를 위해 유전자 발현율을 높이는 방법은 세포 내에서 유전자 발현율을 높일 수 있는 당업계에 공지된 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 유전자들을 포함하는 벡터를 제작하고, 이들을 세포에 형질도입시켜 이들 유전자의 발현율을 높일 수 있다.In the present invention, a method for increasing gene expression for inducing differentiation into cardiomyocytes effectively may use various methods known in the art for increasing gene expression in cells, and preferably, constructs a vector comprising the genes. These cells can be transduced to increase the expression rate of these genes.

또한, 본 발명에서 심근세포로의 분화를 저지하기 위해 유전자 발현율을 낮추는 방법은 세포 내에서 유전자를 결실시키거나 유전자 변이를 통해 유전자 기능을 상실시킬 수 있는 당업계에 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 유전자들에 대한 shRNA(small hairpin RNA) 또는 siRNA를 디자인 할 수 있고, 이들을 세포에 형질 도입시켜 이들 유전자의 발현을 감소시킬 수 있다.In addition, the method for lowering the gene expression rate in order to prevent differentiation into cardiomyocytes in the present invention may use a method known in the art that can delete genes in cells or lose gene function through gene mutation, Preferably, small hairpin RNA (shRNA) or siRNA for the genes can be designed, and they can be transduced into cells to reduce the expression of these genes.

상기와 같은 조절방법을 사용하는 경우, 리포터 시스템 도입에 의한 프로모터뿐만 아니라, 본래 줄기세포가 함유하고 있는 프로모터의 활성까지 조절할 수 있게 되어, 궁극적으로는 배아줄기세포의 분화의 촉진 또는 억제를 가능하게 한다.In the case of using such a control method, not only the promoter by introducing the reporter system, but also the activity of the promoter originally contained in the stem cells can be regulated, thereby ultimately facilitating the promotion or suppression of the differentiation of embryonic stem cells. do.

본 발명에서 분화 유도를 위한 조절제로는 상기 유전자의 발현율을 높일 수 있는 분자, 바람직하게는 상기 유전자를 과발현시킬 수 있는 벡터를 포함할 수 있 으며, 분화 저지를 위한 조절제로는 상기 유전자의 발현율을 낮출 수 있는 분자, 바람직하게는 상기 유전자에 대한 siRNA 또는 shRNA 등을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 프로모터는 심근세포로 분화시키기 위한 분화조절인자와 매우 밀접한 관련성이 있는 것으로 보이며, 따라서 이들의 억제인자 또는 촉진인자를 이용하여 효율적이고 간편하게 분화를 증가 또는 억제시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 심근세포로의 분화 조절제는 심근경색, 허혈성 심질환, 울혈성 심부전, 비대성 심근증, 확장형 심근증, 심근염 또는 만성 심부전과 같은 심근 재생 또는 심장 질환 치료용으로 사용될 수 있으며, 상기 예에 의해 본 발명의 심근세포 또는 심근 세포로의 분화 조절제가 이용될 수 있는 질환이 제한되는 것은 아니다.In the present invention, a regulator for inducing differentiation may include a molecule capable of increasing the expression rate of the gene, preferably a vector capable of overexpressing the gene, and a regulator for inhibiting differentiation may include an expression rate of the gene. Molecules that can be lowered, preferably siRNA or shRNA for the gene, and the like. In addition, the promoter of the present invention appears to be very closely related to differentiation regulators for differentiation into cardiomyocytes, and thus, by using these inhibitors or promoters, the differentiation can be efficiently and simply increased. Therefore, the differentiation regulator to the cardiomyocytes of the present invention can be used for the treatment of myocardial regeneration or heart diseases such as myocardial infarction, ischemic heart disease, congestive heart failure, hypertrophic cardiomyopathy, expanded cardiomyopathy, myocarditis or chronic heart failure. The diseases in which the cardiomyocytes or differentiation regulators into cardiomyocytes of the present invention can be used are not limited.

또 다른 하나의 양태로서 본 발명은 배아줄기세포에 심근세포로의 분화를 조절할 것으로 예상되는 후보 물질을 처리하는 단계; 및 배아줄기세포에서 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터 다운스트림 유전자의 전사 활성 또는 상기 유전자에 의해 코딩되는 단백질의 발현 정도를 측정하는 단계를 포함하는, 배아줄기세포로부터 심근세포로의 분화 조절 후보 물질을 스크리닝하는 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention provides a method of treating embryonic stem cells with candidate substances expected to regulate differentiation into cardiomyocytes; And measuring the transcriptional activity of the Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter downstream genes or the expression level of the protein encoded by the genes in the embryonic stem cells, the candidate substances for controlling differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes. It relates to a method of screening.

본 발명에서 용어, "후보 물질"은 심근세포로의 분화 유도 시 세포 내에서 유의하게 일어나는 유전자 발현량의 변화를 간접적 또는 직접적으로 억제 또는 유도할 수 있을 것으로 예상되는 모든 물질을 의미한다. 상기 후보 물질 스크리닝에 의해 선별된 분화 조절 물질은 분화 초기에 그 활성이 증가되는 Nkx2.5 프로모터 및 분화 후기에 그 활성이 증가되는 MLC2v 프로모터의 활성을 더욱 증가시킴으로써 분화를 유도하거나 그 활성을 감소시킴으로써 분화를 억제하도록 조절할 수 있다. As used herein, the term "candidate substance" refers to any substance that is expected to indirectly or directly inhibit or induce a change in the amount of gene expression significantly occurring in cells upon induction of differentiation into cardiomyocytes. Differentiation modulators selected by the candidate screening may further increase the activity of the Nkx2.5 promoter whose activity is increased early in differentiation and the MLC2v promoter whose activity is increased later in differentiation, thereby inducing differentiation or decreasing its activity. It can be adjusted to suppress differentiation.

따라서, 분화 조절 후보 물질의 존재 및 부재 하에서의 심근세포에 대한 본 발명의 프로모터의 활성을 해당 프로모터의 다운스트림 유전자의 발현량 증가 또는 감소를 비교하는 방법으로 배아줄기세포로부터 심근세포로의 분화를 조절할 수 있고, 나아가 분화 조절 인자를 스크리닝하는데 유용하게 사용될 수 있다. Therefore, the activity of the promoter of the present invention on cardiomyocytes in the presence and absence of differentiation control candidates is controlled by differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes by comparing the increase or decrease in the expression level of the downstream gene of the promoter. It may be further used usefully for screening differentiation control factors.

본 발명의 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터, 및 이의 다운스트림에 작동 가능하게 연결된 리포터 유전자를 이용하는 경우, 배아줄기세포로부터 심근계 세포로 분화되는 분화유도 상태, 정도, 시기 등을 단일 리포터 에세이 방법을 이용하여 빠르고 정확하게 탐지할 수 있어, 심근계 세포를 효과적으로 선별할 수 있고, 심근 재생을 필요로 하는 질환 또는 그 밖의 심장 질환을 겪는 개체와 같이, 이를 필요로 하는 환자에게 제공하기 위한 효과적인 수단을 제공한다. 또한 본 발명의 프로모터 및 그의 다운스트림 유전자 또는 상기 유전자에 의해 코딩되는 단백질을 억제 또는 촉진시킴으로써, 심근계 세포로의 분화를 조절할 수 있는 후보물질 및 분자표적을 탐색하는데 이용할 수 있고, 상기 방법으로 선택된 후보물질을 심근계 세포로의 분화를 조절하는 분화조절제로 이용할 수 있다.When using the Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter of the present invention, and a reporter gene operably linked downstream thereof, a single reporter assay method is used to determine the differentiation induction state, extent, and timing of differentiation from embryonic stem cells to myocardial cells. Can be detected quickly and accurately, thereby effectively selecting myocardial system cells and providing an effective means for providing to patients in need thereof, such as those suffering from diseases requiring myocardial regeneration or other heart diseases. In addition, by inhibiting or promoting the promoter of the present invention and its downstream gene or the protein encoded by the gene, it can be used to search for candidates and molecular targets that can regulate differentiation into myocardial cells, and the candidate selected by the method The substance can be used as a differentiation regulator that regulates the differentiation into myocardial cells.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 실시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예 에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are only for carrying out the present invention by way of example, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1. 인간 배아줄기세포 배양Example 1 Human Embryonic Stem Cell Culture

본 발명에서 인간 배아줄기세포 (Human embryonic stem cells; hESCs)는 13.5일령 CF1 마우스 태아 (mouse fetus)로부터 얻은 MEF(mouse embryonic fibroblast)를 피더 세포(feeder cell)로 사용하여 배양하였다. 피더 세포는 10% FBS (Gibco), 0.1 mM β-머캅토에탄올, 0.1 mM 비필수 아미노산이 포함되어 있는 DMEM (high glucose, Invitrogen)에서 배양 한 후 유사분열(mitosis)을 중지 시키기 위해 3000 rad 감마 방사선을 조사하였다. 그 후, 0.1% 젤라틴(gelatin)으로 코팅된 60mm 배양접시에 3 x 105 의 농도로 감마 방사선을 조사한 MEF 피더 세포를 씨딩(seeding)하였다. 피더 세포를 씨딩한 다음날 hESCs를 씨딩하였으며, hESCs 배지 (DMEM(Dulbecco's modified Eagle`s medium)/F12(Gibco, Rockville, MD, USA), 20% 넉아웃 (Knockout) SR(Gibco), 0.1 mM의 β-머캅토에탄올 (mercaptoethanol)(Sigma, St Luis, MO, USA), 2 mM의 글루타민(glutamine) (Gibco), 0.1 mM의 비필수 아미노산(Gibco), 100 U/㎖의 페니실린(penicillin)-스트렙토마이신(streptomycin)(Gibco), 4 ng/㎖의 bFGF (Invitrogen))에서 배양하였다. 매일 배양액을 교체하며 배양하였으며, 5-7일 동안 배양 된 hESCs를 tissue chopper (Mickle Engineering)를 이용하여 250x250 mm 크기로 자른 후, 1 ㎎/㎖의 콜라겐 분해효소(collagenase) Ⅳ(Gibco)를 이용한 효소적 (enzymatic) 방식으로 계대배양 하였다.In the present invention, human embryonic stem cells (hESCs) were cultured using a mouse embryonic fibroblast (MEF) obtained from a 13.5-day-old CF1 mouse fetus as a feeder cell. Feeder cells were cultured in DMEM (high glucose, Invitrogen) containing 10% FBS (Gibco), 0.1 mM β-mercaptoethanol and 0.1 mM non-essential amino acids, and then 3000 rad gamma to stop mitosis. The radiation was irradiated. Thereafter, MEF feeder cells irradiated with gamma radiation at a concentration of 3 × 10 5 were seeded on a 60 mm petri dish coated with 0.1% gelatin. The day after seeding the feeder cells, hESCs were seeded, hESCs medium (Dulbecco's modified Eagle's medium) / F12 (Gibco, Rockville, MD, USA), 20% Knockout SR (Gibco), 0.1 mM β-mercaptoethanol (Sigma, St Luis, MO, USA), 2 mM glutamine (Gibco), 0.1 mM non-essential amino acid (Gibco), 100 U / ml penicillin- Streptomycin (Gibco), 4 ng / ml bFGF (Invitrogen) was incubated. Each day, the culture medium was changed and cultured, and hESCs cultured for 5-7 days were cut into 250x250 mm using tissue chopper (Mickle Engineering), and then 1 mg / ml collagenase IV (Gibco) was used. Passage was enzymatically enzymatic.

실시예 2. Example 2. Nkx2.5Nkx2.5 프로모터 및  Promoter and MLC2v MLC2v 프로모터 벡터의 제조Preparation of the Promoter Vector

<2-1> 렌티 바이러스 벡터 구축<2-1> Lenti Virus Vector Construction

pLenti6-Nkx2.5 프로모터-EGFP 및 pLenti6-MLC2v프로모터-DsRed를 제조하기 위해서, hESCs로부터 게놈 DNA(genomic DNA)를 추출한 뒤 하기의 프라이머 세트를 이용하여 Nkx2.5 프로모터와 MLC2v 프로모터를 PCR 증폭하였다. Nkx2.5 프로모터 센스 프라이머는 5'- GATCACCCCACTTGCCCTGCC -3' (서열번호 1), Nkx2.5 프로모터 안티센스 프라이머는 5'- GAGCGATGAGCAGTTTCG -3' (서열번호 2)이다. MLC2v 프로모터 센스 프라이머는 5'- GCCACAGTGCCAGCCTTCATGG -3' (서열번호 3), MLC2v 프로모터 안티센스 프라이머는 5'- GTGGAAAGGACCCAGCACTG-3' (서열번호 4)이다. PCR을 수행한 뒤 각각 생성된 978 bp 크기의 Nkx2.5 프로모터와 562bp 크기의 MLC2v 프로모터의 산물을 확보하였고 (도 1), 각각의 산물을 TA 클로닝 방법을 이용하여 pENTR5'-TOPO 벡터(Invitrogen)에 삽입하여 pENTR5'- Nkx2.5와 pENTR5'- MLC2v 를 제조하였다. Nkx2.5 프로모터의 활성을 확인하기 위하여 형광을 발현하는 EGFP 유전자를 가지고 있는 pEGFP-N3 (Clontech) 벡터를 주형으로 센스 프라이머 5'- CAC CAT GGT GAG CAA GGG CGA G-3' (서열번호 5), 안티센스 프라이머 5'- CTT GTA CAG CTC GTC CAT GCC GAG-3' (서열번호 6)를 사용하여 PCR 증폭하였다. 증폭된 EGFP 유전자의 PCR 산물은 pENTR/D-TOPO 벡터(Invitrogen, Carlsbad, CA)에 directional cloning을 위해, CACC 염기서열을 포함하고 있다 (밑줄 친 부분). 생성된 717bp 크기의 산물을 pENTR/D-TOPO 벡터에 삽입하여 pENTR/D-TOPO-EGFP를 제조하였다. MLC2v 프로모터의 활성을 확인하기 위하여 형광을 발현하는 DsRed 유전자를 가지고 있는 pDsRed2 (Clontech) 벡터를 주형으로 센스 프라이머 5'-CAC CAT GGC CTC CTC CGA GAA C-3' (서열번호 7), 안티센스 프라이머 5'-CAG GAA CAG GTG GTG GCG GC-3' (서열번호 8)를 사용하여 PCR 증폭하였다.증폭된 DsRed 유전자의 PCR 산물은 pENTR/D-TOPO 벡터(Invitrogen, Carlsbad, CA)에 directional cloning을 위해, CACC 염기서열을 포함하고 있다 (밑줄 친 부분). 생성된 675bp 크기의 산물을 pENTR/D-TOPO 벡터에 삽입하여 pENTR/D-TOPO-DsRed를 제조하였다. 각각 제조된 벡터를 entry clone으로 하여 게이트웨이 시스템 (Gateway system; Invitrogen)을 이용하여, LR clonase 반응에 의해 pLenti6/R4R2/V5-DEST destination vector에 삽입함으로써 pLenti6-Nkx2.5 프로모터-EGFP와 pLenti6-MLC2V 프로모터-DsRed를 구축하였다 (도 2a). In order to prepare pLenti6- Nkx2.5 promoter- EGFP and pLenti6- MLC2v promoter- DsRed , genomic DNA was extracted from hESCs and PCR-amplified Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter using the following primer sets. Nkx2.5 promoter sense primer is 5'-GATCACCCCACTTGCCCTGCC-3 '(SEQ ID NO: 1), and Nkx2.5 promoter antisense primer is 5'-GAGCGATGAGCAGTTTCG -3' (SEQ ID NO: 2). The MLC2v promoter sense primer is 5'- GCCACAGTGCCAGCCTTCATGG-3 '(SEQ ID NO: 3), and the MLC2v promoter antisense primer is 5'- GTGGAAAGGACCCAGCACTG-3' (SEQ ID NO: 4). After PCR, the products of the 978 bp Nkx2.5 promoter and the 562 bp MLC2v promoter, respectively, were obtained (FIG. 1), and each product was purified using the TA cloning method. The pENTR5'-TOPO vector (Invitrogen) Insert into pENTR5'- Nkx2. 5 and pENTR5'- MLC2v were prepared. To confirm the activity of Nkx2.5 promoter, pEGFP-N3 (Clontech) vector containing fluorescence-expressing EGFP gene was used as a template.Sense primer 5'- CAC C AT GGT GAG CAA GGG CGA G-3 '(SEQ ID NO: 5 ), PCR amplification using antisense primer 5'- CTT GTA CAG CTC GTC CAT GCC GAG-3 '(SEQ ID NO: 6). The PCR product of the amplified EGFP gene contains a CACC sequence for directional cloning in the pENTR / D-TOPO vector (Invitrogen, Carlsbad, Calif.) (Underlined). The resulting 717 bp product was inserted into the pENTR / D-TOPO vector to prepare pENTR / D-TOPO- EGFP . To confirm the activity of the MLC2v promoter, pDsRed2 (Clontech) vector containing fluorescence-expressing DsRed gene was used as a template for the sense primer 5'- CAC C AT GGC CTC CTC CGA GAA C-3 '(SEQ ID NO: 7) PCR amplification using 5'-CAG GAA CAG GTG GTG GCG GC-3 '(SEQ ID NO: 8). PCR products of the amplified DsRed gene were subjected to directional cloning in the pENTR / D-TOPO vector (Invitrogen, Carlsbad, CA). To do this, the CACC sequence is included (underlined). The resulting 675bp sized product was inserted into pENTR / D-TOPO vector to prepare pENTR / D-TOPO- DsRed . The pLenti6- Nkx2.5 promoter- EGFP and pLenti6- MLC2V were inserted into the pLenti6 / R4R2 / V5-DEST destination vector by LR clonase reaction using a gateway system (Invitrogen) using the prepared vectors as entry clones. Promoter- DsRed was constructed (FIG. 2A).

<2-2> 비바이러스 (non-viral) 플라스미드 (plasmid) 벡터 구축<2-2> Non-viral Plasmid Vector Construction

Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-EGFP를 제조하기 위해서, hESCs로부터 게놈 DNA(genomic DNA)를 추출한 뒤 하기의 프라이머 세트를 이용하여 Nkx2.5 프로모터와 MLC2v 프로모터를 PCR 증폭하였다. Nkx2.5 프로모터 센스 프라이머는 5'- GTAGAATTCGATCACCCCACTTGCCCTG-3' (서열번호 9)으로서, 클로닝상의 편의를 위해 EcoRI 제한효소 부위를 삽입하였고 (밑줄 친 부분), Nkx2.5 프로모터 안티센스 프라이머는 5'- GATGGATCCGAGCGATGAGCAGTTTCG-3' (서열번호 10)으로서, BamHI 제한효소 부위를 삽입하였다 (밑줄 친 부분). PCR을 수행한 뒤 생성된 996bp 크기의 산물을 EcoRI 와 BamHI 제한효소로 처리한 뒤 978bp의 Nkx2.5 프로모터 산물을 확보하고, 동일한 제한효소를 처리한 pEGFP-1 벡터 (Clontech)에 삽입하여, pEGFP-1- Nkx2.5 프로모터 벡터를 구축하였다 (도 2b). MLC2v 프로모터 센스 프라이머는 5'- GATAGATCTGCCACAGTGCCAGCCTTCATG -3' (서열번호 11)으로서, 클로닝상의 편의를 위해 BglII 제한효소 부위를 삽입하였고 (밑줄 친 부분), MLC2v 프로모터 안티센스 프라이머는 5'- GAAGTCGACGTGGAAAGGACCCAGCACTG -3' (서열번호 12)으로서, SalI 제한효소 부위를 삽입하였다 (밑줄 친 부분). PCR을 수행한 뒤 생성된 580bp 크기의 산물을 BglII 와 SalI 제한효소로 처리한 뒤 562bp의 MLC2v 프로모터 산물을 확보하고, 동일한 제한효소를 처리한 pEGFP-1 벡터 (Clontech)에 삽입하여, pEGFP-1- MLC2v 프로모터 벡터를 구축하였다 (도 2b).To prepare Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- EGFP , genomic DNA was extracted from hESCs and PCR amplified Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter using the following primer sets. The Nkx2.5 promoter sense primer was 5'- GTA GAATTC GATCACCCCACTTGCCCTG-3 '(SEQ ID NO: 9), and an EcoRI restriction enzyme site was inserted (underlined) for cloning convenience, and the Nkx2.5 promoter antisense primer was 5'. - GAT GAGCGATGAGCAGTTTCG GGATCC-3 '(SEQ ID NO: 10) as was inserted into the BamHI restriction site (underlined). After PCR, the 996 bp-sized product was treated with EcoRI and BamHI restriction enzymes, and then a 978 bp Nkx2.5 promoter product was obtained and inserted into the pEGFP-1 vector (Clontech) treated with the same restriction enzyme, pEGFP. -1- Nkx2.5 promoter vector was constructed (FIG. 2B). The MLC2v promoter sense primer was 5'-GAT AGATCT GCCACAGTGCCAGCCTTCATG-3 '(SEQ ID NO: 11), and a BglII restriction enzyme site was inserted (underlined) for cloning convenience, and the MLC2v promoter antisense primer was 5'-GAA GTCGAC GTGGAAAGGACCCAGCACTG As -3 '(SEQ ID NO: 12), the SalI restriction enzyme site was inserted (underlined portion). After PCR, the resulting 580bp-sized product was treated with BglII and SalI restriction enzymes, and then the 562bp MLC2v promoter product was obtained and inserted into pEGFP-1 vector (Clontech) treated with the same restriction enzyme, pEGFP-1. MLC2v promoter vector was constructed (FIG. 2B).

실시예 3. 심근세포 특이적 프로모터 발현세포주의 구축 및 확인Example 3. Construction and Confirmation of Cardiomyocyte Specific Promoter Expression Cell Line

<3-1> Lipofectamine2000 형질감염 (transfection)을 통한 Nkx2.5 프로모터-EGFP 및 MLC2v 프로모터-EGFP 발현세포주의 구축<3-1> Construction of Nkx2.5 Promoter- EGF P and MLC2v Promoter- EGFP Expressing Cell Lines by Lipofectamine2000 Transfection

상기 실시예 2-2에서 제조한 Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-EGFP 벡터를 hESCs에 lipofectamine2000 (Gibco)을 이용하여 다음과 같이 형질감염시켰다. 5-7일 동안 배양된 hESCs를 tissue chopper (Mickle Engineering)를 이용하여 250x250 mm 크기로 자른 후, 1 ㎎/㎖의 콜라겐 분해효소 (collagenase) Ⅳ(Gibco)를 처리하여, Matrigel (Becton Dickinson) 이 코팅된 배양접시에서 영양화 배양액 (conditioned medium)으로 배양하였다. 그리고, 플라즈미드 DNA 4.0㎍을 500 ul의 혈청이 없는 Opti-MEM 배지 (Gibco)와 혼합하고, 10 ul의 lipofectamine2000 시약을 500 ul의 혈청없는 Opti-MEM 배지에 넣고, 5분간 상온에 방치하였다. 희석된 플라스미드 용액 500 ul와 희석된 lipofectamine2000 시약 500 ul를 섞고 20분간 상온에 방치하여 플라스미드- lipofectamine2000 복합체를 형성한 다음, 그 1000 ul의 용액을 상기 hESCs가 배양된 배지에 가하고, 살살 흔들어서 혼합한 다음 24시간동안 배양하였다. 도 2b에 나타난 바와 같이, 상기 Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-EGFP 벡터는 네오마이신에 내성을 나타내는 네오마이신 포스포트렌스퍼라제 유전자(neomycin phosphotransferase gene)를 포함하고 있다. 이를 통해서 상기의 벡터가 세포내로 적절히 형질감염 되는 경우, hESCs는 네오마이신 마커를 가지므로 G-418에 대한 저항성을 가짐으로써 G-418의 독성작용을 피하고 증식하게 된다. 그러므로 다음 날부터, hESC 배지에 제네티신(Geneticine) 200㎍/㎖를 첨가한 배지를 사용하여 배양하였고, 이 후, 배지를 2일마다 갈아주면서 3주간 배양하였고, 3주 경과후, 세포가 원모양의 콜로니(colony)를 형성하게 되면, 이 콜로니를 4-웰 플레이트에 옮겨 주었다. 이후, 35mm, 60mm 배양접시로 옮기며, 세포수를 증가시켰다. Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- EGFP vectors prepared in Example 2-2 were transfected into hESCs using lipofectamine2000 (Gibco) as follows. The hESCs cultured for 5-7 days were cut into 250x250 mm using tissue chopper (Mickle Engineering), and then treated with 1 mg / ml collagenase IV (Gibco) to obtain Matrigel (Becton Dickinson). The coated culture dish was incubated with conditioned medium. 4.0 μg of plasmid DNA was mixed with 500 μl of serum-free Opti-MEM medium (Gibco), 10 μl of lipofectamine2000 reagent was added to 500 μl of serum-free Opti-MEM medium, and left at room temperature for 5 minutes. 500 ul of the diluted plasmid solution and 500 ul of the diluted lipofectamine2000 reagent are mixed and allowed to stand at room temperature for 20 minutes to form a plasmid-lipofectamine2000 complex.The 1000 ul of the solution is added to the medium in which the hESCs are incubated and gently mixed. Incubated for 24 hours. As shown in FIG. 2B, the Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- EGFP vectors contain a neomycin phosphotransferase gene that is resistant to neomycin. Through this, when the vector is properly transfected into the cell, hESCs have neomycin markers and thus have resistance to G-418, thereby avoiding the proliferation of G-418 and proliferating. Therefore, from the next day, the cells were cultured using hESC medium in which 200 μg / ml of Geneticine was added, followed by culturing for 3 weeks with changing the medium every 2 days. Once the colonies were formed, the colonies were transferred to 4-well plates. Then, transfer to a 35mm, 60mm culture dish, and increased the number of cells.

이렇게 하여 분리, 구축된 세포주의 지놈 DNA를 다음과 같은 과정을 통해 분리하여 PCR(Polymerase Chain Reaction)의 주형으로 사용하였다. 세포주를 수집하 여, 55℃에서 1 M KCl, 1 M MgCl2, 0.5% Tween 20, 0.5% Nonidet P-40, 2.5 ㎍/mL proteinase K가 들어있는 추출 완충액(extraction buffer)과 함께 1시간 동안 배양했다. 95℃로 10분간 가열하여 proteinase K를 불활성화시킨 후, 지놈 DNA가 포함되어 있는 상층액을 4℃로 보관하였다. 상기 과정에 의해 수득한 지놈 DNA를 주형으로 사용하고, 네오마이신 유전자를 증폭할 수 있는 5'-CGCATGATTGAACAAGATGG-3'(서열번호 13) 및 5'-ATACTTTCTCGGCAGGAGCA-3' (서열번호 14) 프라이머와 5'-GAAGGTGAAGGTCGGAGTC-3' (서열번호 15) 및 5'-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3' (서열번호 16) 를 GAPDH 프라이머로 사용하여, Taq 중합효소 (Takara)를 사용하여 다음과 같이 PCR을 수행하였다: 변성은 94℃에서 30초, 어닐링은 58℃에서 30초, 연장반응은 72℃에서 1분 간으로 하여 총 28 사이클을 수행하였다. 그런 다음, PCR 생성물을 1.5% 아가로스 겔에서 전기영동하여 Nkx2.5프로모터-EGFP 및 MLC2v프로모터-EGFP 벡터가 동시에 가지고 있는 네오마이신 유전자 영역의 DNA가 합성됨을 확인하였다 (도 3a). 이로부터 상기 방법으로 구축된 세포주가 Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-EGFP에 의해 형질감염되었음을 확인할 수 있었다.Thus, the genome DNA of the isolated and constructed cell line was separated through the following process and used as a template of PCR (Polymerase Chain Reaction). The cell lines were collected for 1 hour with extraction buffer containing 1 M KCl, 1 M MgCl 2 , 0.5% Tween 20, 0.5% Nonidet P-40, 2.5 μg / mL proteinase K at 55 ° C. Incubated. Proteinase K was inactivated by heating at 95 ° C for 10 minutes, and the supernatant containing genome DNA was stored at 4 ° C. 5'-CGCATGATTGAACAAGATGG-3 '(SEQ ID NO: 13) and 5'-ATACTTTCTCGGCAGGAGCA-3' (SEQ ID NO: 14) primer and 5 capable of amplifying a neomycin gene using the genome DNA obtained by the above process as a template PCR was carried out using Taq polymerase (Takara) using '-GAAGGTGAAGGTCGGAGTC-3' (SEQ ID NO: 15) and 5'-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3 '(SEQ ID NO: 16) as a GAPDH primer: denaturation A total of 28 cycles were performed for 30 seconds at 94 ° C, annealing for 30 seconds at 58 ° C, and extension for 1 minute at 72 ° C. Then, the PCR product was electrophoresed on a 1.5% agarose gel to confirm that the DNA of the neomycin gene region that the Nkx2.5 promoter-EGFP and MLC2v promoter-EGFP vectors simultaneously possess was synthesized (FIG. 3A). From this, it was confirmed that the cell line constructed by the above method was transfected with Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- EGFP .

<3-2> Lipofectamine 2000 형질감염(transfection)과 Lentivirus-매개 감염을 통한을 통한 Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-DsRed 동시 발현세포주의 구축<3-2> Construction of Nkx2.5 Promoter- EGFP and MLC2v Promoter- DsRed Coexpressing Cell Lines Via Lipofectamine 2000 Transfection and Lentivirus- Mediated Infection

상기 실시예 3-1에서 lipofectamine 2000(Gibco)을 이용하여 형질감염 하여 구축한 Nkx2.5 프로모터-EGFP 세포주에, 상기 실시예 2-1에서 제조한 pLenti6- MLC2v 프로모터-DsRed 벡터를 HEK293T packaging cell line (Invitrogen)에 lipofectamine 2000 (Invitrogen)을 사용하여 형질감염(transfection)하였다. 자세하게는 MLC2v 프로모터-DsRed 벡터 DNA 3.0, packaging mix plasmid 6.0을 500 ul의 혈청이 없는 Opti-MEM 배지(Gibco)와 혼합하고, 36 ul의 lipofectamine 2000 시약을 500 ul의 혈청없는 Opti-MEM 배지에 넣고, 5분간 상온에 방치하였다. 희석된 플라스미드 용액 500 ul와 희석된 lipofectamine2000 시약 500 ul를 섞고 20분간 상온에 방치하여 플라스미드- lipofectamine2000 복합체를 형성한 다음, 그 1000 ul의 용액을 상기 HEK293T packaging 세포가 배양된 배지에 가하고, 살살 흔들어서 혼합한 다음 24시간동안 배양하였다. 다음 날 배지를 교환하고 24시간 배양 후부터 상등액(supernatant)을 취하여 0.45um(Millipore)로 필터링 (filtering)을 하여 세포 잔해(cell debris)를 제거하였다. 필터링한 상등액 30ml을 20,000 rpm에서 2시간 원심분리한 후, 상층액을 제거하고 남은 침전물에 HPSS (Gibco) 500ul를 넣어 바이러스를 농축시켰다. 5-7일 동안 배양 된 hESCs을 tissue chopper(Mickle Engineering)를 이용하여 250x250 mm 크기로 자른 후, 1 ㎎/㎖의 콜라겐 분해효소(collagenase) Ⅳ(Gibco)를 처리하여, Matrigel(Becton Dickinson) 이 코팅된 배양접시에서 영양화 배양액(conditioned medium)으로 배양하였다. 다음 날, 농축시킨 바이러스 용액 200ul와 6-8 ㎍/㎖ polybrene(sigma)을 Nkx2.5 프로모터-EGFP 세포주에 첨가하여 24시간 배양 후 배지를 교환해 주었다. 도 2a에 나타난 바와 같이, 상기 pLenti6-MLC2v 프로모터-DsRed 벡터는 블라스티시딘(Blasticidin) 내성유전자를 포함하고 있으므로, 상기의 벡터가 세포내로 적절히 형질감염 되는 경우, 세포주는 블라스티시딘 마커를 가지므로 블라스티시딘에 대한 저항성을 가지게 된다. 그러므로 다음날부터 hESCs 배지에 1㎍/㎖의 블라스티시딘을 첨가하여 선별하였다. 이 후, 배지를 2일마다 갈아주면서 3주간 배양하였고, 3주 경과후, 세포가 원모양의 콜로니(colony)를 형성하게 되면, 이 콜로니를 4-웰 플레이트에 옮겨 주었다. 이후, 35mm, 60mm 배양접시로 옮기며, 세포수를 증가시켰다.To the Nkx2.5 promoter- EGFP cell line constructed by transfection using lipofectamine 2000 (Gibco) in Example 3-1, the pLenti6- MLC2v promoter- DsRed vector prepared in Example 2-1, HEK293T packaging cell line (Invitrogen) was transfected with lipofectamine 2000 (Invitrogen). Specifically , the MLC2v promoter- DsRed vector DNA 3.0, packaging mix plasmid 6.0 was mixed with 500 ul of serum-free Opti-MEM medium (Gibco), and 36 ul of lipofectamine 2000 reagent was added to 500 ul of serum-free Opti-MEM medium. It was left to stand at room temperature for 5 minutes. 500 ul of the diluted plasmid solution and 500 ul of the diluted lipofectamine2000 reagent are mixed and allowed to stand at room temperature for 20 minutes to form a plasmid-lipofectamine2000 complex, and then the 1000 ul of the solution is added to the culture medium in which the HEK293T packaging cells are cultured, and gently shaken to mix. Then incubated for 24 hours. The next day, the medium was changed and supernatant was taken from the culture for 24 hours, and then filtered with 0.45um (Millipore) to remove cell debris. After 30 ml of the filtered supernatant was centrifuged at 20,000 rpm for 2 hours, the supernatant was removed, and 500 ul of HPSS (Gibco) was added to the remaining precipitate to concentrate the virus. The hESCs cultured for 5-7 days were cut into 250x250 mm using tissue chopper (Mickle Engineering), and then treated with 1 mg / ml collagenase IV (Gibco), thereby treating Matrigel (Becton Dickinson). Incubated in a conditioned medium in a coated dish. The next day, 200ul of concentrated virus solution and 6-8 μg / ml polybrene (sigma) were added to the Nkx2.5 promoter- EGFP cell line, followed by culture for 24 hours, and the medium was changed. As shown in Figure 2a, since the pLenti6- MLC2v promoter- DsRed vector contains a blasticidin resistance gene, when the vector is appropriately transfected into the cell, the cell line has a blasticidin marker. It has resistance to blasticidine. Therefore, from the next day, 1 μg / ml blasticidine was added to hESCs medium. Thereafter, the culture medium was incubated for 3 weeks with a change every 2 days. After 3 weeks, when the cells formed a circular colony, the colonies were transferred to a 4-well plate. Then, transfer to a 35mm, 60mm culture dish, and increased the number of cells.

이렇게 하여 분리, 구축된 세포주의 지놈 DNA를 다음과 같은 과정을 통해 분리하여 PCR (Polymerase Chain Reaction)의 주형으로 사용하였다. 세포주를 수집하여, 55℃에서 1 M KCl, 1 M MgCl2, 0.5% Tween 20, 0.5% Nonidet P-40, 2.5 ㎍/mL proteinase K가 들어있는 추출 완충액(extraction buffer)과 함께 1시간 동안 배양했다. 95℃로 10분간 가열하여 proteinase K를 불활성화시킨 후, 지놈 DNA가 포함되어 있는 상층액을 4℃로 보관하였다. 상기 과정에 의해 수득한 지놈 DNA를 주형으로 사용하고, Nkx2.5 프로모터-EGFP의 형질감염은 이미 상기 실시예 3-1에서 확인하였으므로, MLC2v 프로모터-DsRed의 형질감염을 확인하기 위해서 DsRed 유전자를 증폭할 수 있는 5'-TCCAAGGTGTACGTGAAGCA-3' (서열번호 17) 및 5'-CCCATGGTCTTCTTCTGCAT-3' (서열번호 18) 프라이머와 5'-GAAGGTGAAGGTCGGAGTC-3' 및 5'-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3' 를 GAPDH 프라이머로 사용하여, Taq 중합효소 (Takara)를 사용하여 다음과 같이 PCR을 수행하였다: 변성은 94℃에서 30초, 어닐링은 58℃에서 30초, 연장반응은 72℃에서 1분 간으로 하여 총 28 사이클을 수행하였다. 그런 다음, PCR 생성물을 1.5% 아가로스 겔에서 전기영동하여 MLC2v 프로모 터-DsRed 벡터가 가지고 있는 DsRed 유전자 영역의 DNA가 합성됨을 확인하였다 (도 3b). 이로부터 상기 방법으로 구축된 세포주가 Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-DsRed 두 가지 심근세포 마커 프로모터에 의해 형질감염 되었음을 확인할 수 있었다.In this way, the genome DNA of the isolated and constructed cell line was separated through the following process and used as a template for PCR (Polymerase Chain Reaction). The cell lines were collected and incubated for 1 hour with extraction buffer containing 1 M KCl, 1 M MgCl 2 , 0.5% Tween 20, 0.5% Nonidet P-40, 2.5 μg / mL proteinase K at 55 ° C. did. Proteinase K was inactivated by heating at 95 ° C for 10 minutes, and the supernatant containing genome DNA was stored at 4 ° C. Since the genome DNA obtained by the above procedure was used as a template, and the transfection of Nkx2.5 promoter- EGFP was already confirmed in Example 3-1, the amplification of the DsRed gene was performed to confirm the transfection of the MLC2v promoter- DsRed . Using 5'-TCCAAGGTGTACGTGAAGCA-3 '(SEQ ID NO: 17) and 5'-CCCATGGTCTTCTTCTGCAT-3' (SEQ ID NO: 18) primers and 5'-GAAGGTGAAGGTCGGAGTC-3 'and 5'-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3' as GAPDH primers PCR was carried out using Taq polymerase (Takara) as follows: denaturation was performed at 94 ° C for 30 seconds, annealing at 58 ° C for 30 seconds, and extension reaction at 72 ° C for 1 minute. Was performed. Then, PCR products were electrophoresed on a 1.5% agarose gel to confirm that the DNA of the DsRed gene region contained in the MLC2v promoter - DsRed vector was synthesized (FIG. 3B). From this, it was confirmed that the cell line constructed by the above method was transfected by two cardiomyocyte marker promoters, Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- DsRed .

실시예 4. 인간 배아줄기세포로부터 심근세포 (cardiomyocytes)의 제조Example 4 Preparation of Cardiomyocytes from Human Embryonic Stem Cells

6-7일간 배양된 hESCs를 tissue chopper (Mickle Engineering)를 이용하여 500x500 mm 크기로 자른 후, 1 ㎎/㎖ 농도의 콜라게나제(collagenase)를 처리하여 균등한 세포 덩어리로 분리하였다. 분리된 hESCs를 깨어지지 않게 조심하여 박테리아 플레이트(bacteria plate)에 잘 옮겨 CM(cardiomyocytes) 배지 (Knockout-DMEM(Gibco), 20% FBS(Gibco), 0.1 mM의 β-머캅토에탄올(mercaptoethanol, Sigma), 1 mM의 L-글루타민(glutamine, Gibco), 1% 의 비필수 아미노산(Gibco), 100 U/㎖의 페니실린(penicillin)-스트렙토마이신(streptomycin)(Gibco))에서 EB를 형성할 수 있도록 배양하였다. 이때, 매일 배양액과 플레이트를 교체하여 주었다. 심근분화배양배지(Cardiomyocyte differentiation medium; CDM)에서 5일간 배양된 EB를 0.1% 젤라틴으로 코팅된 60mm 배양접시에 부착시키고, 동일한 CDM에서 10일 이상 배양하여 심근세포로 분화시키고 충분히 자라도록 하였다 (2일에 한번씩 배양액 교체). 부착한 후 3일이 지나면 심박동 (beating)이 관찰되었다. HESCs cultured for 6-7 days were cut into 500x500 mm using tissue chopper (Mickle Engineering), and then treated with collagenase at a concentration of 1 mg / ml to separate into even cell masses. Carefully transfer the isolated hESCs to bacteria plates and transfer them to a bacterial plate.These are known as CMiocardiomyocytes (Knockout-DMEM (Gibco), 20% FBS (Gibco), 0.1 mM β-mercaptoethanol (Sigma). ), 1 mM L-glutamine (Gibco), 1% non-essential amino acid (Gibco), 100 U / ml penicillin-streptomycin (Gibco) to form EB Incubated. At this time, the culture medium and the plate were replaced every day. EBs cultured in Cardiomyocyte differentiation medium (CDM) for 5 days were attached to a 60 mm culture dish coated with 0.1% gelatin, cultured in the same CDM for at least 10 days to differentiate into cardiomyocytes and fully grown (2 Change of medium once a day). Three days after attachment, beating was observed.

실시예 5. 심근세포 특이적 프로모터 세포주를 이용한 프로모터 활성 조사Example 5 Promoter Activity Examination Using Cardiomyocyte Specific Promoter Cell Line

<5-1> Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-EGFP 발현 세포주를 이용한 프로모터 활성 조사<5-1> Promoter activity investigation using Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- EGFP expressing cell lines

Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-EGFP 발현 인간 배아줄기세포주를 상기 실시예 4의 방법으로 심근세포로 분화시켰다. 이러한 세포주를 이용하여 심근세포로 분화시키면, Nkx2.5 프로모터와 MLC2v 프로모터에 의해 각각 EGFP(녹색형광)을 발현하는 심근세포가 만들어지게 된다. 이를 형광현미경으로 관찰하여 확인하였다 (도 4a). 그 결과, Nkx2.5 프로모터-EGFP 발현 hESCs를 사용하여 만든 심근세포는 심근세포 분화 배지에서 10일 이상 배양하면 Nkx2.5 프로모터에 의해 EGFP(녹색형광)을 발현하는 심근세포가 만들어졌음을 확인할 수 있었고, 심박동 (beating)도 관찰할 수 있었다 (도 4a, 점선 부분). 하지만, Nkx2.5 프로모터에 의한 EGFP(녹색형광)의 발현은 부착하기 전에 5일 배양된 EB 상태에서부터 확인할 수 있었다. 이는 EB를 형성하는 배지 역시 CDM을 사용하였기 때문에 심근 세포의 초기(early) 마커인 Nkx2.5 프로모터에 의해 EGFP(녹색형광)가 EB상태에서부터 발현되었기 때문에 나타난 결과로 보인다. MLC2v 프로모터-EGFP 발현 hESCs를 사용하여 만든 심근세포는 심근세포 분화 배지에서 10일 이상 배양하면 MLC2v 프로모터에 의해 EGFP(녹색형광)을 발현하는 심근세포가 만들어졌음을 확인할 수 있었고, 심박동 (beating)도 관찰할 수 있었다 (도 4a, 점선 부분). Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- EGFP expressing human embryonic stem cell lines were differentiated into cardiomyocytes by the method of Example 4 above. When these cells are differentiated into cardiomyocytes, cardiomyocytes expressing EGFP (green fluorescence) are produced by Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter, respectively. This was confirmed by observing with a fluorescence microscope (Fig. 4a). As a result, cardiomyocytes prepared using Nkx2.5 promoter- EGFP expressing hESCs were confirmed to have been formed in the cardiomyocyte differentiation medium for 10 days or more, and thus, myocardial cells expressing EGFP (green fluorescence) were produced by Nkx2.5 promoter. And heartbeat could be observed (FIG. 4A, dashed line). However, expression of EGFP (green fluorescence) by the Nkx2.5 promoter was confirmed from EB state cultured 5 days prior to attachment. This may be because the EGFP (green fluorescence) was expressed from the EB state by the Nkx2.5 promoter, an early marker of cardiomyocytes, because the medium forming EB also used CDM. MLC2v Promoter-Cardiomyocytes made using EGFP- expressing hESCs were confirmed to have produced cardiomyocytes expressing EGFP (green fluorescence) by MLC2v promoter when cultured in cardiomyocyte differentiation media for 10 days or more. Observation was possible (FIG. 4A, dotted line).

<5-2> Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-EGFP 동시 발현 세포주를 이용한 프로모터 활성 조사<5-2> Promoter activity using Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- EGFP coexpressed cell lines

Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-DsRed 동시 발현 hESCs를 상기 실시예 4의 방법으로 심근세포로 분화시켰다. 이러한 세포주를 이용하여 심근세포로 분화시키면, Nkx2.5 프로모터에 의해 EGFP(녹색형광)을 발현하고, MLC2v 프로모터에 의해 DsRed(적색형광)을 발현하는 심근세포가 만들어지게 된다. 이를 형광현미경으로 관찰하여 확인하였다 (도 4b). 그 결과, EB 형성단계를 포함한 초기 심근세포 분화단계에서부터 Nkx2.5 프로모터-EGFP에 의해 EGFP(녹색형광)이 발현되기 시작하고, EB를 부착 시킨 후 심근세포 분화 배지(Cardiomyocyte differentiation medium; CDM)에서 10일 이상 배양하면 MLC2v 프로모터에 의해 DsRed(적색형광)을 발현하는 심근세포가 만들어졌음을 확인할 수 있었고, 심박동 (beating)도 관찰할 수 있었다 (도 4b, 점선 부분). 이를 통해서, 분화 초기에 있어서 특이적으로 발현되는 Nkx2.5와 분화 후기에 있어서 특이적으로 발현되는 MLC2v 두 마커를 병용마커 및 더블마커로 사용하는 경우, 높은 민감도 및 특이도를 가지고 심근세포로의 분화여부를 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 구체적인 발현 시기 및 분화세포 비율까지 탐지할 수 있음을 확인하였다. Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- DsRed coexpressed hESCs were differentiated into cardiomyocytes by the method of Example 4 above. Differentiation into cardiomyocytes using these cell lines results in the production of cardiomyocytes expressing EGFP (green fluorescence) by the Nkx2.5 promoter and DsRed (red fluorescence) by the MLC2v promoter. This was confirmed by observing with a fluorescence microscope (Fig. 4b). As a result, EGFP (green fluorescence) began to be expressed by the Nkx2.5 promoter- EGFP from the initial cardiomyocyte differentiation stage including the EB formation stage, and after attachment of EB, in cardiomyocyte differentiation medium (CDM). When cultured for 10 days or more, it was confirmed that the cardiomyocytes expressing DsRed (red fluorescence) were produced by the MLC2v promoter, and heartbeat (beating) was also observed (FIG. 4B, dotted line). In this case, when two markers, Nkx2.5 , which are specifically expressed at the early stage of differentiation, and MLC2v , which are specifically expressed at the late stage of differentiation, are used as a combination marker and a double marker, they have high sensitivity and specificity to cardiomyocytes. In addition to confirming the differentiation, it was confirmed that the specific expression time and the percentage of differentiated cells can be detected.

실시예 6. 심근세포 특이적 유전자의 RT-PCR 분석Example 6 RT-PCR Analysis of Cardiomyocyte Specific Genes

<6-1> Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2V 프로모터-EGFP 발현 세포주를 이용한 심근세포 특이적 유전자의 RT-PCR 분석<6-1> RT-PCR analysis of cardiomyocyte specific genes using Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2V promoter- EGFP expressing cell lines

심근세포 특이적 마커 유전자의 발현 여부를 확인하기 위하여, 대조군 hESCs, 이로부터 분화된 인간 심근세포 (hCM, human cardiomyocyte), 그리고 Nkx2.5 프로모터-EGFP 발현 hESCs로부터 분화시킨 인간 심근세포 (hCM-Nkx2.5) 및 MLC2v 프로모터-EGFP 발현 hESCs로부터 분화시킨 인간 심근세포 (hCM-MLC2V)로부터 분리해 낸 전체 RNA 2mg을 주형으로 Superscript kit (Invitrogen)를 이용 42℃, 90분간 반응시켜 역전사(reverse transcription)시켰다. PCR 반응에 사용한 프라이머 세트의 염기서열은 Nkx2.5 센스 프라이머 5'-GGTCTATGAACTGGAGCGGC-3' (서열번호 19) Nkx2.5 안티센스 프라이머 5'-ATAGGCGGGGTAGGCGTTAT-3' (서열번호 20) MLC2A 센스 프라이머 5'-GCTCTTTGGGGAGAAGCTCA-3' (서열번호 21) MLC2A 안티센스 프라이머 5'-CGTCTCCATGGGTGATGATG-3' (서열번호 22) α-MHC 센스 프라이머 5'-GTCATTGCTGAAACCGAGAATG-3' (서열번호 23) α-MHC 안티센스 프라이머 5'-GCAAAGTACTGGATGACACGCT-3' (서열번호 24) β-MHC 센스 프라이머 5'-AGATGGATGCTGACCTGTCC-3' (서열번호 25) β-MHC 안티센스 프라이머 5'- GGTTTTTCCTGTCCTCCTCC-3' (서열번호 26) Isl1 센스 프라이머 5'-GTGGTCTTCTCCGGCTGCTTGTGG-3' (서열번호 27) Isl1 안티센스 프라이머 5'-GGGATCCACTCCACGAAGTA-3' (서열번호 28) Tbx20 센스 프라이머 5'-CTGAGCCACTGATCCCCACCAC-3' (서열번호 29) Tbx20 안티센스 프라이머 5'-CTCAGGATCCACCCCCGAAAAG-3' (서열번호 30) ANP 센스 프라이머 5'-GAACCAGAGGGGAGAGACAGAG-3' (서열번호 31) ANP 안티센스 프라이머 5'-CCCTCAGCTTGCTTTTTAGGAG-3' (서열번호 32) GATA4 센스 프라이머 5'- GGTTCCCAGGCCTCTTGCAATGCGG-3' (서열번호 33) GATA4 안티센스 프라이머 5'-AGTGGCATTGCTGGAGTTACCGCTG-3' (서열번호 34) Mef2c 센스 프라이머 5'-AGATACCCACAACACACCACGCGCC-3' (서열번호 35) Mef2c 안티센스 프라이머 5'-ATCCTTCAGAGAGTCGCATGC-3' (서열번호 36) Oct4 센스 프라이머 이고 5'-GAGAAGGATGTGGTCCGAGTGTG-3' (서열번호 37) Oct4 안티센스 프라이머 5'-CAGAGGAAAGGACACTGGTCCC-3' (서열번호 38)를 대조군으로 사용한 GAPDH의 증폭은 5'-GAAGGTGAAGGTCGGAGTC-3' 및 5'-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3' 를 프라이머로 사용하였다. 본 증폭에 사용한 RT-PCR 반응조건은 94℃에서 5분간 변성(denaturation)을 한 뒤 94℃에서 30초, 58℃에서 30초, 72℃에서 30초의 PCR 반응을 30번 반복하고, 72℃에서 1분간 중합(polymerization) 반응을 수행하였다. 그 결과, 상기 RT-PCR 산물을 1.5%의 아가로스 젤(agarose gel)에서 전기영동하여, Nkx2.5 프로모터-EGFP 발현 hESCs로부터 분화시킨 인간 심근세포 (hCM-Nkx2.5) 및 MLC2v 프로모터-EGFP 발현 hESCs로부터 분화시킨 인간 심근세포 (hCM-MLC2v)에서 Nkx2.5, MLC2A, α-MHC, β-MHC, Isl1, Tbx20, ANP, GATA4, MEF2C 및 대조군 GAPDH의 발현 여부를 각각 확인 하였다 (도 5a). 본 발명의 방법으로 제조된 세포에서의 상기 분자 마커의 발현을 RT-PCR로 조사한 결과, 대조군 hESCs로부터 분화시킨 인간심근세포와 Nkx2.5 프로모터-EGFP 발현 hESCs로부터 분화시킨 인간 심근세포 (hCM-Nkx2.5) 및 MLC2v 프로모터-EGFP 발현 hESCs로부터 분화시킨 인간 심근세포 (hCM-MLC2v)에서 Nkx2.5, MLC2A, α-MHC, β-MHC, Isl1, Tbx20, ANP, GATA4MEF2C 등 심근세포 특이적 마커의 발현이 거의 비슷한 양상으로 발현되고 있음을 확인하였다. To confirm the expression of cardiomyocyte specific marker genes, the control hESCs, human cardiomyocytes differentiated therefrom (hCM), and human cardiomyocytes differentiated from Nkx2.5 promoter- EGFP expressing hESCs (hCM-Nkx2 .5) and 2 mg of total RNA isolated from human cardiomyocytes (hCM- MLC2V ) differentiated from MLC2v promoter- EGFP expressing hESCs as a template using a Superscript kit (Invitrogen) for 90 minutes at 42 ° C for reverse transcription. I was. The base sequence of the primer set used for the PCR reaction is Nkx2.5 sense primer 5'-GGTCTATGAACTGGAGCGGC-3 '(SEQ ID NO: 19) Nkx2.5 antisense primer 5'-ATAGGCGGGGTAGGCGTTAT-3' (SEQ ID NO: 20) MLC2A sense primer 5'- GCTCTTTGGGGAGAAGCTCA-3 '(SEQ ID NO: 21) MLC2A antisense primer 5'-CGTCTCCATGGGTGATGATG-3' (SEQ ID NO: 22) α- MHC sense primer 5'-GTCATTGCTGAAACCGAGAATG-3 '(SEQ ID NO: 23) α- MHC antisense primer 5'-GCAAAGTACTGGATGAC -3 '(SEQ ID NO: 24) β- MHC sense primer 5'-AGATGGATGCTGACCTGTCC-3' (SEQ ID NO: 25) β- MHC antisense primer 5'-GGTTTTTCCTGTCCTCCTCC-3 '(SEQ ID NO: 26) Isl1 sense primer 5'-GTGGTCTTCTCCGGCTGCTTGTGG- 3 '(SEQ ID NO: 27) Isl1 antisense primer 5'-GGGATCCACTCCACGAAGTA-3' (SEQ ID NO: 28) Tbx20 sense primer 5'-CTGAGCCACTGATCCCCACCAC-3 '(SEQ ID NO: 29) Tbx20 antisense primer 5'-CTCAGGATCCACCCCCGAAAAG-3' 30) ANP Sense Primer 5'-G AACCAGAGGGGAGAGACAGAG-3 '(SEQ ID NO: 31) ANP Antisense Primer 5'-CCCTCAGCTTGCTTTTTAGGAG-3' (SEQ ID NO: 32) GATA4 Sense Primer 5'- GGTTCCCAGGCCTCTTGCAATGCGG-3 '(SEQ ID NO: 33) GATA4 Antisense Primer 5'-AGTGGCATTGCTGGAGTTA SEQ ID NO: 34) Mef2c Sense Primer 5'-AGATACCCACAACACACCACGCGCC-3 '(SEQ ID NO: 35) Mef2c Antisense Primer 5'-ATCCTTCAGAGAGTCGCATGC-3' (SEQ ID NO: 36) Oct4 Sense Primer and 5'-GAGAAGGATGTGGTCCGAGTGTG-3 '(SEQ ID NO: 37) GAPDH amplification using Oct4 antisense primer 5'-CAGAGGAAAGGACACTGGTCCC-3 '(SEQ ID NO: 38) as a control, 5'-GAAGGTGAAGGTCGGAGTC-3' and 5'-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3 'were used as primers. RT-PCR reaction conditions used for this amplification were denatured at 94 ° C. for 5 minutes, followed by 30 times at 94 ° C., 30 seconds at 58 ° C., 30 seconds at 72 ° C., and 30 times at 72 ° C. A polymerization reaction was performed for 1 minute. As a result, the RT-PCR product was electrophoresed on 1.5% agarose gel to differentiate human cardiomyocytes (hCM-Nkx2.5) and MLC2v promoter- EGFP, differentiated from Nkx2.5 promoter- EGFP expressing hESCs. Expression of Nkx2.5, MLC2A, α-MHC, β-MHC, Isl1, Tbx20, ANP, GATA4, MEF2C and control GAPDH in human cardiomyocytes (hCM- MLC2v ) differentiated from expressing hESCs was confirmed, respectively (FIG. 5A). ). Expression of the molecular markers in the cells prepared by the method of the present invention was examined by RT-PCR, and human cardiomyocytes differentiated from control hESCs and human cardiomyocytes differentiated from Nkx2.5 promoter- EGFP expressing hESCs (hCM- Nkx2). .5 ) and cardiomyocyte specificity such as Nkx2.5, MLC2A, α-MHC, β-MHC, Isl1, Tbx20, ANP, GATA4 and MEF2C in human cardiomyocytes (hCM- MLC2v ) differentiated from MLC2v promoter- EGFP expressing hESCs It was confirmed that the expression of the marker is expressed in almost similar manner.

실시예 7. 심근세포의 특이적 단백질의 면역화학(immunocytochemistry) 분석Example 7 Immunocytochemistry Analysis of Specific Proteins in Cardiomyocytes

상기 실시예 4에서 수득된 심근세포(CM)를 0.1% 젤라틴이 코팅된 커버글라스(cover glass)위에 부착시켜 CDM에서 10일 동안 배양한다. 배지를 제거한 후 남아있는 배지 잔여물을 PBS로 세 번 세척하고, 4% 파라포름알데히드(paraformaldehyde)를 함유한 PBS로 30분간 고정하였다. PBS로 세 번 세척한 후, 0.1% Triton- X100을 함유한 PBS로 10분간 침투(permeabilization)시키고, 10% NGS (normal goat serum)로 1시간 동안 반응시켜서 블로킹한다. 이후 PBS/0.1%의 BSA/5%의 NGS에 다음과 같은 농도의 항체를 섞어 세포에 처리하고 4℃에서 20시간 동안 반응시켰다. anti-cTnT 항체(R&D, MAB1874, 생쥐 단일클론 IgG)는 1/20로, anti-α-actinin 항체(Sigma, A7811, 생쥐 단일클론 IgG)는 1/200의 농도를 사용하였다. 일차항체 반응이 끝나면 PBS로 세척하고 적당한 이차항체를 세포에 처리하여 상온에서 한 시간 동안 처리하였다. 핵은 DAPI를 사용하여 염색하였다. 모든 반응이 끝나면 마운팅(mounting)하여 형광현미경으로 염색을 확인하고 사진을 찍었다(도 6). 그 결과, 거의 모든 세포에서 심근세포 마커인 cTnT 과 α-actinin 이 발현되고 있음을 확인하였다. 또한 이러한 심근세포 마커가 NKX2.5 프로모터와 MLC2v 프로모터에 의해 각각 발현되는 EGFP(녹색형광)와 동시 발현되고 있음을 확인하였다.The cardiomyocytes (CM) obtained in Example 4 were attached to a cover glass coated with 0.1% gelatin and incubated for 10 days in CDM. After removing the medium, the remaining medium residue was washed three times with PBS and fixed for 30 minutes with PBS containing 4% paraformaldehyde. After washing three times with PBS, the solution was infiltrated with PBS containing 0.1% Triton-X100 for 10 minutes and blocked by reacting with 10% NGS (normal goat serum) for 1 hour. Then, the antibody was mixed with PBS / 0.1% BSA / 5% NGS and the following concentrations were treated to the cells and reacted at 4 ° C. for 20 hours. Anti-cTnT antibody (R & D, MAB1874, mouse monoclonal IgG) was 1/20 and anti-α-actinin antibody (Sigma, A7811, mouse monoclonal IgG) was used at a concentration of 1/200. At the end of the primary antibody reaction, the cells were washed with PBS and treated with a suitable secondary antibody for 1 hour at room temperature. Nuclei were stained using DAPI. After all reactions were mounted (mounted) to confirm the staining with a fluorescence microscope and photographed (Fig. 6). As a result, the cardiomyocyte markers cTnT and α-actinin were expressed in almost all cells. In addition, it was confirmed that these cardiomyocyte markers are co- expressed with EGFP (green fluorescence) expressed by the NKX2.5 promoter and the MLC2v promoter, respectively.

도 1은 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터의 염기서열을 나타낸 그림이다.1 is a diagram showing the nucleotide sequence of the Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter.

도 2은 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터를 포함하는 벡터를 도시한 것으로서, 도 2a는 pLenti6-Nkx2.5 프로모터-EGFP 및 pLenti6-MLC2v 프로모터-DsRed 벡터를 도시한 그림이고, 도 2b는 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터 각각의 다운스트림에 EGFP를 위치하도록 구성한 벡터를 도시한 그림이다.Figure 2 shows a vector comprising the Nkx2.5 promoter and the MLC2v promoter, Figure 2a shows the pLenti6- Nkx2.5 promoter- EGFP and pLenti6- MLC2v promoter- DsRed vector, Figure 2b is a Nkx2.5 The figure shows the vector configured to place EGFP downstream of each of the promoter and the MLC2v promoter.

도 3는 제조된 벡터가 배아줄기세포주에 성공적으로 형질감염 되었는지 여부를 전기영동을 통하여 확인한 결과로서, 도 3a는 Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-EGFP 각각이 형질감염 되었음을 확인한 사진이고, 도 3b는 Nkx2.5 프로모터-EGFPMLC2v 프로모터-EGFP에 의해 동시에 형질감염이 되었음을 확인한 사진이다. 3 is a result of confirming whether the prepared vector was successfully transfected into the embryonic stem cell line by electrophoresis, Figure 3a is a photograph confirming that each of the Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- EGFP transfected, 3b is a photograph confirming simultaneous transfection by Nkx2.5 promoter- EGFP and MLC2v promoter- EGFP .

도 4은 배아줄기세포가 심근세포로 분화되어 Nkx2.5 MLC2v 프로모터가 활성화되는지 여부를 확인한 사진으로서, 도 4a는 Nkx2.5MLC2v 각각에 대해 시기별로 녹색형광이 발색됨을 확인한 사진이다. 도 4b는 Nkx2.5MLC2v에 대해 한 세포주 내에서 초기에는 Nkx2.5에 의한 녹색형광이 발색되고, 후기에는 MLC2v에 의해서 적색형광이 발색됨을 확인한 사진이다. FIG. 4 is a photograph confirming whether embryonic stem cells are differentiated into cardiomyocytes to activate the Nkx2.5 and MLC2v promoters. FIG. 4A is a photograph confirming that green fluorescence is developed for each of Nkx2.5 and MLC2v . 4b is a photograph confirming that Nkx2.5 and MLC2v initially develop green fluorescence by Nkx2.5 and red fluorescence by MLC2v in later cell lines.

도 5는 배아줄기세포와 심근세포로 분화가 유도된 세포에서 심근세포 마커 유전자 (Nkx2.5, MLC2A, α-MHC, β-MHC, Isl1, Tbx20, ANP, GATA4, MEF2C) 및 대조군 GAPDH의 발현을 확인한 결과이다. 도 5a는 대조군 배아줄기세포와 그로부터 분화된 심근세포, Nkx2.5-리포터 유전자가 포함된 벡터로 형질감염되어 구축된 배아줄기세포(hES-Nkx2.5)와 그로부터 심근세포로 분화 유도된 세포(hCM-Nkx2.5) 및 MLC2v-리포터 유전자가 포함된 벡터로 형질감염되어 구축된 배아줄기세포(hES-MLC2v)와 그로부터 심근세포로 분화 유도된 세포(hCM-MLC2v) 각각에 대한 심근세포 마커 유전자의 발현을 확인한 사진이다. 도 5b는 대조군 배아줄기세포와 그로부터 분화된 심근세포, Nkx2.5-리포터 유전자와 MLC2v-리포터 유전자가 동시에 포함된 벡터로 형질감염 되어 구축된 배아줄기세포(hES-Nkx2.5+MLC2v)와 그로부터 심근세포로 분화 유도된 세포(hCM-Nkx2.5+MLC2v)에 대한 심근세포 마커 유전자의 발현을 확인한 사진이다.Figure 5 shows the expression of cardiomyocyte marker genes ( Nkx2.5, MLC2A, α-MHC, β-MHC, Isl1, Tbx20, ANP, GATA4, MEF2C ) and control GAPDH in embryonic stem cells and cells induced differentiation into cardiomyocytes. This is the result of checking. 5a shows control embryonic stem cells and cardiomyocytes differentiated therefrom, embryonic stem cells constructed by transfection with a vector containing a Nkx2.5 -reporter gene (hES- Nkx2.5 ) and cells induced to differentiate into cardiomyocytes ( Cardiomyocyte marker genes for embryonic stem cells (hES- MLC2v ) constructed by transfection with vectors containing hCM- Nkx2.5 ) and MLC2v -reporter genes and cells induced to differentiate into cardiomyocytes (hCM- MLC2v ) It is a photograph confirming the expression of. 5b shows control embryonic stem cells and cardiomyocytes differentiated therefrom, embryonic stem cells (hES- Nkx2.5 + MLC2v ) constructed by transfection with a vector containing the Nkx2.5 -reporter gene and the MLC2v -reporter gene at the same time. It is a photograph confirming the expression of the cardiomyocyte marker gene for the cells differentiated into cardiomyocytes (hCM- Nkx2.5 + MLC2v ).

도 6은 심근세포 특이적 단백질(cTnT 및 a-actinin)의 발현을 면역화학분석법을 통하여 확인한 결과이다.6 shows the results of confirming the expression of cardiomyocyte specific proteins (cTnT and a-actinin) through immunochemical analysis.

<110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Reporter system comprising dual promoter and methods for analyzing the differentiation of embryonic stem cells into cardiac lineage <130> PA090179/KR <160> 38 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Nkx2.5 <400> 1 gatcacccca cttgccctgc c 21 <210> 2 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Nkx2.5 <400> 2 gagcgatgag cagtttcg 18 <210> 3 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of MLC2v <400> 3 gccacagtgc cagccttcat gg 22 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of MLC2v <400> 4 gtggaaagga cccagcactg 20 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of EGFP gene <400> 5 caccatggtg agcaagggcg ag 22 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of EGFP gene <400> 6 cttgtacagc tcgtccatgc cgag 24 <210> 7 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of DsRed gene <400> 7 caccatggcc tcctccgaga ac 22 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of DsRed gene <400> 8 caggaacagg tggtggcggc 20 <210> 9 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Nkx2.5 promoter with EcoRI restriction site <400> 9 gtagaattcg atcaccccac ttgccctg 28 <210> 10 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Nkx2.5 promoter with BamHI restriction site <400> 10 gatggatccg agcgatgagc agtttcg 27 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of MLC2v promoter with BglII restriction site <400> 11 gatagatctg ccacagtgcc agccttcatg 30 <210> 12 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of MLC2v promoter with SalI restriction site <400> 12 gaagtcgacg tggaaaggac ccagcactg 29 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer of neomycin gene for amplification <400> 13 cgcatgattg aacaagatgg 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer of neomycin gene for amplification <400> 14 atactttctc ggcaggagca 20 <210> 15 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of GAPDH <400> 15 gaaggtgaag gtcggagtc 19 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of GAPDH <400> 16 gaagatggtg atgggatttc 20 <210> 17 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of DsRed gene for amplification <400> 17 ccaaggtgta cgtgaagca 19 <210> 18 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of DsRed gene for amplification <400> 18 cccatggtct tcttctgcat 20 <210> 19 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Nkx2.5 <400> 19 ggtctatgaa ctggagcggc 20 <210> 20 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Nkx2.5 <400> 20 ataggcgggg taggcgttat 20 <210> 21 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of MLC2A <400> 21 gctctttggg gagaagctca 20 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of MLC2A <400> 22 cgtctccatg ggtgatgatg 20 <210> 23 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of alpha-MHC <400> 23 gtcattgctg aaaccgagaa tg 22 <210> 24 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of alpha-MHC <400> 24 gcaaagtact ggatgacacg ct 22 <210> 25 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of beta-MHC <400> 25 agatggatgc tgacctgtcc 20 <210> 26 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of beta-MHC <400> 26 ggtttttcct gtcctcctcc 20 <210> 27 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Isl1 <400> 27 gtggtcttct ccggctgctt gtgg 24 <210> 28 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Isl1 <400> 28 gggatccact ccacgaagta 20 <210> 29 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Tbx20 <400> 29 ctgagccact gatccccacc ac 22 <210> 30 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Tbx20 <400> 30 ctcaggatcc acccccgaaa ag 22 <210> 31 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of ANP <400> 31 gaaccagagg ggagagacag ag 22 <210> 32 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of ANP <400> 32 ccctcagctt gctttttagg ag 22 <210> 33 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of GATA4 <400> 33 ggttcccagg cctcttgcaa tgcgg 25 <210> 34 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of GATA4 <400> 34 agtggcattg ctggagttac cgctg 25 <210> 35 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Mef2c <400> 35 agatacccac aacacaccac gcgcc 25 <210> 36 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Mef2c <400> 36 atccttcaga gagtcgcatg c 21 <210> 37 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Oct4 <400> 37 gagaaggatg tggtccgagt gtg 23 <210> 38 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Oct4 <400> 38 cagaggaaag gacactggtc cc 22 <110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Reporter system comprising dual promoter and methods for          analyzing the differentiation of embryonic stem cells into          cardiac lineage <130> PA090179 / KR <160> 38 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Nkx2.5 <400> 1 gatcacccca cttgccctgc c 21 <210> 2 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Nkx2.5 <400> 2 gagcgatgag cagtttcg 18 <210> 3 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of MLC2v <400> 3 gccacagtgc cagccttcat gg 22 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of MLC2v <400> 4 gtggaaagga cccagcactg 20 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of EGFP gene <400> 5 caccatggtg agcaagggcg ag 22 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of EGFP gene <400> 6 cttgtacagc tcgtccatgc cgag 24 <210> 7 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of DsRed gene <400> 7 caccatggcc tcctccgaga ac 22 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of DsRed gene <400> 8 caggaacagg tggtggcggc 20 <210> 9 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Nkx2.5 promoter with EcoRI restriction site <400> 9 gtagaattcg atcaccccac ttgccctg 28 <210> 10 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Nkx2.5 promoter with BamHI restriction site <400> 10 gatggatccg agcgatgagc agtttcg 27 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of MLC2v promoter with BglII restriction site <400> 11 gatagatctg ccacagtgcc agccttcatg 30 <210> 12 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of MLC2v promoter with SalI restriction site <400> 12 gaagtcgacg tggaaaggac ccagcactg 29 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer of neomycin gene for amplification <400> 13 cgcatgattg aacaagatgg 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer of neomycin gene for amplification <400> 14 atactttctc ggcaggagca 20 <210> 15 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of GAPDH <400> 15 gaaggtgaag gtcggagtc 19 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of GAPDH <400> 16 gaagatggtg atgggatttc 20 <210> 17 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of DsRed gene for amplification <400> 17 ccaaggtgta cgtgaagca 19 <210> 18 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of DsRed gene for amplification <400> 18 cccatggtct tcttctgcat 20 <210> 19 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Nkx2.5 <400> 19 ggtctatgaa ctggagcggc 20 <210> 20 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Nkx2.5 <400> 20 ataggcgggg taggcgttat 20 <210> 21 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of MLC2A <400> 21 gctctttggg gagaagctca 20 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of MLC2A <400> 22 cgtctccatg ggtgatgatg 20 <210> 23 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of alpha-MHC <400> 23 gtcattgctg aaaccgagaa tg 22 <210> 24 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of alpha-MHC <400> 24 gcaaagtact ggatgacacg ct 22 <210> 25 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of beta-MHC <400> 25 agatggatgc tgacctgtcc 20 <210> 26 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of beta-MHC <400> 26 ggtttttcct gtcctcctcc 20 <210> 27 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Isl 1 <400> 27 gtggtcttct ccggctgctt gtgg 24 <210> 28 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Isl 1 <400> 28 gggatccact ccacgaagta 20 <210> 29 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Tbx20 <400> 29 ctgagccact gatccccacc ac 22 <210> 30 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Tbx20 <400> 30 ctcaggatcc acccccgaaa ag 22 <210> 31 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of ANP <400> 31 gaaccagagg ggagagacag ag 22 <210> 32 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of ANP <400> 32 ccctcagctt gctttttagg ag 22 <210> 33 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of GATA4 <400> 33 ggttcccagg cctcttgcaa tgcgg 25 <210> 34 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of GATA4 <400> 34 agtggcattg ctggagttac cgctg 25 <210> 35 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Mef2c <400> 35 agatacccac aacacaccac gcgcc 25 <210> 36 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Mef2c <400> 36 atccttcaga gagtcgcatg c 21 <210> 37 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sense primer of Oct 4 <400> 37 gagaaggatg tggtccgagt gtg 23 <210> 38 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> antisense primer of Oct 4 <400> 38 cagaggaaag gacactggtc cc 22  

Claims (13)

분화 초기에 Nkx2.5 프로모터 및 분화 후기에 MLC2v 프로모터의 활성을 측정하는 제제를 포함하는, 배아줄기세포로부터 심근세포로의 분화 여부를 탐지하기 위한 프로모터 활성 검출용 조성물.A composition for detecting promoter activity for detecting whether differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes, comprising an Nkx2.5 promoter at the beginning of differentiation and an agent measuring the activity of the MLC2v promoter at the end of differentiation. 제1항에 있어서, 상기 배아줄기세포는 인간 유래인 조성물.The composition of claim 1, wherein the embryonic stem cells are derived from humans. 제1항에 있어서, 상기 프로모터 활성을 측정하는 제제는 Nkx2.5 프로모터 및 상기 Nkx2.5 프로모터와 작동 가능하게 연결된 리포터 유전자, 및 MLC2v 프로모터 및 상기 MLC2v 프로모터와 작동 가능하게 연결된 리포터 유전자를 포함하는 벡터인 조성물.The method of claim 1, wherein the agent measuring the promoter activity is Nkx2.5 promoter and the Nkx2.5 promoter and the operably linked reporter gene, and MLC2v promoter and a vector comprising a reporter gene operably linked with the promoter MLC2v Phosphorus composition. 제3항에 있어서, 상기 Nkx2.5 프로모터 및 상기 Nkx2.5 프로모터와 작동 가능하게 연결된 리포터 유전자는 도 2a의 개열지도로 표시되는 pLenti6-Nkx2.5-EGFP이고, 상기 MLC2v 프로모터 및 상기 MLC2v 프로모터와 작동 가능하게 연결된 리포터 유전자는 도 2a의 개열지도로 표시되는 pLenti6-MLC2V-DsRed인 조성물.According to claim 3, wherein the Nkx2.5 promoter and the reporter gene operably linked to the Nkx2.5 promoter is pLenti6- Nkx2.5 -EGFP represented by the cleavage map of Figure 2a, the MLC2v promoter and the MLC2v promoter Wherein the operably linked reporter gene is pLenti6- MLC2V- DsRed, represented by the cleavage map of FIG. 2A. 제3항에 있어서, 상기 리포터 유전자는 녹색 형광 단백질(GFP), 변형된 녹색 형광 단백질(modified green fluorescent protein), 증강된 녹색 형광 단백 질(enhanced green fluorescent protein; EGFP), 적색 형광 단백질(RFP), 증강된 적색 형광 단백질(ERFP), 청색 형광 단백질(BFP), 증강된 청색 형광 단백질(EBFP), 황색 형광 단백질(YFP), 증강된 황색 형광 단백질(EYFP), 남색 형광 단백질(CFP), 증강된 남색 형광 단백질(ECFP), DsRed 및 레닐라 루시퍼라제(Renila luciferase)로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 조성물.The method of claim 3, wherein the reporter gene is a green fluorescent protein (GFP), modified green fluorescent protein (modified green fluorescent protein), enhanced green fluorescent protein (EGFP), red fluorescent protein (RFP) , Enhanced red fluorescent protein (ERFP), blue fluorescent protein (BFP), enhanced blue fluorescent protein (EBFP), yellow fluorescent protein (YFP), enhanced yellow fluorescent protein (EYFP), indigo fluorescent protein (CFP), enhanced Indigo blue fluorescent protein (ECFP), DsRed and Renila luciferase. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 포함하는 배아줄기세포.Embryonic stem cell comprising the composition according to any one of claims 1 to 5. Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터의 활성 수준을 확인하여 배아줄기세포로부터 신경계 세포로의 분화 여부를 탐지하는 방법.Method for detecting the differentiation of embryonic stem cells from neuronal cells by checking the activity level of Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein (a) 분화유도물질을 이용하여 배아줄기세포로부터 심근세포로 분화를 유도하는 단계;(a) inducing differentiation from embryonic stem cells to cardiomyocytes using differentiation-inducing substances; (b) 배아줄기세포 및 분화가 유도되었다고 예상되는 줄기세포의 핵산 시료 또는 단백질 시료를 얻는 단계;(b) obtaining a nucleic acid sample or protein sample of embryonic stem cells and stem cells which are expected to have differentiation induced; (c) 상기 핵산 시료 또는 단백질 시료 중, Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터 다운스트림 유전자의 mRNA 전사량 또는 상기 유전자에 의해 코딩된 단백질 발현량을 측정하는 단계; 및(c) measuring the mRNA transcription amount of the Nkx2.5 promoter and the MLC2v promoter downstream gene or the protein expression encoded by the gene in the nucleic acid sample or protein sample; And (d) 상기 단계 (c)의 유전자의 전사량 또는 상기 단백질의 발현량이 증가되 었을 때, 배아줄기세포가 심근세포로 분화된 것으로 판정하는 단계를 포함하는 방법.(d) determining that embryonic stem cells have differentiated into cardiomyocytes when the amount of transcription of the gene of step (c) or the amount of expression of the protein is increased. 제7항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 유전자의 발현량은 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR) 또는 실시간 중합효소연쇄반응(Real time PCR)으로 확인하는 방법.The method of claim 7, wherein the expression level of the gene in step (c) is confirmed by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) or real time polymerase chain reaction (Real time PCR). 제7항에 있어서, 상기 다운스트림 유전자는 녹색 형광 단백질(GFP), 변형된 녹색 형광 단백질(modified green fluorescent protein), 증강된 녹색 형광 단백질(enhanced green fluore질(ERFP), 청색 형광 단백질(BFP), 증강된 청색 형광 단백질(EBFP), 황색 형광 단백질(YFP), 증강된 황색 형광 단백질(EYFP), 남색 형광 단백질(CFP), 증강된 남색 형광 단백질(ECFP), DsRed 및 레닐라 루시퍼라제(Renila luciferase)로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 방법.The method of claim 7, wherein the downstream gene is a green fluorescent protein (GFP), modified green fluorescent protein (modified green fluorescent protein), enhanced green fluorescent protein (ERFP), blue fluorescent protein (BFP) , Enhanced blue fluorescent protein (EBFP), yellow fluorescent protein (YFP), enhanced yellow fluorescent protein (EYFP), indigo fluorescent protein (CFP), enhanced indigo fluorescent protein (ECFP), DsRed and Renilla Luciferase (Renila) luciferase). 제7항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 단백질의 발현량을 측정하는 단계는 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터에 의해 발현되는 다운스트림 유전자의 발색 수준을 배아줄기세포의 단백질 시료에서의 발색 수준과 비교하는 단계를 포함하는 것인 방법.According to claim 7, wherein the step of measuring the expression level of the protein in step (c) is the coloration level of the downstream gene expressed by the Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter and the color development level in the protein sample of embryonic stem cells And comparing the same. Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터 활성을 증가 또는 감소시킴으로써 배아줄기세포로부터 신경계 세포로의 분화를 조절하는 방법.A method of regulating differentiation from embryonic stem cells to neuronal cells by increasing or decreasing the Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter activity. 배아줄기세포에 심근세포로의 분화를 조절할 것으로 예상되는 후보 물질을 처리하는 단계; 및 배아줄기세포에서 Nkx2.5 프로모터 및 MLC2v 프로모터 다운스트림 유전자의 전사 활성 또는 상기 유전자에 의해 코딩되는 단백질의 발현 정도를 측정하는 단계를 포함하는, 배아줄기세포로부터 심근세포로의 분화 조절 물질을 스크리닝하는 방법.Treating embryonic stem cells with candidate substances expected to regulate differentiation into cardiomyocytes; And measuring the transcriptional activity of the Nkx2.5 promoter and MLC2v promoter downstream genes or expression levels of the proteins encoded by the genes in the embryonic stem cells, screening differentiation regulating agents from embryonic stem cells to cardiomyocytes. How to.
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