KR20210146765A - Enterocyte-based Quantitative Combination of Proinflammatory Sentinels Specific to 8-keto-Trichothecene - Google Patents

Enterocyte-based Quantitative Combination of Proinflammatory Sentinels Specific to 8-keto-Trichothecene Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a cell-based bioanalysis system for predicting inflammatory action of 8-keto-trichothecene in intestinal epithelial cells. The cell-based bioanalysis system predicts inflammatory action of 8-keto-trichothecene in human intestinal epithelial cells based on the point that 8-keto-trichothecene induces EGR-1 while suppressing p65 promoter activity in human intestinal epithelial cells. A molecule-based dual biomonitoring system in intestinal epithelial cells according to the present invention can be used as a useful auxiliary tool which reacts with 8-keto-trichothecene in a food matrix to detect a typical molecular inflammation path.

Description

장 상피세포에서 8-케토-트리코테센의 염증 작용을 예측하는 세포 기반 생체 분석 시스템{Enterocyte-based Quantitative Combination of Proinflammatory Sentinels Specific to 8-keto-Trichothecene}{Enterocyte-based Quantitative Combination of Proinflammatory Sentinels Specific to 8-keto-Trichothecene}

본 발명은 장 상피세포에서 8-케토-트리코테센(8-keto-trichothecene)의 염증 작용을 예측하는 세포 기반 생체 분석 시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 주식으로 사용되는 농작물에 오염되어 있는 트리코테센 곰팡이 독소를 검출하기 위해, 장관 점막상피세포를 이용하여 시험관 내(In vitro)에서 구축한 바이오 모니터링(Bio-monitoring) 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cell-based bioanalysis system for predicting the inflammatory action of 8-keto-trichothecene in intestinal epithelial cells, and more specifically, to a tricotine contaminated with crops used as a staple food. It relates to a bio-monitoring system constructed in vitro using intestinal mucosal epithelial cells to detect tessen mycotoxin.

트리코테센은 200개 이상의 세스퀘테르페노이드(sesquiterpenoid) 곰팡이 대사체의 그룹으로서, 이들 중 몇몇은 진핵 리보좀 중단(eukaryotic ribosome stalling)이나, 세포 유비퀴틴 고갈을 유도하는, 건강을 위협하는 곰팡이 독소이다. 환경 및 곡물과 같은 농업 생산물 내 확산된 오염으로 인해, 독성 트리코테센에 대한 광범위한 조사가 이루어졌다. 더구나, 일부 트리코테센은 곰팡이에 감염된 농작물로부터 지표 토양수 및 배수 시스템으로 방출된다. 트리코테센은 테트라사이클릭 스키페놀(tetracyclic scirpenol) 고리 시스템을 특징으로 하며, 기능성 부분의 존재에 따라 4개의 그룹(타입 A-D)으로 분류된다. 푸사리움(Fusarium) 종과 같은 들판 곰팡이는 주로 타입 A 및 B 트리코테센을 생산한다. 타입 A 트리코테센은 테트라사이클릭 스키페놀 고리의 R1, R2, R3 또는 R5 위치에서 하이드록실 또는 아실 부분을 특징으로 한다. 타입 B 그룹 독소는 R5의 케톤 그룹으로 인해 일반적으로 8-케토-트리코테센으로 명명된다. 트리코테센의 리보솜-불활성화 활성은 미손상 9, 10 이중 결합, C-12, 13 에폭시드와, R1 및 R2 모두의 치환 여부와 관련이 있다.Trichothecenes are a group of more than 200 sesquiterpenoid fungal metabolites, some of which are health-threatening mycotoxins that induce eukaryotic ribosome stalling or cellular ubiquitin depletion. Due to diffuse contamination in the environment and agricultural products such as grains, extensive investigations have been made for the toxic tricotecene. Moreover, some trichothecenes are released from fungal-infected crops into surface soil water and drainage systems. Trichothecenes are characterized by a tetracyclic scirpenol ring system and are classified into four groups (type AD) according to the presence of functional moieties. Field fungi, such as Fusarium species, mainly produce type A and B tricotecenes. Type A trichothecenes are characterized by a hydroxyl or acyl moiety in the R1, R2, R3 or R5 positions of the tetracyclic skiphenol ring. Type B group toxins are commonly named 8-keto-tricotecene due to the ketone group of R5. The ribosome-inactivating activity of trichothecene is related to the presence or absence of substitution of both R1 and R2 with intact 9, 10 double bonds, C-12, 13 epoxides.

역학 조사 결과, 트리코테센에 대한 인체 노출과, 위장염 및 식도암을 포함한 위장 장애 사이에서 양성 연관성이 확인되었다. 특히, 데옥시니발레놀(deoxynivalenol; DON) 및 니발레놀(nivalenol; NIV)과 같은 8-케토-트리코테센은 인간 및 동물에서 다양한 곰팡이 독성을 일으킬 수 있다. 급성 중독된 동물은 위장관 및 고도로 증식하는 면역 관련 세포에서 심각한 손상이 나타나고, 설사, 구토, 위장 출혈 및 백혈구 감소증이 유발된다. 직접적인 조직 손상에 더해, DON-노출 마우스는 점막 및 전신 중독 과정에서 사이토카인 폭풍 증후군을 나타낸다. 상피 반응은 식이 유래 오염에 대한 반응으로 발생하는 초기 위장관 활동이다. 트리코테센에 대한 점막 및 전신 노출 과정에서, 장 상피 내막은 내강 손상을 감지하고, 분자 리프로그래밍을 촉진시킨다. 상피 장벽은 미토겐-활성화 키나아제 또는 기타 병리학적 생화학 경로와 같은 스트레스-반응성 세포 신호를 활성화시키는 내강 손상에 반응한다. 이후, 활성화된 스트레스 키나아제는 초기 성장 반응 유전자 1(early growth response gene 1; EGR-1)과 같이 즉시 반응하는 유전자의 프로파일을 변경하는데, 이는 자체적인 병리학적 상태 과정 또는 조절된 유전자 산물을 통하여, 조직 무결성(tissue integrity)을 유지하는데 기여한다. 더구나, 점막 미생물 항원에 대한 반응으로, 패턴 인식 수용체가 활성화되고, 핵 인자-κB(nuclear factor κB; NF-κB)를 포함하는 주요 전염증성 전사 인자를 통해 위험 신호를 전달한다. 또한, EGR-1은 염증성 세포 이동 및 사이토카인 생성을 포함한 다양한 염증 세포 활동에 관여한다.Epidemiological studies have confirmed a positive association between human exposure to tricotecene and gastrointestinal disorders, including gastroenteritis and esophageal cancer. In particular, 8-keto-tricotecene, such as deoxynivalenol (DON) and nivalenol (NIV), can cause various mycotoxicities in humans and animals. Acutely poisoned animals show severe damage to the gastrointestinal tract and highly proliferating immune-related cells, resulting in diarrhea, vomiting, gastrointestinal bleeding and leukopenia. In addition to direct tissue damage, DON-exposed mice exhibit cytokine storm syndrome during mucosal and systemic poisoning processes. The epithelial response is the initial gastrointestinal activity that occurs in response to dietary-derived contamination. During mucosal and systemic exposure to trichothecene, the intestinal epithelial lining detects luminal damage and promotes molecular reprogramming. The epithelial barrier responds to luminal damage that activates stress-responsive cellular signals such as mitogen-activated kinases or other pathological biochemical pathways. Then, the activated stress kinase changes the profile of a gene that responds immediately, such as early growth response gene 1 (EGR-1), which through its own pathological state process or regulated gene product, Contributes to maintaining tissue integrity. Moreover, in response to mucosal microbial antigens, pattern recognition receptors are activated and transduce risk signals through key proinflammatory transcription factors including nuclear factor κB (NF-κB). In addition, EGR-1 is involved in a variety of inflammatory cell activities, including inflammatory cell migration and cytokine production.

트리코테센 대사체에 대한 다양한 검출 방법에도 불구하고, 기존의 분석 기술은 오염된 매트릭스에서 생물학적 활성을 구별하는 데 종종 불충분하므로, 보다 정확하고 효과적인 검출 방법이 필요한 실정이다.In spite of various detection methods for trichothecene metabolites, existing analytical techniques are often insufficient to distinguish biological activities in contaminated matrices, and thus more accurate and effective detection methods are needed.

한국등록특허 제10-1640487호 (2016.07.12. 등록)Korean Patent Registration No. 10-1640487 (Registered on July 12, 2016)

이에, 본 발명은 장 상피세포에서 8-케토-트리코테센(8-keto-trichothecene)의 염증 작용을 예측하는, 이중 리포터 분석을 통한 세포 기반 8-케토-트리코테센(8-keto-trichothecene) 검출 시스템 및 상기 시스템을 이용한 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention predicts the inflammatory action of 8-keto-trichothecene in intestinal epithelial cells, cell-based 8-keto-trichothecene detection through double reporter analysis An object of the present invention is to provide a system and a cell-based 8-keto-tricotecene detection method using the system.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 EGR-1 결합 사이트 유전자 및 루시퍼라제(luciferase; LUC) 리포터 유전자를 포함하는 제1 리포터 재조합벡터; 및 p65 프로모터 유전자 및 분비 알카라인 포스파타아제(secreted alkaline phosphatase; SEAP) 리포터 유전자를 포함하는 제2 리포터 재조합벡터를 포함하는 세포 기반 8-케토-트리코테센(8-keto-trichothecene) 검출 시스템을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a first reporter recombinant vector comprising an EGR-1 binding site gene and a luciferase (LUC) reporter gene; and a cell-based 8-keto-trichothecene detection system comprising a second reporter recombinant vector comprising a p65 promoter gene and a secreted alkaline phosphatase (SEAP) reporter gene. .

또한, 본 발명은 1) EGR-1 결합 사이트 유전자 및 루시퍼라제(luciferase; LUC) 리포터 유전자를 포함하는 제1 리포터 재조합벡터; 및 p65 프로모터 유전자 및 분비 알카라인 포스파타아제(secreted alkaline phosphatase; SEAP) 리포터 유전자를 포함하는 제2 리포터 재조합벡터로 장 상피세포를 형질감염시키는 단계; 2) 상기 형질감염된 장 상피세포에 시료를 처리하는 단계; 및 3) 상기 시료가 처리된 장 상피세포에서 LUC 활성 및 SEAP 활성을 측정하는 단계를 포함하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides: 1) a first reporter recombinant vector comprising an EGR-1 binding site gene and a luciferase (LUC) reporter gene; and transfecting intestinal epithelial cells with a second reporter recombinant vector comprising a p65 promoter gene and a secreted alkaline phosphatase (SEAP) reporter gene; 2) processing the sample to the transfected intestinal epithelial cells; and 3) measuring LUC activity and SEAP activity in intestinal epithelial cells treated with the sample.

본 발명은 장 상피세포에서 8-케토-트리코테센의 염증 작용을 예측하는 세포 기반 생체 분석 시스템에 관한 것으로서, 8-케토-트리코테센이 인간 장 상피세포에서 p65 프로모터 활성을 억제하면서 EGR-1을 유도한다는 점에 근거한, 인간 장 상피세포에서 8-케토-트리코테센의 염증 작용을 예측하는 세포 기반 생체 분석 시스템에 대한 것이다. 본 발명에 따른 장 상피세포에서의 분자 기반 이중 바이오모니터링 시스템은 식품 매트릭스 내 8-케토-트리코테센에 반응하여, 전형적인 분자 염증 경로를 검출하기 위한 유용한 보조 도구로 활용될 수 있다.The present invention relates to a cell-based bioassay system for predicting the inflammatory action of 8-keto-tricotecene in intestinal epithelial cells, wherein 8-keto-tricotecene inhibits the p65 promoter activity in human intestinal epithelial cells and produces EGR-1 A cell-based bioassay system for predicting the inflammatory action of 8-keto-tricotecene in human intestinal epithelial cells based on induction. The molecular-based dual biomonitoring system in intestinal epithelial cells according to the present invention can be utilized as a useful auxiliary tool to detect typical molecular inflammatory pathways in response to 8-keto-tricotecene in a food matrix.

도 1은 인간 IECs에서 이중 리포터 시스템 상 인플라마겐의 영향을 나타낸다. (A) PSMA3 결핍 IECs에서 8-케토-트리코테센을 검출하기 위한 이중 리포터 시스템 (p65 전사에 대한 SEAP 및 EGR-매개 전사에 대한 루시퍼라제)의 기작에 대한 모식도를 나타낸다. (B-D) 이중 리포터를 가진 대조군 또는 PSMA3-결핍 HCT-8을 각 용량의 LPS (B), MDP (C) 또는 TNF-α (D)로 72시간 동안 처리한 결과를 나타낸다. 노출 후, 배지 내 SEAP 및 세포 내 루시퍼라제 수준은 동시에 측정하였다.
도 2는 인간 IECs에서 이중 리포터 시스템 상 8-케토-트리코테센의 영향을 나타낸다. (A-D) 이중 리포터를 가진 대조군 또는 PSMA3-결핍 HCT-8을 각 용량의 DON (A), 15-acDON (B), Fu-X (C) 또는 NIV (D)로 24시간 동안 처리한 결과를 나타낸다. 노출 후, 배지 내 SEAP 및 세포 내 루시퍼라제 수준은 동시에 측정하였다.
1 shows the effect of inflammagen on a dual reporter system in human IECs. (A) Schematic representation of the mechanism of a dual reporter system (SEAP for p65 transcription and luciferase for EGR-mediated transcription) for detecting 8-keto-tricotecene in PSMA3-deficient IECs. (BD) Shows the results of treatment with a double reporter control group or PSMA3-deficient HCT-8 with each dose of LPS (B), MDP (C) or TNF-α (D) for 72 hours. After exposure, SEAP and intracellular luciferase levels in the medium were measured simultaneously.
Figure 2 shows the effect of 8-keto-tricotecene on the dual reporter system in human IECs. (AD) Results of treatment of control or PSMA3-deficient HCT-8 with dual reporters for 24 h with each dose of DON (A), 15-acDON (B), Fu-X (C) or NIV (D) indicates. After exposure, SEAP and intracellular luciferase levels in the medium were measured simultaneously.

이에, 본 발명자들은 8-케토-트리코테센에 대한 상피 스트레스 반응을 측정하는 장 세포 기반 생체 분석 시스템을 개발하였다. 본 발명에서는, 8-케토-트리코테센에 대한 상피 노출에 있어서, 중요한 바이오마커로 EGR-1을 측정하였다. 대표적인 염증성 바이오마커인 NF-κB와 조합하여, 불가피한 트리코테센에 대해 반응하는, 인간 장 세포에서 최적화된 EGR-1-리포터 시스템을 구축하고 본 발명을 완성하였다. 본 발명은 음식, 사료 및 환경에서 전염증성 트리코테센의 초기 생물학적 활성을 측정하는데 유용한 생체소재로 제공될 수 있다. Accordingly, the present inventors developed an intestinal cell-based bioassay system for measuring the epithelial stress response to 8-keto-tricotecene. In the present invention, EGR-1 was measured as an important biomarker in epithelial exposure to 8-keto-tricotecene. In combination with NF-κB, a representative inflammatory biomarker, an EGR-1-reporter system optimized in human intestinal cells, which responds to unavoidable tricotecene, was constructed and completed the present invention. The present invention can be provided as a biomaterial useful for measuring the initial biological activity of pro-inflammatory tricotecene in food, feed and the environment.

본 발명은 EGR-1 결합 사이트 유전자 및 루시퍼라제(luciferase; LUC) 리포터 유전자를 포함하는 제1 리포터 재조합벡터; 및 p65 프로모터 유전자 및 분비 알카라인 포스파타아제(secreted alkaline phosphatase; SEAP) 리포터 유전자를 포함하는 제2 리포터 재조합벡터를 포함하는 세포 기반 8-케토-트리코테센(8-keto-trichothecene) 검출 시스템을 제공한다.The present invention relates to a first reporter recombinant vector comprising an EGR-1 binding site gene and a luciferase (LUC) reporter gene; and a cell-based 8-keto-trichothecene detection system comprising a second reporter recombinant vector comprising a p65 promoter gene and a secreted alkaline phosphatase (SEAP) reporter gene. .

바람직하게는, 상기 EGR-1 결합 사이트 유전자는 서열번호 1(5'-CGCCCTCGCCCCCGCGCCGGG-3')로 표시될 수 있있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, the EGR-1 binding site gene may be represented by SEQ ID NO: 1 (5'-CGCCCTCGCCCCCGCGCCGGG-3'), but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 p65 프로모터 유전자는 인간 p65 프로모터 (-999/+92) 영역일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, the p65 promoter gene may be a human p65 promoter (-999/+92) region, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 세포는 장 상피세포(intestinal epithelial cells; IECs)일 수 있으며, 보다 바람직하게는, 프로테아좀 서브유닛 알파 타입-3(proteasome subunit alpha type-3; PSMA3)-결핍 장 상피세포일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, the cells may be intestinal epithelial cells (IECs), and more preferably, proteasome subunit alpha type-3 (PSMA3)-deficient intestinal epithelial cells. may be, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 8-케토-트리코테센은 데옥시니발레놀(deoxynivalenol; DON), 15-아세틸 데옥시니발레놀(15-acetyl deoxynivalenol; 15-acDON), 3-아세틸 데옥시니발레놀(3-acetyl deoxynivalenol; 3-acDON), 푸사레논-X(fusarenon-X; Fu-X), 니발레놀(nivalenol; NIV), T-2 독소, 아플라톡신 B1(aflatoxin B1) 및 오크라톡신 A(ochratoxin A)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, the 8-keto-tricotecene is deoxynivalenol (DON), 15-acetyl deoxynivalenol (15-acDON), 3-acetyl deoxynivalenol (3-acetyl deoxynivalenol; 3-acDON), fusarenon-X (Fu-X), nivalenol (NIV), T-2 toxin, aflatoxin B1 and ochratoxin A ( It may be any one or more selected from the group consisting of ochratoxin A), but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 검출 시스템은 8-케토-트리코테센에 대한 염증 반응을 측정하는 것이다.Preferably, the detection system measures the inflammatory response to 8-keto-tricotecene.

본 발명에 있어서, "리포터 유전자"는 유전자 발현시 생물발광, 형광 또는 발색 등을 나타냄으로써 그 발현 여부를 시각적으로 쉽게 확인할 수 있는 유전자를 의미한다.In the present invention, the "reporter gene" refers to a gene whose expression can be easily confirmed visually by exhibiting bioluminescence, fluorescence, or color development during gene expression.

본 발명에 있어서, "재조합벡터"는 적합한 숙주 내에서 DNA를 발현시킬 수 있는 적합한 조절 서열에 작동 가능하게 연결된 DNA 서열을 보유하는 DNA 제조물을 의미하며, 플라스미드, 파지 입자, 또는 간단하게 잠재적 게놈 삽입물일 수 있다. 적당한 숙주로 형질 전환되면 재조합벡터는 숙주 게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다.In the present invention, "recombinant vector" means a DNA preparation having a DNA sequence operably linked to suitable regulatory sequences capable of expressing DNA in a suitable host, a plasmid, phage particle, or simply a potential genomic insert. can be Upon transformation into an appropriate host, the recombinant vector can replicate and function independently of the host genome, or in some cases can be integrated into the genome itself.

또한, 본 발명은 1) EGR-1 결합 사이트 유전자 및 루시퍼라제(luciferase; LUC) 리포터 유전자를 포함하는 제1 리포터 재조합벡터; 및 p65 프로모터 유전자 및 분비 알카라인 포스파타아제(secreted alkaline phosphatase; SEAP) 리포터 유전자를 포함하는 제2 리포터 재조합벡터로 장 상피세포를 형질감염시키는 단계; 2) 상기 형질감염된 장 상피세포에 시료를 처리하는 단계; 및 3) 상기 시료가 처리된 장 상피세포에서 LUC 활성 및 SEAP 활성을 측정하는 단계를 포함하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides: 1) a first reporter recombinant vector comprising an EGR-1 binding site gene and a luciferase (LUC) reporter gene; and transfecting intestinal epithelial cells with a second reporter recombinant vector comprising a p65 promoter gene and a secreted alkaline phosphatase (SEAP) reporter gene; 2) processing the sample to the transfected intestinal epithelial cells; and 3) measuring LUC activity and SEAP activity in intestinal epithelial cells treated with the sample.

바람직하게는, 상기 EGR-1 결합 사이트 유전자는 서열번호 1(5'-CGCCCTCGCCCCCGCGCCGGG-3')로 표시될 수 있있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, the EGR-1 binding site gene may be represented by SEQ ID NO: 1 (5'-CGCCCTCGCCCCCGCGCCGGG-3'), but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 p65 프로모터 유전자는 인간 p65 프로모터 (-999/+92) 영역일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, the p65 promoter gene may be a human p65 promoter (-999/+92) region, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 장 상피세포는 PSMA3-결핍 장 상피세포일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the intestinal epithelial cell may be a PSMA3-deficient intestinal epithelial cell, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 3) 단계에서 시료가 처리하지 않은 대조군에 비해 LUC 활성이 증가되고, SEAP 활성은 감소되는 것으로 측정된 시료의 경우, 8-케토-트리코테센이 함유된 것으로 판단할 수 있다.Preferably, in the case of the sample in which the LUC activity is increased and the SEAP activity is decreased compared to the control in which the sample is not treated in step 3), it can be determined that 8-keto-tricotecene is contained.

바람직하게는, 상기 8-케토-트리코테센은 데옥시니발레놀(deoxynivalenol; DON), 15-아세틸 데옥시니발레놀(15-acetyl deoxynivalenol; 15-acDON), 3-아세틸 데옥시니발레놀(3-acetyl deoxynivalenol; 3-acDON), 푸사레논-X(fusarenon-X; Fu-X), 니발레놀(nivalenol; NIV), T-2 독소, 아플라톡신 B1(aflatoxin B1) 및 오크라톡신 A(ochratoxin A)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, the 8-keto-tricotecene is deoxynivalenol (DON), 15-acetyl deoxynivalenol (15-acDON), 3-acetyl deoxynivalenol (3-acetyl deoxynivalenol; 3-acDON), fusarenon-X (Fu-X), nivalenol (NIV), T-2 toxin, aflatoxin B1 and ochratoxin A ( It may be any one or more selected from the group consisting of ochratoxin A), but is not limited thereto.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to help the understanding of the present invention. However, the following examples are merely illustrative of the content of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

하기의 실험예는 본 발명에 따른 각각의 실시예에 공통적으로 적용되는 실험예를 제공하기 위한 것이다.The following experimental examples are provided to provide experimental examples commonly applied to each embodiment according to the present invention.

<< 실험예Experimental example > >

1. 세포 배양 조건 및 시약1. Cell Culture Conditions and Reagents

장 상피세포주 HCT-8 (passage 13)은 ATCC (Rockville, MD, USA)로부터 구입하였다. HCT-8 세포는 10% (v/v) 열-불활성화된 우태아혈청 (fetal bovine serum; FBS, Welgene), 50 units/ml 페니실린 및 50 μg/ml 스트렙토마이신 (Welgene)이 첨가된 RPMI 1640 medium (Welgene, Daegu, South Korea)에서, 5% CO2 습윤 배양기로 37℃에서 유지시켰다. 세포 계수는 혈구계를 사용하여 trypan blue dye exclusion (Sigma-Aldrich chemical company, St. Louis, MO, USA)에 의해 수행하였다. TNF-α (Peprotech, Rocky Hill, NJ, USA)를 제외한, 다른 모든 화합물은 Sigma-Aldrich로부터 구입하였다.The intestinal epithelial cell line HCT-8 (passage 13) was purchased from ATCC (Rockville, MD, USA). HCT-8 cells were 10% (v/v) heat-inactivated fetal bovine serum (FBS, Welgene), 50 units/ml penicillin and 50 μg/ml streptomycin (Welgene) supplemented with RPMI 1640. medium (Welgene, Daegu, South Korea), 5% CO 2 was maintained at 37 ℃ in a humid incubator. Cell counting was performed by trypan blue dye exclusion (Sigma-Aldrich chemical company, St. Louis, MO, USA) using a hemocytometer. Except for TNF-α (Peprotech, Rocky Hill, NJ, USA), all other compounds were purchased from Sigma-Aldrich.

2. 플라스미드 제작2. Plasmid Construction

Addgene으로부터 구입한 pMKO.1 GFP vector를 사용하여, 공벡터 또는 PSMA3의 shRNA (shPSMA3)를 제작하였다. 삽입된 PSMA3 shRNA는 다음의 서열을 표적으로 한다: 5'-TAA AGC TTT TGA ACT AGA A-3'. 루시퍼라제 리포터 컨스트럭트로서, 4개의 EGR-1 결합 사이트를 포함하는 프로모터를 이용하였다. Human p65 promoter (-999/+92)는 HCT-8 세포 유래 인간 게놈 DNA를 사용하여 RT-PCR을 통해 생성하였다. 사용한 프라이머는 다음과 같다. 5'-AAG ACG AAT TCA GAG AAA ATA AAA A-3' 및 5'-TGC ACT ACA GAC GAG CCA TT-3'. 생성된 1091 bp 컨스트럭트를 SEAP 유전자 카세트를 가진 리포터 시스템에 삽입하였다.An empty vector or PSMA3 shRNA (shPSMA3) was constructed using the pMKO.1 GFP vector purchased from Addgene. The inserted PSMA3 shRNA targets the following sequence: 5'-TAA AGC TTT TGA ACT AGA A-3'. As a luciferase reporter construct, a promoter including four EGR-1 binding sites was used. Human p65 promoter (-999/+92) was generated by RT-PCR using human genomic DNA derived from HCT-8 cells. The primers used are as follows. 5'-AAG ACG AAT TCA GAG AAA ATA AAA A-3' and 5'-TGC ACT ACA GAC GAG CCA TT-3'. The resulting 1091 bp construct was inserted into a reporter system with a SEAP gene cassette.

3. 3. 루시퍼라제luciferase 분석 analysis

세포들은 차가운 PBS로 씻어냈고, 수동 용해 완충액 (Promega)으로 용해하였으며, 이후 13,800×g로 10분 동안 원심분리하였다. 상등액을 수집하였고, 측정 전까지 -80℃에서 보관하였다. 상등액 (10㎕)을 40㎕ 반딧불이 루시퍼라제 분석 기질 용액과 잠시 동안 혼합하고, 50㎕ Renilla 루시퍼라제 중단 용액 (Promega)으로 중단시킨 후, 루시퍼라제 활성을 model TD-20/20 dual mode luminometer (Turner Designs, Sunnyvale, CA)로 측정하였다. 표준화를 위해, 반딧불이 루시퍼라제 활성을 Renilla 루시퍼라제로 나누었다.Cells were washed with cold PBS, lysed with manual lysis buffer (Promega), and then centrifuged at 13,800×g for 10 minutes. The supernatant was collected and stored at -80°C until measurement. The supernatant (10 μl) was briefly mixed with 40 μl firefly luciferase assay substrate solution and 50 μl Renilla After stopping with luciferase stopping solution (Promega), luciferase activity was measured with a model TD-20/20 dual mode luminometer (Turner Designs, Sunnyvale, CA). For standardization, firefly luciferase activity was compared with Renilla split with luciferase.

4. 분비 4. Secretion 알카라인alkaline 포스파타아제(Secreted alkaline Phosphatase (Secreted alkaline) phosphatasephosphatase ; ; SEAPSEAP ) 분석) analysis

형질전환된 HCT-8 세포를 5×104 cells/well 밀도로 24-웰 플레이트에 접종하였고, 이후 여러 농도의 곰팡이 독소 및 다른 화합물로 37℃에서 24시간 또는 72시간 동안 처리하였다. 수집된 배양 배지 (400㎕)를 65℃에서 5분 동안 가열한 후, 100㎕의 가열된 상등액을 100㎕의 2×SEAP 분석 완충액 (2 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, 20 mM L-homoarginine)와 혼합하였다. 혼합물은 37℃에서 10분 동안 반응시켰고, 1×SEAP 분석 완충액에 녹인 120 mM p-니트로페닐포스페이트 (p-nitrophenylphosphate) 20㎕을 첨가하여 반응을 종결시켰다. 최종 혼합물은 암소에서 37℃로 추가 반응시켰다. 효소 결합 면역 흡착 분석(enzyme-linked immunosorbent assay; ELISA) reader (Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여, 반응 혼합물의 흡광도를 405 nm에서 측정하였다.Transformed HCT-8 cells were seeded in 24-well plates at a density of 5×10 4 cells/well, and then treated with various concentrations of mycotoxin and other compounds at 37° C. for 24 or 72 hours. After heating the collected culture medium (400 μl) at 65° C. for 5 minutes, 100 μl of the heated supernatant was mixed with 100 μl of 2×SEAP assay buffer (2 M diethanolamine, 1 mM MgCl 2 , 20 mM L-homoarginine). was mixed with The mixture was reacted at 37° C. for 10 minutes, and 20 μl of 120 mM p-nitrophenylphosphate dissolved in 1×SEAP assay buffer was added to terminate the reaction. The final mixture was further reacted in the dark at 37°C. Using an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) reader (Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA), the absorbance of the reaction mixture was measured at 405 nm.

5. 통계 및 재현성5. Statistical and reproducibility

GraphPad Prism v. 8.01 (La Jolla, CA, USA)을 사용하여, 통계 분석을 수행하였다. 두 데이터 그룹의 비교 분석을 위해, Student's t-test를 수행하였다. 여러 그룹의 비교 분석을 위해, post hoc ANOVA 평가로서, Newman- Keuls 방법을 이용한 분산 분석 (ANOVA)에 데이터를 적용하였다. 모든 시험관 내(in vitro) 평가는 2 - 3개의 독립적인 실험을 대표한다. 생물학적 반복실험 횟수 및 분석에 대한 세부 사항은 각 도면의 범례에 기재하였다.GraphPad Prism v. Statistical analysis was performed using 8.01 (La Jolla, CA, USA). For comparative analysis of the two data groups, Student's t- test was performed. For comparative analysis of several groups, data were applied to analysis of variance (ANOVA) using Newman- Keuls method as post hoc ANOVA evaluation. All in vitro evaluations are representative of 2-3 independent experiments. Details of the number of biological replicates and analysis are described in the legend of each figure.

<< 실시예Example 1> 염증 조절에서 8- 1> 8- in inflammation control 케토Keto -- 트리코테센tricotesen -특이적 패턴을 나타내는 이중 리포터 시스템 -Dual reporter system that exhibits specific patterns

본 발명자들은 IECs에서 8-케토-트리코테센이 EGR-1을 유도하는 반면, p65 프로모터 활성은 억제한다는 것을 밝혀냈다. 또한, IECs에서 PSMA3 결핍이 8-케토-트리코테센에 대해 반응하는 EGR-1 수준을 향상시킨다는 것을 확인하였다. 상기 결과들을 토대로, 본 발명자들은 IECs에서 8-케토-트리코테센의 전염증성 작용을 대표하는 세포-기반 생체 분석 시스템을 구축하였다. 대조군 및 PSMA3-결핍 세포는 pEBS14-LUC 및 인간 p65 프로모터 (-999/+92)-포함 SEAP 리포터 플라스미드로 이루어진 이중 리포터 플라스미드로 안정적으로 형질감염시켰다. pEBS14-LUC 플라스미드는 EGR-1-매개 전사활성을 검출할 수 있도록 제작되었고, 배지 내 SEAP를 측정하여 인플라마겐(inflammagens)에 대한 반응에서 p65 프로모터 활성을 정량하였다(도 1A). 또한, 본 발명자들은 양성 전염증성 유발인자로서 사이토카인 또는 박테리아성 엔도톡신에 대한 반응을 이중 리포터 생체 분석하였다. 본 발명자들은 이중 리포터 시스템에서 리포터 생산을 50% 향상시키기 위한 유효량 (ED50) 또는 리포터 생산을 50 % 감소시키기 위한 억제량 (ID50)을 계산하였다. LPS 또는 MDP (최소 생물활성 펩티도글리칸 모티프)를 포함하는 박테리아 세포벽 성분, 또는 종양 괴사 인자-α (tumor necrosis factor-α; TNF-α)에 대한 반응에 있어서, EGR-1-매개 전사 및 p65 프로모터 활성 모두 용량 의존적 방식으로 상승하였다(도 1B 내지 도 1D). 더구나, PSMA3 결핍은 대조군에 비해 전통적인 전염증 유발인자, 특히 MDP에 대한 EGR-1-매개 전사에 대한 용량 반응을 개선시켰다. 이에 비해, 3종의 인플라마겐(inflammagens)에 대한 반응에서 PSMA3 결핍은 p65 프로모터 활성화를 약화시켰는데, 이는 엔도톡신 또는 TNF-α에 의한 NF-κB 신호전달 활성화에 대해 PSMA3가 양성 조절자라는 것을 나타낸다. 8-케토-트리코테센에 대한 반응에서는, EGR-1-매개 전사는 상승하였으나, p65 프로모터 활성은 용량 의존적 방식으로 억제되었다(도 2). 더구나, 8-케토-트리코테센에 대한 반응에서 EGR-1-매개 전사의 민감도는 PSMA3 결핍에 의해 향상되었다. 하지만, p65 프로모터 활성에 대한 50% 억제 용량 (ID50)은 8-케토-트리코테센 존재하에서 PSMA3 결핍에 의해 유의적으로 변화가 없었다. 결론적으로 PSMA3-결핍 IECs에서의 이중 리포터 시스템은 8-케토-트리코테센에 의한 전형적인 염증 조절을 바이오모니터링할 수 있고, 엔도톡신 및 사이토카인을 포함하는 전통적인 염증성 유발인자의 반응과 구별할 수 있었다.We found that 8-keto-tricotecene induced EGR-1 in IECs, while repressing p65 promoter activity. We also confirmed that PSMA3 deficiency in IECs enhances EGR-1 levels in response to 8-keto-tricotecene. Based on the above results, the present inventors constructed a cell-based bioassay system representative of the proinflammatory action of 8-keto-tricotecene in IECs. Control and PSMA3-deficient cells were stably transfected with a dual reporter plasmid consisting of a SEAP reporter plasmid containing pEBS1 4 -LUC and human p65 promoter (-999/+92). The pEBS1 4 -LUC plasmid was constructed to detect EGR-1-mediated transcriptional activity, and by measuring SEAP in the medium, p65 promoter activity was quantified in response to inflammagens (FIG. 1A). In addition, the present inventors analyzed the biological response to cytokines or bacterial endotoxins as positive pro-inflammatory triggers in a double reporter living organism. We calculated an effective amount to enhance reporter production by 50% (ED 50 ) or an inhibitory amount to decrease reporter production by 50% (ID 50 ) in a dual reporter system. In response to bacterial cell wall components comprising LPS or MDP (minimum bioactive peptidoglycan motif), or tumor necrosis factor-α (TNF-α), EGR-1-mediated transcription and Both p65 promoter activity was elevated in a dose-dependent manner ( FIGS. 1B to 1D ). Moreover, PSMA3 deficiency improved the dose response to EGR-1-mediated transcription for traditional pro-inflammatory triggers, particularly MDP, compared to controls. In comparison, PSMA3 deficiency attenuated p65 promoter activation in response to three types of inflammagens, indicating that PSMA3 is a positive regulator of NF-κB signaling activation by endotoxin or TNF-α. . In response to 8-keto-tricotecene, EGR-1-mediated transcription was elevated, but p65 promoter activity was suppressed in a dose-dependent manner ( FIG. 2 ). Moreover, the sensitivity of EGR-1-mediated transcription in response to 8-keto-tricotecene was enhanced by PSMA3 deficiency. However, the 50% inhibitory dose (ID 50 ) for p65 promoter activity was not significantly changed by PSMA3 deficiency in the presence of 8-keto-tricotecene. In conclusion, the dual reporter system in PSMA3-deficient IECs could biomonitor the typical inflammatory regulation by 8-keto-tricotecene and distinguish it from the response of traditional proinflammatory triggers including endotoxins and cytokines.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the present invention, for those of ordinary skill in the art, it is clear that this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

<110> Pusan National University Industry-University Cooperation Foundation <120> Enterocyte-based Quantitative Combination of Proinflammatory Sentinels Specific to 8-keto-Trichothecene <130> ADP-2020-0297 <150> KR 10-2020-0063641 <151> 2020-05-27 <160> 1 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EGR-1 binding sites <400> 1 cgccctcgcc cccgcgccgg g 21 <110> Pusan National University Industry-University Cooperation Foundation <120> Enterocyte-based Quantitative Combination of Proinflammatory Sentinels Specific to 8-keto-Trichothecene <130> ADP-2020-0297 <150> KR 10-2020-0063641 <151> 2020-05-27 <160> 1 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EGR-1 binding sites <400> 1 cgccctcgcc cccgcgccgg g 21

Claims (11)

EGR-1 결합 사이트 유전자 및 루시퍼라제(luciferase; LUC) 리포터 유전자를 포함하는 제1 리포터 재조합벡터; 및
p65 프로모터 유전자 및 분비 알카라인 포스파타아제(secreted alkaline phosphatase; SEAP) 리포터 유전자를 포함하는 제2 리포터 재조합벡터를 포함하는 세포 기반 8-케토-트리코테센(8-keto-trichothecene) 검출 시스템.
a first reporter recombinant vector comprising an EGR-1 binding site gene and a luciferase (LUC) reporter gene; and
A cell-based 8-keto-trichothecene detection system comprising a p65 promoter gene and a second reporter recombinant vector comprising a secreted alkaline phosphatase (SEAP) reporter gene.
제1항에 있어서, 상기 EGR-1 결합 사이트 유전자는 서열번호 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 시스템.The cell-based 8-keto-tricotecene detection system according to claim 1, wherein the EGR-1 binding site gene is represented by SEQ ID NO: 1. 제1항에 있어서, 상기 세포는 장 상피세포(intestinal epithelial cells; IECs)인 것을 특징으로 하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 시스템.The cell-based 8-keto-tricotecene detection system according to claim 1, wherein the cells are intestinal epithelial cells (IECs). 제3항에 있어서, 상기 세포는 프로테아좀 서브유닛 알파 타입-3(proteasome subunit alpha type-3; PSMA3)-결핍 장 상피세포인 것을 특징으로 하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 시스템.The cell-based 8-keto-tricotecene detection system according to claim 3, wherein the cell is a proteasome subunit alpha type-3 (PSMA3)-deficient intestinal epithelial cell. 제1항에 있어서, 상기 8-케토-트리코테센은 데옥시니발레놀(deoxynivalenol; DON), 15-아세틸 데옥시니발레놀(15-acetyl deoxynivalenol; 15-acDON), 3-아세틸 데옥시니발레놀(3-acetyl deoxynivalenol; 3-acDON), 푸사레논-X(fusarenon-X; Fu-X), 니발레놀(nivalenol; NIV), T-2 독소, 아플라톡신 B1(aflatoxin B1) 및 오크라톡신 A(ochratoxin A)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 시스템.According to claim 1, wherein the 8-keto-tricotecene is deoxynivalenol (deoxynivalenol; DON), 15-acetyl deoxynivalenol (15-acetyl deoxynivalenol; 15-acDON), 3-acetyl deoxyni valenol (3-acetyl deoxynivalenol; 3-acDON), fusarenon-X (Fu-X), nivalenol (NIV), T-2 toxin, aflatoxin B1 and ochratoxin A cell-based 8-keto-tricotecene detection system, characterized in that at least one selected from the group consisting of A (ochratoxin A). 제1항에 있어서, 상기 검출 시스템은 8-케토-트리코테센에 대한 염증 반응을 측정하는 것을 특징으로 하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 시스템.The cell-based 8-keto-tricotecene detection system according to claim 1, wherein the detection system measures an inflammatory response to 8-keto-tricotecene. 1) EGR-1 결합 사이트 유전자 및 루시퍼라제(luciferase; LUC) 리포터 유전자를 포함하는 제1 리포터 재조합벡터; 및 p65 프로모터 유전자 및 분비 알카라인 포스파타아제(secreted alkaline phosphatase; SEAP) 리포터 유전자를 포함하는 제2 리포터 재조합벡터로 장 상피세포를 형질감염시키는 단계;
2) 상기 형질감염된 장 상피세포에 시료를 처리하는 단계; 및
3) 상기 시료가 처리된 장 상피세포에서 LUC 활성 및 SEAP 활성을 측정하는 단계를 포함하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 방법.
1) a first reporter recombinant vector comprising an EGR-1 binding site gene and a luciferase (LUC) reporter gene; and transfecting intestinal epithelial cells with a second reporter recombinant vector comprising a p65 promoter gene and a secreted alkaline phosphatase (SEAP) reporter gene;
2) processing the sample to the transfected intestinal epithelial cells; and
3) A cell-based 8-keto-tricotecene detection method comprising the step of measuring LUC activity and SEAP activity in intestinal epithelial cells treated with the sample.
제7항에 있어서, 상기 EGR-1 결합 사이트 유전자는 서열번호 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 방법.8. The method of claim 7, wherein the EGR-1 binding site gene is represented by SEQ ID NO: 1. Cell-based 8-keto-tricotecene detection method. 제7항에 있어서, 상기 장 상피세포는 PSMA3-결핍 장 상피세포인 것을 특징으로 하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 방법.The method of claim 7, wherein the intestinal epithelial cells are PSMA3-deficient intestinal epithelial cells. 제7항에 있어서, 상기 3) 단계에서 시료를 처리하지 않은 대조군에 비해 LUC 활성이 증가되고, SEAP 활성은 감소되는 것으로 측정된 시료의 경우, 8-케토-트리코테센이 함유된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 방법. The method according to claim 7, wherein in the case of the sample measured to have increased LUC activity and decreased SEAP activity compared to the control group not treated with the sample in step 3), determining that 8-keto-tricotecene is contained A cell-based 8-keto-tricotecene detection method characterized. 제7항에 있어서, 상기 8-케토-트리코테센은 데옥시니발레놀(deoxynivalenol; DON), 15-아세틸 데옥시니발레놀(15-acetyl deoxynivalenol; 15-acDON), 3-아세틸 데옥시니발레놀(3-acetyl deoxynivalenol; 3-acDON), 푸사레논-X(fusarenon-X; Fu-X), 니발레놀(nivalenol; NIV), T-2 독소, 아플라톡신 B1(aflatoxin B1) 및 오크라톡신 A(ochratoxin A)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 세포 기반 8-케토-트리코테센 검출 방법.The method of claim 7, wherein the 8-keto-tricotecene is deoxynivalenol (DON), 15-acetyl deoxynivalenol (15-acetyl deoxynivalenol; 15-acDON), 3-acetyl deoxyni valenol (3-acetyl deoxynivalenol; 3-acDON), fusarenon-X (Fu-X), nivalenol (NIV), T-2 toxin, aflatoxin B1 and ochratoxin A cell-based 8-keto-tricotecene detection method, characterized in that at least one selected from the group consisting of A (ochratoxin A).
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