WO2015057015A1 - Method of redifferentiating adult cells into induced pluripotent stem cells using electromagnetic field - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method of redifferentiating adult cells into induced pluripotent stem cells using an electromagnetic field. According to the present invention, the method of redifferentiation into induced pluripotent stem cells using an electromagnetic field has excellent efficacy for redifferentiating adult cells into induced pluripotent stem cells, and induced pluripotent stem cells can be readily obtained. Also, the induced pluripotent stem cells prepared by the method have a large amount of redifferentiation factor expression, and when the stem cells are grafted to a mouse, pluripotency is exhibited. Thus, the redifferentiated induced pluripotent stem cells can be usefully applied to the development of a cell therapeutic agent and studies in the regenerative medicine field.

Description

전자기장을 이용한 성체세포를 유도만능 줄기세포로 역분화시키는 방법How to reverse differentiate adult cells into induced pluripotent stem cells
본 발명은 전자기장을 이용한 성체세포를 유도만능 줄기세포로 역분화시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for dedifferentiating adult cells using electromagnetic fields into induced pluripotent stem cells.
줄기세포 (stem cells)는 무한히 자가 재생할 수 있으면서 신체 모든 조직의 세포로 분화할 수 있는 미분화 세포이다. 줄기세포 연구는 재생의학, 신약 개발과 같은 세포치료제의 개발, 인체 질환의 발병 원인 및 치료, 그리고 인체의 발생 과정을 연구하는 중요한 대상으로 각광받고 있는 연구 분야이다. 만능 줄기세포 (totipotent stem cells)는 난자와 정자의 수정 이후 8 세포기까지의 세포를 말하며, 이 세포를 분리하여 자궁에 이식하면 하나의 완전한 개체로 발생 가능하다. 전분화능 줄기세포 (pluripotent stem cells)는 수정 4-5일 후 나타나는 배반포 (blastocyte)의 안쪽에 위치한 내세포피 (inner cell mass)에서 유래하며, 다양한 세포와 조직으로 발생할 수 있지만, 새로운 생명체를 형성하지는 못한다. 다분화능 줄기세포(multipotent stem cells)는 세포가 포함되어 있는 조직 및 기관에 특이적인 세포로만 분화할 수 있는 줄기세포이다. 줄기세포 중 배아 줄기세포는 착상 전 배아의 내세포피 (inner cell mass)로부터 만들어지며, 적절한 환경 하에서 200가지 이상의 세포로 분화할 수 있고, 기관 전체를 만들 수도 있다 (Nagy et al., Development, 110:815-821, 1990). 그러나 세포치료제로서 배아 줄기세포는 난자를 사용해서 만들어야 하고, 배아를 파괴해야 얻을 수 있다는 윤리적인 문제를 가지며, 또한 면역거부반응이 있어서 임상에 사용하기 어렵다는 것 등과 같은 여러 문제점을 가진다.Stem cells are undifferentiated cells that can infinitely regenerate and differentiate into cells of all tissues of the body. Stem cell research is an important research area for research on the development of cellular medicines such as regenerative medicine, new drug development, the causes and treatment of human diseases, and the development of human bodies. Pluripotent stem cells are cells up to 8 cells after fertilization of eggs and sperm. When these cells are separated and transplanted into the uterus, they can develop into one complete individual. Pluripotent stem cells originate from the inner cell mass located inside the blastocytes, which appear after 4-5 days of fertilization, and can occur with a variety of cells and tissues, but do not form new organisms. can not do it. Multipotent stem cells are stem cells that can only differentiate into cells specific to the tissues and organs in which they are contained. Embryonic stem cells of stem cells are made from the inner cell mass of embryos before implantation, can differentiate into more than 200 cells under appropriate circumstances, and can make whole organs (Nagy et al., Development, 110). : 815-821, 1990). However, embryonic stem cells as cell therapy have ethical problems that must be made by using eggs, and can be obtained only by destroying the embryos.
최근, 이에 대한 보완책으로 유도 만능 줄기세포 (induced pluripotent stem cells)가 보고되고 있다. 유도 만능 줄기세포는 분화가 끝난 세포를 역분화시켜 전분화능 (pluripotency)을 갖는 세포를 지칭하며, 배아 줄기세포와 유사하게 자가재생할 수 있는 능력을 가지고 신체의 모든 타입의 세포로 분화할 수 있는 특징을 가진다. 현재까지 유도 만능 줄기세포는 유전자 발현과 분화능에서 만능 줄기세포인 배아 줄기세포와 유전적, 후생학적 특성 및 분화능 등에서 매우 유사한 특성을 갖는 것으로 보고되고 있다 (Takahashi and Yamanaka, Cell, 126:663-676, 2006). 현재까지 역분화 인자의 세포내 도입은 바이러스 벡터를 이용하여 세포 내 전달하는 방법이 현재까지 가장 효과적이다. 하지만 치료 목적을 위한 유도 만능 줄기세포 제작에 바이러스 유전체의 이용은 잠재적 위험성을 지니고 있다. 또한 세포내 유전체에 무작위로 매우 안정적으로 삽입되기 때문에 유전자의 변이와 같은 다양한 문제들을 항상 내재하고 있다. 또한, 역분화 줄기세포의 생성효율이 1 % 미만으로 아주 낮고, 종양생성의 위험을 갖고 있다. 많은 연구팀에서, 이 같은 문제를 해결하기 위하여 보고된 논문에서는 발암유전자를 대체 또는, 리프로그래밍에 보다 유리한 세포 형태를 이용하여 리프로그래밍 인자를 줄이는 연구가 진행되고 있다. 그러나 이 역시 다양한 인자를 주입하거나, 특정 세포 종류를 분리 (isolation) 해야하는 단점을 가지고 있다.Recently, induced pluripotent stem cells have been reported as a supplement. Induced pluripotent stem cells refer to cells having pluripotency by dedifferentiating differentiated cells, and are capable of differentiating into all types of cells of the body with the ability to self-renewal similarly to embryonic stem cells. Has To date, induced pluripotent stem cells have been reported to have very similar characteristics in embryonic stem cells, pluripotent stem cells, in terms of genetic and epigenetic properties and differentiation in gene expression and differentiation capacity (Takahashi and Yamanaka, Cell, 126: 663-676). , 2006). To date, intracellular introduction of dedifferentiation factors is most effective to date by means of intracellular delivery using viral vectors. However, the use of viral genomes in the production of induced pluripotent stem cells for therapeutic purposes poses a potential risk. In addition, since it is inserted into the genome in the cell at random and very stable, various problems such as mutation of genes are always inherent. In addition, the production efficiency of dedifferentiated stem cells is very low, less than 1%, and there is a risk of tumor formation. Many research teams have reported studies to reduce the reprogramming factors by replacing carcinogens or by using cell types that are more favorable for reprogramming. However, this also has the disadvantage of injecting various factors or isolating specific cell types.
역분화 줄기세포의 연구가 현재 세계적인 화두임에도 불구하고, 아직 국내에서는 리프로그래밍 방법에 대한 새로운 견해를 제시하거나 그 기전을 확인한 논문이 거의 보고 되어 있지 않고, 특히 일본이 역분화줄기세포 분야에 세계적 선구적 역할을 하고 있음은 물론이고, 최근 중국에서도 이와 관련하여 의미있는 연구사례가 다수 보고되고 있으나 우리나라에선 그 연구가 미흡하여 세계적으로 뒤처지고 있는 실정이다.Although research on dedifferentiated stem cells is currently a global topic, there have been few reports in Korea presenting new opinions on the reprogramming method or confirming its mechanism. In particular, Japan is a global leader in the field of dedifferentiated stem cells. Of course, there have been many reports of significant research cases in China in recent years, but the research is insufficient in Korea and is falling behind in the world.
한편, 파동에너지를 생물학에 접목하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 기존에 알려진 파동을 생물학에 접목한 기술로는 뇌조직에 약 10 Hz 이하의 저주파 에너지를 적용시키기 위한 장치로 환자의 뇌 안에 전극을 이식후 직접 전기자극을 부여하여 전기 흐름에 의한 자기장을 야기하는 장치 (공개특허: US20060205993)가 있다. Zheng은 중추신경계에 자기자극을 주는 방법으로 고주파 또는 복수의 주파수 성분을 조합하여 뇌기능 개선에 사용하려는 기술 (JP 2008-543388)을 개발하였으며 Riken은 배아줄기세포에 전기펄스 처리하여 신경세포를 제조하는 기술 (US200740065941)을 개발하였다. Gliner 등은 세포에 전기펄스를 처리하여 신경세포를 제조하는 기술을 개발하였다 (US20050075679). 그러나, 파동에너지를 이용하여 성체세포를 역분화시키는 기술에 대한 연구는 전무한 실정이다.On the other hand, research is being conducted on techniques for incorporating wave energy into biology. A technique that combines known waves into biology is a device for applying low-frequency energy of about 10 Hz or less to brain tissue. Device (public patent US20060205993). Zheng developed a technique (JP 2008-543388) to improve brain function by combining high frequency or multiple frequency components to give magnetic stimulation to the central nervous system. Riken manufactures nerve cells by electropulsing embryonic stem cells. Technology (US200740065941) has been developed. Gliner et al. Developed a technique for producing neurons by treating the cells with electric pulses (US20050075679). However, there is no research on the technique of de-differentiating adult cells using wave energy.
이에 본 발명자들은 세포를 효율적으로 리프로그래밍하여 유도만능 줄기세포로 역분화시키는 기술에 대한 연구를 계속하던 중, 특정한 주파수를 갖는 전자기장내에서 성체세포를 배양하는 경우, 역분화 효율이 유의적으로 높음을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors continue to study a technique for efficiently reprogramming cells to dedifferentiate them into induced pluripotent stem cells, and when culturing adult cells in an electromagnetic field having a specific frequency, the dedifferentiation efficiency is significantly high. By confirming that the present invention was completed.
본 발명의 목적은 전자기장 하에서 성체세포를 배양하는 단계;를 포함하는 성체세포를 유도만능 줄기세포로 역분화시키는 방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a method for dedifferentiating adult cells, including culturing adult cells under electromagnetic fields, into induced pluripotent stem cells.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의하여 역분화된 유도만능 줄기세포를 제공함에 있다.The present invention also provides an induced pluripotent stem cell dedifferentiated by the above method.
본 발명은 전자기장 하에서 성체세포를 배양하는 단계;를 포함하는 성체세포를 유도만능 줄기세포로 역분화시키는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for dedifferentiating adult cells into induced pluripotent stem cells, including culturing adult cells under electromagnetic fields.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 역분화된 유도만능 줄기세포를 제공한다.The present invention also provides induced pluripotent stem cells dedifferentiated by the above method.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서 "전자기장"은 주기적으로 세기가 변화하는 전자기장이 공간 속으로 전파해 나가는 현상으로 전자파와 같은 의미이며, 본 발명에서 사용된 전자기장은 펄스파 형태 또는 연속파 (사인파)형태를 모두 포함할 수 있다.In the present invention, "electromagnetic field" refers to a phenomenon in which electromagnetic fields whose intensity changes periodically are propagated into space, and have the same meaning as electromagnetic waves, and the electromagnetic fields used in the present invention may include both pulse wave forms and continuous wave (sine wave) forms. have.
본 발명에서 전자기장의 주파수는 1 내지 200 Hz, 바람직하게는 50 Hz 일 수 있고, 전자기장의 강도는 0.1 내지 15 mT, 바람직하게는, 0.5 내지 2 mT 일 수 있다.In the present invention, the frequency of the electromagnetic field may be 1 to 200 Hz, preferably 50 Hz, and the strength of the electromagnetic field may be 0.1 to 15 mT, preferably 0.5 to 2 mT.
본 발명에서 "줄기세포"는 여러 종류의 신체 조직으로 분화할 수 있는 능력을 가진 세포, 즉 미분화세포이며 배아 줄기세포와 성체 줄기세포로 분류할 수 있다. "배아 줄기세포"는 분화능력을 가지고 있으나 아직 분화가 일어나지 않은 미분화 세포로, 이러한 미분화 상태에서 적절한 조건을 맞춰주면 다양한 조직세포로 분화가 가능한 만능 줄기세포성(pluripotency)을 가지는 세포를 의미하며, 넓은 의미로는 배아 줄기세포로부터 유래한 배아체 (embryoid bodies)도 포함한다. "성체 줄기세포"는 모든 조직으로 분화할 수는 없으나 각 표적기관으로는 분화할 수 있는, 제한된 분화능을 가지는 세포를 의미한다. 더불어 "분화능"이란 생물의 초기 발생에서 배의 일부가 주어진 발생조건에 따라 각종 기관이나 조직으로 분화될 수 있는 능력을 말한다. 본 발명에서 "유도 만능 줄기세포"란 분화가 끝난 세포를 역분화시켜 전분화능(pluripotency)을 갖는 세포를 지칭하며, 배아 줄기세포와 유사하게 자가재생할 수 있는 능력을 가지고 신체의 모든 타입의 세포로 분화할 수 있는 특징을 가진 것으로, "역분화 줄기세포"라고도 한다. 유도 만능 줄기세포는 배아줄기세포와 거의 같은 특성을 가지며, 구체적으로는 비슷한 세포 모양을 보여주며, 유전자, 단백질 발현 패턴이 유사하며, in vitro 및 in vivo에서 전분화능을 가지며, 테라토마 (teratoma)를 형성하고, 생쥐의 배반포 (blastocyst)에 삽입시켰을 때, 키메라 (chimera) 생쥐를 형성하고, 유전자의 생식선 전이(germline transmission)가 가능하다.In the present invention, "stem cells" are cells that have the ability to differentiate into various types of body tissues, that is, undifferentiated cells and can be classified into embryonic stem cells and adult stem cells. "Embryonic stem cells" are undifferentiated cells that have differentiation ability, but have not yet differentiated, and mean cells with pluripotency capable of differentiating into various tissue cells if appropriate conditions are set in such an undifferentiated state. In its broadest sense, it also includes embryoid bodies derived from embryonic stem cells. "Adult stem cell" means a cell having a limited differentiation capacity that cannot differentiate into all tissues but can differentiate into each target organ. In addition, "differentiation capacity" refers to the ability of a part of the embryo to be differentiated into various organs or tissues according to a given developmental condition in the initial development of the organism. In the present invention, "induced pluripotent stem cells" refers to cells having pluripotency by dedifferentiating differentiated cells, and have all the types of cells of the body with the ability to self-renewal similarly to embryonic stem cells. It is characterized by being capable of differentiation and is also referred to as "dedifferentiated stem cells". Induced pluripotent stem cells have almost the same characteristics as embryonic stem cells, specifically, have similar cell morphology, similar gene and protein expression patterns, pluripotency in vitro and in vivo, and teratoma. When formed and inserted into the blastocyst of the mouse, chimera mice are formed and germline transmission of the gene is possible.
또한, 본 발명에서 "성체세포"는 배아세포와 반대되는 용어로, 태어나서 생존하는 성체로부터 유래한 세포를 지칭한다. 본 발명에서 사용되는 성체세포의 유전적 배경에는 제한이 없으나, 개과 동물, 고양이과 동물, 멧돼지과 동물, 소과 동물, 사슴과 동물, 기린과 동물, 페커리과 동물, 낙타과 동물, 하마과 동물, 말과 동물, 맥과 동물, 코뿔소과 동물, 족제비과 동물, 토끼과 동물, 설치류 및 영장류로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상으로부터 유래일 수 있다. 상기 성체 세포는 자가(autologous), 동종(allogeneic) 또는 이종(xenogeneic)일 수 있으며, 지방세포, 섬유아세포, 섬유세포, 근육세포, 심장세포, 혈액 세포, 골수세포, 생식세포 등 그 종류를 제한하지 않는다.In addition, in the present invention, "adult cell" refers to a cell derived from an adult born and alive, as opposed to embryonic cells. The genetic background of the adult cells used in the present invention is not limited, but canine, feline, boar, bovine, deer and animal, giraffe and animal, pelican, camel, hippopotamus, horse and animal, May be derived from one or more selected from the group consisting of veins, rhinos, animals, weasels, rabbits, rodents and primates. The adult cells may be autologous, allogeneic or xenogeneic, and limit their types such as fat cells, fibroblasts, fibroblasts, muscle cells, heart cells, blood cells, bone marrow cells, germ cells, etc. I never do that.
본 발명에서 "역분화 (dedifferentiation)"는 부분 또는 최종 분화된 세포를 만능 또는 다능과 같은 미분화 상태로 되돌려서, 새로운 분화 조직의 형성이 가능하도록 하는 후성학적인 역행 과정을 의미한다. 이러한 역분화 현상은 세포 유전체의 후성학적인 변형(epigenetic changes)들이 고정되어 있는 것이 아니라 지워지고 다시 형성될 수 있는 가역적인 과정이기 때문에 가능하다. 역분화는 "재프로그램화 (reprogramming)"라고도 불리우며, 부분 또는 최종 분화된 세포의 유전적 및 표현적 프로필을 배아줄기세포의 그것과 비슷하도록 변화시키는 과정에 관한 것이다. 예를 들면, 상기 변화는 메틸화 패턴의 변화, 줄기세포성 유전자의 발현율 변화 등을 포함한다."Dedifferentiation" in the present invention refers to an epigenetic retrograde process that allows partial or final differentiated cells to return to an undifferentiated state, such as pluripotency or pluripotency, to allow formation of new differentiated tissue. This reverse differentiation is possible because epigenetic changes in the cell genome are not fixed but are reversible processes that can be erased and re-formed. Reverse differentiation, also called "reprogramming," relates to the process of changing the genetic and expressive profile of partially or finally differentiated cells to be similar to that of embryonic stem cells. For example, such changes include changes in the methylation pattern, changes in the expression rate of stem cell genes, and the like.
인위적인 역분화 과정은 레트로바이러스 및 렌티바이러스를 이용한 바이러스-매개 또는 비바이러스성 벡터 이용, 단백질 및 세포 추출물 등을 이용하는 비바이러스-매개 역분화 인자의 도입에 의해 수행되거나, 줄기세포 추출물, 화합물 등에 의한 역분화 과정을 포함하나, 본 발명에서는 렌티바이러스를 이용하는 것이 바람직하다.Artificial dedifferentiation process is performed by the use of virus-mediated or non-viral vectors with retroviruses and lentiviruses, introduction of non-virus-mediated dedifferentiation factors using protein and cell extracts, or by stem cell extracts, compounds, etc. Although it includes a reverse differentiation process, it is preferable to use a lentiviral in the present invention.
본 발명에서 역분화 인자는 Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog 및 Lin28이고, 바람직하게는 Oct4, Sox2, Klf4 및 C-Myc이나, 이에 제한되지 않는다.Reverse differentiation factors in the present invention are Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog and Lin28, preferably Oct4, Sox2, Klf4 and C-Myc, but is not limited thereto.
본 발명에서 재프로그램화를 위한 유도 만능 줄기세포의 형성을 위해서는, 역분화 유도인자를 체세포 내에 전달하는 단계를 필수적으로 거치게 되며, 구체적으로는, 레트로바이러스를 수송체로 사용하여 Oct4, Sox2, Klf4 및 c-Myc의 역분화 유도인자를 코딩하는 유전자들을 체세포에 전달하거나 (Takahashi. K. et al, Cell,131:861-872, 2007), 또는 렌티바이러스들을 수송체로 사용하여 Oct4, Sox2, Klf4 및 c-Myc의 역분화 유도인자를 코딩하는 유전자를 체세포에 전달할 수 있다.In order to form induced pluripotent stem cells for reprogramming in the present invention, the step of delivering dedifferentiation inducers into the somatic cells is essential. Specifically, Oct4, Sox2, Klf4 and retroviruses are used as transporters. Genes encoding c-Myc's dedifferentiation inducers are transferred to somatic cells (Takahashi. K. et al, Cell, 131: 861-872, 2007), or using lentiviruses as transporters, Oct4, Sox2, Klf4 and Genes encoding c-Myc dedifferentiation inducers can be transferred to somatic cells.
Sox 패밀리 유전자들은 Oct4와 유사하게 만능성 유지에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 그러나 Oct4 유전자가 만능성 줄기세포에만 관여하고 있는 반면 Sox 패밀리 유전자들은 다능성 줄기세포나 단능성 줄기세포와도 관련되어 있다. Sox2 (SRY-type high mobility group box 2) 전사인자는 Sox 패밀리 단백질 중 유일하게 배아줄기세포의 만능성 유지에 중요한 역할을 한다 (Avilion et al., Genes Dev, 17:126-140, 2003). Oct4와 마찬가지로 생쥐의 배아줄기세포에서 Sox-2의 발현을 저해하면 분화가 유도된다 (Ivanova et al., Nature, 442:533-538, 2006). 또한 여러 Sox2 하위 유전자의 프로모터 영역에서 발견되는 Sox-2 결합부위는 종종Oct4와 Nanog 결합부위와 인접하게 존재한다 (Boyer et al., Cell, 122:947-956, 2005). 그러므로 Sox2 전사인자와 Oct4 전사인자 사이의 상호작용이 유도 만능 줄기세포가 미분화 상태를 유지하고 배아줄기세포의 특성을 나타나게 하는데 기본적인 틀을 제공할 것으로 예상된다 (Lewitzky and Yamanaka, Current Opinion in Biotechnology, 18:467-473, 2007).Sox family genes are known to play an important role in maintaining pluripotency, similar to Oct4. But while the Oct4 gene is only involved in pluripotent stem cells, the Sox family of genes is also associated with pluripotent stem cells or pluripotent stem cells. The SRY-type high mobility group box 2 (Sox2) transcription factor is the only Sox family protein that plays an important role in maintaining pluripotency of embryonic stem cells (Avilion et al., Genes Dev, 17: 126-140, 2003). Inhibition of Sox-2 expression in mouse embryonic stem cells, as in Oct4, induces differentiation (Ivanova et al., Nature, 442: 533-538, 2006). In addition, Sox-2 binding sites found in the promoter regions of several Sox2 subgenes often exist adjacent to Oct4 and Nanog binding sites (Boyer et al., Cell, 122: 947-956, 2005). Therefore, the interaction between Sox2 transcription factor and Oct4 transcription factor is expected to provide a basic framework for induced pluripotent stem cells to maintain their undifferentiated state and to characterize embryonic stem cells (Lewitzky and Yamanaka, Current Opinion in Biotechnology, 18). : 467-473, 2007).
c-Myc는 세포 성장, 분화, 증식, 세포 예정사 및 암세포로의 형질 전환 등의 다양한 세포 내 기능을 수행하는 발암 유전자이다. 또한 만능성을 유지하는 주요 기작인 LIF (Leukemia Inhibitory Factor)/STAT3와 Wnt 신호전달 메커니즘의 하위 유전자로 밝혀졌다 (Sears et al., Genes Dev, 14:2501-2514, 2000). c-Myc 전사인자는 유도 만능 줄기세포 내에서 세포의 증식을 저해하는 것을 막아주는 역할을 하는 것으로 예상되고 있다. 또한 c-Myc은 게놈 상에 존재하는 Myc 인식부위에 결합하는 것 뿐만 아니라 염색질 구조를 변화시켜 Oct4와 Sox2 가 표적 유전자에 잘 결합할 수 있도록 도와주는 기능을 수행한다 (Lewitzky and Yamanaka, Current Opinion in Biotechnology, 18:467-473, 2007).c-Myc is a carcinogenic gene that performs a variety of intracellular functions such as cell growth, differentiation, proliferation, cell death and transformation into cancer cells. It has also been identified as a subgene of LIF (Leukemia Inhibitory Factor) / STAT3 and Wnt signaling mechanisms, which are key mechanisms for maintaining pluripotency (Sears et al., Genes Dev, 14: 2501-2514, 2000). The c-Myc transcription factor is expected to play a role in inhibiting the proliferation of cells in induced pluripotent stem cells. In addition, c-Myc not only binds to Myc recognition sites in the genome, but also changes the chromatin structure to help Oct4 and Sox2 bind well to target genes (Lewitzky and Yamanaka, Current Opinion in Biotechnology, 18: 467-473, 2007).
Klf4는 성장 억제에 관여하여 세포주기를 조절하는 역할을 한다. 최근 연구에 따르면 c-Myc과 유사하게 배아줄기세포에서 STAT3의 하위 유전자로 작용하며, 과발현시 Oct4 발현을 유지시켜 생쥐 배아줄기세포의 분화를 억제한다고 밝혀졌다 (Li et al., Blood, 105:635-637, 2005).Klf4 is involved in growth inhibition and regulates the cell cycle. Recent studies have shown that, similar to c-Myc, it acts as a sub-gene of STAT3 in embryonic stem cells and inhibits the differentiation of mouse embryonic stem cells by maintaining Oct4 expression upon overexpression (Li et al., Blood, 105: 635-637, 2005).
Nanog는 배아 특이적인 유전인자로 Oct4나 Sox2와 마찬가지로 배아줄기세포의 만능성을 유지하는데 필요한 유전자이다. 또한 LIN28은 mRNA 결합 단백질로 배아줄기세포와 배아종양세포에서 발현되며 분화와 증식에 관여하고 있다고 알려져 있다 (Yu et al., Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Human Somatic Cell, Science New York, NY, 2007).Nanog is an embryo-specific gene that, like Oct4 and Sox2, is required for maintaining pluripotency of embryonic stem cells. LIN28 is also an mRNA binding protein expressed in embryonic stem cells and embryonic tumor cells and is known to be involved in differentiation and proliferation (Yu et al., Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Human Somatic Cell, Science New York, NY, 2007 ).
상기와 같이 Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog 및 Lin28 유전자를 "역분화 유도인자 (reprogramming-inducing gene)"라고 하며, 역분화 유도인자는 분화가 끝난 세포를 재프로그램화시킬 수 있는 유전자들을 의미한다. 특히 Oct4, Sox2, Klf4 및 c-Myc를 Yamanaka 인자라고 부른다.As described above, Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog, and Lin28 genes are referred to as "reprogramming-inducing genes," which are genes that can reprogram differentiated cells. I mean. In particular Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc are called Yamanaka factors.
본 발명에서 성체세포의 배양은 FBS (Fetal Bovine serum) 및 페니실린/스트렙토마이신을 첨가한 배지에서 성체세포를 배양할 수 있다.In the present invention, the adult cells can be cultured in FBS (Fetal Bovine serum) and penicillin / streptomycin-added medium.
상기 배지는 DMEM (Dulbecco`s Modified Eagle Medium)일 수 있으나, 이에 제한 되지 않는다. 5 내지 15% (v/v)의 FBS (Fetal Bovine serum), 바람직하게는 10 %의 FBS, 0.1 내지 5 % (v/v)의 페니실린/스트렙토마이신, 바람직하게는 1 %의 페니실린/스트렙토마이신을 첨가한 배지에서 성체세포를 배양할 수 있고, 상기 배양은 1 내지 10일, 바람직하게는 5일 동안 배양할 수 있다.The medium may be DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium), but is not limited thereto. 5-15% (v / v) Fetal Bovine serum (FBS), preferably 10% FBS, 0.1-5% (v / v) penicillin / streptomycin, preferably 1% penicillin / streptomycin Adult cells can be cultured in the medium to which the medium is added, and the culture can be cultured for 1 to 10 days, preferably 5 days.
상기 성체세포가 마우스 유래의 성체세포인 경우, FBS (Fetal Bovine serum), 비필수 아미노산, 페니실린/스트렙토마이신, 글루타민, -머캅토에탄올 및 백혈병억제인자 (LIF; Leukemia Inhibitory factor)가 포함된 배지에서 성체세포를 추가적으로 배양할 수 있다.When the adult cells are adult cells derived from a mouse, in a medium containing FBS (Fetal Bovine serum), non-essential amino acids, penicillin / streptomycin, glutamine, -mercaptoethanol and leukemia inhibitory factor (LIF) Adult cells can be further cultured.
상기 추가배양을 위한 배지로는 DMEM (Dulbecco`s Modified Eagle Medium)일 수 있고, 5 내지 20% (v/v)의 FBS (Fetal Bovine serum), 바람직하게는 15 %의 FBS, 0.1 내지 5 % (v/v)의 비필수 아미노산, 바람직하게는 1 %의 비필수 아미노산, 0.1 내지 5 % (v/v)의 페니실린/스트렙토마이신, 바람직하게는 1 %의 페니실린/스트렙토마이신, 0.1 내지 5 % (v/v), 바람직하게는 1 % (v/v)의 글루타민 (100 mM 내지 500 mM, 바람직하게는 200 mM), 0.1 내지 5 % (v/v), 바람직하게는 1 % (v/v)의 -머캅토에탄올 및 10-6 내지 10-5 % (v/v), 바람직하게는 4 10-6 % (v/v)의 백혈병억제인자 (LIF; Leukemia Inhibitory factor)가 포함된 배지에서 성체세포를 추가적으로 배양할 수 있으며, 상기 배양은 10 내지 20일, 바람직하게는 15일 동안 배양할 수 있다.The medium for further culture may be DMEM (Dulbecco`s Modified Eagle Medium), 5-20% (v / v) of FBS (Fetal Bovine serum), preferably 15% of FBS, 0.1-5% (v / v) non-essential amino acids, preferably 1% non-essential amino acids, 0.1-5% (v / v) penicillin / streptomycin, preferably 1% penicillin / streptomycin, 0.1-5% (v / v), preferably 1% (v / v) glutamine (100 mM to 500 mM, preferably 200 mM), 0.1 to 5% (v / v), preferably 1% (v / v) medium containing -mercaptoethanol of v) and Leukemia Inhibitory factor (LIF) of 10 -6 to 10 -5 % (v / v), preferably 4 10 -6 % (v / v) Adult cells can be further cultured in, and the culture can be cultured for 10 to 20 days, preferably 15 days.
상기 성체세포가 인간 유래의 성체세포인 경우, 추가배양을 위한 배지로 DF12 배양 배지를 이용할 수 있고, 10 내지 30 % (v/v), 바람직하게는 20 % (v/v)의 혈청 대체물 (serum replacer), 0.1 % 내지 5 % (v/v), 바람직하게는 1 % (v/v)의 비필수 아미노산, 0.1 % 내지 5 % (v/v), 바람직하게는 1 %의 페니실린/스트렙토마이신, 0.1 내지 5 % (v/v), 바람직하게는 1 % (v/v)의 글루타민 및 -머캅토에탄올의 혼합물 및 10-5 내지 10-4 % (v/v), 바람직하게는 1.4 10-5 (v/v) %의 bFGF (bovine fibroblast growth factor)가 포함된 배지에서 성체세포를 추가적으로 배양할 수 있으며, 상기 배양은 20 내지 40일, 바람직하게는 30일 동안 수행할 수 있다.When the adult cells are adult cells derived from humans, DF12 culture medium may be used as a medium for further culture, and 10-30% (v / v), preferably 20% (v / v) serum substitute ( serum replacer), 0.1% to 5% (v / v), preferably 1% (v / v) non-essential amino acids, 0.1% to 5% (v / v), preferably 1% penicillin / strepto Mycin, a mixture of 0.1 to 5% (v / v), preferably 1% (v / v) of glutamine and -mercaptoethanol and 10 -5 to 10 -4 % (v / v), preferably 1.4 Adult cells may be additionally cultured in a medium containing 10 −5 (v / v)% bFGF (bovine fibroblast growth factor), and the culturing may be performed for 20 to 40 days, preferably 30 days.
본 발명의 방법에 따라 역분화된 유도만능 줄기세포는 역분화 인자의 발현양이 높고, 역분화 인자의 프로모터 부위가 탈 메틸화가 된다. 또한, 상기 역분화된 유도만능 줄기세포를 마우스에 이식하는 경우, 전분화능이 나타난다. 따라서, 상기 역분화된 유도만능 줄기세포를 세포치료제 개발 및 재생의학 분야의 연구 등에 유용하게 사용할 수 있다.Induced pluripotent stem cells differentiated according to the method of the present invention have a high expression level of dedifferentiation factor, and the promoter region of dedifferentiation factor is demethylated. In addition, when the dedifferentiated induced pluripotent stem cells are transplanted into mice, pluripotency is shown. Therefore, the dedifferentiated induced pluripotent stem cells can be usefully used for cell therapy and research in regenerative medicine.
본 발명에 있어서, 세포 치료제란 (Cell Therapy Product)라 함은 세포의 조직과 기능을 복원시키기 위하여 살아있는 자가(autologus), 동종(allogenic), 또는 이종(xenogenic) 세포를 체외에서 증식선별하거나 여타한 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등의 일련의 행위를 통하여 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품이다. 본 발명의 방법에 의하여 유도된 유도만능 줄기세포가 이용될 수 있는 세포 치료제의 분야는 제한이 없으며, 예를 들어, 종양, 퇴행성신경질환, 면역질환, 신경계질환, 물리적 장기손상, 신경손상, 당뇨, 뇌혈관질환, 척추손상, 골구시능 주전, 조혈기능 부전, 골관절염, 백혈구 삼수증 등을 포함할 수 있다. In the present invention, a cell therapy product refers to a cell autologous, allogenic, or xenogenic cell in vitro to proliferate or otherwise restore the tissue and function of the cell. It is a medicine used for the purpose of treatment, diagnosis and prevention through a series of actions such as changing the biological characteristics of the cell by the method. The field of cellular therapeutics in which the induced pluripotent stem cells induced by the method of the present invention can be used is not limited. For example, tumors, neurodegenerative diseases, immune diseases, nervous system diseases, physical organ damage, nerve damage, diabetes , Cerebrovascular disease, spinal cord injury, osteoblastic metastasis, hematopoietic dysfunction, osteoarthritis, leukocytosis, and the like.
본 발명에 따른 전자기장을 이용한 유도만능 줄기세포로 역분화시키는 방법은 성체세포를 유도만능 줄기세포로 역분화시키는 효율이 우수하고, 유도만능 줄기세포를 용이하게 수득할 수 있다. 또한, 상기 방법으로 제조된 유도만능 줄기세포는 역분화 인자의 발현양이 높고, 마우스에 이식하는 경우, 전분화능이 나타난다. 따라서, 상기 역분화된 유도만능 줄기세포를 세포치료제 개발 및 재생의학 분야의 연구 등에 유용하게 사용할 수 있다.The method for reverse differentiation into induced pluripotent stem cells using the electromagnetic field according to the present invention has an excellent efficiency of dedifferentiating adult cells into induced pluripotent stem cells, and can easily obtain induced pluripotent stem cells. In addition, the induced pluripotent stem cells prepared by the above method have a high expression level of dedifferentiation factor, and when transplanted into mice, pluripotency is shown. Therefore, the dedifferentiated induced pluripotent stem cells can be usefully used for cell therapy and research in regenerative medicine.
도 1은 Oct4-GFP Knock-in 마우스의 섬유아세포에 역분화인자 (Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4)를 도입한 후, 50Hz 전자기파를 처리하는 경우, GFP-양성 유도만능 줄기세포 콜로니를 확인한 도이다.Figure 1 shows the GFP-positive induced pluripotent stem cell colonies when 50 Hz electromagnetic wave treatment after introducing the differentiation factors (Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4) into the fibroblasts of Oct4-GFP Knock-in mouse It is also.
도 2는 Oct4-GFP Knock-in 마우스의 섬유아세포에 역분화인자 (Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4)를 도입한 후, 50Hz 전자기파를 처리하는 경우, FACS를 이용하여 GFP-양성 세포 집단을 분석한 도이다. Figure 2 shows the GFP-positive cell population using FACS, when 50 Hz electromagnetic wave is treated after introducing the differentiation factors (Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4) into fibroblasts of Oct4-GFP Knock-in mice This is the figure analyzed.
도 3은 Oct4-GFP Knock-in 마우스의 섬유아세포에 역분화인자 (Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4)를 도입한 후, 50Hz 전자기파를 처리하는 경우, 시간에 따른 전분화능 마커 유전자 (Oct4, Sox2 및 Nanog)의 mRNA 발현변화를 시간에 따라 나타낸 도이다.Figure 3 shows the introduction of dedifferentiation factors (Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4) into fibroblasts of Oct4-GFP Knock-in mice, followed by time-dependent pluripotency marker gene (Oct4, Sox2 and Nanog) is a diagram showing the change in mRNA expression over time.
도 4는 Oct4-GFP Knock-in 마우스의 섬유아세포에 역분화인자 (Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4)를 도입한 후, 50 Hz 전자기파를 처리하는 경우, 면역염색법을 통하여 전분화능 마커 유전자 (Oct4, Sox2, Nanog)의 단백질 수준에서 발현을 확인한 도이다.Figure 4 shows the differentiation factor (Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4) introduced into fibroblasts of Oct4-GFP Knock-in mouse, and then treated with 50 Hz electromagnetic wave, the pluripotency marker gene (by immunostaining method) Oct4, Sox2, Nanog) is a diagram confirming the expression at the protein level.
도 5는 Oct4-GFP Knock-in 마우스의 섬유아세포에 역분화인자 (Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4)를 도입한 후, 50Hz 전자기파를 처리하는 경우, Oct4와 Nanog의 프로모터의 메틸화 경향을 확인한 도이다.FIG. 5 shows the propensity for methylation of Oct4 and Nanog promoters when 50 Hz electromagnetic wave was introduced after the introduction of reverse differentiation factors (Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4) into fibroblasts of Oct4-GFP Knock-in mice. It is also.
도 6은 본 발명의 전자기장을 통해 제조된 마우스 유도만능 줄기세포를 면역결핍마우스에 주사한 경우, 키메라 마우스의 생성여부를 통해 유도만능 줄기세포의 전분화능을 확인한 도이다.6 is a diagram confirming the pluripotency of induced pluripotent stem cells through the generation of chimeric mice when injected mouse-induced pluripotent stem cells prepared through the electromagnetic field of the present invention in immunodeficient mice.
도 7은 전자기장을 인간 섬유아세포에 처리한 경우, 인간 유도만능 줄기세포의 생성을 확인한 도이다.7 is a diagram confirming the generation of human induced pluripotent stem cells when the electromagnetic field is treated to human fibroblasts.
도 8은 전자기장을 인간 섬유아세포에 처리한 경우, 시간에 따른 전분화능 마커 유전자의 mRNA 발현변화를 나타낸 도이다.8 is a diagram showing mRNA expression changes of pluripotency marker genes with time when electromagnetic fields were treated to human fibroblasts.
도 9는 전자기장을 인간 섬유아세포에 처리한 경우, 면역염색법을 통하여 전분화능 마커 유전자의 단백질 수준에서 발현을 확인한 도이다.9 is a diagram confirming the expression of the pluripotency marker gene protein level through immunostaining, when the electromagnetic field is treated to human fibroblasts.
도 10은 본 발명의 전자기장을 통해 제조된 인간 유도만능 줄기세포를 면역결핍마우스에 주사한 경우, 테라토마 (Teratoma) 능을 분석함으로써 전분화능을 확인한 도이다..10 is a diagram confirming the pluripotency by analyzing the teratoma ability when the human induced pluripotent stem cells prepared through the electromagnetic field of the present invention injected into the immunodeficiency mouse.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. Since these examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention should not be construed as being limited by these examples.
[실시예 1] 전자기장을 이용한 마우스 성체세포 리프로그래밍.Example 1 Mouse Adult Cell Reprogramming Using Electromagnetic Field.
1. 전자기장을 조사한 경우, 역분화 효율 확인1. Check the retrodifferentiation efficiency if the electromagnetic field is investigated
OCT4-GFP Knock-in 성체마우스의 꼬리를 잘라 일차 (primary) 세포배양을 한 후, 상기 세포에 4가지 역분화 인자 (Oct4/Sox2/c-Myc/Klf4)가 도입된 렌티바이러스(lentivirus)를 처리하였다. 이 후, 전자기장 (50 Hz, 0.5 내지 2 mT)을 발생시키는 전자기파 장치를 배양기 내에 장착하고 전자기장 안에 배양 접시를 놓고 DMEM에 10 %(v/v)의 FBS, 1 % (v/v)의 비-필수아미노산, 1 % (v/v)의 페니실린/스트렙토마이신, 1 % (v/v) 200 mM의 글루타민, After cutting the tail of OCT4-GFP Knock-in adult mice and performing primary cell culture, a lentivirus into which four reverse differentiation factors (Oct4 / Sox2 / c-Myc / Klf4) were introduced was introduced. Treated. Thereafter, an electromagnetic wave device generating an electromagnetic field (50 Hz, 0.5 to 2 mT) is mounted in the incubator, and the culture dish is placed in the electromagnetic field, and the ratio of 10% (v / v) of FBS, 1% (v / v) to DMEM is placed. Essential amino acids, 1% (v / v) penicillin / streptomycin, 1% (v / v) 200 mM glutamine,
DMEM, 1 % (v/v)의 FBS, 페니실린/스트렙토마이신을 포함하는 배양 배지에서 5일간 배양한 후(2일에 한번 배양 배지 교환), 15 % (v/v)의 DMEM에 1 % (v/v)의 FBS, 1 % (v/v)의 비-필수아미노산, 1 % (v/v)의 페니실린/스트렙토마이신, 200 mM의 글루타민, 0.7 l의 -머캅토에탄올, 5 l의 백혈병억제인자 (LIF; Leukemia Inhibitory factor)가 함유된 배양 배지에서 15일 동안 배양하였다 (2일에 한번 배양 배지 교환). 이 후, 형광 현미경을 통하여 GFP 양성 유도 만능 줄기세포 콜로니를 관찰하였고, FACS를 이용하여 콜로니를 정량적으로 분석하였다. 이의 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.After 5 days incubation in a culture medium containing DMEM, 1% (v / v) FBS, penicillin / streptomycin (exchange culture medium once every 2 days), 1% (15% (v / v) in DMEM v / v) FBS, 1% (v / v) non-essential amino acid, 1% (v / v) penicillin / streptomycin, 200 mM glutamine, 0.7 l -mercaptoethanol, 5 l leukemia The culture medium containing the inhibitor (LIF; Leukemia Inhibitory factor) was incubated for 15 days (culture medium exchange once every two days). Thereafter, GFP positive induced pluripotent stem cell colonies were observed through fluorescence microscopy, and colonies were quantitatively analyzed using FACS. The results are shown in FIGS. 1 and 2.
도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 50Hz의 전자기장을 처리한 군에서, 전기장을 처리하지 않은 군과 비교하여, GFP 양성 유도만능 줄기세포 콜로니들이 약 30배 이상 증가함을 확인하였다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, it was confirmed that in the group treated with the electromagnetic field of 50 Hz, GFP positive induced pluripotent stem cell colonies increased about 30 times or more compared with the group not treated with the electric field.
2. 전자기장을 조사한 경우, 분자 수준에서 역분화 인자 발현 확인 2. Determining dedifferentiation factor expression at the molecular level if the electromagnetic field is investigated
상기 실시예 1-1에서 제조된 유도만능 줄기세포를 계대 배양하였다. The induced pluripotent stem cells prepared in Example 1-1 were passaged.
구체적으로 계대 하루 전, 0.2 %의 젤라틴을 코팅한 6-웰 디쉬에 미토마이신 C (Mitomycin C; 10 g/ml)를 37 로 유지되는 CO2 배양기에서 2시간 처리한 마우스 배아 섬유아세포 (배아 단계 13일 후의 mouse embryonic fibroblast(feeder))를 배양한 후, 다음날 5000~1000개의 유도만능줄기세포를 트립신아제를 처리한 다음, 상기 섬유아세포 상에서 배양하였다.Specifically, mouse embryonic fibroblasts (embryonic stage) treated with 0.2% gelatin-coated 6-well dish, mitomycin C (10 g / ml) in a CO 2 incubator maintained at 37 days prior to passage one day. After culturing 13 days after mouse embryonic fibroblast (feeder)), the next day 5000-1000 induced pluripotent stem cells were treated with trypsinase, and then cultured on the fibroblasts.
이 후, 통상적인 방법으로 mRNA를 수득하고, cDNA를 합성 후, 전분화능 마커 유전자 (Oct4, Sox2, Nanog)들을 정량적 PCR (quantitative PCR)로 분석하였고, 이의 결과를 도 3에 나타내었다. 또한, 면역염색법을 통하여 전분화능 마커 유전자들 (Oct4, Sox2, Nanog)의 단백질 수준에서의 발현을 확인한 결과를 도 4에 나타내었다. 또한, 본 발명의 유도만능 줄기세포의 Oct4, Nanog의 프로모터 부위의 탈메틸화 경향을 도 5에 나타내었다. 또한, 본 발명의 유도만능 줄기세포의 전분화능을 확인한 결과를 도 6에 나타내었다. Thereafter, mRNA was obtained by a conventional method, and after synthesis of cDNA, pluripotency marker genes (Oct4, Sox2, Nanog) were analyzed by quantitative PCR, and the results are shown in FIG. 3. In addition, the results of confirming the expression at the protein level of pluripotency marker genes (Oct4, Sox2, Nanog) through the immunostaining method is shown in FIG. In addition, the trend of demethylation of the promoter region of Oct4, Nanog of the induced pluripotent stem cells of the present invention is shown in FIG. In addition, the results of confirming the pluripotency of the induced pluripotent stem cells of the present invention is shown in FIG.
도 3에 나타난 바와 같이, 전자기장을 통해 역분화한 세포들에서 전분화능 마커 유전자 (Oct4, Sox2, Nanog)들의 발현이 현저히 증가하는 것을 확인하였다. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the expression of pluripotency marker genes (Oct4, Sox2, Nanog) was significantly increased in the cells differentiated through the electromagnetic field.
또한, 도 4에 나타난 바와 같이, 전자기장을 조사한 경우, 본 발명의 유도만능 줄기세포에서 전분화능 마커 (Oct4, Sox2, Nanog)가 단백질 수준에서 발현함을 확인하였다.In addition, as shown in Figure 4, when the electromagnetic field was investigated, it was confirmed that the pluripotency markers (Oct4, Sox2, Nanog) in the induced pluripotent stem cells of the present invention at the protein level.
또한, 도 5에 나타난 바와 같이, 전자기장을 조사한 경우, 본 발명의 역분화로 유도된 유도만능 줄기세포의 OCt4, Nanog의 프로모터 지역이 탈메틸화가 되었음을 확인하였다.In addition, as shown in Figure 5, when the electromagnetic field was investigated, it was confirmed that the promoter region of OCt4, Nanog of induced pluripotent stem cells induced by the differentiation of the present invention was demethylated.
또한, 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 유도 만능 줄기세포가 키메릭 마우스를 생성함을 확인함으로써, 본 발명의 유도만능 줄기세포가 전분화능이 있음을 확인하였다.In addition, as shown in Figure 6, by confirming that the induced pluripotent stem cells of the present invention to generate a chimeric mouse, it was confirmed that the induced pluripotent stem cells of the present invention has a pluripotent ability.
[실시예 2] 전자기장을 이용한 인간 성체세포 리프로그래밍Example 2 Human Adult Cell Reprogramming Using Electromagnetic Field
1. 전자기장을 조사한 경우, 역분화 효율 확인1. Check the retrodifferentiation efficiency if the electromagnetic field is investigated
인간 섬유아세포를 배양하여 역분화 인자 (Oct4/Sox2/c-Myc/Klf4)가 도입된 렌티바이러스를 처리하고, 전자기파 장치를 배양기 내에 장착하고 전자기장 안에 배양접시를 넣고, DMEM 중 10 %(v/v)의 FBS 및, 1 % (v/v)의 페니실린/스트렙토마이신을 포함하는 배양배지에서 5일간 배양한 후(2일에 한번 배양배지 교환), 200 ml의 DF12 배지에 50 ml(v/v) 혈청 대체물 (serum replacer), 2.5 ml의 1% 비-필수 아미노산, 1 % (v/v)의 페니실린/스트렙토마이신, 1.25 ml의 [200 mM 글루타민 및 -머캅토에탄올] 및 10 l의 bFGF가 함유된 배양배지에서 30일 동안 배양(매일 한번 배양배지 교환)하였다. 전자기장을 처리한 경우와 비 처리한 경우의 세포 생성 속도를 도 7에 나타내었다.Human fibroblasts were cultivated to treat lentiviral in which the differentiation factor (Oct4 / Sox2 / c-Myc / Klf4) was introduced, an electromagnetic wave device was placed in the incubator, a culture plate was placed in the electromagnetic field, and 10% of DMEM (v / v) incubated for 5 days in a culture medium containing FBS and 1% (v / v) penicillin / streptomycin (incubation medium every 2 days), then 50 ml (v / v) in 200 ml of DF12 medium. v) serum replacer, 2.5 ml of 1% non-essential amino acids, 1% (v / v) penicillin / streptomycin, 1.25 ml [200 mM glutamine and -mercaptoethanol] and 10 l of bFGF Incubated for 30 days in a culture medium containing (exchanging culture medium once daily). The cell generation rates of the treated and untreated electromagnetic fields are shown in FIG. 7.
도 7에 나타난 바와 같이, 전자기장을 처리한 경우, 전자기장을 처리하지 않은 세포와 비교하여 유도 만능줄기세포 콜로니들이 빠르게 생성되는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 7, when the electromagnetic field was treated, it was confirmed that induced pluripotent stem cell colonies were rapidly generated as compared with the cells not treated with the electromagnetic field.
2. 전자기장을 조사한 경우, 분자 수준에서 역분화 인자 발현 확인 2. Determining dedifferentiation factor expression at the molecular level if the electromagnetic field is investigated
실시예 2-1에서 제조된 유도만능줄기세포의 계대 배양을 위하여, 계대 하루 전 0.2% 젤라틴을 코팅한 6-웰 접시에 영양세포 (Feeder cell)를 배양 후, 다음날 유도만능줄기세포를 영양세포 상에 배양하였다.For passage culture of the induced pluripotent stem cells prepared in Example 2-1, after culturing feeder cells in a 6-well plate coated with 0.2% gelatin one day before passage, the induced pluripotent stem cells were fed the next day. Cultured on phase.
이 후, 통상적인 방법으로 mRNA를 얻은 다음 cDNA 합성후 전분화능 마커 유전자들을 정량적 PCR을 수행하였으며, 이의 결과를 도 8에 나타내었다. 또한, 면역염색법을 통하여, 단백질 수준에서 전분화능 마커의 발현을 확인한 결과를 도 9에 나타내었다. 또한, 본 발명의 인간 유도만능 줄기세포를 면역결핍마우스에 주사한 경우의 테라토마능의 분석을 통해 전분화능의 확인한 결과를 도 10에 나타내었다.Thereafter, mRNA was obtained by a conventional method, followed by quantitative PCR of pluripotency marker genes after cDNA synthesis, and the results thereof are shown in FIG. 8. In addition, the results of confirming the expression of the pluripotency marker at the protein level through the immunostaining method is shown in FIG. In addition, the results of confirming the pluripotency through the analysis of the teratoma ability when the human induced pluripotent stem cells of the present invention injected into the immunodeficiency mouse is shown in FIG.
도 8 내지 도 10에 나타난 바와 같이, 전자기장을 세포에 조사한 경우, 전분화능 마커의 발현이 증가함을 확인하였고, 또한, 제조된 유도만능 줄기세포를 면역결핍 마우스에 조사한 경우, 테라토마 (Teratoma)가 생성되고, 삼배엽 (three-germ layer)이 생성됨을 확인함으로써, 본 발명의 유도만능 줄기세포가 전분화능을 가지고 있음을 확인하였다.As shown in Fig. 8 to 10, when the electromagnetic field is irradiated to the cells, it was confirmed that the expression of pluripotency markers increased, and also, when the induced induced pluripotent stem cells were irradiated to the immunodeficient mice, teratoma (Teratoma) is By confirming that the three-germ layer is generated, it was confirmed that the induced pluripotent stem cells of the present invention have pluripotency.

Claims (13)

  1. 전자기장 하에서 성체세포를 배양하는 단계;를 포함하는 성체세포를 유도만능 줄기세포로 역분화시키는 방법.Culturing the adult cells under an electromagnetic field; a method for dedifferentiating adult cells into induced pluripotent stem cells.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자기장의 주파수는 1 내지 200 Hz인 것을 특징으로 하는, 방법.The method of claim 1, wherein the frequency of the electromagnetic field is 1 to 200 Hz.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자기장의 강도는 0.1 내지 15 mT인 것을 특징으로 하는, 방법.The method of claim 1, wherein the strength of the electromagnetic field is between 0.1 and 15 mT.
  4. 제1항에 있어서, 상기 성체세포는 역분화 인자가 형질도입된 것을 특징으로 하는, 방법.The method of claim 1, wherein the adult cells are transduced with a differentiation factor.
  5. 제4항에 있어서, 상기 역분화 인자는 Oct4, Sox2, KLF4, C-Myc, Nanog 및 Lin28로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 4, wherein the dedifferentiation factor is at least one selected from the group consisting of Oct4, Sox2, KLF4, C-Myc, Nanog, and Lin28.
  6. 제1항에 있어서, 상기 배양은 FBS (Fetal Bovine serum) 및 페니실린/스트렙토마이신을 첨가한 배지에서 성체세포를 배양하는 것을 특징으로 하는, 방법. The method of claim 1, wherein the culturing is characterized in that adult cells are cultured in a medium to which Fetal Bovine serum (FBS) and penicillin / streptomycin are added.
  7. 제6항에 있어서, 상기 배양은 1 내지 10일 동안 배양하는 것을 특징으로 하는, 방법.The method of claim 6, wherein the culturing is incubated for 1 to 10 days.
  8. 제6항에 있어서, 상기 성체세포가 마우스 유래의 성체세포인 경우,The method according to claim 6, wherein when the adult cells are adult cells derived from a mouse,
    FBS (Fetal Bovine serum), 비필수 아미노산, 페니실린/스트렙토마이신, 글루타민, -머캅토에탄올 및 백혈병억제인자 (LIF; Leukemia Inhibitory factor)가 포함된 배지에서 성체세포를 추가적으로 배양하는 것을 특징으로 하는, 방법. Method for further culturing adult cells in a medium containing FBS (Fetal Bovine serum), non-essential amino acids, penicillin / streptomycin, glutamine, -mercaptoethanol and Leukemia Inhibitory factor (LIF) .
  9. 제8항에 있어서, 상기 배양은 10 내지 20일 동안 배양하는 것을 특징으로 하는, 방법.The method of claim 8, wherein the culture is incubated for 10 to 20 days.
  10. 제6항에 있어서, 상기 성체세포가 인간 유래의 성체세포인 경우, The method according to claim 6, wherein the adult cells are adult human cells,
    혈청 대체물 (serum replacer), 비필수 아미노산, 페니실린/스트렙토마이신, 글루타민 및 -머캅토에탄올의 혼합물 및 bFGF (bovine fibroblast growth factor)가 포함된 배지에서 성체세포를 추가적으로 배양하는 단계를 포함하는, 방법.Further culturing the adult cells in a medium comprising a serum replacer, a non-essential amino acid, a mixture of penicillin / streptomycin, glutamine and -mercaptoethanol and a bovine fibroblast growth factor (bFGF).
  11. 제10항에 있어서, 상기 배양은 20 내지 40일 동안 수행하는 것을 특징으로 하는, 방법.The method of claim 10, wherein the culturing is performed for 20 to 40 days.
  12. 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 역분화된 유도만능 줄기세포.Induced pluripotent stem cells differentiated by the method of any one of claims 1 to 11.
  13. 제12항의 유도만능 줄기세포를 포함하는 세포 치료제.A cell therapeutic agent comprising the induced pluripotent stem cell of claim 12.
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