KR20240054473A - A composition for inhibiting senescence inducing transcriptional activation of Oct4 gene - Google Patents

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KR20240054473A
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Abstract

본 발명은 Oct4 유전자의 전사 활성화를 유도하는 노화 방지용 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화를 유도하는, Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템에 관한 것으로써, 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화는 세포에서 재프로그래밍을 유도하여 in vitro 및 in vivo에서 노화 관련 표현형을 개선함으로써 노화 관련 질병을 예방, 개선 또는 치료할 수 있다.
The present invention relates to an anti-aging composition that induces transcriptional activation of the Oct4 gene and its use.
The present invention relates to a CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter, which induces transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene, which induces reprogramming in cells and is associated with aging in vitro and in vivo. By improving the phenotype, aging-related diseases can be prevented, improved, or treated.

Description

Oct4 유전자의 전사 활성화를 유도하는 노화 방지용 조성물{A composition for inhibiting senescence inducing transcriptional activation of Oct4 gene}Anti-aging composition that induces transcriptional activation of Oct4 gene {A composition for inhibiting senescence inducing transcriptional activation of Oct4 gene}

본 발명은 Oct4 유전자의 전사 활성화를 유도하는 노화 방지용 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to an anti-aging composition that induces transcriptional activation of the Oct4 gene and its use.

최종적으로 분화된 체세포는 4개의 야마나카 인자 Oct4, Sox2, Klf4 및 c-Myc(OSKM)의 과발현을 통해 만능 줄기 세포(유도 만능 줄기 세포, iPSC)로 재프로그래밍될 수 있다. 수많은 연구에서 세포 운명이 상기 인자의 강제 발현에 의해 변경될 수 있음이 입증되어 많은 질병의 치료를 위해 세포 재프로그래밍을 이용한 접근법의 가능성을 확인하였으며, 노화 방지에 대해서도 이러한 접근법의 가능성이 확인된 바 있다. 특히, OSKM의 일시적인 발현은 세포에서 노화 특징적 지표를 개선하고 재생 능력을 증가시킬 수 있음이 보고된 바 있다. Ultimately, differentiated somatic cells can be reprogrammed into pluripotent stem cells (induced pluripotent stem cells, iPSCs) through overexpression of the four Yamanaka factors Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc (OSKM). Numerous studies have demonstrated that cell fate can be altered by forced expression of the above factors, confirming the potential of approaches using cell reprogramming for the treatment of many diseases, and the potential of this approach for preventing aging has also been confirmed. there is. In particular, it has been reported that transient expression of OSKM can improve aging characteristics in cells and increase regenerative capacity.

그러나 생체 내 OSKM의 일시적인 발현은 다양한 조직에서 종양 형성을 유발하는 것으로 보고된 바 있으며(K. Ohnishi et al., Cell 156, 663-677, 2014), 세포 재프로그래밍을 위한 Klf4 및 c-Myc과 같은 인자의 과발현시 역분화 과정에서 기형종(teratoma) 형성을 유발할 위험성이 있음이 보고된 바 있다(M. Abad et al., Nature 502, 340-345, 2013). 또한, 역분화 리프로그래밍 초기 단계의 이소성(ectopic) Oct4 유전자의 발현은 무분별한 전사체 네트워크(transcriptome network)를 유도하기 때문에 표적 외 리프로그래밍이 진행된다. 이로 인하여, 생체 내 OSKM의 발현을 통한 세포 리프로그래밍 기반 노화 방지 기술은 안정성과 효율성 측면에서 여전히 큰 한계가 존재하는 기술이다. However, transient expression of OSKM in vivo has been reported to induce tumorigenesis in various tissues (K. Ohnishi et al., Cell 156, 663-677, 2014), and Klf4 and c-Myc for cell reprogramming. It has been reported that there is a risk of causing teratoma formation during dedifferentiation when overexpression of the same factor (M. Abad et al., Nature 502, 340-345, 2013). In addition, expression of the ectopic Oct4 gene in the early stages of dedifferentiation reprogramming induces an indiscriminate transcriptome network, resulting in off-target reprogramming. For this reason, anti-aging technology based on cell reprogramming through expression of OSKM in vivo is a technology that still has significant limitations in terms of stability and efficiency.

한편, CRISPR-Cas9 기술은 핵산분해효소인 Cas9을 이용해서 유전체의 서열을 편집하는데 사용되기도 하지만, 서열 특이적이면서 돌연변이를 유발하지 않는 유전자 조절 도구로도 사용될 수 있다. 이와 같은 재목적화는 엔도뉴클레아제 활성이 없는 죽은 Cas9(dead Cas9, dCas9) (L. S. Qi et al., Cell 152, 1173-1183, 2013; S. Brezgin et al., Int J Mol Sci 20, 2019)라고 하는 돌연변이 Cas9를 사용함으로써 가능해졌다. dCas9은 DNA를 자를 수는 없지만 sgRNA(sigle guide RNA)가 인도하는 특정 DNA에 결합할 수 있는 능력을 지닌다. 이에 따라, 표적 유전자에 결합할 수 있는 dCas9을 유전자 발현 조절 기능을 지닌 단백질들과 결합시킴으로써, 표적 유전자의 발현을 직접적으로 조절할 수 있다.Meanwhile, CRISPR-Cas9 technology is used to edit genome sequences using Cas9, a nuclease, but can also be used as a gene regulation tool that is sequence-specific and does not cause mutations. This repurposing is performed using dead Cas9 (dCas9), which lacks endonuclease activity (L. S. Qi et al., Cell 152, 1173-1183, 2013; S. Brezgin et al., Int J Mol Sci 20, 2019 ) was made possible by using a mutant Cas9 called ). Although dCas9 cannot cut DNA, it has the ability to bind to specific DNA guided by sgRNA (single guide RNA). Accordingly, the expression of the target gene can be directly controlled by combining dCas9, which can bind to the target gene, with proteins that have the function of regulating gene expression.

이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템을 이용하여 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화를 유도하는 경우 효율적이고 정확하게 세포에서 재프로그래밍을 유도하여 in vitro 및 in vivo에서 노화 관련 표현형을 개선함으로써 노화 관련 질병을 예방, 개선 또는 치료할 수 있음을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.Under this background, the present inventors demonstrated that when the transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene is induced using the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter, it efficiently and accurately induces reprogramming in cells, resulting in aging-related phenotypes in vitro and in vivo. By confirming that aging-related diseases can be prevented, improved, or treated by improving the present invention, the present invention was completed.

본 발명의 하나의 목적은 서열번호 1의 염기서열 또는 이와 상보적인 염기서열로 이루어진 가이드 RNA; 및 dCas9;를 포함하는, Oct4 유전자의 활성 증대용 CRISPR/dCas9 복합체를 제공하는 것이다.One object of the present invention is a guide RNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary thereto; and dCas9; to provide a CRISPR/dCas9 complex for increasing the activity of the Oct4 gene.

본 발명의 다른 하나의 목적은 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체를 유효성분으로 포함하는, 노화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating aging-related diseases, comprising the CRISPR/dCas9 complex of the present invention as an active ingredient.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 본 발명의 약학적 조성물을 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 노화방지 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an anti-aging method comprising administering the pharmaceutical composition of the present invention to a subject.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체를 포함하는, 세포 노화 억제용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for inhibiting cellular aging, comprising the CRISPR/dCas9 complex of the present invention.

이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 발명에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 발명의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.This is explained in detail as follows. Meanwhile, each description and embodiment disclosed in the present invention may also be applied to each other description and embodiment. That is, all combinations of the various elements disclosed in the present invention fall within the scope of the present invention. Additionally, the scope of the present invention cannot be considered limited by the specific description described below.

본 발명의 하나의 양태는 서열번호 1의 염기서열 또는 이와 상보적인 염기서열로 이루어진 가이드 RNA; 및 dCas9;를 포함하는, Oct4 유전자의 활성 증대용 CRISPR/dCas9 복합체를 제공한다.One aspect of the present invention is a guide RNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary thereto; and dCas9; and provides a CRISPR/dCas9 complex for increasing the activity of the Oct4 gene.

본 발명에서 용어, “가이드 RNA(guide RNA, gRNA)"란 표적하는 특정 DNA의 위치를 찾아내어 Cas 단백질을 표적 DNA로 인도하는 역할을 하는 단일 가닥의 RNA로서, 상기 가이드 RNA는 표적 DNA의 10~25bp의 염기 서열과 상보적인 서열을 포함하는 것일 수 있다. 일 예로, 상기 가이드 RNA는 표적 DNA 서열의 상보적 사슬과 염기쌍을 형성할 수 있는 서열의 5' 부위 앞에 1 내지 3개의 추가적인 뉴클레오타이드, 보다 구체적으로 2개 또는 3개의 뉴클레오타이드를 가질 수 있다. 다른 일 예로, 상기 가이드 RNA는 표적 DNA 내 서열과 상보적인 서열을 가지는 부분(이를 Spacer region, Target DNA recognition sequence, base pairing region 등으로도 명명함) 및 Cas 단백질 결합을 위한 헤어핀(hairpin) 구조를 포함할 수 있다. 그 예로, 표적 DNA 내 서열과 상보적인 서열을 가지는 부분, Cas 단백질 결합을 위한 hairpin 구조 및 Terminator 서열을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, 상기 가이드 RNA는 단일 가닥의 가이드 RNA로서, sgRNA(sigle guide RNA)와 혼용될 수 있다.In the present invention, the term “guide RNA (gRNA)” refers to a single-stranded RNA that finds the location of a specific target DNA and guides the Cas protein to the target DNA. The guide RNA is 10 strands of the target DNA. As an example, the guide RNA may include a sequence complementary to a base sequence of ~25bp, 1 to 3 additional nucleotides in front of the 5' region of the sequence that can form base pairs with the complementary chain of the target DNA sequence. More specifically, as another example, the guide RNA may have a sequence complementary to the sequence in the target DNA (also known as a spacer region, target DNA recognition sequence, base pairing region, etc.). business card) and a hairpin structure for Cas protein binding, for example, a portion having a sequence complementary to the sequence in the target DNA, a hairpin structure for Cas protein binding, and a terminator sequence. In the present invention, the guide RNA is a single-stranded guide RNA and may be used interchangeably with sgRNA (single guide RNA).

본 발명에 있어서, 상기 가이드 RNA는 Oct4 유전자를 표적하는 것일 수 있다. 일 예로, 상기 가이드 RNA는 Oct4 유전자의 프로모터 부위를 표적하는 것일 수 있다. 다른 일 예로, 상기 가이드 RNA는 Oct4 유전자의 시작 코돈으로부터 59bp 상류 부위를 표적하는 것일 수 있다.In the present invention, the guide RNA may target the Oct4 gene. As an example, the guide RNA may target the promoter region of the Oct4 gene. As another example, the guide RNA may target a region 59bp upstream from the start codon of the Oct4 gene.

구체적으로, 본 발명의 가이드 RNA는 서열번호 1의 염기서열을 가지거나, 포함하거나, 이루어지거나, 상기 아미노산 서열로 필수적으로 이루어질(essentially consisting of) 수 있다.Specifically, the guide RNA of the present invention may have, include, or consist of the base sequence of SEQ ID NO: 1, or may essentially consist of the amino acid sequence.

본 발명에서 용어, “Oct4(Octamer-Binding Transcription Factor 4)"란 POU5F1(POU domain, class 5, transcription factor 1)로도 불리는 전사인자로서, 성체 세포의 줄기성 유도, 유도 만능 줄기 세포의 다능성(pluripotency) 유지에 중요한 인자로 알려져 있다.In the present invention, the term “Oct4 (Octamer-Binding Transcription Factor 4)” is a transcription factor also called POU5F1 (POU domain, class 5, transcription factor 1), which induces stemness in adult cells and pluripotency in induced pluripotent stem cells ( It is known to be an important factor in maintaining pluripotency.

본 발명에 있어서, Oct4는 서열번호 11로 기재된 아미노산 서열을 가지거나, 포함하거나, 이루어지거나, 상기 아미노산 서열로 필수적으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 Oct4는 서열번호 11의 아미노산 서열로 기재된 폴리펩티드로 이루어지는 것일 수 있다. In the present invention, Oct4 may have, include, or consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11, or may consist essentially of the amino acid sequence. Specifically, the Oct4 may be composed of a polypeptide described in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11.

상기 Oct4의 서열 정보는 공지의 데이터 베이스인 NCBI(National Center for Biotechnology Information)의 GenBank에서 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 Oct4의 아미노산 서열은 상기 서열번호 11로 기재된 아미노산 서열과 적어도 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.5%, 99.7% 또는 99.9% 이상의 상동성 또는 동일성을 가지는 아미노산 서열을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 상동성 또는 동일성을 가지며 상기 서열번호 11의 아미노산 서열을 포함하는 단백질에 상응하는 효능을 나타내는 아미노산 서열이라면, 일부 서열이 결실, 변형, 치환, 보존적 치환 또는 부가된 아미노산 서열을 갖는 단백질도 본 발명의 범위 내에 포함됨은 자명하다. The sequence information of Oct4 can be obtained from GenBank of the National Center for Biotechnology Information (NCBI), a known database. In the present invention, the amino acid sequence of Oct4 is at least 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11. , may include an amino acid sequence having more than 99.5%, 99.7%, or 99.9% homology or identity. In addition, if the amino acid sequence has such homology or identity and shows efficacy corresponding to the protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11, the protein has an amino acid sequence in which some sequences are deleted, modified, substituted, conservatively substituted, or added. It is obvious that it is also included within the scope of the present invention.

예를 들어, 상기 아미노산 서열 N-말단, C-말단 그리고/또는 내부에 본 발명의 단백질의 기능을 변경하지 않는 서열 추가 또는 결실, 자연적으로 발생할 수 있는 돌연변이, 잠재성 돌연변이(silent mutation) 또는 보존적 치환을 가지는 경우이다.For example, addition or deletion of sequences, naturally occurring mutations, silent mutations or conservation within the amino acid sequence at the N-terminus, C-terminus and/or within the amino acid sequence that do not alter the function of the protein of the present invention. This is the case with enemy substitution.

상기 "보존적 치환(conservative substitution)"은 한 아미노산을 유사한 구조적 및/또는 화학적 성질을 갖는 또 다른 아미노산으로 치환시키는 것을 의미한다. 이러한 아미노산 치환은 일반적으로 잔기의 극성, 전하, 용해도, 소수성, 친수성 및/또는 양친매성(amphipathic nature)에서의 유사성에 근거하여 발생할 수 있다. 통상적으로, 보존적 치환은 단백질 또는 폴리펩티드의 활성에 거의 영향을 미치지 않거나 또는 영향을 미치지 않을 수 있다.The term “conservative substitution” means replacing one amino acid with another amino acid having similar structural and/or chemical properties. These amino acid substitutions may generally occur based on similarities in the polarity, charge, solubility, hydrophobicity, hydrophilicity and/or amphipathic nature of the residues. Typically, conservative substitutions may have little or no effect on the activity of the protein or polypeptide.

본 발명에서 용어, '상동성(homology)' 또는 '동일성(identity)'은 두 개의 주어진 아미노산 서열 또는 염기 서열 상호간 유사한 정도를 의미하며 백분율로 표시될 수 있다. 용어 상동성 및 동일성은 종종 상호교환적으로 이용될 수 있다.In the present invention, the term 'homology' or 'identity' refers to the degree of similarity between two given amino acid sequences or base sequences and can be expressed as a percentage. The terms homology and identity can often be used interchangeably.

보존된(conserved) 폴리뉴클레오티드 또는 폴리펩티드의 서열 상동성 또는 동일성은 표준 배열 알고리즘에 의해 결정되며, 사용되는 프로그램에 의해 확립된 디폴트 갭 페널티가 함께 이용될 수 있다. 실질적으로, 상동성을 갖거나(homologous) 또는 동일한(identical) 서열은 일반적으로 서열 전체 또는 일부분과 중간 또는 높은 엄격한 조건(stringent conditions)에서 하이브리드할 수 있다. 하이브리드화는 폴리뉴클레오티드에서 일반 코돈 또는 코돈 축퇴성을 고려한 코돈을 함유하는 폴리뉴클레오티드와의 하이브리드화 역시 포함됨이 자명하다.The sequence homology or identity of a conserved polynucleotide or polypeptide is determined by standard alignment algorithms, and may be used with a default gap penalty established by the program used. Substantially homologous or identical sequences are generally capable of hybridizing to all or part of a sequence under moderate or high stringent conditions. It is obvious that hybridization also includes hybridization with a polynucleotide containing a common codon or a codon taking codon degeneracy into account.

임의의 두 폴리뉴클레오티드 또는 폴리펩티드 서열이 상동성, 유사성 또는 동일성을 갖는지 여부는, 예를 들어, Pearson et al (1988)[Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85]: 2444에서와 같은 디폴트 파라미터를 이용하여 "FASTA" 프로그램과 같은 공지의 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 결정될 수 있다. 또는, EMBOSS 패키지의 니들만 프로그램(EMBOSS: The European Molecular Biology Open Software Suite, Rice et al., 2000, Trends Genet. 16: 276-277)(버전 5.0.0 또는 이후 버전)에서 수행되는 바와 같은, 니들만-운치(Needleman-Wunsch) 알고리즘(Needleman and Wunsch, 1970, J. Mol. Biol. 48: 443-453)이 사용되어 결정될 수 있다(GCG 프로그램 패키지 (Devereux, J., et al, Nucleic Acids Research 12: 387 (1984)), BLASTP, BLASTN, FASTA (Atschul, [S.] [F.,] [ET AL, J MOLEC BIOL 215]: 403 (1990); Guide to Huge Computers, Martin J. Bishop, [ED.,] Academic Press, San Diego,1994, 및 [CARILLO ET AL/.](1988) SIAM J Applied Math 48: 1073을 포함한다). 예를 들어, 국립 생물공학 정보 데이터베이스 센터의 BLAST, 또는 ClustalW를 이용하여 상동성, 유사성 또는 동일성을 결정할 수 있다.Whether any two polynucleotide or polypeptide sequences have homology, similarity, or identity can be determined, for example, by Pearson et al (1988) [Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85]: It can be determined using a known computer algorithm such as the "FASTA" program using default parameters as in 2444. Or, as performed in the Needleman program in the EMBOSS package (EMBOSS: The European Molecular Biology Open Software Suite, Rice et al., 2000, Trends Genet. 16: 276-277) (version 5.0.0 or later), It can be determined using the Needleman-Wunsch algorithm (Needleman and Wunsch, 1970, J. Mol. Biol. 48: 443-453) (GCG program package (Devereux, J., et al, Nucleic Acids Research 12: 387 (1984)), BLASTP, BLASTN, FASTA (Atschul, [S.] [F.,] [ET AL, J MOLEC BIOL 215]: 403 (1990); Guide to Huge Computers, Martin J. Bishop , [ed.,] Academic Press, San Diego, 1994, and [CARILLO ET AL/.] (1988) SIAM J Applied Math 48: 1073), BLAST, National Center for Biotechnology Information Database. Alternatively, homology, similarity, or identity can be determined using ClustalW.

폴리뉴클레오티드 또는 폴리펩티드의 상동성, 유사성 또는 동일성은, 예를 들어, Smith and Waterman, Adv. Appl. Math (1981) 2:482 에 공지된 대로, 예를 들면, Needleman et al. (1970), J Mol Biol. 48:443과 같은 GAP 컴퓨터 프로그램을 이용하여 서열 정보를 비교함으로써 결정될 수 있다. 요약하면, GAP 프로그램은 두 서열 중 더 짧은 것에서의 기호의 전체 수로, 유사한 배열된 기호(즉, 뉴클레오티드 또는 아미노산)의 수를 나눈 값으로 정의할 수 있다. GAP 프로그램을 위한 디폴트 파라미터는 (1) 이진법 비교 매트릭스(동일성을 위해 1 그리고 비-동일성을 위해 0의 값을 함유함) 및 Schwartz and Dayhoff, eds., Atlas Of Protein Sequence And Structure, National Biomedical Research Foundation, pp. 353-358 (1979)에 의해 개시된 대로, Gribskov et al(1986) Nucl. Acids Res. 14: 6745의 가중된 비교 매트릭스(또는 EDNAFULL (NCBI NUC4.4의 EMBOSS 버전) 치환 매트릭스); (2) 각 갭을 위한 3.0의 페널티 및 각 갭에서 각 기호를 위한 추가의 0.10 페널티(또는 갭 개방 패널티 10, 갭 연장 패널티 0.5); 및 (3) 말단 갭을 위한 무 페널티를 포함할 수 있다.Homology, similarity or identity of polynucleotides or polypeptides is defined in, for example, Smith and Waterman, Adv. Appl. Math (1981) 2:482, see, for example, Needleman et al. (1970), J Mol Biol. This can be determined by comparing sequence information using a GAP computer program such as 48:443. In summary, a GAP program can be defined as the total number of symbols in the shorter of the two sequences divided by the number of similarly aligned symbols (i.e., nucleotides or amino acids). The default parameters for the GAP program are (1) a binary comparison matrix (containing values 1 for identity and 0 for non-identity) and Schwartz and Dayhoff, eds., Atlas Of Protein Sequence And Structure, National Biomedical Research Foundation , pp. 353-358 (1979), Gribskov et al (1986) Nucl. Acids Res. 14: Weighted comparison matrix of 6745 (or EDNAFULL (EMBOSS version of NCBI NUC4.4) permutation matrix); (2) a penalty of 3.0 for each gap and an additional 0.10 penalty for each symbol in each gap (or a gap opening penalty of 10 and a gap extension penalty of 0.5); and (3) no penalty for end gaps.

본 발명에 있어서, 상기 Oct4를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 Oct4 유전자일 수 있다. 상기 Oct4 유전자는 POU5F1 유전자와 혼용될 수 있다.In the present invention, the polynucleotide encoding Oct4 may be the Oct4 gene. The Oct4 gene can be used interchangeably with the POU5F1 gene.

본 발명의 Oct4를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 11로 기재된 아미노산 서열을 코딩하는 염기서열을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 본 발명의 Oct4를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 12의 서열을 가지거나 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 Oct4를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 12의 서열로 이루어지거나, 필수적으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 Oct4는 서열번호 12의 염기서열로 기재된 폴리뉴클레오티드에 의해 코딩되는 것일 수 있다.The polynucleotide encoding Oct4 of the present invention may include a base sequence encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11. As an example of the present invention, the polynucleotide encoding Oct4 of the present invention may have or include the sequence of SEQ ID NO: 12. Additionally, the polynucleotide encoding Oct4 of the present invention may consist of or consist essentially of the sequence of SEQ ID NO: 12. Specifically, the Oct4 may be encoded by the polynucleotide described in the base sequence of SEQ ID NO: 12.

본 발명의 Oct4 유전자를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 코돈의 축퇴성(degeneracy) 또는 본 발명의 Oct4 유전자를 발현시키고자 하는 생물에서 선호되는 코돈을 고려하여, Oct4의 아미노산 서열을 변화시키지 않는 범위 내에서 코딩 영역에 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 Oct4를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 12의 서열과 상동성 또는 동일성이 70% 이상, 75% 이상, 76% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상인 염기서열을 가지거나 포함하거나, 또는 서열번호 12의 서열과 상동성 또는 동일성이 70% 이상, 75% 이상, 76% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상인 염기서열로 이루어지거나 필수적으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The polynucleotide encoding the Oct4 gene of the present invention is encoded within the range that does not change the amino acid sequence of Oct4, taking into account codon degeneracy or the codon preferred in the organism in which the Oct4 gene of the present invention is to be expressed. Various modifications can be made to the area. Specifically, the polynucleotide encoding Oct4 of the present invention has at least 70%, at least 75%, at least 76%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, and at least 96% homology or identity with the sequence of SEQ ID NO: 12. It has or includes a base sequence that is at least 97%, at least 98%, or has at least 70%, at least 75%, at least 76%, at least 85%, at least 90%, at least 95% homology or identity with the sequence of SEQ ID NO: 12. % or more, 96% or more, 97% or more, or 98% or more base sequences, or may consist essentially of base sequences, but are not limited thereto.

본 발명에서 용어, “Cas9"이란 "CRISPR-Cas9"을 지칭하며, CRISPR-Cas9는 3세대 유전자가위로써 이용하고자 하는 특정 염기서열을 인식하여 절단하고 편집하며, 게놈의 목적 장소에 특정 유전자를 삽입하거나 특정 유전자의 활동을 정지시키는 조작을 간단하고 신속하고 효율성 있게 실시하는데 유용하다. Cas9 단백질 또는 유전자의 서열 정보는 NCBI(National Center for Biotechnology Information)의 GenBank와 같은 공지의 데이터 베이스에서 얻을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, Cas9 단백질은 그 목적에 따라 당업자가 추가적인 도메인을 적절하게 연결할 수 있다.In the present invention, the term “Cas9” refers to “CRISPR-Cas9,” and CRISPR-Cas9 is a third-generation gene scissors that recognizes, cuts, and edits specific base sequences to be used, and inserts specific genes into the target site of the genome. Sequence information of the Cas9 protein or gene can be obtained from known databases such as GenBank of the National Center for Biotechnology Information (NCBI). In addition, the Cas9 protein may be appropriately linked to additional domains depending on its purpose.

본 발명에 따른 Cas9은 엔도뉴클레아제 활성을 갖지 않는 돌연변이 Cas9, 즉 "죽은 Cas9(dead Cas9, dCas9)"일 수 있다. dCas9은 DNA를 자를 수는 없지만 sgRNA가 인도하는 특정 DNA에 결합할 수 있는 능력을 지닌다. 이에 따라, 표적 유전자에 결합할 수 있는 dCas9을 유전자 발현 조절 기능을 지닌 단백질들과 결합시킴으로써, 표적 유전자의 발현을 직접적으로 조절할 수 있다.Cas9 according to the present invention may be a mutant Cas9 without endonuclease activity, that is, “dead Cas9 (dCas9)”. Although dCas9 cannot cut DNA, it has the ability to bind to specific DNA guided by sgRNA. Accordingly, the expression of the target gene can be directly controlled by combining dCas9, which can bind to the target gene, with proteins that have the function of regulating gene expression.

본 발명에 있어서, dCas9는 서열번호 13으로 기재된 아미노산 서열을 가지거나, 포함하거나, 이루어지거나, 상기 아미노산 서열로 필수적으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 dCas9는 서열번호 13의 아미노산 서열로 기재된 폴리펩티드로 이루어지는 것일 수 있다.In the present invention, dCas9 may have, include, or consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 13, or may consist essentially of the amino acid sequence. Specifically, the dCas9 may be composed of a polypeptide described in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13.

본 발명에 있어서, 상기 dCas9의 아미노산 서열은 상기 서열번호 13으로 기재된 아미노산 서열과 적어도 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.5%, 99.7% 또는 99.9% 이상의 상동성 또는 동일성을 가지는 아미노산 서열을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 상동성 또는 동일성을 가지며 상기 서열번호 13의 아미노산 서열을 포함하는 단백질에 상응하는 효능을 나타내는 아미노산 서열이라면, 일부 서열이 결실, 변형, 치환, 보존적 치환 또는 부가된 아미노산 서열을 갖는 단백질도 본 발명의 범위 내에 포함됨은 자명하다. In the present invention, the amino acid sequence of dCas9 is at least 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 13. , may include an amino acid sequence having more than 99.5%, 99.7%, or 99.9% homology or identity. In addition, if the amino acid sequence has such homology or identity and shows efficacy corresponding to the protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13, the protein has an amino acid sequence in which some sequences are deleted, modified, substituted, conservatively substituted, or added. It is obvious that it is also included within the scope of the present invention.

본 발명에 있어서, 상기 dCas9를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 dCas9 유전자일 수 있다.In the present invention, the polynucleotide encoding dCas9 may be the dCas9 gene.

본 발명의 dCas9를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 13으로 기재된 아미노산 서열을 코딩하는 염기서열을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 본 발명의 dCas9를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 14의 서열을 가지거나 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 dCas9를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 14의 서열로 이루어지거나, 필수적으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 dCas9는 서열번호 14의 염기서열로 기재된 폴리뉴클레오티드에 의해 코딩되는 것일 수 있다.The polynucleotide encoding dCas9 of the present invention may include a base sequence encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 13. As an example of the present invention, the polynucleotide encoding dCas9 of the present invention may have or include the sequence of SEQ ID NO: 14. Additionally, the polynucleotide encoding dCas9 of the present invention may consist of or essentially consist of the sequence of SEQ ID NO: 14. Specifically, the dCas9 may be encoded by the polynucleotide shown in the base sequence of SEQ ID NO: 14.

본 발명의 dCas9 유전자를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 코돈의 축퇴성 또는 본 발명의 dCas9 유전자를 발현시키고자 하는 생물에서 선호되는 코돈을 고려하여, dCas9의 아미노산 서열을 변화시키지 않는 범위 내에서 코딩 영역에 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 dCas9를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 14의 서열과 상동성 또는 동일성이 70% 이상, 75% 이상, 76% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상인 염기서열을 가지거나 포함하거나, 또는 서열번호 14의 서열과 상동성 또는 동일성이 70% 이상, 75% 이상, 76% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상인 염기서열로 이루어지거나 필수적으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The polynucleotide encoding the dCas9 gene of the present invention has various variations in the coding region within the range that does not change the amino acid sequence of dCas9, taking into account codon degeneracy or the codon preferred in organisms intended to express the dCas9 gene of the present invention. Transformations can occur. Specifically, the polynucleotide encoding dCas9 of the present invention has at least 70%, at least 75%, at least 76%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, and at least 96% homology or identity with the sequence of SEQ ID NO: 14. It has or includes a base sequence that is at least 97%, at least 98%, or has at least 70%, at least 75%, at least 76%, at least 85%, at least 90%, at least 95% homology or identity with the sequence of SEQ ID NO: 14. % or more, 96% or more, 97% or more, or 98% or more base sequences, or may consist essentially of base sequences, but are not limited thereto.

본 발명에 있어서, CRISPR/dCas9 복합체는 서열번호 1의 염기서열 또는 이와 상보적인 염기서열로 이루어진 가이드 RNA의 염기서열; 및 dCas9를 코딩하는 폴리뉴클레오티드;를 포함하는 벡터일 수 있다.In the present invention, the CRISPR/dCas9 complex includes a guide RNA base sequence consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary thereto; and a polynucleotide encoding dCas9.

본 발명에서 용어, “벡터(vector)"란 목적하는 DNA 단편을 숙주 세포에 도입시켜 증식할 수 있는 DNA로써 클로닝 운반체(cloning vehicle)라고도 한다. "발현 벡터"는 목적하는 코딩서열과, 특정 숙주생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 본 발명에서 상기 벡터는 발현 벡터와 동일한 의미로 사용될 수 있다.In the present invention, the term “vector” refers to DNA that can proliferate by introducing the desired DNA fragment into a host cell, and is also called a cloning vehicle. “Expression vector” refers to the desired coding sequence and a specific host cell. In the present invention, the vector may be used in the same sense as an expression vector.

본 발명에서 사용되는 벡터는 숙주세포 내에서 복제 가능한 것이면 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 임의의 벡터를 이용할 수 있다. 통상 사용되는 벡터의 예로는 천연 상태이거나 재조합된 상태의 플라스미드, 코스미드, 바이러스 및 박테리오파지를 들 수 있다. 예를 들어, 파지 벡터 또는 코스미드 벡터로서 pWE15, M13, MBL3, MBL4, IXII, ASHII, APII, t10, t11, Charon4A, 및 Charon21A 등을 사용할 수 있고, 플라스미드 벡터로서 pDZ계, pBR계, pUC계, pBluescriptII계, pGEM계, pTZ계, pCL계 및 pET계 등을 사용할 수 있으며, 바이러스 벡터로서 아데노-연관 바이러스(AAV) 벡터, 아데노바이러스 벡터, 헤르페스 바이러스 벡터, 레트로바이러스 벡터, 렌티바이러스 벡터, 백시니아바이러스 벡터, 폭스바이러스 벡터, 단순포진바이러스 벡터 등을 사용할 수 있다.The vector used in the present invention is not particularly limited as long as it can replicate within the host cell, and any vector known in the art can be used. Examples of commonly used vectors include plasmids, cosmids, viruses, and bacteriophages in a natural or recombinant state. For example, pWE15, M13, MBL3, MBL4, IXII, ASHII, APII, t10, t11, Charon4A, and Charon21A can be used as phage vectors or cosmid vectors, and pDZ-based, pBR-based, and pUC-based plasmid vectors can be used. , pBluescriptII series, pGEM series, pTZ series, pCL series, and pET series can be used, and as viral vectors, adeno-associated virus (AAV) vectors, adenovirus vectors, herpes virus vectors, retrovirus vectors, lentivirus vectors, and vaccinia vectors can be used. Niavirus vectors, poxvirus vectors, herpes simplex virus vectors, etc. can be used.

상기 폴리뉴클레오티드의 염색체 내로의 삽입은 당업계에 알려진 임의의 방법, 예를 들면, 상동 재조합(homologous recombination)에 의하여 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. Insertion of the polynucleotide into the chromosome may be accomplished by any method known in the art, for example, homologous recombination, but is not limited thereto.

본 발명에서 용어, "형질전환"은 목적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터를 숙주세포 내에 도입하여 숙주세포 내에서 상기 폴리뉴클레오티드가 코딩하는 단백질이 발현할 수 있도록 하는 것을 의미한다. 형질전환된 폴리뉴클레오티드가 숙주세포 내에서 발현될 수 있기만 한다면, 숙주세포의 염색체 내에 삽입되어 위치하거나 염색체 외에 위치하거나 상관없이 이들 모두를 포함할 수 있다. 상기 형질전환 하는 방법은 핵산을 세포 내로 도입하는 어떤 방법도 포함되며, 숙주세포에 따라 당 분야에서 공지된 바와 같이 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 전기천공법 (electroporation), 인산칼슘 (CaPO4) 침전, 염화칼슘 (CaCl2) 침전, 미세주입법 (microinjection), 폴리에틸렌글리콜 (PEG)법, DEAE-덱스트란법, 양이온 리포좀법, 및 초산 리튬-DMSO법 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the term “transformation” refers to introducing a recombinant vector containing a polynucleotide encoding a target protein into a host cell so that the protein encoding the polynucleotide can be expressed within the host cell. As long as the transformed polynucleotide can be expressed in the host cell, it can include both of these, regardless of whether it is inserted into the chromosome of the host cell or located outside the chromosome. The transformation method includes any method of introducing a nucleic acid into a cell, and can be performed by selecting an appropriate standard technique as known in the art depending on the host cell. For example, electroporation, calcium phosphate (CaPO 4 ) precipitation, calcium chloride (CaCl 2 ) precipitation, microinjection, polyethylene glycol (PEG) method, DEAE-dextran method, cationic liposome method, and Examples include, but are not limited to, the lithium acetate-DMSO method.

또한, 상기에서 용어 "작동 가능하게 연결"된 것이란 본 발명의 목적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드의 전사를 개시 및 매개하도록 하는 프로모터 서열 또는 발현조절영역과 상기 폴리뉴클레오티드 서열이 기능적으로 연결되어 있는 것을 의미한다. 작동 가능한 연결은 당업계의 공지된 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당업계의 절단 및 연결 효소 등을 사용하여 제작할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In addition, the term "operably linked" as used herein means that the polynucleotide sequence is functionally connected to a promoter sequence or expression control region that initiates and mediates transcription of the polynucleotide encoding the target protein of the present invention. do. Operable linkages can be prepared using genetic recombination techniques known in the art, and site-specific DNA cutting and linking can be made using cutting and linking enzymes known in the art, but are not limited thereto.

본 발명에 있어서, 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체는 Oct4 유전자의 내재적 전사 활성을 야생형 Oct4 유전자의 내재적 전사 활성에 비해 증대시킬 수 있다.In the present invention, the CRISPR/dCas9 complex of the present invention can increase the intrinsic transcriptional activity of the Oct4 gene compared to the intrinsic transcriptional activity of the wild-type Oct4 gene.

상기 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체는 Oct4 유전자의 내재적 전사 활성을 증대시킴에 따라 내재적 Oct4의 발현을 증대시킬 수 있다.The CRISPR/dCas9 complex of the present invention can increase the expression of endogenous Oct4 by increasing the endogenous transcriptional activity of the Oct4 gene.

본 발명의 일 구현예에서, CRISPR/dCas9 활성화 시스템에 의한 내인성 Oct4 활성화 유도를 위해 Oct4 원위 또는 근위 프로모터 영역을 표적으로 하는 10개의 후보 sgRNA를 설계하고(표 1), 세포를 각 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터로 형질감염시킨 결과, 내인성 Oct4 활성화가 유도되었으며(도 1b), Oct4 활성화가 유도됨을 웨스턴 블롯을 통해 확인하였다(도 1c 및 d). In one embodiment of the present invention, 10 candidate sgRNAs targeting the Oct4 distal or proximal promoter region were designed to induce endogenous Oct4 activation by the CRISPR/dCas9 activation system (Table 1), and cells were incubated with each sgRNA. As a result of transfection with the dCas9-activator vector, endogenous Oct4 activation was induced (Figure 1b), and the induction of Oct4 activation was confirmed through Western blot (Figures 1c and d).

특히, Oct4 유전자의 시작 코돈으로부터 59bp 상류 부위를 표적하는 #10 sgRNA(서열번호 1)를 포함하는 dCas9-activator 벡터로 형질전환된 세포에서 Oct4 활성화가 다른 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터로 형질전환된 세포에 비해 현저히 증가함을 확인하였다(도 1b).In particular, Oct4 activation occurs in cells transformed with a dCas9-activator vector containing #10 sgRNA (SEQ ID NO: 1) targeting a region 59bp upstream from the start codon of the Oct4 gene, when transformed with a dCas9-activator vector containing a different sgRNA. It was confirmed that there was a significant increase compared to the cells (Figure 1b).

본 발명에 있어서, 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체는 세포 노화 억제 효과를 갖는 것일 수 있다.In the present invention, the CRISPR/dCas9 complex of the present invention may have an inhibitory effect on cellular aging.

본 발명의 용어, "노화"는 일반적으로 나이가 들면서 신체의 구조와 기능이 저하되어 일어나는 쇠퇴적인 변화현상을 포괄하는 개념으로, 노화로 인한 변화는 실질세포수의 감소에 의한 각 조직의 중량 및 체중의 감소, 결합조직의 변화, 체조성의 변화, 혈관이나 피부 등의 탄력성 저하, 각 장기기능의 감퇴, 면역능력을 비롯한 항병회복능의 저하, 감각기 기능의 저하, 인지기능, 기억력, 학습능력 및 비교능력의 저하 등 매우 다양하다. The term "aging" of the present invention is a concept that generally encompasses the phenomenon of deteriorating changes that occur as the structure and function of the body deteriorates with age. Changes due to aging include the weight and weight of each tissue due to a decrease in the number of parenchymal cells. Loss of body weight, change in connective tissue, change in body composition, decrease in elasticity of blood vessels and skin, decrease in the function of each organ, decrease in anti-disease recovery ability including immune ability, decrease in sensory function, cognitive function, memory, learning ability, etc. There are many reasons, including a decrease in comparative ability.

본 발명의 "노화 억제"는 본 발명의 조성물의 투여에 의해 전술한 노화 증상을 억제 또는 방지 또는 개선 또는 지연시키는 모든 행위를 의미하며, 구체적으로, 전술한 노화와 관련된 파라미터, 예를 들면 증상의 정도를 적어도 감소시키는 모든 행위를 의미하며, 본 발명의 조성물의 투여에 의해 노화 증상이 호전, 완화되거나 이롭게 변경되는 행위를 포함한다. 또한, 상기 용어는 "노화 방지"와 혼용되어 사용될 수 있다. 상기 "노화 억제"는 "노화의 치료(treating)"로도 표현 될 수 있으며, 노화와 관련된 질환의 치료 및/또는 개선 역시 포함한다.“Ageing inhibition” of the present invention refers to any act of suppressing or preventing or improving or delaying the above-described aging symptoms by administering the composition of the present invention, and specifically, the above-described aging-related parameters, such as symptoms of It refers to all actions that at least reduce the degree, and includes actions in which aging symptoms are improved, alleviated, or beneficially changed by administration of the composition of the present invention. Additionally, the above term may be used interchangeably with “anti-aging.” The “inhibition of aging” may also be expressed as “treating aging” and also includes treatment and/or improvement of diseases related to aging.

본 발명에 따른 세포 노화 억제 효과는 Oct4 유전자의 내재적 전사 활성 증대; 및/또는 내재적 Oct4의 발현 증대에 의해 달성되는 것일 수 있다. The cellular aging inhibition effect according to the present invention includes increasing the intrinsic transcriptional activity of the Oct4 gene; And/or it may be achieved by increasing the expression of endogenous Oct4.

상기 세포 노화 억제 효과는 다음 중 선택되는 어느 하나 이상의 효과일 수 있다:The cellular aging inhibition effect may be any one or more effects selected from the following:

i) 노화 관련 유전자의 발현 수준 감소;i) reduced expression levels of aging-related genes;

ii) DNA 이중 가닥 파손 수준 감소;ii) reduced levels of DNA double-strand breaks;

iii) 세포자멸사 감소; 및iii) reduced apoptosis; and

iv) 노화 관련 베타 갈락토시다제 양성 세포 수 감소.iv) Age-related decrease in the number of beta-galactosidase positive cells.

상기 i)의 노화 관련 유전자는 스트레스 반응 유전자, ECM(extracellular matrix) 리모델링 유전자, SASP(Senescence-Associated Secretory Phenotype) 유전자 및 노화 관련 유전자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.The aging-related gene of i) may be any one or more selected from the group consisting of a stress response gene, an extracellular matrix (ECM) remodeling gene, a Senescence-Associated Secretory Phenotype (SASP) gene, and an aging-related gene.

상기 스트레스 반응 유전자는 일 예로, Ccl8, p16, p21, Btg2 및 Atf 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Examples of the stress response genes include Ccl8, p16, p21, Btg2, and Atf, but are not limited thereto.

상기 ECM 리모델링 유전자는 일 예로, MMP12, MMP13 및 IL-6 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The ECM remodeling genes may be, for example, MMP12, MMP13, and IL-6, but are not limited thereto.

상기 SASP 유전자는 일 예로, Cdkn2a, Cdkn1a 및 IL-a 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The SASP gene may be, for example, Cdkn2a, Cdkn1a, and IL-a, but is not limited thereto.

상기 i) 노화 관련 유전자의 발현 수준 감소와 관련하여, 본 발명의 일 구현예에서, 노화된 섬유아세포에서 노화 관련 유전자인 Ccl8, IL-6, Cdkn2a, Btg2, Atf3, MMP12, MMP13, p16 및 p21의 발현 수준이 현저히 증가되었으나, dCas9-activator 벡터의 도입에 의해 회복되었다(도 2e). With regard to i) reducing the expression level of aging-related genes, in one embodiment of the present invention, the aging-related genes Ccl8, IL-6, Cdkn2a, Btg2, Atf3, MMP12, MMP13, p16 and p21 in aged fibroblasts. The expression level of was significantly increased, but was recovered by introduction of the dCas9-activator vector (Figure 2e).

이로부터 노화 섬유아세포에서 dCas9-activator 벡터가 내인성 Oct4 활성화를 활성화함으로써 노화 관련 분자 표현형을 효율적으로 개선할 수 있음을 알 수 있다. From this, it can be seen that the dCas9-activator vector can efficiently improve aging-related molecular phenotypes by activating endogenous Oct4 activation in aging fibroblasts.

상기 ii) DNA 이중 가닥 파손 수준 감소와 관련하여, 본 발명의 일 구현예에서, 세포 노화와 관련된 DNA 이중 가닥 파손 수준을 평가하기 위해 히스톤 마커 γ-H2AX의 인산화 수준을 분석한 결과, 히스톤 마커 γ-H2AX의 인산화 수준은 dCas9-activator 벡터의 도입에 의해 유의하게 감소되었다(도 2b). 또한, dCas9-activator 벡터의 도입에 의한 내인성 Oct4 활성화에 의해 인산화된 히스톤 마커 γ-H2AX 또는 비정상적인 핵을 갖는 세포의 수 또한 유의하게 감소되었다(도 2c 및 2d). Regarding the above ii) reduction in the level of DNA double-strand breaks, in one embodiment of the present invention, the phosphorylation level of the histone marker γ-H2AX was analyzed to evaluate the level of DNA double-strand breaks associated with cellular aging, and the results showed that the histone marker γ The phosphorylation level of -H2AX was significantly reduced by introduction of the dCas9-activator vector (Figure 2b). In addition, the number of cells with phosphorylated histone marker γ-H2AX or abnormal nuclei was also significantly reduced by endogenous Oct4 activation by introduction of the dCas9-activator vector (Figures 2c and 2d).

본 발명의 다른 일 구현예에서, 프로게린을 과발현하는 렌티바이러스로 형질전환된 세포에서 Oct4 유전자 전사 활성화를 유도하는 #10 sgRNA와 Oct4 유전자 전사 활성화를 유도하지 않는 #6 sgRNA를 각각 포함하는 dCas9-activator 벡터의 도입에 의한 히스톤 마커 γ-H2AX의 인산화 수준을 확인한 결과, #10 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터를 도입한 세포가 #6 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터를 도입한 세포보다 비정상적인 세포가 감소하였다(도 3).In another embodiment of the present invention, dCas9-containing #10 sgRNA that induces Oct4 gene transcriptional activation and #6 sgRNA that does not induce Oct4 gene transcriptional activation, respectively, in cells transformed with lentivirus overexpressing progerin. As a result of confirming the phosphorylation level of the histone marker γ-H2AX by introduction of the activator vector, cells introduced with the dCas9-activator vector containing #10 sgRNA were more abnormal than cells introduced with the dCas9-activator vector containing #6 sgRNA. decreased (Figure 3).

이에 따라, Oct4 유전자의 시작 코돈으로부터 59bp 상류 부위를 표적하는 #10 sgRNA(서열번호 1)를 포함하는 dCas9-activator 벡터는 다른 Oct4 유전자의 프로모터 부위를 표적하는 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터보다 현저한 DNA 이중 가닥 파손 수준의 감소 효과를 가지며, 세포 노화를 억제함을 알 수 있다.Accordingly, the dCas9-activator vector containing #10 sgRNA (SEQ ID NO: 1) targeting a region 59bp upstream from the start codon of the Oct4 gene is significantly more effective than the dCas9-activator vector containing sgRNA targeting the promoter region of other Oct4 genes. It can be seen that it has the effect of reducing the level of DNA double strand breaks and inhibits cell aging.

상기 iii) 세포자멸사 감소와 관련하여, 본 발명의 일 구현에에서, dCas9-activator 벡터의 도입에 의해 내인성 Oct4 활성화가 증대되어 노화 섬유아세포에서 세포자멸 세포의 수가 대조군과 비교하여 유의하게 감소되었다(도 2f 및 2g).Regarding the above iii) reduction of apoptosis, in one embodiment of the present invention, endogenous Oct4 activation was increased by introduction of the dCas9-activator vector, and the number of apoptotic cells in senescent fibroblasts was significantly reduced compared to the control group ( Figures 2f and 2g).

상기 iv) 노화 관련 베타 갈락토시다제 양성 세포 수 감소와 관련하여, 본 발명의 일 구현예에서, dCas9-activator 벡터의 도입에 의해 내인성 Oct4 활성화가 증대되어 노화 섬유아세포에서 노화 관련 베타 갈락토시다제 양성 세포가 대조군과 비교하여 유의하게 감소되었다(도 2h 및 2i).Regarding the above iv) decrease in the number of senescence-related beta galactosidase-positive cells, in one embodiment of the present invention, endogenous Oct4 activation is increased by introduction of a dCas9-activator vector, thereby increasing senescence-related beta galactosidase in senescent fibroblasts. The number of positive cells was significantly reduced compared to the control group (Figures 2h and 2i).

본 발명에 있어서, 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체는 무기 나노입자 또는 유기 나노입자 중 선택되는 어느 하나 이상과 결합된 것일 수 있다.In the present invention, the CRISPR/dCas9 complex of the present invention may be combined with one or more selected from inorganic nanoparticles or organic nanoparticles.

상기 무기 나노입자는 금속 나노입자일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 금속 나노입자는 금, 은, 철, 백금, 구리, 아연, 주석, 루테늄, 로듐, 가돌리늄, 디스프로슘, 망간, 티타늄, 팔라듐 및 크롬 등일 수 있으며, 구체적으로 금 나노입자일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The inorganic nanoparticles may be metal nanoparticles, but are not limited thereto. For example, the metal nanoparticles may be gold, silver, iron, platinum, copper, zinc, tin, ruthenium, rhodium, gadolinium, dysprosium, manganese, titanium, palladium, and chromium, and may specifically be gold nanoparticles. , but is not limited to this.

상기 유기 나노입자는 양이온성 고분자일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The organic nanoparticles may be cationic polymers, but are not limited thereto.

예를 들어, 상기 양이온성 고분자는 폴리에틸렌이민(PEI), 키토산, 젤라틴, 콜라겐, 폴리-L-라이신, 폴리-L-히스티딘, 폴리-L-아르기닌, 히알루론산, 폴리감마글루탐산, 알지네이트, 카르복시알킬셀룰로오즈, 글리코겐, 아밀로오즈, 덱스트란, 폴리(메트)아크릴산, 플루란, 베타글루칸, 스타치, 히드록시(알킬)셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알콜, 폴리비닐알킬에테르, 폴리아미노알킬(메트)아크릴레이트, 폴리락틱산, 폴리글리콜산, 폴리락틱글리콜산, 폴리카프로락톤 및 이들의 공중합체 등일 수 있으며, 구체적으로 폴리에틸렌이민일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the cationic polymers include polyethyleneimine (PEI), chitosan, gelatin, collagen, poly-L-lysine, poly-L-histidine, poly-L-arginine, hyaluronic acid, polygamma glutamic acid, alginate, carboxyalkyl Cellulose, glycogen, amylose, dextran, poly(meth)acrylic acid, pullulan, beta-glucan, starch, hydroxy(alkyl)cellulose, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl alkyl ether. , polyaminoalkyl (meth)acrylate, polylactic acid, polyglycolic acid, polylactic glycolic acid, polycaprolactone, and copolymers thereof, and may specifically be polyethyleneimine, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 하나의 양태는 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체를 유효성분으로 포함하는, 노화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating aging-related diseases, comprising the CRISPR/dCas9 complex of the present invention as an active ingredient.

여기에서 사용되는 용어는 전술한 바와 같다.The terms used here are the same as described above.

본 발명에서, 용어 "노화 관련 질환"은 조기 노화를 유도하는 질환 또는 노화에 의해 유도되는 질환을 의미한다. In the present invention, the term “aging-related disease” refers to a disease that induces premature aging or a disease induced by aging.

본 발명에 있어서, 상기 조기 노화를 유도하는 질환은 일 예로, 허친슨 길포드(Hutchinson Guilford) 조로증 증후군(HGPS), HIV 감염과 관련된 조기 노화, 근육 퇴행 위축, 샤르코-마리-투스 질환(Charcot-Marie-Tooth disease), 베르너(Werner) 증후군, 인슐린 내성 타입 II 당뇨병, 골다공증, 피부 노화 및 제한 피부병증(restrictive dermopathy) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 조기 노화의 병리학적 특징을 포함하는 질환이라면 모두 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 조기 노화를 유도하는 질환은 허친슨 길포드 조로증 증후군일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, diseases that induce premature aging include, for example, Hutchinson Guilford progeria syndrome (HGPS), premature aging associated with HIV infection, muscle dystrophy, and Charcot-Marie-Tooth disease. -Tooth disease, Werner syndrome, insulin resistance type II diabetes, osteoporosis, skin aging and restrictive dermopathy, etc., but are not limited to these, and include pathological features of premature aging. Any disease can be included. Specifically, the disease that induces premature aging may be Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 노화에 의해 유도되는 질환은 일 예로, 동맥경화, 고혈압, 근감소증, 안구건조증, 황반변성, 원시, 근시, 백내장, 이명, 난청, 소화불량, 설사, 자가면역질환, 폐렴, 독감, 파상풍, 감염성 심내막염, 폐렴, 독감, 파상풍, 감염성 심내막염, 암, 과민성 방광, 요실금, 전립선 비대증, 하부요로증상, 사구체 신염, 만성 신부전, 뇌졸중, 골다공증, 관절염, 당뇨병, 신부전, 만성폐쇄성 폐질환 및 폐섬유화증 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 노화에 의해 발생되는 병리학적 특징을 포함하는 질환이라면 모두 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 노화에 의해 유도되는 질환은 혈관내피세포 노화로 유도되는 질환일 수 있고, 보다 구체적으로, 동맥경화일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, diseases induced by aging include, for example, arteriosclerosis, hypertension, sarcopenia, dry eye, macular degeneration, hyperopia, myopia, cataracts, tinnitus, hearing loss, indigestion, diarrhea, autoimmune disease, and pneumonia. , influenza, tetanus, infectious endocarditis, pneumonia, flu, tetanus, infectious endocarditis, cancer, overactive bladder, urinary incontinence, benign prostatic hyperplasia, lower urinary tract symptoms, glomerulonephritis, chronic renal failure, stroke, osteoporosis, arthritis, diabetes, renal failure, chronic obstructive pulmonary disease. It may include, but is not limited to, disease and pulmonary fibrosis, and any disease that includes pathological characteristics caused by aging may be included. Specifically, the disease induced by aging may be a disease induced by aging of vascular endothelial cells, and more specifically, may be arteriosclerosis, but is not limited thereto.

본 발명에서 용어, "예방"은 상기 조성물의 투여에 의해 노화 관련 질환을 억제하거나 발병을 지연시키는 모든 행위를 의미하며, "치료"는 상기 조성물의 투여에 의해 노화 관련 질환에 의한 증세가 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.In the present invention, the term "prevention" refers to any action that suppresses or delays the onset of an age-related disease by administering the composition, and "treatment" refers to improving symptoms caused by an age-related disease or improving symptoms by administering the composition. It refers to all actions that are beneficially changed.

본 발명에서 용어, "개선"은 상기 조성물을 이용하여 노화 관련 질환의 의심 및 발병 개체의 증상이 호전되거나 이롭게 되는 모든 행위를 말한다.In the present invention, the term "improvement" refers to any action that improves or benefits the symptoms of an individual suspected of or suffering from an age-related disease using the composition.

본 발명의 약학적 조성물은 약학적 조성물의 제조에 통상적으로 사용하는 적절한 담체, 부형체 또는 희석제를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 약학적 조성물에 포함되는 유효성분의 함량은 특별히 이에 제한되지 않으나, 조성물 총 중량에 대하여 0.0001 중량% 내지 10 중량%로, 구체적으로는 0.001 중량% 내지 1 중량%를 포함할 수 있다. The pharmaceutical composition of the present invention may further include appropriate carriers, excipients, or diluents commonly used in the preparation of pharmaceutical compositions. At this time, the content of the active ingredient included in the pharmaceutical composition is not particularly limited, but may include 0.0001% by weight to 10% by weight, specifically 0.001% by weight to 1% by weight, based on the total weight of the composition.

상기 약학적 조성물은 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제, 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제, 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제 및 좌제으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 제형을 가질 수 있으며, 경구 또는 비경구의 여러 가지 제형일 수 있다. 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 경구 투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 하나 이상의 화합물에 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 탄산칼슘, 수크로오스(sucrose) 또는 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한 단순한 부형제 이외에 스테아린산 마그네슘, 탈크 등과 같은 윤활제들도 사용된다. 경구 투여를 위한 액상제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순 희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁용제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테로 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로젤라틴 등이 사용될 수 있다.The pharmaceutical composition may be any selected from the group consisting of tablets, pills, powders, granules, capsules, suspensions, oral solutions, emulsions, syrups, sterilized aqueous solutions, non-aqueous solutions, suspensions, emulsions, freeze-dried preparations, and suppositories. It may have a single dosage form, or may have several oral or parenteral dosage forms. When formulated, it is prepared using diluents or excipients such as commonly used fillers, extenders, binders, wetting agents, disintegrants, and surfactants. Solid preparations for oral administration include tablets, pills, powders, granules, capsules, etc. These solid preparations contain one or more compounds and at least one excipient, such as starch, calcium carbonate, sucrose, or lactose ( It is prepared by mixing lactose, gelatin, etc. In addition to simple excipients, lubricants such as magnesium stearate and talc are also used. Liquid preparations for oral administration include suspensions, oral solutions, emulsions, and syrups. In addition to the commonly used simple diluents such as water and liquid paraffin, various excipients such as wetting agents, sweeteners, fragrances, and preservatives may be included. there is. Preparations for parenteral administration include sterilized aqueous solutions, non-aqueous solutions, suspensions, emulsions, freeze-dried preparations, and suppositories. Non-aqueous solvents and suspensions may include propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oil such as olive oil, and injectable esters such as ethyl oleate. As a base for suppositories, witepsol, macrogol, tween 61, cacao, laurel, glycerogelatin, etc. can be used.

본 발명의 약학적 조성물은 약학적으로 유효한 양으로 투여할 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention can be administered in a pharmaceutically effective amount.

본 발명에서 용어, "약학적으로 유효한 양"은 의학적 치료에 적용가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료하기에 충분한 양을 의미하며, 유효 용량 수준은 개체 종류 및 중증도, 연령, 성별, 질병의 종류, 약물의 활성, 약물에 대한 민감도, 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율, 치료기간, 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 본 발명의 약학적 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있다. 그리고 단일 또는 다중 투여될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하며, 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 본 발명의 약학적 조성물의 바람직한 투여량은 환자의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물 형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 약학적 조성물은 1일 0.0001 내지 500mg/kg으로, 구체적으로는 0.001 내지 100mg/kg으로 투여하는 것이 좋을 수 있다. 투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회 나누어 투여할 수도 있다. 상기 약학적 조성물은 쥐, 가축, 인간 등의 다양한 포유동물에 다양한 경로로 투여할 수 있으며, 투여의 방식은 당업계의 통상적인 방법이라면 제한없이 포함하며, 예를 들어, 경구, 직장 또는 정맥, 근육, 피하, 자궁내 경막 또는 뇌혈관 내 주사에 의해 투여될 수 있다. In the present invention, the term "pharmaceutically effective amount" refers to an amount sufficient to treat a disease with a reasonable benefit/risk ratio applicable to medical treatment, and the effective dose level is determined by the type and severity of the individual, age, gender, and severity of the disease. It can be determined based on factors including the type, activity of the drug, sensitivity to the drug, time of administration, route of administration and excretion rate, duration of treatment, drugs used simultaneously, and other factors well known in the medical field. The pharmaceutical composition of the present invention may be administered as an individual therapeutic agent or in combination with other therapeutic agents, and may be administered sequentially or simultaneously with conventional therapeutic agents. And it can be administered single or multiple times. Considering all of the above factors, it is important to administer an amount that can achieve maximum effect with the minimum amount without side effects, and this can be easily determined by a person skilled in the art. The preferred dosage of the pharmaceutical composition of the present invention varies depending on the patient's condition and weight, degree of disease, drug form, administration route and period, but for desirable effects, the pharmaceutical composition of the present invention is administered at 0.0001 to 500 mg/day. It may be better to administer in kg, specifically 0.001 to 100 mg/kg. Administration may be administered once a day, or may be administered several times. The pharmaceutical composition can be administered to various mammals such as rats, livestock, and humans by various routes, and the method of administration includes without limitation any method conventional in the art, for example, orally, rectally, or intravenously. It may be administered by intramuscular, subcutaneous, intrauterine, intrathecal, or intracerebrovascular injection.

또한, 본 발명의 약학적 조성물은 인간에 적용되는 의약품뿐만 아니라, 동물 의약품의 형태로도 사용될 수 있다. 여기에서, 동물이란 가축 및 반려동물을 포함하는 개념이다.In addition, the pharmaceutical composition of the present invention can be used not only in the form of a medicine for humans, but also in the form of an animal medicine. Here, animals are a concept that includes livestock and companion animals.

본 발명에 있어서, 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체는 노화 관련 질환을 개선하는 효과를 갖는 것일 수 있다.In the present invention, the CRISPR/dCas9 complex of the present invention may have the effect of improving aging-related diseases.

상기 노화 관련 질환을 개선하는 효과는 다음 중 선택되는 어느 하나 이상의 효과일 수 있다:The effect of improving the age-related disease may be any one or more effects selected from the following:

i) 척추 곡률 감소;i) Reduce spinal curvature;

ii) 체중 감소 억제; ii) inhibiting weight loss;

iii) 수명 증가; 및iii) increased lifespan; and

iv) 혈관 노화 억제.iv) Inhibition of vascular aging.

본 발명의 일 구현예에서, 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체를 주입한 결과, 주사 후 마우스에서는 대조군 대비 척추 곡률 감소를 포함하여 외관이 상당히 개선되었으며(도 4c), 체중 감소가 억제되고(도 4d), 수명이 증가됨을 확인하였다(도 4e).In one embodiment of the present invention, when AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomposite was injected into HGPS model mice showing progeria, the appearance of the mice was significantly improved after injection, including a decrease in spinal curvature compared to the control group (Figure 4c). , it was confirmed that weight loss was suppressed (Figure 4d) and lifespan increased (Figure 4e).

본 발명에 있어서, 상기 노화 관련 질환은 조기 노화를 유도하는 질환 또는 노화에 의해 유도되는 질환을 포함할 수 있다.In the present invention, the aging-related disease may include a disease that induces premature aging or a disease induced by aging.

상기 조기 노화를 유도하는 질환에 대해서는 전술한 바와 같으며, 구체적으로 허친슨 길포드 조로증 증후군일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The disease that induces premature aging is as described above, and may specifically be Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome, but is not limited thereto.

상기 노화에 의해 유도되는 질환에 대해서는 전술한 바와 같으며, 구체적으로, 상기 노화에 의해 유도되는 질환은 혈관내피세포 노화로 유도되는 질환일 수 있고, 보다 구체적으로, 동맥경화일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The diseases induced by aging are as described above. Specifically, the diseases induced by aging may be diseases induced by aging of vascular endothelial cells, and more specifically, may be arteriosclerosis, but are limited thereto. It doesn't work.

전술한 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체는 혈관 노화 또는 혈관내피세포 노화로 유도되는 질환을 개선하는 효과를 갖는 것일 수 있다.In any one of the above-described embodiments, the CRISPR/dCas9 complex of the present invention may have the effect of improving vascular aging or diseases induced by vascular endothelial cell aging.

상기 혈관 노화 또는 혈관내피세포 노화로 유도되는 질환은, 구체적으로 동맥경화일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The disease induced by vascular aging or vascular endothelial cell aging may specifically be arteriosclerosis, but is not limited thereto.

상기 동맥경화의 개선은 다음 중 선택되는 어느 하나 이상의 효과에 의해 달성되는 것일 수 있다:The improvement in arteriosclerosis may be achieved by one or more of the following effects:

i) 혈관 평활근 세포의 변성 감소;i) reduced degeneration of vascular smooth muscle cells;

ii) 대동맥의 외막 두께 감소; 및ii) decreased adventitial thickness of the aorta; and

iii) 대동맥에서 노화 관련 유전자의 발현 수준 감소.iii) Reduced expression levels of aging-related genes in the aorta.

본 발명의 일 구현예에서, 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체를 주입한 결과, 마우스의 혈관 평활근 세포(vascular smooth muscle cell, VSMC)의 변성이 대조군 대비 감소하였으며(도 4f 및 g). 대동맥의 외막 및 중앙 두께 표현형이 회복되었다(도 4h 및 i). In one embodiment of the present invention, when AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomposite was injected into HGPS model mice showing progeria, degeneration of vascular smooth muscle cells (VSMC) in mice was reduced compared to the control group ( Figure 4f and g). The adventitia and central thickness phenotypes of the aorta were restored (Figures 4h and i).

본 발명의 다른 일 구현예에서, 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체를 주입한 결과, 마우스 대동맥에서 대조군 대비 노화 관련 유전자인 Ccl8, IL-6, Cdkn2a, Btg2, Atf3, MMP12, MMP13, p16 및 p21의 발현 수준이 회복되었다(도 6).In another embodiment of the present invention, as a result of injecting AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomplex into HGPS model mice showing progeria, aging-related genes Ccl8, IL-6, Cdkn2a, Btg2, and Atf3 were increased in the mouse aorta compared to the control group. , the expression levels of MMP12, MMP13, p16, and p21 were restored (Figure 6).

최종적으로 분화된 체세포는 4개의 야마나카 인자 Oct4, Sox2, Klf4 및 c-Myc(OSKM)의 과발현을 통해 만능 줄기 세포(유도 만능 줄기 세포, iPSC)로 재프로그래밍될 수 있다. 수많은 연구에서 세포 운명이 상기 인자의 강제 발현에 의해 변경될 수 있음이 입증되어 많은 질병의 치료를 위해 세포 재프로그래밍을 이용한 접근법의 가능성을 확인하였다. 특히, OSKM의 일시적인 발현은 세포에서 노화 특징적 지표를 개선하고 재생 능력을 증가시킬 수 있음이 보고된 바 있다. Ultimately, differentiated somatic cells can be reprogrammed into pluripotent stem cells (induced pluripotent stem cells, iPSCs) through overexpression of the four Yamanaka factors Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc (OSKM). Numerous studies have demonstrated that cell fate can be altered by forced expression of these factors, confirming the potential of approaches using cell reprogramming for the treatment of many diseases. In particular, it has been reported that transient expression of OSKM can improve aging characteristics in cells and increase regenerative capacity.

그러나 생체 내 OSKM의 일시적인 발현은 다양한 조직에서 종양 형성을 유발하는 것으로 보고된 바 있으며(K. Ohnishi et al., Cell 156, 663-677, 2014), 세포 재프로그래밍을 위한 Klf4 및 c-Myc과 같은 인자의 과발현시 역분화 과정에서 기형종(teratoma) 형성을 유발할 위험성이 있음이 보고된 바 있다(M. Abad et al., Nature 502, 340-345, 2013). 또한, 역분화 리프로그래밍 초기 단계의 이소성(ectopic) Oct4 유전자의 발현은 무분별한 전사체 네트워크(transcriptome network)를 유도하기 때문에 표적 외 리프로그래밍이 진행된다. 이로 인하여, 생체 내 OSKM의 발현을 통한 세포 리프로그래밍 기반 노화 방지 기술은 안정성과 효율성 측면에서 여전히 큰 한계가 존재하는 기술이다. However, transient expression of OSKM in vivo has been reported to induce tumorigenesis in various tissues (K. Ohnishi et al., Cell 156, 663-677, 2014), and Klf4 and c-Myc for cell reprogramming. It has been reported that there is a risk of causing teratoma formation during dedifferentiation when overexpression of the same factor (M. Abad et al., Nature 502, 340-345, 2013). In addition, expression of the ectopic Oct4 gene in the early stages of dedifferentiation reprogramming induces an indiscriminate transcriptome network, resulting in off-target reprogramming. For this reason, anti-aging technology based on cell reprogramming through expression of OSKM in vivo is a technology that still has significant limitations in terms of stability and efficiency.

이에, 본 발명은 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화를 유도하는, Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템에 관한 것으로써, 전술한 OSKM의 발현 또는 과발현에 의한 종양 또는 기형종 형성의 부작용 없이 in vitro 및 in vivo에서 노화 관련 표현형을 개선하는 효과를 최초로 확인한 것에 의의가 있다.Accordingly, the present invention relates to a CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter, which induces transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene, in vitro and without the side effects of tumor or teratoma formation due to expression or overexpression of the above-mentioned OSKM. It is significant that it is the first to confirm the effect of improving aging-related phenotypes in vivo.

본 발명의 일 구현예에서, 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에서 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체의 꼬리-정맥 주사를 통한 내인성 Oct4 활성화의 활성화시 종양이 형성되는지를 확인한 결과, 주사 후 마우스에서는 체중 및 수명이 대조군과 차이가 없었으며(도 5a 및 5b), 종양이 관찰되지 않았으나, 외인성 OSKM 유도된 마우스에서는 여러 기관에서 종양이 형성된 것을 확인하였다(도 5c 및 5d). 또한, RT-qPCR 분석 결과에서도 주사 후 마우스의 간에서는 종양 관련 유전자가 유도되지 않았으나, 외인성 OSKM 유도된 마우스에서는 종양 관련 유전자가 유도된 것을 확인하였다(도 5e).In one embodiment of the present invention, as a result of confirming whether tumors are formed upon activation of endogenous Oct4 activation through tail-vein injection of AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomplex in HGPS model mice showing progeria, the mice lost weight after injection. and lifespan did not differ from the control group (Figures 5a and 5b), and no tumors were observed, but tumors were confirmed to be formed in several organs in exogenously induced OSKM mice (Figures 5c and 5d). In addition, RT-qPCR analysis results confirmed that tumor-related genes were not induced in the liver of mice after injection, but tumor-related genes were induced in exogenously induced OSKM mice (Figure 5e).

본 발명의 다른 일 구현예에서, 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에서 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체의 꼬리-정맥 주사를 통한 내인성 Oct4 활성화의 활성화시 이형성 표현형이 유도되는지를 확인한 결과, AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체 투여시 생체 내에서 일시적으로 내인성 Oct4 활성화를 유도하므로, 주사 후 마우스에서는 특정 이형성 표현형이 나타나지 않았다(도 5f). In another embodiment of the present invention, as a result of confirming whether a dysplastic phenotype is induced upon activation of endogenous Oct4 activation through tail-vein injection of AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomplex in HGPS model mice showing progeria, AuNPs/dCas9 Since administration of the -activator/PEI nanocomplex transiently induced endogenous Oct4 activation in vivo, no specific dysplastic phenotype was observed in mice after injection (Figure 5f).

이로부터 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체의 생체 내 투여에 따른 부분 재프로그래밍은 종양 형성 및 이형성 성장을 나타내지 않아 안전성이 있음을 알 수 있다.From this, it can be seen that partial reprogramming following in vivo administration of the AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomposite is safe as it does not cause tumor formation or dysplastic growth.

본 발명의 또 다른 하나의 양태는 본 발명의 약학적 조성물을 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 노화 방지 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides an anti-aging method comprising administering the pharmaceutical composition of the present invention to a subject.

여기에서 사용되는 용어는 전술한 바와 같다.The terms used here are the same as described above.

본 발명의 방법은 조기 노화를 유도하는 질환 또는 노화에 의해 유도되는 질환의 예방 또는 치료 방법일 수 있다.The method of the present invention may be a method of preventing or treating diseases that induce premature aging or diseases induced by aging.

전술한 바와 같이, 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체는 노화 억제 효과 및/또는 조기 노화를 유도하는 질환 또는 노화에 의해 유도되는 질환을 개선하는 효과를 갖는바, 이를 포함하는 약학적 조성물은 노화 방지 또는 개선, 조기 노화를 유도하는 질환 또는 노화에 의해 유도되는 질환의 예방, 개선 또는 치료를 목적으로 사용할 수 있다.As described above, the CRISPR/dCas9 complex of the present invention has an anti-aging effect and/or an effect of improving diseases that induce premature aging or diseases induced by aging, and a pharmaceutical composition containing the same can prevent or prevent aging. It can be used for the purpose of preventing, improving, or treating diseases that induce premature aging or diseases induced by aging.

상기 조기 노화를 유도하는 질환은 허친슨 길포드 조로증 증후군일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이에 대해서는 전술한 바와 같다.The disease that induces premature aging may be, but is not limited to, Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome. This is the same as described above.

상기 노화에 의해 유도되는 질환은 혈관내피세포 노화로 유도되는 질환일 수 있고, 보다 구체적으로, 동맥경화일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이에 대해서는 전술한 바와 같다.The disease induced by aging may be a disease induced by aging of vascular endothelial cells, and more specifically, may be arteriosclerosis, but is not limited thereto. This is the same as described above.

본 발명에서 용어, "개체"는 인간을 포함한 모든 동물을 의미할 수 있다. 상기 동물은 인간뿐만 아니라 이와 유사한 증상의 치료를 필요로 하는 소, 말, 양, 돼지, 염소, 낙타, 영양, 개, 고양이 등의 포유동물일 수 있다. 또한 인간을 제외한 동물을 의미할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In the present invention, the term “individual” may mean any animal, including humans. The animal may be not only a human, but also a mammal such as a cow, horse, sheep, pig, goat, camel, antelope, dog, or cat that requires treatment for similar symptoms. It may also refer to animals other than humans, but is not limited thereto.

본 발명에서 용어, "투여"는 어떠한 적절한 방법으로 노화 관련 질환의 의심 개체에게 본 발명의 약학적 조성물을 도입하는 것을 의미하며, 투여 경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 경구 또는 비경구의 다양한 경로를 통하여 투여될 수 있다.In the present invention, the term "administration" means introducing the pharmaceutical composition of the present invention into a subject suspected of having an age-related disease by any appropriate method, and the route of administration is various oral or parenteral routes as long as it can reach the target tissue. It can be administered through.

본 발명의 약학적 조성물은 약학적으로 유효한 양으로 투여할 수 있으며, 이에 대해서는 전술한 바와 같다.The pharmaceutical composition of the present invention can be administered in a pharmaceutically effective amount, as described above.

본 발명의 약학적 조성물은 노화 관련 질환을 예방 또는 치료하는 것을 목적으로 하는 개체이면 특별히 한정되지 않고, 어떠한 개체에든 적용가능하다. 예를 들면, 원숭이, 개, 고양이, 토끼, 모르모트, 랫트, 마우스, 소, 양, 돼지, 염소 등과 같은 비인간동물, 조류 및 어류 등 어느 것이나 사용할 수 있으며, 상기 약학적 조성물은 비경구, 피하, 복강 내, 폐 내 및 비강 내로 투여될 수 있고, 국부적 치료를 위해, 필요하다면 병변 내 투여를 포함하는 적합한 방법에 의하여 투여될 수 있다. 본 발명의 상기 약학적 조성물의 바람직한 투여량은 개체의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 경구, 직장 또는 정맥, 근육, 피하, 자궁내 경막 또는 뇌혈관 내 주사에 의해 투여될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited and can be applied to any entity as long as it is intended to prevent or treat aging-related diseases. For example, non-human animals such as monkeys, dogs, cats, rabbits, guinea pigs, rats, mice, cows, sheep, pigs, goats, birds and fish can be used, and the pharmaceutical composition can be administered parenterally, subcutaneously, etc. It can be administered intraperitoneally, intrapulmonaryly and intranasally, and for topical treatment, if necessary, by any suitable method, including intralesional administration. The preferred dosage of the pharmaceutical composition of the present invention varies depending on the individual's condition and weight, degree of disease, drug form, administration route and period, but can be appropriately selected by a person skilled in the art. For example, it may be administered orally, rectally, or by intravenous, intramuscular, subcutaneous, intrauterine intrathecal or intracerebrovascular injection, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 하나의 양태는 CRISPR/dCas9 복합체를 포함하는, 노화 관련 질환의 예방 또는 개선용 건강기능식품 조성물을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a health functional food composition for preventing or improving aging-related diseases, comprising a CRISPR/dCas9 complex.

본 발명의 또 다른 하나의 양태는 CRISPR/dCas9 복합체를 포함하는, 노화 억제용 건강기능식품 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a health functional food composition for inhibiting aging, comprising a CRISPR/dCas9 complex.

여기에서 사용되는 용어는 전술한 바와 같다.The terms used here are the same as described above.

본 발명의 조성물은 조기 노화를 유도하는 질환 또는 노화에 의해 유도되는 질환의 예방 또는 개선 용도를 갖는 것일 수 있다.The composition of the present invention may be used to prevent or improve diseases that induce premature aging or diseases induced by aging.

전술한 바와 같이, 본 발명의 CRISPR/dCas9 복합체는 노화 억제 효과 및/또는 조기 노화를 유도하는 질환 또는 노화에 의해 유도되는 질환을 개선하는 효과를 갖는바, 이를 포함하는 약학적 조성물은 노화 방지 또는 개선, 조기 노화를 유도하는 질환 또는 노화에 의해 유도되는 질환의 예방 또는 개선을 목적으로 사용할 수 있다.As described above, the CRISPR/dCas9 complex of the present invention has an anti-aging effect and/or an effect of improving diseases that induce premature aging or diseases induced by aging, and a pharmaceutical composition containing the same can prevent or prevent aging. It can be used for the purpose of improving, preventing or improving diseases that induce premature aging or diseases induced by aging.

상기 조기 노화를 유도하는 질환은 허친슨 길포드 조로증 증후군일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이에 대해서는 전술한 바와 같다.The disease that induces premature aging may be, but is not limited to, Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome. This is the same as described above.

상기 노화에 의해 유도되는 질환은 혈관내피세포 노화로 유도되는 질환일 수 있고, 보다 구체적으로, 동맥경화일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이에 대해서는 전술한 바와 같다.The disease induced by aging may be a disease induced by aging of vascular endothelial cells, and more specifically, may be arteriosclerosis, but is not limited thereto. This is the same as described above.

본 발명의 건강기능식품은 당 업계에서 통상적으로 사용되는 방법에 의하여 제조가능하며, 상기 제조시에는 당 업계에서 통상적으로 첨가하는 원료 및 성분을 첨가하여 제조할 수 있다. 또한 상기 건강기능식품의 제형 또한 식품으로 인정되는 제형이면 제한 없이 제조될 수 있다. 본 발명의 건강기능식품 조성물은 다양한 형태의 제형으로 제조될 수 있으며, 일반 약품과는 달리 식품을 원료로 하여 약품의 장기 복용 시 발생할 수 있는 부작용 등이 없는 장점이 있고, 휴대성이 뛰어나 일상적으로 섭취하는 것이 가능하기 때문에 매우 유용하며, 노화 억제 또는 방지 또는 개선 또는 지연 효과를 증진시키기 위한 보조제로 섭취가 가능하다.The health functional food of the present invention can be manufactured by a method commonly used in the industry, and can be manufactured by adding raw materials and components commonly added in the industry. Additionally, the formulation of the health functional food can also be manufactured without limitation as long as it is a formulation recognized as a food. The health functional food composition of the present invention can be manufactured in various formulations, and unlike general drugs, it is made from food and has the advantage of not having any side effects that may occur when taking the drug for a long period of time. It is also highly portable and can be used on a daily basis. It is very useful because it can be ingested, and it can be ingested as a supplement to inhibit, prevent, improve or delay aging.

상기 건강기능식품은 필수 성분으로 상기 CRISPR/dCas9 복합체 외에는 다른 성분에는 특별히 제한이 없으며 통상의 건강기능식품과 같이 여러가지 생약추출물, 식품 보조 첨가제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 또한, 상기 식품 보조 첨가제는 당업계에 통상적인 식품 보조 첨가제, 예를 들어 향미제, 풍미제, 착색제, 충진제, 안정화제 등을 포함한다.The health functional food is an essential ingredient and there are no particular restrictions on other ingredients other than the CRISPR/dCas9 complex. Like ordinary health functional foods, it may contain various herbal extracts, food supplements, or natural carbohydrates as additional ingredients. In addition, the food auxiliary additives include food auxiliary additives common in the art, such as flavoring agents, flavors, colorants, fillers, stabilizers, etc.

상기 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어, 포도당, 과당 등; 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 슈크로스 등; 및 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당, 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 상술한 것 이외에 향미제로서 천연 향미제(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다.Examples of such natural carbohydrates include monosaccharides such as glucose, fructose, etc.; Disaccharides such as maltose, sucrose, etc.; and polysaccharides, such as common sugars such as dextrin and cyclodextrin, and sugar alcohols such as xylitol, sorbitol, and erythritol. In addition to the above-mentioned flavoring agents, natural flavoring agents (e.g., rebaudioside A, glycyrrhizin, etc.) and synthetic flavoring agents (saccharin, aspartame, etc.) can be advantageously used.

상기 성분 외에도 본 발명의 건강기능식품 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있으며, 그 밖에 천연 과일쥬스 및 과일 쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 건강기능식품은 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 껌류, 아이스크림류, 스프, 음료수, 차, 기능수, 드링크제, 알콜 음료 및 비타민 복합제 중 어느 하나의 형태일 수 있다.In addition to the above ingredients, the health functional food composition of the present invention contains various nutrients, vitamins, water (electrolytes), flavoring agents such as synthetic and natural flavoring agents, colorants and thickening agents (cheese, chocolate, etc.), pectic acid, and salts thereof. , alginic acid and its salts, organic acids, protective colloidal thickeners, pH adjusters, stabilizers, preservatives, glycerin, alcohol, carbonating agents used in carbonated drinks, and other natural fruit juices, fruit juice drinks and vegetables. May contain pulp for the manufacture of beverages. These ingredients can be used independently or in combination. In addition, health functional foods are any form of meat, sausage, bread, chocolate, candy, snacks, confectionery, pizza, ramen, gum, ice cream, soup, beverages, tea, functional water, drinks, alcoholic beverages, and vitamin complexes. It can be.

또한 상기 건강기능식품은 식품첨가물을 추가로 포함할 수 있으며, "식품첨가물"로서의 적합여부는 다른 규정이 없는 한 식품의약품안정청에 승인된 식품첨가물공전의 총칙 및 일반시험법 등에 따라 해당 품목에 관한 규격 및 기준에 의하여 판정한다.In addition, the above-mentioned health functional food may additionally contain food additives, and its suitability as a “food additive” is determined in accordance with the general provisions of the Food Additives Code and General Test Methods approved by the Food and Drug Safety Administration, unless otherwise specified. Judgment is made according to specifications and standards.

이때, 건강기능식품을 제조하는 과정에서 식품에 첨가되는 조성물은 필요에 따라 그 함량을 적절히 가감할 수 있다.At this time, in the process of manufacturing health functional foods, the content of the composition added to food can be appropriately adjusted as needed.

본 발명의 또 다른 하나의 양태는 CRISPR/dCas9 복합체를 포함하는, 노화 관련 질환의 예방 또는 치료용 주사제 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention provides an injectable composition for preventing or treating aging-related diseases, comprising a CRISPR/dCas9 complex.

여기에서 사용되는 용어는 전술한 바와 같다.The terms used here are the same as described above.

본 발명의 조성물은 주사제 조성물에 통상 사용되는 임의의 적합한 부형제를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 부형제는, 예를 들어 보존제, 습윤제, 분산제, 현탁화제, 완충제, 안정화제 또는 등장화제 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The composition of the present invention may further include any suitable excipients commonly used in injectable compositions, such as preservatives, wetting agents, dispersing agents, suspending agents, buffering agents, stabilizing agents, or isotonic agents, etc. It is not limited to this.

본 발명의 또 다른 하나의 양태는 CRISPR/dCas9 복합체를 포함하는, 세포 노화 억제용 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a composition for inhibiting cellular aging, comprising a CRISPR/dCas9 complex.

여기에서 사용되는 용어는 전술한 바와 같다.The terms used here are the same as described above.

상기 세포 노화 억제는 ex vivo, in vivo 또는 in vitro에서의 노화일 수 있다.The inhibition of cellular aging may be ex vivo, in vivo, or in vitro.

상기 조성물은 ex vivo, in vivo 또는 in vitro에서 세포 노화를 억제하는 것일 수 있고, 일 예로, ex vivo 또는 in vitro에서 세포 노화를 억제하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The composition may inhibit cellular aging ex vivo, in vivo, or in vitro. For example, the composition may inhibit cellular aging ex vivo or in vitro, but is not limited thereto.

본 발명은 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화를 유도하는, Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템에 관한 것으로써, 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화는 세포에서 재프로그래밍을 유도하여 in vitro 및 in vivo에서 노화 관련 표현형을 개선함으로써 노화 관련 질병을 예방, 개선 또는 치료할 수 있다.The present invention relates to a CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter, which induces transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene, which induces reprogramming in cells and is associated with aging in vitro and in vivo. By improving the phenotype, aging-related diseases can be prevented, improved, or treated.

도 1은 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템을 이용한 Oct4 유전자의 전사 활성화 유도를 검증한 데이터이다. (a)는 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템을 이용한 Oct4 유전자의 전사 활성화 유도 과정을 모식화한 그림이다. (b)는 마우스 섬유아세포에 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 처리 후 Oct4 유전자의 mRNA 수준이 증가하는 것을 qRT-PCR을 통해 확인한 결과이다. (d) 및 (e)는 다양한 마우스 섬유아세포에서 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 처리 후 세포 내 Oct4 단백질 발현 수준이 증가하는 것을 웨스턴 블롯으로 확인한 결과이다. (g)는 Oct4 sgRNA 서열의 표적이 될 수 있는 10개의 표적 외 부위(표 3)의 전사 활성화를 qRT-PCR로 분석한 결과이다.
도 2는 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템을 이용한 Oct4 발현에 의해, 노화된 세포에서 노화 관련 표현형이 개선됨을 검증한 데이터이다. (a)는 노화된 세포에 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템을 처리하는 실험 과정을 모식화한 그림이다. (b)는 노화된 세포에 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템을 처리하여 p-γH2AX로 표지된 세포의 수가 감소하고, 비정상적인 핵의 모양을 가지는 세포의 수가 감소하는 것을 면역 형광염색법을 통해 확인한 결과이고, (c) 및 (d)는 이를 정량화 한 데이터이다. (e)는 노화된 세포에 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 처리 시 노화 관련 유전자 RNA 수준이 감소하는 것을 qRT-PCR 을 통해 확인한 결과이다. (f)는 노화된 세포에 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 처리 시 절단된 caspase-3로 표지된 세포의 수가 감소하는 것을 면역 형광염색법을 통해 확인한 결과이고, (g)는 이를 정량화 한 데이터이다. (h)는 노화된 섬유아세포에서 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 처리 시 β-갈락토시다제의 활성을 나타내는 세포의 수가 감소하는 것을 확인한 결과이고, (i)는 이를 정량화 한 데이터이다.
도 3은 Oct4 유전자 전사 활성화를 유도하는 #10 sgRNA와 Oct4 유전자 전사 활성화를 유도하지 않는 #6 sgRNA를 각각 포함하는 dCas9-activator 벡터의 도입에 의한 히스톤 마커 γ-H2AX의 인산화 수준을 확인한 데이터이다.
도 4는 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템을 통해 조기 노화 마우스인 HGPS(Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome) 모델 마우스의 노화 관련 증상이 완화됨을 검증한 데이터이다. (a)는 조기 노화 마우스 모델에 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템을 주사하여 Oct4 유전자 전사 활성화 유도 후 마우스 심장 대동맥(aorta)에서 노화 관련 증상이 완화되는 과정을 모식화한 그림이다. (b)는 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템을 주사하여 Oct4 유전자 전사 활성화 유도 후 마우스의 심장 대동맥(aorta)에서 Oct4 유전자의 전사 활성화 수준을 qRT-PCR을 통해 확인한 결과이다. (c)는 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 주사 후 척추 곡률(spine curvature) 정도를 확인한 결과이다. (d) 및 (e)는 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 주사 후 시간에 따라 조기 노화 마우스의 수명이 증가하고 체중 감소가 개선되는 것을 확인한 결과이다. (f)는 조기 노화 마우스의 심장 대동맥에서 α-SMA(Alpha Smooth Muscle Actin)로 표지된 세포의 수를 면역 형광염색법으로 확인한 결과이고, (g)는 이를 정량화한 데이터이다. (h)는 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 주사 후 심장 대동맥에서 혈관 외막 두께가 완화됨을 H&E staining을 통해 확인한 결과이고, (i)는 이를 정량화 한 데이터이다. (j) Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 주사 후 심장 대동맥에서 H3K9me3 수준이 증가하고, H4K20me3 수준이 감소하는 것을 웨스턴 블롯을 통해 확인한 데이터이다.
도 5는 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템을 통해 종양 형성 여부를 검증한 데이터이다. (a) Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 주사 후 7주 뒤 대조군, tetO-OSKM 및 sgOct4 처리 야생형 마우스의 체중을 측정한 결과이다. (b) Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 주사 후 대조군, tetO-OSKM 및 sgOct4 처리 야생형 마우스의 생존율을 측정한 결과이다. (c) 및 (d) Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 주사 후 마우스에서 일차 종양 형성(화살표)이 관찰되지 않음을 나타낸 데이터이다. (e) Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 주사 후 tetO-OSKM 및 sgOct4 처리 마우스에서 종양 관련 유전자의 수준을 RT-qPCR 분석을 통해 확인한 데이터이다. (f) sgCtrl 또는 sgOct4 처리 후 5개월 뒤 마우스의 간, 신장 및 피부의 대표적인 단면을 나타낸 데이터이다.
도 6은 Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템 주사 후 마우스의 대동맥에서 노화 관련 유전자의 수준을 RT-qPCR 분석을 통해 확인한 데이터이다.
Figure 1 shows data verifying the induction of transcriptional activation of the Oct4 gene using the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (a) is a diagram illustrating the process of inducing transcriptional activation of the Oct4 gene using the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (b) is the result confirming through qRT-PCR that the mRNA level of the Oct4 gene increases after treatment with the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter in mouse fibroblasts. (d) and (e) are the results of Western blot confirmation that the intracellular Oct4 protein expression level increases after treatment with the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter in various mouse fibroblasts. (g) shows the results of qRT-PCR analysis of transcriptional activation of 10 off-target sites (Table 3) that can be targets of the Oct4 sgRNA sequence.
Figure 2 shows data verifying that aging-related phenotypes are improved in aged cells by expressing Oct4 using the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (a) is a diagram simulating the experimental process of treating aged cells with the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (b) By treating aged cells with the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter, the number of cells labeled with p-γH2AX decreases, and the number of cells with abnormal nuclear shapes decreases through immunofluorescence staining. This is the confirmed result, and (c) and (d) are data quantifying this. (e) is the result confirming through qRT-PCR that the level of aging-related gene RNA decreases when aged cells are treated with the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (f) is the result confirming through immunofluorescence staining that the number of cells labeled with cleaved caspase-3 decreases when aged cells are treated with the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter, and (g) is the quantification of this. It's data. (h) is the result confirming that the number of cells showing β-galactosidase activity decreases when aged fibroblasts are treated with the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter, and (i) is data quantifying this. .
Figure 3 shows data confirming the phosphorylation level of the histone marker γ-H2AX by introduction of the dCas9-activator vector containing #10 sgRNA that induces Oct4 gene transcriptional activation and #6 sgRNA that does not induce Oct4 gene transcriptional activation.
Figure 4 shows data verifying that aging-related symptoms are alleviated in HGPS (Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome) model mice, which are premature aging mice, through the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (a) is a diagram illustrating the process of alleviating aging-related symptoms in the aorta of the mouse heart after inducing transcriptional activation of the Oct4 gene by injecting the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter into a premature aging mouse model. (b) shows the results of confirming the transcriptional activation level of the Oct4 gene in the mouse heart aorta through qRT-PCR after inducing Oct4 gene transcriptional activation by injecting the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (c) is the result of confirming the degree of spine curvature after injection of the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (d) and (e) are the results confirming that the lifespan of prematurely aged mice increases and weight loss is improved over time after injection of the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (f) is the result of confirming the number of cells labeled with α-SMA (Alpha Smooth Muscle Actin) in the cardiac aorta of prematurely aging mice using immunofluorescence staining, and (g) is data quantifying this. (h) is the result confirming through H&E staining that the vascular adventitia thickness is reduced in the cardiac aorta after injection of the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter, and (i) is data quantifying this. (j) Data confirmed through Western blot that the level of H3K9me3 increases and the level of H4K20me3 decreases in the cardiac aorta after injection of the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter.
Figure 5 shows data verifying tumor formation through the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (a) This is the result of measuring the body weight of control, tetO-OSKM, and sgOct4-treated wild-type mice 7 weeks after injection of the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (b) This is the result of measuring the survival rate of control, tetO-OSKM, and sgOct4-treated wild-type mice after injection of the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (c) and (d) Data showing that primary tumor formation (arrow) was not observed in mice after injection of the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (e) Data confirming the levels of tumor-related genes in tetO-OSKM and sgOct4 treated mice through RT-qPCR analysis after injection of the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter. (f) Data showing representative cross sections of the liver, kidney, and skin of mice 5 months after sgCtrl or sgOct4 treatment.
Figure 6 shows data confirming the levels of aging-related genes in the aorta of mice through RT-qPCR analysis after injection of the CRISPR/dCas9 system targeting the Oct4 gene promoter.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, to aid understanding of the present invention, it will be described in detail through examples. However, the embodiments according to the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

실험예Experiment example

<실험예 1> 벡터 제작<Experimental Example 1> Vector production

CRISPR/dCas9 시스템을 이용한 Oct4 활성화를 위한 dCas9-activator 벡터를 제작하기 위해, PB-UniSAM(Addgene, #99866) 벡터를 37℃에서 2시간 동안 BbsI 처리를 통해 선형화시켰다. 그런 다음 상보적인 2개의 단일 가닥 올리고뉴클레오티드를 각 oligo 3μl와 함께 T4 PNK(NEB)를 사용하여 10μl 반응 부피로 어닐링시켜 이중 가닥으로 제작하였다. 상기와 같은 어닐링 방법으로 하기 표 1의 Oct4 sgRNA(sigle guide RNA) 10종(#1-10 sgRNA)을 제작하였다. 하기 표 1에는 각 sgRNA의 센스(sense) 가닥을 나타내었다.To construct a dCas9-activator vector for Oct4 activation using the CRISPR/dCas9 system, the PB-UniSAM (Addgene, #99866) vector was linearized through BbsI treatment at 37°C for 2 hours. Two complementary single-stranded oligonucleotides were then made into double-strands by annealing 3 μl of each oligo using T4 PNK (NEB) in a 10 μl reaction volume. Ten types of Oct4 sgRNA (single guide RNA) (#1-10 sgRNA) shown in Table 1 below were produced using the annealing method described above. Table 1 below shows the sense strand of each sgRNA.

라이게이션 완충액을 이용하여 선형화된 PB-UniSAM 벡터 50 ng을 상기 제작된 각 sgRNA 7㎕에 라이게이션하여 dCas9-activator 벡터를 제작하였다. NIH/3T3 세포와 꼬리 끝(tail-tip) 섬유아세포(TTFs)를 벡터로 형질전환시킨 후, Sanger sequencing을 통해 벡터가 도입되었는지를 확인하였다. A dCas9-activator vector was constructed by ligating 50 ng of the linearized PB-UniSAM vector to 7 ㎕ of each sgRNA prepared above using ligation buffer. After transforming NIH/3T3 cells and tail-tip fibroblasts (TTFs) with the vector, it was confirmed whether the vector was introduced through Sanger sequencing.

서열번호sequence number sgRNA 서열명sgRNA sequence name ~ TSS
(transcription start sites)
~TSS
(transcription start sites)
서열(5'-> 3')Sequence (5'->3')
1One #10 sgOct4#10 sgOct4 ~ 59~59 AAAGACGGCTCACCTAGGGAAAAGACGGCTCACCTAGGGA 22 #1 sgOct4#1 sgOct4 ~ 2348~2348 ATTATACTCTAGGCACGCTTATTATACTCTAGGCACGCTT 33 #2 sgOct4#2 sgOct4 ~ 2188~2188 CTGCAGGCATACTTGAACTGCTGCAGGCATACTTGAACTG 44 #3 sgOct4#3 sgOct4 ~ 1778~1778 GGGGATGAGCTTGGACCCATGGGGGATGAGCTTGGACCATG 55 #4 sgOct4#4 sgOct4 ~ 1300~1300 CAGTCTGAGGTCCCATTACCAGTCTGAGGTCCCATTAC 66 #5 sgOct4#5 sgOct4 ~ 1207~1207 TAGTGTCTTTCCGCCAGCACTAGTGTCTTTCCGCCAGCAC 77 #6 sgOct4#6 sgOct4 ~ 486~486 TATCTAGGACTCTAGACGGGTATCTAGGACTCTAGACGGGG 88 #7 sgOct4#7 sgOct4 ~ 196~196 AACCTCCGTCTGGAAGACACAACCTCCGTCTGGAAGACAC 99 #8 sgOct4#8 sgOct4 ~ 160~160 TGTGGGGGTGGGAGAAACTGTGTGGGGGTGGGAGAAAACTG 1010 #9 sgOct4#9 sgOct4 ~ 136~136 CTCTGCTCCTCCACCCACCCCTCTGCTCCTCCACCCACCC

<실험예 2> CRISPR/dCas9 시스템 전달 복합체 제작<Experimental Example 2> Production of CRISPR/dCas9 system delivery complex

dCas9-activator 벡터에 6개의 다른 티올(thiol) 리간드(RRRGYC)로 변형된 금 나노입자(AuNPs)와 양이온성 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI)이 접합된 복합체를 유전자 전달에 사용하였다(Y. Chang et al., Biomaterials 192, 500-509, 2019). AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체(5μg 리간드-변형 AuNPs, 1μg dCas9-activator 벡터 및 3μg PEI)를 총 부피 50μl로 준비하였다. A complex of gold nanoparticles (AuNPs) modified with six different thiol ligands (RRRGYC) and cationic polyethyleneimine (PEI) conjugated to the dCas9-activator vector was used for gene delivery (Y. Chang et al. al., Biomaterials 192, 500-509, 2019). AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomposite (5 μg ligand-modified AuNPs, 1 μg dCas9-activator vector, and 3 μg PEI) was prepared in a total volume of 50 μl.

NIH/3T3 세포와 꼬리 끝 섬유아세포를 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체와 함께 37℃에서 4시간 동안 배양한 후, 배지를 10% FBS(fetal bovine serum)를 함유하는 DMEM 배지(Gibco)로 교체하였다.NIH/3T3 cells and tail tip fibroblasts were cultured with AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomposite at 37°C for 4 hours, then the medium was changed to DMEM medium (Gibco) containing 10% fetal bovine serum (FBS). It was replaced.

<실험예 3> 마우스 모델 제작 및 CRISPR/dCas9 시스템 전달 복합체 주입<Experimental Example 3> Production of mouse model and injection of CRISPR/dCas9 system delivery complex

G608G laminA/C 돌연변이를 갖는 HGPS(Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome) 모델 마우스(The Jackson Laboratory, stock number 101667) 또는 야생형 C57BL/6 수컷 마우스(한국생명공학연구원)를 사용하였다. 모든 마우스는 음식과 물에 자유롭게 접근할 수 있었으며, 23 ± 1℃에서 12시간/12시간 명암 주기 조건을 유지하였다. 5개월된 대조군과 HGPS 수컷 마우스를 트리브로모에탄올(Avertin, 120 mg/kg)로 마취시키고, 0.9% 식염수에 희석한 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체를 꼬리 정맥에 주사하였다. 주사 후, 마우스는 마취에서 완전히 회복될 때까지 따뜻하게 유지하였다. 첫 번째 주사 후 2주 후에 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체를 두 번째로 주사하였다. 두 번째 주사 후 2개월 후에 생화학적 및 조직학적으로 분석하였다.HGPS (Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome) model mice with the G608G laminA/C mutation (The Jackson Laboratory, stock number 101667) or wild-type C57BL/6 male mice (Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology) were used. All mice had free access to food and water, and were maintained under 12-hour/12-hour light/dark cycle conditions at 23 ± 1°C. Five-month-old control and HGPS male mice were anesthetized with tribromoethanol (Avertin, 120 mg/kg), and AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomplex diluted in 0.9% saline solution was injected into the tail vein. After injection, mice were kept warm until fully recovered from anesthesia. Two weeks after the first injection, the AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomposite was injected a second time. Biochemical and histological analysis was performed 2 months after the second injection.

<실험예 4> 세포 배양<Experimental Example 4> Cell culture

모든 세포는 10% FBS 및 1% 페니실린/스트렙토마이신(P/S)이 보충된 DMEM 배지에서 37℃, 5% CO2 조건으로 배양하였다. 꼬리 끝 섬유아세포는 마우스 Oct4 유전자좌의 제어하에 eGFP(Enhanced green fluorescent protein)를 발현하는 형질전환 마우스(Oct4-eGFP 마우스)로부터 분리되었다. 꼬리 끝의 1-2mm 절편을 마우스로부터 수득하고 30초 동안 70% 에탄올로 세척하였다. 조직을 신선한 PBS(phosphate-buffered saline)로 세척하고 멸균 면도날을 사용하여 10cm 조직 배양 접시에서 잘게 다진 다음 EDTA(ethylene-diamine-tetraacetic acid)가 포함된 0.25% 트립신(Gibco)과 함께 37℃에서 30분 동안 배양하였다.All cells were cultured in DMEM medium supplemented with 10% FBS and 1% penicillin/streptomycin (P/S) at 37°C and 5% CO 2 conditions. Tail tip fibroblasts were isolated from transgenic mice expressing enhanced green fluorescent protein (eGFP) under the control of the mouse Oct4 locus (Oct4-eGFP mice). 1-2 mm sections of the tail tip were obtained from mice and washed in 70% ethanol for 30 seconds. Tissues were washed with fresh phosphate-buffered saline (PBS), minced in 10 cm tissue culture dishes using a sterile razor blade, and cultured with 0.25% trypsin (Gibco) containing ethylene-diamine-tetraacetic acid (EDTA) for 30 minutes at 37°C. Incubated for minutes.

<실험예 5> RNA 분리 및 RT-qPCR<Experimental Example 5> RNA isolation and RT-qPCR

모든 RNA는 eCube 조직 RNA 미니 키트(Philekorea)를 사용하여 제조업체의 지침에 따라 수집 및 정제되었다. 그런 다음 AccuPower® CycleScript RT PreMix(Bioneer, #K-2044-B)를 사용하여 RNA를 cDNA로 역전사시켰다. RT-qPCR 분석은 하기 표 2의 프라이머와 함께 AccuPower® PCR PreMix(Bioneer, #K-2016)를 사용하여 수행하였다. 모든 반응은 Rotor-Gene Q real-time PCR cycler(Qiagen)를 사용하여 수행하였다.All RNA was collected and purified using the eCube tissue RNA mini kit (Philekorea) according to the manufacturer's instructions. RNA was then reverse transcribed into cDNA using AccuPower® CycleScript RT PreMix (Bioneer, #K-2044-B). RT-qPCR analysis was performed using AccuPower® PCR PreMix (Bioneer, #K-2016) with the primers in Table 2 below. All reactions were performed using the Rotor-Gene Q real-time PCR cycler (Qiagen).

서열번호sequence number 서열명sequence name 서열(5' - > 3')Sequence (5' - > 3') 1515 Oct4 Forward PrimerOct4 Forward Primer TGG AGG AAG CCG ACA ACA ATTGG AGG AAG CCG ACA ACA AT 1616 Oct4 Reverse PrimerOct4 Reverse Primer AGC TGA TTG GCG ATG TGA GTAGC TGA TTG GCG ATG TGA GT

<실험예 6> 웨스턴 블롯<Experimental Example 6> Western Blot

세포 및 조직을 RIPA 완충액(1% NP-40, 0.5% DOC(sodium deoxycholate), 0.1% SDS 및 150mmol/L NaCl를 포함하는 50mmol/L Tris, pH 8.0, Sigma-Aldrich) 및 1x 프로테아제 억제제와 혼합하여 균질화하였다. 다음으로, 샘플을 5x 로딩 버퍼와 혼합하고 100℃에서 10분 동안 끓였다. 10 ug의 추출된 단백질을 12% 폴리아크릴아미드 겔에서 SDS-PAGE를 수행하여 분리하고 니트로셀룰로오스 막(10600001, GE Healthcare)으로 옮겼다. 단백질 농도는 Quick Start Bradford 단백질 분석(Bio-Rad)을 사용하여 정량하였다. 막을 5% BSA(Bovine serum albumin)에서 차단하고 4℃에서 일차 항체와 함께 밤새 배양하였다. 막을 0.1% Triton-X100를 포함하는 TBS(Tris-buffered saline)로 3회 세척한 다음, 실온에서 2시간 동안 이차 항체와 함께 배양하였다. 각 단백질 밴드는 ECL kit (DG-WF200; Dogen)를 사용하여 시각화하였고, ImageJ(NIH) 소프트웨어로 정량하였다. 사용된 항체는 항-H3K9me3(abcam, #ab8898), 항-H4K20me3(abcam, #ab78517), 항-Oct4(abcam, #ab18976, santacruz, #sc-5279) 및 항-β 액틴(abfrontier, #LF-PA0207)이며, β-액틴을 로딩 대조군으로 사용하였다. Cells and tissues were mixed with RIPA buffer (50 mmol/L Tris, pH 8.0, Sigma-Aldrich containing 1% NP-40, 0.5% sodium deoxycholate (DOC), 0.1% SDS, and 150 mmol/L NaCl) and 1x protease inhibitors. It was homogenized. Next, the samples were mixed with 5x loading buffer and boiled at 100°C for 10 min. 10 ug of extracted protein was separated by SDS-PAGE on a 12% polyacrylamide gel and transferred to a nitrocellulose membrane (10600001, GE Healthcare). Protein concentration was quantified using the Quick Start Bradford protein assay (Bio-Rad). Membranes were blocked in 5% bovine serum albumin (BSA) and incubated with primary antibodies overnight at 4°C. The membrane was washed three times with TBS (Tris-buffered saline) containing 0.1% Triton-X100 and then incubated with secondary antibodies for 2 hours at room temperature. Each protein band was visualized using an ECL kit (DG-WF200; Dogen) and quantified using ImageJ (NIH) software. Antibodies used were anti-H3K9me3 (abcam, #ab8898), anti-H4K20me3 (abcam, #ab78517), anti-Oct4 (abcam, #ab18976, santacruz, #sc-5279) and anti-β actin (abfrontier, #LF). -PA0207), and β-actin was used as a loading control.

<실험예 7> 면역형광 염색<Experimental Example 7> Immunofluorescence staining

세포를 dCas9-activator 벡터로 형질전환시킨 후 24시간 동안 24 웰 플레이트에서 배양하였다. 면역형광 염색을 위해 PBS로 세포를 세척한 후 4% 파라포름알데히드(paraformaldehyde) 처리하여 상온에서 10분간 고정하였다. 이후 PBS로 두 번 세척한 후 3% BSA와 0.1% Triton X-100이 포함된 PBS로 상온에서 3시간 동안 차단하였다. 일차 항체는 제조사에서 권장하는 희석도로 사용하였다. 세포를 마우스 항-Oct4(Santacruz), 토끼 항-phospho-gammaH2AX(Santacruz), 토끼 항-cleaved caspase-3(Santacruz) 또는 α-SMA(Alpha Smooth Muscle Actin)로 4℃에서 24시간 동안 염색한 다음, Alexa488 또는 Alexa 594(Invitrogen)와 접합된 이차 항체와 배양하고, DAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole) 염색하였다. 다용도 공초점 현미경(LSM-800, Zeiss)을 사용하여 200X 배율에서 플레이트에서 무작위로 선택된 10개 필드의 세포 수를 산출하였다.Cells were transformed with the dCas9-activator vector and cultured in a 24-well plate for 24 hours. For immunofluorescence staining, cells were washed with PBS, treated with 4% paraformaldehyde, and fixed for 10 minutes at room temperature. After washing twice with PBS, the cells were blocked with PBS containing 3% BSA and 0.1% Triton X-100 at room temperature for 3 hours. Primary antibodies were used at the dilution recommended by the manufacturer. Cells were stained with mouse anti-Oct4 (Santacruz), rabbit anti-phospho-gammaH2AX (Santacruz), rabbit anti-cleaved caspase-3 (Santacruz), or α-SMA (Alpha Smooth Muscle Actin) for 24 hours at 4°C. , incubated with secondary antibodies conjugated with Alexa488 or Alexa 594 (Invitrogen), and stained with DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole). Cell counts in 10 randomly selected fields on the plate were calculated at 200X magnification using a versatile confocal microscope (LSM-800, Zeiss).

<실험예 8> 렌티바이러스 벡터 제작<Experimental Example 8> Lentiviral vector production

FUW-TetO-돌연변이 laminA/C(LMNA)에 대한 마우스 상보적 DNA(cDNA)를 포함하고, 프로게린(Progerin)을 과발현하는 렌티바이러스 벡터를 제작하였다. HEK293T 세포를 10% FBS 및 1% P/S를 함유하는 DMEM 배지에서 배양하였다. 형질감염 전날, 2X107 개의 세포를 배지를 포함하는 15 cm 배양 접시에 시딩하였다. 다음날, 세포를 인산칼슘 공동 침전을 통해 렌티바이러스 구축물 psPAX2, pMD2.G 및 FUW-tetO-돌연변이 LMNA로 공동 형질감염시켰다. 형질감염 24시간 후에 배지를 교체하고, 형질감염 72시간 후에 바이러스를 수득하였다. 렌티바이러스를 함유하는 상층액을 수집하고, 원심분리하여 세포 파편을 제거한 다음, 0.45 μm 필터를 통해 여과하였다. 렌티바이러스를 표준 초원심분리를 통해 펠렛화하고 차가운 PBS로 재현탁시켰다. 바이러스 역가(감염 단위 mL-1)가 결정되기 전에 FUW-GFP를 대조군으로 사용하여 GFP 발현을 모니터링하고 감염 다중도를 산출하였다. A lentiviral vector containing mouse complementary DNA (cDNA) for FUW-TetO-mutant laminA/C (LMNA) and overexpressing Progerin was constructed. HEK293T cells were cultured in DMEM medium containing 10% FBS and 1% P/S. The day before transfection, 2X10 7 cells were seeded in a 15 cm culture dish containing medium. The next day, cells were cotransfected with lentiviral constructs psPAX2, pMD2.G, and FUW-tetO-mutant LMNA via calcium phosphate co-precipitation. The medium was replaced 24 hours after transfection, and virus was obtained 72 hours after transfection. The supernatant containing lentivirus was collected, centrifuged to remove cell debris, and then filtered through a 0.45 μm filter. Lentivirus was pelleted via standard ultracentrifugation and resuspended in cold PBS. FUW-GFP was used as a control to monitor GFP expression and calculate the multiplicity of infection before the virus titer (infectious units mL -1 ) was determined.

<실험예 9> 형질감염<Experimental Example 9> Transfection

형질감염 전날, 세포를 플레이트에 대해 75-80%의 밀도로 시딩하였다. 리포펙타민 3000(Lipofectamine 3000) 시약(Thermo Fisher)을 사용하여 72시간 동안 3회 연속 형질감염을 수행하였다. 6 웰 플레이트에 있는 세포의 단층을 리포펙타민 3000 시약 대 DNA의 5:2 또는 6:2 비율의 구조물로 형질감염시킨 다음 제조업체의 프로토콜에 따라 12시간 동안 배양하였다. 형질감염 12시간 후에 배지를 교체하였다.The day before transfection, cells were seeded at 75-80% density on the plate. Three consecutive transfections were performed for 72 hours using Lipofectamine 3000 reagent (Thermo Fisher). Monolayers of cells in 6-well plates were transfected with constructs at a 5:2 or 6:2 ratio of Lipofectamine 3000 reagent to DNA and then cultured for 12 hours according to the manufacturer's protocol. The medium was changed 12 hours after transfection.

<실험예 10> 유세포 분석<Experimental Example 10> Flow cytometry

세포를 37℃에서 3분 동안 EDTA가 포함된 0.25% 트립신에서 배양하여 단일 세포로 분리하고, PBS로 2회 세척한 다음, 4% 파라포름알데히드로 15분 동안 고정하였다. 세포를 다시 PBS로 세척한 후, 세포를 유세포 분석 완충액(1% BSA를 함유하는 PBS)에 재현탁하고 FlowJo 소프트웨어(Tree Star, Inc., Ashland, OR, USA)를 포함하는 C6 flow cytometer(BD Biosciences Franklin, NJ, USA)에서 분석하였다.Cells were separated into single cells by incubating in 0.25% trypsin containing EDTA for 3 minutes at 37°C, washed twice with PBS, and fixed with 4% paraformaldehyde for 15 minutes. After washing the cells again with PBS, the cells were resuspended in flow cytometry buffer (PBS containing 1% BSA) and measured using a C6 flow cytometer (BD) with FlowJo software (Tree Star, Inc., Ashland, OR, USA). It was analyzed by Biosciences Franklin, NJ, USA).

<실험예 11> 노화 관련 베타-갈락토시다제(Senescence-associated beta-galactosidase, SA-β-gal) 분석<Experimental Example 11> Senescence-associated beta-galactosidase (SA-β-gal) analysis

세포를 4% 파라포름알데히드로 실온에서 5분 동안 고정시킨 다음, PBS로 2회 세척하였다. 40mM 시트르산/Na 인산염 완충액, 5mM K4[Fe(CN)6] 3H2O, 5 mM K3[Fe(CN)6], 150mM 염화나트륨, 2mM 염화마그네슘 및 1mg/ml X-gal을 포함하는 염색 용액에서 37℃로 밤새 배양하였다. 세포를 PBS로 2회 세척한 다음 메탄올로 1회 세척하고, 세포를 건조시킨 다음 명시야 현미경을 사용하여 촬영하였다.Cells were fixed with 4% paraformaldehyde for 5 minutes at room temperature and then washed twice with PBS. In staining solution containing 40mM citric acid/Na phosphate buffer, 5mM K4[Fe(CN)6] 3H 2 O, 5mM K3[Fe(CN)6], 150mM sodium chloride, 2mM magnesium chloride and 1mg/ml X-gal. Cultured overnight at 37°C. The cells were washed twice with PBS and once with methanol, dried, and photographed using a bright field microscope.

실시예Example

<실시예 1> CRISPR/dCas9 활성화 시스템을 통한 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화<Example 1> Transcriptional activation of endogenous Oct4 gene through CRISPR/dCas9 activation system

CRISPR/dCas9 활성화 시스템을 통한 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화 및 이에 따른 Oct4 유전자의 발현이 세포 노화 방지를 위한 부분적 재프로그래밍을 유도하는 데 사용될 수 있는지를 평가하였다. CRISPR/dCas9 활성화 시스템에 의한 내인성 Oct4 활성화 유도를 위해 Oct4 원위 또는 근위 프로모터 영역을 표적으로 하는 10개의 후보 sgRNA를 설계하였다(도 1a 및 표 1).We evaluated whether transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene through the CRISPR/dCas9 activation system and subsequent expression of the Oct4 gene could be used to induce partial reprogramming to prevent cell aging. To induce endogenous Oct4 activation by the CRISPR/dCas9 activation system, 10 candidate sgRNAs targeting the Oct4 distal or proximal promoter region were designed ( Fig. 1A and Table 1 ).

NIH/3T3 세포를 각 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터로 형질감염시킨 지 이틀 후, dCas9-activator 벡터와, Oct4 transactivation 활성에 대한 가장 효율적인 표적화 부위로 확인된 Oct4 근위 프로모터 영역을 표적으로 하는 #7 또는 #10 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터로 형질전환된 mCherry 양성 세포에서 CRISPR/dCas9 활성화 시스템을 통한 내인성 Oct4 활성화가 유도되었다(도 1b). Two days after transfection of NIH/3T3 cells with dCas9-activator vector containing each sgRNA, #7 targeting the Oct4 proximal promoter region, which was identified as the most efficient targeting site for Oct4 transactivation activity. Alternatively, endogenous Oct4 activation via the CRISPR/dCas9 activation system was induced in mCherry-positive cells transfected with a dCas9-activator vector containing #10 sgRNA (Figure 1b).

다음으로, 마우스 NIH/3T3 세포와 꼬리 끝 섬유아세포(TTFs)에서 dCas9-activator 벡터의 도입에 의해 Oct4 활성화가 유도됨을 웨스턴 블롯을 통해 확인하였다(도 1c 및 d). 특히, Oct4 유전자의 시작 코돈으로부터 59bp 상류 부위를 표적하는 #10 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터로 형질전환된 세포에서 Oct4 활성화가 다른 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터로 형질전환된 세포에 비해 현저히 증가함을 확인하였다.Next, it was confirmed through Western blot that Oct4 activation was induced by the introduction of the dCas9-activator vector in mouse NIH/3T3 cells and tail tip fibroblasts (TTFs) (Figures 1c and d). In particular, Oct4 activation in cells transfected with dCas9-activator vector containing #10 sgRNA targeting a region 59bp upstream from the start codon of the Oct4 gene was significantly higher than in cells transfected with dCas9-activator vector containing other sgRNAs. An increase was confirmed.

다음으로, dCas9-activator 벡터의 표적 외 효과를 조사하기 위해 Oct4 sgRNA 서열의 표적이 될 수 있는 10개의 표적 외 부위(표 3)를 도출하였다. 잠재적인 표적 외 위치는 Cas-OFFinder(http://www.rgenome.net/cas-offinder/)를 사용하여 예측하고 qRT-PCR 분석을 통해 검증하였다.Next, to investigate the off-target effects of the dCas9-activator vector, 10 off-target sites (Table 3) that could be targeted by the Oct4 sgRNA sequence were derived. Potential off-target sites were predicted using Cas-OFFinder (http://www.rgenome.net/cas-offinder/) and verified through qRT-PCR analysis.

그 결과, 10개의 표적 외 부위 중 어느 것도 전사 활성화를 나타내지 않았음을 확인하였다(도 1e).As a result, it was confirmed that none of the 10 off-target sites showed transcriptional activation (Figure 1e).

이로부터 dCas9-activator 벡터가 표적 외 효과 없이 마우스 체세포에서 내인성 Oct4 유전자 발현을 특이적으로 활성화함을 알 수 있다.From this, it can be seen that the dCas9-activator vector specifically activates endogenous Oct4 gene expression in mouse somatic cells without off-target effects.

서열번호sequence number 서열명sequence name 유전자gene 표적 서열(5'-> 3')Target sequence (5'->3') ChromosomeChromosome PositionPosition DirectionDirection 1717 ONON Oct4Oct4 AAAGACGGCTCACCTAGGGACGG AAAGACGGCTCACCTAGGGA CGG chr17chr17 3550604035506040 -- 1818 OFF1OFF1 Fgf16Fgf16 AAAGACGGCTCACCccGGGAGGG AAAGACGGCTCACCccGGGA GGG chrXchrX 105774054105774054 ++ 1919 OFF2OFF2 Cacna1iCacna1i AAAGAgGGaTCACCTAGaGAGGG AAAGAgGGaTCACCTAGaGA GGG chr15chr15 8035494780354947 -- 2020 OFF3OFF3 Bcas1Bcas1 AAAGAgGGCTCAgCaAGGGAGGG AAAGAgGGCTCAgCaAGGGA GGG chr2chr2 170396745170396745 -- 2121 OFF4OFF4 L3mbtl4L3mbtl4 AAAGACGGCTCAgCTcGGGgGGG AAAGACGGCTCAgCTcGGGg GGG chr17chr17 6832057168320571 -- 2222 OFF5OFF5 Slc25a37Slc25a37 AcAGAgGGCTCACCcAGGGAGGG AcAGAgGGCTCACCcAGGGA GGG chr14chr14 6928082169280821 ++ 2323 OFF6OFF6 Oxtroxtr AAAGACGGCaCACCTAGGatTGG AAAGACGGCaCACCTAGGatTGG chr6chr6 112476725112476725 -- 2424 OFF7OFF7 Zmat4Zmat4 AAAGcCGGCaCACaTAGtGAGGG AAAGcCGGCaCACaTAGtGA GGG chr8chr8 2409394324093943 ++ 2525 OFF8OFF8 Fer1l6Fer1l6 AAAcACGGaTCACCaAtGGATGG AAAcACGGaTCACCaAtGGA TGG chr15chr15 5851586958515869 ++ 2626 OFF9OFF9 Ldb2Ldb2 AtAGAaGGCTttCCTAGGGAAGG AtAGAaGGCTttCCTAGGGA AGG chr5chr5 4479136644791366 ++ 2727 OFF10OFF10 Fhl2Fhl2 AAAGAaacCTCACCTtGGGAAGG AAAGAaacCTCACCTtGGGA AGG chr1chr1 4318430543184305 --

<실시예 2> 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화에 의한 노화 섬유아세포에서의 노화 관련 지표 개선<Example 2> Improvement of aging-related indicators in senescent fibroblasts by transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene

내인성 Oct4 유전자의 CRISPR/dCas9 매개 전사 활성화를 통해 in vitro에서 노화 관련 표현형을 개선할 수 있는지를 조사하였다.We investigated whether aging-related phenotypes could be improved in vitro through CRISPR/dCas9-mediated transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene.

돌연변이 laminA/C(LMNA)가 형질도입되어 노화된 마우스 섬유아세포에 dCas9-activator 벡터를 도입하여 내인성 Oct4를 활성화시켰다(도 2a). 인산화된 히스톤 마커 γ-H2AX의 수준을 분석하여, 세포 노화와 관련된 DNA 이중 가닥 파손 수준을 평가하였다. Mutant laminA/C(LMNA) was transduced into aged mouse fibroblasts with a dCas9-activator vector to activate endogenous Oct4 ( Fig. 2A ). The level of phosphorylated histone marker γ-H2AX was analyzed to evaluate the level of DNA double-strand breaks associated with cellular aging.

그 결과, 히스톤 마커 γ-H2AX의 인산화는 dCas9-activator 벡터의 도입에 의해 유의하게 감소되었다(도 2b). 또한, dCas9-activator 벡터의 도입에 의한 내인성 Oct4 활성화에 의해 인산화된 히스톤 마커 γ-H2AX 또는 비정상적인 핵을 갖는 세포의 수 또한 유의하게 감소되었다(도 2c 및 2d). As a result, phosphorylation of the histone marker γ-H2AX was significantly reduced by introduction of the dCas9-activator vector (Figure 2b). In addition, the number of cells with phosphorylated histone marker γ-H2AX or abnormal nuclei was also significantly reduced by endogenous Oct4 activation by introduction of the dCas9-activator vector (Figures 2c and 2d).

다음으로, 프로게린을 과발현하는 렌티바이러스로 형질전환된 세포에서 Oct4 유전자 전사 활성화를 유도하는 #10 sgRNA와 Oct4 유전자 전사 활성화를 유도하지 않는 #6 sgRNA를 각각 포함하는 dCas9-activator 벡터의 도입에 의한 히스톤 마커 γ-H2AX의 인산화 수준을 확인한 결과, #10 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터를 도입한 세포가 #6 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터를 도입한 세포보다 비정상적인 세포가 감소하였다(도 3).Next, in cells transfected with a lentivirus overexpressing progerin, by introduction of a dCas9-activator vector containing #10 sgRNA that induces Oct4 gene transcription activation and #6 sgRNA that does not induce Oct4 gene transcription activation, respectively. As a result of checking the phosphorylation level of the histone marker γ-H2AX, the number of abnormal cells was reduced in cells introduced with the dCas9-activator vector containing #10 sgRNA compared to cells introduced with the dCas9-activator vector containing #6 sgRNA (Figure 3 ).

이에, 이후 실시예에서는 #10 sgRNA를 포함하는 dCas9-activator 벡터를 세포에 형질전환하였다.Accordingly, in the following examples, the dCas9-activator vector containing #10 sgRNA was transformed into cells.

다음으로, 노화 관련 유전자의 발현 수준을 평가하기 위해 스트레스 반응 유전자인 Ccl8, p16, p21, Btg2 및 Atf3, ECM(extracellular matrix) 리모델링 유전자인 MMP12, MMP13 및 IL-6, SASP(Senescence-Associated Secretory Phenotype) 유전자인 Cdkn2a에 대한 RT-qPCR 분석을 수행하였다. 그 결과, 돌연변이 LMNA를 발현하는 노화된 섬유아세포에서 노화 관련 유전자의 발현 수준이 현저히 증가되었으나, dCas9-activator 벡터의 도입에 의해 회복되었다(도 2e). Next, to evaluate the expression levels of aging-related genes, stress response genes Ccl8, p16, p21, Btg2, and Atf3, ECM (extracellular matrix) remodeling genes MMP12, MMP13, and IL-6, and Senescence-Associated Secretory Phenotype (SASP) ) RT-qPCR analysis was performed on the gene Cdkn2a. As a result, the expression level of aging-related genes was significantly increased in aged fibroblasts expressing mutant LMNA, but was recovered by introduction of the dCas9-activator vector (Figure 2e).

이로부터 노화 섬유아세포에서 dCas9-activator 벡터가 내인성 Oct4 활성화를 활성화함으로써 노화 관련 분자 표현형을 효율적으로 개선할 수 있음을 알 수 있다. From this, it can be seen that the dCas9-activator vector can efficiently improve aging-related molecular phenotypes by activating endogenous Oct4 activation in aging fibroblasts.

다음으로, 면역형광 분석을 통해 노화 관련 표현형을 조사하였다. Next, aging-related phenotypes were investigated through immunofluorescence analysis.

dCas9-activator 벡터의 도입에 의해 내인성 Oct4 활성화의 활성화시키고 2일 뒤, 면역형광 분석을수행하였다. 구체적으로, 섬유아세포에서 절단된 카스파제 3의 발현량을 측정하여 세포자멸(apoptotic) 세포의 수를 측정하였다.Two days after activation of endogenous Oct4 activation by introduction of the dCas9-activator vector, immunofluorescence analysis was performed. Specifically, the expression level of cleaved caspase 3 in fibroblasts was measured to determine the number of apoptotic cells.

그 결과, dCas9-activator 벡터의 도입에 의해 내인성 Oct4 활성화가 활성화된 노화 섬유아세포에서 세포자멸 세포의 수가 대조군과 비교하여 유의하게 감소되었다(도 2f 및 2g). As a result, the number of apoptotic cells in senescent fibroblasts in which endogenous Oct4 activation was activated by introduction of the dCas9-activator vector was significantly reduced compared to the control group (Figures 2f and 2g).

또한, 노화 관련 베타 갈락토시다제 양성 세포는 dCas9-activator 벡터의 도입에 의해 내인성 Oct4 활성화가 활성화된 노화 섬유아세포에서 대조군과 비교하여 유의하게 감소되었다(도 2h 및 2i).Additionally, senescence-related beta-galactosidase-positive cells were significantly reduced in senescent fibroblasts in which endogenous Oct4 activation was activated by introduction of the dCas9-activator vector compared to the control group (Figures 2h and 2i).

<실시예 3> 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화에 의한 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에서의 노화 관련 지표 개선<Example 3> Improvement of aging-related indicators in HGPS model mice showing progeria by transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene

내인성 Oct4 유전자의 CRISPR/dCas9 매개 전사 활성화를 통해 in vivo에서 노화 관련 표현형을 개선할 수 있는지를 조사하였다. 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체를 주입하여 내인성 Oct4 유전자를 활성화시켰다(도 4a). We investigated whether aging-related phenotypes could be improved in vivo through CRISPR/dCas9-mediated transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene. The endogenous Oct4 gene was activated by injecting AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomplex into HGPS model mice showing progeria (Figure 4a).

주사 1주일 후, 마우스의 대동맥에서 내인성 Oct4 전사 수준을 조사한 결과 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화 수준이 유의미하게 증가한 반면, Sox2, Klf4 및 c-Myc와 같은 다른 만능 인자는 영향을 받지 않았음을 확인하였다(도 4b).One week after injection, we examined endogenous Oct4 transcription levels in the mouse aorta and found that the level of transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene was significantly increased, whereas other pluripotency factors such as Sox2, Klf4 and c-Myc were not affected. (Figure 4b).

또한, 주사 후 마우스에서는 대조군 대비 척추 곡률 감소를 포함하여 외관이 상당히 개선되었으며(도 4c), 체중 감소가 억제되고(도 4d), 수명이 증가됨을 확인하였다(도 4e).In addition, in mice after injection, it was confirmed that the appearance was significantly improved, including a decrease in spinal curvature, compared to the control group (Figure 4c), weight loss was suppressed (Figure 4d), and lifespan was increased (Figure 4e).

다음으로, 이전 연구에서는 생체 내 OSKM의 일시적인 발현이 다양한 조직에서 종양 형성을 유발하는 것으로 보고된 바(K. Ohnishi et al., Cell 156, 663-677, 2014), 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에서 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체의 꼬리-정맥 주사를 통한 내인성 Oct4 활성화의 활성화시 종양이 형성되는지를 조사하였다. 그 결과, 주사 후 마우스에서는 체중 및 수명이 대조군과 차이가 없었으며(도 5a 및 5b), 종양이 관찰되지 않았으나, 외인성 OSKM 유도된 마우스에서는 여러 기관에서 종양이 형성된 것을 확인하였다(도 5c 및 5d). 또한, RT-qPCR 분석 결과에서도 주사 후 마우스의 간에서는 종양 관련 유전자가 유도되지 않았으나, 외인성 OSKM 유도된 마우스에서는 종양 관련 유전자가 유도된 것을 확인하였다(도 5e). Next, previous studies have reported that transient expression of OSKM in vivo induces tumor formation in various tissues (K. Ohnishi et al., Cell 156, 663-677, 2014), in HGPS model mice exhibiting progeria. We investigated whether tumors were formed upon activation of endogenous Oct4 activation through tail-vein injection of AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomposite. As a result, in mice after injection, there was no difference in body weight and lifespan compared to the control group (Figures 5a and 5b), and no tumors were observed, but in mice induced with exogenous OSKM, tumors were confirmed to be formed in several organs (Figures 5c and 5d) ). In addition, RT-qPCR analysis results confirmed that tumor-related genes were not induced in the liver of mice after injection, but tumor-related genes were induced in exogenously induced OSKM mice (Figure 5e).

다음으로, 이전 연구에서는 외인성 Oct4의 활성화가 지속적인 Oct4 활성화에 의존하는 상피 조직에서 이형성 성장을 초래하는 것으로 보고된바(K. Hochedlinger, et al., Cell 121, 465-477, 2005). 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에서 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체의 꼬리-정맥 주사를 통한 내인성 Oct4 활성화의 활성화시 이형성 표현형이 유도되는지를 조사하였다.Next, previous studies have reported that activation of exogenous Oct4 results in dysplastic growth in epithelial tissue that is dependent on persistent Oct4 activation (K. Hochedlinger, et al., Cell 121, 465-477, 2005). We investigated whether activation of endogenous Oct4 activation through tail-vein injection of AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomplex in HGPS model mice showing progeria induces a dysplastic phenotype.

그 결과, AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체 투여시 생체 내에서 일시적으로 내인성 Oct4 활성화를 유도하므로, 주사 후 마우스에서는 특정 이형성 표현형이 나타나지 않았다(도 5f). As a result, administration of the AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomplex temporarily induced endogenous Oct4 activation in vivo, so no specific dysplastic phenotype was observed in mice after injection (Figure 5f).

이로부터 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체의 생체 내 투여에 따른 부분 재프로그래밍은 종양 형성 및 이형성 성장을 나타내지 않아 안전성이 있음을 알 수 있다.From this, it can be seen that partial reprogramming following in vivo administration of the AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomposite is safe as it does not cause tumor formation or dysplastic growth.

<실시예 4> 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화에 의한 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에서의 대동맥 노화 관련 지표 개선<Example 4> Improvement of aortic aging-related indices in HGPS model mice showing progeria by transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene

HGPS는 대부분 노년기에 나타나는 것과 유사하게, 프로게린에 의해 유도된 혈관 평활근 세포(vascular smooth muscle cell, VSMC) 사멸에 의한 대동맥 경화 및 심장 기능 손상 등의 심혈관 질환을 나타내는 것으로 보고된바(M. R. Hamczyk et al., Circulation 138, 266-282, 2018), 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에서 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체의 꼬리-정맥 주사를 통한 내인성 Oct4 활성화의 활성화시 심혈관 질환이 개선되는지를 확인하였다. HGPS has been reported to present cardiovascular diseases such as aortic sclerosis and impaired cardiac function due to progerin-induced vascular smooth muscle cell (VSMC) death, similar to those seen in most older adults (M. R. Hamczyk et al. al., Circulation 138, 266-282, 2018), it was confirmed whether activation of endogenous Oct4 activation through tail-vein injection of AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomplex in HGPS model mice showing progeria improves cardiovascular disease. .

그 결과, 주사 후 마우스는 대조군 대비 VSMC의 변성이 감소하였으며(도 4f 및 g). 대동맥의 외막 및 중앙 두께 표현형이 회복되었다(도 4h 및 i). As a result, after injection, mice showed reduced degeneration of VSMC compared to the control group (Figures 4f and g). The adventitia and central thickness phenotypes of the aorta were restored (Figures 4h and i).

또한, 주사 후 마우스는 대조군 대비 VSMC에서 Lmna-돌연변이 프로게린의 발현이 억제되었다(도 4j).In addition, after injection, the expression of Lmna-mutant progerin was suppressed in VSMC of mice compared to the control group (Figure 4j).

다음으로, 조로증을 나타내는 HGPS 모델 마우스에서 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체의 꼬리-정맥 주사 후 대동맥에서의 노화 관련 유전자의 발현 수준을 조사하였다. Next, we investigated the expression levels of aging-related genes in the aorta after tail-vein injection of AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomposite in HGPS model mice showing progeria.

RT-qPCR 분석 결과, 주사 후 마우스 대동맥에서 노화 관련 유전자의 발현 수준이 회복되었다(도 6).As a result of RT-qPCR analysis, the expression level of aging-related genes was restored in the mouse aorta after injection (Figure 6).

이로부터 AuNPs/dCas9-activator/PEI 나노 복합체의 생체 내 투여에 따른 생체 내 내인성 Oct4 활성화는 노화 관련 VSMC의 표현형 및 혈관 경화를 유의하게 개선함을 알 수 있다.From this, it can be seen that endogenous Oct4 activation in vivo following in vivo administration of AuNPs/dCas9-activator/PEI nanocomplex significantly improves the phenotype and vascular stiffness of aging-related VSMC.

상기 실시예의 결과로부터, 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화를 유도하는, Oct4 유전자 프로모터를 표적하는 CRISPR/dCas9 시스템은 내인성 Oct4 유전자의 전사 활성화는 세포에서 재프로그래밍을 유도하여 in vitro 및 in vivo에서 노화 관련 표현형을 개선함으로써 노화 관련 질병을 예방, 개선 또는 치료할 수 있다.From the results of the above examples, the CRISPR/dCa9 system targeting the Oct4 gene promoter, which induces transcriptional activation of the endogenous Oct4 gene, induces reprogramming in cells and causes aging-related phenotypes in vitro and in vivo. By improving, aging-related diseases can be prevented, improved or treated.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 다른 당 업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. In this regard, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be interpreted as including the meaning and scope of the patent claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the equivalent concept thereof are included in the scope of the present invention.

Claims (14)

서열번호 1의 염기서열 또는 이와 상보적인 염기서열로 이루어진 가이드 RNA; 및 dCas9;를 포함하는, Oct4 유전자의 활성 증대용 CRISPR/dCas9 복합체.
Guide RNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary thereto; and dCas9; CRISPR/dCas9 complex for enhancing the activity of the Oct4 gene.
제1항에 있어서, 상기 CRISPR/dCas9 복합체는 서열번호 1의 염기서열 또는 이와 상보적인 염기서열로 이루어진 가이드 RNA의 염기서열; 및 dCas9를 코딩하는 폴리뉴클레오티드;를 포함하는 벡터인 것인, CRISPR/dCas9 복합체.
The method of claim 1, wherein the CRISPR/dCas9 complex includes a guide RNA base sequence consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary thereto; And a polynucleotide encoding dCas9, which is a vector containing a CRISPR/dCas9 complex.
제1항에 있어서, 상기 CRISPR/dCas9 복합체는 Oct4 유전자의 내재적 전사 활성을 야생형 Oct4 유전자의 내재적 전사 활성에 비해 증대시키는 것인, CRISPR/dCas9 복합체.
The CRISPR/dCas9 complex according to claim 1, wherein the CRISPR/dCas9 complex increases the intrinsic transcriptional activity of the Oct4 gene compared to the intrinsic transcriptional activity of the wild-type Oct4 gene.
서열번호 1의 염기서열 또는 이와 상보적인 염기서열로 이루어진 가이드 RNA; 및 dCas9;를 포함하는, Oct4 유전자의 활성 증대용 CRISPR/dCas9 복합체를 유효성분으로 포함하는, 노화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
Guide RNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary thereto; A pharmaceutical composition for preventing or treating aging-related diseases, comprising as an active ingredient a CRISPR/dCas9 complex for increasing the activity of the Oct4 gene, including dCas9.
제4항에 있어서, 상기 약학적 조성물은 세포 노화 억제 효과를 갖는 것인 것인, 조성물.
The composition according to claim 4, wherein the pharmaceutical composition has an inhibitory effect on cellular aging.
제5항에 있어서, 상기 세포 노화 억제 효과는 다음 중 선택되는 어느 하나 이상의 효과인 것인, 조성물:
i) 노화 관련 유전자의 발현 수준 감소;
ii) DNA 이중 가닥 파손 수준 감소;
iii) 세포자멸사 감소; 및
iv) 노화 관련 베타 갈락토시다제 양성 세포 수 감소.
The composition according to claim 5, wherein the cell aging inhibition effect is one or more effects selected from the following:
i) reduced expression levels of aging-related genes;
ii) reduced levels of DNA double-strand breaks;
iii) reduced apoptosis; and
iv) Age-related decrease in the number of beta-galactosidase positive cells.
제4항에 있어서, 상기 약학적 조성물은 노화 관련 질환을 개선하는 효과를 갖는 것인 것인, 조성물.
The composition according to claim 4, wherein the pharmaceutical composition has an effect of improving aging-related diseases.
제7항에 있어서, 상기 노화 관련 질환의 개선 효과는 다음 중 선택되는 어느 하나 이상의 효과인 것인, 조성물:
i) 척추 곡률 감소;
ii) 체중 감소 억제;
iii) 수명 증가; 및
iv) 혈관 노화 억제.
The composition according to claim 7, wherein the effect of improving aging-related diseases is one or more effects selected from the following:
i) Reduce spinal curvature;
ii) inhibiting weight loss;
iii) increased lifespan; and
iv) Inhibition of vascular aging.
제4항에 있어서, 상기 노화 관련 질환은 조기 노화를 유도하는 질환 또는 노화에 의해 유도되는 질환 중 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 조성물.
The composition according to claim 4, wherein the aging-related disease is at least one selected from a disease that induces premature aging or a disease induced by aging.
제9항에 있어서, 상기 조기 노화를 유도하는 질환은 허친슨 길포드(Hutchinson Guilford) 조로증 증후군(HGPS), HIV 감염과 관련된 조기 노화, 근육 퇴행 위축, 샤르코-마리-투스 질환(Charcot-Marie-Tooth disease), 베르너(Werner) 증후군, 인슐린 내성 타입 II 당뇨병, 골다공증, 피부 노화 및 제한 피부병증(restrictive dermopathy)으로부터 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 조성물.
The method of claim 9, wherein the disease that induces premature aging is Hutchinson Guilford progeria syndrome (HGPS), premature aging associated with HIV infection, muscle dystrophy, and Charcot-Marie-Tooth disease. disease), Werner syndrome, insulin resistance type II diabetes, osteoporosis, skin aging, and restrictive dermopathy.
제9항에 있어서, 상기 노화에 의해 유도되는 질환은 동맥경화, 고혈압, 근감소증, 안구건조증, 황반변성, 원시, 근시, 백내장, 이명, 난청, 소화불량, 설사, 자가면역질환, 폐렴, 독감, 파상풍, 감염성 심내막염, 폐렴, 독감, 파상풍, 감염성 심내막염, 암, 과민성 방광, 요실금, 전립선 비대증, 하부요로증상, 사구체 신염, 만성 신부전, 뇌졸중, 골다공증, 관절염, 당뇨병, 신부전, 만성폐쇄성 폐질환 및 폐섬유화증으로부터 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 조성물.
The method of claim 9, wherein the diseases induced by aging include arteriosclerosis, hypertension, sarcopenia, dry eye, macular degeneration, hyperopia, myopia, cataracts, tinnitus, hearing loss, indigestion, diarrhea, autoimmune disease, pneumonia, and influenza. , tetanus, infectious endocarditis, pneumonia, influenza, tetanus, infectious endocarditis, cancer, overactive bladder, urinary incontinence, prostatic hyperplasia, lower urinary tract symptoms, glomerulonephritis, chronic renal failure, stroke, osteoporosis, arthritis, diabetes, renal failure, chronic obstructive pulmonary disease, and A composition comprising at least one selected from the group consisting of pulmonary fibrosis.
제4항의 약학적 조성물을 인간을 제외한 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 노화 방지 방법.
An anti-aging method comprising administering the pharmaceutical composition of claim 4 to a subject other than a human.
서열번호 1의 염기서열 또는 이와 상보적인 염기서열로 이루어진 가이드 RNA; 및 dCas9;를 포함하는, Oct4 유전자의 활성 증대용 CRISPR/dCas9 복합체를 포함하는, 세포 노화 억제용 조성물.
Guide RNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary thereto; A composition for inhibiting cellular aging, comprising a CRISPR/dCas9 complex for increasing the activity of the Oct4 gene, including dCas9.
제13항에 있어서, 상기 조성물은 in vitro 또는 ex vivo에서 세포 노화를 억제하는 것인, 세포 노화 억제용 조성물.The composition for inhibiting cellular aging according to claim 13, wherein the composition inhibits cellular aging in vitro or ex vivo.
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