KR20200119010A - Recombinant Expression Vector comprising Electromagnetic Perceptive Gene, Transformed Cell Line Transfected by the Vector, and Cellular Therapeutic Agent containing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a recombinant expression vector comprising an electromagnetic perceptive gene, a transformed cell line transfected by the vector, and a cellular therapeutic agent comprising the same. Stem cells can be converted in the body through an external electromagnetic field so as to alleviate muscle diseases, especially Duchenne muscular dystrophy, without immune rejection, stability problems, and side effects caused by undifferentiated cells, and thus can be useful for the prevention or treatment of muscle diseases.

Description

전자기장 반응 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터, 이 벡터가 도입된 형질전환 세포주 및 이를 포함하는 세포치료제{Recombinant Expression Vector comprising Electromagnetic Perceptive Gene, Transformed Cell Line Transfected by the Vector, and Cellular Therapeutic Agent containing the same}Recombinant Expression Vector comprising Electromagnetic Perceptive Gene, Transformed Cell Line Transfected by the Vector, and Cellular Therapeutic Agent containing the same}

본 발명은 전자기장 반응 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터, 이 벡터가 도입된 형질전환 세포주 및 이를 포함하는 세포치료제에 관한 것이다.The present invention relates to a recombinant expression vector comprising an electromagnetic field response gene, a transformed cell line into which the vector is introduced, and a cell therapy product comprising the same.

듀시엔형 근이영양증(Duchenne muscular dystrophy, DMD)은 진행성 근육 변성과 약화가 특징인 유전적 질병으로, 유전자의 돌연변이로 인해 디스트로핀(dystrophin) 단백질이 생성되지 않아 운동 장애, 관절의 구축, 호흡계, 심장 질환계 질병을 야기하며, 심하면 죽음에 이르게 한다. 디스트로핀 단백질은 근육 수축의 힘을 근세포 내부에서 세포막으로 전달하는 역할을 한다. 이 단백질은 spectrin repeat이라고 하는 일련의 반복 단위체로 이루어져 있는데, 이 중간 영역에서 유전자 서열의 돌연변이가 발생하면 전체 단백질의 생산이 이루어지지 않는다. 듀시엔형 근이영양증은 X 염색체상의 돌연변이로 인한 유전적 질환이므로 여성보다는 남성에서 높은 발병율을 나타낸다. 듀시엔형 근이영양증의 경우, 신체내에서 근골격계 근육의 부피가 크고 핵이 분열하지 못하는 다핵 섬유로 구성이 되어 있어 현재 완치가 어려운 난치성 질환으로 분류된다. Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a genetic disease characterized by progressive muscle degeneration and weakness.Dystrophin protein is not produced due to gene mutations, resulting in movement disorders, joint construction, respiratory system, and heart disease. Causes system diseases and, in severe cases, leads to death. The dystrophin protein plays a role in transferring the force of muscle contraction from inside the muscle cell to the cell membrane. This protein is made up of a series of repeating units called spectrin repeats. When a mutation in the gene sequence occurs in this intermediate region, the entire protein is not produced. Duchenne-type muscular dystrophy is a genetic disease caused by a mutation on the X chromosome, so it has a higher incidence in men than in women. In the case of Duchenne-type muscular dystrophy, the musculoskeletal muscle in the body is large in volume and consists of multinuclear fibers in which the nucleus cannot be divided, so it is currently classified as a difficult cure.

최근, 약물, 유전자, 세포를 이용한 다양한 치료법에 대한 연구가 진행되고 있다. 최근 골수 중간엽 줄기세포가 통제된 실험실 조건하에서 지방, 연골, 뼈, 심근, 근육 등의 다양한 중간엽 계열 세포들로 분화 한다는 것이 증명됨에 따라, 중간엽 줄기세포를 이용한 치료가 기대되고 있다. 이와 같은 줄기세포의 치료는 듀시엔형 근이영양증의 가장 유망한 치료방법 중 하나로써, 현재 줄기세포를 이용한 듀시엔형 근이영양증의 치료법은 다음과 같은 두 가지 방법으로 진행되고 있다. 첫 번째는 자가 줄기세포 전이(autologous stem cell transfer)로 듀시엔형 근이영양증 환자의 세포가 디스트로핀을 발현을 위해 in vitro에서 유전적으로 변형이 되고 재이식하는 방법 및 동종 이형성 줄기세포 전이(allogenic stem cell transfer)로 정상적인 디스트로핀을 발현하는 세포를 듀시엔형 근이영양증 환자에게 주입하는 방법이다. 두 번째는 기저막(basal lamina)과 근육섬유막 사이에 존재하는 근원성 원종(myogenic progenitor)으로 근육 섬유를 생성하는 위성세포(satellite cell; SCs)를 이용하는 것인데, 치료를 위한 많은 주사의 필요성, SCs의 면역 반응으로 인한 빠른 소멸이 단점이다.Recently, studies on various treatments using drugs, genes, and cells are being conducted. Recently, as it has been demonstrated that bone marrow mesenchymal stem cells differentiate into various mesenchymal cells such as fat, cartilage, bone, myocardium and muscle under controlled laboratory conditions, treatment using mesenchymal stem cells is expected. Such stem cell treatment is one of the most promising treatment methods for Ducian-type muscular dystrophy. Currently, the treatment of Ducian-type muscular dystrophy using stem cells is proceeding in the following two ways. The first is autologous stem cell transfer, a method in which cells of patients with Duchenian muscular dystrophy are genetically modified and re-transplanted in vitro to express dystrophin, and allogenic stem cell transfer. ) Is a method of injecting cells expressing normal dystrophin into patients with Ducian-type muscular dystrophy. The second is to use satellite cells (SCs) that produce muscle fibers as a myogenic progenitor that exists between the basal lamina and the muscle fibrous membrane. The need for many injections for treatment is the need for SCs. The disadvantage is the rapid disappearance due to the immune response.

한편, 과거 줄기세포 치료법은 전신 순환을 통해 근육 병변 부위에 근원 줄기세포를 전달하는 데 초점을 맞췄으나, 정맥 내로 주입된 세포는 다른 기관(예컨대, 간, 비장, 폐)에 갇혀서 효과가 낮았다. 따라서, 현재 줄기세포 기반의 치료제는 다양한 기원의 줄기세포를 이용하여 체내의 질병환경 또는 면역반응을 활성함으로써, 특정 질병을 타겟으로 하는 환자 맞춤형 치료 방법으로 개발되고 있으며, 주로 암 치료 또는 골, 관절 질환을 주 타겟으로 개발되고 있다. 환자에서 직접 또는 사람유래 줄기세포를 전 처리하여 치료제로써의 기능을 활성화하는 현재 개발되고 있는 방법은 기존의 질병 치료에 비하여 부담이 적어 향후 바이오 신약으로 중요한 부분을 차지할 것으로 예상되지만, 그 부작용을 완벽히 통제할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 줄기세포치료제의 질병치료 적용시, 거부반응으로 인한 환자의 면역체계가 이식된 세포 또는 정상 세포를 직접적으로 공격할 수 있는 부작용을 동반할 수 있으므로, 암 유발 및 이소성(ectopic) 조직생성 등의 단기 또는 장기에 걸쳐 예상치 못한 부작용이 발생할 수 있다.Meanwhile, in the past, stem cell therapy focused on delivering source stem cells to muscle lesions through systemic circulation, but cells injected intravenously were trapped in other organs (e.g., liver, spleen, lung) and thus had low effectiveness. Therefore, the current stem cell-based therapeutic agent is being developed as a patient-specific treatment method targeting a specific disease by activating the disease environment or immune response in the body using stem cells of various origins. Disease is being developed as the main target. The currently developed method of activating the function as a therapeutic agent by directly or by pre-treating human-derived stem cells from the patient is less burdensome than the existing disease treatment and is expected to occupy an important part as a bio new drug in the future, but its side effects are completely eliminated. The downside is that you can't control it. In addition, when applying stem cell therapy to disease treatment, the patient's immune system due to rejection may have side effects that can directly attack transplanted cells or normal cells, causing cancer and creating ectopic tissues, etc. Unexpected side effects can occur over the short or long term.

이에, 줄기세포 치료에 따른 먼역거부, 안정성, 미분화 세포에 의한 부작용 및 복잡성을 해결하고자, 본 발명자들은 체내 근육세포 분화 유도가 가능한 줄기세포 기반의 근육질환 치료제를 개발하기 위한 연구를 수행하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, in order to solve the distant rejection, stability, and side effects and complexity caused by undifferentiated cells according to stem cell treatment, the present inventors conducted a study to develop a stem cell-based therapeutic agent for muscle diseases capable of inducing muscle cell differentiation in the body. Was completed.

국제특허공개 제2016/139650호International Patent Publication No. 2016/139650

본 발명의 하나의 목적은 전자기장 반응 유전자(Electromagnetic Perceptive Gene, EPG)를 암호화하는 뉴클레오티드 서열; 및 상기 뉴클레오티드 서열에 작동가능하게 연결된 프로모터를 포함하는 재조합 발현벡터를 제공하는 것이다.One object of the present invention is a nucleotide sequence encoding an electromagnetic response gene (Electromagnetic Perceptive Gene, EPG); And it is to provide a recombinant expression vector comprising a promoter operably linked to the nucleotide sequence.

본 발명의 다른 목적은 EPG를 암호화하는 뉴클레오티드 서열; 및 상기 뉴클레오티드 서열에 작동가능하게 연결된 프로모터를 포함하는 재조합 발현벡터가 도입된 근육질환 예방 또는 치료용 형질전환 세포주를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a nucleotide sequence encoding EPG; And it is to provide a transformed cell line for preventing or treating muscle disease into which a recombinant expression vector comprising a promoter operably linked to the nucleotide sequence is introduced.

본 발명의 또 다른 목적은 EPG를 암호화하는 뉴클레오티드 서열; 및 상기 뉴클레오티드 서열에 작동가능하게 연결된 프로모터를 포함하는 재조합 발현벡터가 도입된 근육질환 예방 또는 치료용 형질전환 세포주를 포함하고, 상기 세포는 근육 줄기세포인 것인 근육병 예방 또는 치료용 세포치료제를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a nucleotide sequence encoding EPG; And a transformed cell line for preventing or treating muscle disease into which a recombinant expression vector comprising a promoter operably linked to the nucleotide sequence is introduced, wherein the cell is a muscle stem cell. Is to do.

본 발명의 일 양상은 전자기장 반응 유전자(Electromagnetic Perceptive Gene, EPG)를 암호화하는 뉴클레오티드 서열; 및 상기 뉴클레오티드 서열에 작동가능하게 연결된 프로모터를 포함하는 재조합 발현벡터를 제공한다.One aspect of the present invention is a nucleotide sequence encoding an electromagnetic field response gene (Electromagnetic Perceptive Gene, EPG); And it provides a recombinant expression vector comprising a promoter operably linked to the nucleotide sequence.

본 발명의 재조합 발현벡터를 이용하여 세포를 형질전환하면, 세포 내에 EPG를 도입할 수 있다. EPG에 의해 형질 전환된 세포는 세포막내 칼슘 채널과 연동하여 세포 외부의 칼슘이온을 세포 내 또는 세포내 소기관인 소포체로 유입시킬 수 있으므로, 세포내 칼슘이온 농도를 증가시킬 수 있으며, 세포내 칼슘이온 농도 증가에 따라 세포 특이적 반응, 예를 들어, 근육 줄기세포의 근세포로의 분화를 유도할 수 있다.When cells are transformed using the recombinant expression vector of the present invention, EPG can be introduced into the cells. Cells transformed by EPG interlock with calcium channels in the cell membrane to introduce calcium ions from outside the cell into the endoplasmic reticulum, which is an organelle inside the cell or into the endoplasmic reticulum, thereby increasing the intracellular calcium ion concentration, and intracellular calcium ions. As the concentration increases, it is possible to induce a cell-specific response, for example, differentiation of muscle stem cells into muscle cells.

본 발명에서 사용되는 용어, "재조합 발현벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 진핵세포에서 이용 가능한 프로모터, 인핸서, 종결신호 및 폴리아데닐레이션 신호는 공지되어 있다.The term "recombinant expression vector" used in the present invention refers to a recombinant DNA molecule comprising a target coding sequence and an appropriate nucleic acid sequence essential for expressing a coding sequence operably linked in a specific host organism. Promoters, enhancers, termination signals and polyadenylation signals usable in eukaryotic cells are known.

본 발명에서 사용되는 용어, "작동가능하게 연결된"은 유전자 발현 조절 서열과 다른 뉴클레오티드 서열사이의 기능적인 결합을 의미한다. 상기 유전자 발현 조절 서열은 복제원점(replication origin), 프로모터 및 전사 종결 서열(terminator) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 전사 종결 서열은 폴리아데닐화 서열(pA)일 수 있으며, 복제 원점은 f1 복제원점, SV40 복제원점, pMB1 복제원점, 아데노 복제원점, AAV 복제원점 또는 BBV 복제원점 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As used herein, the term "operably linked" refers to a functional linkage between a gene expression control sequence and another nucleotide sequence. The gene expression control sequence may be one or more selected from the group consisting of a replication origin, a promoter, and a transcription termination sequence. The transcription termination sequence may be a polyadenylation sequence (pA), and the origin of replication may be an f1 origin of replication, SV40 origin of replication, pMB1 origin of replication, adeno origin of replication, AAV origin of replication or BBV origin of replication, etc., but is not limited thereto. .

본 발명에서 사용되는 용어, "프로모터"는 구조 유전자로부터의 DNA 업스트림의 영역을 의미하며, 전사를 개시하기 위하여 RNA 폴리머라아제가 결합하는 DNA 분자를 말한다.The term "promoter" used in the present invention refers to a region upstream of DNA from a structural gene, and refers to a DNA molecule to which RNA polymerase binds to initiate transcription.

본 발명의 일 구체예에 따른 프로모터는 특정 유전자의 전사 개시를 조절하는 전사 조절 서열 중 하나로, 약 100bp 내지 약 2500bp 길이의 폴리뉴클레오티드 단편일 수 있다. 프로모터는 세포, 예컨대, 진핵 세포(예를 들어, 식물 세포, 또는 동물 세포(예를 들어, 인간, 마우스 등의 포유류 세포 등) 등)에서 전사 개시를 조절할 수 있으면, 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들어, 프로모터는 CMV 프로모터(cytomegalovirus promoter(예를 들어, 인간 또는 마우스 CMV immediate-early 프로모터), U6 프로모터, EF1-alpha(elongation factor 1-a) 프로모터, EF1-alpha short(EFS) 프로모터, SV40 프로모터, 아데노바이러스 프로모터(major late promoter), pL λ 프로모터, trp 프로모터, lac 프로모터, tac 프로모터, T7 프로모터, 백시니아 바이러스 7.5K 프로모터, HSV의 tk 프로모터, SV40E1 프로모터, 호흡기 세포융합 바이러스(Respiratory syncytial virus; RSV) 프로모터, 메탈로티오닌 프로모터(metallothionin promoter), β-액틴 프로모터, 유비퀴틴 C 프로모터, 인간 IL-2(human interleukin-2) 유전자 프로모터, 인간 림포톡신(human lymphotoxin) 유전자 프로모터 및 인간 GM-CSF(human granulocyte-macrophage colony stimulating factor) 유전자 프로모터로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The promoter according to an embodiment of the present invention is one of the transcription control sequences that control the initiation of transcription of a specific gene, and may be a polynucleotide fragment having a length of about 100 bp to about 2500 bp. The promoter can be used without limitation as long as it can regulate the initiation of transcription in cells, such as eukaryotic cells (eg, plant cells, or animal cells (eg, mammalian cells such as humans and mice)). For example, the promoter is CMV promoter (cytomegalovirus promoter (e.g., human or mouse CMV immediate-early promoter), U6 promoter, EF1-alpha (elongation factor 1-a) promoter, EF1-alpha short (EFS) promoter, SV40 promoter, adenovirus promoter (major late promoter), pL λ promoter, trp promoter, lac promoter, tac promoter, T7 promoter, vaccinia virus 7.5K promoter, HSV tk promoter, SV40E1 promoter, Respiratory syncytial virus; RSV promoter, metallothionin promoter, β-actin promoter, ubiquitin C promoter, human interleukin-2 (IL-2) gene promoter, human lymphotoxin gene promoter, and human GM -CSF (human granulocyte-macrophage colony stimulating factor) may be selected from the group consisting of gene promoters, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 따른 재조합 발현벡터는 플라스미드 벡터, 코즈미드 벡터 및 박테리오파아지 벡터, 아데노바이러스 벡터, 레트로바이러스 벡터 및 아데노-연관 바이러스 벡터와 같은 바이러스 벡터로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 재조합 발현벡터로 사용될 수 있는 벡터는 당업계에서 사용되는 플라스미드(예를 들어, pcDNA 시리즈, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8/9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61, pLAFR1, pHV14, pGEX 시리즈, pET 시리즈, pUC19 등), 파지(예를 들어, λgt4λB, λ-Charon, λΔz1, M13 등) 또는 바이러스 벡터(예를 들어, 아데노-연관 바이러스(AAV) 벡터 등) 등을 기본으로 하여 제작될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The recombinant expression vector according to an embodiment of the present invention may be selected from the group consisting of viral vectors such as plasmid vectors, cosmid vectors and bacteriophage vectors, adenovirus vectors, retroviral vectors, and adeno-associated viral vectors. Vectors that can be used as recombinant expression vectors include plasmids used in the art (e.g., pcDNA series, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8/9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61, pLAFR1 , pHV14, pGEX series, pET series, pUC19, etc.), phage (e.g., λgt4λB, λ-Charon, λΔz1, M13, etc.) or viral vectors (e.g., adeno-associated virus (AAV) vectors, etc.), etc. It may be manufactured as a basis, but is not limited thereto.

본 발명의 재조합 발현벡터는 하나 이상의 선택성 마커를 더 포함할 수 있다. 상기 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질주입된 세포를 비형질주입 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 예를 들어, 글리포세이트(glyphosate), 글루포시네이트암모늄(glufosinate ammonium) 또는 포스피노트리신(phosphinothricin)과 같은 제초제 저항성 유전자, 암피실린(ampicillin), 카나마이신(kanamycin), G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The recombinant expression vector of the present invention may further include one or more selectable markers. The marker is typically a nucleic acid sequence having properties that can be selected by a chemical method, and all genes capable of distinguishing transfected cells from non-transfected cells are applicable. For example, herbicide resistance genes such as glyphosate, glufosinate ammonium or phosphinothricin, ampicillin, kanamycin, G418, bleomycin , Hygromycin, or chloramphenicol may be an antibiotic resistance gene, but is not limited thereto.

본 발명의 재조합 발현벡터의 제작은 당해 기술 분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용하여 수행될 수 있다.Construction of the recombinant expression vector of the present invention can be prepared using gene recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cleavage and ligation can be performed using enzymes generally known in the art. have.

본 발명의 다른 양상은 EPG를 암호화하는 뉴클레오티드 서열; 및 상기 뉴클레오티드 서열에 작동가능하게 연결된 프로모터를 포함하는 재조합 발현벡터가 도입된 근육질환 예방 또는 치료용 형질전환 세포주를 제공한다.Another aspect of the present invention is a nucleotide sequence encoding EPG; And it provides a transformed cell line for preventing or treating muscle diseases into which a recombinant expression vector comprising a promoter operably linked to the nucleotide sequence is introduced.

본 발명의 일 구체예에 따른 재조합 발현벡터가 도입된 형질전환 세포주를 제조하기 위하여, 핵산 분자를 유기체, 세포, 조직 또는 기관에 도입하는 당 분야에서 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 당 분야에서 공지된 바와 같이 숙주 세포에 따라 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다. 이런 방법에는 예를 들어, 전기천공법(electroporation), 인산칼슘(CaPO4) 침전, 염화칼슘(CaCl2) 침전, 미세주입법(microinjection), 폴리에틸렌글리콜(PEG)법, DEAE-덱스트란법, 양이온성 리포좀법, 및 초산 리튬-DMSO법 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In order to prepare a transformed cell line into which the recombinant expression vector according to an embodiment of the present invention has been introduced, a method known in the art for introducing a nucleic acid molecule into an organism, cell, tissue or organ may be used, and known in the art. As described above, appropriate standard techniques can be selected and performed according to the host cell. Such methods include, for example, electroporation, calcium phosphate (CaPO4) precipitation, calcium chloride (CaCl2) precipitation, microinjection, polyethylene glycol (PEG) method, DEAE-dextran method, cationic liposome method. , And lithium acetate-DMSO method may be included, but is not limited thereto.

형질전환 세포주로 사용될 세포의 종류는 줄기세포일 수 있고, 바람직하게는 근육 줄기세포일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The type of cell to be used as the transformed cell line may be a stem cell, preferably a muscle stem cell, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 근육질환은 근육병(myopathy)일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the muscle disease may be myopathy.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 근육병은 듀시엔형 근이영양증(Duchenne muscular dystrophy)일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the muscle disease may be Duchenne muscular dystrophy.

칼슘(Ca2+)은 세포 신호 전달 과정을 조절하는 세포 내 주요 이온 물질이다. 특히 근육의 수축, 이완에 관여하는 기능적 측면에서 필수적이며 근육 발달을 위한 근세포의 증식, 분화를 조절하는 측면에서도 또한 매우 중요한 인자이다. 최근 연구에서, 재생 중인 Xenopus laevis 꼬리의 근세포에서 근육 손상 후 자발적인 Ca2+ 증가 현상이 보였고, 내부 저장소에서 Ca2+ 방출을 교란시켰을 때 재생 과정이 방해되는 것으로 보고되었다. 근육 손상으로 유발된 Ca2+ 신호는 근육 재생을 위해 근육 줄기세포를 모으고, Calcineurin, CaMKII, MAPK, CREB 및 NFATc 같은 중간 신호전달 물질을 통해 증식 및 분화를 유도하여 손상된 조직을 재생시키는 것으로 보고되었다. 따라서 Ca2+ 활동은 근육 줄기세포의 활성화 및 증식에 필수적이다. 본 발명의 형질전환 세포주는 체외 전자기장에 반응하여 세포내 칼슘이온 농도를 증가시킬 수 있으므로, 근육 줄기세포를 활성화하고 증식시킬 수 있으며, 근세포로의 분화를 유도할 수 있으므로, 근육조직의 재생에 사용될 수 있다. 따라서, 근육이 점점 약해져 가는 유전질환인 근육병(myopathy), 구체적으로, 듀시엔형 근이영양증의 치료에 본 발명의 형질전환 세포주가 유용하게 활용될 수 있다.Calcium (Ca 2+ ) is a major ionic substance in cells that regulates cellular signaling processes. In particular, it is essential in terms of functions involved in muscle contraction and relaxation, and is also a very important factor in controlling the proliferation and differentiation of muscle cells for muscle development. In a recent study, a spontaneous increase in Ca 2+ after muscle injury was observed in the myocytes of the tail of Xenopus laevis during regeneration, and it was reported that the regeneration process was disturbed when Ca 2+ release was disturbed in the internal reservoir. It has been reported that Ca 2+ signal induced by muscle damage collects muscle stem cells for muscle regeneration and induces proliferation and differentiation through intermediate signaling substances such as Calcineurin, CaMKII, MAPK, CREB and NFATc to regenerate damaged tissue. . Therefore, Ca 2+ activity is essential for activation and proliferation of muscle stem cells. Since the transformed cell line of the present invention can increase the intracellular calcium ion concentration in response to an external electromagnetic field, it can activate and proliferate muscle stem cells, and can induce differentiation into muscle cells, so that it can be used for regeneration of muscle tissue. I can. Therefore, the transgenic cell line of the present invention can be effectively utilized in the treatment of myopathy, a genetic disease in which muscles are becoming weaker, specifically, Duchenne-type muscular dystrophy.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 세포는 근육 줄기세포일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the cells may be muscle stem cells.

근육 줄기세포는 다음과 같은 특징을 갖기 때문에 근육조직의 재생에 특이 유용하게 활용될 수 있다. 구체적으로, 근육 줄기세포는 아주 빠르게 증식 (Proliferation)하여 세포 치료에 활용 가능성이 상대적으로 높고, 바이러스나, 리포펙타민 등 유전자 전달 벡터 등으로 유전자 형질전환(transfection)이 상대적으로 용이하다. 또한, 이식된 장기에서 골격근 근육섬유로 분화하게 되면, 안정적으로 자리를 잡게 되어 세포이식, 장기이식에 상대적으로 적합하며, 세포와 세포가 접촉할 경우(cell to cell contact) 근육섬유로 분화되며 성장이 멈춤으로써, 과분화에 의한 2차적 질환에 대한 위험성이 상대적으로 적다. Since muscle stem cells have the following characteristics, they can be particularly useful for regeneration of muscle tissue. Specifically, muscle stem cells proliferate very quickly and have a relatively high potential for use in cell therapy, and gene transfection with viruses or gene transfer vectors such as lipofectamine is relatively easy. In addition, when the transplanted organs differentiate into skeletal muscle fibers, they are stable and are relatively suitable for cell transplantation and organ transplantation, and when cells are in contact with cells (cell to cell contact), they differentiate into muscle fibers and grow. With this pause, the risk for secondary disease due to hyperdifferentiation is relatively small.

본 발명의 또 다른 양상은 EPG를 암호화하는 뉴클레오티드 서열; 및 상기 뉴클레오티드 서열에 작동가능하게 연결된 프로모터를 포함하는 재조합 발현벡터가 도입된 근육질환 예방 또는 치료용 형질전환 세포주를 포함하고, 상기 세포는 근육 줄기세포인 것인 근육병 예방 또는 치료용 세포치료제를 제공한다.Another aspect of the present invention is a nucleotide sequence encoding EPG; And a transformed cell line for preventing or treating muscle disease into which a recombinant expression vector comprising a promoter operably linked to the nucleotide sequence is introduced, wherein the cell is a muscle stem cell. do.

본 발명에서 사용되는 용어, "세포치료제"란 세포와 조직의 기능을 복원시키기 위하여 살아있는 자가(autologous), 동종(allogenic), 이종(xenogenic) 세포를 체외에서 증식ㆍ선별하거나 여타한 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등의 일련의 행위를 통하여 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품을 말한다. 미국은 1993년부터, 우리나라는 2002년부터 세포치료제를 의약품으로 관리하고 있다.As used in the present invention, the term "cell therapy" means that live autologous, allogenic, and xenogenic cells are proliferated or selected in vitro to restore the function of cells and tissues. It refers to drugs used for the purpose of treatment, diagnosis, and prevention through a series of actions such as changing biological characteristics. The US has been managing cell therapy products as pharmaceuticals since 1993 and Korea since 2002.

본 발명의 세포치료제는 근육 조직재생을 위한 줄기세포치료제로써, 조성물의 투여 경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 어떠한 일반적인 경로를 통하여 투여될 수 있다. 비경구 투여, 예를 들어, 복강 내 투여, 정맥 내 투여, 근육 내 투여, 피하 투여, 피내 투여될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The cell therapy agent of the present invention is a stem cell therapy agent for muscle tissue regeneration, and the administration route of the composition may be administered through any general route as long as it can reach the target tissue. Parenteral administration, for example, intraperitoneal administration, intravenous administration, intramuscular administration, subcutaneous administration, or intradermal administration, but is not limited thereto.

본 발명의 세포치료제는 세포 치료에 일반적으로 사용되는 약학적 담체와 함께 적합한 형태로 제형화될 수 있다. '약학적으로 허용되는'이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 통상적으로 위장 장애, 현기증 등과 같은 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 조성물을 말한다.The cell therapy agent of the present invention can be formulated in a suitable form with a pharmaceutical carrier generally used for cell therapy. "Pharmacologically acceptable" refers to a composition that is physiologically acceptable and does not usually cause an allergic reaction such as gastrointestinal disorders or dizziness or similar reactions when administered to a human.

또한, 본 발명의 세포치료제는 세포치료제가 표적 세포로 이동할 수 있는 임의의 장치에 의해 투여될 수 있다.In addition, the cell therapy agent of the present invention may be administered by any device capable of moving the cell therapy agent to target cells.

본 발명의 세포치료제는 질환의 치료를 위하여 치료학적으로 유효한 양의 세포치료제를 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 용어, "치료학적으로 유효한 양(therapeutically effective amount)"은 연구자, 수의사, 의사 또는 기타 임상에 의해 생각되는 조직계, 동물 또는 인간에서 생물학적 또는 의학적 반응을 유도하는 유효 성분 또는 약학적 조성물의 양을 의미하는 것으로, 이는 치료되는 질환 또는 장애의 증상의 완화를 유도하는 양을 포함한다. 본 발명의 세포치료제는 질환의 종류, 질환의 중증도, 조성물에 함유된 다른 성분의 함량, 제형의 종류, 및 환자의 연령, 체중, 일반 건강 상태, 성별 및 식이, 투여 시간, 투여 경로 및 조성물의 분비율, 치료기간, 동시 사용되는 약물을 비롯한 다양한 인자에 따라 조절될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 포함하는 것이 중요하다. 예를 들어, 본 발명의 EPG 형질전환 근육 줄기세포는 체중 kg당 1×105 내지 5×109 세포수로 투여되는 것일 수 있다.The cell therapy agent of the present invention may contain a therapeutically effective amount of a cell therapy agent for the treatment of a disease. The term "therapeutically effective amount" used in the present invention refers to an active ingredient or pharmaceutical agent that induces a biological or medical response in a tissue system, animal or human, which is considered by a researcher, veterinarian, doctor or other clinician. By means of an amount of the composition, it includes an amount that induces relief of symptoms of the disease or disorder being treated. The cell therapy products of the present invention include the type of disease, the severity of the disease, the content of other ingredients contained in the composition, the type of formulation, and the age, weight, general health condition, sex and diet of the patient, administration time, administration route and composition. It can be adjusted according to various factors including secretion rate, duration of treatment, and drugs used simultaneously. It is important to include an amount capable of obtaining the maximum effect in a minimum amount without side effects in consideration of all of the above factors. For example, the EPG-transformed muscle stem cells of the present invention may be administered at 1×10 5 to 5×10 9 cells per kg body weight.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 근육 줄기세포는 전자기장 조사 부위에서 근세포로 분화될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the muscle stem cells may be differentiated into muscle cells at a site irradiated with an electromagnetic field.

본 발명의 EPG 형질전환된 근육 줄기세포의 EPG 발현에 의한 세포내 칼슘 이온 유입은 voltage independent calcium channels 형으로 자성물질 또는 전자기장, MR scanner 안의 자기장 조성 등에 의한 전자기력에 의해 유도될 수 있으며, 이에 따라, 칼슘이온이 근육 줄기세포내로 단시간에 이동할 수 있다.The influx of calcium ions into cells by the expression of EPG in the EPG-transformed muscle stem cells of the present invention can be induced by electromagnetic force due to magnetic material or electromagnetic field, magnetic field composition in the MR scanner in the form of voltage independent calcium channels, and accordingly, Calcium ions can move into muscle stem cells in a short time.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전자기장은 MRI일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the electromagnetic field may be MRI.

MRI에 의한 전자기장 조사는 비침습적이고 부작용이 없으며, 국소 부위에 한정 시킬 수 있으므로, EPG 형질전환 근육 줄기세포의 근세포 전환과 근세포 이식에 특히 유용하게 활용될 수 있다.Electromagnetic field irradiation by MRI is non-invasive, has no side effects, and can be limited to a local area, so it can be particularly useful for myocyte transformation and myocyte transplantation of EPG-transformed muscle stem cells.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 근육병은 듀시엔형 근이영양증일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the muscle disease may be a Duchenne type muscular dystrophy.

EPG의 발현과 전자기장의 영향으로 세포외부의 칼슘이 근육 줄기세포내로 이동할 경우, 세포내 ER에 칼슘이온이 축적되며, 축적된 칼슘이온은 세포의 증식, 특히 세포 성장주기별로 크게 관여할 수 있어, 근육 줄기세포의 근세포로의 분화 및 분화 후 근세포의 성장을 촉진할 수 있으므로, 근육질환, 특히 듀시엔형 근이영양증의 개선에 본 발명의 EPG 형질전환 근육 줄기세포 치료제가 유용하게 활용될 수 있다.When calcium from outside the cell moves into the muscle stem cells due to the expression of EPG and the influence of the electromagnetic field, calcium ions are accumulated in the intracellular ER, and the accumulated calcium ions can be largely involved in cell proliferation, especially cell growth cycle. Since it is possible to promote the growth of muscle cells after differentiation and differentiation of muscle stem cells into muscle cells, the EPG-transformed muscle stem cell therapeutic agent of the present invention can be usefully used in the improvement of muscle diseases, particularly Duchenne-type muscle dystrophy.

전자기장 반응 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터, 이 벡터가 도입된 형질전환 세포주 및 이를 포함하는 세포치료제에 따르면, 체외 전자기장을 통한 체내 줄기세포의 전환이 가능하므로, 먼역거부, 안정성 및 미분화 세포에 의한 부작용 문제가 없이 근육질환, 특히, 듀시엔형 근이영양증의 개선이 가능하므로, 근육질환의 예방 또는 치료에 유용하게 활용할 수 있다.According to a recombinant expression vector containing an electromagnetic field-responsive gene, a transformed cell line into which the vector is introduced, and a cell therapy product containing the same, since it is possible to convert stem cells in the body through an external electromagnetic field, distant rejection, stability, and side effects caused by undifferentiated cells Since it is possible to improve muscle diseases, particularly, Duchenne-type muscular dystrophy without problems, it can be usefully used in the prevention or treatment of muscle diseases.

도 1은 EPG의 세포막에서의 칼슘 채널 개폐의 기능 및 EPG 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 EPG(pcDNA3.1D/V5-His-TOPO) 벡터의 구조를 나타낸 그림이다.
도 3은 인간 배아 신장세포에서 EPG 발현 및 칼슘 이동에 의한 목적 단백질의 발현 조절을 나타낸 형광 사진 및 그래프이다.
도 4는 in vitro 모델 수준의 전자기장 발생장치를 나타낸 사진이다.
도 5는 전자기장 처리에 따른 줄기세포 내부의 Ca2+ oscillations을 나타낸 모식도 및 그래프이다.
도 6은 마우스 심근 세포에서 EPG 발현에 따른 칼슘이동을 나타낸 형광 사진이다.
도 7은 마우스 심근 세포에서 EPG 발현에 따른 칼슘이동과 이에 따른 심근 세포의 반응 속도 양상을 나타낸 그래프이다.
도 8은 EPG 형질전환 근육 줄기세포 및 체외에서 조절하는 전자기장(MRI 스캐너)을 사용한 국소부위 특이적 근육조직 재생 치료 과정을 나타낸 모식도이다.
1 is a schematic diagram showing the function of opening and closing calcium channels in the cell membrane of EPG and the structure of EPG.
2 is a diagram showing the structure of an EPG (pcDNA3.1D/V5-His-TOPO) vector.
3 is a fluorescence photograph and graph showing the expression control of a target protein by EPG expression and calcium transfer in human embryonic kidney cells.
4 is a photograph showing an electromagnetic field generator at the level of an in vitro model.
5 is a schematic diagram and graph showing Ca 2+ oscillations inside stem cells according to treatment with an electromagnetic field.
6 is a fluorescence photograph showing calcium transfer according to EPG expression in mouse cardiomyocytes.
7 is a graph showing the movement of calcium according to EPG expression in mouse cardiomyocytes and the response rate of the cardiomyocytes accordingly.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a local region-specific muscle tissue regeneration treatment process using EPG-transformed muscle stem cells and an electromagnetic field (MRI scanner) controlled in vitro.

이하 본 발명을 하나 이상의 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through one or more examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1.Example 1. EPG 플라스미드 제작EPG plasmid construction

열대 관상용어류인 유리 메기는 전자기장에 의해 그 활동이 제약받는 것으로 알려져 있다. 또한, 전자기장 반응 유전자(Electromagnetic Perceptive Gene, EPG)에 의해 형질전환된 세포는 세포막내 칼슘 채널과 연동하여 세포 외부의 칼슘이온을 세포 내 또는 세포내 소기관인 소포체로 유입시키는 것으로 알려져 있다(도 1). Glass catfish, a tropical ornamental fish, are known to be restricted by electromagnetic fields. In addition, it is known that cells transformed by an electromagnetic perceptive gene (EPG) interlock with calcium channels in the cell membrane to introduce calcium ions from outside the cell into the endoplasmic reticulum, which is an organelle within the cell or within the cell (Fig. 1). .

따라서, EPG 유전자를 일반세포 및 줄기세포, 근세포, 신경세포 및 동물모델에 직접 적용하기 위하여, EPG 플라스미드를 제작하였다. EPG는 CMV 프로모터를 가지며, GFP를 발현하도록 디자인하였다(pLV-CMV::EPG-IRES-hrGFP).Therefore, in order to directly apply the EPG gene to general cells, stem cells, muscle cells, neurons and animal models, an EPG plasmid was prepared. EPG has a CMV promoter and was designed to express GFP (pLV-CMV::EPG-IRES-hrGFP).

구체적으로, 전자기장에 반응하는 것으로 알려진 유리메기(Kryptopterus bicirrhis)의 꼬리 부위에서 RNA를 분리하고, 이를 cDNA를 라이브러리화하여 Xenopus laevis의 oocytes에 two-electrode voltage clamp를 이용하여 삽입하였다. 이후, EPG를 가지는 oocytes를 선별한 다음, EPG cDNA와 매칭 되는 시퀀스를 BLAST하였다. 합성된 EPG는 pcDNA3.1D/V5-His-TOPO를 벡터로 하여 클로닝하여 EPG 플라스미드를 제작하였다(도 2). Specifically, RNA was isolated from the tail of a glass catfish ( Kryptopterus bicirrhis ) known to respond to an electromagnetic field, and cDNA was converted into a library and inserted into oocytes of Xenopus laevis using a two-electrode voltage clamp. Thereafter, oocytes having EPG were selected, and then a sequence matching EPG cDNA was BLASTed. The synthesized EPG was cloned using pcDNA3.1D/V5-His-TOPO as a vector to prepare an EPG plasmid (FIG. 2).

EPG 형질전환된 세포의 세포막에 EPG 단백질이 발현할 경우, GFP에 의해 녹색 형광이 나타나고, Anti-EPG antibody의 면역염색에 의해 적색 형광이 나타나므로, 형광현미경 분석을 통하여 EPG 단백질의 발현을 확인할 수 있다.When EPG protein is expressed on the cell membrane of EPG-transformed cells, green fluorescence is displayed by GFP, and red fluorescence is displayed by immunostaining of Anti-EPG antibody. Therefore, expression of EPG protein can be confirmed through fluorescence microscopy analysis. have.

실시예 2. 세포내 EPG 플라스미드 도입 및 발현 확인Example 2. Intracellular EPG plasmid introduction and expression confirmation

2-1. EPG 플라스미드의 세포내 전달을 위한 전달체 제작2-1. Construction of delivery system for intracellular delivery of EPG plasmid

칼슘의 세포내 유입은 세포막의 칼슘 채널의 탈분극/재분극/과분극의 과정을 거치면서 전위차에 의한 칼슘유입과 비전위차에 의한 칼슘유입으로 나눌 수 있는데, EPG에 의한 칼슘의 세포내 유입은 이런 전위차/비전위차에 상관없이 외부 전자기장의 조절에 의해서 칼슘 채널이 개폐되어 쉽고 간단하게 세포내로 칼슘의 유입을 유도한다. Calcium inflow into the cell can be divided into calcium inflow by potential difference and calcium inflow by potential difference through the process of depolarization/repolarization/hyperpolarization of the calcium channel of the cell membrane.The inflow of calcium by EPG into the cell is this potential difference/ Regardless of the potential difference, the calcium channel is opened and closed by the control of the external electromagnetic field, thus inducing the inflow of calcium into the cell easily and simply.

한편, 현재 근세포, 줄기세포, 면역세포, 신경세포 등의 형질전환을 위하여 바이러스 벡터가 주로 사용되고 있다. 특히, 동물 모델에 사용하기 위해서는 Lenti 바이러스 벡터를 사용해야하며, 바이러스 벡터 사용 후 검증도 필요하다. 따라서, 형질 전환용 벡터에 의한 위험성을 원천적으로 배제하면서, 실시예 1에서 제작한 EPG 플라스미드를 줄기세포내로 전달하기 위하여, EPG 플라스미드 도입을 위한 전달체를 제작하였다.Meanwhile, viral vectors are mainly used for transformation of muscle cells, stem cells, immune cells, and nerve cells. In particular, for use in animal models, the Lenti virus vector must be used, and verification after using the virus vector is also required. Therefore, in order to transfer the EPG plasmid prepared in Example 1 into stem cells while excluding the risk caused by the transformation vector, a delivery system for introducing the EPG plasmid was prepared.

실시예 1에서 제작한 EPG 플라스미드 및 상용화된 줄기세포용 리포펙타민(lipofectamine)(ThermoFisher, Lipofectamine 2000)을 사용하여, 인간 배아 신장세포(HEK293T cell kine), rat 태아에서 추출한 신경세포세포, 근육 줄기세포(mesenchymal stem cell, MSC) 또는 마우스 심근세포를 형질전환하였다.Using the EPG plasmid prepared in Example 1 and commercially available lipofectamine for stem cells (ThermoFisher, Lipofectamine 2000), human embryonic kidney cells (HEK293T cell kine), neuronal cells extracted from rat embryos, muscle stem Cells (mesenchymal stem cells, MSCs) or mouse cardiomyocytes were transformed.

구체적으로, HEK293T 세포를 glass bottom dish(3㎝) 에 1×105/웰로 배양하고, opti-MEM 700㎕ 첨가한 후, 리포펙타민 5㎕ + pEPG 5㎍(2.5㎍/㎖)을 150㎕첨가하였다. 3시간 후, cDMEM을 2㎖ 첨가하고, 48시간 동안 배양하였다. 이후 형광현미경을 이용하여 GFP가 발현된세포를 확인함으로써 EPG발현을 확인하였다.Specifically, HEK293T cells were cultured in a glass bottom dish (3 cm) at 1×10 5 /well, and 700 μl of opti-MEM was added, followed by 150 μl of lipofectamine 5 μg + pEPG 5 μg (2.5 μg/ml). Added. After 3 hours, 2 ml of cDMEM was added and incubated for 48 hours. Then, the expression of EPG was confirmed by confirming the cells expressing GFP using a fluorescence microscope.

줄기세포의 경우, Lipofectamine Stem Transfection Reagent를 사용하여 형질전환 하였다.In the case of stem cells, they were transformed using Lipofectamine Stem Transfection Reagent.

구체적으로, MSC 세포를 glass bottom dish(3㎝)에 1×105/웰로 배양한 후, opti-MEM 700㎕를 첨가하고, 리포펙타민 5㎕ + pEPG 5ug(2.5㎍/㎖)을 150㎕ 첨가하였다. 3시간 후, cDMEM을 2㎖ 첨가하고, 48시간 동안 배양하엿다. 이후 형광현미경을 이용하여 GFP가 발현된세포를 확인함으로써 EPG발현을 확인하였다.Specifically, after culturing MSC cells in a glass bottom dish (3 cm) at 1×10 5 /well, 700 μl of opti-MEM was added, and 150 μl of lipofectamine 5 μl + pEPG 5ug (2.5 μg/ml) Added. After 3 hours, 2 ml of cDMEM was added and incubated for 48 hours. Then, the expression of EPG was confirmed by confirming the cells expressing GFP using a fluorescence microscope.

심근세포 형질 전환은 바이러스 벡터를 사용하였다(pLV-CMV::EPG-IRES-hrGFP, Cyagen Biosciences (Guangzhou) Inc. at a functional titer of 3.57±2×109TU/㎖L).For cardiomyocyte transformation, a viral vector was used (pLV-CMV::EPG-IRES-hrGFP, Cyagen Biosciences (Guangzhou) Inc. at a functional titer of 3.57±2×10 9 TU/mlL).

구체적으로, 출생 후 3일 이내의 어린 rat의 심장세포를 추출하여 cardiomyocyte isolation enzyme1,2를 혼합한 후, 30분간 37℃에서 인큐베이션 하였다. 이후 HBSS로 워싱하고, 피펫팅으로 세포를 하나하나 분리한 후, glass bottom dish(3㎝) 에 5×105/웰로 3일 동안 배양하였다. 이후 배지를 교체하고, 2일 후, 표 1의 비율로 polybrene 및 pLV-EPG 바이러스를 혼합한 후, 세포 위에 뿌려주었다. 24시간 후, 바이러스가 담긴 상등액을 제거하고, 새로운 배지를 첨가하였다. 이후 3일 동안 다시 배양하고, GEP가 발현된 세포를 확인하여 EPG발현을 확인하였다.Specifically, cardiac cells from young rats within 3 days of birth were extracted, mixed with cardiomyocyte isolation enzymes1 and 2, and incubated at 37°C for 30 minutes. After washing with HBSS, the cells were separated one by one by pipetting, and then incubated in a glass bottom dish (3 cm) at 5×10 5 /well for 3 days. Thereafter, the medium was changed, and after 2 days, polybrene and pLV-EPG virus were mixed in the ratio of Table 1, and then sprinkled on the cells. After 24 hours, the supernatant containing the virus was removed, and a new medium was added. After incubation for 3 days again, the GEP-expressing cells were confirmed to confirm EPG expression.

구분division EPG-Fish ×2EPG-Fish ×2 polybrenepolybrene 8㎕8 μl mediummedium 1㎖1ml VirusVirus 5㎕5µl

2-2. 인간 배아 신장세포에서 EPG 단백질 발현 확인2-2. Confirmation of EPG protein expression in human embryonic kidney cells

인간 배아 신장세포에서 EPG 단백질의 발현 여부를 확인하기 위하여, 실시예 2-1의 방법으로 형질전환된 인간 배아 신장세포에서 EPG 단백질이 발현되는지 확인하였다.In order to confirm the expression of the EPG protein in human embryonic kidney cells, it was confirmed whether the EPG protein was expressed in human embryonic kidney cells transformed by the method of Example 2-1.

구체적으로, EPG 플라스미드로 형질전환된 인간 배아 신장세포를 48시간 동안 배양하여 EPG가 충분히 발현되도록 하였다. 총 68개의 각각의 단일 세포를 소프트웨어(Metafluor imaging software, Molecular Devices)로 칼슘 이미징하고, 현미경(inverted Olympus 1X71, Olympus Corporation)으로 확인한 결과, 전자기력을 주었을 때(10s), 세포내외의 칼슘농도가 바뀌는 것으로 확인되었으며, 전자기장을 주었을 때, 5초 이후부터 25초 이내에 각각의 세포가 반응하여 외부의 칼슘이온이 세포 내부로 이동하는 것으로 확인되었다. 또한, 칼슘채널 blocker인 thapsigargin을 처리 하였을 때, 세포막내 칼슘 채널이 막혀, 세포내 ER에서 칼슘이 세포질 내로 분비되고, EPG가 칼슘 채널과 같이 작용하는 것으로 확인되었다. 한편, 세포 외부의 칼슘이온을 0으로 하였을 때, EPG에 의해 세포내 소포체(ER) 속에 저장되어 있던 칼슘이 세포질내로 방출되는 것으로 확인되었다.Specifically, human embryonic kidney cells transformed with the EPG plasmid were cultured for 48 hours to sufficiently express EPG. A total of 68 single cells were imaged with calcium using software (Metafluor imaging software, Molecular Devices), and confirmed with a microscope (inverted Olympus 1X71, Olympus Corporation).As a result, when an electromagnetic force was applied (10s), the calcium concentration inside and outside the cell was changed. It was confirmed that, when an electromagnetic field was applied, each cell reacted within 25 seconds after 5 seconds, and it was confirmed that external calcium ions move into the cell. In addition, when the calcium channel blocker thapsigargin was treated, the intracellular calcium channel was blocked, and it was confirmed that calcium was secreted into the cytoplasm from the intracellular ER, and EPG acts like a calcium channel. On the other hand, when the calcium ion outside the cell was set to 0, it was confirmed that calcium stored in the intracellular endoplasmic reticulum (ER) was released into the cytoplasm by EPG.

이와 같은 결과를 통하여, 인간 배아 신장세포에서 EPG 단백질의 발현이 확인되었으며, EPG는 전자기장의 유무에 따라 세포막의 칼슘 채널과 같이 움직고, 소포체와 상관없이 모든 칼슘채널에 작용하는 것으로 확인되었다.Through these results, it was confirmed that the expression of the EPG protein in human embryonic kidney cells was confirmed, and it was confirmed that EPG moves like a calcium channel in the cell membrane according to the presence or absence of an electromagnetic field, and acts on all calcium channels regardless of the endoplasmic reticulum.

2-3. 신경세포에서 EPG 단백질 발현 확인2-3. Confirmation of EPG protein expression in neurons

신경세포에서 EPG 단백질의 발현 여부를 확인하기 위하여, 실시예 2-1의 방법으로 형질전환된 rat 태아에서 추출한 신경세포에서 EPG 단백질이 발현되는지 확인하였다.In order to confirm the expression of the EPG protein in neurons, it was confirmed whether the EPG protein was expressed in neurons extracted from a rat fetus transformed by the method of Example 2-1.

구체적으로, EPG 플라스미드로 형질전환된 신경세포를 48시간 동안 배양하여 EPG를 충분히 발현시킨 후, 형광현미경을 사용하여 GFP의 녹색 형광을 관찰하고, Anti-EPG antibody를 이용하여 면역 형광 염색 후, 적색 형광을 관찰하였다. 또한, 실시예 2-2와 동일한 방법으로 신경세포에 전자기력을 가한 후, 총 68개의 각각의 단일 세포를 소프트웨어로 칼슘을 이미징하였다.Specifically, after culturing neurons transformed with the EPG plasmid for 48 hours to sufficiently express EPG, observe the green fluorescence of GFP using a fluorescence microscope, and after immunofluorescence staining using an Anti-EPG antibody, red Fluorescence was observed. In addition, after applying an electromagnetic force to the nerve cells in the same manner as in Example 2-2, a total of 68 single cells were imaged with calcium using software.

그 결과, 신경세포에서 EPG 단백질이 성공적으로 발현하는 것으로 확인되었으며, EPG 플라스미드로 형질전환된 신경세포에 전자기장을 주었을 때, 실시예 2-2의 인간 배아 신장세포 결과와 유사한 패턴으로 세포외의 칼슘이 세포내로 이동하는 것으로 확인되었다. 또한, 세포 내 외부 사이의 칼슘이온차이 [Ca2+]i는 빠르고 짧은 시간에 일어나는 것으로 확인되었다. 한편, 세포막 칼슘채널 blocker인 thapsigargin을 처리 하였을 때, 칼슘 채널이 막혀서, EPG가 발현되고 전자기장을 주더라도 칼슘은 이동하지 않는 것으로 확인되었다.As a result, it was confirmed that the EPG protein was successfully expressed in the neuron, and when an electromagnetic field was applied to the neuron transformed with the EPG plasmid, extracellular calcium in a pattern similar to the result of the human embryonic kidney cell of Example 2-2. It was confirmed to migrate into the cell. In addition, it was confirmed that the difference [Ca2+]i of calcium ions between the inside and outside of the cell occurred in a quick and short time. On the other hand, when the cell membrane calcium channel blocker thapsigargin was treated, the calcium channel was blocked, so EPG was expressed and calcium did not move even when an electromagnetic field was applied.

2-4. 근육 줄기세포에서 EPG 단백질 발현 확인2-4. Confirmation of EPG protein expression in muscle stem cells

근육 줄기세포의 분화와 증식에는 여러 가지 요인들이 필요하며 다음과 같이, 총 3가지 요소들로 구분된다. 첫 번째로 화학적 메신저인 EGF, FGF, TGF-β, activin-A, BMP-4, HGF, βNGF 등과 같은 성장인자 의해 일어날 수 있다. 두 번째로 intracellular messengers 등에 의하여 일어날 수 있으며, 특히 칼슘, 칼륨 등의 무기 이온이 중요한 역할을 수행한다. 세 번째로 physical properties 등에 의해 줄기세포의 분화와 증식이 결정될 수 있다.Various factors are necessary for the differentiation and proliferation of muscle stem cells, and are divided into three factors as follows. First, it can be caused by growth factors such as EGF, FGF, TGF-β, activin-A, BMP-4, HGF and βNGF, which are chemical messengers. Second, it can be caused by intracellular messengers, and in particular, inorganic ions such as calcium and potassium play an important role. Third, differentiation and proliferation of stem cells can be determined by physical properties.

Intracellular messengers 중, 칼슘이온은 pH와 더불어 줄기세포의 분화에 있어 중요한 요인으로 평가 받고 있으며, 그 양에 따라 세포 분열조절 및 세포자살에도 관여하는 것으로 알려져 있다. 특히, (Ca2+)-activated K+ (KCa 채널)은 줄기세포 중, 성체줄기세포의 이동 성장 분화에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되었다. 따라서, 줄기세포에서 EPG 단백질 발현 여부를 측정하여, 칼슘이온농도 조절에 따른 줄기세포의 근육 줄기세포로의 분화가 가능한지 여부 및 EPG 발현 줄기세포주를 확립할 수 있는지 여부를 확인하였다.Among intracellular messengers, calcium ions are evaluated as important factors in the differentiation of stem cells along with pH, and are known to be involved in cell division regulation and apoptosis depending on their amount. In particular, (Ca 2+ )-activated K + (KCa channel) has been reported to have a great influence on the migration growth differentiation of adult stem cells among stem cells. Therefore, by measuring the expression of EPG protein in the stem cells, it was confirmed whether the differentiation of the stem cells into muscle stem cells according to the regulation of calcium ion concentration was possible, and whether the EPG-expressing stem cell line could be established.

구체적으로, 실시예 1에서 제작한 EPG 플라스미드 및 세포막모사 리포펙타민을 실시예 2-1의 방법으로 근육 줄기세포에 형질전환시키고, EPG 발현 여부를 측정한 결과, 줄기세포에서 녹색형광을 관찰하여 EPG가 성공적으로 근육 줄기세포에 형질전환된 것으로 확인되었다. Specifically, the EPG plasmid prepared in Example 1 and the cell membrane-mimicking lipofectamine were transformed into muscle stem cells by the method of Example 2-1, and as a result of measuring the expression of EPG, green fluorescence was observed in the stem cells. It was confirmed that EPG was successfully transformed into muscle stem cells.

이와 같은 결과를 통하여, EPG 발현 근육 줄기세포가 근육세포로 분화할 수 있고, EPG 형질전환된 근육 줄기세포만을 유세포 분리기(FACS)를 통하여 직접적으로 분리할 수 있어, 3D 세포 오가노이드, 인공 조직 배양 등의 응용에서 사용이 가능함을 확인하였다.Through these results, EPG-expressing muscle stem cells can differentiate into muscle cells, and only EPG-transformed muscle stem cells can be directly separated through a flow cytometer (FACS), so that 3D cell organoids, artificial tissue culture It was confirmed that it can be used in applications such as.

실시예 3. 목적 단백질 생산을 위한 세포내 칼슘농도 조절 효과 확인Example 3. Confirmation of the effect of adjusting the intracellular calcium concentration for the production of the target protein

실시예 2-1에서 EGP 형질전환된 인간 배아 신장세포에서 목적 단백질 생산을 위한 세포내 칼슘농도 조절 효과를 확인하였다.In Example 2-1, the effect of regulating intracellular calcium concentration for production of the target protein was confirmed in EGP-transformed human embryonic kidney cells.

구체적으로, EPG 플라스미드로 형질전환된 인간 배아 신장세포를 48시간 동안 배양하여 EPG가 충분히 발현되도록 하였다. 이후, Fura-2AM을 이용하여 세포를 염색하고, Sulfo-NHS-biotin을 컨쥬게이션시킨 다음, 스트렙타비딘(streptavidin)이 컨쥬게이션된 자성비드를 EPG가 발현되는 HEK-293T 세포에 가하였다. 또한, c-fos:RFP(c-fos 프로모터, 적색 단백질)를 EPG 플라스미드로 형질전환된 인간 배아 신장세포에 공동형질전환(co-transfection)하여 외부의 칼슘이 세포내로 이동하여 목적 단백질인 RFP 단백질이 생산되는지 여부를 형광형미경으로 관찰하였다.Specifically, human embryonic kidney cells transformed with the EPG plasmid were cultured for 48 hours to sufficiently express EPG. Thereafter, cells were stained using Fura-2AM, and Sulfo-NHS-biotin was conjugated, and then streptavidin-conjugated magnetic beads were added to HEK-293T cells expressing EPG. In addition, c-fos:RFP (c-fos promoter, red protein) is co-transfected into human embryonic kidney cells transformed with EPG plasmid, and external calcium is transferred into the cell, which is the target protein, RFP protein. Was observed with a fluorescence microscope.

그 결과, 자성비드에 의한 자기력에 의해 EPG가 발현되어 세포 외부에서 세포 내부로 칼슘이 이동하는 것으로 확인되었다. 또한, 목적 단백질인 적색형광 단백질을 대조군 대비 평균 30%이상 생산하는 것으로 관찰되어, 자성비드에 의해 자기력이 생기고 EPG가 활성화 되어 칼슘 채널이 열려, 외부의 칼슘이 내부로 이동하고, 이로 인해 c-fos 프로모터가 칼슘이온의 농도에 의해 활성화되어 RFP 단백질을 생산하는 것으로 확인되었다(도 3).As a result, it was confirmed that EPG was expressed by the magnetic force generated by the magnetic beads, and calcium was transferred from the outside of the cell to the inside of the cell. In addition, it was observed that the target protein, red fluorescent protein, was produced on an average of 30% or more compared to the control group. Magnetic force is generated by the magnetic beads and EPG is activated to open the calcium channel, and calcium from the outside moves to the inside. It was confirmed that the fos promoter was activated by the concentration of calcium ions to produce the RFP protein (Fig. 3).

이와 같은 결과를 통하여, 세포내 칼슘이온의 조절을 통하여, 목적 단백질의 발현 및 발현 양을 조절할 수 있음을 확인하였다.Through these results, it was confirmed that the expression and the amount of expression of the target protein can be controlled through the control of intracellular calcium ions.

실시예 4. 전자기장 조절에 의한 세포내 칼슘 이동 확인Example 4. Confirmation of intracellular calcium movement by electromagnetic field control

평균적으로 2~4 mM의 칼슘이 세포내로 들어오고 나가는 것으로 알려져 있고Ca2+ oscillations, CPA(칼슘 채널 blocker) 처리시 Ca2+ oscillations이 멈추는 것으로 알려져 있다. 따라서, 줄기세포내 EPG 발현 후, Ca2+ oscillations의 확인과 분화 성장후 Ca2+ oscillations의 확인을 통하여 칼슘이온과 줄기세포 분화의 상관관계 확인하고자 하였다.On average, it is known that the calcium of 2 ~ 4 mM and known to and into the cells to stop the Ca 2+ oscillations in processing Ca 2+ oscillations, CPA (calcium channel blocker). Therefore, we tried to confirm the correlation between calcium ions and stem cell differentiation through the identification of Ca 2+ oscillations after EPG expression in stem cells and Ca 2+ oscillations after differentiation growth.

구체적으로, 펄스 모드 10회/초~100회/초 100v, 10mA로 최대 50 mT의 자력을 발생시킬 수 있는 전자기장 발생장치(도 4)를 사용하여, 실시예 2-1에서 제조한 EPG 형질전환 인간 배아 신장세포, 줄기세포 또는 마우스 심근세포에 전자기장을 가하고, 세포내 칼슘의 이동을 측정하였다. 세포 내부로의 칼슘 유입은 칼슘 염색 시약인 Fura-2AM을 이용한 실시간 세포 이미징을 통하여, 세포 내부와 외부의 칼슘의 양을 정량적/정성적으로 측정하였다. Fura-2AM 시약은 두 가지의 excitation 파장을 가지며 세포내에서 ester 결합의 유무에 따라 세포 내외의 칼슘이온을 형광으로 표지하는데, 이를 통하여 칼슘이온의 세포 내부 및 외부에서 이동상을 모니터링 할 수 있다.Specifically, the EPG transformation prepared in Example 2-1 using an electromagnetic field generator (FIG. 4) capable of generating a magnetic force of up to 50 mT in pulse mode 10 times/sec to 100 times/sec 100v, 10mA An electromagnetic field was applied to human embryonic kidney cells, stem cells or mouse cardiomyocytes, and intracellular calcium movement was measured. Calcium inflow into the cells was quantitatively/qualitatively measured for the amount of calcium inside and outside the cells through real-time cell imaging using Fura-2AM, a calcium staining reagent. The Fura-2AM reagent has two excitation wavelengths and fluorescently labels calcium ions inside and outside the cell depending on the presence or absence of ester bonds in the cell. Through this, the mobile phase of calcium ions inside and outside the cell can be monitored.

인간 배아 신장세포에서 세포내 칼슘 이동을 확인한 결과, 3초 이내에 칼슘 채널이 열리고 세포내로 칼슘이 유입되며, 칼슘 유입은 25초까지 지속되고, 그 이후 칼슘채널이 닫히는 것으로 관찰되어 전자기장 조절에 의해 칼슘채널의 개폐가 가능한 것으로 확인되었다.As a result of confirming intracellular calcium transfer in human embryonic kidney cells, calcium channels are opened within 3 seconds and calcium flows into the cells, and calcium inflow lasts up to 25 seconds, after which it is observed that the calcium channels are closed. It was confirmed that the channel can be opened and closed.

또한, 줄기세포 내부로 형질 도입된 EPG는 세포막에 발현되고, 전자기장의 자력이 200μT(마이크로 테슬라) 이상일 경우 칼슘 채널이 열리며, 펄스모드 10회/1초-10초 또는 10초 동안의 짧은 전자기력에 의하여 세포막 내부에 위치한 EPG 단백질이 활성화되는 것으로 확인되었다(도 5).In addition, EPG transduced into stem cells is expressed on the cell membrane, and when the magnetic force of the electromagnetic field is 200 μT (micro Tesla) or more, the calcium channel is opened, and the pulse mode is 10 times/1 second-10 seconds or short electromagnetic force for 10 seconds. It was confirmed that the EPG protein located inside the cell membrane is activated (FIG. 5).

한편, EPG의 발현에 의한 칼슘이온의 세포내외 이동에 따라, 마우스 심근 세포의 수축 및 이완의 주기가 달라지며, 칼슘 이온을 세포 내부로 이동시킬 수 있으므로, 이에 근거하여 EPG의 발현과 전자기장의 조사, 특히 시간 및 강도 등을 조절함으로써, 근세포의 적절한 활동을 제어할 수 있을 것으로 확인되었다(도 6 및 도 7).Meanwhile, the cycle of contraction and relaxation of mouse cardiomyocytes varies according to the movement of calcium ions into and out of the cell by the expression of EPG, and the calcium ions can be moved inside the cell, so the expression of EPG and the investigation of electromagnetic fields based on this , In particular, by controlling the time and intensity, it was confirmed that the appropriate activity of the muscle cells can be controlled (Figs. 6 and 7).

실시예 5. EPG에 의한 줄기세포 내부로의 칼슘 이동에 따른 줄기세포 분화도의 측정 방법Example 5. Method for measuring the degree of differentiation of stem cells according to the transfer of calcium into the stem cells by EPG

세포막에는 탈분극/재분극/과분극에 의해 전위차가 생기며, 이런 전위차는 칼슘 및 칼륨의 세포내 유입을 유도하며 칼슘 채널의 주요 작용 기전이 된다. 분극현상에 의한 칼슘의 유입은 voltage-dependent K+ 채널과 연관되어 성체 줄기세포의 분화를 유도 하여 뼈 생산과 지방생산에 직접적으로 관여하는 것으로 보고되었다. 또한, Intermediate-conductance KCa(IK)를 변형시킨 줄기세포에서는 줄기세포의 migration이 현저히 낮아지는 것으로 보고되었다. 따라서, 칼슘유도 칼륨 채널에 의한 줄기세포 내부로의 칼슘의 이동과 칼슘이온의 농도는 줄기세포의 분화와 이동에 있어 필수 조건으로 확인되었다. A potential difference is generated in the cell membrane by depolarization/repolarization/hyperpolarization, and this potential difference induces the influx of calcium and potassium into the cell, and becomes the main mechanism of action of the calcium channel. It has been reported that the influx of calcium by polarization is related to the voltage-dependent K+ channel, inducing the differentiation of adult stem cells, and is directly involved in bone production and fat production. In addition, it has been reported that the migration of stem cells is significantly lowered in stem cells modified with intermediate-conductance KCa (IK). Therefore, the movement of calcium into the stem cells by the calcium-induced potassium channel and the concentration of calcium ions were confirmed as essential conditions for the differentiation and migration of stem cells.

최근 연구에 따르면 세포성장 사이클에서 세포내외 칼슘이온 교환시 정지시 G1/S 시기로 넘어가지 못하므로, 세포성장에 칼슘이온이 필수적이며, 특히 세포질 내 칼슘이온의 농도 및 세포성장 분화가 밀접하게 관계되어 있는 것으로 보고되었다. 또한, 세포 성장 사이클 중, G0/G1 및 S기에서는 근세포 근소포체 내 SERCA에 의해 영향을 받고, 근소포체 내에 칼슘이온이 없을 경우 세포성장이 멈추는 것으로 보고되었다.According to a recent study, when the exchange of intracellular and external calcium ions in the cell growth cycle does not pass to the G1/S period, calcium ions are essential for cell growth, and in particular, the concentration of calcium ions in the cytoplasm and cell growth differentiation are closely related. It has been reported to be. In addition, during the cell growth cycle, in G0/G1 and S phases, it was reported that it was affected by SERCA in myocyte myocytes, and cell growth stopped when there was no calcium ions in myoplasmic body.

따라서, EPG에 의한 줄기세포 내부로의 칼슘 이동에 따른 줄기세포의 분화도는 다음과 같은 방법으로 측정할 수 있다.Therefore, the degree of differentiation of stem cells according to the movement of calcium into the stem cells by EPG can be measured by the following method.

구체적으로, EPG가 발현된 줄기세포의 막전위의 변화와 칼슘 채널의 직접적 개폐에 의한 줄기세포 분화의 측정은 중간엽 세포의 표면 항원인 CD29 및 CD44의 발현으로 확인이 가능하다. 또한, 근육줄기세포 표면 마커인 sca-1, CD34, desmin등의 면역 염색을 통하여 칼슘의 유입에 의한 줄기세포 분화의 직접적인 확인이 가능하다.Specifically, measurement of stem cell differentiation by changes in the membrane potential of EPG-expressing stem cells and direct opening and closing of calcium channels can be confirmed by the expression of CD29 and CD44, which are surface antigens of mesenchymal cells. In addition, it is possible to directly confirm the differentiation of stem cells by the influx of calcium through immunostaining such as sca-1, CD34, and desmin, which are muscle stem cell surface markers.

근육 줄기세포에서 근세포로의 분화능은 alpha-Smooth Muscle Actin, Caldesmon/CALD1, Calponin 1, Hexim 1, Histamine H2, R Motilin, R/GPR38, VE-Cadherin, Transgelin/TAGLN 등의 표면 항원의 발현 유무 및 발현 양에 의해 판별 할 수 있으며, EPG와 전자기장에 의한 표면 마커의 발현 정도를 파악함으로써, 근육 줄기세포에서 근육세포로의 분화 여부를 분석할 수 있다.Differentiation ability from muscle stem cells to muscle cells is determined by the presence or absence of surface antigens such as alpha-Smooth Muscle Actin, Caldesmon/CALD1, Calponin 1, Hexim 1, Histamine H2, R Motilin, R/GPR38, VE-Cadherin, Transgelin/TAGLN, etc. It can be determined by the amount of expression, and by grasping the expression level of the surface marker by the EPG and the electromagnetic field, it is possible to analyze whether muscle stem cells are differentiated into muscle cells.

근육 줄기세포의 증식은 ki-67 면역염색 및 Cell counting growth curve로 확인할 수 있고, Cyclin D3, p16, p21 마커를 사용한 웨스턴블롯(western blot) 및 qRT-PCR 분석을 통하여 확인할 수 있다. 근육세포로의 분화능 및 분화 조절 기전은 최적 자기장 조건에서 화학적 저해제를 사용하여, Myhc 면역염색 및 MyoD, Myogenin 마커를 사용한 웨스턴블롯 및 qRT-PCR 분석을 통하여 확인할 수 있다.The proliferation of muscle stem cells can be confirmed by ki-67 immunostaining and cell counting growth curve, and can be confirmed through western blot and qRT-PCR analysis using Cyclin D3, p16, and p21 markers. The ability to differentiate into muscle cells and the mechanism of regulation of differentiation can be confirmed through Myhc immunostaining, Western blot and qRT-PCR analysis using MyoD and Myogenin markers using chemical inhibitors under optimal magnetic field conditions.

근육 줄기세포의 분화를 조절할 수 있는 Wnt, IL6 및 TGFb와 같은 신호 전달 물질의 처리에 의하여, 근육 줄기세포의 분화 신호의 조절이 가능한지 여부를 분석할 수 있다. 특히, 최적화된 자기장 내에서 근육 줄기세포의 분화를 유도하고, 이 과정에서, 근육 재생에 관련된 신호 전달 물질인 Wnt, IL6 또는 TGFb를 처리함으로써, 세부적인 신호 전달 측면에서의 근육 분화 신호 전달 체계의 확인이 가능하다.By treatment of signal transduction substances such as Wnt, IL6 and TGFb that can regulate the differentiation of muscle stem cells, it is possible to analyze whether or not the differentiation signals of muscle stem cells can be regulated. In particular, by inducing the differentiation of muscle stem cells within an optimized magnetic field, and in this process, by processing Wnt, IL6 or TGFb, which are signaling substances related to muscle regeneration, the muscle differentiation signal transduction system in terms of detailed signal transduction Can be checked.

최종적으로 EPG가 형질 전환된 줄기세포를 선택하고, 근욱 세포로 분화시키기 위한 다양한 성장인자를 처리한 후, 전자기장의 영향으로 EPG 단백질이 활성화되고 세포내의 칼슘이온의 양이 변화하는 패턴을 추적하며, 이후 최적화된 전자기장 처리 시간과 칼슘이온의 양을 정량화함으로써, 줄기세포로부터 근세포로의 세포전환 기술의 확립이 가능하다.Finally, EPG-transformed stem cells are selected and various growth factors for differentiation into muscle cells are processed, and then the EPG protein is activated under the influence of an electromagnetic field, and the pattern in which the amount of calcium ions in the cell changes. Subsequently, by quantifying the optimized electromagnetic field treatment time and the amount of calcium ions, it is possible to establish a cell conversion technology from stem cells to muscle cells.

따라서, EPG 형질전환된 근육 줄기세포는 전자기장의 국소부위 조사에 따른 체내 부위 특이적 근세포 분화가 가능하므로, 듀시엔형 근이영양증 등 근육병의 개선을 위한 세포치료제로써 사용될 수 있다(도 8).Therefore, since the EPG-transformed muscle stem cells are capable of specific muscle cell differentiation in the body according to local irradiation of an electromagnetic field, they can be used as a cell therapy for improving muscle diseases such as Duchenne-type muscular dystrophy (FIG. 8).

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at around the examples. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

Claims (9)

전자기장 반응 유전자(Electromagnetic Perceptive Gene, EPG)를 암호화하는 뉴클레오티드 서열; 및
상기 뉴클레오티드 서열에 작동가능하게 연결된 프로모터를 포함하는 재조합 발현벡터.
A nucleotide sequence encoding an Electromagnetic Perceptive Gene (EPG); And
A recombinant expression vector comprising a promoter operably linked to the nucleotide sequence.
제 1 항의 재조합 발현벡터가 도입된 근육질환 예방 또는 치료용 형질전환 세포주.
A transformed cell line for preventing or treating muscle diseases into which the recombinant expression vector of claim 1 is introduced.
제 2 항에 있어서, 상기 근육질환은 근육병(myopathy)인 것인 형질전환 세포주.
The transformed cell line according to claim 2, wherein the muscle disease is myopathy.
제 3 항에 있어서, 상기 근육병은 듀시엔형 근이영양증(Duchenne muscular dystrophy)인 것인 형질전환 세포주.
The transformed cell line according to claim 3, wherein the muscle disease is Duchenne muscular dystrophy.
제 2 항에 있어서, 상기 세포는 근육 줄기세포인 것인 형질전환 세포주.
The transformed cell line according to claim 2, wherein the cells are muscle stem cells.
제 2 항의 형질전환 세포주를 포함하고,
상기 세포는 근육 줄기세포인 것인 근육병 예방 또는 치료용 세포치료제.
Comprising the transformed cell line of claim 2,
The cell is a muscle stem cell for preventing or treating muscle disease cell therapy.
제 6 항에 있어서, 상기 근육 줄기세포는 전자기장 조사 부위에서 근세포로 분화되는 것인 근육병 예방 또는 치료용 세포치료제.
The cell therapy agent for preventing or treating muscle diseases according to claim 6, wherein the muscle stem cells are differentiated into muscle cells at a site irradiated with an electromagnetic field.
제 6 항에 있어서, 상기 근육병은 듀시엔형 근이영양증인 것인 근육병 예방 또는 치료용 세포치료제.
The cell therapy agent for preventing or treating muscle disease according to claim 6, wherein the muscle disease is Duchenne-type muscular dystrophy.
제 7 항에 있어서, 상기 전자기장은 MRI인 것인 근육병 예방 또는 치료용 세포치료제.The cell therapy agent for preventing or treating muscle disease according to claim 7, wherein the electromagnetic field is MRI.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160139650A (en) 2015-05-28 2016-12-07 현대자동차주식회사 System and method for energy regeneration of mild hybrid electric vehicle

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160139650A (en) 2015-05-28 2016-12-07 현대자동차주식회사 System and method for energy regeneration of mild hybrid electric vehicle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024035147A1 (en) * 2022-08-10 2024-02-15 동국대학교 산학협력단 Gene promoter responsive to electromagnetic waves, and use thereof
KR20240049970A (en) 2022-10-11 2024-04-18 고려대학교 산학협력단 Composition for preventing, improving or treating obesity comprising EPG

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