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KR20130022691A - A method for inducing vascular-lineage or myogenic-lineage differentiation of stem cells - Google Patents

A method for inducing vascular-lineage or myogenic-lineage differentiation of stem cells Download PDF

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KR20130022691A
KR20130022691A KR1020110085477A KR20110085477A KR20130022691A KR 20130022691 A KR20130022691 A KR 20130022691A KR 1020110085477 A KR1020110085477 A KR 1020110085477A KR 20110085477 A KR20110085477 A KR 20110085477A KR 20130022691 A KR20130022691 A KR 20130022691A
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cells
differentiation
hypoxic
stem cells
hypoxia
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김효수
이세원
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서울대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A method for inducing differentiation of stem cells into a vascular system or a muscular system is provided to easily control a differentiation speed and a direction and to be used in a cell therapeutic adjuvant. CONSTITUTION: A composition for suppressing stem cell differentiation contains a blocker of a protein with an amino acid of sequence number 1 or an antibody or an aptamer which specifically binds to the protein. The stem cells are embryonic stem cells(ESCs) or induced pluripotent stem cells(iPSCs). A method for producing mesenchymal stem cells comprises: a step of forming an embryoid body; a step of culturing the embryoid body under a hypoxia condition; and a step of culturing the culture under a normoxia condition.

Description

줄기세포의 혈관계 또는 근육계 세포로의 분화유도 방법{A Method for Inducing Vascular-lineage or Myogenic-lineage Differentiation of Stem Cells} A method for inducing vascular-lineage or myogenic-lineage differentiation of stem cells

본 발명은 줄기세포의 분화기작을 조절하는 신규한 타겟을 이용하여 줄기세포의 미분화상태를 유지하거나, 이의 혈관계 세포 또는 근육계 세포로의 특이적인 분화를 유도하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of maintaining the undifferentiated state of stem cells or inducing specific differentiation into vascular or muscular cells by using a novel target that controls the differentiation mechanism of stem cells.

배아줄기세포(Embryonic stem cells, ESCs)는 자가재생(self-renewal)능력 및 전분화능(pluripotency)을 가지며, 다양한 종류의 세포로 분화할 수 있다(1). ESC가 특정한 형태의 세포로 분화되도록 조절하기 위하여 다양한 연구들이 진행되어 왔으나, 이에 대한 뚜렷한 조절 기작은 알려진 바가 거의 없다. 산소의 농도, 특히 저산소(hypoxia) 상태는 배아 및 줄기세포의 발달에 중요한 변수이다. Embryonic stem cells (ESCs) have self-renewal and pluripotency and can differentiate into various cell types (1). Various studies have been conducted to control ESCs to differentiate into specific types of cells, but there is little known mechanism for this. The concentration of oxygen, in particular hypoxia, is an important variable for the development of embryonic and stem cells.

배아의 크기 증가 및 조밀한 기관의 형성으로 인하여 산소의 확산이 제한되기 때문에, 산소의 농도변화 및 저산소상태는 배아조직이 발달하는 동안 광범위하게 일어난다(2). 배아 성장동안 일어나는 산소의 농도변화는 몇몇 조직 및 기관의 혈관 발달에 중요한 역할을 한다(3-5). 따라서, 산소압(oxygen tension)의 변동이 배아발달 및 맥관구조(vasculature) 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다.Because of the limited diffusion of oxygen due to the increased size of the embryo and the formation of dense organs, oxygen concentration changes and hypoxia occur extensively during embryonic tissue development (2). Oxygen concentration changes during embryonic growth play an important role in the development of blood vessels in some tissues and organs (3-5). Thus, variations in oxygen tension appear to play an important role in embryonic development and vasculature formation.

대부분의 줄기세포는 니쉬(niche)라고 불리우는 복잡한 미세환경에 속해있다(6). 간엽세포의 접촉, 세포외 매트릭스 단백질, 온도 및 낮은 산소 농도 등이 줄기세포의 기능 및 분화에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 저산소 미세환경은 자가재생 능력과 분화 운명 결정이라는 줄기세포의 표현형 사이에서 핵심적 전도요인이 될 수 있다. 포유류에서 저산소 적응을 위한 1차적인 전사 조절자는 HIF(hypoxia inducible factors)이다(2, 7). HIF1을 구성하는 서브유닛인 HIF-1α 단백질은 정상산소농도 (21% oxygen)에서는 만들어지는 즉시 분해된다. 이에 반해 HIF-1b (ARNT) 단백질은 산소농도에 관계없이 상시 안정적으로 발현이 된다. 저산소 조건에서는 HIF-1a 단백질이 분해되지 않게 되며, ARNT(HIF-1b)와 이형접합체를 형성하여 핵안으로 이동하고, HIF1이 결합할 수 있는 서열인 HRE(hypoxia-responsive element)를 가진 프로모터 부위에 결합하여 혈관신생, 혈관내피세포 발생 및 해당과정(glycolysis)등에 관여하는 여러 유전자들을 전이 활성화(transactivation)시킨다(2, 7). HIF1 시스템은 혈관구조 발달에 중요하며, 따라서 HIF-1α가 제거된 마우스는 배아 발생기에 혈관의 이상형성 및 발달 정지로 인해 정상적으로 발생하지 못하고 사망하게 된다(8, 9).Most stem cells belong to a complex microenvironment called niche (6). Contact of mesenchymal cells, extracellular matrix proteins, temperature and low oxygen concentrations can affect stem cell function and differentiation. In particular, the hypoxic microenvironment can be a key conducive factor between the stem cell phenotype of self-renewal ability and differentiation fate determination. The primary transcriptional regulator for hypoxic adaptation in mammals is HIF (hypoxia inducible factors) (2, 7). HIF-1α protein, a subunit of HIF1, is degraded as soon as it is produced at normal oxygen concentration (21% oxygen). In contrast, HIF-1b (ARNT) protein is stably expressed regardless of oxygen concentration. Under hypoxic conditions, HIF-1a protein is not degraded and forms a heterozygote with ARNT (HIF-1b), moves into the nucleus, and is located at a promoter site having a HRE (hypoxia-responsive element) sequence to which HIF1 can bind. In combination, transactivation of various genes involved in angiogenesis, vascular endothelial cell development and glycolysis (2, 7). The HIF1 system is important for the development of vascular structures, and therefore, mice without HIF-1α die and die normally due to vascular dysplasia and developmental arrest during embryonic development (8, 9).

저산소 미세환경은 정상적인 개체 발생, 특히 혈관 형성에 중요한 역할을 하지만, 낮은 산소농도가 ESC의 운명에 어떠한 영향을 미치는지는 여전히 불명확하고 논쟁이 되고 있다. 저산소 상태가 분화를 억제하고 인간 배아줄기세포(hESC)의 전분화능을 유지시켜주며(10), 마우스 배아줄기세포(mESC)의 생존율을 개선시킨다(11)는 몇몇 보고가 있다. 저산소 조건은 골분화(osteogenic differentiation)를 억제하고(12), 나아가, 종양의 저산소 부위에 있어서 낮은 산소압은 역분화를 촉발하며 암 줄기세포의 표현형을 결정짓는 요인이 될 수 있다(13). 저산소 상태에서의 세포배양은 마우스와 인간 모두에게서 유도만능 줄기세포(pluripotent stem cells, iPSC)의 생성을 촉진시킨다(14). 반면, 낮은 산소압이 분화를 용이하게 한다는 보고도 있다. 저산소 상태는 배양된 hESC가 심장근세포(cardiomyocyte)로 분화하도록 하는 것으로 보이며(15), hESC의 연골생성을 촉진한다(16). 저산소 상태는 중배엽 조직으로의 발달과 혈액-내피(hemato-endothelial) 전구세포의 생성을 촉진하고(17), mESC의 3개의 배엽에 대한 분화 표현형에 영향을 미친다(18). The hypoxic microenvironment plays an important role in normal development, particularly in blood vessel formation, but it is still unclear and controversial how low oxygen concentrations affect the fate of ESCs. There are several reports that hypoxia inhibits differentiation, maintains the pluripotency of human embryonic stem cells (hESCs), and improves the survival rate of mouse embryonic stem cells (mESCs) (11). Hypoxic conditions inhibit osteogenic differentiation (12), and further, low oxygen pressure in the hypoxic region of the tumor triggers reverse differentiation and can be a factor in determining the phenotype of cancer stem cells (13). Cell culture in hypoxia promotes the production of pluripotent stem cells (iPSCs) in both mice and humans (14). On the other hand, it has been reported that low oxygen pressure facilitates differentiation. The hypoxic state appears to allow the cultured hESCs to differentiate into cardiomyocytes (15) and promote cartilage production of hESCs (16). Hypoxia promotes development into mesodermal tissue and production of hemato-endothelial progenitor cells (17) and affects the differentiation phenotype of the three germ layers of mESC (18).

신경 줄기세포가 저산소 상태에서 배양되면, 도파민성 뉴런의 생성이 증가한다(19). 혈관생성의 경우에, 낮은 산소농도가 인간의 말초 단핵세포, 골수 CD133+ 세포 및 mESC의 분화능을 조절하지만(20-22), 이들의 분자적 기작은 아직 밝혀지지 않았다.When neural stem cells are cultured in a hypoxic state, production of dopaminergic neurons is increased (19). In the case of angiogenesis, low oxygen levels regulate the differentiation of human peripheral mononuclear cells, bone marrow CD133 + cells and mESCs (20-22), but their molecular mechanisms are not yet known.

본 발명자들은 낮은 산소농도(1% O2)가 mESC가 혈관계로 분화하도록 선택적으로 유도하는지 여부를 조사하고 이의 분자적 기작을 밝히고자 하였다. 저산소 상태가 초기 배아발달에 있어서 증식, 분화 및 혈관계의 유지에 중요한 역할을 한다는 사실에 기하여, 본 발명자들은 줄기세포가 저산소에 노출될 경우 혈관생성 분화가 촉진된다는 가설을 세웠다.The inventors investigated whether low oxygen concentration (1% O 2 ) selectively induces mESCs to differentiate into the vascular system and attempted to elucidate their molecular mechanisms. Based on the fact that hypoxia plays an important role in proliferation, differentiation and maintenance of the vascular system in early embryonic development, we hypothesized that angiogenic differentiation is promoted when stem cells are exposed to hypoxia.

본 발명자들은 배상체(embryoid body, EB)를 형성시킴으로써 ESC를 자발적으로 분화시켰으며, 이는 배아의 장배형성(gastrulation) 과정과 유사하다(1). 단기배양을 위하여 EB를 저산소(1% O2)에 노출시킨 후(“저산소 프라이밍(hypoxic priming)”으로 칭함) 줄기세포의 운명을 조사하였다. We spontaneously differentiated ESCs by forming an embryoid body (EB), which is similar to the process of embryonic gustrogenesis (1). For short-term cultures, the fate of stem cells was examined after exposure of EB to hypoxic (1% O 2 ) (called “hypoxic priming”).

본 발명자들은 저산소 EB의 프라이밍이 중배엽-내배엽 세포로의 분화를 증가시키며, 이들 세포가 정상산소-EB에 비하여 보다 효과적으로 혈관계 세포로 분화할 수 있음을 보였다. 특히 분화 메카니즘에 있어서, 본 발명자들은 처음으로 HIF-1가 Oct-4 프로모터에 위치하는 reverse HRE에 결합함으로써 Oct-4 발현의 억제자로 작용할 수 있다는 사실을 발견하였다. 또한, 저산소 프라이밍된 EB는 VEGF의 발현을 증가시킴으로써 혈관계의 발달을 강화하였다. 따라서, 본 발명자들은 저산소 상태가 HIF-1을 매개하여 Oct4 및 VEGF에 대한 역조절을 통하여 ESC가 혈관계로 분화하는 것을 촉진한다고 결론내렸으며, EB의 저산소 프라이밍이 특정 조직으로 발달하는 것을 유도하기 위한 효율적인 수단이 될 수 있음을 제안하고 있다.
We have shown that priming of hypoxic EB increases differentiation into mesoderm-endodermal cells, and that these cells can differentiate into vascular cells more effectively than normal oxygen-EB. Particularly in the differentiation mechanism, the inventors have found for the first time that HIF-1 can act as an inhibitor of Oct-4 expression by binding to reverse HRE located in the Oct-4 promoter. In addition, hypoxic primed EB enhanced the development of the vascular system by increasing the expression of VEGF. Thus, the present inventors concluded that hypoxia promotes the differentiation of ESCs into the vascular system through reverse regulation of Oct4 and VEGF via HIF-1 and to induce the development of hypoxic priming of EB into specific tissues. It is suggested that it can be an effective means.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

본 발명자들은 전분화능 줄기세포의 분화조절 기작을 밝힘으로써, 특정세포로의 효과적인 분화를 유도하는 방법 또는 미분화 상태를 유지함으로써 전분화능을 지속적으로 유지하는 방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, HIF-1α의 활성 또는 발현량을 감소시킬 경우 줄기세포의 분화가 억제되며, 반대로 이의 활성 또는 발현을 증가시킬 경우 중배엽 세포, 특히 혈관계 세포 또는 근육계 세포로의 분화가 촉진된다는 사실을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors made diligent research efforts to develop a method of inducing effective differentiation into specific cells or a method of continuously maintaining pluripotency by maintaining an undifferentiated state by revealing a differentiation regulating mechanism of pluripotent stem cells. As a result, it was found that reducing the activity or expression of HIF-1α inhibits the differentiation of stem cells, whereas increasing the activity or expression promotes differentiation into mesodermal cells, particularly vascular cells or muscle cells. Thus, the present invention has been completed.

따라서 본 발명의 목적은 줄기세포의 전분화능 유지용 조성물을 제공하는 데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a composition for maintaining pluripotency of stem cells.

본 발명의 다른 목적은 배아줄기세포의 중배엽 세포로의 분화 유도용 조성물을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a composition for inducing differentiation of embryonic stem cells into mesodermal cells.

본 발명의 또 다른 목적은 중배엽 세포의 생산방법을 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for producing mesodermal cells.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질의 블로커 또는 상기 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 또는 앱타머를 유효성분으로 포함하는 줄기세포의 분화 억제용 조성물을 제공한다.According to an aspect of the present invention, the present invention provides a composition for inhibiting the differentiation of stem cells comprising a blocker of a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 sequence or an antibody or aptamer specifically binding to the protein as an active ingredient. To provide.

본 발명자들은 전분화능 줄기세포의 분화조절 기작을 밝힘으로써, 특정세포로의 효과적인 분화를 유도하는 방법 또는 미분화 상태를 유지함으로써 전분화능을 지속적으로 유지하는 방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, HIF-1α의 활성 또는 발현량을 감소시킬 경우 줄기세포의 분화가 억제되며, 반대로 이의 활성 또는 발현을 증가시킬 경우 중배엽 세포, 특히 혈관계 또는 근육계 세포로의 분화가 촉진된다는 사실을 발견하였다. The present inventors made diligent research efforts to develop a method of inducing effective differentiation into specific cells or a method of continuously maintaining pluripotency by maintaining an undifferentiated state by revealing a differentiation regulating mechanism of pluripotent stem cells. As a result, it was found that reducing HIF-1α activity or expression level inhibits the differentiation of stem cells, whereas increasing its activity or expression promotes differentiation into mesodermal cells, particularly vascular or muscular cells. .

본 명세서에서 용어 “단백질”은 펩타이드 결합에 의해 아미노산 잔기들이 서로 결합되어 형성된 분자를 의미한다. 서열목록 제1서열의 아미노산 서열은 HIF-1α 단백질의 아미노산 서열이다. As used herein, the term "protein" refers to a molecule formed by binding amino acid residues to each other by peptide bonds. The amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is an amino acid sequence of the HIF-1α protein.

본 발명에 따르면, 본 발명자들은 처음으로 HIF-1α가 Oct-4 프로모터에서 reverse HRE에 결합함으로써 배아줄기세포의 만능성을 결정하고 분화를 조절하는 Oct-4 유전자의 발현 억제자로 작용할 수 있다는 사실을 발견하였다. 따라서, HIF-1α의 양 또는 활성을 감소시킬 경우, 줄기세포를 미분화 상태로 유지시킴으로써 전분화능을 지속적으로 유지시킬 수 있어 희소성이 높은 치료용 줄기세포자원의 효율적인 관리가 가능하다. According to the present invention, the inventors have found for the first time that HIF-1α can act as an inhibitor of expression of the Oct-4 gene, which determines the pluripotency of embryonic stem cells and regulates differentiation by binding to reverse HRE in the Oct-4 promoter. Found. Therefore, when the amount or activity of HIF-1α is decreased, pluripotency can be continuously maintained by maintaining stem cells in an undifferentiated state, thereby enabling efficient management of scarce therapeutic stem cell resources.

본 명세서에서 용어“줄기세포(stem cell)”는 생물 조직을 구성하는 다양한 세포들로 분화할 수 있는 세포로서, 조직 및 기관의 특수화된 세포를 형성하도록 비제한적으로 재생할 수 있는 미분화 세포들을 지칭한다. 줄기세포는 발달 가능한 만능성 또는 다능성 세포이다. 줄기세포는 2개의 딸줄기세포, 또는 하나의 딸줄기세포와 하나의 유래(전이(transit)) 세포로 분열될 수 있으며, 이후에 조직의 성숙하고 완전한 형태의 세포로 증식된다. As used herein, the term “stem cell” refers to an undifferentiated cell that is capable of differentiating into various cells constituting biological tissue, which can be reproduced without limitation to form specialized cells of tissues and organs. . Stem cells are developable pluripotent or pluripotent cells. Stem cells can divide into two daughter stem cells, or one daughter stem cell and one derived (transit) cell, and then proliferate into mature, fully formed cells of the tissue.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 줄기세포는 배아줄기세포(Embryonic stem cell, ESC) 또는 유도만능 줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPSC)이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the stem cells of the present invention are embryonic stem cells (ESC) or induced pluripotent stem cells (iPSC).

본 명세서에서 용어“블로커”는 타겟 단백질인 HIF-1α의 활성을 감소시키거나 제거하는 모든 물질을 의미하며, 합성 화합물 및 천연물을 모두 포함한다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 블로커는 YC1(5-[1-(phenylmethyl)-1H-indazol-3-yl]-2-furanmethanol) 또는 다이곡신(digoxin)이다. As used herein, the term “blocker” refers to any substance that reduces or eliminates the activity of the target protein HIF-1α, and includes both synthetic compounds and natural products. According to a preferred embodiment of the present invention, the blocker of the present invention is YC1 (5- [1- (phenylmethyl) -1H-indazol-3-yl] -2-furanmethanol) or digoxin.

본 명세서에서 용어“항체”는 항원성 부위에 대해서 지시되는 특이적인 단백질 분자를 의미한다. 본 발명의 목적상, 항체는 HIF-1α에 대해 특이적으로 결합하는 항체를 의미하며, 다클론 항체, 단클론 항체 및 재조합 항체를 모두 포함한다. 본 발명에 따르면, HIF-1α가 Oct-4 프로모터 상의 rHRE 부위에 특이적으로 결합하여 Oct-4의 발현을 억제함으로써 배아줄기세포의 분화를 촉진하므로, HIF-1α에 특이적으로 결합하는 항체는 HIF-1α와 Oct-4 프로모터 간의 결합을 방해함으로써 줄기세포의 분화를 억제할 수 있다. As used herein, the term "antibody" refers to a specific protein molecule directed against an antigenic site. For the purposes of the present invention, an antibody refers to an antibody that specifically binds to HIF-1α, and includes both polyclonal antibodies, monoclonal antibodies, and recombinant antibodies. According to the present invention, since HIF-1α specifically binds to the rHRE site on Oct-4 promoter and inhibits the expression of Oct-4 to promote differentiation of embryonic stem cells, the antibody specifically binding to HIF-1α is Differentiation of stem cells can be inhibited by interfering with the binding between HIF-1α and Oct-4 promoters.

다클론 항체는 HIF-1α 항원을 동물에 주사하고 동물로부터 채혈하여 항체를 포함하는 혈청을 수득하는 당업계에 널리 공지된 방법에 의해 생산할 수 있다. 이러한 다클론 항체는 염소, 토끼, 양, 원숭이, 말, 돼지, 소 개 등의 임의의 동물 종 숙주로부터 제조 가능하다.Polyclonal antibodies can be produced by methods well known in the art for injecting HIF-1α antigen into an animal and collecting blood from the animal to obtain serum comprising the antibody. Such polyclonal antibodies can be prepared from any animal species host, such as goats, rabbits, sheep, monkeys, horses, pigs, small dogs, and the like.

단클론 항체는 당업계에 널리 공지된 하이브리도마 방법(hybridoma method)(Kohler 및 Milstein (1976) European Jounral of Immunology 6:511-519 참조), 또는 파지 항체 라이브러리(Clackson et al, Nature, 352:624-628, 1991; Marks et al, J. Mol. Biol., 222:58, 1-597, 1991) 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 상기 방법으로 제조된 항체는 겔 전지영동, 투석, 염 침전, 이온교환 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피 등의 방법을 이용하여 분리, 정제할 수 있다. 또한 본 발명의 항체는 2개의 전체 길이의 경쇄 및 2개의 전체 길이의 중쇄를 가지는 완전한 형태뿐만 아니라, 항체 분자의 기능적인 단편을 포함한다. 항체 분자의 기능적인 단편이란 적어도 항원 결합 기능을 보유하고 있는 단편을 뜻하며, Fab, F(ab'), F(ab') 2 및 Fv 등이 있다.Monoclonal antibodies are known in the art by the hybridoma method (see Kohler and Milstein (1976) European Jounral of Immunology 6: 511-519), or phage antibody libraries (Clackson et al, Nature, 352: 624). -628, 1991; Marks et al, J. Mol. Biol., 222: 58, 1-597, 1991). Antibodies prepared by the above method can be isolated and purified using methods such as gel electrophoresis, dialysis, salt precipitation, ion exchange chromatography, affinity chromatography, and the like. The antibodies of the present invention also include functional fragments of antibody molecules, as well as complete forms having two full length light chains and two full length heavy chains. A functional fragment of an antibody molecule refers to a fragment having at least antigen binding function, and includes Fab, F (ab '), F (ab') 2 and Fv.

본 명세서에서 용어“앱타머”는 단일 줄기의(single-stranded) 핵산(RNA 또는 DNA) 분자 또는 펩타이드 분자로서 특정 표적물질에 높은 친화력과 특이성으로 결합하여 작용을 나타내는 것을 의미한다. 앱타머의 일반적인 내용은 Bock LC et al., Nature 355(6360):5646(1992); Hoppe-Seyler F, Butz K "Peptide aptamers: powerful new tools for molecular medicine". J Mol Med . 78(8):42630(2000); Cohen BA, Colas P, Brent R . "An artificial cell-cycle inhibitor isolated from a combinatorial library". Proc Natl Acad Sci USA . 95(24):142727(1998)에 상세하게 개시되어 있다. 예를 들어, 특정 분자와 결합하는 앱타머를 선별하는 과정은 (i) DNA 합성 및 in vitro transcription 방법(RNA인 경우) 을 이용하여 다양한 형태를 가지는 핵산 라이브러리를 만들고, (ⅱ) 이들 중 표적분자와 결합할 수 있는 핵산 구조체만을 선별하기 위하여 친화력 크로마토그래피 등의 방법을 통해 결합하지 않은 핵산 구조체를 제거하여(washing) 표적분자에 결합하는 것만을 선택적으로 수득하며, (iv) 마지막으로 표적분자로부터 핵산 구조체를 분리(elution) 후 상기 핵산을 증폭시켜 얻은 핵산 구조체를 이용, 이상의 과정들을 5-15번 정도 더 반복함으로써 우수한 결합력과 특이성을 보이는 앱타머를 발굴할 수 있다. As used herein, the term “aptamer” refers to a single-stranded nucleic acid (RNA or DNA) molecule or peptide molecule that exhibits a high affinity and specificity for binding to a specific target. For general information about aptamers, see Bock LC et al., Nature 355 (6360): 5646 (1992); Hoppe-Seyler F, Butz K "Peptide aptamers: powerful new tools for molecular medicine". J Mol Med . 78 (8): 42630 (2000); Cohen BA, Colas P, Brent R. "An artificial cell-cycle inhibitor isolated from a combinatorial library". Proc Natl Acad Sci USA . 95 (24): 142727 (1998). For example, the process of screening for aptamers that bind to a particular molecule can include (i) DNA synthesis and in In vitro transcription methods (for RNA) are used to make nucleic acid libraries of various forms, and (ii) nucleic acids that are not bound by affinity chromatography or the like to select only nucleic acid constructs that can bind to target molecules. Selectively removing only the binding to the target molecule by washing the construct, and (iv) finally using the nucleic acid construct obtained by amplifying the nucleic acid after elution of the nucleic acid construct from the target molecule. Repeat 15 more times to find aptamers with excellent binding and specificity.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 항체 또는 앱타머는 상기 서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질 중 Oct-4 프로모터 rHRE(reverse hypoxia element)에 결합하는 부위에 특이적으로 결합한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the antibody or aptamer of the present invention specifically binds to a site that binds to the Oct-4 promoter reverse hypoxia element (rHRE) of the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질은 Oct-4 프로모터의 rHRE(reverse hypoxia element)에 결합한다. Oct-4는 미분화된 배아세포와 배아줄기세포에 대한 표지인자로서, 배아줄기세포의 만능성을 결정하고 분화를 조절하는 데에 중요한 역할을 하는 유전자이다. 본 발명자들은 HIF-1α가 Oct-4 프로모터의 reverse HRE에 결합함으로써 Oct-4 유전자의 발현 억제자로 작용하여, 궁극적으로 줄기세포의 분화를 억제할 수 있다는 사실을 발견하였다.According to a preferred embodiment of the invention, the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 sequence of the present invention binds to the reverse hypoxia element (rHRE) of the Oct-4 promoter. Oct-4 is a marker for undifferentiated embryonic and embryonic stem cells, and is an important gene for determining pluripotency of embryonic stem cells and controlling differentiation. The inventors found that HIF-1α acts as an inhibitor of Oct-4 gene expression by binding to reverse HRE of the Oct-4 promoter, ultimately inhibiting stem cell differentiation.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 rHRE(reverse hypoxia element)는 서열목록 제3서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the reverse hypoxia element (rHRE) of the present invention consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 sequence.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질 또는 서열목록 제1서열의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드를 유효성분으로 포함하는 배아줄기세포의 중배엽 세포로의 분화 유도용 조성물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a differentiation of embryonic stem cells into mesodermal cells comprising a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or a nucleotide encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 as an active ingredient. It provides a composition for induction.

본 명세서에서, 용어“뉴클레오타이드”는 단일가닥 또는 이중가닥 형태로 존재하는 디옥시리보뉴클레오타이드 또는 리보뉴클레오타이드이며, 다르게 특별하게 언급되어 있지 않은 한 자연의 뉴클레오타이드의 유사체를 포함한다(Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York(1980); Uhlman 및 Peyman, Chemical Reviews, 90:543-584(1990)). 본 발명에 따르면, 서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질인 HIF-1α는 Oct-4의 발현을 감소시키고 중배엽 마커 유전자의 발현을 증가시키며, 궁극적으로 혈관계 세포로의 특이적인 분화를 촉진시킨다. 따라서, 서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질 또는 서열목록 제1서열의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드는 혈관계 세포로의 특이적인 분화를 유도하는 단백질 또는 유전자 수준의 조절자가 될 수 있다. 서열목록 제1서열의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드를 이용한 분화의 유도는 당업계에 알려진 다양한 동물 형질전환 방법을 통하여 수행될 수 있다. 본 명세서에서 용어“형질전환”은 적절한 유전자 전달체를 통해 본 발명의 뉴클레오타이드를 분화시키고자 하는 줄기세포에 도입하는 것을 말한다.As used herein, the term “nucleotide” is a deoxyribonucleotide or ribonucleotide present in single- or double-stranded form and includes analogs of natural nucleotides unless otherwise specified (Scheit, Nucleotide). Analogs , John Wiley, New York (1980); Uhlman and Peyman, Chemical Reviews , 90: 543-584 (1990). According to the present invention, HIF-1α, a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, reduces the expression of Oct-4, increases the expression of mesodermal marker genes, and ultimately promotes specific differentiation into vascular cells. . Thus, a protein consisting of an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or a nucleotide encoding an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 may be a protein or gene level regulator that induces specific differentiation into vascular cells. Induction of differentiation using a nucleotide encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 may be carried out through various animal transformation methods known in the art. As used herein, the term “transformation” refers to the introduction of stem cells into which the nucleotides of the present invention are to be differentiated through appropriate gene carriers.

본 명세서에서, 용어“유전자 전달체(gene carrier)”는 유전자를 세포 내로 운반하는 모든 수단을 의미하며, 유전자 전달은 유전자의 세포내 침투(transduction)와 동일한 의미를 가진다. 조직 수준에서, 상기 용어 유전자 전달은 유전자의 확산(spread)과 동일한 의미를 가진다. 따라서, 본 발명의 유전자 전달 시스템은 유전자 침투 시스템 및 유전자 확산 시스템으로 기재될 수 있다.As used herein, the term "gene carrier" refers to any means of carrying a gene into a cell, and gene transfer has the same meaning as intracellular transduction of a gene. At the tissue level, the term gene delivery has the same meaning as spread of a gene. Thus, the gene delivery system of the present invention may be described as a gene penetration system and a gene diffusion system.

본 발명의 유전자 전달체는 통상적인 유전자 치료에 이용되는 모든 유전자 전달 시스템이 적용될 수 있으며, 바람직하게는 플라스미드, 아데노바이러스 (Lockett LJ, et al., Clin . Cancer Res . 3:2075-2080(1997)), 아데노-관련 바이러스 (Adeno-associated viruses: AAV, Lashford LS., et al., Gene Therapy Technologies , Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), 레트로바이러스 (Gunzburg WH, et al., Retroviral vectors. Gene Therapy Technologies , Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), 렌티바이러스 (Wang G. et al., J. Clin . Invest . 104(11):R55-62(1999)), 헤르페스 심플렉스 바이러스 (Chamber R., et al., Proc . Natl . Acad . Sci USA 92:1411-1415(1995)), 배시니아 바이러스 (Puhlmann M. et al., Human Gene Therapy 10:649-657(1999)), 리포좀 (Methods in Molecular Biology, Vol 199, S.C. Basu and M. Basu (Eds.), Human Press 2002) 또는 니오좀에 적용될 수 있다.Gene carrier of the present invention is all used in conventional gene therapy, gene transfer, and the system can be applied, preferably a plasmid, adenovirus (Lockett LJ, et al., Clin. Cancer Res . 3: 2075-2080 (1997)), Adeno-associated viruses: AAV, Lashford LS., Et al., Gene Therapy Technologies , Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), retroviral (Gunzburg WH, et al., Retroviral vectors. Gene Therapy Technologies , Applications and Regulations Ed. A. Meager, 1999), lentiviruses (Wang G. et al., J. Clin . Invest . 104 (11): R55-62 (1999)), herpes simplex virus (Chamber R., et al., Proc ... Natl Acad Sci USA 92 :. 1411-1415 (1995)), Bash Catania virus (Puhlmann M. et al, Human Gene Therapy 10: 649-657 (1999)), liposomes (Methods in Molecular Biology, Vol 199, SC Basu and M. Basu (Eds.), Human Press 2002) or niosomes.

본 발명의 조성물에 의해 얻어지는 분화 특이성은 치료를 요하는 조직에 적합한 세포를 높은 수율로 수득함으로써 테라토마 형성 및 암화의 가능성을 낮추고 낭비되는 세포자원을 최소화함으로써 효율적인 세포치료를 가능하게 한다.
The differentiation specificity obtained by the composition of the present invention enables efficient cell therapy by obtaining a high yield of cells suitable for the tissues in need of treatment, thereby lowering the possibility of teratoma formation and cancerization and minimizing wasted cellular resources.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 중배엽 세포는 혈관계 세포 또는 근육계 세포이다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 혈관계 세포는 내피세포(endothelial cell) 또는 평활근세포(smooth muscle cell)이다. 본 발명에 따르면, 저산소 상태로 유도된 HIF-1α에 의하여 내피세포 마커인 PECAM 및 VE-카드헤린, 평활근세포의 마커인 SMA가 유의하게 증가하였다. 따라서, 본 발명의 조성물은 배아줄기세포의 내피세포 또는 평활근 세포로의 특이적인 분화를 유도함을 확인하였다. 아울러, 본 발명자들은 근세포(myocyte) 분화용 배지를 이용함으로써 저산소 상태로 유도된 HIF-1α에 의하여 근육세포로의 효율적인 분화가 유도됨을 근모세포(myoblast)의 마커 유전자인 커넥신-43(connexin-43)과 N-카드헤린에 대한 면역형광염색을 통해 확인하였다. 따라서, 본원발명은 배양배지의 조성을 선택함으로써 근육세포로의 분화 유도용으로도 사용될 수 있다. According to a preferred embodiment of the invention, the mesoderm cells of the invention are vascular cells or muscle cells. More preferably, the vascular cells of the present invention are endothelial cells or smooth muscle cells. According to the present invention, the endothelial cell markers, PECAM and VE-cadherin, and SMA, which are markers of smooth muscle cells, were significantly increased by HIF-1α induced by hypoxia. Therefore, the composition of the present invention was confirmed to induce specific differentiation of embryonic stem cells into endothelial cells or smooth muscle cells. In addition, the present inventors found that efficient differentiation into muscle cells is induced by hypoxia-induced HIF-1α by using a medium for myocyte differentiation. 43) and immunofluorescent staining for N-cadherin. Therefore, the present invention can also be used for inducing differentiation into muscle cells by selecting the composition of the culture medium.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 서열목록 제1서열의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드는 서열목록 제2서열의 뉴클레오타이드 서열을 가지는 뉴클레오타이드이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleotide encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 of the present invention is a nucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.

본 발명에서 이용되는 단백질 또는 뉴클레오타이드는 이미 상술한 바와 동일하므로, 과도한 중복을 피하기 위하여 그 기재를 생략한다.
Since the protein or nucleotide used in the present invention is the same as described above, the description thereof is omitted to avoid excessive duplication.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 중배엽 세포의 생산방법을 제공한다: According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing mesodermal cells, comprising the following steps:

(a) 배상체(Embryoid Body)를 형성하는 단계;(a) forming an embryonic body;

(b) 상기 (a) 단계에서 형성된 배상체를 저산소 상태(hypoxia condition)에서 배양하는 단계; 및(b) culturing the embryoid body formed in step (a) in a hypoxia condition; And

(c) 상기 (b) 단계의 배양물을 정상산소 상태(normoxia condition)에서 배양하는 단계.(c) culturing the culture of step (b) in a normal oxygen condition.

본 명세서에서 용어“배상체(Embryoid Body)”는 배아줄기세포에서 유래한 세포의 군집(aggregate)을 의미한다. 배상체를 형성하는 방법은 예를 들어 부유배양법 및 현적방법(hanging drop method)을 포함하나, 이에 제한되지 않고 당업계에 알려진 다양한 방법을 통해 실시될 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 단계 (a)의 배상체를 형성하는 방법은 현적방법에 의하여 실시된다.As used herein, the term "embryoid body" refers to an aggregate of cells derived from embryonic stem cells. The method of forming the embryoid body may be carried out through various methods known in the art, including but not limited to, for example, a floating culture method and a hanging drop method. Preferably, the method for forming the embryoid body of step (a) of the present invention is carried out by a suspending method.

본 발명에 따르면, 형성된 배상체는 먼저 일정한 시간동안 저산소 상태에서 배양된 후[단계 (b)], 정상산소 상태에서 배양된다[단계 (c)]. 본 발명자들은 이와 같이 초기에 국한된 저산소 배양을“저산소 프라이밍(hypoxia-priming)”이라 명명하였다. 종래의 지속적인 저산소 배양에 비하여 본원발명은 배양 초기에 국한된 저산소 배양만을 실시하기 때문에, 줄기세포의 생존성이 보다 우수할 뿐만 아니라, 장기간의 배양조건 조절(질소 및 이산화탄소 등의 분압조절)이 불필요하므로 필요로 하는 분화된 세포의 효율적인 수득이 가능하다. According to the present invention, the formed embryoid body is first incubated in a hypoxic state for a predetermined time (step (b)), and then incubated in a normal oxygen state (step (c)). We named this initially limited hypoxic culture “hypoxia-priming”. Compared with the conventional continuous hypoxic culture, the present invention performs only the hypoxic culture limited to the early stage of the culture, so that not only the survivability of stem cells is better, but also the long-term culture conditions (regulation of nitrogen and carbon dioxide, etc.) are unnecessary. Efficient obtaining of the differentiated cells needed is possible.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 (b) 단계는 저산소 상태에서 24-72시간 동안 배양함으로서 이루어지며, 보다 바람직하게는 45-51시간 동안 배양함으로서 이루어지며, 가장 바람직하게는 48시간 동안 배양함으로써 이루어진다.
According to a preferred embodiment of the present invention, step (b) of the present invention is carried out by incubating for 24-72 hours in a hypoxic state, more preferably by incubating for 45-51 hours, most preferably 48 hours By incubating for a while.

본 명세서에서 용어“저산소 상태”는 배양환경 내의 대기 중 산소 농도가 전체적으로 낮아지는 조건을 말한다. 바람직하게는 대기 중 산소농도가 0-5%이고, 보다 바람직하게는 0-3%인 경우를 말며 가장 바람직하게는 1% 인 경우를 말한다. 저산소 조건은 당업계에 알려진 다양한 방법에 의하여 조성될 수 있으며, 상업적으로 구입 가능한 다양한 저산소 미생물 배양장치를 이용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 본 발명자들은 배아줄기세포를 저산소 상태에서 배양할 경우 중배엽 유전자 마커인 SMA 및 Desmin의 발현이 증가하여, 중배엽 세포, 보다 구체적으로는 혈관 내피세포 또는 평활근 세포로의 특이적 분화가 가능함을 확인하였다. As used herein, the term "hypoxic state" refers to a condition in which the oxygen concentration in the atmosphere in the culture environment is lowered overall. Preferably, the oxygen concentration in the atmosphere is 0-5%, more preferably 0-3%, and most preferably 1%. Hypoxic conditions can be established by a variety of methods known in the art, it is possible to use a variety of commercially available low oxygen microbial culture apparatus. According to the present invention, when the embryonic stem cells are cultured in a hypoxic state, the expression of SMA and Desmin, which are mesodermal gene markers, is increased, so that specific differentiation into mesodermal cells, more specifically vascular endothelial cells or smooth muscle cells It was confirmed that possible.

본 명세서 전체에 걸쳐, 특정 물질의 농도를 나타내기 위하여 사용되는 “%“는 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량) %, 고체/액체는 (중량/부피) %, 액체/액체는 (부피/부피) %, 기체/기체는 (부피/부피) %이다.
Throughout this specification, unless otherwise indicated, “%” used to indicate the concentration of a particular substance is solid / solid (weight / weight)%, solid / liquid (weight / volume)%, liquid / Liquid is (volume / volume)% and gas / gas is (volume / volume)%.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(a) 본 발명은 줄기세포의 전분화능 유지용 조성물, 배아줄기세포의 중배엽 세포로의 분화 유도용 조성물 및 중배엽 세포의 생산방법을 제공한다.(a) The present invention provides a composition for maintaining pluripotency of stem cells, a composition for inducing differentiation of embryonic stem cells into mesodermal cells, and a method for producing mesodermal cells.

(b) 본 발명은 배아줄기세포 또는 유도만능 줄기세포와 같이 전분화능을 가진 줄기세포의 분화속도 및 분화방향을 용이하게 조절함으로써 효율적인 세포치료 보조제 등에 유용하게 이용될 수 있다.
(b) The present invention can be usefully used for efficient cell therapy aids by easily controlling the differentiation rate and differentiation direction of pluripotent stem cells such as embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells.

도 1은 자발적인 분화기간동안 EB (배상체)내에서 저산소 부위가 자연적으로 발생함을 보여주는 그림이다. 현적법으로 EB (배상체)를 생성한 후, 둥근 물방울(20 μl 당 500개 세포)에 ESC가 모여 세포군집(배상체)를 형성한 다음, 3일 후에 면역형광 염색을 위하여 EB를 저산소 또는 정상산소 조건에서 배양하였다(도 1a). 저산소 마커인 항-피모니다졸 부가물 항체를 이용하여 저산소 부위를 검출하였다(도 1b). EB를 채집하기 1시간 전에 피모니다졸 하이드로클로라이드를 배양액에 첨가하였다. EB는 5일째 (a, b) 및 10일째 (c) 에 채집되었다. 양성 면역활성은 붉은 형광색으로 검출되었다 (b, c) . 음성 대조군은 저산소 마커 대신에 마우스 이소타입 IgG를 처리하였으며, 음성 염색은 발견되지 않았다 (d). 배율=x100. Scale bar = 100μM.
도 2는 EB의 저산소 프라이밍으로 인하여 중배엽-내배엽계 조직으로 분화하고 나아가 혈관계로 분화함을 보여주는 그림이다. 정상산소 상태에서 3일간 배양하여 EB를 생성하고, 이후 정상산소 또는 저산소 상태에서 각각 정해진 기간동안 배양하였으며, 총 RNA를 분리하기 위하여 EB를 수집하였다(도 2a). 현적법으로 생성한 EB를 저산소 상태에 2일간 노출시켰다. 전분화능(Oct4, Nanog), 외배엽(Ncam, Nestin), 중배엽(SMA, Desmin), 내배엽(Troma-1)과 관련된 유전자 및 저산소 반응성 유전자(VEGF)의 발현을 실시간 PCR로 조사하였다(n=4, *p<0.05)(도 2b). 저산소 반응성 유전자(VEGF) 및 혈관마커 유전자(VEGFR2, PECAM, SMA, VE-카드헤린)는 1% 산소 환경에서 증가하였으며, Oct4는 정상산소 상태와 비교하여 유의하게 감소하였다(도 2c). 그래프는 ESC에 대한 상대적인 변화율을 나타낸다(n=4, *p<0.05).
도 3은 HIF-1α가 저산소 상태에서 Oct4 프로모터의 rHRE에 결합함으로써 Oct4의 전사를 억제함을 보여주는 그림이다. 도 3a는 저산소 상태에서 HIF-1α 및 Oct4의 웨스턴 블롯팅 결과를 나타낸 그림(왼쪽) 및 정량 그래프(오른쪽, n=4, *p<0.05)이다. 도 3b는 Oct4 프로모터(GenBank 접근번호 S58422)의 업스트림 서열을 나타낸 그림이다(Verena Nordhoff et al. Mammalian Genome 12: 309-317 (2001)). 뉴클레오타이드는 번역 출발지점으로부터 시작하여 번호가 붙여졌으며, 4개의 잠재적인 rHREs (5’-TGCA(C/G)-3’)가 사각형으로 표시되었다. E14 세포를 1 μg pGL3-Oct4-rHRE(도 3c), pGL3-EPO-HRE(도 3d), 0.2 μg pCMV-β-gal, 0.5 μg pEGFP-HIF-1α 및 0.5 μg pEGFP-HIF-1b로 24시간 동안 공-형질전환한 뒤에 21% 및 1% O2(n=4) 하에서 16시간 동안 배양하였다. HIF-1은 Oct4-rHRE에 결합함으로써 Oct4 프로모터 활성을 감소시켰다(도 3e). ChIP 분석은 HIF-1α가 Oct4 프로모터 부위에 결합함을 보여준다. 저산소에 16시간 동안 노출된 E14- 또는 C57-줄기세포를 HIF-1α에 대한 항체로 면역침강하였다. 침강된 DNA를 Oct4 프로모터 상의 rHRE(rHRE1-rHRE4)에 특이적인 프라이머를 사용한 PCR을 통해 분석하였다(각각 n=3).
도 4는 저산소 프라이밍된 EB의 혈관 분화 잠재력이 증가하였음을 보여주는 그림이다. 현적법으로 생성된 EB를 2일간 각각 정상산소 또는 저산소 상태에서 배양하고, 10% FBS가 포함된 DMEM 배지 내의 0.3% 젤라틴 코팅 24-웰 플레이트(웰 당 2-3 EB)에 부착시킨 뒤에, 다음날 세포들을 혈관분화 배지에 옮기고 14일째 되는 날까지 추가적으로 배양하였다(도 4a). 재부착 1일 및 7일 후의 분화된 EB의 형태를 관찰한 결과, 재부착된 세포군집 주변에 세포들이 퍼져 있었으며(왼쪽 및 가운데 그림), 저산소 프라이밍된 EB(HyEB)는 정상산소 EB(NorEB)에 비하여 더 넓게 퍼져 있으며(도 4b), 이는 분화가 더욱 가속화 되었음을 의미 한다. 도 4b의 오른쪽 그림은 재부착 7일 째에 군집 중심으로부터의 거리를 나타내는 정량 그래프이다. 1개의 EB를 대상으로 3개의 다른 지점에 대해 측정하였고, 총 10개의 EB에 대해 측정 하였다. 배율=x40, scale bar=300μm(도 4c 및 4d). 도 4c는 재부착 후 7일 째의 PECAM(붉은색)에 대한 면역형광 염색결과이고, 도 4d는 14일째의 PECAM(붉은색)/a-SMA(녹색)에 대한 면역형광 염색결과이다. 저산소 프라이밍된 EB에서 PECAM 및 a-SMA는 매우 강하였으며 이는 저산소 프라이밍된 EB가 보다 효율적으로 혈관계로 분화한다는 사실을 의미한다. 공초점 현미경 관찰결과 이소타입 IgG 대조군 및 음성 대조군에서는 형광신호가 검출되지 않았다. 배율= x400, Scale bar= 30 mm.
도 5는 HIF-1 매개 VEGF 및 혈관계 마커의 발현에 YC1이 미치는 영향을 나타낸 그림이고, HIF-1이 비트로에서 혈관 분화에 중요한 역할을 담당함을 의미하는 결과이다. EB를 저산소 또는 정상산소 하에서 지정된 농도의 YC1으로 처리하고 HIF-1α에 대한 웨스턴 블롯팅을 수행하였다(도 5a 상단).HIF-1 반응성 유전자인 VEGF의 mRNA 발현은 YC1을 처리한 세포에서 용량 의존적인 감소를 보였고, 혈관계 유전자(PECAM, VEGFR2, VE-카드헤린)의 발현 역시 YC1에 대해 용량 의존적으로 감소하였다. 5개의 독립된 실험의 정량그래프로 α-튜뷸린에 대한 표준화를 통해 HIF-1α 수준을 표시하였다(*p<0.05)(도 5a 하단). 저산소 반응성 유전자(VEGF) 및 혈관 마커 유전자(VEGFR2, PECAM, VE-cadherin)의 발현량을 실시간 PCR로 분석하였다(n=4, *p<0.05)(도 5b).
도 6은 저산소 프라이밍된 EB에서 내피 분화 잠재력에 중화 항-마우스 VEGF 항체가 미치는 영향을 나타낸 그림이다. 저산소 프라이밍된 EB에서 내피 마커인 PECAM 또는 VE-카드헤린의 발현은 Nor-EB에 비하여 크게 증가하였다. 이에 반하여, VEGF에 대한 중화항체를 첨가하자 내피세포의 수가 감소함을 알 수 있다. 현적법에 의해 형성된 EB를 2일간 각각 정상산소 또는 저산소 상태에서 배양하고, 10% FBS가 포함된 DMEM 배지 내의 0.3% 젤라틴 코팅 24-웰 플레이트(웰 당 2-3 EB)에 부착시킨 뒤에, 다음날 혈관분화 EGM 배지에 옮기고 3일간 더 배양하였다(도 6a). 마우스 VEGF에 대한 중화 항체(50 mg/ml) 또는 대조군 이소타입 IgG 항체를 배지 내로 매일 투여하였다. 도 6b-c는 EB 재부착 3일 후에 C57 세포를 PECAM, VE-카드헤린(내피세포) 및 a-SMA(평활근세포)에 대해 FACS 분석을 한 결과를 나타낸 그림이다. Nor, 정상산소-EBs; Hy, 저산소 프라이밍된 EBs. nVEGF, 증화 항-mVEGF 항체; nIgG, 이소타입 IgG 항체. E14 세포(도 6b) 및 C57 세포(도 6c)의 FACS 분석의 정량 그래프를 나타내었다 (각각 n=4).
도 7은 인 비보 허혈 조직에서 EB의 저산소 프라이밍이 하지허혈 조직내에서 생착률을 높이고 내피세포로의 분화를 증가시킴을 보여주는 그림이다. BALB/c-누드 마우스에 하지허혈 수술을 시행하고 NorEB 또는 HyEB를 근육 내 주사한 뒤, DiI(붉은색)로 표지된 분화중인 EB를 추적하였다(도 7a). 도 7b는 수술 3일 후의 마우스 사진을 나타낸 그림이다. HyEB 주사 군에서는 허혈하지(화살표)가 비교적 양호하였으나, NorEB-주사군에서는 하지의 소실이 관찰되었다(화살표머리). 도 7c는 허혈수술 후의 다리 길이에 대한 정량그래프이다(그룹 당 n=5). 도 7d는 이식 후 7일째의 내전근을 종방향으로 절개하여 PECAM(녹색)에 대해 공초점 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 그림이다. PECAM으로 염색한 모세혈관 내피세포는 골격 근육세포(밝은 상) 주변에 위치하고 있었으며 DiI 면역형광(붉은색)과 함께 편재화되어 있으며, 이는 분화된 혈관세포가 기존 조직과 잘 융합하고 있음을 의미한다 IgG 대조군에는 형광신호가 나타나지 않았다. 배율=x400, scale bar=20 um. 각각의 개체(n=5)로부터 최소 3개의 다른 단면을 분석하였다. 도 7e는 허혈 하지근육으로 주입된 DiI+ / PECAM+ 세포의 수를 나타낸 그래프이다. 7개의 다른 현미경 관찰 부위에서 세포의 수를 측정하였다(각각 n=5, *p<0.05). 도 7f는 저산소 프라이밍된 EB에 의한 혈관분화 촉진 기작을 제안한 그림이다.
도 8은 E14 및 C57 세포들의 혈관 분화를 FACS 분석을 통하여 정량화한 결과를 나타낸 그림이다. 저산소-프라이밍된 EB가 외인성 VEGF의 첨가가 없이도 내피분화를 가속화시킴을 알 수 있다.
도 9는 BALB/c-누드 마우스 하지허혈 모델에 mEB를 이식하고 대퇴부 동맥을 제거한 뒤, NorEB 또는 HyEB를 내전근에 주사한 뒤 DiI-표지된 EB로부터 분화된 세포를 추적한 결과를 나타낸 그림이다. VE-카드헤린(흰색) 및 또 다른 내피마커인 BS1-렉틴(녹색)으로 염색된 모세혈관도 역시 DiI-면역형광(붉은색)으로 나타남으로써, 이식된 EB가 인 비보에서 혈관형성 분화를 수행하며, 저산소 프라이밍된 EB는 장상산소 EB보다 효율적으로 혈관으로 분화함을 보여준다.
도 10은 HIF-1-매개 VEGF 및 근생성-분화 마커의 발현에 다이곡신(digoxin)이 미치는 영향을 조사한 결과를 나타낸 그림이다. 정상산소 또는 저산소 상태에서 EB에 HIF-1 블로커인 다이곡신을 지정된 농도로 처리하였다. 저산소 반응성 유전자(VEGF) 및 근생성 분화 유전자(GATA4, Nkx2.5)의 발현을 실시간 PCR로 조사하였다. 저산소 상태에서 근생성 분화 유전자의 발현이 증가하였고, 다이곡신 처리에 의해 근생성 분화 유전자의 발현이 감소함을 알수 있다.
도 11은 저산소 프라이밍된 EB에서 근세포 분화 잠재력이 증가함을 나타낸 그림이다. 2일간 저산소 또는 정상산소에서 배양한 EB를 하루 뒤에 근세포(myocyte) 분화용 배지에 옮기고, 재부착 4일 후 5ng TGF-b 및 5ng BMP2를 배양배지에 첨가한 뒤, 14일까지 배양하였다. 이후, 근모세포(myoblast)의 마커 유전자인 커넥신-43과 N-카드헤린에 대한 면역형광염색을 실시하였다. 랫트 심장근모세포주인 H9C2 세포를 양성대조군으로 사용하였다. 핵은 SytoxBlue로 염색하였다(파란색). 대표적인 공초점 현미경 사진을 개시하였으며, 이소타입 IgG 대조군 및 음성 대조군에서는 형광신호가 검출되지 않았다. Nor, 정상산소-EB; Hy, 저산소 프라이밍된-EB, 스케일 바= 50 μm. 배율= x400.
도 12는 저산소 프라이밍된 EB를 세포배양 플레이트에 부착시킨 후, 근세포 배양배지 조건에서 배양하면서 박동하는 세포군집(beating foci)과 그 수를 관찰한 결과를 나타낸 그림이다. EB가 근세포 배양배지 조건에서 심장세포로 분화할 수 있으며, 이때 박동하는 세포군집이 나타나게 되는데, 이러한 beating foci가 저산소 프라이밍된 EB에서 더욱 빨리 나타나며, 그 수 또한 현저하게 많음을 알 수 있다.
1 is a diagram showing that naturally occurring hypoxic sites occur in EB (embryoli) during spontaneous differentiation. After producing EB (embryoform) by conventional method, ESCs gather in round water droplets (500 cells per 20 μl) to form a cell population (ploid), and then after 3 days, EB is hypoxic or Cultured in normal oxygen conditions (Fig. 1a). The hypoxic site was detected using an anti-pimonidazole adduct antibody, a hypoxic marker (FIG. 1B). Pimonidazole hydrochloride was added to the culture 1 hour before EB was collected. EB was collected on day 5 (a, b) and day 10 (c) . Positive immune activity was detected by red fluorescence (b, c) . Negative controls were treated with mouse isotype IgG instead of hypoxic markers and no negative staining was found (d). Magnification = x100. Scale bar = 100 μΜ.
Figure 2 shows the differentiation into mesoderm-endodermal tissue and further into the vascular system due to hypoxic priming of EB. EB was produced by incubating for 3 days in the normal oxygen state, and then incubated for a predetermined period in the normal oxygen or hypoxic state, respectively, and the EB was collected to separate total RNA (FIG. 2A). The EB produced by the suspension method was exposed to hypoxia for 2 days. Expression of pluripotency (Oct4, Nanog), ectoderm (Ncam, Nestin), mesoderm (SMA, Desmin), endoderm (Troma-1) and hypoxic reactive gene (VEGF) were examined by real-time PCR (n = 4). , * p <0.05) (FIG. 2B). Hypoxic reactive genes (VEGF) and vascular marker genes (VEGFR2, PECAM, SMA, VE-cadherin) increased in 1% oxygen environment and Oct4 significantly decreased compared to normal oxygen state (FIG. 2C). The graph shows the rate of change relative to ESC (n = 4, * p <0.05).
Figure 3 shows that HIF-1α inhibits Oct4 transcription by binding to the rHRE of the Oct4 promoter in a hypoxic state. 3A is a plot (left) and a quantitative graph (right, n = 4, * p <0.05) showing Western blotting results of HIF-1α and Oct4 in a hypoxic state. 3B is a diagram showing the upstream sequence of Oct4 promoter (GenBank Accession Number S58422) (Verena Nordhoff et al. Mammalian Genome 12: 309-317 (2001). Nucleotides were numbered starting from the translation start point and four potential rHREs (5'-TGCA (C / G) -3 ') are indicated by squares. E14 cells were screened with 1 μg pGL3-Oct4-rHRE (FIG. 3C), pGL3-EPO-HRE (FIG. 3D), 0.2 μg pCMV-β-gal, 0.5 μg pEGFP-HIF-1α and 0.5 μg pEGFP-HIF-1b. Co-transformation for hours followed by incubation for 16 hours under 21% and 1% 0 2 (n = 4). HIF-1 decreased Oct4 promoter activity by binding to Oct4-rHRE (FIG. 3E). ChIP analysis shows that HIF-1α binds to the Oct4 promoter site. E14- or C57-stem cells exposed to hypoxia for 16 hours were immunoprecipitated with an antibody against HIF-1α. Precipitated DNA was analyzed by PCR using primers specific for rHRE (rHRE1-rHRE4) on Oct4 promoter (n = 3, respectively).
Figure 4 shows that the vascular differentiation potential of hypoxic primed EB increased. The EB-generated EBs were incubated in normal or hypoxic states for 2 days, respectively, and attached to 0.3% gelatin coated 24-well plates (2-3 EB per well) in DMEM medium containing 10% FBS, the next day. Cells were transferred to vascular differentiation medium and further cultured until day 14 (FIG. 4A). The morphology of the differentiated EBs after 1 and 7 days of reattachment revealed that the cells spread around the reattached cell population (left and center figure), and hypoxic primed EB (HyEB) was normal oxygen EB (NorEB). It is wider than that (FIG. 4B), which means that the differentiation is more accelerated. 4B is a quantitative graph showing the distance from the center of the colony on day 7 of reattachment. One EB was measured at three different points and a total of 10 EBs were measured. Magnification = x40, scale bar = 300 μm (FIGS. 4C and 4D). Figure 4c is the result of immunofluorescence staining for PECAM (red) 7 days after reattachment, Figure 4d is the result of immunofluorescence staining for PECAM (red) / a-SMA (green) on day 14. PECAM and a-SMA were very strong in hypoxic primed EB, which means that hypoxic primed EB differentiates into the vascular system more efficiently. Confocal microscopy showed no fluorescence signal in the isotype IgG control and the negative control. Magnification = x400, Scale bar = 30 mm.
Figure 5 shows the results mean that HIF-1-mediated and YC1 illustration shows the impact on the expression of VEGF and vascular markers play an important role in vascular differentiation of the HIF-1 bits. EB was treated with designated concentrations of YC1 under hypoxic or normal oxygen and Western blotting for HIF-1α (top 5A). MRNA expression of VEGF, a HIF-1 reactive gene, was dose dependent in cells treated with YC1. There was a decrease in phosphorus and expression of vascular genes (PECAM, VEGFR2, VE-cadherin) was also dose-dependently reduced for YC1. HIF-1α levels were indicated by standardization on α-tubulin in quantitative graphs of five independent experiments (* p <0.05) (bottom of FIG. 5A). Expression levels of hypoxic reactive gene (VEGF) and vascular marker genes (VEGFR2, PECAM, VE-cadherin) were analyzed by real-time PCR (n = 4, * p <0.05) (FIG. 5B).
Figure 6 shows the effect of neutralizing anti-mouse VEGF antibody on endothelial differentiation potential in hypoxic primed EB. The expression of endothelial markers PECAM or VE-cadherin in hypoxic primed EB was significantly increased compared to Nor-EB. In contrast, it can be seen that the number of endothelial cells decreases when the neutralizing antibody against VEGF is added. The EB formed by the topical method was incubated in normal or hypoxic state for 2 days, respectively, and attached to 0.3% gelatin coated 24-well plates (2-3 EB per well) in DMEM medium containing 10% FBS, the next day. Transfer to vascular differentiation EGM medium and incubated for 3 more days (FIG. 6A). Neutralizing antibody (50 mg / ml) or control isotype IgG antibody against mouse VEGF was administered daily into the medium. Figure 6b-c shows the results of FACS analysis on PECAM, VE-cadherin (endothelial cells) and a-SMA (smooth muscle cells) C57 cells 3 days after EB reattachment. Nor, normal oxygen-EBs; Hy, hypoxic primed EBs. nVEGF, enhanced anti-mVEGF antibody; nIgG, isotype IgG antibody. Quantitative graphs of FACS analysis of E14 cells (FIG. 6B) and C57 cells (FIG. 6C) are shown (n = 4, respectively).
FIG. 7 shows that hypoxic priming of EB in in vivo ischemic tissues increases engraftment rate and differentiation into endothelial cells in ischemic tissues. BALB / c-nude mice underwent lower limb ischemia surgery and intramuscular injection of NorEB or HyEB, followed by differentiating EBs labeled with DiI (red) (FIG. 7A). Figure 7b is a picture showing the mouse after three days of surgery. The ischemic lower limb (arrow) was relatively good in the HyEB injection group, but loss of the lower limb was observed in the NorEB-injecting group (arrowhead). 7C is a quantitative graph of leg length after ischemia surgery (n = 5 per group). Figure 7d is a picture showing the results of observation in a confocal microscope for PECAM (green) in the longitudinal longitudinal incision of the adductor 7 days after transplantation. Capillary endothelial cells stained with PECAM were located around skeletal muscle cells (bright phase) and localized with DiI immunofluorescence (red), indicating that differentiated vascular cells are well integrated with existing tissues. There was no fluorescence signal in the IgG control group. Magnification = x400, scale bar = 20 um. At least three different cross sections were analyzed from each individual (n = 5). Figure 7e is a graph showing the number of DiI + / PECAM + cells injected into the ischemic lower extremity muscle. The number of cells at 7 different microscopic observation sites was measured (n = 5, * p <0.05, respectively). Figure 7f is a figure suggesting a mechanism for promoting blood vessel differentiation by hypoxic primed EB.
8 is a diagram showing the results of quantification of vascular differentiation of E14 and C57 cells by FACS analysis. It can be seen that hypoxic-primed EB accelerates endothelial differentiation without the addition of exogenous VEGF.
FIG. 9 shows the results of tracing differentiated cells from DiI-labeled EB after implanting mEB into BALB / c-nude mouse lower limb ischemia model, removing femoral artery, and injecting NorEB or HyEB into the adductor. Capillaries stained with VE-cadherin (white) and another endothelial marker BS1-lectin (green) also appear as DiI-immunofluorescence (red), whereby the implanted EBs perform angiogenic differentiation in vivo . And hypoxic primed EB differentiates into blood vessels more efficiently than enteric oxygen EB.
10 is a diagram showing the results of examining the effect of digoxin on the expression of HIF-1-mediated VEGF and myogenic-differentiation markers. Digoxin, a HIF-1 blocker, was treated in EB at normal or hypoxic conditions at the indicated concentrations. Expression of hypoxic reactive genes (VEGF) and myogenic differentiation genes (GATA4, Nkx2.5) were examined by real-time PCR. In hypoxic state, the expression of myogenic differentiation gene was increased, and digoxin treatment decreased the expression of myogenic differentiation gene.
FIG. 11 shows an increase in myocyte differentiation potential in hypoxic primed EB. FIG. EB cultured in hypoxic or normal oxygen for 2 days was transferred to myocyte differentiation medium one day later, and after 4 days of reattachment, 5ng TGF-b and 5ng BMP2 were added to the culture medium, and then cultured up to 14 days. Subsequently, immunofluorescence staining was performed on connectin-43 and N-cadherin, which are marker genes of myoblasts. Rat cardiomyocyte line H9C2 cells were used as a positive control. Nuclei were stained with SytoxBlue (blue). Representative confocal micrographs were disclosed and no fluorescence signal was detected in isotype IgG control and negative control. Nor, normal oxygen-EB; Hy, hypoxic primed-EB, scale bar = 50 μm. Magnification = x400.
12 is a diagram showing the results of observing the number of beating foci (beating foci) and the number of cells while culturing under the conditions of myocyte culture medium after attaching the hypoxic primed EB to the cell culture plate. EB can differentiate into cardiac cells under myocyte culture medium, and the pulsating cell population appears. This beating foci appears faster in hypoxic primed EB, and the number is also remarkable.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example

실험방법Experimental Method

줄기세포 배양 및 인 비트로 분화Stem Cell Culture and In vitro Differentiation

미분화된 E14 마우스 배아줄기세포(mESC) 및 C57BL/6-background mESCs(C57-mESCs, ATCC 기탁번호 SCRC-1002)를 10% FBS(Hyclone), 1% 페니실린/스트렙토마이신(GIBCO), 0.1 mM β-머캅토에탄올(Sigma), 1% 비필수아미노산(GIBCO), 2 mM L-글루타민 및 1000 U/ml LIF(leukemia inhibitory factor, Millipore)가 보충된 DMEM(Dulbecco’s modified Eagle’s medium, GIBCO, Grand Island, NY, USA) 상의 미토마이신 C(Sigma-Aldrich)-처리 마우스 섬유아세포(MEF) 영양층에서 배양하였다. 분화를 유도하기 위하여, LIF 및 영양세포의 부재 하에서 EB를 현적방법(hanging drop method)을 통하여 형성하였다. 요약하면, 표면장력을 이용하여 20 μl 당 500개 세포를 함유하는 한 방울을 100 mm 배양접시(SPL)의 커버에 떨어뜨렸다. 둥근 물방울은 ESC를 모으고 세포응집(배상체, embryoid body)을 유도하였다. 3일 후에, 자발적인 분화를 위하여 EB를 정상산소 또는 저산소 상태에서 배양하였다. 인비트로 혈관 분화를 측정하기 위하여, 저산소 또는 정상산소 배양기에서 채집한 EB를 플레이팅하고 DMEM/10% FBS 내의 0.3% 젤라틴 코팅 조직배양 24-웰플레이트에서 배양하였다. 하루가 지난 후, 세포들을 5% FBS가 보충된 EGM2 배지(Lonza)로 옮기고 혈관 분화를 위하여 3, 7 및 14일간 추가적으로 배양하였다.
Undifferentiated E14 mouse embryonic stem cells (mESC) and C57BL / 6-background mESCs (C57-mESCs, ATCC Accession No. SCRC-1002) were added to 10% FBS (Hyclone), 1% penicillin / streptomycin (GIBCO), 0.1 mM β DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium, GIBCO, Grand Island, supplemented with mercaptoethanol (Sigma), 1% non-essential amino acid (GIBCO), 2 mM L-glutamine and 1000 U / ml leukemia inhibitory factor, Millipore) Cultured in mitomycin C (Sigma-Aldrich) -treated mouse fibroblast (MEF) trophoblasts (NY, USA). To induce differentiation, EBs were formed via a hanging drop method in the absence of LIF and feeder cells. In summary, one drop containing 500 cells per 20 μl was applied to the cover of a 100 mm culture dish (SPL) using surface tension. Round water droplets collected ESCs and induced cell aggregation (embryoderm, embryoid body). After 3 days, EBs were cultured in normal or hypoxic state for spontaneous differentiation. To measure vascular differentiation in vitro , EBs collected in hypoxic or normal oxygen incubators were plated and cultured in 0.3% gelatin coated tissue culture 24-well plates in DMEM / 10% FBS. After one day, cells were transferred to EGM2 medium (Lonza) supplemented with 5% FBS and incubated for 3, 7 and 14 days for vascular differentiation.

저산소 상태 및 저산소 마커 Hypoxic states and hypoxic markers

저산소 상태 조성을 위하여, 세포를 낮은 산소압(1% O2 및 5% CO2, N2와의 균형유지)을 유지하는 저산소 챔버(Forma Scientific)에서 배양하였다. Forma Hypoxia Chamber(anaerobic system)은 폐쇄된 저산소 작업공간을 통하여 저산소 상태를 보다 엄격하게 조절한다. 저산소 마커인 피모니다졸 하이드로클로라이드 및 피모니다졸 부가물에 대한 마우스 단클론 항체를 Hypoxyprobe™,0 Inc.로부터 구입하였다. 피모니다졸 하이드로클로라이드를 EB 채집 한시간 전에 첨가하고, 면역형광 염색을 위하여 EB를 4% PFA로 고정시켰다
For hypoxic composition, cells were cultured in a low oxygen chamber (Forma Scientific) maintaining low oxygen pressure (balanced with 1% O 2 and 5% CO 2 , N 2 ). The Forma Hypoxia Chamber (anaerobic system) provides tighter control of hypoxia through a closed hypoxic workspace. Mouse monoclonal antibodies against the hypoxic markers pimonidazole hydrochloride and pimonidazole adducts were purchased from Hypoxyprobe ™, 0 Inc. Pimonidazole hydrochloride was added one hour before EB collection and EB fixed with 4% PFA for immunofluorescence staining.

실시간 PCR Real time PCR

QIAshredder 및 RNeasy mini kit(Qiagen Inc.)을 이용하여 제조자의 지시에 따라 총 RNA를 제작하였다. PrimeScript™ 1st strand cDNA Synthesis Kit (Takara)을 통해 1 μg의 RNA를 cDNA로 전환하였다. PCR은 특정 프라이머(보충표 1)를 통한 SYBR Green PCR Master Mix (Roche)를 이용하여 수행하였다. 실시간 시료는 ABI PRISM-7500 서열검출 시스템(Applied Biosystems)으로 반응시켰다. GAPDH를 대조군으로 함께 반응시켜 표준화에 사용하였다.
Total RNA was prepared using the QIAshredder and RNeasy mini kit (Qiagen Inc.) according to the manufacturer's instructions. 1 μg of RNA was converted to cDNA via PrimeScript ™ 1st strand cDNA Synthesis Kit (Takara). PCR was performed using SYBR Green PCR Master Mix (Roche) through specific primers (Supplementary Table 1). Real time samples were reacted with the ABI PRISM-7500 Sequence Detection System (Applied Biosystems). GAPDH was reacted together as a control and used for standardization.

웨스턴 블롯팅Western blotting

정상산소 또는 저산소 EB를 채집하여 단백질 분해효소 억제제(Roche)가 포함된 라이시스 완충액에 넣고 파쇄하였다. 전체 단백질(10-30 μg)을 HIF-1α(31) 및 Oct-4에 대한 1차 항체(SantaCruz Biotechnology)로 면역블롯팅하였다. HIF-1α 억제제인 YC1(Mol cancer Ther 7(12): 2008)는 Sigma에서 구입하였다. α-튜뷸린(Calbiochem)은 내부 대조군으로 사용하였다. TINA 2.0(RayTest)를 이용하여 밴드의 세기를 정량화하고 α-튜뷸린의 세기로 표준화하였다.
Normal or hypoxic EBs were collected and lysed in Lysis buffer containing protease inhibitors (Roche). Total protein (10-30 μg) was immunoblotted with primary antibodies against HIF-1α (31) and Oct-4 (SantaCruz Biotechnology). HIF-1α inhibitor YC1 ( Mol cancer Ther 7 (12): 2008) was purchased from Sigma. α-tubulin (Calbiochem) was used as an internal control. Band intensities were quantified using TINA 2.0 (RayTest) and normalized to the intensity of α-tubulin.

루시퍼라제 분석Luciferase Analysis

rHRE로 추정되는 4 개의 부위를 가지는 Oct-4의 프로모터 부분을 포함하는 지놈 DNA의 일부서열을 지놈 PCR을 통하여 수득하고 인핸서가 없는 루시퍼라제 pGL3 프로모터 벡터(Promega)에 클로닝하였다. E14 세포를 2 x 105 세포/웰의 밀도로 플레이팅하고, 다양한 작동자 플라스미드(effector plasmid)의 조합으로 형질전환하였다. 형질전환 후에, Luciferase Assay System kit(Promega) 및 발광분석기(Turner Design)를 이용하여 루시퍼라제 분석을 수행하였다. 상대적인 루시퍼라제 활성은 <광도(light unit)/β-갈락토시다제 활성>으로 표준화하였다.
A partial sequence of the genome DNA containing the promoter portion of Oct-4 having four sites estimated to be rHRE was obtained by genome PCR and cloned into an enhancer-free luciferase pGL3 promoter vector (Promega). E14 cells were plated at a density of 2 × 10 5 cells / well and transformed with a combination of various effector plasmids. After transformation, luciferase analysis was performed using Luciferase Assay System kit (Promega) and Luminometer (Turner Design). Relative luciferase activity was normalized to light unit / β-galactosidase activity.

ChIP(Chromatin immunoprecipitation) 분석 Chromatin immunoprecipitation (ChIP) analysis

ChIP 분석 키트(Upstate)를 이용하여 제조자의 지침에 따라 ChIP(크로마틴 면역침강)을 수행하였다. DNA 절편에 대한 면역침강을 위하여 항-HIF-1α 항체(31)를 사용하였다. PCR 프라이머는 4개의 rHRE 추정부위를 포함하는 Oct-4 프로모터(-1303 ~ -286)를 증폭할 수 있도록 설계하였다.ChIP (Chromatin immunoprecipitation) was performed using the ChIP Assay Kit (Upstate) according to the manufacturer's instructions. Anti-HIF-1α antibody (31) was used for immunoprecipitation against DNA fragments. PCR primers were designed to amplify Oct-4 promoters (-1303 ~ -286) containing four rHRE estimation sites.

rHRE-1 (-1293 to -1288): 정방향, 5’- GTTCAGAGCATGGTGTAGGAGCA-3’; rHRE-1 (-1293 to -1288): forward, 5'-GTTCAGAGCATGGTGTAGGAGCA-3 ';

역방향, 5’- GACACTAAGGAGACGGGATTAGG-3’Reverse, 5’- GACACTAAGGAGACGGGATTAGG-3 ’

rHRE-2 (-1176 to -1172): 정방향, 5’- CAGAAAACCACTCTAGGGAAGTT-3’;rHRE-2 (-1176 to -1172): forward, 5'-CAGAAAACCACTCTAGGGAAGTT-3 ';

역방향, 5’- TCTCCACCTCTCCTCAAAGCAG-3’ Reverse, 5’- TCTCCACCTCTCCTCAAAGCAG-3 ’

rHRE-3 (-622 to -618): 정방향, 5’- CCTTAACTGTGAGGGGATGG-3’;rHRE-3 (-622 to -618): forward, 5'- CCTTAACTGTGAGGGGATGG-3 ';

역방향, 5’- CCAGAGTTTAGAGGCTCTACACC-3’ Reverse, 5’- CCAGAGTTTAGAGGCTCTACACC-3 ’

rHRE-4 (-290 to -286): 정방향, 5’- CTCCAGAGGATGGCTGAGTGGGC-3’;rHRE-4 (-290 to -286): forward, 5'-CTCCAGAGGATGGCTGAGTGGGC-3 ';

역방향, 5’- TCTGGACAGGACAACCCTTAGGACG-3’.
Reverse, 5′-TCTGGACAGGACAACCCTTAGGACG-3 ′.

FACSFACS (( FluorescenceFluorescence -- activatedactivated cellcell sortersorter ) 분석) analysis

E14 및 C57 세포들의 혈관 분화를 FACS 분석을 통하여 정량화하였다. 분화된 세포는 0.05% 트립신-EDTA로 탈락시켰다. 단일세포(최소 1x104개)를 FACS 튜브(BD Falcon)에 넣었으며 20분간 얼음 위에서 1% PFA로 고정하였다. VEGF 효과를 억제하기 위하여, 마우스 VEGF에 대한 중화항체를 사용하였다. FACS 분석을 위하여, 세포들을 항-PECAM(SantaCruz biotechnology), 항-VE-카드헤린(Santa Cruz Biotechnology) 또는 항-SMA(Abcam) 항체 및 항-마우스 Alexa 660 또는 항-래빗 Alexa 555 2차 항체(Molecular Probes)와 함께 배양하였다. BD CantoII를 이용하여 유세포 분석을 실시하였다.
Vascular differentiation of E14 and C57 cells was quantified via FACS analysis. Differentiated cells were eliminated with 0.05% trypsin-EDTA. Single cells (at least 1 × 10 4 ) were placed in FACS tubes (BD Falcon) and fixed with 1% PFA on ice for 20 minutes. In order to inhibit the VEGF effect, neutralizing antibodies against mouse VEGF were used. For FACS analysis, cells were treated with anti-PECAM (SantaCruz biotechnology), anti-VE-cadherin (Santa Cruz Biotechnology) or anti-SMA (Abcam) antibody and anti-mouse Alexa 660 or anti-rabbit Alexa 555 secondary antibody ( Incubated with Molecular Probes). Flow cytometry was performed using BD CantoII.

면역형광Immunofluorescence 염색 dyeing

하지 허혈 마우스의 조직을 분석하기 위하여 7일째의 내향근을 적출하고 PBS로 세척한 후 액체질소로 냉각시켰다. 급속 냉각한 조직 시료로부터 10mm 두께의 조직학적 단면을 제작하고, 4% PFA로 고정한 뒤 1% BSA로 블로킹하고 항-PECAM (BD Pharmingen) 또는 항-VE-카드헤린 항체(SantaCruz)과 함께 배양한 후 Alexa 488 또는 Alexa 647 이차항체(Molecular Probes)와 함께 배양하였다. 모세혈관 검출을 위하여 FITC-표지 BS-1-렉틴(Sigma) 염색을 수행하였다. 커버슬립 상의 EB 또는 분화된 세포는 4% PFA로 고정하고 블로킹 완충액(0.5% 고트 혈청, 0.1% 트리톤-x100 / 1% BSA-PBS)으로 블로킹한 후 항-피모니다졸 부가물(Hypoxyprobe™, Inc), 항-PECAM (BD Pharmingen) 또는 항-SMA 항체(Abcam)로 표지하고 나서 Alexa 488 또는 Alexa 555 이차항체로 표지하였다. 핵은 SytoxBlue (Molecular probe)로 염색하고 형광 마운팅 배지(DAKO)를 이용하여 마운팅하였다. 형광 현미경(Olympus IX71, Japan) 및 공초점 현미경(Carl Zeiss LSM710)을 이용하여 형광 이미지를 얻었다.
In order to analyze the tissue of the lower limb ischemic mouse, the endogenous muscle at 7 days was extracted, washed with PBS and cooled with liquid nitrogen. 10 mm thick histological sections were prepared from rapidly cooled tissue samples, fixed with 4% PFA, blocked with 1% BSA and incubated with anti-PECAM (BD Pharmingen) or anti-VE-cadherin antibody (SantaCruz). It was then incubated with Alexa 488 or Alexa 647 secondary antibody (Molecular Probes). FITC-labeled BS-1-lectin (Sigma) staining was performed for capillary detection. EB or differentiated cells on coverslips were fixed with 4% PFA and blocked with blocking buffer (0.5% goth serum, 0.1% Triton-x100 / 1% BSA-PBS) followed by anti-pimonidazole adduct (Hypoxyprobe ™, Inc), anti-PECAM (BD Pharmingen) or anti-SMA antibody (Abcam) followed by Alexa 488 or Alexa 555 secondary antibody. Nuclei were stained with SytoxBlue (Molecular probe) and mounted using fluorescent mounting medium (DAKO). Fluorescence images were obtained using a fluorescence microscope (Olympus IX71, Japan) and a confocal microscope (Carl Zeiss LSM710).

마우스 mouse 하지허혈Ischemia 모델 Model

모든 동물실험은 서울대학교병원 동물실험 윤리위원회 승인하에 진행되었다. 수컷 BALB/c-누드마우스(8 주령)를 마취하고 한쪽 대퇴동맥을 결찰 후 제거하였다. 이후 저산소 또는 정상산소의 EB(총 세포 수는 5 x 104/ 100 ul PBS)를 근육내 주사하였다. 분화하는 세포를 추적하기 위하여, 현적법을 통해 EB를 형성하기 전에, E14 EB를 2 μg/ml의 DiI(Molecular Probes Inc.)로 30분 간 표지하였다. EB의 내피세포로의 분화를 측정하기 위하여 이식 7일 후에 내향근을 적출하고 면역형광 염색을 위하여 4% PFA로 고정시켰다.
All animal experiments were conducted under the approval of the Animal Experiment Ethics Committee of Seoul National University Hospital. Male BALB / c-nude mice (8 weeks old) were anesthetized and one femoral artery was ligated and removed. Since the low-oxygen or oxygen-EB of the normal (the total number of cells 5 x 10 4/100 ul PBS ) were injected muscles. To track the differentiating cells, E14 EB was labeled with 2 μg / ml DiI (Molecular Probes Inc.) for 30 minutes before forming EB via suspension method. To determine the differentiation of EBs into endothelial cells, the endogenous muscle was extracted 7 days after transplantation and fixed with 4% PFA for immunofluorescence staining.

근육세포Muscle cells 분화의 측정 Measurement of differentiation

비트로에서 근육세포로의 분화를 측정하기 위하여, 2일간 저산소 또는 정상산소 배양기에서 배양한 EB를 플레이팅하여 DMEM/10% FBS가 있는 젤라틴-코팅 조직배양 24-웰 플레이트에서 성장시켰다. 하루 뒤에, 세포들을 근세포(myocyte) 분화용 배지[IMDM(Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium, Gibco), 15% 송아지 태아혈청(Lonza), 0.2mmol/L L-글루타민(Gibco), 0.1 mmol/L β-머캅토에탄올(Sigma), 0.1 mmol/L 비필수 아미노산(Gibco)]에 옮겼다. 재부착 4일 후에, 5ng TGF-b 및 5ng BMP2를 배양배지에 첨가하고, 14일까지 배양하였다. 이후, 근모세포(myoblast)의 마커 유전자인 커넥신-43(connexin-43) 또는 N-카드헤린에 대한 면역형광염색을 실시하였다.
Were grown in tissue culture coated 24-well plates - for in vitro measuring the differentiation of muscle cells at 2 days hypoxic or gelatin with a normal to the plated EB culture in an oxygen incubator DMEM / 10% FBS. One day later, cells were cultured for myocyte differentiation (IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's Medium, Gibco), 15% calf fetal serum (Lonza), 0.2 mmol / L L-glutamine (Gibco), 0.1 mmol / L β-mer). Captoethanol (Sigma), 0.1 mmol / L non-essential amino acid (Gibco)]. After 4 days of reattachment, 5ng TGF-b and 5ng BMP2 were added to the culture medium and incubated for up to 14 days. Thereafter, immunofluorescence staining was performed on connexin-43 or N-cadherin, a marker gene of myoblasts.

통계적 분석 Statistical analysis

실험결과는 평균±표준편차로 표현하였다. 각 그룹간의 차이는 비-대응 t-검정(unpaired t-test) 또는 일원 분산분석(analysis of variance, ANOVA) 후 본페로니 검정을 이용한 사후검증을 통하여 비교하였다. p 값이 0.05 이하인 경우 통계적인 유의성을 가지는 것으로 간주하였다. 모든 통계적 분석은 SPSS 17.0(SPSS Inc., Chicago, US)를 이용하여 수행하였다.
The experimental results are expressed as mean ± standard deviation. Differences between the groups were compared by unpaired t-test or analysis of variance (ANOVA), followed by post-test using Bonferroni's test. If the p value was less than 0.05, it was considered to have statistical significance. All statistical analyzes were performed using SPSS 17.0 (SPSS Inc., Chicago, US).

실험결과Experiment result

저산소Hypoxia 상태는  Status is mESCmESC -유래 -origin EBEB 의 분화 가속화를 유도한다To accelerate differentiation

본 발명자들은 저산소 상태가 EB라 불리우는 mESC-유래 세포 집합체의 배양 및 전사반응에 미치는 영향을 조사하였다. EB의 형성은 배아의 장배형성(gastrulation) 과정과의 유사성으로 인하여 배아줄기세포의 자발적 분화를 유도하기 위하여 통상적으로 이용되며(1), 배아줄기세포는 EB를 형성함으로써 다양한 형태의 세포로 분화될 수 있다. 본 발명자들은 우선 정상산소(21% O2) 상황에서의 자발적 분화기간 동안 EB 내에서 저산소 부위가 나타나는지를 조사하였다(도 1a 및 1b). EB는 현적방법(hanging drop method)을 통하여 3일간 배양시켜 형성하였으며, 저산소 부위는 피모니다졸 하이드로클로라이드(pimonidazole hydrochloride)를 이용하여 측정하였다. 저산소 마커인 피모니다졸 하이드로클로라이드는 저산소-활성화된 니트로 환원효소에 의하여 활성화된 중간체로 변환되며, 이 중간체는 저산소 부위의 세포 구성성분과 공유결합을 형성한다(23). We investigated the effects of hypoxia on the culture and transcription of mESC-derived cell aggregates called EBs. EB formation is commonly used to induce spontaneous differentiation of embryonic stem cells due to their similarity to the embryonic gastulation process (1). Embryonic stem cells can be differentiated into various types of cells by forming EBs. Can be. We first examined whether hypoxic sites appeared in EB during spontaneous differentiation in normal oxygen (21% O 2 ) conditions (FIGS. 1A and 1B). EB was formed by incubation for 3 days through the hanging drop method, and hypoxic sites were measured using pimonidazole hydrochloride. The hypoxic marker pimonidazole hydrochloride is converted into an intermediate activated by a hypoxic-activated nitro reductase, which forms a covalent bond with the cellular components of the hypoxic site (23).

3일간 EB를 형성시킨 후 2일간 저산소 상태(1% O2)에서 배양한 EB (전체 EB 배양기간, 5일)는 피모니다졸 하이드로클로라이드 부가물에 대해 강한 염색결과를 보였으나(도 1b) 정상 산소상태(21% O2)에서 5일간 배양한 EB는 염색되지 않았다. 흥미로운 점은, 정상산소 상태 하에서 배양된 EB 내에서도 피모니다졸 하이드로클로라이드 부가물에 대한 양성 면역반응이 7일 이후에 약하게 검출되었고, 10일째에 현저히 검출됨으로써(도 1b), 저산소 환경이 EB 구체(배상체) 내에서 자연스럽게 나타날 수 있다는 본 발명자들의 가설을 뒷받침해주었다.After 3 days of EB formation, EB (full EB incubation period, 5 days) incubated in hypoxic condition (1% O 2 ) for 2 days showed strong staining results for the pimonidazole hydrochloride adduct (FIG. 1B). EBs cultured for 5 days in normal oxygen (21% O 2 ) were not stained. Interestingly, even in EB cultured under normal oxygen conditions, positive immune responses to pimonidazole hydrochloride adducts were weakly detected after 7 days and markedly detected on day 10 (FIG. 1B), so that the hypoxic environment was reduced to EB spheres (FIG. 1B). It supported the hypothesis of the present inventors that they can appear naturally in the embryonic body).

본 발명자들은 낮은 산소농도 환경에서의 EB 배양이 특정 조직으로으 분화에 영향을 미치는지 여부를 조사하기 위하여, EB를 3일동안 1% 산소 환경에 노출시키고(전체 EB 배양기간, 6일) 각각의 정해진 시점에 수집하여 전분화능 및 분화의 마커가 되는 유전자의 발현을 모니터링하였다(도 2a). 저산소 노출 2일째에, 우선적으로 저산소에 대한 반응으로 전사가 조절되는 주요 하부인자 중 하나인 VEGF의 발현을 조사하였다(24)(도 2b). VEGF mRNA는 정상산소 대조군과 비교하여 크게 증가하였으며, 이는 EB가 저산소 자극에 민감하게 반응함을 보여준다. 흥미롭게도, 미분화 상태 유지의 마커인 Oct4 및 Nanog 유전자의 발현은 저산소 EB에서 유의하게 감소하였다. 이후 각각의 배엽에 대한 분화 마커 유전자를 모니터링하였다: 외배엽(Ncam, Nestin), 중배엽(SMA, Desmin) 및 내배엽(Troma-1). Ncam 및 Nestin의 발현수준은 매우 낮았으며, 저산소 노출로 인해 변하지 않았다. SMA, Desmin 및Troma-1은 큰 변화를 보였으며 발현량이 정상산소 EB에 비하여 각각 7.8, 2.6 및 2.4배가 증가하였다(도 2b). 이러한 결과는 저산소가 분화를 촉진시키며, 특히 SMA, Desmin 및 Troma-1를 포함하는 마커들을 발현하는 중배엽-내배엽 세포로 유도한다는 사실을 말해준다.In order to investigate whether EB culture in low oxygen environment affects differentiation into specific tissues, we exposed EB to 1% oxygen environment for 3 days (total EB culture period, 6 days) Collected at defined time points were monitored for expression of genes that are markers of pluripotency and differentiation (FIG. 2A). On day 2 of hypoxic exposure, the expression of VEGF, which is one of the major subfactors whose transcription is primarily regulated in response to hypoxia, was examined (24) (FIG. 2B). VEGF mRNA was significantly increased compared to the normal oxygen control group, indicating that EB is sensitive to hypoxic stimulation. Interestingly, expression of Oct4 and Nanog genes, markers of undifferentiated state maintenance, was significantly reduced in hypoxic EB. Differentiation marker genes were then monitored for each germ layer: ectoderm (Ncam, Nestin), mesoderm (SMA, Desmin) and endoderm (Troma-1). The expression levels of Ncam and Nestin were very low and did not change due to hypoxic exposure. SMA, Desmin, and Troma-1 showed large changes, and the expression levels were 7.8, 2.6, and 2.4 times higher than those of normal oxygen EB (FIG. 2B). These results indicate that hypoxia promotes differentiation and in particular leads to mesoderm-endodermal cells expressing markers including SMA, Desmin and Troma-1.

본 발명자들은 Annexin V-PE를 이용하여 아폽토시스를 일으킨 세포수를 측정함으로써 저산소에 노출된 EB에서 세포사멸(apoptosis)이 일어나는지를 조사하였다. EB를 3일 동안 저산소 상태에 노출시켰을때 측정 가능한 세포사멸이 일어나지 않음을 Annexin V 면역형광 염색 및 FACS 분석을 통하여 확인하였다. 도 2b에서 보는 바와 같이 분화의 처음 며칠동안의 저산소 노출이 중배엽-내배엽으로의 분화가 증가하는 결과로 나타났기 때문에, 본 발명자들은 중배엽계 중에서 혈관 분화(내피세포 및 평활근 세포)에 관심을 가져 혈관분화 마커 유전자들의 발현을 조사하였다(도 2c). 저산소 반응 유전자인 VEGF는 각각의 정해진 시점에서 정상산소 산태에 비하여 과발현되었다(도 2c). 분화기간 동안 Oct4 mRNA는 크게 감소하였으며, 저산소 상태에서의 발현량은 정상산소에 비하여 보다 유의한 감소를 보였다. 혈관 유전자(VEGFR2, PECAM, SMA, VE-cadherin mRNA)의 발현량은 정상산소 EB의 분화단계에서 유사하게 증가하였으며, 정상산소 EB에서보다 저산소 EB에서 더 높았다(도 2c). 이러한 결과는 EB가 저산소에 노출됨으로써(즉,“EB의 저산소 프라이밍”) 줄기세포의 혈관계로의 분화가 증가하였음을 보여준다.
We investigated whether apoptosis occurs in EB exposed to hypoxia by measuring the number of cells that caused apoptosis using Annexin V-PE. It was confirmed by Annexin V immunofluorescence staining and FACS analysis that measurable apoptosis did not occur when EB was exposed to hypoxia for 3 days. As shown in FIG. 2B, since the hypoxic exposure during the first few days of differentiation resulted in increased differentiation to mesoderm-endoderm, the inventors are interested in vascular differentiation (endothelial and smooth muscle cells) in the mesoderm system, resulting in vascular differentiation. Expression of marker genes was examined (FIG. 2C). VEGF, a hypoxic response gene, was overexpressed compared to normal oxygen postnatal at each defined time point (FIG. 2C). Oct4 mRNA was significantly decreased during the differentiation period, and the expression level in the hypoxic state was more significantly decreased than the normal oxygen. The expression levels of vascular genes (VEGFR2, PECAM, SMA, VE-cadherin mRNA) were similarly increased in the differentiation stage of normal oxygen EB, and higher in hypoxic EB than in normal oxygen EB (FIG. 2C). These results show that stem cell differentiation into the vasculature increased due to exposure of EB to hypoxia (ie, "hypoxic priming of EB").

HIFHIF -1α는 -1α is Oct4Oct4 프로모터의  Promoter rHREsrHREs 에 결합함으로써 By binding to Oct4Oct4 전사를 감소시킨다 Reduces Warrior

본 발명자들의 새로운 발견 중의 하나는 EB 분화가 저산소 배양 과정에서 촉진된다는 것이다. 저산소 상태에 의한 EB 분화촉진의 메카니즘을 분석하기 위하여, 본 발명자들은 저산소가 Oct4 발현에 미치는 직접적인 영향을 조사하였다. Oct4는 줄기세포의 자가 재생능력 및 전분화능을 유지시켜주는 필수 조절인자로 알려져 있다(25). Oct4 mRNA 전사체의 수준(도 2) 및 이의 단백질 수준은 저산소 상태에서 극적으로 감소하였다(도 3a). 반면, HIF-1α 단백질은 저산소 상태에서 크게 증가함으로써(도 3a) Oct4의 전사 억제에 HIF-1α가 관여할 것이라는 가능성을 뒷받침하였다.One of the new findings of the inventors is that EB differentiation is promoted during the hypoxic culture process. In order to analyze the mechanism of EB differentiation by hypoxia, we investigated the direct effect of hypoxia on Oct4 expression. Oct4 is known to be an essential regulator of maintaining stem cell self-renewal capacity and pluripotency (25). Levels of Oct4 mRNA transcripts (FIG. 2) and their protein levels decreased dramatically in hypoxic states (FIG. 3A). In contrast, the HIF-1α protein increased significantly in the hypoxic state (FIG. 3A), supporting the possibility that HIF-1α would be involved in the inhibition of transcription of Oct4.

본 발명자들은 이후 HIF-1α가 Oct4 전사를 조절하는 기작을 조사하였다. HIF-1는 저산소 및 허혈에 반응하는 몇몇 유전자의 전사를 활성화시키는 주요 전사인자이다. 이러한 유전자는 VEGF 및 EPO(erythropoietin)를 포함하며, HIF-1는 이들 유전자의 프로모터 내의 보존적인 HRE(hypoxia-responsive element)에 결합함으로써 전사를 활성화시킨다(7, 26-27). We then investigated the mechanism by which HIF-1α regulates Oct4 transcription. HIF-1 is a major transcription factor that activates the transcription of several genes in response to hypoxia and ischemia. These genes include VEGF and erythropoietin (EPO), and HIF-1 activates transcription by binding to conservative hypoxia-responsive elements (HREs) in the promoters of these genes (7, 26-27).

흥미롭게도, 마우스 Oct4 프로모터(30)는 rHRE로 작용할 가능성이 있는 서열 4개를 포함하고 있다(도 3b). HIF-1가 결합하는 보존적인 HRE 서열은 5’-ACGT(G/C)-3’이고(26, 27), 따라서 이에 대응하는 rHRE는 5’-TGCA(C/G)-3’(도 3b)이다.Interestingly, mouse Oct4 promoter 30 contains four sequences that are likely to act as rHRE (FIG. 3B). The conservative HRE sequence to which HIF-1 binds is 5'-ACGT (G / C) -3 '(26, 27) and thus the corresponding rHRE is 5'-TGCA (C / G) -3' (Fig. 3b).

본 발명자들은 프로모터 루시퍼라제 분석을 수행하여 4개의 rHREs(Oct4-rHREs)를 포함하는 Oct4 프로모터의 전사활성에 대해 HIF-1α가 미치는 영향을 조사하였다(도 3c 및 3d). 저산소 상태는 Oct4-rHRE가 형질도입된 E14 세포에서 리포터 유전자 활성을 유의하게 감소시켰다. HIF-1α/1b 벡터로 공-형질전환시킨 경우에도 저산소와 정상산소 상태 모두 루시퍼라제 활성을 감소시킴으로써(도 3c), HIF-1α가 rHRE에 결합함으로써 Oct4 프로모터 활성 억제에 관여한다는 사실을 뒷받침하였다. EPO 전사는 HIF-1에 의하여 증가한다고 알려졌기 때문에(24), HREs (EPO-HREs)를 포함하는 EPO 리포터 벡터를 이용한 동일한 실험을 수행하였다. HIF-1α/1b로 공-형질전환된 세포에서 EPO-HRE 리포터 유전자 활성은 유의하게 증가하였다(도 3d). 따라서, HIF-1는 EPO-HRE에 결합함으로써 EPO 프로모터 활성을 강화하는 한편, Oct4-rHRE에 결합함으로써 Oct4 프로모터 활성을 감소시키는 것으로 보인다(도 3e). 이러한 결과를 통하여, 본 발명자들은 Oct4 프로모터의 rHRE로 추정되는 4개의 부위에 대한 HIF-1α의 결합을 조사하기 위하여 ChIP 분석을 실시하였다(도 3f). 본 발명자들은 각각의 잠재적인 rHREs(rHRE1-rHRE4)를 검출하기 위하여 특정 프라이머를 사용하였다(도 3b). E14 및 C57 줄기세포에서, 4개의 잠재적인 rHRE 중 3개의 rHRE가 HIF-1α의 결합부위로 작용하였으나 두번째 rHRE 부위(rHRE2)에 대한 HIF-1α의 결합은 관찰되지 않았다(도 3g). 이러한 결과로 저산소 상태 하에서 Oct4 프로모터와 HIF-1α 간의 직접적인 결합을 통해 Oct4의 전사가 억제됨을 다시 확인하였다.
We performed a promoter luciferase assay to investigate the effect of HIF-1α on the transcriptional activity of Oct4 promoter including four rHREs (Oct4-rHREs) (FIGS. 3C and 3D). Hypoxia significantly reduced reporter gene activity in E14 cells transduced with Oct4-rHRE. Co-transformation with HIF-1α / 1b vector also supported the fact that both hypoxic and normal oxygen states reduced luciferase activity (FIG. 3C) and that HIF-1α was involved in inhibition of Oct4 promoter activity by binding to rHRE. . Since EPO transcription was known to be increased by HIF-1 (24), the same experiment was performed with an EPO reporter vector containing HREs (EPO-HREs). EPO-HRE reporter gene activity was significantly increased in cells co-transformed with HIF-1α / 1b (FIG. 3D). Thus, HIF-1 appears to enhance EPO promoter activity by binding to EPO-HRE, while reducing Oct4 promoter activity by binding to Oct4-rHRE (FIG. 3E). Through these results, the inventors performed a ChIP analysis to investigate the binding of HIF-1α to four sites estimated as rHRE of Oct4 promoter (FIG. 3F). We used specific primers to detect each potential rHREs (rHRE1-rHRE4) (FIG. 3B). In E14 and C57 stem cells, three of the four potential rHREs acted as binding sites for HIF-1α but no binding of HIF-1α to the second rHRE site (rHRE2) was observed (FIG. 3G). As a result, it was again confirmed that Oct4 transcription was inhibited through direct binding between the Oct4 promoter and HIF-1α under hypoxia.

EBEB of 저산소Hypoxia 프라이밍은Priming is 효율적으로 혈관계로 분화시킨다.  Efficiently differentiate into the vascular system.

EB의 저산소 프라이밍은 분화 및 혈관계 마커 유전자의 발현을 증가시키기 때문에, 본 발명자들은 저산소 프라이밍된 EB의 내피 및 평활근 세포로의 분화 잠재력을 측정하였다. EB를 정상산소 또는 저산소 상태에서 각각 2일간 배양하고, 0.3% 젤라틴-코팅된 24-웰 플레이트에 부착시켰다. 다음날, 세포들의 배양액을 혈관 분화를 위한 배양액으로 교체해주고 14일간 배양하였다(도 4a). 젤라틴-코팅 플레이트에 부착된 후, EB는 플레이팅 후 24시간동안 펼쳐졌다. 재부착된 EB의 주변에 퍼진 세포들은 분화된 세포의 모습을 보여주었다. 특히, 저산소 프라이밍된 EB(HyEB)는 더 많이 퍼져있으며, 이는 분화가 더욱 가속화 되어 있음을 의미 한다(도 4b). 본 발명자들은 HyEB의 혈관(내피세포 및 평활근세포) 분화 잠재력을 재부착 3일 후의 PECAM, VE-카드헤린 및 SMA에 대한 FACS 분석을 통하여 측정하였다. HyEB에서는 혈관내피세포마커인 PECAM 또는 VE-카드헤린으로 표지되는 세포들이 정상산소-EB에 비하여 유의하게 증가하였다. Because hypoxic priming of EB increases differentiation and expression of vascular marker genes, we measured the differentiation potential of hypoxic primed EB into endothelial and smooth muscle cells. EBs were incubated for 2 days in normal or hypoxic state respectively and attached to 0.3% gelatin-coated 24-well plates. The next day, the culture of cells was replaced with a culture for vascular differentiation and cultured for 14 days (FIG. 4A). After attaching to the gelatin-coated plate, the EB unfolded for 24 hours after plating. The cells spread around the reattached EB showed the appearance of differentiated cells. In particular, hypoxic primed EB (HyEB) is more prevalent, meaning that differentiation is accelerated (FIG. 4B). We measured HyEB's vascular (endothelial and smooth muscle cell) differentiation potential through FACS analysis on PECAM, VE-cadherin and SMA 3 days after reattachment. In HyEB, cells marked with PECAM or VE-cadherin, which are vascular endothelial cell markers, increased significantly compared to normal oxygen-EB.

평활근 마커인 SMA의 비율은 정상산소군과 저산소군 모두에서 유사하거나 유의한 차이를 보이지 않았다. 본 발명자들은 항-PECAM 및 항-SMA 항체를 이용한 염색을 통하여 혈관계로의 분화 잠재력을 확인하였다(도 4c 및 4d). 재흡착 3일 후 HyEB에서 PECAM은 매우 약하게 염색된 반면, 정상산소상태의 EB(NorEB)에서는 검출되지 않았다. 시간이 경과하면서, PECAM 염색(붉은색)은 재부착 7일 후에 HyEB에서 매우 강해졌으며 안정된 접합구조를 보여주었다(도 4c). 흥미롭게도, PECAM+ 염색은 위치에 따라 다르게 나타났다. 군집의 중심에서, PECAM+ 세포는 모여져 있었으며 작은 핵을 가지고 벌집형태를 보였다(도 4c;HyEB). 군집군락 주변부로 펼쳐진 부위에 있는 PECAM+ 세포의 핵은 군집 중심의 세포의 핵보다 컸으며, PECAM+ 세포는 관 구조(HyEB-a) 및 관 가지(tubular branching, HyEB-b)를 형성함으로써 HyEBs가 효율적으로 내피세포로 분화함을 보여주었다. 반대로, NorEB의 군집 중심에서 PECAM+ 세포는 거의 검출되지 않았으며, 군집 주변부(outgrowth)에 매우 약하게 염색되었다. 그러나, 이는 점 형태의 염색이고 접합 형태(도 4c NorEB)가 아니며, 이는 완전히 분화된 내피세포가 아님을 의미한다. SMA 및 VE-카드헤린 면역형광은 NorEB 및 HyEB 모두에서 재부착 7일 후에는 검출되지 않았고, 재부착 14일 후에는 강력한 PECAM+ 염색이 HyEB의 군집 중심에 나타났다(도 4d). 군집 주변부의 PECAM 염색은 중심에 비하여 약했다. SMA+ 세포는 HyEB의 군집 주변부에서 높게 검출되었다(도 4d). VE-카드헤린 역시 14일 째에 HyEB의 군집 주변부에서 높게 나타났다. 혈관원시세포의 성격을 가지고 있는 PECAM+-세포는 EB의 군집부위에 위치하며, 이들이 혈관세포 (SMA+, VE-cadherin+)로 분화하면서 군집 주변부로 방사상으로 이동함을 알 수 있는 결과이다. 이들 데이터로부터, 본 발명자들은 저산소 프라이밍된 EB가 보다 효율적으로 혈관계로 분화한다는 사실을 추론하였다.
The ratio of SMA, a smooth muscle marker, did not show similar or significant differences in both normal and hypoxic groups. We confirmed the differentiation potential into the vascular system through staining with anti-PECAM and anti-SMA antibodies (FIGS. 4C and 4D). After 3 days of resorption, PECAM was stained very weakly in HyEB, while it was not detected in normal oxygen EB (NorEB). Over time, PECAM staining (red) became very strong in HyEB after 7 days of reattachment and showed a stable junction structure (FIG. 4C). Interestingly, PECAM + staining appeared to vary by location. At the center of the colony, PECAM + cells were clustered and showed a honeycomb with a small nucleus (FIG. 4C; HyEB). The nuclei of PECAM + cells in the swollen periphery of the colonies were larger than the nuclei of cells in the center of the colony, and PECAM + cells formed HyEBs by forming tubular structures (HyEB-a) and tubular branching (HyEB-b). Showed efficient differentiation into endothelial cells. In contrast, little PECAM + cells were detected at the colony center of NorEB and stained very weakly at the colony outgrowth. However, this is a stain in the form of dots and not a conjugated form (FIG. 4C NorEB), which means that they are not fully differentiated endothelial cells. SMA and VE-cadherin immunofluorescence were not detected after 7 days of reattachment in both NorEB and HyEB, and after 14 days of reattachment, strong PECAM + staining appeared in the cluster center of HyEB (FIG. 4D). PECAM staining around the colony was weak compared to the center. SMA + cells were detected high around the cluster periphery of HyEB (FIG. 4D). VE-cadherin was also high around the colony of HyEB on day 14. PECAM + -cells, which have the characteristics of vascular primitive cells, are located in the colony of EB, and they are found to move radially around the colony as they differentiate into vascular cells (SMA + , VE-cadherin + ). From these data, we deduced that hypoxic primed EB differentiated into the vasculature more efficiently.

HIFHIF -1 매개 -1 parameters VEGFVEGF The 저산소Hypoxia 프라이밍된Primed EBEB 의 혈관계 분화에 중요하다Important for vascular system differentiation

EB의 저산소 프라이밍은 혈관계 분화를 증가시키기 때문에, HIF-1α가 혈관계 마커의 유전자 발현에 관여하는지를 보다 심도있게 조사하였다(도 5). 본 발명자들은 저산소 상태 하에서 EB에 HIF-1 블로커인 YC1를 처리하였다(31). YC1을 처리하지 않고 저산소에서 배양한 EB에서 HIF-1α의 단백질 수준은 증가하였으나, YC1를 처리한 EB에서는 용량 의존적인 감소를 보였다(도 5a). HIF-1 반응성 유전자인 VEGF의 mRNA 발현은 YC1을 처리한 세포에서 용량 의존적인 감소를 보였다(도 5b). 흥미롭게도, 혈관계 유전자(PECAM, VEGFR2, VE-카드헤린)의 발현 역시 YC1에 대해 용량 의존적으로 감소하였다(도 5b). 이러한 관찰은 HIF-1이 비트로에서 혈관 분화에 중요한 역할을 담당함을 말해준다. Since hypoxic priming of EB increases vascular differentiation, it was further investigated whether HIF-1α is involved in gene expression of vascular markers (FIG. 5). We treated EB with HIF-1 blocker YC1 under hypoxic conditions (31). Protein levels of HIF-1α were increased in EBs cultured in hypoxia without YC1 treatment, but dose-dependent decrease was observed in EBs treated with YC1 (FIG. 5A). MRNA expression of VEGF, a HIF-1 reactive gene, showed a dose dependent decrease in cells treated with YC1 (FIG. 5B). Interestingly, expression of vascular genes (PECAM, VEGFR2, VE-cadherin) was also dose dependently reduced for YC1 (FIG. 5B). This observation suggests that an important role in vascular differentiation of the HIF-1 bits.

특히, VEGF는 잘 알려진 내피성장 및 분화요소이기 때문에(32), 본 발명자들은 E14 및 C57 줄기세포 모두에서 내피세포 분화에서의 VEGF의 역할에 초점을 맞추었다(도 6). 줄기세포에서 내피세포로의 분화를 유도하기 위하여, 외인성 VEGF를 첨가하는 방법이 종종 사용된다(33-34). 본 발명자들은 저산소-프라이밍된 EB가 외인성 VEGF의 첨가가 없이도 내피분화를 가속화시키며(도 6 및 도 8), VEGF는 저산소 프라이밍된 EB에서 크게 증가한다는 사실을 발견하였다(도 2 및 도 5). 저산소 프라이밍된 EB에서 VEGF 효과를 억제하기 위하여, 마우스 VEGF에 대한 중화항체를 세포 배양액에 첨가하였다(도 6b-6d). 저산소 프라이밍된 EB에서 내피 마커인 PECAM 또는 VE-카드헤린의 발현은 Nor-EB에 비하여 크게 증가하였다. 이에 반하여, VEGF에 대한 중화항체를 첨가하자 내피세포의 수가 감소함으로써(Hy+nVEGF)(도 6b-6d), 저산소 상태가 EB로부터 VEGF가 생성되도록 유도하고, 결국 타가분비 및/또는 자가분비의 형태로 내피분화를 활성화시킨다는 사실을 보여준다.
In particular, because VEGF is a well known endothelial growth and differentiation factor (32), we focused on the role of VEGF in endothelial cell differentiation in both E14 and C57 stem cells (Figure 6). To induce differentiation from stem cells to endothelial cells, methods of adding exogenous VEGF are often used (33-34). We found that low oxygen-primed EB accelerated endothelial differentiation without the addition of exogenous VEGF (FIGS. 6 and 8), and VEGF increased significantly in hypoxic primed EB (FIGS. 2 and 5). In order to suppress the VEGF effect on hypoxic primed EB, neutralizing antibodies against mouse VEGF were added to the cell culture (FIGS. 6B-6D). The expression of endothelial markers PECAM or VE-cadherin in hypoxic primed EB was significantly increased compared to Nor-EB. In contrast, the addition of neutralizing antibodies to VEGF reduced the number of endothelial cells (Hy + nVEGF) (FIGS. 6B-6D), resulting in hypoxic conditions leading to the production of VEGF from EB, which in turn resulted in Form activates endothelial differentiation.

EBEB of 저산소Hypoxia 프라이밍은Priming is 인비보에서In Inbo 내피세포로의 분화를 증가시킨다 Increases differentiation into endothelial cells

다음으로, 본 발명자들은 저산소 프라이밍된 EB가 허혈로 손상된 조직에서 혈관분화를 수행하는지 여부를 조사하기 위하여(도 7), BALB/c-누드 마우스 하지허혈 모델에 mEB를 이식하였다(도 7a). BALB/c-누드 마우스의 대퇴부 동맥을 제거한 뒤, NorEB 또는 HyEB를 내전근(adductor muscle)에 주사하였다. DiI-표지된 EB로부터 분화된 세포는 붉은 DiI-형광을 보여 추적 및 정량이 용이하였다. Next, we implanted mEB into BALB / c-nude mouse lower limb ischemia model to investigate whether hypoxic primed EBs perform vascular differentiation in ischemia damaged tissues (FIG. 7). After removing the femoral artery of BALB / c-nude mice, NorEB or HyEB was injected into the adductor muscle. Cells differentiated from DiI-labeled EB showed red DiI-fluorescence for easy tracking and quantification.

NorEB-주사 군은 점진적인 하지 손상을 보인 반면, HyEB-주사 군의 허혈성 하지는 비교적 양호한 상태를 유지하였다(도 7b 및 7c). 흥미롭게도, 조직학적인 분석에 있어서 본 발명자들은 마우스의 하지에 주입한 HyEB의 생착률이 NorEB보다 높으며, HyEB로부터 유래된 많은 모세혈관(PECAM+/ DiI+) 구조를 관찰하였다. 도 7d에서 보는 바와 같이, PECAM으로 염색된 모세혈관(PECAM+)들은 골격 근육세포(skeletal myocytes)들 사이에 위치하고 있다(밝은 상). 특히, HyEB-주사 군의 허혈성 하지조직에서, 주입한 배상체로부터 분화한 모세혈관 (PECAM+/ DiI+)이 골격 근육세포들 사이에서도 관찰되었으며, 이는 기존 조직과 잘 융합하고 있음을 의미한다. NorEB-군에 비하여 수도 훨씬 많았다(도 7e). 나아가, 본 발명자들은 NorEB-주사 군의 하지에서 덩어리가 형성되어 있고, 간 조직에서 전이된 덩어리를 발견하였지만, HyEB-주사 군에서는 어떠한 덩어리도 없었다. 이는 저산소-프라이밍된 EB가 정상산소의 EB에 비하여 분화단계가 더 진행되어 있음을 말해준다. VE-카드헤린(흰색) 및 또 다른 내피마커인 BS1-렉틴(녹색)으로 염색된 모세혈관도 역시 DiI-면역형광(붉은색)으로 나타남으로써(도 9), 이식된 EB가 인 비보에서 혈관형성 분화를 수행하며, 저산소 프라이밍된 EB는 장상산소 EB보다 효율적으로 혈관으로 분화함을 보여준다.
The NorEB-injected group showed progressive lower limb injury, while the ischemic lower extremity of the HyEB-injected group remained relatively good (FIGS. 7B and 7C). Interestingly, in histological analysis, the inventors observed that the engraftment rate of HyEB injected into the lower extremities of mice was higher than NorEB, and many capillary (PECAM + / DiI + ) structures derived from HyEB were observed. As shown in FIG. 7D, capillaries (PECAM + ) stained with PECAM are located between skeletal myocytes (bright image). In particular, in the ischemic lower limb tissue of the HyEB-injected group, capillaries (PECAM + / DiI + ) differentiated from injected embryos It has also been observed among skeletal muscle cells, indicating that it is well fused with existing tissues. The number was much higher than the NorEB-group (FIG. 7E). Furthermore, we found clumps formed in the lower extremities of the NorEB-injected group and metastasized in liver tissue, but no clumps in the HyEB-injected group. This suggests that the hypoxic-primed EB has a more advanced stage than the normal oxygen EB. Capillaries stained with VE-cadherin (white) and another endothelial marker, BS1-lectin (green), also appear as DiI-immunofluorescence (red) (FIG. 9), so that the implanted EB is a blood vessel in vivo . Formation differentiation is performed, showing that hypoxic primed EBs differentiate into blood vessels more efficiently than enteric oxygen EBs.

EBEB of 저산소Hypoxia 프라이밍은Priming is 근세포의Myocyte 분화를 증가시킨다 Increases eruption

EB를 저산소 프라이밍한 후 근육분화용 배지에 옮기고 재부착 후 14일째에 Connexin-43(Cx43) 및 N-카드헤린(N-cad)에 대한 면역형광 염색을 실시하였다. Cx43 및 N-cad는 저산소 프라이밍된 EB에서 매우 강했다(도 11). 또한, 저산소 프라이밍된 EB를 세포배양 플레이트에 부착시킨 후, 근세포 배양배지 조건에서 배양하면서 박동하는 세포군집(beating foci)과 그 수를 관찰하였다. EB가 근세포 배양배지 조건에서 심장세포로 분화할 수 있으며, 이때 박동하는 세포군집이 나타나게 되는데, 이러한 beating foci가 저산소 프라이밍된 EB에서 더욱 빨리 나타나며, 그 수 또한 현저하게 많음을 알 수 있었다(도 12). 따라서, EB의 저산소-프라이밍은 근육세포로의 효율적인 분화도 유도하는 것을 확인하였다.
EB was hypoxic primed, transferred to muscle differentiation medium, and immunofluorescence staining was performed on Connexin-43 (Cx43) and N-cadherin (N-cad) 14 days after reattachment. Cx43 and N-cad were very strong in hypoxic primed EB (FIG. 11). In addition, after attaching the hypoxic primed EB to the cell culture plate, the number of beating foci (beating foci) and the number of cells was observed while culturing in the myocyte culture medium conditions. EB can differentiate into cardiac cells under myocyte culture medium, and the pulsating cell population appears, and this beating foci appears faster in hypoxic primed EB, and the number was also significantly higher (FIG. 12). ). Therefore, it was confirmed that hypoxic-priming of EB also induces efficient differentiation into muscle cells.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.

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Lys Cys Thr Leu Thr 165 170 175 Ser Arg Gly Arg Thr Met Asn Ile Lys Ser Ala Thr Trp Lys Val Leu 180 185 190 His Cys Thr Gly His Ile His Val Tyr Asp Thr Asn Ser Asn Gln Pro 195 200 205 Gln Cys Gly Tyr Lys Lys Pro Pro Met Thr Cys Leu Val Leu Ile Cys 210 215 220 Glu Pro Ile Pro His Pro Ser Asn Ile Glu Ile Pro Leu Asp Ser Lys 225 230 235 240 Thr Phe Leu Ser Arg His Ser Leu Asp Met Lys Phe Ser Tyr Cys Asp 245 250 255 Glu Arg Ile Thr Glu Leu Met Gly Tyr Glu Pro Glu Glu Leu Leu Gly 260 265 270 Arg Ser Ile Tyr Glu Tyr Tyr His Ala Leu Asp Ser Asp His Leu Thr 275 280 285 Lys Thr His His Asp Met Phe Thr Lys Gly Gln Val Thr Thr Gly Gln 290 295 300 Tyr Arg Met Leu Ala Lys Arg Gly Gly Tyr Val Trp Val Glu Thr Gln 305 310 315 320 Ala Thr Val Ile Tyr Asn Thr Lys Asn Ser Gln Pro Gln Cys Ile Val 325 330 335 Cys Val Asn Tyr Val Val Ser Gly Ile Ile Gln His Asp Leu Ile Phe 340 345 350 Ser Leu Gln Gln Thr Glu Cys Val Leu Lys Pro Val Glu Ser Ser Asp 355 360 365 Met Lys Met Thr Gln Leu Phe Thr Lys Val Glu Ser 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Ser Pro Glu Ser 580 585 590 Ala Ser Pro Gln Ser Thr Val Thr Val Phe Gln Gln Thr Gln Ile Gln 595 600 605 Glu Pro Thr Ala Asn Ala Thr Thr Thr Thr Ala Thr Thr Asp Glu Leu 610 615 620 Lys Thr Val Thr Lys Asp Arg Met Glu Asp Ile Lys Ile Leu Ile Ala 625 630 635 640 Ser Pro Ser Pro Thr His Ile His Lys Glu Thr Thr Ser Ala Thr Ser 645 650 655 Ser Pro Tyr Arg Asp Thr Gln Ser Arg Thr Ala Ser Pro Asn Arg Ala 660 665 670 Gly Lys Gly Val Ile Glu Gln Thr Glu Lys Ser His Pro Arg Ser Pro 675 680 685 Asn Val Leu Ser Val Ala Leu Ser Gln Arg Thr Thr Val Pro Glu Glu 690 695 700 Glu Leu Asn Pro Lys Ile Leu Ala Leu Gln Asn Ala Gln Arg Lys Arg 705 710 715 720 Lys Met Glu His Asp Gly Ser Leu Phe Gln Ala Val Gly Ile Gly Thr 725 730 735 Leu Leu Gln Gln Pro Asp Asp His Ala Ala Thr Thr Ser Leu Ser Trp 740 745 750 Lys Arg Val Lys Gly Cys Lys Ser Ser Glu Gln Asn Gly Met Glu Gln 755 760 765 Lys Thr Ile Ile Leu Ile Pro Ser Asp Leu Ala Cys Arg Leu Leu Gly 770 775 780 Gln Ser Met Asp Glu Ser Gly Leu Pro Gln Leu Thr Ser Tyr Asp Cys 785 790 795 800 Glu Val Asn Ala Pro Ile Gln Gly Ser Arg Asn Leu Leu Gln Gly Glu 805 810 815 Glu Leu Leu Arg Ala Leu Asp Gln Val Asn 820 825 <210> 2 <211> 2481 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 2 atggagggcg ccggcggcgc gaacgacaag aaaaagataa gttctgaacg tcgaaaagaa 60 aagtctcgag atgcagccag atctcggcga agtaaagaat ctgaagtttt ttatgagctt 120 gctcatcagt tgccacttcc acataatgtg agttcgcatc ttgataaggc ctctgtgatg 180 aggcttacca tcagctattt gcgtgtgagg aaacttctgg atgctggtga tttggatatt 240 gaagatgaca tgaaagcaca gatgaattgc ttttatttga aagccttgga tggttttgtt 300 atggttctca cagatgatgg tgacatgatt tacatttctg ataatgtgaa caaatacatg 360 ggattaactc agtttgaact aactggacac agtgtgtttg attttactca tccatgtgac 420 catgaggaaa tgagagaaat gcttacacac agaaatggcc ttgtgaaaaa gggtaaagaa 480 caaaacacac agcgaagctt ttttctcaga atgaagtgta ccctaactag ccgaggaaga 540 actatgaaca taaagtctgc aacatggaag gtattgcact gcacaggcca cattcacgta 600 tatgatacca acagtaacca acctcagtgt gggtataaga aaccacctat gacctgcttg 660 gtgctgattt gtgaacccat tcctcaccca tcaaatattg aaattccttt agatagcaag 720 actttcctca gtcgacacag cctggatatg aaattttctt attgtgatga aagaattacc 780 gaattgatgg gatatgagcc agaagaactt ttaggccgct caatttatga atattatcat 840 gctttggact ctgatcatct gaccaaaact catcatgata tgtttactaa aggacaagtc 900 accacaggac agtacaggat gcttgccaaa agaggtggat atgtctgggt tgaaactcaa 960 gcaactgtca tatataacac caagaattct caaccacagt gcattgtatg tgtgaattac 1020 gttgtgagtg gtattattca gcacgacttg attttctccc ttcaacaaac agaatgtgtc 1080 cttaaaccgg ttgaatcttc agatatgaaa atgactcagc tattcaccaa agttgaatca 1140 gaagatacaa gtagcctctt tgacaaactt aagaaggaac ctgatgcttt aactttgctg 1200 gccccagccg ctggagacac aatcatatct ttagattttg gcagcaacga cacagaaact 1260 gatgaccagc aacttgagga agtaccatta tataatgatg taatgctccc ctcacccaac 1320 gaaaaattac agaatataaa tttggcaatg tctccattac ccaccgctga aacgccaaag 1380 ccacttcgaa gtagtgctga ccctgcactc aatcaagaag ttgcattaaa attagaacca 1440 aatccagagt cactggaact ttcttttacc atgccccaga ttcaggatca gacacctagt 1500 ccttccgatg gaagcactag acaaagttca cctgagccta atagtcccag tgaatattgt 1560 ttttatgtgg atagtgatat ggtcaatgaa ttcaagttgg aattggtaga aaaacttttt 1620 gctgaagaca cagaagcaaa gaacccattt tctactcagg acacagattt agacttggag 1680 atgttagctc cctatatccc aatggatgat gacttccagt tacgttcctt cgatcagttg 1740 tcaccattag aaagcagttc cgcaagccct gaaagcgcaa gtcctcaaag cacagttaca 1800 gtattccagc agactcaaat acaagaacct actgctaatg ccaccactac cactgccacc 1860 actgatgaat taaaaacagt gacaaaagac cgtatggaag acattaaaat attgattgca 1920 tctccatctc ctacccacat acataaagaa actactagtg ccacatcatc accatataga 1980 gatactcaaa gtcggacagc ctcaccaaac agagcaggaa aaggagtcat agaacagaca 2040 gaaaaatctc atccaagaag ccctaacgtg ttatctgtcg ctttgagtca aagaactaca 2100 gttcctgagg aagaactaaa tccaaagata ctagctttgc agaatgctca gagaaagcga 2160 aaaatggaac atgatggttc actttttcaa gcagtaggaa ttggaacatt attacagcag 2220 ccagacgatc atgcagctac tacatcactt tcttggaaac gtgtaaaagg atgcaaatct 2280 agtgaacaga atggaatgga gcaaaagaca attattttaa taccctctga tttagcatgt 2340 agactgctgg ggcaatcaat ggatgaaagt ggattaccac agctgaccag ttatgattgt 2400 gaagttaatg ctcctataca aggcagcaga aacctactgc agggtgaaga attactcaga 2460 gctttggatc aagttaactg a 2481 <210> 3 <211> 5 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 3 tgcag 5 <110> SNU R & DB Foundation <120> A Method for Inducing Vascular-lineage or Myogenic-lineage          Differentiation of Stem Cells <160> 3 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 826 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 1 Met Glu Gly Ala Gly Gly Ala Asn Asp Lys Lys Lys Ile Ser Ser Glu   1 5 10 15 Arg Arg Lys Glu Lys Ser Arg Asp Ala Ala Arg Ser Arg Arg Ser Lys              20 25 30 Glu Ser Glu Val Phe Tyr Glu Leu Ala His Gln Leu Pro Leu Pro His          35 40 45 Asn Val Ser Ser His Leu Asp Lys Ala Ser Val Met Arg Leu Thr Ile      50 55 60 Ser Tyr Leu Arg Val Lys Leu Leu Asp Ala Gly Asp Leu Asp Ile  65 70 75 80 Glu Asp Asp Met Lys Ala Gln Met Asn Cys Phe Tyr Leu Lys Ala Leu                  85 90 95 Asp Gly Phe Val Met Val Leu Thr Asp Asp Gly Asp Met Ile Tyr Ile             100 105 110 Ser Asp Asn Val Asn Lys Tyr Met Gly Leu Thr Gln Phe Glu Leu Thr         115 120 125 Gly His Ser Val Phe Asp Phe Thr His Pro Cys Asp His Glu Glu Met     130 135 140 Arg Glu Met Leu Thr His Arg Asn Gly Leu Val Lys Lys Gly Lys Glu 145 150 155 160 Gln Asn Thr Gln Arg Ser Phe Phe Leu Arg Met Lys Cys Thr Leu Thr                 165 170 175 Ser Arg Gly Arg Thr Met Asn Ile Lys Ser Ala Thr Trp Lys Val Leu             180 185 190 His Cys Thr Gly His Ile His Val Tyr Asp Thr Asn Ser Asn Gln Pro         195 200 205 Gln Cys Gly Tyr Lys Lys Pro Pro Met Thr Cys Leu Val Leu Ile Cys     210 215 220 Glu Pro Ile Pro His Pro Ser Asn Ile Glu Ile Pro Leu Asp Ser Lys 225 230 235 240 Thr Phe Leu Ser Arg His Ser Leu Asp Met Lys Phe Ser Tyr Cys Asp                 245 250 255 Glu Arg Ile Thr Glu Leu Met Gly Tyr Glu Pro Glu Glu Leu Leu Gly             260 265 270 Arg Ser Ile Tyr Glu Tyr Tyr His Ala Leu Asp Ser Asp His Leu Thr         275 280 285 Lys Thr His His Asp Met Phe Thr Lys Gly Gln Val Thr Thr Gly Gln     290 295 300 Tyr Arg Met Leu Ala Lys Arg Gly Gly Tyr Val Trp Val Glu Thr Gln 305 310 315 320 Ala Thr Val Ile Tyr Asn Thr Lys Asn Ser Gln Pro Gln Cys Ile Val                 325 330 335 Cys Val Asn Tyr Val Val Ser Gly Ile Ile Gln His Asp Leu Ile Phe             340 345 350 Ser Leu Gln Gln Thr Glu Cys Val Leu Lys Pro Val Glu Ser Ser Asp         355 360 365 Met Lys Met Thr Gln Leu Phe Thr Lys Val Glu Ser Glu Asp Thr Ser     370 375 380 Ser Leu Phe Asp Lys Leu Lys Lys Glu Pro Asp Ala Leu Thr Leu Leu 385 390 395 400 Ala Pro Ala Ala Gly Asp Thr Ile Ile Ser Leu Asp Phe Gly Ser Asn                 405 410 415 Asp Thr Glu Thr Asp Asp Gln Gln Leu Glu Glu Val Pro Leu Tyr Asn             420 425 430 Asp Val Met Leu Pro Ser Pro Asn Glu Lys Leu Gln Asn Ile Asn Leu         435 440 445 Ala Met Ser Pro Leu Pro Thr Ala Glu Thr Pro Lys Pro Leu Arg Ser     450 455 460 Ser Ala Asp Pro Ala Leu Asn Gln Glu Val Ala Leu Lys Leu Glu Pro 465 470 475 480 Asn Pro Glu Ser Leu Glu Leu Ser Phe Thr Met Pro Gln Ile Gln Asp                 485 490 495 Gln Thr Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser G             500 505 510 Pro Asn Ser Ser Ser Glu Tyr Cys Phe Tyr Val Asp Ser Asp Met Val         515 520 525 Asn Glu Phe Lys Leu Glu Leu Val Glu Lys Leu Phe Ala Glu Asp Thr     530 535 540 Glu Ala Lys Asn Pro Phe Ser Thr Gln Asp Thr Asp Leu Asp Leu Glu 545 550 555 560 Met Leu Ala Pro Tyr Ile Pro Met Asp Asp Asp Phe Gln Leu Arg Ser                 565 570 575 Phe Asp Gln Leu Ser Pro Leu Glu Ser Ser Ser Ala Ser Pro Glu Ser             580 585 590 Ala Ser Pro Gln Ser Thr Val Thr Val Phe Gln Gln Thr Gln Ile Gln         595 600 605 Glu Pro Thr Ala Asn Ala Thr Thr Thr Thr Ala Thr Thr Asp Glu Leu     610 615 620 Lys Thr Val Thr Lys Asp Arg Met Glu Asp Ile Lys Ile Leu Ile Ala 625 630 635 640 Ser Pro Ser Pro Thr His Ile His Lys Glu Thr Thr Ser Ala Thr Ser                 645 650 655 Ser Pro Tyr Arg Asp Thr Gln Ser Arg Thr Ala Ser Pro Asn Arg Ala             660 665 670 Gly Lys Gly Val Ile Glu Gln Thr Glu Lys Ser His Pro Arg Ser Pro         675 680 685 Asn Val Leu Ser Val Ala Leu Ser Gln Arg Thr Thr Val Pro Glu Glu     690 695 700 Glu Leu Asn Pro Lys Ile Leu Ala Leu Gln Asn Ala Gln Arg Lys Arg 705 710 715 720 Lys Met Glu His Asp Gly Ser Leu Phe Gln Ala Val Gly Ile Gly Thr                 725 730 735 Leu Leu Gln Gln Pro Asp Asp His Ala Ala Thr Thr Ser Leu Ser Trp             740 745 750 Lys Arg Val Lys Gly Cys Lys Ser Ser Glu Gln Asn Gly Met Glu Gln         755 760 765 Lys Thr Ile Ile Leu Ile Pro Ser Asp Leu Ala Cys Arg Leu Leu Gly     770 775 780 Gln Ser Met Asp Glu Ser Gly Leu Pro Gln Leu Thr Ser Tyr Asp Cys 785 790 795 800 Glu Val Asn Ala Pro Ile Gln Gly Ser Arg Asn Leu Leu Gln Gly Glu                 805 810 815 Glu Leu Leu Arg Ala Leu Asp Gln Val Asn             820 825 <210> 2 <211> 2481 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 2 atggagggcg ccggcggcgc gaacgacaag aaaaagataa gttctgaacg tcgaaaagaa 60 aagtctcgag atgcagccag atctcggcga agtaaagaat ctgaagtttt ttatgagctt 120 gctcatcagt tgccacttcc acataatgtg agttcgcatc ttgataaggc ctctgtgatg 180 aggcttacca tcagctattt gcgtgtgagg aaacttctgg atgctggtga tttggatatt 240 gaagatgaca tgaaagcaca gatgaattgc ttttatttga aagccttgga tggttttgtt 300 atggttctca cagatgatgg tgacatgatt tacatttctg ataatgtgaa caaatacatg 360 ggattaactc agtttgaact aactggacac agtgtgtttg attttactca tccatgtgac 420 catgaggaaa tgagagaaat gcttacacac agaaatggcc ttgtgaaaaa gggtaaagaa 480 caaaacacac agcgaagctt ttttctcaga atgaagtgta ccctaactag ccgaggaaga 540 actatgaaca taaagtctgc aacatggaag gtattgcact gcacaggcca cattcacgta 600 tatgatacca acagtaacca acctcagtgt gggtataaga aaccacctat gacctgcttg 660 gtgctgattt gtgaacccat tcctcaccca tcaaatattg aaattccttt agatagcaag 720 actttcctca gtcgacacag cctggatatg aaattttctt attgtgatga aagaattacc 780 gaattgatgg gatatgagcc agaagaactt ttaggccgct caatttatga atattatcat 840 gctttggact ctgatcatct gaccaaaact catcatgata tgtttactaa aggacaagtc 900 accacaggac agtacaggat gcttgccaaa agaggtggat atgtctgggt tgaaactcaa 960 gcaactgtca tatataacac caagaattct caaccacagt gcattgtatg tgtgaattac 1020 gttgtgagtg gtattattca gcacgacttg attttctccc ttcaacaaac agaatgtgtc 1080 cttaaaccgg ttgaatcttc agatatgaaa atgactcagc tattcaccaa agttgaatca 1140 gaagatacaa gtagcctctt tgacaaactt aagaaggaac ctgatgcttt aactttgctg 1200 gccccagccg ctggagacac aatcatatct ttagattttg gcagcaacga cacagaaact 1260 gatgaccagc aacttgagga agtaccatta tataatgatg taatgctccc ctcacccaac 1320 gaaaaattac agaatataaa tttggcaatg tctccattac ccaccgctga aacgccaaag 1380 ccacttcgaa gtagtgctga ccctgcactc aatcaagaag ttgcattaaa attagaacca 1440 aatccagagt cactggaact ttcttttacc atgccccaga ttcaggatca gacacctagt 1500 ccttccgatg gaagcactag acaaagttca cctgagccta atagtcccag tgaatattgt 1560 ttttatgtgg atagtgatat ggtcaatgaa ttcaagttgg aattggtaga aaaacttttt 1620 gctgaagaca cagaagcaaa gaacccattt tctactcagg acacagattt agacttggag 1680 atgttagctc cctatatccc aatggatgat gacttccagt tacgttcctt cgatcagttg 1740 tcaccattag aaagcagttc cgcaagccct gaaagcgcaa gtcctcaaag cacagttaca 1800 gtattccagc agactcaaat acaagaacct actgctaatg ccaccactac cactgccacc 1860 actgatgaat taaaaacagt gacaaaagac cgtatggaag acattaaaat attgattgca 1920 tctccatctc ctacccacat acataaagaa actactagtg ccacatcatc accatataga 1980 gatactcaaa gtcggacagc ctcaccaaac agagcaggaa aaggagtcat agaacagaca 2040 gaaaaatctc atccaagaag ccctaacgtg ttatctgtcg ctttgagtca aagaactaca 2100 gttcctgagg aagaactaaa tccaaagata ctagctttgc agaatgctca gagaaagcga 2160 aaaatggaac atgatggttc actttttcaa gcagtaggaa ttggaacatt attacagcag 2220 ccagacgatc atgcagctac tacatcactt tcttggaaac gtgtaaaagg atgcaaatct 2280 agtgaacaga atggaatgga gcaaaagaca attattttaa taccctctga tttagcatgt 2340 agactgctgg ggcaatcaat ggatgaaagt ggattaccac agctgaccag ttatgattgt 2400 gaagttaatg ctcctataca aggcagcaga aacctactgc agggtgaaga attactcaga 2460 gctttggatc aagttaactg a 2481 <210> 3 <211> 5 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 3 tgcag 5

Claims (16)

서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질의 블로커 또는 상기 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 또는 앱타머를 유효성분으로 포함하는 줄기세포의 분화 억제용 조성물.
Composition for inhibiting the differentiation of stem cells comprising a blocker of a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 sequence or an antibody or aptamer specifically binding to the protein as an active ingredient.
제 1 항에 있어서, 상기 항체 또는 앱타머는 상기 서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질 중 Oct-4 프로모터 rHRE(reverse hypoxia element)에 결합하는 부위에 특이적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 1, wherein the antibody or aptamer specifically binds to a site that binds to the Oct-4 promoter reverse hypoxia element (rHRE) of the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
제 1 항에 있어서, 상기 서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질은 Oct-4 프로모터의 rHRE(reverse hypoxia element)에 결합하는 것을 특징으로 하는 조성물.
According to claim 1, wherein the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 sequence is a composition, characterized in that binding to the reverse hypoxia element (rHRE) of the Oct-4 promoter.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 rHRE(reverse hypoxia element)는 서열목록 제3서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 2 or 3, wherein the reverse hypoxia element (rHRE) comprises a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3.
제 1 항에 있어서, 상기 줄기세포는 배아줄기세포(Embryonic stem cell, ESC) 또는 유도만능 줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPSC)인 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 1, wherein the stem cells are embryonic stem cells (ESCs) or induced pluripotent stem cells (iPSCs).
서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질 또는 서열목록 제1서열의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드를 유효성분으로 포함하는 배아줄기세포의 중배엽 세포로의 분화 유도용 조성물.
A composition for inducing differentiation of embryonic stem cells into mesodermal cells comprising a protein consisting of an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or a nucleotide encoding a amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 as an active ingredient.
제 6 항에 있어서, 상기 중배엽 세포는 혈관계 세포 또는 근육계 세포인 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 6, wherein the mesoderm cells are vascular cells or muscle cells.
제 7 항에 있어서, 상기 혈관계 세포는 내피세포(endothelial cell) 또는 평활근세포(smooth muscle cell)인 것을 특징으로 하는 조성물.
8. The composition of claim 7, wherein said vascular cells are endothelial cells or smooth muscle cells.
제 6 항에 있어서, 상기 서열목록 제1서열의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드는 서열목록 제2서열의 뉴클레오타이드 서열을 가지는 뉴클레오타이드인 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 6, wherein the nucleotide encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is a nucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.
제 6 항에 있어서, 상기 서열목록 제1서열의 아미노산 서열로 이루어진 단백질은 Oct-4 프로모터의 rHRE(reverse hypoxia element)에 결합하는 것을 특징으로 하는 조성물.
The composition of claim 6, wherein the protein consisting of the amino acid sequence of the first sequence of SEQ ID NO: 1 binds to the reverse hypoxia element (rHRE) of the Oct-4 promoter.
다음의 단계를 포함하는 중배엽 세포의 생산방법:
(a) 배상체(Embryoid Body)를 형성하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 형성된 배상체를 저산소 상태(hypoxia condition)에서 배양하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계의 배양물을 정상산소 상태(normoxia condition)에서 배양하는 단계.
Method for producing mesodermal cells comprising the following steps:
(a) forming an embryonic body;
(b) culturing the embryoid body formed in step (a) in a hypoxia condition; And
(c) culturing the culture of step (b) in a normal oxygen condition.
제 11 항에 있어서, 상기 저산소 상태는 산소농도가 0 - 5% 인 것을 특징으로 하는 방법.
12. The method of claim 11, wherein the hypoxic state has an oxygen concentration of 0-5%.
제 11 항에 있어서, 상기 (b) 단계는 저산소 상태에서 24-72시간 동안 배양하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. The method of claim 11, wherein step (b) is incubated for 24-72 hours in a hypoxic state.
제 13 항에 있어서, 상기 (b) 단계는 저산소 상태에서 45-51시간 동안 배양하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 13, wherein step (b) is incubated for 45-51 hours in a hypoxic state.
제 11 항에 있어서, 상기 중배엽 세포는 혈관계 세포 또는 근육계 세포인 것을 특징으로 하는 방법.
12. The method of claim 11, wherein said mesodermal cells are vascular cells or muscular cells.
제 15 항에 있어서, 상기 혈관계 세포는 내피세포(endothelial cell) 또는 평활근세포(smooth muscle cell)인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 15, wherein the vascular cells are endothelial cells or smooth muscle cells.
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