WO2020071652A1 - 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법 - Google Patents

세포의 텔로미어를 신장시키는 방법

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WO2020071652A1
WO2020071652A1 PCT/KR2019/011681 KR2019011681W WO2020071652A1 WO 2020071652 A1 WO2020071652 A1 WO 2020071652A1 KR 2019011681 W KR2019011681 W KR 2019011681W WO 2020071652 A1 WO2020071652 A1 WO 2020071652A1
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medium
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telomeres
cell
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    • C12N2529/00—Culture process characterised by the use of electromagnetic stimulation
    • C12N2529/10—Stimulation by light

Definitions

  • the present invention relates to a method of stretching a telomer of a cell, and more particularly, to a method of stretching a telomer of the cell by directly or indirectly providing physical stimulation to the cell, and a cell in which the telomer is extended by the same method as described above. will be.
  • Telomere is a DNA repeating structure at both ends of the chromosome (TTAGGG in humans). Telomeres form protective caps by combining with shelterin complexes, which regulate cell amplification and prevent chromosomal binding and loss of genetic information during cell division. Because DNA polymerase cannot amplify all 3 'ends, telomeres are shortened by 30 to 200 bp for every cell division. When the telomeres become shorter than the threshold and close to the coding DNA and the telomer loop structure cannot be maintained, the exposed telomeres are recognized by the p53 or p16INK4a signaling system, and cell division stops and ages and dies.
  • telomeres can be extended by telomerase, a reverse transcriptase, and the human telomerase complex is an RNA molecule that acts as a template for the synthesis of telomeres, TERC, a catalytic subunit, TERT, and auxiliary proteins such as DKC1 and TEP1. It consists of. Normally, there is little telomerase activity of somatic cells, and high activity is detected only in stem cells and progenitor cells that require active division.
  • telomeres When telomeres are shortened and the division of multiple cells is stopped, various problems may appear, and various symptoms, particularly aging and degeneration, may appear. Diseases that cause regeneration of bone marrow cells, such as dyskeratosis congenita and aplastic anemia, which are deficient in blood cells, are caused by telomerase or mutations in the shelterin complex-related gene containing the same. It was discovered earlier that it appeared due to telomere maintenance abnormalities. Research on the possibility of delaying aging by increasing the length of telomeres has been convincing, including a recent study showing that telomeres of patients with aging-related diseases such as hypertension, metabolic syndrome, diabetes, and dementia are shorter than normal. .
  • telomere activity can be actively increased by increasing telomerase activity in somatic cells, which are generally known to have little telomerase activity, in particular, myocardium, liver, cornea, and burns, injury, aging and disease. It has been reported to be effective when it is necessary to supplement various tissues such as skin, blood vessels, cartilage and bone, immune cells, blood cells, and the like.
  • studies have also shown that long telomeres are a risk factor for cancer, including numerous cancer cells in mice that constantly overexpress genes that can increase the length of telomeres. Therefore, if the telomere can be temporarily stretched, it can be expected to be useful in the field of regenerative medicine, alleviating symptoms related to various aging and degeneration without the risk of cancer.
  • U.S. Patent Publication No. 2018-0280413 discloses a pharmaceutical composition comprising a compound for enhancing telomerase activity, for which a process of synthesizing the compound is required, and the composition takes a long time to produce an effect.
  • these compounds have been shown to have a long-lasting effect, and it is known that if the telomerase activity is continuously high, there is a risk of developing cancer.
  • European Patent Publication No. 2959005 discloses a nucleic acid encoding telomerase, which also requires a synthetic process, and since the nucleic acid is hydrophilic, additional carriers are required for delivery into cells.
  • 10-2018-0123512 discloses a peptide derived from telomerase, which also requires a synthetic process, and is effective and measured at 1 month after 3 injections per week for 2 months. It can also be a problem in terms of the enemy. Therefore, there is a need for a more rational, safe and efficient telomer elongation method in terms of cost and time of synthesis.
  • the present invention has been devised to solve the above-described problems, and a method of stretching telomeres according to an embodiment of the present invention includes providing physical stimulation directly or indirectly to cells; And culturing the mixture of the cell and the medium for a certain period of time. Including, providing the stimulus directly applies physical stimulation to the medium containing the cell, and providing the stimulus indirectly does not include the cell. After adding a physical stimulus to the medium, it is characterized in that the medium and the cells are mixed.
  • an embodiment of the present invention provides cells with telomeres stretched by physical stimulation.
  • a method of stretching a telomer comprises providing physical stimulation directly or indirectly to a cell; And culturing the mixture of the cell and the medium for a certain period of time. Including, providing the stimulus directly applies physical stimulation to the medium containing the cell, and providing the stimulus indirectly does not include the cell. After adding a physical stimulus to the medium, it is characterized in that the medium and the cells are mixed.
  • the shape of the physical stimulus may be any one selected from ultrasound, heat and light.
  • the step of directly or indirectly providing physical stimulation to the cells is to provide a physical stimulus to the mixture after mixing the cells and medium, or to provide a physical stimulus to the medium, to mix the medium and cells, or to physically stimulate the cells.
  • the cells and medium are mixed, or after providing the cells with physical stimulation, the cells and medium are mixed, and then the mixture is provided with physical stimulation, or after providing the medium with physical stimulation, the medium and cells are mixed.
  • the physical stimulation is provided to the mixture, or the cells and the media are mixed after the physical stimulation is provided to the cells and the media, or the cells and the media are mixed after the physical stimulation is provided to the cells and the media, respectively.
  • it is characterized in that it proceeds in any one way selected from among the methods for providing physical stimulation to the mixture. It can be made.
  • the physical stimulation is ultrasonic stimulation
  • the direct ultrasonic stimulation is characterized in that the intensity is 0.1 to 3 W / cm 2
  • the frequency is 20 kHz to 20 MHz
  • the duration is 0.1 seconds to 20 minutes
  • the stimulus may be characterized in that the intensity is 1 to 20 W / cm 2
  • the frequency is 20 kHz to 20 MHz
  • the duration is 0.1 second to 20 minutes.
  • the physical stimulus is a thermal stimulus
  • the temperature change stimulus is applied in a manner of exposing the cells to a temperature condition of 40 to 50 ° C for 1 to 10 minutes and then exposing the cell to a temperature condition of 0 to 4 ° C for 5 to 10 seconds.
  • the physical stimulation is light stimulation, and the light stimulation is characterized by applying a pulsed beam having a wavelength of 300 to 900 nm selected from laser or light-emitting diode light for 1 to 10 seconds. Can be done with
  • Each of the cells may be selected from the group consisting of stem cells, progenitor cells, fibroblasts, keratinocytes, or tissue cells in an organ derived from a mammal.
  • the medium may be selected from culture medium or differentiation-inducing medium.
  • Incubation of the mixture may be characterized in that it proceeds for 1 hour to 10 days.
  • Catenin may be characterized by increased expression of one or more genes.
  • telomerase activity is increased in the cells.
  • ⁇ -galactosidase activity is decreased in the cells after the culture.
  • Another aspect of the present invention provides cells in which telomere is stretched by physical stimulation.
  • the shape of the physical stimulus may be any one selected from ultrasound, heat and light.
  • the method of stretching a telomer of a cell according to an embodiment of the present invention is simple and superior in cost compared to the conventional method of stretching the telomer. That is, the existing method is a method of administering a compound, and a process for synthesizing and purifying these compounds using chemical or biological methods, as well as a facility for this and a material to be continuously injected are required. In the case of chemical synthesis, it has no specificity and is harmful to the environment, and these shortcomings can be overcome by biosynthesis, but biosynthesis instead requires low yield, mass production and quality maintenance, and high possibility of contamination, requiring additional facilities and materials to prepare for this. Do.
  • telomeres since the cells are surrounded by a double lipid membrane, depending on the chemical properties of the purified compound, a carrier capable of delivering these compounds into the cell is additionally required, and in this case, a step of loading the compound into the carrier is required.
  • the method of extending the telomeres of cells according to an embodiment of the present invention has an effect of directly treating physical stimuli to cells, it is possible to omit all processes such as synthesis, purification, delivery vehicle design, synthesis, and procurement.
  • telomeres can be stretched at a low cost because they can be implemented only if there is a facility capable of applying stimuli.
  • the method of stretching the telomeres of cells according to an embodiment of the present invention is superior in time and efficiency compared to the method of stretching the telomeres disclosed previously.
  • raw materials are introduced, and all of them do not constitute a product, and there are discarded parts such as by-products or buffers, while the method of the present invention synthesizes a material There is no such waste because there is no physical stimulation method.
  • telomere elongation methods using the above-described compounds show that the telomeres of the cells according to an embodiment of the present invention are shown, whereas it appears that a high concentration of the compound must be treated several times or over a long period (from long to long) in order to exhibit a sufficient effect.
  • the method of stretching is effective only by treating one short physical stimulus within 20 minutes.
  • the method for elongating telomeres of cells according to an embodiment of the present invention has high safety.
  • the compound may have additional risks such as toxicity in the metabolic process, and the above-described existing technology produces a waste that is considerably high at the mg / kg level of the compound, and burdens the environment in the synthetic process, but the method according to the present invention Does not involve this problem.
  • the method according to the present invention temporarily induces an increase in the expression of the TERT gene associated with telomere elongation through short-term sonication, and since the constant expression of the gene is known to be correlated with the occurrence of cancer, this gene expression increases Through the method of the present invention, where the effect is not persistent, it can be expected that telomeres will be safer in terms of the risk of developing cancer when injecting elongated cells for therapeutic purposes or when applying the present invention in vivo.
  • the method of extending the telomeres of cells according to an embodiment of the present invention is not limited to simply extending the telomeres, but it was confirmed that it induced cell division and has an anti-aging effect, and thus the telomeres length is short. It can be expected to improve and prevent various problems and symptoms related to aging as well as problems caused by aging.
  • Example 1 is an analysis data of the telomer length change according to the cell type after sonication and culture according to Example 1 of the present invention.
  • Example 2 is an ultrasound stimulation treatment according to Example 1 of the present invention, a thermal stimulation treatment according to Example 2, light emitting diode light stimulation treatment according to Example 3, and telomer length change analysis data according to each physical stimulation treatment after each culture.
  • Figure 3 is an indirect ultrasonic stimulation treatment according to Example 5 of the present invention and telomere length change analysis data after culture.
  • Example 4 is an analysis data of the telomer length change according to the type of medium after sonication and culture according to Example 1 of the present invention.
  • Example 5 is an analysis data of the telomer length change according to the number of ultrasonic treatments after the ultrasonic treatment and culture according to Example 1 of the present invention.
  • Example 6 is an analysis data of TERT gene expression change according to cell type after sonication and culture according to Example 1 of the present invention.
  • Figure 7 is TB gene expression change analysis data after sonication and culture according to Example 1 of the present invention for CB-HDF and Adipo-MSC.
  • Example 8 is an analysis data of ⁇ -Catenin gene expression after sonication and culture according to Example 1 of the present invention for CB-HDF and Adipo-MSC.
  • Example 9 is an analysis data of the telomerase activity after sonication and culture according to Example 1 of the present invention for CB-HDF and Adipo-MSC.
  • Figure 11 is a cell fluorescent staining data of TERT and Ki67 after sonication and culture according to Example 1 of the present invention for CB-HDF.
  • Example 12 is an aging-related ⁇ -galactosidase activity analysis data after sonication and culture according to Example 1 of the present invention for CB-HDF.
  • a method of stretching telomer comprises providing physical stimulation directly or indirectly to a cell; And culturing the mixture of the cell and the medium for a certain period of time. Including, providing the stimulus directly applies physical stimulation to the medium containing the cell, and providing the stimulus indirectly does not include the cell. After adding a physical stimulus to the medium, it is characterized in that the medium and the cells are mixed.
  • the shape of the physical stimulus may be any one selected from ultrasound, heat and light.
  • the step of directly or indirectly providing physical stimulation to the cells is to provide a physical stimulus to the mixture after mixing the cells and medium, or to provide a physical stimulus to the medium, to mix the medium and cells, or to physically stimulate the cells.
  • the cells and medium are mixed, or after providing the cells with physical stimulation, the cells and medium are mixed, and then the mixture is provided with physical stimulation, or after providing the medium with physical stimulation, the medium and cells are mixed.
  • the physical stimulation is provided to the mixture, or the cells and the media are mixed after the physical stimulation is provided to the cells and the media, or the cells and the media are mixed after the physical stimulation is provided to the cells and the media, respectively.
  • it is characterized in that it proceeds in any one way selected from among the methods for providing physical stimulation to the mixture. It can be made.
  • the physical stimulation is ultrasonic stimulation
  • the direct ultrasonic stimulation is characterized in that the intensity is 0.1 to 3 W / cm 2
  • the frequency is 20 kHz to 20 MHz
  • the duration is 0.1 seconds to 20 minutes
  • the stimulus may be characterized in that the intensity is 1 to 20 W / cm 2
  • the frequency is 20 kHz to 20 MHz
  • the duration is 0.1 second to 20 minutes.
  • the physical stimulus is a thermal stimulus
  • the temperature change stimulus is applied in a manner of exposing the cells to a temperature condition of 40 to 50 ° C for 1 to 10 minutes and then exposing the cell to a temperature condition of 0 to 4 ° C for 5 to 10 seconds.
  • the physical stimulation is light stimulation, and the light stimulation is characterized by applying a pulsed beam having a wavelength of 300 to 900 nm selected from laser or light-emitting diode light for 1 to 10 seconds. Can be done with
  • Each of the cells may be selected from the group consisting of stem cells, progenitor cells, fibroblasts, keratinocytes, or tissue cells in an organ derived from a mammal.
  • the medium may be selected from culture medium or differentiation-inducing medium.
  • Incubation of the mixture may be characterized in that it proceeds for 1 hour to 10 days.
  • Catenin may be characterized by increased expression of one or more genes.
  • telomerase activity is increased in the cells.
  • ⁇ -galactosidase activity is decreased in the cells after the culture.
  • Another aspect of the present invention provides cells in which telomere is stretched by physical stimulation.
  • the shape of the physical stimulus may be any one selected from ultrasound, heat and light.
  • each gene used under the designation of a gene in the present invention is an officially known gene name, a commonly used name, or a name of a product of the gene, such as a protein in the case of a gene encoding a protein.
  • the inventors of the present invention provide physical stimulation capable of promoting environmental inflow to a mixture of cells and culture medium in Korean Patent No. 10-1855967, and reprogrammed when culturing the mixture provided with the physical stimulation for a certain period of time. It has been disclosed that cells can be obtained. Here, the direction of reprogramming is different depending on the composition of the medium regardless of the cell type. In the process of analyzing the effect of the cell reprogramming method, it was confirmed that the expression of the gene group associated with telomere kidney is also increased by applying physical stimulation. Through further research on this, it was confirmed that telomeres can be stretched by physical stimulation, regardless of the type of cells tested, as well as the composition of the medium, unlike the disclosed invention. It was concluded that this was a new invention.
  • a method of stretching a telomer of a cell comprises providing physical stimulation directly or indirectly to the cell; And culturing the mixture of the cell and the medium for a certain period of time. Including, providing the stimulus directly applies physical stimulation to the medium containing the cell, and providing the stimulus indirectly does not include the cell. After adding a physical stimulus to the medium, it is characterized in that the medium and the cells are mixed.
  • the shape of the physical stimulus may be selected from low frequency, ultrasonic, high frequency, heat, light, electric wave, radio wave, stretch, and compression, and preferably may be any one selected from ultrasound, heat, and light. .
  • the step of directly or indirectly providing physical stimulation to the cells is to provide a physical stimulus to the mixture after mixing the cells and medium, or to provide a physical stimulus to the medium, to mix the medium and cells, or to physically stimulate the cells.
  • the cells and medium are mixed, or after providing the cells with physical stimulation, the cells and medium are mixed, and then the mixture is provided with physical stimulation, or after providing the medium with physical stimulation, the medium and cells are mixed.
  • the physical stimulation is provided to the mixture, or the cells and the media are mixed after the physical stimulation is provided to the cells and the media, or the cells and the media are mixed after the physical stimulation is provided to the cells and the media, respectively.
  • it is characterized in that it proceeds in any one way selected from among the methods for providing physical stimulation to the mixture.
  • the provision of such physical stimulation may be performed one or more times in a direct or indirect manner to the cell, and the telomeric elongation effect may increase proportionally as the number of times increases.
  • the physical stimulation is ultrasonic stimulation
  • the direct ultrasonic stimulation is characterized in that the intensity is 0.1 to 3 W / cm 2
  • the frequency is 20 kHz to 20 MHz
  • the duration is 0.1 seconds to 20 minutes
  • the stimulus may be characterized in that the intensity is 1 to 20 W / cm 2
  • the frequency is 20 kHz to 20 MHz
  • the duration is 0.1 second to 20 minutes.
  • the direct ultrasonic stimulation is characterized in that the intensity is 0.5 to 2 W / cm 2 , the frequency is 20 kHz to 2 MHz, the duration is 0.1 seconds to 10 minutes, the indirect ultrasonic stimulation, the intensity It may be characterized in that 2 to 10 W / cm 2 , the frequency is 20 kHz to 2 MHz, and the duration is 1 second to 15 minutes.
  • the physical stimulus is a thermal stimulus
  • the temperature change stimulus is applied in a manner of exposing the cells to a temperature condition of 40 to 50 ° C for 1 to 10 minutes and then exposing the cell to a temperature condition of 0 to 4 ° C for 5 to 10 seconds.
  • the physical stimulus is a light stimulus
  • the light stimulus is a laser beam or light-emitting diode (light-emitting diode) selected from any one of the light, a pulsed beam of wavelength 300 to 900 nm for 1 to 10 seconds, more preferably 3 It may be characterized in that it is applied by irradiation for 7 seconds.
  • the method of extending the telomeres of cells can extend the telomeres of each cell when applied to various cells.
  • the cells may be selected from the group consisting of mammalian-derived stem cells, progenitor cells, fibroblasts, keratinocytes or tissue cells in organs.
  • the telomerized cells are used for bio-application purposes, the cells may be either autologous, allogeneic or heterologous, and may be obtained from mammals if they are heterologous. have.
  • allogeneic most preferably autologous, can be used.
  • the medium may be selected from culture medium or differentiation-inducing medium.
  • the 'culture medium' is a medium that is optimized for the survival of cells while maintaining uniformity of a specific cell, and is a medium used for the proliferation of uniform cells.
  • 'differentiation-inducing medium' refers to a medium for inducing a specific cell to a cell having different differentiation ability or function.
  • Incubation of the mixture may be characterized in that it proceeds for 1 hour to 10 days, and preferably for 1 day to 5 days. This, when the above-mentioned physical stimulation is applied to the cells, the expression of various genes, which will be described later, is increased. 'Gene expression' is the synthesis and folding of bioactive materials such as transcription and protein synthesis, and to the required position in the cell of the material. This is because it involves movement, so it actually takes time for the telomeres to elongate.
  • Catenin may be characterized by increased expression of one or more genes.
  • Telomerase reverse transcriptase is a subunit having catalytic activity of telomerase, and telomeric repeat binding factor 1 (TERF1) and telomeric repeat binding factor 2 (TERF2) recognize telomer sequences.
  • DKC1 (Dyskerin pseudouridine synthase 1), RFC1 (Replication factor C subunit 1), TNKS1BP1 (Tankyrase 1 binding protein 1), NBN (Nibrin), HSPA1L (Heat shock protein family A member 1 like), PARP1 (Poly ADP-ribose polymerase) 1), PTGES3 (Prostaglandin E synthase 3), SMG6 (Smg6 homolog, Nonsense mediated mRNA decay factor), XRCC5 (X-ray repair cross complementing 5), XRCC6 (X-ray repair cross complementing 6), stabilize and maintain telomeres It is said to be necessary.
  • TERF2IP TERF2 interacting protein
  • RAD50 RAD50 Homolog, Double strand break repair protein
  • PINX1 PIN2 / TERF1-interacting telomerase inhibitor 1
  • Adrenocortical Dysplasia protein homolog ACD
  • Excision repair cross-complementation group 4 ERCC4
  • Protein kinase Protein kinase
  • PRKDC catalytic subunit
  • BBM Bloom syndrome protein
  • TERT1 Telomerase associated protein 1
  • telomerase activity is increased in the cells.
  • the increase in telomerase activity may be 1.5 times or more compared to before cultivation after 2 days of cultivation, and the telomere length may be increased by 1.2 fold or more as the activity of telomerase increases.
  • ⁇ -galactosidase activity is decreased in the cells after the culture.
  • ⁇ -galactosidase is an enzyme that catalyzes the hydrolysis of ⁇ -galactoside to monosaccharides, and lysosomal ⁇ -galactosidase is over-expressed and accumulated in senescent cells.
  • the activity of ⁇ -galactosidase is high in aged cells, and according to the method of elongating telomeres of cells according to an embodiment of the present invention, the activity of the enzyme is shown to be lowered, thereby anti-aging effect.
  • Another aspect of the present invention provides cells in which telomere is stretched by physical stimulation.
  • the shape of the physical stimulus may be any one selected from ultrasound, heat and light.
  • Such cells may be prepared according to the method for elongating telomeres of cells according to one aspect of the present invention described above.
  • the inventors of the present invention TERT, TERF2, DKC1, TERF2IP, RFC1, RAD50, TERF1, PINX1, TNKS1BP1, ACD, NBN, HSPA1L, PARP1, PTGES3, SMG6, BLM, XRCC5, XRCC6, ERCC4 , PRKDC, TEP1 and ⁇ -Catenin, as well as the expression of genes related to the telomerase activity of the cell is increased, the telomeres of the cells are elongated, and it is found that a large amount of exosomes including mRNA and proteins of these genes are secreted Did.
  • exosomes containing various factors such as mRNA and protein can move along the bloodstream and deliver the factors directly to the cells to exhibit a therapeutic effect
  • Cells according to another aspect of and exosomes derived from these cells may be used for therapeutic purposes in individuals in need of such gene activity.
  • congenital dysphagia, aplastic anemia, Werner syndrome, Bloom syndrome Capillary dilating ataxia (Ataxia-telangiectasia), Nijmegen breakage syndrome, Capillary dilating ataxia syndrome ( Ataxia-telangiectasia-like syndrome, Pulmonary fibrosis, etc.
  • telomeres can be used for treatment or improvement of diseases known to occur above telomeres.
  • Diabetes, skin aging, dystrophy, hair loss, etc. can be used for treatment or improvement.
  • it can be used for rapid regeneration of various injuries such as burns, wounds, injuries, organ failure, organ loss, and ulcers.
  • Example 1 Direct stimulation of telomeres in cells by ultrasonic stimulation
  • Example 2 Inducing telomere elongation of cells by direct thermal stimulation
  • 1x10 6 cells in 1 ml of hES medium were placed in a 1.5 ml tube and exposed to 50 ° C for 5 seconds, followed by exposure to 0 ° C for 10 seconds, and cultured in the culture dish for at least 1 day with the same type of medium.
  • Example 4 Inducing telomere kidney in cells by indirect ultrasonic stimulation
  • Example 5 Preparation of exosomes capable of inducing telomeric elongation of cells by ultrasonic stimulation
  • Example 1 To compare the effect of Example 1 according to the cell type, 1x10 6 CB-HDF (cell bio), Adipo-MSC (Prof. Hwang Dong-yeon's laboratory), HDFa (Invitrogen), HFF in 1 ml of DMEM medium (fibroblast culture medium) (College of Medical Sciences), Hef (College of Medical Sciences), GFP-HDF (GFP-HNDF, Angio-proteomie), Skin Fibroblast (via 60-year-old stroke patient sample, IRB), HDP (Cell Bio), L132 ( ATCC), h-PreAdipo (ATCC), CB-HDF x / Entr and MSC x / Entr, respectively, after ultrasonic stimulation according to Example 1, cultured for 0, 1 and 2 days, and telomer length was analyzed (here CB-HDF x / Entr and MSC x / Entr are obtained through sonication of a study by the inventors of the present invention (Lee et al
  • telomere derived from a human embryonic stem cell culture medium from CB-HDF and MSC, respectively, by applying the pluripotent cell induction method.
  • the length of the telomere was analyzed according to the qPCR method using the kit (Absolute Human Telomere Length Quantification qPCR Assay Kit, Cat No. 8918, ScienCell TM ).
  • the kit Absolute Human Telomere Length Quantification qPCR Assay Kit, Cat No. 8918, ScienCell TM .
  • Figure 1 and Table 1 regardless of the type of cell, it was shown that the telomeres were elongated.
  • each physical stimulus was added according to Examples 1 to 3 using human embryonic stem cell culture medium and CB-HDF, and then cultured for 0, 1 and 2 days, Telomere length was analyzed according to the qPCR method. As a result, as shown in Fig. 2, it was shown that the ultrasound, heat and light stimulation all stretch the telomeres.
  • Example 1 To compare the effect of Example 1 according to the medium composition, 1 ml of human embryonic stem cell culture medium, neural stem cell culture medium, primary germ cell culture medium, 1x10 6 CB-HDF in DMEM medium, respectively After ultrasonic stimulation was applied, the cells were cultured for 0, 1 and 2 days, and the telomere length was analyzed according to the qPCR method. As a result, it was shown that telomeres were all stretched regardless of the medium composition as shown in FIG. 4.
  • ultrasonic stimulation was applied to 1x10 6 CB-HDFs in 1 ml of DMEM medium, and cultured for 1, 3, and 6 days, at this time.
  • the stimulation was applied once for the first time or at intervals of 2 days, and the telomere length was analyzed according to the qPCR method.
  • the length of telomeres increased regardless of the number of ultrasonic treatments, and the higher the number of ultrasonic treatments, the greater the increase in the length of telomeres compared to the control group without ultrasonic treatment.
  • the expression level of TERT increased significantly on the first day of culture after sonication, and then decreased again on the second day.
  • Continuous expression of TERT occurs in cancer, etc. As it has a risk, it can be expected to improve aging-related symptoms caused by shortened telomeres while lowering this risk through temporary TERT expression.
  • Example 1 According to Example 1 to 1x10 6 CB-HDF and Adipo-MSC in 1 ml of DMEM medium, to confirm the effect on the ⁇ -Catenin gene, a transcriptional activator of TERT, by the telomere stretching method according to Example 1 Ultrasonic stimulation was applied and cultured for 0, 1 and 2 days, and the ⁇ -Catenin gene expression change was analyzed according to the qPCR method. As a result, it was found that the amount of ⁇ -Catenin expression increased in both cell types tested as shown in FIG. 8.
  • telomere activity was increased in both cell types tested as shown in FIG. 9.
  • telomere elongation method 1 s10 6 CB-HDF and Adipo-MSC in 1 ml of DMEM medium were subjected to ultrasonic stimulation and subjected to ultrasonic stimulation for 1 day After incubation, FISH was performed using a TelG telomere probe (TTAGGGTTAGGGTTAGGG), and the fluorescent signal was analyzed by confocal microscopy. At this time, it was stained with Hoechst 33342. As a result, it was shown that the amount of telomeres increased in both cell types tested as shown in FIG. 10.
  • telomere elongation method After confirming that the TERT gene expression by the telomere elongation method according to Example 1 leads to an increase in protein expression, 1 s10 6 CB-HDF in 1 ml of DMEM medium was subjected to ultrasonic stimulation according to Example 1 and cultured for 1 day. , Anti-Ki67 and anti-TERT antibodies were used for fluorescent staining and analyzed by confocal microscopy. At this time, the cells were counterstained with DAPI. As a result, as shown in FIG. 11, not only did telomeres increase in all TERT proteins upon sonication, but also the expression of the cell division marker Ki67 protein increased.
  • telomeric kidney method according to Example 1 To confirm how the above-described changes by the telomeric kidney method according to Example 1 affect cell aging, 1 x 10 6 CB-HDF in 1 ml of DMEM medium was subjected to ultrasonic stimulation according to Example 1, and 1 and 3 days After daily incubation, a test method for the activity of ⁇ -galactosidase, which is known to be correlated with aging in cells, was performed using X-gal and analyzed by a phase contrast microscope. At this time, ultrasonic treatment was performed for the first time or every 2 days. As a result, it was confirmed that ⁇ -galactosidase activity was lowered as shown in FIG. 12, and thus, the telomeric kidney method according to the present invention was found to have an anti-aging effect.

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Abstract

세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하는 단계; 및 상기 세포 및 배지의 혼합물을 일정 시간 배양하는 단계;를 포함하고, 상기 직접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함된 배지에 물리적 자극을 가하는 것이고, 상기 간접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함되지 않은 배지에 물리적 자극을 가한 후 상기 배지와 세포를 혼합하는 것인, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법과, 물리적 자극에 의해 텔로미어가 신장된 세포를 개시한다. 본 발명의 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법은, 기존의 방법에 비해 간단하며 시간, 비용, 효과의 효율, 안전성 측면에서 우수하다. 또한 단순히 텔로미어를 신장시키는 데에 그치지 않고, 세포 분열을 유도하고 항노화 효과를 가져 이를 통해 텔로미어 길이가 짧아져 생기는 문제뿐만 아니라 노화와 관련된 다양한 질병과 증상까지 개선 및 예방할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

Description

세포의 텔로미어를 신장시키는 방법
본 발명은 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하여 상기 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법 및 상기와 같은 방법에 의해 텔로미어가 신장된 세포에 관한 것이다.
텔로미어(telomere)는 염색체 양 끝의 DNA 반복 구조(인간의 경우 TTAGGG)이다. 텔로미어는 쉘터린(shelterin) 복합체와 결합하여 보호 캡을 형성하는데, 이는 세포의 증폭능을 조절하고 세포 분열 시 염색체끼리 결합과 유전 정보의 소실을 방지하는 역할을 한다. DNA 중합효소는 3' 말단을 모두 증폭할 수 없기 때문에 텔로미어는 매 세포분열마다 30 내지 200 bp만큼 짧아지게 된다. 텔로미어가 임계치보다 짧아져 코딩 DNA에 가까워지고 텔로미어의 루프(loop) 구조가 유지될 수 없게 되면, 노출된 텔로미어는 p53 또는 p16INK4a 신호전달체계에 의해 인식되어 세포 분열이 멈추고 노쇠하여 사멸하게 된다.
텔로미어는 역전사효소인 텔로머레이즈(telomerase)에 의해 신장될 수 있는데, 인간의 텔로머레이즈 복합체는 텔로미어 합성의 주형으로 작용하는 RNA 분자인 TERC, 촉매 서브유닛인 TERT와 DKC1 및 TEP1 등의 보조단백질로 구성되어 있다. 정상적인 경우 체세포의 텔로머레이즈 활성은 거의 없으며, 활발한 분열능이 필요한 줄기세포 및 전구세포에서만 높은 활성이 감지된다.
텔로미어가 짧아지면서 다수 세포의 분열이 중단되면 다양한 문제가 나타날 수 있으며, 특히 노화(aging)와 퇴화(degeneration)로 대표되는 다양한 증상이 나타날 수 있다. 피부조직이 퇴화되는 선천성 각하이상증(dyskeratosis congenita) 및 혈액 세포가 부족한 재생불량성 빈혈(aplastic anemia) 등 골수세포의 재생에 문제가 생기는 질병은 텔로머레이즈 또는 이를 포함하는 쉘터린 복합체 관련 유전자의 돌연변이 등 텔로미어 유지기능 이상으로 인해 나타나는 것으로 일찍이 밝혀졌다. 최근 고혈압, 대사증후군, 당뇨병, 치매 등 노화와 관련있는 질환을 앓고 있는 환자들의 텔로미어가 정상인보다 짧다는 연구결과가 나오는 등 텔로미어의 길이를 늘려 노화를 늦출 수 있는 가능성에 대한 연구가 설득력을 얻고 있다. 또한, 일반적으로 텔로머레이즈의 활성이 거의 없는 것으로 알려진 체세포에서 텔로머레이즈 활성을 높임으로써 재생활동을 활발히 할 수 있는 것으로 나타났는데, 특히 화상, 부상, 노화 및 질병에 따른 심근, 간, 각막, 피부, 혈관, 연골 및 뼈 등의 각종 조직, 면역세포, 혈액세포 등을 보충할 필요가 있는 경우 효과가 있는 것으로 보고된 바 있다. 그러나 텔로미어의 길이를 신장시킬 수 있는 유전자를 지속적으로 과발현시킨 쥐에서 암세포가 다수 발생하는 등 긴 텔로미어가 암 발병의 위험요소가 된다는 연구결과도 나오고 있다. 따라서 텔로미어를 일시적으로 신장시킬 수 있다면, 암 발생의 위험 없이 각종 노화 및 퇴화와 관련된 증상을 완화하며, 특히 재생의학분야에서 유용할 것으로 예상할 수 있다.
상기와 같이 예상되는 다양한 효용에 따라, 텔로미어를 신장시키기 위한 다양한 방법이 고안된 바 있다. 미국 공개특허 제2018-0280413호는 텔로머레이즈 활성을 높이기 위한 화합물을 포함하는 약학조성물을 개시하고 있는데, 이를 위해서는 화합물을 합성하는 과정이 필요하며, 상기 조성물이 효과를 내기 위한 시간이 길다. 또한, 이러한 화합물은 그 효과가 상당시간 지속되는 것으로 나타났는데, 텔로머레이즈 활성이 지속적으로 높으면 암 발생 위험이 존재하는 것으로 알려져 있다. 유럽 공개특허 제2959005호는 텔로머레이즈를 코딩하는 핵산을 개시하고 있는데, 이 또한 합성과정이 필요할 뿐 아니라 핵산은 친수성이므로, 세포 내로 전달되기 위해서 전달체가 추가적으로 필요하다. 한국 공개특허 제10-2018-0123512호는 텔로머레이즈 유래 펩타이드를 개시하고 있는데, 역시 합성 과정이 필요할 뿐 아니라, 2달간 매주 3회씩 주사한 1달 후 측정했을 때 효과가 나는 수준으로, 번거롭고 비용적인 측면에서도 문제가 될 수 있다. 따라서 합성 등의 비용과 시간 측면에서 좀더 합리적이며 안전하고 효율이 좋은 텔로미어 신장 방법에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 텔로미어를 신장시키는 방법은 세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하는 단계; 및 상기 세포 및 배지의 혼합물을 일정 시간 배양하는 단계;를 포함하고, 상기 직접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함된 배지에 물리적 자극을 가하는 것이고, 상기 간접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함되지 않은 배지에 물리적 자극을 가한 후 상기 배지와 세포를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 물리적 자극에 의해 텔로미어가 신장된 세포를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른, 텔로미어를 신장시키는 방법은 세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하는 단계; 및 상기 세포 및 배지의 혼합물을 일정 시간 배양하는 단계;를 포함하고, 상기 직접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함된 배지에 물리적 자극을 가하는 것이고, 상기 간접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함되지 않은 배지에 물리적 자극을 가한 후 상기 배지와 세포를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 물리적 자극의 형태는 초음파, 열 및 빛 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하는 단계는 세포와 배지를 혼합한 후 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나, 배지에 물리적 자극을 제공한 후 상기 배지와 세포를 혼합하거나, 세포에 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포와 배지를 혼합하거나, 세포에 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포와 배지를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나, 배지에 물리적 자극을 제공한 후 상기 배지와 세포를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나, 세포와 배지에 각각 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포 및 상기 배지를 혼합하거나, 세포와 배지에 각각 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포 및 상기 배지를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하는 방식 중에서 선택된 어느 하나의 방식으로 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 물리적 자극은 초음파 자극이고, 상기 직접적인 초음파 자극은 강도가 0.1 내지 3 W/cm2이며, 주파수가 20 kHz 내지 20 MHz이고, 지속시간이 0.1초 내지 20분인 것을 특징으로 하며, 상기 간접적인 초음파 자극은, 강도가 1 내지 20 W/cm2이고, 주파수가 20 kHz 내지 20 MHz이며, 지속시간이 0.1초 내지 20분인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 물리적 자극은 열 자극이고, 상기 온도변화 자극은 세포를 40 내지 50℃의 온도 조건에 1 내지 10분 노출시킨 후 0 내지 4℃의 온도 조건에 5 내지 10초간 노출하는 방식으로 가해지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 물리적 자극은 빛 자극이고, 상기 빛 자극은 레이저 또는 발광 다이오드(light-emitting diode) 빛 중에서 선택된 어느 하나의, 파장 대역 300 내지 900 nm의 펄스형 빔을 1 내지 10초 동안 조사하여 가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 세포는 각각 포유류 유래의 줄기세포, 전구세포, 섬유아세포, 각질세포 또는 기관 내 조직세포로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배지는 배양 배지 또는 분화유도 배지 중에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 혼합물의 배양은 1시간 내지 10일 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배양 후 상기 세포에서 TERT, TERF2, DKC1, TERF2IP, RFC1, RAD50, TERF1, PINX1, TNKS1BP1, ACD, NBN, HSPA1L, PARP1, PTGES3, SMG6, BLM, XRCC5, XRCC6, ERCC4, PRKDC, TEP1 및 β-Catenin 중에서 하나 이상의 유전자 발현이 증가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배양 후 상기 세포에서 텔로머레이즈 활성이 높아지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배양 후 상기 세포에서 β-galactosidase 활성이 감소되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은, 물리적 자극에 의해 텔로미어가 신장된 세포를 제공한다.
여기서, 상기 물리적 자극의 형태는 초음파, 열 및 빛 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법은 전술한 텔로미어를 신장시키는 기존의 방법에 비해 간단하며 비용 면에서 우수하다. 즉, 기존의 방법은 화합물을 투여하는 방식인데, 이들 화합물을 화학적 또는 생물학적 방법을 이용하여 합성하고 정제하는 과정은 물론, 이를 위한 설비와 지속적으로 투입되어야 하는 재료가 필요하다. 화학적 합성의 경우 특이성이 없고 환경에 유해하며, 이러한 단점이 생합성에 의해 극복될 수 있으나 생합성은 대신 수율이 낮고 대량생산 및 품질유지가 어려우며 오염 가능성이 높아 이에 대비하기 위한 설비와 재료가 추가로 필요하다. 또한, 세포는 이중 지질막으로 둘러싸여 있으므로, 정제된 화합물의 화학적 성질에 따라서는 이들 화합물을 세포 내로 전달할 수 있는 전달체가 추가적으로 필요하며, 이 경우 전달체에 화합물을 로딩하는 단계가 필요하게 된다. 이에 반해 본 발명의 일 실시예에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법은 물리적 자극을 세포에 직접 처리하는 것으로 효과가 나타나므로, 합성, 정제, 전달체 고안·합성·조달 등의 과정을 모두 생략할 수 있으며, 자극을 가할 수 있는 설비만 있다면 실시가 가능하므로 낮은 비용으로 텔로미어를 신장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법은 기존에 개시된 텔로미어를 신장시키는 방법에 비해 시간 및 효율 면에서 우수하다. 기존 기술의 텔로미어를 합성하는 화합물을 합성하는 과정에서는 원료물질이 투입되며, 이들 중 전부가 산출물을 구성하는 것은 아니고 부산물이나 버퍼 등 버려지는 부분이 존재하는 반면 본 발명의 방법은 물질을 합성하는 과정이 없으며 물리적인 자극을 가하는 방식이므로 이러한 낭비가 없다. 또한 전술한 화합물을 이용한 텔로미어 신장 방법들은 충분한 효과를 나타내기 위해서 높은 농도의 화합물을 여러 번 또는 장시간(내지 장기간)에 걸쳐 처리해야 하는 것으로 나타나는 데 반해 본 발명의 일 실시에에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법은 20분 내의 짧은 물리적 자극을 1회 처리하는 것만으로도 효과가 나타난다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법은 안전성이 높다. 즉, 화합물은 대사과정에서 독성 등 추가적 위험이 존재할 수 있으며 전술한 기존 기술은 화합물의 처리량이 mg/kg수준으로 상당히 높고 합성과정에서도 환경에 부담이 되는 폐기물 등이 생성되나, 본발명에 따른 방법은 이러한 문제를 수반하지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 단시간의 초음파 처리를 통해 텔로미어 신장과 관련된 TERT 유전자의 발현 증가를 일시적으로 유도하는데, 상기 유전자의 지속적 발현은 암 발생과 상관관계가 있는 것으로 알려져 있으므로, 이러한 유전자 발현 증가 효과가 지속적이지 않은 본 발명의 방법을 통해 텔로미어가 신장된 세포의 치료목적으로의 투입시 또는 본 발명의 생체 적용시 암 발생 위험 측면에서 좀더 안전할 것임을 기대할 수 있다.
추가로, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법은 단순히 텔로미어를 신장시키는 데에 그치지 않고, 세포 분열을 유도하고 항노화 효과를 가지는 것을 확인하였으며, 따라서 이를 통해 텔로미어 길이가 짧아져 생기는 문제뿐만 아니라 노화와 관련된 다양한 질병과 증상까지 개선 및 예방할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 처리 및 배양 후 세포 종류에 따른 텔로미어 길이 변화 분석 데이터.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 자극 처리, 실시예2에 따른 열 자극 처리, 실시예 3에 따른 발광 다이오드 빛 자극 처리 및 각 배양 후 각 물리적 자극 처리에 따른 텔로미어 길이 변화 분석 데이터.
도3은 본 발명의 실시예5에 따른 간접적 초음파 자극 처리 및 배양 후 텔로미어 길이 변화 분석 데이터.
도4는 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 처리 및 배양 후 배지 종류에 따른 텔로미어 길이 변화 분석 데이터.
도 5는 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 처리 및 배양 후 초음파 처리 횟수에 따른 텔로미어 길이 변화 분석 데이터.
도 6은 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 처리 및 배양 후 세포 종류에 따른 TERT 유전자 발현 변화 분석 데이터.
도7은 CB-HDF 및 Adipo-MSC에 대한 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 처리 및 배양 후 TERT 유전자 발현 변화 분석 데이터.
도8은 CB-HDF 및 Adipo-MSC에 대한 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 처리 및 배양 후 β-Catenin 유전자 발현 변화 분석 데이터.
도9는 CB-HDF 및 Adipo-MSC에 대한 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 처리 및 배양 후 텔로머레이즈 활성 변화 분석 데이터.
도10은 CB-HDF 및 Adipo-MSC에 대한 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 처리 및 배양 후 telomere FISH 데이터.
도11은 CB-HDF에 대한 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 처리 및 배양 후 TERT 및 Ki67의 세포형광염색 데이터.
도12는 CB-HDF에 대한 본 발명의 실시예1에 따른 초음파 처리 및 배양 후 노화관련 β-galactosidase 활성 분석 데이터.
본 발명의 일 측면에 따른, 텔로미어를 신장시키는 방법은 세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하는 단계; 및 상기 세포 및 배지의 혼합물을 일정 시간 배양하는 단계;를 포함하고, 상기 직접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함된 배지에 물리적 자극을 가하는 것이고, 상기 간접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함되지 않은 배지에 물리적 자극을 가한 후 상기 배지와 세포를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 물리적 자극의 형태는 초음파, 열 및 빛 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하는 단계는 세포와 배지를 혼합한 후 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나, 배지에 물리적 자극을 제공한 후 상기 배지와 세포를 혼합하거나, 세포에 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포와 배지를 혼합하거나, 세포에 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포와 배지를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나, 배지에 물리적 자극을 제공한 후 상기 배지와 세포를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나, 세포와 배지에 각각 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포 및 상기 배지를 혼합하거나, 세포와 배지에 각각 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포 및 상기 배지를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하는 방식 중에서 선택된 어느 하나의 방식으로 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 물리적 자극은 초음파 자극이고, 상기 직접적인 초음파 자극은 강도가 0.1 내지 3 W/cm2이며, 주파수가 20 kHz 내지 20 MHz이고, 지속시간이 0.1초 내지 20분인 것을 특징으로 하며, 상기 간접적인 초음파 자극은, 강도가 1 내지 20 W/cm2이고, 주파수가 20 kHz 내지 20 MHz이며, 지속시간이 0.1초 내지 20분인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 물리적 자극은 열 자극이고, 상기 온도변화 자극은 세포를 40 내지 50℃의 온도 조건에 1 내지 10분 노출시킨 후 0 내지 4℃의 온도 조건에 5 내지 10초간 노출하는 방식으로 가해지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 물리적 자극은 빛 자극이고, 상기 빛 자극은 레이저 또는 발광 다이오드(light-emitting diode) 빛 중에서 선택된 어느 하나의, 파장 대역 300 내지 900 nm의 펄스형 빔을 1 내지 10초 동안 조사하여 가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 세포는 각각 포유류 유래의 줄기세포, 전구세포, 섬유아세포, 각질세포 또는 기관 내 조직세포로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배지는 배양 배지 또는 분화유도 배지 중에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 혼합물의 배양은 1시간 내지 10일 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배양 후 상기 세포에서 TERT, TERF2, DKC1, TERF2IP, RFC1, RAD50, TERF1, PINX1, TNKS1BP1, ACD, NBN, HSPA1L, PARP1, PTGES3, SMG6, BLM, XRCC5, XRCC6, ERCC4, PRKDC, TEP1 및 β-Catenin 중에서 하나 이상의 유전자 발현이 증가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배양 후 상기 세포에서 텔로머레이즈 활성이 높아지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배양 후 상기 세포에서 β-galactosidase 활성이 감소되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은, 물리적 자극에 의해 텔로미어가 신장된 세포를 제공한다.
여기서, 상기 물리적 자극의 형태는 초음파, 열 및 빛 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.
덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 발명에서 유전자라는 지칭 하에 사용한 각 유전자의 고유 명칭은 공식적으로 알려진 유전자명, 관용적으로 사용되는 명칭 또는 그 유전자의 산물의 명칭, 예컨대 단백질을 코딩하는 유전자의 경우 그 단백질이다.
본 발명의 발명자들은 대한민국 등록특허 제10-1855967호에서 세포 및 배양 배지의 혼합물에 환경유입을 촉진할 수 있는 물리적 자극을 제공하고, 상기 물리적 자극을 제공받은 혼합물을 일정 시간 배양할 경우 리프로그래밍된 세포를 수득할 수 있다는 것을 개시한 바 있다. 여기서 리프로그래밍의 방향은 세포의 종류와는 관계없이 배지의 조성에 따라 다르게 나타난다. 상기 세포 리프로그래밍 방법의 효과를 분석하는 과정에서 물리적 자극을 가함으로써 텔로미어 신장과 관련된 유전자군의 발현 역시 증가된다는 것을 확인하게 되었다. 이에 대한 추가 연구를 통해, 개시된 발명과는 다르게 실험한 세포의 종류뿐만 아니라 배지의 조성에까지 관계없이 물리적 자극에 의해 텔로미어를 신장할 수 있는 것을 확인하여 환경 유입보다도 물리적 자극 자체에 의해서 텔로미어 신장이 유도된다는 결론을 내릴 수 있었으며 이를 새로운 발명으로 개시하게 되었다.
본 발명의 일 측면에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법은 세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하는 단계; 및 상기 세포 및 배지의 혼합물을 일정 시간 배양하는 단계;를 포함하고, 상기 직접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함된 배지에 물리적 자극을 가하는 것이고, 상기 간접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함되지 않은 배지에 물리적 자극을 가한 후 상기 배지와 세포를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
상기 물리적 자극의 형태는 저주파, 초음파, 고주파, 열, 빛, 전기파, 전파, 당김(stretch), 압축(compression) 중에서 선택될 수 있고, 바람직하게 초음파, 열 및 빛 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하는 단계는 세포와 배지를 혼합한 후 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나, 배지에 물리적 자극을 제공한 후 상기 배지와 세포를 혼합하거나, 세포에 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포와 배지를 혼합하거나, 세포에 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포와 배지를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나, 배지에 물리적 자극을 제공한 후 상기 배지와 세포를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나, 세포와 배지에 각각 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포 및 상기 배지를 혼합하거나, 세포와 배지에 각각 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포 및 상기 배지를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하는 방식 중에서 선택된 어느 하나의 방식으로 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 물리적 자극의 제공은 세포에 직간접적인 방법으로 1회 이상 진행될 수 있고, 횟수가 증가함에 따라 텔로미어 신장 효과가 비례적으로 증가할 수 있다. 이렇게 1회 이상 물리적 자극을 제공할 때에는 각 회차 사이에 세포가 회복할 수 있도록 시간 간격을 두는 것이 바람직하며, 상기 시간 간격은 1일 이상, 좀더 바람직하게 2일 이상으로 둘 수 있다.
상기 물리적 자극은 초음파 자극이고, 상기 직접적인 초음파 자극은 강도가 0.1 내지 3 W/cm2이며, 주파수가 20 kHz 내지 20 MHz이고, 지속시간이 0.1초 내지 20분인 것을 특징으로 하며, 상기 간접적인 초음파 자극은, 강도가 1 내지 20 W/cm2이고, 주파수가 20 kHz 내지 20 MHz이며, 지속시간이 0.1초 내지 20분인 것을 특징으로 할 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 직접적인 초음파 자극은 강도가 0.5 내지 2 W/cm2이며, 주파수가 20 kHz 내지 2 MHz이고, 지속시간이 0.1초 내지 10분인 것을 특징으로 하며, 상기 간접적인 초음파 자극은, 강도가 2내지 10 W/cm2이고, 주파수가 20 kHz 내지 2 MHz이며, 지속시간이 1초 내지 15분인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 물리적 자극은 열 자극이고, 상기 온도변화 자극은 세포를 40 내지 50℃의 온도 조건에 1 내지 10분 노출시킨 후 0 내지 4℃의 온도 조건에 5 내지 10초간 노출하는 방식으로 가해지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 물리적 자극은 빛 자극이고, 상기 빛 자극은 레이저 또는 발광 다이오드(light-emitting diode) 빛 중에서 선택된 어느 하나의, 파장 대역 300 내지 900 nm의 펄스형 빔을 1 내지 10초 동안, 보다 바람직하게 3 내지 7초 조사하여 가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법은 다양한 세포에 적용했을 때 모두 각 세포의 텔로미어를 신장시킬 수 있는 것으로 나타났다. 상기 세포는 포유류 유래의 줄기세포, 전구세포, 섬유아세포, 각질세포 또는 기관 내 조직세포로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 텔로미어가 신장된 세포를 생체 적용 목적으로 사용할 경우, 상기 세포는 자가유래(autologous), 동종유래(allogeneic) 또는 이종유래(heterologous) 중 어느 하나일 수 있고, 이종유래인 경우 포유류로부터 얻어진 것일 수 있다. 면역거부반응에 대한 가능성을 줄이기 위해, 바람직하게는 동종유래, 가장 바람직하게는 자가유래의 것을 사용할 수 있다.
상기 배지는 배양 배지 또는 분화유도 배지 중에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, '배양 배지'는 특정 세포의 균일성을 유지하면서 그 세포의 생존에 최적화되어 있는 배지로, 균일한 세포의 증식을 위해 사용되는 배지이다. 반면, '분화유도 배지'는 특정 세포를 다른 분화능 또는 기능을 가지는 세포로 유도하기 위한 배지를 말한다.
상기 혼합물의 배양은 1시간 내지 10일 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있고, 바람직하게 1일 내지 5일 동안 진행될 수 있다. 이는, 전술한 물리적 자극을 세포에 가하면 후술할 다양한 유전자의 발현이 증가되는데, '유전자 발현'은 전사와 단백질 합성 등 생활성 물질의 합성과 접힘(folding), 상기 물질의 세포 내 필요한 위치로의 이동을 포함하며, 따라서 실제로 텔로미어의 신장이 이루어지기까지는 시간이 소요되기 때문이다.
상기 배양 후 상기 세포에서 TERT, TERF2, DKC1, TERF2IP, RFC1, RAD50, TERF1, PINX1, TNKS1BP1, ACD, NBN, HSPA1L, PARP1, PTGES3, SMG6, BLM, XRCC5, XRCC6, ERCC4, PRKDC, TEP1 및 β-Catenin 중에서 하나 이상의 유전자 발현이 증가되는 것을 특징으로 할 수 있다. TERT(Telomerase reverse transcriptase)는 텔로머레이즈의 촉매활성을 가지는 서브유닛이고, TERF1(Telomeric repeat binding factor 1) 및 TERF2(Telomeric repeat binding factor 2)는 텔로미어 서열을 인식한다. DKC1(Dyskerin pseudouridine synthase 1), RFC1(Replication factor C subunit 1), TNKS1BP1(Tankyrase 1 binding protein 1), NBN(Nibrin), HSPA1L(Heat shock protein family A member 1 like), PARP1(Poly ADP-ribose polymerase 1), PTGES3(Prostaglandin E synthase 3), SMG6(Smg6 homolog, Nonsense mediated mRNA decay factor), XRCC5(X-ray repair cross complementing 5), XRCC6(X-ray repair cross complementing 6)는 텔로미어의 안정화와 유지에 필요한 것으로 알려져 있다. TERF2IP(TERF2 interacting protein), RAD50 (RAD50 Homolog, Double strand break repair protein)은 텔로미어 재조합을 억제하며, PINX1(PIN2/TERF1-interacting telomerase inhibitor 1)는 TERF1 및 TERT의 인(nucleolus) 내 축적을 매개하고 TRF1가 텔로머레이즈에 결합하는 것을 도우며 S기에 텔로머레이즈 활성을 저해하는 것으로 보고되었다. ACD(Adrenocortical Dysplasia protein homolog), ERCC4(Excision repair cross-complementation group 4), PRKDC(Protein kinase, DNA-activated, catalytic subunit)는 텔로미어의 길이조절 및 보호를 위해 필요하며, BLM(Bloom syndrome protein) DNA합성시 텔로미어 증폭을 돕고, TEP1(Telomerase associated protein 1)은 텔로머레이즈 복합체의 일부를 형성한다. β-Catenin TERT발현을 촉진하는 전사조절인자이다. 상기와 같은 유전자의 발현을 증가시킬 수 있는 본 발명의 일측면에 따른 텔로미어 신장 방법은 후술할 다양한 용도로 이용될 수 있다.
상기 배양 후 상기 세포에서 텔로머레이즈 활성이 높아지는 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 텔로머레이즈 활성의 증가는 배양 2일 후 배양 전에 비해 1.5배 이상일 수 있고, 이렇게 텔로머레이즈의 활성이 높아짐에 따라 텔로미어 길이가 1.2배 이상 증가될 수 있다.
상기 배양 후 상기 세포에서 β-galactosidase 활성이 감소되는 것을 특징으로 할 수 있다. β-galactosidase는 베타갈락토사이드(β-galactoside)의 단당류로의 가수분해를 촉매하는 효소인데, 리소좀 β-galactosidase는 노화된 세포(senescent cell)에서 과발현되어 축적된다. 그 결과 노화된 세포에서는 β-galactosidase의 활성이 높게 나타나는 것으로 보고된 바 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법에 따르면 상기 효소의 활성이 낮아지는 것으로 나타나 항노화 효과를 가지는 것으로 나타났다.
본 발명의 다른 일 측면은, 물리적 자극에 의해 텔로미어가 신장된 세포를 제공한다.
여기서, 상기 물리적 자극의 형태는 초음파, 열 및 빛 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
이러한 세포는 전술한 본 발명의 일측면에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법을 따라 제조될 수 있다.
본 발명의 발명자들은, 물리적 자극을 세포에 처리시 TERT, TERF2, DKC1, TERF2IP, RFC1, RAD50, TERF1, PINX1, TNKS1BP1, ACD, NBN, HSPA1L, PARP1, PTGES3, SMG6, BLM, XRCC5, XRCC6, ERCC4, PRKDC, TEP1 및 β-Catenin 등 세포의 텔로머레이즈 활성과 관련있는 유전자의 발현이 증가되면서 상기 세포의 텔로미어가 신장될 뿐 아니라, 이러한 유전자의 mRNA 및 단백질을 포함하는 엑소좀이 다량 분비됨을 발견하였다. mRNA 및 단백질 등 각종 인자를 담은 엑소좀은 혈류를 따라 이동하여 세포에 직접 상기 인자들을 전달하여 치료효과를 나타낼 수 있으므로, 전술한 본 발명의 일측면에 따른 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법, 본 발명의 다른 일측면에 따른 세포 및 이들 세포로부터 유래한 엑소좀은 이러한 유전자의 활성이 필요한 개체에 치료 목적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 우선 선천성 각하이상증, 재생불량성 빈혈, 베르너증후군(Werner syndrome), 블룸증후군(Bloom syndrome), 모세혈관확장성운동실조(Ataxia-telangiectasia), Nijmegen breakage syndrome, 모세혈관확장성운동실조유사증후군(Ataxia-telangiectasia-like syndrome), 폐섬유증(Pulmonary fibrosis) 등 텔로미어 유지 이상으로 발생하는 것으로 알려진 질병의 치료 또는 개선을 위해 사용될 수 있다. 그 외에도 세포의 노화와 소실로 나타나는 각종 질병과 증상, 예컨대 치매, 운동실조, 연골 및 뼈의 퇴화 등의 각종 퇴행성 질환, 크론병, 만성폐색성폐질환 등을 포함하는 자가면역질환, 고혈압, 대사증후군, 당뇨병, 피부노화, 색소이상, 탈모 등의 치료 또는 개선에 사용될 수 있다. 추가적으로, 화상, 상처, 부상, 장기부전(organ failure), 장기소실, 궤양 등 각종 손상에 대한 빠른 재생을 위해 사용될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 모든 실시예 및 실험예 상의 모든 세포 배양은 37℃, 5% CO2 조건에서 이루어졌다.
실시예1. 직접적인 초음파 자극에 의한 세포의 텔로미어 신장 유도
1 ml의 배지 내 1x106 개 세포에 직접적으로 1W/cm2, 5초간 (20KHz) 초음파 자극을 가한 세포를 culture dish에서 동일한 종류의 배지와 함께 1일 이상 배양하였다.
실시예2. 직접적인 열 자극에 의한 세포의 텔로미어 신장 유도
1 ml의 hES 배지 내 1x106 개 세포를 1.5 ml tube에 넣어 50℃에 5초간 노출 후 0℃에 10초간 노출시키고, culture dish에서 동일한 종류의 배지와 함께 1일 이상 배양하였다.
실시예3. 직접적인 발광 다이오드 빛 자극에 의한 세포의 텔로미어 신장 유도
1 ml의 hES 배지 내 1x106 개 세포에 직접적으로 808 nm의 발광 다이오드 레이저 빛 자극(1 W, 500 Hz/sec)을 5초간 가한 세포를 culture dish에서 동일한 종류의 배지와 함께 1일 이상 배양하였다.
실시예4. 간접적인 초음파 자극에 의한 세포의 텔로미어 신장 유도
hES 배지에 0, 3, 5, 10 W/cm2의 초음파를 10분간 처리한 후, 이를 초음파 처리되지 않은 세포와 혼합하여 culture dish에서 1일 이상 배양하였다.
실시예5. 초음파 자극에 의한 세포의 텔로미어 신장을 유도할 수 있는 엑소좀의 제조
1 ml의 배지 내 1x106 개 세포에 직접적으로 1 W, 5초간 (20KHz) 초음파 자극을 가한 세포를 culture dish에서 동일한 종류의 배지와 함께 1-2일 배양하였다. 다음으로, 배양액을 회수하여 3000 rpm으로 5분간 원심분리하여 세포나 세포 사멸체 등을 제거하고 상층액만을 회수하여 0.2 μm 필터로 여과하여 0.2 μm 크기 이하 성분만 포함된 여과액을 모으고, 100 kDa 필터에 상기 여과액을 넣고 10000xg로 30분간 원심분리하여 분자량 100 kDa 이하의 성분을 제거하여 농축된 엑소좀을 수득하였다. 상기 농축된 엑소좀이 포함된 100 kDa 필터에 PBS를 넣고 10000xg로 5분간 washing하는 과정을 2회 반복하여 상기 엑소좀 농축액 내 배지 성분을 제거하여 엑소좀을 수득하였다.
실험예1. 세포 종류에 따른 텔로미어 신장 효과 분석
세포 종류에 따른 실시예1의 효과를 비교하기 위해 1ml의 DMEM 배지(섬유아세포 배양배지) 내 1x106 개의 CB-HDF(세포바이오), Adipo-MSC(황동연 교수 실험실), HDFa(Invitrogen), HFF(차의과학대학), Hef(차의과학대학), GFP-HDF(GFP-HNDF, Angio-proteomie), Skin Fibroblast(60세 뇌졸중 환자샘플, IRB를 통해), HDP(세포바이오), L132(ATCC), h-PreAdipo(ATCC), CB-HDF x/Entr 및 MSC x/Entr 각각에 대하여 실시예1에 따라 초음파 자극을 가한 후 0, 1 및 2일간 배양하고, 텔로미어 길이를 분석하였다(여기서 CB-HDF x/Entr 및 MSC x/Entr는 본 발명의 발명자에 의한 연구(Lee et al., An ultra-effective method of generating extramultipotent cells from human fibroblasts by ultrasound, Biomaterials, 2017.)의 초음파 처리를 통한 다능성 세포 유도 방법을 적용하여 각각 CB-HDF 및 MSC로부터 인간배아줄기세포 배양배지에서 유도된 다능성 세포이다). 이때, 텔로미어의 길이는 키트를 사용하여 qPCR 방법에 따라 분석하였다(Absolute Human Telomere Length Quantification qPCR Assay Kit, Cat No. 8918, ScienCellTM). 그 결과, 도1 및 표1과 같이 세포의 종류에 관계없이 모두 텔로미어가 신장된 것으로 나타났다.
세포 종류 대조군 대비 텔로미어 길이 변화량
절대값(kb) 상대값(배)
CB-HDF 12.04 4.47
MSC 1.65 2.28
HDFa 2.36 1.79
HFF 2.00 2.14
Hef 3.22 3.80
GFP-HDF 2.36 1.79
Skin Fibroblast 0.57 1.34
HDP 4.05 2.40
L132 1.30 1.54
h-PreAdipo 3.15 2.44
CB-HDF x/Entr 0.85 1.26
MSC x/Entr 1.82 2.93
실험예2. 물리적 자극의 종류에 따른 텔로미어 신장 효과 분석
물리적 자극의 종류에 따른 텔로미어의 신장 효과를 분석하기 위해, 인간배아줄기세포 배양배지와 CB-HDF를 이용하여 실시예 1 내지 3에 따라 각 물리적 자극을 가한 후 0, 1 및 2일간 배양하고, 텔로미어 길이를 qPCR 방법에 따라 분석하였다. 그 결과 도2와 같이, 초음파, 열 및 빛 자극 모두 텔로미어를 신장시키는 것으로 나타났다.
실험예3. 간접적 초음파 자극에 의한 텔로미어 신장 효과 분석
직접적 물리적 자극이 아니라 간접적 물리적 자극에 의해서도 텔로미어가 신장되는지 확인하기 위해, 실시예2에 따라 CB-HDF에 간접적 초음파 자극을 가한 후 1일간 배양하고 텔로미어 길이를 qPCR 방법에 따라 분석하였다. 그 결과 도3과 같이, 사용된 초음파의 강도에 비례적으로 텔로미어 신장 효과가 큰 것으로 나타났다.
실험예4. 배지조성에 따른 초음파 처리 후 텔로미어 신장 효과 분석
배지조성에 따른 실시예1의 효과를 비교하기 위해, 1 ml의 인간배아줄기세포 배양배지, 신경줄기세포 배양배지, 1차 생식세포 배양배지, DMEM 배지 각각 내 1x106 개 CB-HDF에 실시예1에 따라 초음파 자극을 가한 후 0, 1 및 2일간 배양하고, 텔로미어 길이를 qPCR 방법에 따라 분석하였다. 그 결과, 도4와 같이 배지조성과 관계없이 모두 텔로미어가 신장된 것으로 나타났다.
실험예5. 초음파 처리 횟수에 따른 텔로미어 신장 효과 분석
실시예1에 따른 초음파 처리를 반복시에 차이가 나타나는지 확인하기 위해, 1ml의 DMEM배지 내 1x106 개 CB-HDF에 실시예1에 따라 초음파 자극을 가하고 1, 3 및 6일 배양하였는데, 이때 초음파 자극은 최초 1회 가하거나 2일 간격으로 가하였고, 텔로미어 길이를 qPCR 방법에 따라 분석하였다. 그 결과, 도5와 같이 초음파 처리 횟수에 관계없이 모두 텔로미어 길이가 증가하였으며, 초음파 처리 횟수가 높을수록 초음파를 처리하지 않은 대조군 대비 텔로미어 길이의 증가폭이 큰 것으로 나타났다.
실험예6. 세포 종류에 따른 초음파 처리 후 TERT 유전자 발현 분석
세포 종류에 따라 실시예1에 따른 TERT 유전자 발현량에 차이가 나타나는지 확인하기 위해, 1ml의 DMEM배지 내 1x106 개 CB-HDF, Adipo-MSC, HDFa HFF Hef, GFP-HDF, Skin Fibroblast, HDP, L132, h-PreAdipo, CB-HDF x/Entr 및 MSC x/Entr에 각각 실시예1에 따라 초음파 자극을 가하고 0, 1 및 2일 배양하고, TERT 유전자 발현 변화를 qPCR 방법에 따라 분석하였다. 그 결과, 도6 및 표2와 같이 세포 종류에 관계없이 모두 TERT 발현량이 증가한 것으로 나타났다. 또한, 도7과 같이 CB-HDF 및 Adipo-MSC를 이용한 경우, TERT의 발현량이 초음파 처리 후 배양 1일차에 크게 증가했다가 2일차에는 다시 감소한 것으로 나타났는데, TERT의 지속적인 발현은 암 등의 발생 위험을 가지고 있는 바, 한시적인 TERT 발현을 통해 이러한 위험을 낮추면서 짧아진 텔로미어에 의해 일어나는 노화 관련 증상 개선을 기대할 수 있다.
세포 종류 대조군 대비 TERT 유전자 발현 변화량(배)
CB-HDF 5.4
MSC 19.46
HDFa 21.61
HFF 16.81
Hef 3.50
GFP-HDF 3.05
Skin Fibroblast 1.53
HDP 2.66
L132 6.88
h-PreAdipo 11.92
CB-HDF x/Entr 3.08
MSC x/Entr 22.20
실험예7. 초음파 처리에 의한 세포 내 β-Catenin 유전자 발현 변화 분석
실시예1에 따른 텔로미어 신장 방법에 의해 TERT의 전사활성인자인 β-Catenin 유전자에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해, 1ml의 DMEM배지 내 1x106 개 CB-HDF 및 Adipo-MSC에 실시예1에 따라 초음파 자극을 가하고 0, 1 및 2일간 배양하고, β-Catenin 유전자 발현 변화를 qPCR 방법에 따라 분석하였다. 그 결과, 도8과 같이 실험한 두 세포 종류 모두 β-Catenin 발현량이 증가한 것으로 나타났다.
실험예8. 초음파 처리에 의한 세포 내 텔로머레이즈 활성 변화 분석
실시예1에 따른 텔로미어 신장 방법에 의해 텔로머레이즈 활성에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해, 1ml의 DMEM배지 내 1x106 개 CB-HDF 및 Adipo-MSC에 실시예1에 따라 초음파 자극을 가하고 0, 1 및 2일간 배양한 후, 텔로머레이즈 활성을 Sciencell의 Telomerase Activity Quantification qPCR kit(TAQ)으로 분석하였다. 그 결과, 도9와 같이 실험한 두 세포 종류 모두 텔로머레이즈 활성이 증가한 것으로 나타났다.
실험예9. 초음파 처리된 세포의 텔로미어 FISH
실시예1에 따른 텔로미어 신장 방법에 의한 텔로미어의 증가를 또 다른 방법으로 확인하기 위해, 1 ml의 DMEM배지 내 1x106 개 CB-HDF 및 Adipo-MSC에 실시예1에 따라 초음파 자극을 가하고 1일간 배양한 후, TelG telomere probe(TTAGGGTTAGGGTTAGGG)를 이용하여 FISH를 수행하고, 형광시그널을 공초점현미경으로 분석하였다. 이때, Hoechst 33342로 대조염색하였다. 그 결과, 도10과 같이 실험한 두 세포 종류 모두 텔로미어 양이 증가한 것으로 나타났다.
실험예10. 초음파 처리된 세포의 Ki67 및 TERT 세포면역형광염색
실시예1에 따른 텔로미어 신장 방법에 의한 TERT 유전자 발현이 단백질 발현 증가로 이어지는지 확인하기 위해, 1ml의 DMEM배지 내 1x106 개 CB-HDF에 실시예1에 따라 초음파 자극을 가하고 1일간 배양한 후, 항 Ki67 및 항TERT항체를 이용하여 형광염색하고, 이를 공초점현미경으로 분석하였다. 이때, 동 세포는 DAPI로 대조염색하였다. 그 결과, 도11과 같이 초음파 처리시 TERT 단백질 모두 텔로미어가 증가하였을 뿐 아니라, 추가적으로 세포 분열 마커인 Ki67 단백질의 발현 또한 증가한 것으로 나타났다.
실험예11. 노화 관련 β-galactosidase 활성 분석
실시예1에 따른 텔로미어 신장 방법에 의한 전술한 변화가 세포 노화에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해, 1ml의 DMEM배지 내 1x106 개 CB-HDF에 실시예1에 따라 초음파 자극을 가하고 1일 및 3일간 배양한 후, 세포 내 노화와 상관관계가 있는 것으로 알려진 β-galactosidase의 활성에 대한 시험법을 X-gal을 이용하여 수행하고, 이를 위상차현미경으로 분석하였다. 이때, 초음파 처리는 최초 1회 또는 매 2일마다 진행하였다. 그 결과, 도12와 같이 β-galactosidase 활성이 낮아진 것을 확인할 수 있었으며, 따라서 본 발명에 따른 텔로미어 신장 방법은 항노화효과가 있는 것으로 나타났다.
실험예12. 세포 분비 엑소좀 유전자 RNA-seq을 통한 세포의 유전자 발현 변화 분석
본 발명의 발명자들의 전술한 선행발명인 제10-1855967호에서는 초음파 처리에 의해 세포의 유전자 발현 변화 및 엑소좀 분비를 유도할 수 있었다. 분비된 엑소좀에는 세포에서 발현된 유전자 산물이 포함되므로, 실시예1에 따라 텔로미어가 신장된 세포의 유전자 발현 변화를 상기 세포로부터 분비된 엑소좀의 유전자 발현을 통해 확인해보았다. RNA-seq 결과, 표3과 같이 실험군 세포에서 분비된 엑소좀에서는 텔로머레이즈 활성 관련 유전자와 텔로미어 유지 및 보호와 관련된 유전자의 발현이 증가한 것으로 나타났다.
분류 유전자 Read count
HDF.Exo x.Exo
텔로머레이즈 활성 관련 유전자 TNKS1BP1 0 17
PINX1 0 15
TERF1 0 7
RAD50 0 6
RFC1 0 5
TERF2IP 0 5
DKC1 0 3
TERF2 0 3
TERT 0 3
텔로미어 유지 및 보호 관련 유전자 TEP1 0 94
PRKDC 0 33
ERCC4 0 23
XRCC5 0 19
XRCC6 0 18
TNKS1BP1 0 17
PINX1 0 15
BLM 0 11
SMG6 0 11
PTGES3 0 10
PARP1 0 7
TERF1 0 7
RAD50 0 6
RFC1 0 5
TERF2IP 0 5
HSPA1L 0 4
NBN 0 4
ACD 0 3
DKC1 0 3
TERF2 0 3
TERT 0 3
전술한 본 발명에 대한 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하는 단계; 및
    상기 세포 및 배지의 혼합물을 일정 시간 배양하는 단계;를 포함하고,
    상기 직접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함된 배지에 물리적 자극을 가하는 것이고, 상기 간접적으로 자극을 제공하는 것은 세포가 포함되지 않은 배지에 물리적 자극을 가한 후 상기 배지와 세포를 혼합하는 것인, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 물리적 자극의 형태는 초음파, 열 및 빛 중에서 선택되는 어느 하나인, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세포에 직간접적으로 물리적 자극을 제공하는 단계는
    세포와 배지를 혼합한 후 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나,
    배지에 물리적 자극을 제공한 후 상기 배지와 세포를 혼합하거나,
    세포에 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포와 배지를 혼합하거나,
    세포에 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포와 배지를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나,
    배지에 물리적 자극을 제공한 후 상기 배지와 세포를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하거나,
    세포와 배지에 각각 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포 및 상기 배지를 혼합하거나,
    세포와 배지에 각각 물리적 자극을 제공한 후 상기 세포 및 상기 배지를 혼합한 다음 상기 혼합물에 물리적 자극을 제공하는 방식
    중에서 선택된 어느 하나의 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 물리적 자극은 초음파 자극이고,
    상기 직접적인 초음파 자극은 강도가 0.1 내지 3 W/cm2이며, 주파수가 20 kHz 내지 20 MHz이고, 지속시간이 0.1초 내지 20분인 것을 특징으로 하며,
    상기 간접적인 초음파 자극은, 강도가 1 내지 20 W/cm2이고, 주파수가 20 kHz 내지 20 MHz이며, 지속시간이 0.1초 내지 20분인 것을 특징으로 하는, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 물리적 자극은 열 자극이고,
    상기 온도변화 자극은 세포를 40 내지 50℃의 온도 조건에 1 내지 10분 노출시킨 후 0 내지 4℃의 온도 조건에 5 내지 10초간 노출하는 방식으로 가해지는 것을 특징으로 하는, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 물리적 자극은 빛 자극이고,
    상기 빛 자극은 레이저 또는 발광 다이오드(light-emitting diode) 빛 중에서 선택된 어느 하나의, 파장 대역 300 내지 900 nm의 펄스형 빔을 1 내지 10초 동안 조사하여 가하는 것을 특징으로 하는, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  7. 제1항에 있어서
    상기 세포는 각각 포유류 유래의 줄기세포, 전구세포, 섬유아세포, 각질세포 또는 기관 내 조직세포로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  8. 제1항에 있어서
    상기 배지는 배양 배지 또는 분화유도 배지 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  9. 제1항에 있어서
    상기 혼합물의 배양은 1시간 내지 10일 동안 진행되는 것을 특징으로 하는, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배양 후 상기 세포에서 TERT, TERF2, DKC1, TERF2IP, RFC1, RAD50, TERF1, PINX1, TNKS1BP1, ACD, NBN, HSPA1L, PARP1, PTGES3, SMG6, BLM, XRCC5, XRCC6, ERCC4, PRKDC, TEP1 및 β-Catenin 중에서 하나 이상의 유전자 발현이 증가되는 것을 특징으로 하는, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배양 후 상기 세포에서 텔로머레이즈 활성이 높아지는 것을 특징으로 하는, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배양 후 상기 세포에서 β-galactosidase 활성이 감소되는 것을 특징으로 하는, 세포의 텔로미어를 신장시키는 방법.
  13. 물리적 자극에 의해 텔로미어가 신장된 세포.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 물리적 자극의 형태는 초음파, 열 및 빛 중에서 선택되는 어느 하나인, 물리적 자극에 의해 텔로미어가 신장된 세포.
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